Trabajo presentado en el VII Simposio Peruano de Geoingeniería.Por: E. Trujillo, J. Ames, A. Ambros, F. Calixto y S. Meyer.ResumenEl monitoreo sísmico en la mina Cerro Lindo ha detectado cerca de 6,500 eventos en la zona de cobertura y alrededores en un periodo de monitoreo de un año. La gran mayoría de eventos son pequeños y no representan mayor peligro, sin embargo, algunos han tenido magnitudes significativas. Estos ocurrieron mayormente cercanos a zonas de explotación y se asocian a un aumento del nivel de esfuerzos localmente ligados a un dique. En su mayoría, los eventos significativos ocurrieron aledaños a vacíos (labores o zonas de explotación) y tuvieron mecanismos tipo aplastamiento (de convergencia) y ejes P (indicativos del esfuerzo principal máximo) orientados verticalmente. También se observan eventos más pequeños con mecanismos tipo cizallamiento que ocurren dentro del dique mismo y se interpretan como episodios de fracturamiento repentino sin cambio volumétrico del dique. Estos indicios y el modelamiento de esfuerzos, que muestra un valor elevado del índice de nivel de esfuerzos estático máximo en la zona de mayor influencia, apoyan la hipótesis de que el dique juega un rol principal en el campo de esfuerzos en esta zona y en la ocurrencia de los eventos sísmicos que causaron daño.IntroducciónEl Sistema de Monitoreo Microsísmico de la mina Cerro Lindo ha registrado poco menos de 6,500 eventos sísmicos durante su primer año de operación. El sistema consiste de 12 geófonos (seis triaxiales y seis uniaxiales), la mitad de ellos son sensores de 4.5 Hz y el resto de 14 Hz. Este diseño permite la estimación de parámetros y mecanismos de fuente de eventos sísmicos de magnitud significativa.A inicios del 2023, se observó un incremento en la sismicidad, incrementándose el número de eventos detectados, así como la potencia de los mismos. Luego del análisis de los datos sísmicos se concluye que existe una relación entre la estructura de un dique y el aumento de la sismicidad.Datos sísmicosEn la Figura 1, se muestran todos los eventos sísmicos registrados desde que comenzó a operar el sistema en la región donde se encuentra el dique previamente mencionado. Es importante mencionar que existen eventos detectados, cuya ubicación se encuentra alejada de esta zona. Estos fueron excluidos de este análisis debido a que no se pueden atribuir al dique y a que la incertidumbre en su ubicación es alta dada su lejanía al sistema sísmico. Al excluir dichos registros alejados de esta zona de interés, se tienen alrededor de 5,800 registros.La Figura 2 muestra la distribución de magnitudes del catálogo de eventos. Se observa que la mayoría de los mismos han tenido magnitudes bajas, solo alrededor de 500 eventos tienen una magnitud igual o mayor a 0.0. Asimismo, podemos observar que la sensitividad del sistema comienza a decaer para eventos de magnitud menor a -1.0.Se ha determinado el mecanismo de fuente de alrededor de 400 eventos sísmicos. Cabe mencionar que no siempre es posible realizar este cálculo para todos los eventos. Esto se debe a que es necesario que los sismogramas sean de buena calidad y a que se requiere una buena cobertura. En pocas palabras, este segundo punto se refiere a que pueda observarse el evento desde diferentes puntos de vista. La Figura 3 muestra la distribución de los mecanismos de fuente calculados sobre el diagrama de Hudson. Podemos considerar a partir de esta figura que se tienen dos tipos de mecanismos: los mayormente asociados a eventos tipo deslizamiento y los asociados a aplastamiento.En la Figura 4, se muestra el historial de eventos. Se puede advertir una tendencia relativamente estable en el tiempo hasta enero de 2023, momento en que se aprecia el incremento en la actividad sísmica y potencia de los eventos. Hacia marzo de 2023 se registran los eventos de mayor magnitud registrados por el sistema. Estos tuvieron magnitudes superiores a 1.4, mecanismos de fuente de tipo deslizamiento o combinación deslizamiento/aplastamiento y ejes P semiverticales.Es igualmente importante notar que la Figura 4 también muestra que el desempeño del sistema ha tenido ciertas variaciones a lo largo del periodo de estudio. A finales de noviembre de 2022 y durante un breve lapso en febrero 2023, no se observan registros de eventos. Esto debido a que el sistema no estuvo operativo durante ese tiempo. Cabe mencionar que personal en mina no reporta haber percibido eventos significativos en los periodos en los que el sistema estuvo fuera de servicio.Origen de la sismicidadEn la parte superior de la Figura 5, se puede observar la distribución espacial de los eventos significativos (mL ≥ 0.5). En la sección inferior de la misma figura se muestran los eventos cuyo mecanismo de fuente fue calculado. Se puede notar que la sismicidad tiende a ocurrir a lo largo del dique (marcado en naranja). Además, al analizar los mecanismos de fuente, observamos que se caracterizan por tener una combinación de tipo (1) pillar crush o aplastamiento de pilar y (2) cizallamiento. Los de tipo aplastamiento se interpretan como episodios de fracturamiento de roca cerca a las labores/tajos que incrementan la profundidad de fallamiento y producen cambio volumétrico. Los de tipo cizallamiento se interpretan como fracturamiento interno del dique sin cambio volumétrico significativo cerca a las labores/tajos. En la mayoría de casos, el eje P de la solución de mecanismos (flechas rojas, indicativos del esfuerzo principal máximo) está orientado en dirección casi vertical. Lo que representa una asociación directa entre estos eventos y el pilar.La Figura 4 muestra una tendencia relativamente estable en el tiempo hasta enero de 2023. Hasta ese momento la magnitud y potencia de los eventos sísmicos registrados había sido baja, log P ≥ −1.0. El evento sísmico registrado el 19 de enero califica como un evento récord, es decir, que fue el de mayor magnitud registrada hasta ese momento. Es posible que la ocurrencia de este evento, al estar cerca del minado deformara la roca de tal forma que se generara una redistribución temporal de esfuerzos alrededor del pilar que posteriormente generaron los otros dos eventos más grandes en registro.En la Figura 6, se puede observar con mayor detalle la orientación de los ejes P de los mecanismos de fuente calculados para eventos se magnitud mL ≥ 0.5. Estos ejes, así como los ejes B y T se muestran proyectados en una red estereográfica equiangular en la Figura 7. Recordando que podemos utilizar los ejes de los mecanismos de fuente para conocer la orientación de los esfuerzos principales al momento de la ruptura, donde P es paralelo a σ1, T es paralelo a σ3 y B a σ2. Podemos notar como el eje P en varios de los mecanismos, particularmente en los de tipo aplastamiento, es semivertical y sigue la orientación del dique.La Figura 7 muestra que los ejes T (dirección de σ3) tienen una alineación preferencial NW-SE y que existe dispersión en las orientaciones obtenidas para los ejes P. De forma general se ha observado que los ejes P de los eventos con mecanismo de fuente de tipo aplastamiento tienden más a la verticalidad, sin embargo, también es posible que las variaciones observadas se deban a cambios locales en el campo de esfuerzos inducidos por la presencia del dique y la deformación y ruptura de la roca que ocasionó los eventos sísmicos.Estado de esfuerzosLa mina Cerro Lindo también ha solicitado estudios de peligro sísmico y de modelamiento de esfuerzos. Para la parte del modelamiento de esfuerzos se han facilitado los resultados de un ensayo, los que se muestran en la Tabla 1.Es interesante observar que la inclinación obtenida a través del ensayo de overcoring indica 40° para el esfuerzo principal mayor. Esto aparentemente entra en conflicto con las orientaciones estimadas para el eje P en los mecanismos de fuente de los eventos cercanos al dique. Estas han sido en su mayoría semiverticales y el eje P es indicativo de la dirección del esfuerzo principal mayor.Una posible explicación es que la estructura del dique esté cambiando la orientación local de los esfuerzos, de esta forma la presencia de esta estructura y el cambio en el campo de esfuerzos que produce estarían afectando la sismicidad en esta zona. Asimismo, es posible que el estado de esfuerzos local esté siendo afectado por la deformación en la roca causada por los eventos significativos. Al momento, la mina se encuentra realizando un estudio de modelamiento de esfuerzos que permitirá confirmar o descartar estas explicaciones.Peligro sísmicoLa mina Cerro Lindo donde han ocurrido estos eventos ha solicitado un estudio de peligro sísmico asociado a la sismicidad inducida. En él se llevaron a cabo cálculos de la probabilidad de ocurrencia de un evento récord así como del riesgo por PGV. La probabilidad de ocurrencia de estos eventos depende tanto del tiempo como del volumen de roca extraída de la mina.Los resultados del peligro sísmico a largo y mediano plazo, mostrados en la Figura 8, sugieren que las probabilidades de que ocurra un nuevo evento récord son mayores al 70%. Esto considerando un periodo de un año o los próximos 7.4M de m3 de explotación. Por otro lado, los datos en la Figura 9 indican que el peligro por PGV no es muy significativo, ya que incluso los niveles de vibración más altos esperados no son suficientes para causar daño.Es importante considerar el efecto de los eventos con mecanismo de fuente de tipo aplastamiento. Estos nos indican una reducción en el los volúmenes excavados e incremento en la fracturación de la roca alrededor de estos. Es posible cuantificar el crecimiento de esta profundidad de fracturamiento a causa de los eventos sísmicos y, de esta forma, llevar un control de las zonas más afectadas. Un ejemplo de este análisis se muestra en la Figura 10, que muestra como las zonas en donde se estima que más se ha incrementado la profundidad de fracturamiento son aquellas donde se han localizado los eventos de tipo aplastamiento de mayor magnitud.Discusión y comentariosLa sismicidad observada en la mina Cerro Lindo es un caso interesante que demuestra la importancia de conocer el estado de esfuerzos y su relación con los eventos sísmicos. Asimismo, es un ejemplo de como la geología local puede afectar la sismicidad. Las repercusiones del efecto del dique abarcan las estimaciones del peligro sísmico, el nivel de fracturamiento de la roca al nivel de las excavaciones y las consideraciones del estado de esfuerzos.Los eventos sísmicos son una consecuencia de la evolución de la mina y sus condiciones geológicas. Es por esto que el registro y estudio de estos fenómenos nos permite comprender estas condiciones. En este caso, el estudio de los mecanismos permitió diferenciar el origen de los eventos, pudiendo ser fracturamiento del dique o aplastamiento de las excavaciones. Ambos con implicaciones diferentes. A través del estudio de los mecanismos de fuente se puede corroborar los resultados del modelamiento de esfuerzos, siendo los ejes P, B y T indicadores de las direcciones de los esfuerzos principales.Los resultados del estudio de peligro sísmico sugieren que la mina debe prepararse para un evento aún mayor el próximo año. También indican la importancia de la consideración de los eventos de tipo aplastamiento sobre el riesgo por PGV. Este último suele ser bajo, ya que las vibraciones se disipan rápidamente a través del macizo rocoso. Por otro lado, los eventos de tipo aplastamiento, aun al ser de baja magnitud, pueden ir gradualmente incrementando la profundidad de fracturamiento en las excavaciones de forma desapercibida, lo cual, dependiendo del factor de esponjamiento, puede aumentar la carga en términos de deformación sobre el sostenimiento.BibliografíaCalixto, Frank. 2023. Peligro Sísmico Asociado a la Sismicidad Inducida en Mina Cerro Lindo. Institute of Mine Seismology.
