UNIVERSIDAD DE CONCEPCION CONCEPCION INGENIERIA GEOMATICA
FECHA: JUNIO 2003. INDICE
INDICE……………………………………………………………………………………… 2 INTRODUCCION…………...………………………………… INTRODUCCION…………...…… ……………………………………………………… …………………………… …4 1. PROSPECCION MINERA.....…………………………………………………………… MINERA.....……………………………………………………………5 1.1. Objetivos de Prospección Minera…...………...……………...…… Minera…...………...……………...………………………… ……………………5 2. METODOS GEOFISICOS......…………………… GEOFISICOS......………………………………………………… ……………………………………… …………6 2.1. Campo de aplicación.….……………… ap licación.….……………………...……………...…………… ……...……………...………………………… ……………8 2.2. Historia de los Métodos Geofísicos de Prospección……………………………………9 2.3. El papel de la Geofísica en la Prospección de Minerales…….………………..………10 2.4. La Geofísica en la Industria del Petróleo…………………… Petróleo…………………….…………………..……. .…………………..…….13 3. CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS......……….………………...…14 3.1. Radiactividad……….….…………… Radiactividad……….….……………………...……………...………… ………...……………...………………..……… ……..………15 3.2. Recogida de la información preliminar…………………………………………..…… preliminar…………………………………………..……15 4. METODOS MAGNETICOS......……………………………………………………...… MAGNETICOS......……………………………………………………...…16 4.1. Nota sobre Anomalías Magnéticas inversas……………….....……………………..… inversas……………….....……………………..…17 5. METODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO……………………………………..…. ESPONTANEO……………………………………..….18 5.1. Origen de los Potenciales Espontáneos……...…………….....……………………..…18 6. METODOS ELECTROMAGNETICOS……………… ELECTROMAGNETICOS…………………………………………...… …………………………...…… …21 7. METODOS ELECTRICOS………………… ELECTRICOS……………………………………………… ………………………………………...… …………...…22 7.1. Propiedades del Método Eléctrico…………...………… Eléctrico…………...…………….....…………………..…… ….....…………………..……22 8. METODOS DE POLARIZACION INDUCIDA...……………………………………... INDUCIDA...……………………………………...23 9. METODOS GRAVIMETRICOS.………………………......……….………………..… GRAVIMETRICOS.………………………......……….………………..…24 9.1. Alcance del Método Gravimétrico en la Prospección Minera…….……….………..…26 9.2. Algunas dificultades del Método Gravimétrico…...………………………………...… Gravimétrico…...………………………………...…27
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10. METODOS SISMICOS………………… SISMICOS…………………………........……………………...…… ………........……………………...………… ……29 10.1. Método de Reflexión Sísmica..……………...……… Sísmica..……………...……………...…………………...…… ……...…………………...……29 10.2. Método de Refracción Sísmica……………… Sísmica……………………...……………………… ……...…………………………..…… …..……29 10.3. Alcance de las mediciones sísmicas en la prospección minera…….….………..……29 11. METODOS RADIACTIVOS……...…………… RADIACTIVOS……...……………………………………… …………………………………..…. ………..….31 11.1. Alcance del Método Radiactivo.…………...…………….....………………...………31 12. METODOS MAGNETICOS Y ELECTROMAGNETICOS AEREOS.………………33 12.1. Limitaciones de la Prospección Aérea…....……………...……………………...……34 12.2. Prospección Magnética Aérea……….……………………...…………………..…… Aérea……….……………………...…………………..……34 12.3. Métodos electromagnéticos Aéreos…………………………..…….….………..…… Aéreos…………………………..…….….………..……36 13. COMBINACION DE METODOS GEOFISICOS……………………..………..…..… GEOFISICOS……………………..………..…..…37 CUADRO RESUMEN DE LOS METODOS GEOFISICOS EN LA PROSPECCION..…39 CONCLUSIONES……………………………………………… CONCLUSIONES………………… ………………………………………………….…… …………………….……40 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…….………… BIBLIOGRAFICAS…….…………………………………… ………………………………….… ……….…41
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INTRODUCCION
La localización de objetos y estructuras inmersas en el subsuelo se basa en la detección de alguna propiedad de dichos objetos o estructuras que los diferencia del medio que los rodea. Los métodos geofísicos se basan en el estudio de las propiedades físicas. En muchas ocasiones ocasiones conviene conviene que la localizaci localización ón no implique implique una labor mecánica intensiva, intensiva, por cuanto el interés de los objetos no justifica el costo de dicha labor, e incluso porque la simp simple le ejec ejecuc ució ión n de cier cierta tass labor labores es mecá mecáni nica cass puede puede pone ponerr en pelig peligro ro las las prop propia iass estructuras que interesa localizar (caso de las tuberías La posibilidad de una localización basada exclusivamente en medidas realizadas desde la superficie puede abrir las puertas a muchas aplicaciones donde se den restricciones de costo y riesgo. La explotación de la diferencia entre las propiedades de materiales de interés económico y el resto de suelo es común común en la explor exploraci ación ón del subsue subsuelo lo (petró (petróleo leo,, aguas aguas subter subterrán ráneas eas,, minera minerales les,, etc.). etc.). También se realizan prospecciones de soporte a la Ingeniería Civil, como el estudio de las condiciones de cimentación de presas o edificios, o de los materiales a extraer para la const constru rucci cción ón de una una nueva nueva carr carret eter era. a. Exis Existe ten n tamb tambié ién n otra otrass apli aplica caci cion ones es,, como como la orientación de excavaciones arqueológicas o la localización de galerías subterráneas.
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1. PROSPECCION MINERA
No es tarea fácil dar una única definición en la que se pueda abarcar todo el ámbito de actuación de la Prospección Minera. Según el Diccionario de la Real Academia de la Lengua, Prospección se define como exploración del subsuelo basada en el examen de caracteres del terreno y encaminada a descubrir yacimientos minerales, petrolíferos, aguas subterráneas, etc. Modelos de depósitos minerales y de depósitos de combustibles fósiles igualmente se basan en las asociaciones minerales esperadas en distinta profundidad. Los guías a los depósitos minerales, los remanentes alteradas descubiertas en la superficie terrestre pertenecen a un sistema de entropía (grado de desorden o grado de mezcla) mayor en comparación al modelo. El modelo ubicado en cierta profundidad no aparece en la superficie terrestre hasta que recibe un impacto del a mbiente superficial reciente.
1.1. Objetivos de Prospección Minera
El objetivo principal de la prospección es el reconocimiento general de un yacimiento mineral. El primero objetivo de la prospección es la localización de una anomalía geológica con propiedades de un depósito mineral, un objetivo común de la prospección y de la exploración es la reducción del área de investigación. Otro objetivo común consta en aumentar las ventajas del área prometedora con respecto a su explotación rentable, como por ejemplo ocuparse de un camino de acceso transitable y de un peritaje del medio ambiente. En lo siguiente se caracterizarán métodos de prospección como los métodos geofísicos.
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2. METODOS GEOFISICOS
Los métodos geofísicos son métodos indirectos de prospección. Por medio de los métodos geofísicos se puede identificar una anomalía geofísica. El término anomalía geofísica se refiere a una propiedad física de la tierra, que en un volumen definido difiere apreciadamente con respecto a su valor común o normal correspondiente a esta área. En un caso favorable una anomalía geofísica corresponde a un depósito mineral. Una anomalía de gravedad puede ser causada por ejemplo por un depósito mineral de cromita o por un cambio lateral en la litología de una arenisca a una dunita. Si la anomalía geofísica detectada por un método geofísico está relacionada con un depósito mineral o con un otro fenómeno geológico o físico, se comprueba aplicando otros métodos de prospección como otros métodos geofísicos, el método geológico y el método geoquímico. Un requisito para el uso eficaz de los métodos geofísicos es la presencia de diferencias mensurables entre las propiedades físicas del depósito mineral y las rocas encajantes. La selección del método y de los métodos más convenientes para un área de interés, donde se presumen la presencia de un depósito mineral, se funda en todos los datos ya disponibles como los datos geológicos y físicos, en el consumo de tiempo y en los costos y depende del avance del proyecto. En la primera fase del proyecto se prefiere los métodos geofísicos, que contribuyen al reconocimiento general de un área de interés, como los métodos aéroportados, en una fase más avanzada se aplica los métodos a partir de la superficie y del subsuelo y aquellos, conque se puede delinear el depósito mineral ya descubierto como por ejemplo el método gravimétrico. Hay diversos métodos geofísicos que permiten la detección de estructuras desde la superficie. Entre los más importantes están el gravimétrico, el magnético, el sísmico, el georadar y los métodos eléctricos.
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Las actividades geofísicas tanto como las gravimétricas se pueden dividir en tres áreas importantes: o o o
la obtención, el procesado, y la interpretación de datos
Se puede observar un alto grado de relación entre estas actividades geofísicas y la matemática aplicada y también la geología. Se necesitan especialmente procesos matemáticos durante el procesado y la interpretación de datos, mientras que en el área de la interpretación es necesario tener además buena información geológica.
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2.1. Campo de aplicación
Desde su introducción en los años 1920 los métodos geofísicos y entre ellos los métodos sísmicos jugaron un papel muy importante en la exploración del petróleo y de gas. Con respecto a la minería la aplicación de los métodos geofísicos da resultados exitosos en la localización de dos tipos de depósitos minerales: depósitos minerales de sulfuros, sean macizos o diseminados y depósitos de hierro. Además se exploran otros depósitos por los métodos geofísicos como depósitos de oro y de cromita pero con menos éxito. Un depósito de sulfuros macizos de cinc, plomo y cobre que se constituye principalmente de calcopirita, pirita, esfalerita y galenita (según EVANS, 1992) está caracterizado por alta conductividad, alta densidad y frecuentemente por alta susceptibilidad magnética debido a la presencia de magnetita como mineral huésped. Los métodos electromagnéticos, de resistividad y de polarización inducida, el método gravimétrico y el método magnético son los métodos geofísicos más aptos para detectar y delinear este tipo de depósito. La polarización inducida es el método más potente para descubrir los pórfidos cupríferos y de molibdeno con la asociación de minerales metálicos de calcopirita, calcosina, bornita, molibdenita y pirita. Los depósitos de hierro de importancia económica se constituyen de magnetita y hematita. La magnetita tiene la susceptibilidad magnética más alta con respecto a todos los minerales y su presencia en un depósito mineral de hierro favorece la aplicación del método magnético. La hematita es de susceptibilidad magnética mucho menor, pero a menudo esta relacionada genéticamente o estratigráficamente con unidades litológicas con un contenido apreciable de magnetita. En estos casos el método magnético sirve también para detectar la hematita. En los pórfidos cupríferos del tipo diorita magnetita representa un mineral abundante, cuya alta susceptibilidad magnética se puede aprovechar para detectar el depósito mineral aplicando el método magnético. Estos ejemplos ilustran el principio de la asociación. En el caso que la ganga o un mineral de interés subsidiario de un depósito mineral se puede detectar de manera más clara, primero se localizan la ganga o el mineral subsidiario para luego descubrir el depósito mineral. El acceso a los depósitos macizos de sulfuros poli metálicos ubicados en chimeneas volcánicas en el fondo del mar todavía es difícil y requiere el desarrollo de nuevos técnicos mineros y del transporte.
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2.2. Historia de los Métodos Geofísicos de Prospección
Alrededor de 1640 la brújula magnética fue usada en la búsqueda de hierro. Como primero instrumento especialmente apto para la exploración aproximadamente 110 años atrás apareció la brújula minera de sueca, cuya aguja magnética está suspendida de tal manera, que puede rotar alrededor de su eje horizontal y de su eje vertical. Entre 1915 y 1920 entre varios instrumentos para la prospección magnética Adolf SCHMIDT desarrolló el variómetro, que lleva su nombre y que todavía ocasionalmente está en uso. La Segunda Guerra Mundial empujó el desarrollo de los magnetómetros aéroportados basándose en el principio electromagnético, puesto que los utilizaron para la detección de submarinos. Después de la guerra los magnetómetros aéroportados estuvieron disponibles para la exploración. El magnetómetro nuclear apareció en 1955, el magnetómetro de absorción atómica (con vapor de cesio y rubidio) en 1961 y entre 1960 y 1970 el gradiómetro magnético aéroportado. En 1815 Robert Fox descubrió, que algunos minerales exhiben polarización espontánea. Un siglo más tarde en 1913 Carl SCHLUMBERGER podía localizar un depósito de sulfuros aplicando este método. Además introdujo los métodos de resistividad y de la línea equipotencial aptos para aplicaciones en el terreno. Durante la tercera década de este siglo 20 (1920 30) las configuraciones de electrodos múltiples fueron aplicadas en la prospección y Hans Lundberg introdujo los métodos electromagnéticos, que alrededor de 1947 fueron adaptados para ser usados en aviones. Después de la Segunda Guerra Mundial los métodos magnetotelúricos y de la polarización inducida aparecieron, además en este tiempo se registra avances grandes en los métodos de interpretación, en particular con respecto a los métodos magnéticos y electromagnéticos. El origen de los métodos sísmicos aplicados en la exploración como los métodos de refracción y de reflexión es la sismología o es decir la observación de las ondas sísmicas generadas por un terremoto. Los tiempos de llegada de las primeras ondas sísmicas generadas por un terremoto y detectadas en varios observatorios sismológicos se utilizan para localizar el epicentro del terremoto (proyección del hipocentro ubicado en la corteza terrestre a la superficie terrestre, el epicentro se ubica en la intersección del radio, que pasa por el hipocentro, con la superficie terrestre) y para hallar el tiempo de origen de este terremoto. En base de estas informaciones se puede presentar la distribución de las velocidades de las ondas sísmicas en función de la profundidad de tal manera aclarando la estructura interna de la Tierra. En 1909 el sismólogo MOHOROVIVIC de Yugoslavia descubrió el límite entre la corteza y el manto, la llamativa discontinuidad de Mohorovicic o sólo Moho, que está caracterizada por un aumento apreciable en la velocidad de las ondas sísmicas p en una profundidad entre 5 (corteza oceánica) y 45 Km (corteza continental). En 1913 GUTENBERG, nacido 1889 en Darmstadt/Alemania calculó el valor correcto de la
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profundidad del núcleo de la Tierra (2900km) con base en d atos obtenidos por la sísmica de refracción.
Los métodos sísmicos de exploración fueron desarrollados a partir de la exploración petrolífera y de gas desde los años 1920. En 1923 el método de refracción fue introducido en la exploración petrolífera en México. Los métodos de reflexión se emplean rutinariamente desde 1927 en la exploración petrolífera (Maud field, Oklahoma) y ellos reemplazaron rápidamente los métodos de refracción en este campo. Desde los años 70s casi no se emplean los métodos de refracción en la exploración petrolífera.
2.3. El papel de la Geofísica en la Prospección de Minerales
La minería ha constituido una actividad minera humanas desde tiempos muy antiguos, y la búsqueda continua de nuevos yacimientos, mientras los ya conocidos iban agotándose, ha tenido que ser una preocupación principal de los miembros de ayer, tanto como lo es de los mineros de hoy. Pruebas de la eficacia y perfección con que estas búsquedas fueron llevadas a cabo en el pasado, pueden encontrarse en muchos lugares, como las antiguas labores de Laurion, en Grecia o, acercándose a nuestra época, los da Sajonia en Alemania y de Bergslagen en Suecia, para no citar algunos ejemplos. Probablemente, los antiguos prospectores no se dejaron distraer en su trabajo por teorías académicas sobre el origen de las menas, y tenían la analogía por guía principal. Aun hoy día, la analogía constituye un principio valioso e indispensable de la prospección minera. Se deben buscar yacimientos en las zonas donde ya se ha encontrado mineral, y en comarcas cuyas características naturales son semejantes a las regiones productoras ya conocidas. Si la mena de un distrito esta asociada, por ejemplo con caliza, debe seguir esta caliza, y si un mineral arma preferentemente un granito, el granito ha de considerarse como interesante en principio, y en la prospección de nuevos yacimientos del mineral, debemos comenzar por la búsqueda de masas graníticas. El principio de analogía estrecha considerablemente el campo de prospector, lo que es necesario porque los yacimientos son estructuras pequeñas y relativamente escasas, cuya búsqueda seria sino, una empresa sin esperanzas. El estudio de la Inter.-relación tanto en espacio como en tiempo de las diferentes rocas, el comportamiento en el pasado de estas, según deducciones, el estudio de los minerales en las rocas ordinarias y en las menas, dicho mas brevemente, la aplicación de la geología y de la mineralogía, pueden restringir aun más la zona de prospección. Sin embargo, el área puede ser todavía demasiado grande para que las labores de exploración o cateo, tales como excavaciones y perforaciones, sean practicas y económicas, por lo que son deseables nuevas restricciones. Además, tanto la geología como la mineralogía dependen de la existencia de afloramientos de rocas, pero no siempre se dispone de estos. Si existen, puede que no sean lo suficientemente abundantes para que la situación de los yacimientos pueda predecirse con certeza razonable. Por otra parte, aunque las formaciones metalizadas sean bien conocidas, los yacimientos pueden
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hallarse ocultos a profundidad mayor o menor por debajo de la superficie accesible para el estudio directo geológico o mineralógico. En realidad, este caso se da muy frecuentemente en la prospección moderna, ya que los yacimientos aflorantes han sido descubiertos desde hace mucho tiempo y en muchos casos están agotados. El papel del examen geológico de la superficie, pierde importancia con el desarrollo de la industria minera. Este es el momento en que la geofísica (la aplicación de la física al estudio de la tierra) entra en escena. Los yacimientos suelen diferir en sus propiedades físicas (susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, densidad, etc.) respecto de las rocas que los rodean. Observando adecuadamente las variaciones de las propiedades físicas del terreno, y mediante cuidadosa interpretación de los resultados, podemos eliminar extensas zonas como de escasa probabilidad para contener menas de ciertos tipos específicos, y encauzar investigaciones mas detalladas sobre zonas reducidas y concretas. La elección de la zona inicial para el estudio geofísico, se hace frecuentemente tomando como guía consideraciones geológicas. Las porciones que la geofísica puede eliminar son, en términos muy generales, aquellos dentro de las cuales la propiedad física relevante del terreno no presenta variaciones significativas (anomalías), mientras que deben escogerse para ulterior investigación las zonas que muestran variaciones apreciables que puedan atribuirse razonablemente a cuerpos del subsuelo que difieren en dicha propiedad respecto de las rocas encajantes. En este sentido, la prospección de menas es prospección directa, en contraste con la prospección petrolera, que es indirecta. En la prospección de petróleo no podemos aprovechar ninguna propiedad física del mismo petróleo, sino que hemos de buscar estructuras geológicas capaces de actuar como almacenes petrolíferos. Con solo datos geofísicos no puede decidirse si los cuerpos anómalos por ellos señalados corresponden o no a yacimientos mineros. No obstante, la combinación de estos datos con datos geológicos e información de otro tipo, así como con la experiencia previa, permite con frecuencia escoger algunas de las indicaciones como las que presentan mayor probabilidad de estar causadas por la mena buscada. Las costosas labores de exploración, tales como perforaciones, calicatas y pozos, únicas capaces de dar la prueba definitiva de la existencia del mineral, pueden concentrarse en esos pocos lugares. Además, la interpretación detallada de las anomalías geofísicas suministra frecuentemente estimaciones confiables acerca de la profundidad, longitud, anchura, posición, etc. Más probables, de los cuerpos anómalos. Estos datos proporcionan ayuda para el establecimiento de programas de exploración racionales y económicos. Para la estimación del tonelaje y valor de posible yacimiento y para la toma de decisiones sobre su explotación. Así, la finalidad primaria de la geofísica en la prospección es la de separar zonas que aparecen como estériles de las que presentan posibilidades de contener yacimientos. Puesto que los yacimientos mineros son accidentes relativamente raros, las zonas estériles son naturalmente más abundantes que las prometedoras, y los resultados de la mayoría de las prospecciones geofísicas serán negativos (correctamente) como ocurre también con la mayor parte de las prospecciones geológicas. Por consiguiente, el éxito de una prospección geofísica bien ejecutada no puede medirse por él numero de metalizaciones que ha descubierto, ni por él numero de sondeos mecánicos que han cortado mineral, sino por el tiempo, esfuerzo y dinero que la prospección ha ahorrado al eliminar terrenos que, en caso contrario, habrían de ser desechados por el empleo de métodos más costosos.
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Es importante darse cuenta de que la eliminación de zonas estériles solo pueden hacerse dentro de las limitaciones del método o métodos geofísicos usados, y que no constituye una “eliminación absoluta”; por ejemplo, diremos que ciertas zonas del centro de Suecia que seguramente fueron investigadas magnéticamente en los siglos XVII y XVIII por medio de la brújula minera, y desechadas como estériles, resultaron productivas en muchos casos cuando el magnetómetro más exacto, fue empleado en el siglo XIX. De modo similar, muchas zonas descartadas en el siglo XIX, han revelado grandes yacimientos de hierro durante el actual siglo. Si como resultado de recomendaciones fundadas principalmente en trabajos geofísicos, se descubre un yacimiento, podemos hablar de la “relación de retorno” del trabajo geofísico. Esta cantidad, que representa el cociente del valor estimado para el yacimiento por el costo del trabajo geofísico, carece de significación si no se incluye también el costo del trabajo geofísico efectuado sobre terreno estéril en la misma campaña. La geofísica minera ha conseguido relaciones de retorno verdaderamente impresionantes, del orden de varios centenares a uno. En un caso excepcional una compañía minera del centro de Suecia informa del descubrimiento del mineral por valor de 5800 dólares por cada dólar invertido en prospección geofísica. La relación de retorno es llamada a veces factor de éxito de una prospección geofísica, pero este nombre es inadecuado, puesto que el “retorno” y el éxito de una prospección geofísica son dos conceptos diferentes. La distinción entre ambos es esencial para el correcto entendimiento del papel de la geofísica en la prospección minera para planear y ejecutar adecuadamente cada campaña. Una prospección puede ser considerada como satisfactoria, aunque no se haya obtenido ninguna indicación geofísica, o aunque en caso afirmativo, no se haya encontrado mineral después de perforación o calicateo. El criterio y medida del éxito es simplemente el ahorro estimado en los costos, conseguidos por la eliminación del terreno estéril efectuada por medio de la prospección geofísica. (al estimar este ahorro, el costo de las labores efectuadas específicamente para comprobar los resultados de la prospección, como por ejemplo, perforaciones, debe incluirse como es natural, en el costo de la prospección. Por otra parte, puede que no deba considerarse la relación del retorno mientras que no se ha comprobado la existencia real de un yacimiento por medio de perforaciones, y se haya estimado un valor. La relación de retorno puede variar algo con el tiempo, porque el valor en el mercado de un yacimiento no será el mismo en general, en el instante de su descubrimiento que algún tiempo después. En realidad, el valor “exacto” de la relación de retorno de una prospección geofísica ( o desde el mismo punto de vista, la campaña completa de exploración) no puede calcularse hasta que todo el mineral explotable ha sido extraído y vendido. Los métodos geofísicos fueron empleados en la localización de minerales varios siglos antes de que existiera la industria petrolífera. Ya desde 1640 se habían hecho estudios magnéticos para encontrar yacimientos de minas de hierro, y Robert Fox, que descubrió que las rocas presentaban polarización eléctrica espontánea, propuso, en época
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tan lejana como el año 1815, que se emplease este efecto para localizar cierto tipo de minerales.
Aunque el campo total de la labor geofísica en la industria minera es pequeño en comparación con el de la industria del petróleo, las exploraciones geofísicas han efectuado algunos descubrimientos espectaculares de depósitos minerales. En estos últimos años se han adaptado instrumentos detectores magnéticos, electromagnéticos y por radioactividad para realizar exploraciones aéreas que permiten mayor rapidez y eficacia.
2.4. La Geofísica en la Industria del Petróleo
Los primeros equipos geofísicos que, empleando la balanza de torsión y el sismógrafo de refracción, buscaban domos salinos someros en la costa del golfo, en los EE.UU. y México, hacia 1925, tuvieron un éxito espectacular. Cada año fueron descubiertos docenas de campos petrolíferos asociados a domos de este tipo, y en 1930 eran ya pocos los que quedaban por descubrir. No existen datos estadísticos relativos a la cantidad de petróleo encontrada por los geofísicos como resultado de esta campaña; en el cuarto de siglo transcurrido entre 1930 y 1955, la geofísica proporcionó 22500 millones de barriles de petróleo y 134 billones de pies cúbicos de gas natural, sólo en los estados unidos, lo que representa entre un tercio y la mitad de todos los hidrocarburos descubiertos en dicho país durante tal periodo. A partir de 1937, fecha en que empezó a disponerse de las primeras estadísticas, uno de cada seis pozos de cateo localizado por geofísicos habían llegado a ser comercialmente productivos. Esto podría parecer un pobre éxito de los geofísicos, hasta caer en la cuenta de que, de cada veinte pozos localizados sin ayuda técnica, solo uno había resultado productivo. En los pozos localizados por la geología, pero no por la geofísica, la proporción de éxito había sido de uno a diez. Al valorar estas cifras, no hay que olvidar que la geología sola puede ser más eficaz y económica que la geofísica en algunas zonas, y que lo contrario puede ser cierto en otras. Así pues, los dos métodos no deben considerarse como competidores, sino como complementario uno del otro.
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3. CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS
Las únicas propiedades ordinarias de la materia que pueden razonablemente imaginarse como utilizables en prospección geofísica, son la susceptibilidad magnética, la conductividad eléctrica, la densidad, la elasticidad y la conductividad térmica. Entre ellas, las tres primeras son la más importante en prospección minera, mientras que la ultima es de importancia muy reducida. Los fenómenos electroquímicos del subsuelo constituyen el fundamento de dos métodos geofísicos, pero estos dependen en ultimo extremo de la medición de magnitudes eléctricas. Todas las propiedades indicadas han sido utilizadas para idear métodos para el estudio de la tierra, y en particular, para la localización de estructuras de escala pequeña, tales como los yacimientos mineros. Estos métodos pueden clasificarse convenientemente como se indica a continuación. En primer lugar, existen los métodos estáticos fundados en la detección y medida precisa de las distorsiones que producen, sobre algún campo de fuerzas, los yacimientos (u otras heterogeneidades) de la corteza terrestre. La característica esencial de tales métodos, es que los campos en cuestión, sean naturales o artificiales, no varíen con el tiempo. Los campos magnéticos y gravitatorios de la tierra son ejemplos de campos de fuerzas naturales y estacionarios, y lo mismo ocurre con el campo eléctrico observado en las proximidades de algunos yacimientos. El campo producido por una corriente eléctrica continua introducida en el terreno es un ejemplo de campo estacionario artificial. En constaste con los métodos que acabamos de indicar, tenemos los métodos dinámicos, en los cuales los campos que se miden no son estacionarios, sino que varían con el tiempo. Esta clase de métodos comprende al electromagnetismo y al sísmico, las cuales
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pueden utilizar campos naturales y artificiales. Entre los métodos electromagnéticos figuran algunos de los más importantes en la prospección minera. La clase siguiente es la de los métodos de relajación. Se trata de métodos eléctricos que pueden considerarse intermedios entre los estáticos artificiales y los dinámicos artificiales. A esta clase pertenecen los métodos de polarización inducida o sobre tensión. Existe una diferencia importante entre los métodos de campo natural por una parte y los de campo artificial por otra. En los métodos artificiales, la profundidad de exploración puede ser gobernada dentro de ciertos limites por medio de la elección apropiada de las posiciones relativas de la fuente y los detectores de campo, pero este control no es posible en los métodos de campo natural. Ninguno de los métodos puede considerarse como el “ideal” para la investigación minera, puesto que cada uno tiene su propio campo de aplicación, sus limitaciones y sus propias ventajas e inconvenientes, dándose con frecuencia el caso de que los mejores resultados se obtienen mediante combinación juiciosa de dos o más métodos. Es posible, no obstante, clasificar los métodos siguiendo otros principios, por ejemplo, la sencillez de operación, facilidad interpretativa, importancia como ayuda del trabajo geológico, etc. Los métodos magnéticos y electromagnéticos pueden ser adaptados para su aplicación desde el aire, mientras que todos, salvo el gravimétrico, pueden emplearse en el interior de perforaciones. No obstante se ha trabajado mucho para la adaptación del método gravimétrico a sondeos y a mediciones desde avión, pero la precisión alcanzada es muy inferior a la requerida en la exploración minera.
3.1. Radiactividad
Todas las propiedades físicas que hemos mencionado (susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, etc.) tienen su origen en la estructura electrónica de la materia, y más concretamente, en las capas electrónicas exteriores. Todas las sustancias conocidas poseen, aunque en diferentes grados tales propiedades. Por otra parte, solo hay una propiedad dependiente de la constitución nuclear de la materia, que tenga hasta ahora importancia en la prospección geofísica. Se trata de la radiactividad. Sin embargo, solo unos pocos de los núcleos que se encuentran en la naturaleza poseen esta propiedad, por lo que el campo de aplicación de los métodos radiactivos es muy limitado. En particular, los núcleos de los metales más comunes en la industria, y por tanto sus menas, no son radiactivos.
3.2. Recogida de la información preliminar
Uno de los primeros pasos en el proyecto de una campaña geofísica es la recogida de los datos topográficos, geológicos y mineralógicos, de que pueda disponerse sobre la zona en cuestión; a fin de deducir que rocas y minerales tienen posibilidad de encontrarse, y cuales serán sus relaciones probables, en la época actual, y salvo para las regiones más inaccesibles de la tierra, es posible encontrar al menos alguna información de esta clase.
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También es conveniente conseguir, si es posible, algunas muestras de rocas de la región, y medir en el laboratorio sus propiedades físicas, antes de empezar los trabajos geofísicos a escala grande. Los resultados de estas investigaciones preliminares sirven para decidir si deben emplearse o no métodos geofísicos y cual de ellos serán ellos mas adecuado. Si ni las mineralizaciones buscadas ni los minerales con ellas asociados poseen propiedades físicas convenientes, los métodos geofísicos no pueden aplicarse con provecho en la búsqueda de dichas mineralizaciones. En tales casos, las áreas que desean investigarse no pueden reducirse, salvo mediante estudios geológicos amplios, y correlación de las rocas descubiertas por labores sistemáticas de cateo, tales como galerías, calicatas, perforaciones, etc. Hay otra situación que puede hacer desaconsejable el empleo de la geofísica. Los datos suministrados por los métodos geofísicos han de ser corregidos de los efectos de las irregularidades topográficas. Generalmente, estas correcciones son pequeñas y muy fáciles de calcular, pero en regiones de topografía abrupta son tales que la interpretación de los datos geofísicos puede resultar muy incierta. En talares circunstancias el valor de los métodos geofísicos puede ser también dudoso. 4. METODOS MAGNETICOS
Ciertas menas, en especial los yacimientos de sulfuros que contienen magnetita, ilmenita o pirrotita, producen distorsiones en el campo magnético de la tierra, las cuales pueden utilizarse para la localización de tales yacimientos. Aparte de esta aplicación directa, los métodos magnéticos de prospección pueden aplicarse también para detectar formaciones mineralizadas y accidentes geológicos tales como fallas, contactos, intrusiones, etc. Los métodos magnéticos tienen larga historia detrás de sí. Investigaciones históricas han demostrado que estos métodos se empleaban en Suecia, para la búsqueda de magnetita. Como es obvio, se trataba de aplicaciones primitivas en las que se utilizaba solo la aguja náutica de declinación de tipo corriente, la cual fue reemplazada por la brújula minera a principios del siglo XIX. Los métodos magnéticos figuran entre los más baratos de la geofísica, y desde el punto de vista operacional también entre los más rápidos y sencillos. Por otra parte, el campo de aplicación de los métodos magnéticos es tan amplio que, en general, es buena política la inclusión de una prospección magnética en toda campaña geofísica de cierta importancia. El éxito de los métodos geofísicos en el descubrimiento de yacimientos de hierro magnéticos, tanto somero como profundos, ha sido sobresaliente. Se han dado a conocer descubrimientos en que las mineralizaciones se hallaban a profundidades tan grandes como 700 a 1000 m. Y cabe poca duda que en circunstancias favorables y mediante análisis cuidadoso estas cifras podrían doblarse y aun cuadruplicarse.
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Los métodos magnéticos se han utilizado también exactamente para la prospección de yacimientos de manganeso y de cromita, a causa de que los minerales correspondientes presentan frecuentemente intensas propiedades magnéticas. Sin embargo, el magnetismo de los minerales de manganeso y cromita es muy irregular y los métodos magnéticos tienen en realidad pocas ventajas en este problema, ya que ciertamente no son suficientes por sí mismos para la localización de estos minerales. Entre las aplicaciones mas corrientes del método magnético pueden mencionarse las investigaciones de 1951 (Bahnemann) para la localización de yacimientos de esmeril en la isla griega de Naxos.
4.1. Nota sobre Anomalías Magnéticas inversas
De lo dicho en el apartado yacimiento considerado como un imán, se deduce claramente que la anomalía principal de un yacimiento magnético será normalmente positiva si esta situada al norte del ecuador magnético negativa en caso contrario. Sin embargo, aparecen frecuentemente anomalías magnéticas grandes e inversas (esto es negativas en el hemisferio septentrional y positiva en el meridional), y las causas posibles de tales anomalías no deben olvidarse durante la interpretación de los datos de campo. En primer lugar hay que decir que las cercanías de escombreras de mina, coches chatarra de hierro, etc., las anomalías suelen ser negativas en el hemisferio norte y positivas en el sur. En le hemisferio septentrional, las anomalías positivas están acompañadas frecuentemente por otras negativas, a veces muy fuertes, que están producidas por los polos norte de los extremos inferior del cuerpo. En el hemisferio sur, las anomalías normales negativas van acompañadas por otras positivas, debidas a los polos sur del extremo inferior del cuerpo que las causa. Análogamente, los efectos de la imanación transversal pueden producir también anomalías inversas “legitimas”, a veces fuertes. Otra condición que puede dar lugar a anomalías inversas es el relieve topográfico. Puede ocurrir, al efectuar mediciones en zonas de relieve topográfico, que se observen fuertes anomalías negativas (en el hemisferio norte) en las estaciones situadas en valles y depresiones, cuando algún mineral magnético aflora por encima de la estación. A menos que sea eliminada la posibilidad de anomalías inversas debidas a las causas expuestas o a otras similares, no puede admitirse la hipótesis de que exista imanación remanente inverso en las rocas o minerales de la zona como explicación de las anomalías inversas observadas.
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5. METODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO
Si se clavan en el terreno dos barreras o dos electrodos impolarizables, y se conectan a los terminales de un voltímetro sensible, se observara que entre ellos existe una tensión. Estas tensiones suelen valer desde unos pocos milivoltios a algunas decenas de milivoltios, peor sobre algunos yacimientos de sulfuros, en especial los que contienen pirita, calcopirita, o pirrotita y sobre grafito, pueden alcanzar valores tan elevados como varios centenares de milivoltios y hasta un voltio. Como comparación recordemos que la tensión entre los terminales de una pila de linterna es de 1.5 V (1500 mV). También se han registrado potenciales grandes sobre pirolusita, psilomelana, magnetita, y antracita. Como el método magnético, el de potencial espontáneo (P.E.), que es el nombre que se da al método que aprovecha las tensiones eléctricas espontáneas o naturales que aparecen en el terreno, constituye también una ayuda geofísica sencilla, fácil y barata para la prospección. Como los potenciales espontáneos no dependen de ninguna propiedad física determinada, sino que están producidos por diferencias en la actividad química del terreno, no proporcionan ninguna clave al menos hasta ahora, acerca de ningún parámetro físico definido asociado con el cuerpo que es causa de aquellos. Además, del solo conocimiento de las anomalías de P.E no es posible deducir si están producidas por sulfuros, óxidos, grafito u otras sustancias. Los indicios sobre ello deben obtenerse de estudios geológicos o de otra índole realizadas dentro de la zona. Como la medición de los P.E requiere conexión eléctrica directa con el terreno, este método no puede emplearse en comarcas donde la capa superficial es mala conductora de la electricidad, por estar constituida por roca cristalina seca, suelo congelado, etc.
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5.1. Origen de los Potenciales Espontáneos
Los potenciales espontáneos observados en el terreno pueden clasificarse, de un, modo general en dos grupos: (1) los potenciales “de fondo” que van desde fracciones de milivoltios a unos pocos milivoltios; (2) los potenciales de mineralización, con valores máximos del orden de varios centenares de milivoltios y distribuidos con arreglo a pauta sistemática. Los potenciales de fondo pueden ser tanto positivos como negativos, pero los potenciales de mineralización son siempre negativos, aunque debe indicarse que a veces se encuentran potenciales positivos del orden de 100 a 200 mV, pero que no están relacionados con metalizaciones. Los potenciales de fondo parecen tener su origen en varios mecanismos bien comprendidos. Por ejemplo, se sabe que entre dos electrolitos de diferente concentración puestos en contacto, se produce una diferencia de potencial. Algunos de los potenciales espontáneos de fondo han de ser debidos a las variaciones de concentración en los electrolitos del subsuelo (ácido húmico, aguas subterráneas con sales disueltas, etc.). Además, se sabe que cuando un electrolito fluye a través de un tubo capilar, aparece entre los extremos de este una diferencia de potencial pequeña. Algunos potenciales espontáneos pueden ser atribuidos a esta causa si el agua se mueve a través de los poros de las rocas, especialmente en las capas superficiales. Otros fenómenos electroquímicos contribuyen sin duda a las variaciones de fondo de los potenciales espontáneos. Sin embargo, los potenciales de mineralización son difíciles de explicar, y se han propuesto varias teorías. Se creía comúnmente que la oxidación de la parte superior de un yacimiento creaba una diferencia de potencial entre los extremos superior e inferior de aquel, que se comportaba como una gran pila eléctrica que producía corrientes en el terreno. Estas corrientes originarían los potenciales naturales observados sobre los yacimientos. Si esta teoría fuese cierta, el yacimiento desaparecería con el tiempo, por causa de la constante disipación de energía necesaria para mantener las corrientes eléctricas por medio de la oxidación del cuerpo metalizado. Además, esta teoría no vale para el grafito que, aunque no se oxida, muestra con frecuencia grandes potenciales espontáneos. Aun más decisiva es la objeción de que, puesto que la oxidación extraña perdida de electrones, cuya carga es negativa, la cima del yacimiento quedaría cargada positivamente respecto de sus alrededores, mientras que en la realidad ocurre lo contrario. SATO y MOONEY llegaron a la conclusión de que los potenciales espontáneos no pueden ser debidos a la oxidación propiamente dicha de un yacimiento, sino a la diferencia en la capacidad de oxidación de las aguas próximas al techo y al muro del yacimiento, dentro del cual la conducción eléctrica es del tipo electrónico. Entre estos yacimientos pueden mencionarse los de pirita, calcopirita, galena, magnetita y grafito. En los extremos superior e inferior del yacimiento tiene lugar un intercambio de cargas ionaicas y electrónicas, y la mineralización sirve para el transporte de electrones
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desde la superficie inferior a la superior, hasta que se alcance equilibrio electroquímico. Por lo tanto, la superficie superior se carga negativamente y la inferior positivamente, de acuerdo con lo observado en la naturaleza. Una consecuencia del mecanismo propuesto por SATO y MOONEY parece ser que los yacimientos eléctricamente conductores pueden producir potenciales espontáneos en circunstancias climáticas y de otro tipo mas variadas que las admitidas por las teorías de la oxidación. Esto significa a su vez, que el método del P.E tiene, en la prospección minera, mayor campo de aplicación de lo que hasta ahora se suponía. Existen pues, fuertes razones para emplear este método con mas extensión que hasta aquí. Sin embargo, no parece verosímil que el método pueda ser capaz de detectar yacimientos muy profundos, aunque le introdujeran grandes perfeccionamientos en la técnica de medición. Además de los efectos de fondo, pueden existir grandes perturbaciones locales debidas a tuberías de hierro subterráneas, tomas de tierra de instalaciones eléctricas, abonos químicos, escoriales, etc., que deben ser tenidas en cuenta en la interpretación de las anomalías de P.E. Por otra parte, la Interpretación cualitativa de las anomalías de P.E. presenta pocas complicaciones y es enteramente directa en el sentido de3 que las anomalías negativas intensas indican metalización.
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6. METODOS ELECTROMAGNETICOS
Cuando un campo electromagnético alterno producido por un cable o bobina recorrido por corriente alterna se propaga a través del subsuelo, induce otras corrientes eléctricas en cualquier conductor que atraviese en su camino. Estas corrientes secundarias fluyen en dirección tal que su campo electromagnético se opone al campo inductor. Cuando el campo secundario se extiende en el espacio, el campo total difiere en cualquier punto del campo primario, es decir, del campo que llega a este mismo punto desde la fuente. La intensidad de las corrientes inducidas depende, entre otros factores, de la resistividad eléctrica del conductor en cuestión de la frecuencia del campo primario. Generalmente, las corrientes son tanto más intensas cuando menor sea la resistividad y mayor la frecuencia. La resistividad muy baja, casi metálica, del grafito esa sin embargo causa de perturbaciones, porque las capas de grafito, carentes de valor económico, suelen absorber fuertemente las ondas electromagnéticas y pueden enmascarar los minerales interesantes situados en su proximidad. Por otra parte, la baja resistividad de la pirrotita, otro mineral sin importancia económica, es beneficiosa, porque la pirrotita suele aparecer íntimamente asociada con sulfuros, o incluso filoncillos o una impregnación moderadamente buena pueden ser de gran ayuda para el descubrimiento de yacimientos de sulfuros. Las perturbaciones electromagnéticas pueden también estar producidas por fallas, fracturas en la base rocosa, zonas de trituración y fisuras con agua conductora, filoncilos conductores, etc., que aunque son conductores sin valor pueden tener relación indirecta, en algunos casos, con yacimientos explotables.
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Es frecuente encontrar indicaciones artificiales en la proximidad de líneas telefónicas, tuberías, líneas eléctricas, ferrocarriles, etc. Por regla general, son fáciles de conocer por sus características: zonas largas, rectas y estrechas donde el campo electromagnético toma valores muy altos.
7. METODOS ELECTRICOS
Llamaremos método de prospección eléctrica a aquellos métodos en los que se hace pasar a través del terreno una corriente eléctrica y la distribución de potenciales que de ello resulta se cartografía por medio de un par de electrodos introducidos en el terreno y conectados a un voltímetro sensible. Como el método de potencial espontáneo, los métodos eléctricos solo pueden emplearse cuando es posible establecer contacto eléctrico satisfactorio con el terreno. Por ello, no pueden emplearse en regiones cuyas formaciones superficiales son rocas secas de desierto, terreno helado, etc. Cuando las posiciones de los puntos por los cuales la corriente entra en el terreno y sale de el son conocidas, es posible calcular los potenciales y las trayectorias que la corriente tomaría si el subsuelo fuese homogéneo. Las heterogeneidades tales como cuerpos mejores o peores conductores, se descubren porque se desvían la corriente y alteran los potenciales normales Si un cuerpo subterráneo es mejor conductor eléctrico que el terreno circundante, la corriente tiende a fluir a través de este cuerpo con preferencias al resto del terreno. Las líneas de corriente (trayectorias) y las equipotenciales, se alteran en la vecindad del cuerpo, y también a alguna distancia del mismo; Cuando la metalización o cuerpo subterráneo es peor conductor que la roca de caja, la corriente tiende a evitarla, y la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera situados sobre la heterogeneidad aumenta, mientras que decrece en la zona periférica.
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7.1. Propiedades del Método Eléctrico
El método de prospección eléctrica se basa en la aplicación de una diferencia de potencial entre dos puntos del terreno. Esto es, consiste en generar energía eléctrica y enviarla al terreno, creando de esta manera campos artificiales. Las reducidas dimensiones de los cuerpos arqueológicos determinan la necesidad de realizar un gran número de medidas en un área reducida a fin de detectar las variaciones en las propiedades físicas del substrato. En nuestro caso se ha definido una malla con la extensión y distancia de intervalo que permite detectar las posibles estructuras basándonos en la hipótesis aproximada de la profundidad. La principal característica física que se determina con el método eléctrico es la resistividad. Con ello se determinan las variaciones horizontales y verticales de los campos de potencial eléctrico creados al comunicar una corriente al terreno a través de pares de electrodos. El potencial en un punto del subsuelo dependerá, a igualdad de otros factores, de la resistividad del material existente en dicho punto, entendiendo como tal la oposición que presentan los materiales a que circule una corriente eléctrica a través de ellos. Para ello, es necesario que se presente un contraste apreciable entre la estructura y el medio que le rodea (Romero 1995). 8. METODOS DE POLARIZACION INDUCIDA
Si los electrodos de corriente de una configuración electródica situada en la superficie del terreno se conectan a una batería de pilas, aparece una diferencia de tensión entre las dos sondas de potencial. Se ha observado, sin embargo, que al desconectar las pilas, la diferencia de potencial no cae a cero inmediatamente, sino que en general persiste durante algún tiempo aunque decrece continuamente. De modo inverso, la tensión entre los electrodos de potencial no alcanza su valor máximo tan pronto como se aplica la corriente, sino que aumenta de modo gradual durante segundos o minutos hasta alcanzar dicho máximo. En la figura siguiente se muestran dos curvas del decrecimiento del potencial obtenidas en el campo. Se advertirá que incluso dos minutos después de cesar la corriente, la tensión residual en las sondas es nada menos que el 0.5 a 1% de la que existía cuando la corriente estaba circulando. En la literatura geofísica, este fenómeno recibe el nombre de polarización inducida (P.I.; en inglés I.P.) y parece haber sido estudiada por primera vez por Schlumberger 1920, en lo que respecta a prospección geofísica. Müller realizó en 1937 algunos experimentos poco concluyentes sobre el efecto de P.I. en rocas sedimentarias, pero el interés en este fenómeno parece haber estado adormecido hasta 1948, en que la compañía Newmont Exploration Ltd., de EE.UU., lo hizo revivir.
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9. METODOS GRAVIMETRICOS
La prospección gravimétrica es el método geofísico que mide la variación de la atracción de la gravedad en la superficie del terreno. De tal manera que la distribución lateral de la densidad de las rocas en el subsuelo pueda ser interpretada. Esto es posible siempre y cuando exista una concentración anómala de masa (aumento o disminución de la densidad), que contraste con la del medio circundante, con una intensidad suficiente como para que pueda ser detectada por la sensibilidad del equipo de prospección. El método gravimétrico mide las variaciones en el campo gravimétrico de la Tierra con el fin de localizar masas de mayor o menor densidad que el medio que las rodea. Normalmente las medidas se realizan cerca de la superficie. Como las variaciones de densidad son bastante pequeñas, los instrumentos utilizados tienen que ser muy sensibles. Además es necesario controlar de manera precisa la elevación y latitud del terreno. Se utiliza en exploración petrolera y, como método secundario, en exploración minera. Si a un cuerpo, inicialmente en reposo, lo dejamos caer libremente sobre el suelo, habrá adquirido, al cabo de un segundo, la velocidad de 9.80 m/s con dirección vertical. Después de otro período de un segundo, la velocidad será de 9.80 + 9.80 = 19.60 m/s, y así sucesivamente. El aumento, durante cada segundo de caída, de 9.8 m/s en la velocidad vertical de un cuerpo que cae libremente se llama “aceleración de la gravedad”, o simplemente “gravedad”. Se escribe como 9.80 m/s2. El primer “por segundo” nos indica
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que la velocidad se mide a partir de la distancia recorrida durante un segundo, u el otro “por segundo” nos dice que el cambio de velocidad de 9.80 m/s ocurre en el lapso de un segundo. La aceleración de la gravedad ( g ) se debe a la fuerza atractiva que la Tierra ejerce sobre cualquier cuerpo, menos la fuerza centrífuga que experimenta el cuerpo, hacia fuera de latiera, por causa de la rotación de ésta. La fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es igual a su masa multiplicada por g . Entonces, numéricamente, la aceleración de la gravedad en cualquier punto, es igual a la fuerza atractiva que experimenta en dicho lugar una masa de 1 Kg. Si una velocidad aumenta en un cm/s durante un lapso de 1 segundo, la aceleración, de 1 cm/s2 se llama de 1 “gal” (=10 –2 m/s2). El nombre de esta unidad se ha elegido en honor de Galileo Galilei, que fue el primero en intuir que la aceleración gravitatoria es la misma para todos los cuerpos, independientemente de sus masas, formas, tamaño o composición. El valor de g sobre la superficie terrestre es aproximadamente de 980 gales (9.80 m/s ), pero varía de modo sistemático desde 978 gales en el ecuador hasta unos 983 gales en los polos. Es mayor en los polos a causa de que la Tierra está ligeramente achatada en ellos, acercándose más a un elipsoide de revolución que a una esfera, de modo que los polos están más próximos al centro de la Tierra que los puntos situados en el ecuador. Un cuerpo que cae libremente en un polo, adquiere velocidad algo más rápidamente que en otro que cayera en el ecuador, y una masa de 1 Kg pesa alrededor de 5 g más en los polos que en el ecuador. 2
La variación de la gravedad, al nivel del mar, en función de la latitud viene dada con mucha aproximación por la siguiente fórmula: g = 978.049 (1 + 5.28838 ∗ 10 –2 sen2 ϕ – 5.9 ∗ 10 –6 sen2 2ϕ) gales que a sido adoptada internacionalmente para representar la gravedad “normal” sobre la superficie terrestre. Como la Tierra no es homogénea y su superficie no es perfectamente lisa, la gravedad real en cualquier punto difiere de la calculada por medio de la ecuación anterior. La discrepancia se explica en parte por la altitud del punto de observación sobre (o bajo) el nivel de mar, puesto que la atracción terrestre depende de la distancia del punto considerado al centro de la Tierra. El resto de la diferencia se explica en parte por la atracción suplementaria debida a las rocas que yacen entre el nivel del mar y el del punto de observación. Pero incluso después de aplicar estas correcciones, las diferencias entre los valores de la gravedad observados dentro de una zona y los calculados no se anulan ni resultan iguales entre sí. Estas diferencias, llamadas anomalías de la gravedad , indican que la Tierra no es homogénea, es decir, volúmenes iguales de ella no tienen masas iguales.
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En otras palabras, las variaciones en las anomalías de la gravedad señalan las variaciones en la densidad de las rocas del subsuelo. Hablando en términos generales, si la gravedad observada, después de las correcciones pertinentes, es mayor en A que en B, deducimos que el subsuelo de la vecindad de A debe contener masas más pesadas que el de la vecindad de B. El empleo de los métodos gravimétricos en la prospección de minerales se basa en el hecho de que los yacimientos a veces difieren grandemente en su densidad respecto de la roca encajante, y producen distorsiones en el campo normal de la gravedad terrestre. Por regla general, las anomalías de la gravedad correspondientes a una zona de extensión limitada son relativamente pequeñas. Por lo tanto se ha considerado conveniente expresarlas tomando como unidad algún submúltiplo del gal. El miligal (o mgal) es la milésima parte del gal. Como la gravedad normal es aproximadamente de 980 gales en cualquier punto de la superficie terrestre, el miligal viene a ser la millonésima del campo normal de la gravedad. Cada vez se usa más la unidad gravimétrica, que equivale a la décima de miligal (la unidad gravimétrica miligal, por su tamaño es la más utilizada en prospecciones mineras). Así, si la gravedad es una u.g. (unidad gravimétrica) mayor en A que en B, una masa de 10 g pesa alrededor de 1 mg más en A que en B. El método gravimétrico en los últimos años se ha venido utilizando para objetivos mineros, complementando a los tradicionales métodos de resistividad, ya que en ciertos sitios los cuerpos minerales no tienen un claro contraste resistivo con las rocas encajonantes. Al poder aplicar un método geofísico alternativo, debido a las diferentes propiedades físicas que poseen las rocas, el método gravimétrico, ha venido contribuyendo de manera importante en la exploración minera. La gravimetría de exploración se compone de dos partes: la operación topográfica y la adquisición, propiamente, del dato gravimétrico. Ambas están íntimamente relacionadas, de tal manera que deben ser efectuadas con gran precisión.
9.1. Alcance del Método Gravimétrico en la Prospección Minera
El método gravimétrico se utiliza raramente en la prospección minera para fines de reconocimiento. Se emplea por el contrario como método auxiliar generalmente, sobre objetivos específicos bien definidos, para “tamizar” las indicaciones geofísicas obtenidas por otros métodos. Las indicaciones electromagnéticas obtenidas sobre filones de sulfuros estrechos y asilados, zonas de grafito y zonas de impregnación débil, son frecuentemente tan intensas como las debidas a yacimientos en masa. Las anomalías gravimétricas son a veces útiles para ayudar a decidir entre las diversas alternativas, puesto que las indicaciones de la gravedad sobre un yacimiento en masa serán más intensas que las debidas a un filón estrecho y aislado y a zonas grafitosas, las cuales serán casi inapreciables; en el primer caso, la pequeñez de la masa, y en el segundo, porque las zonas grafíticas difieren muy poco en su densidad respecto de la roca encajante.
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Por ejemplo, un yacimiento origina indicaciones fuertes, tanto electromagnéticas como de potencial espontáneo. Teniendo en cuenta la experiencia previa en dicha zona minera, estas indicaciones podrían atribuirse a pizarras grafitosas. Una prospección gravimétrica sobre la indicación electromagnética revela un exceso de gravedad muy pequeño pero neto, según aparece en los perfiles de la figura siguiente.
Por lo tanto, se sospecha la existencia de una masa anómala de densidad significativamente mayor que la de la roca de caja. La perforación consiguiente a este tamizado lleva al hallazgo del yacimiento. En la prospección de minerales de hierro se presenta el problema de que el magnetómetro responde solamente a la magnetita, pero no a los de hematites pura, puesto que los últimos no son magnéticos. Análogamente, la prospección gravimétrica ayuda a veces a la prospección de yacimientos de cromita, cuyo magnetismo, frecuentemente intenso pero caprichoso, hace que no pueda confiarse en su búsqueda mediante el magnetómetro. Algunos yacimientos, tales como los de blenda, bauxita o barita, son también blancos difíciles para la prospección eléctrica para la prospección eléctrica o magnética, en razón de su susceptibilidad magnética y su conductividad eléctrica muy bajas. Estos cuerpo deben ser detectables por el método gravimétrico, con tal que tengan suficiente contraste de densidad respecto de la roca encajante, y de que las anomalías dispersas, debidas a la topografía, etc., no enmascaren las anomalías del yacimiento. Debe indicarse que los yacimientos de bauxita se manifestarán por valores de gravedad menores de lo normal, puesto que su densidad suele ser mucho menor que la de las rocas de caja.
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A pesar de todo lo dicho, puede afirmarse, sin embargo, que la aplicación más importante que puede darse a la gravimetría, no es el tamizado ni la confirmación de otras indicaciones geofísicas, sino la estimación de la masa total de los yacimientos ya señalados (habitualmente con más facilidad) por otros métodos.
9.2. Algunas dificultades del Método Gravimétrico
Aunque el método gravimétrico puede parecer, según lo dicho, muy flexible, adolece d ciertos inconvenientes que lo hacen inadecuado como método de reconocimiento minero en el sentido en que lo son los métodos magnéticos, electromagnético o eléctrico. En primer lugar, los levantamientos gravimétricos resultan costosos a causa del conocimiento bastante detallado que se requiere acerca de la altimetría de la zona. Además, la reducción de la gravedad “en bruto” a condiciones normales que es necesaria para revelar el efecto de las masas anómalas, cuesta también tiempo y dinero. Más importante es, no obstante, el hecho de que las anomalías de la gravedad producidas por masas de mineral, incluso de buen tamaño, son débiles y a menudo fácilmente enmascarables por el influjo de irregularidades topográficas, por variaciones moderadas en el espesor y composición del recubrimiento, por anomalías regionales debidas a cuerpos profundos, etc. Existe además otro factor que debe ser tenido en cuenta. Se ha observado que variaciones muy moderadas en el espesor del recubrimiento, del orden de 2 ó 3 metros, pueden producir un fondo de anomalías indeseadas tan fuertes como 1 a 1.5 u.g. En este caso, una anomalía debe ser al menos de 3 u.g. (= 0.3 mgal) para considerase significativa. Una bolsada de 200.000 toneladas debe yacer a no más de 20 m para ser detectable, mientras que un mineral más pobre de la misma masa total pesaría inadvertida incluso a dicha reducida profundidad. Incluso en este caso nada nos garantiza que la masa anómala sea una metalización, puesto que fallas, anticlinales, sinclinales, diques, pliegues y otros accidentes geológicos pueden producir también anomalías gravimétricas fuertes. Queda claro, por lo tanto, que la diferenciación entre anomalías significativas y no significativas constituye un problema muy difícil. Además las exigencias de precisión para las observaciones gravimétricas son muy rigurosas en prospección minera. Por regla general, se procura conseguir la precisión de 0.1 a 0.2 u.g., lo que puede conseguirse en circunstancias especiales, pero la precisión de las prospecciones más cuidadosas oscila entre 0.5 y 1 u.g. Conviene indicar que incluso esta última precisión es equivalente a la de pesar una masa de un gramo con error menor que una décima de microgramo.
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10. METODOS SISMICOS
Se subdividen en dos Métodos; el de Reflexión Sísmica y el de Refracción Sísmica.
10.1. Método de Reflexión Sísmica
Con esta técnica se levanta el mapa de la estructura del subsuelo haciendo uso de los tiempos requeridos por una onda sísmica generada en el suelo por una explosión de dinamita próxima a la superficie, para volver a esta después de ser reflejada en las formaciones mismas. Las reflexiones son registradas por instrumentos detectores colocados sobre el suelo, cerca del punto de explosión que responden a los movimientos del suelo. Las variaciones en los tiempos de reflexión de un lugar a otro de la superficie indican, por lo general, las profundidades hasta las superficies reflectoras pueden ser determinadas a base de los tiempos, si es posible medir la rapidez de las ondas sísmicas en la zona situada encima de aquellas. Normalmente, y con una sola explosión, pueden ser observadas reflexiones hasta profundidades de 600 m., de manera que en la mayoría de las zonas puede determinarse la estructura geológica de toda la sección sedimentaria. La técnica de reflexión proporciona mas información estructural y mejor que cualquier otro método geofísico, pero presenta la desventaja de que es más lenta y costosa que la mayoría de los
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restantes métodos. Además, son muchas las regiones donde las reflexiones sólo pueden obtenerse con grandes dificultades.
10.2. Método de Refracción Sísmica
En este método los instrumentos detectores se imponen a cierta distancia del punto de explosión, que es larga en comparación con la profundidad a que se encuentra el horizonte que haya de ser marcado en el mapa. Las ondas explosivas recorren grandes distancias horizontales a través del suelo, y el tiempo requerido para su desplazamiento informa acerca de la velocidad y profundidad de ciertas formaciones del subsuelo. Aunque el método de refracción no da tanta información, ni tan precisa, del cuadro estructural como el de reflexión, proporciona datos de la velocidad en las capas refractantes que, con frecuencia, permiten al geólogo identificarlas o especificar su litología. Por lo general, este método hace posible cubrir una zona dada en menos tiempo que con el método de reflexión.
10.3. Alcance de las mediciones sísmicas en la prospección minera
Las aplicaciones propuestas para el método sísmico en la prospección minera son dos: primeramente la investigación directa de yacimientos por delimitación de los contactos de éstos con la roca de caja, y en segundo lugar la determinación del espesor del recubrimiento y de los estratos sedimentarios.
El método ensayado para la búsqueda sísmica directa de minerales ha sido casi siempre, el método de reflexión, que describimos anteriormente. Se ha empleado tanto en superficie como subterráneamente. Los contrastes de velocidad elástica entre las menas y las rocas (en especial si las últimas son cristalinas) serán, en general, muy pequeñas, y puesto que los yacimientos constituyen zonas del subsuelo relativamente delgadas, su influencia sobre la prospección de ondas elásticas a través del terreno, puede esperarse que sea pequeña. Esta es la razón principal por la que los métodos sísmicos han tenido éxito muy limitado en la búsqueda directa de yacimientos. En lo que respecta al otro aspecto de los métodos sísmicos en la prospección minera, la necesidad de conocer el espesor del recubrimiento surge en la interpretación detallada de anomalías gravimétricas, mientras que el conocimiento del espesor de los estratos sedimentarios es de gran importancia en la prospección de carbón, yeso, sulfuros en capas, etc. Tanto el método de reflexión como el de refracción se han empleado, por ejemplo, en la investigación de cuencas carboníferas. La determinación del espesor del recubrimiento para posibles correcciones gravimétricas es de interés considerable en regiones como Suecia, Canadá o Siberia, donde el basamento cristalino está recubierto por morrenas o por la zona de congelación permanente, cuyo contraste de densidad con la roca firme es grande. Aunque las determinaciones de la profundidad de la roca firme se efectúan muy frecuentemente en la actualidad en trabajos de ingeniería civil, no están muy extendidos
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como medio auxiliar para la interpretación gravimétrica, siendo el costo de la prospección sísmica uno de los factores restrictivos. Ahora que existen a la venta equipos sísmicos relativamente baratos y fácilmente manejables, como los sismógrafos de martillo, es probable que crezca el empleo de datos sísmicos como ayuda para la interpretación gravimétrica.
11. METODOS RADIACTIVOS
Los núcleos de ciertos elementos se desintegran espontáneamente con emisión de radiaciones energéticas corpusculares y electromagnéticas, con lo que se transforman en núcleos de otros elementos. Los elementos “hijos” pueden, a su vez, ser radiactivos. Las radiaciones corpusculares emitidas son partículas (α) y beta (β), que son respectivamente núcleos de helio y electrones. Las partículas α tienen carga eléctrica positiva, y las β negativa, con la excepción de que algunos núcleos radiactivos artificiales emiten positrones, que son partículas de carga positiva. La radiación electromagnética consiste en rayos gamma (γ ), que son rayos X de muy corta longitud de onda, y que por lo tanto, poseen gran energía. Existen más de 50 tipos de núcleos radiactivos naturales y más de 800 obtenidos artificialmente. La radiactividad natural está confinada principalmente a los productos de desintegración de tres elementos: Neptunio, Uranio y Torio. Además de éstos, se conocen en la naturaleza otros varios isótopos del Potasio y Rubidio. Los elementos de tierras raras Samario y Lutecio constituyen otros dos ejemplos. Las tres radiaciones emitidas por los núcleos radiactivos pierden parte de su energía al atravesar materia, pero en grado diferente. Las partículas α son detenidas completamente
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por espesores muy pequeños de materia (por ejemplo, unas cuantas micras de aluminio), pero la penetración (alcance) de las partículas β es mucho mayor, del orden de 50 µ en aluminio. La intensidad de los rayos γ decrece continuamente, mientras atraviesa materia, de modo que no tienen alcance definido y podrían detectarse, teóricamente, después de atravesar cualquier espesor. Sin embargo, existe un límite práctico para su detección, puesto que la intensidad desciende gradualmente hasta quedar por debajo de la sensibilidad y el nivel de ruido de los instrumentos detectores. En la práctica, puede suponerse que los 30 a 50 cm de roca compacta, o un espesor algo mayor de materiales sueltos. Las tres radiaciones ionizan el aire o gas que atraviesan, y al actuar así vuelven a éstos electrónicamente conductores. Además, los rayos γ pueden producir pequeños destellos luminosos cuando inciden sobre ciertos cristales, por ejemplo, sulfuro de zinc, scheelita, antraceno, etc. Estos son los dos efectos mediante los cuales se detectan las radiaciones de la radiactividad.
11.1. Alcance del Método Radiactivo
La radiactividad es propiedad del núcleo, por lo que no es afectada por la forma en que aparece, químicamente, cada elemento radiactivo. Por consiguiente, la presencia del elemento puede revelarse independientemente de la complejidad del compuesto químico considerado. De los alcances o penetraciones de los rayos α, β, y γ , resulta que sólo los últimos pueden ser utilizados en la búsqueda de elementos radiactivos en la corteza terrestre, puesto que las partículas α y β son completamente detenidas por el recubrimiento más ligero, como suelo, humus, arcilla, etc. La búsqueda geofísica de elementos radiactivos en la corteza terrestre es primordialmente una búsqueda de lugares con radiación γ anormal. Sin embargo, no todos los elementos radiactivos emiten rayos γ y sus yacimientos no pueden ser localizados a menos que un elemento “hijo” presente en el yacimiento emita dichos rayos. Así el uranio se detecta indirectamente por la radiación γ emitida por uno o más de sus productos, en especial el radio. La localización de elementos radiactivos no es la única aplicación de los métodos radiactivos. Puesto que todas las rocas, tanto ígneas como sedimentarias, contienen trazas de elementos radiactivos. Estos métodos pueden utilizarse también para cartografía geológica, con tal que las diferentes rocas, estratos o facies tengan radiactividades diferentes. También los métodos radiactivos son trascendentales en la determinación de los límites de formaciones graníticas. Este método también es aplicable desde un avión.
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12. METODOS MAGNETICOS Y ELECTROMAGNETICOS AEREOS
Las mediciones radiactivas, como las magnéticas y electromagnéticas pueden efectuarse desde el aire. Los principios físicos del trabajo aéreo son, naturalmente, los mismos del terrestre. La diferencia entre las dos clases de trabajo proviene de detalles instrumentales y operativos que en las investigaciones aéreas son mucho más complicadas. Desde el punto de vista de la prospección, la finalidad de las mediciones aéreas, lo mismo que en el caso de las terrestres, es la separación de zonas que aparezcan como estériles de otras prometedoras. No obstante, puede obtenerse gran cantidad de información regional estructural, especialmente desde el aire. Desde este punto de vista, el trabajo aéreo tiene la ventaja de que permite la rápida acumulación de datos referentes a una zona muy extensa. Por consiguiente, el costo por Km2 o por Km lineal de una prospección aérea es, muchas veces, menor que el costo de la misma prospección efectuada pie a tierra, siempre que la zona sea suficientemente grande. Para zonas pequeñas, los costos fijos impiden, por lo general, la aplicación de los métodos aéreos. Además, la prospección desde avión puede efectuarse sobre terrenos tales como selvas, pantanos, montañas, glaciales, etc., cuyo acceso puede ser difícil para equipos terrestres. Uno, dos o los tres tipos de mediciones aéreas pueden realizarse simultáneamente con poco costo adicional y ser registradas juntamente con los datos de vuelo.
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El costo de una prospección aérea depende de varios factores, tales como el tipo de vehículo usado (helicóptero o avión), distancia de la zona investigada a la base, extensión de la zona, espaciado de las líneas de vuelo, sistemas de navegación empleados, etc. Las prospecciones desde avión cuestan generalmente menos que las realizadas desde helicópteros, pero en ciertas condiciones (zonas montañosas) los aviones no pueden emplearse, y sólo los helicópteros resultan utilizables. El espaciado entre líneas de vuelo es factor importante en el programa de cada prospección aérea, pues debe alcanzar el equilibrio entre los costos, por una parte, y el detallado deseado para las anomalías, por otra. Para alturas de vuelo relativamente grande, de unos 350 m, usadas frecuentemente en prospecciones magnéticas y radiométricas (de radiactividad) el espaciado suele variar entre 500 m y 2 Km. Las prospecciones electromagnéticas deben efectuarse a muy poca altura, de unos 30 a 150 m y el espaciado habitual en este caso es de 125 a 250 m. En las prospecciones aéreas, la navegación puede efectuarse de varios modos. Si se dispone de buenas fotografías aéreas y existe el detalle topográfico suficiente (lagos, ríos, arroyos, relieve, caminos, etc.), es muy conveniente comprobar la ruta con referencia a estos accidentes, y al mismo tiempo, hacer señales en la fotografía aérea, a intervalos adecuados, así como en las bandas de registro, cuando el vehículo aéreo pasa sobre algún objeto identificable.
Si no se dispone de fotografías aéreas, puede instalarse a bordo una cámara que fotografíe el terreno que se encuentra cada momento por debajo del avión. Si estas fotografías están sincronizadas adecuadamente con la banda de registro de datos, puede reconstruirse la trayectoria de vuelo por medio del mosaico de fotos. Sin embargo, incluso la instalación de una cámara a bordo, puede ser insuficiente si el terreno tiene pocos (o ninguno) accidentes identificables. En este caso la navegación debe basarse en sistemas electrónicos como Shoran, Doppler, etc. o sistemas satelitales como GPS. Las navegaciones electrónicas y satelitales incrementan considerablemente los costos de la prospección. Finalmente, la altura de vuelo debe determinarse de modo continuo y registrase junto a los datos geofísicos.
12.1. Limitaciones de la Prospección Aérea
La limitación principal de la prospección aérea es que, incluso con excelente medios de navegación, existe incertidumbre considerable acerca de la verdadera ubicación de las indicaciones obtenidas desde el aire. Además, la prospección aérea implica una pérdida de resolución, lo que quiere decir que dos indicaciones próximas tenderán a fundirse en una, dando la impresión de que se trata de una sola, aunque este inconveniente está mitigado en parte por el hecho de que las lecturas son continuas y no discretas como en la prospección terrestre; pero, en conjunto, existe pérdida de detalle en las anomalías del trabajo aéreo. No
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resulta aconsejable, por lo tanto, en general, acometer labores de investigación tales como perforaciones, calicateo, emboquillado de pozos, etc., basándose en las indicaciones aéreas, sin efectuar trabajos de geofísica terrestre que las confirmen. Por último, es preciso darse cuenta de que la penetración de los métodos aéreos (bajo la superficie del terreno) es mucho menor que la de los métodos terrestres. Esta desventaja no es tan grave en el método magnético, pero los electromagnéticos (con una excepción) no pueden detectar yacimientos situados por debajo de una profundidad máxima de, digamos, unos 50 m. Debe tenerse presente que los métodos aéreos ejercen una acción de “desnatado”, mientras que las estructuras o yacimientos realmente profundos exigen métodos terrestres para su detección.
12.2. Prospección Magnética Aérea
Los magnetómetros de uso terrestre con la excepción del de protones, están proyectados para su empleo en posición fija, por lo que no pueden funcionar sobre vehículos aéreos sin complicadas modificaciones. Los instrumentos que se emplean en la prospección aeromagnética son adaptaciones de los magnetómetros de saturación o de protones.
La intensidad de imanación de materiales como el hierro, aumenta con el poder imanador del campo, hasta que se alcanza un estado de saturación en el cual los incrementos del poder imanador no producen aumento en la imanación. Si el material se somete a un campo magnético cuyo poder imanador es de intensidad moderada y oscila sinusoidalmente, su imanación variará también sinusoidalmente. El funcionamiento del magnetómetro de saturación (“flux-gate”) se basa en que en ciertos materiales de permeabilidad muy alta, como el “permalloy”, campos tan débiles como el geomagnético (unos 45 amp/metro de poder imanador) producen casi la saturación. Si se aplica un débil poder imanador sinusoidal, la imanación no varía en forma sinusoidal pura, sino distorsionada, y con máximos truncados. El grado de distorsión es proporcional del campo magnético ambiente, y puede leerse, a través de circuitos electrónicos adecuados, por medio de la desviación de una aguja, o de una pluma inscriptora. Los magnetómetros aéreos llevan tres elementos de saturación (bandas pequeñas de “permalloy”) mutuamente perpendiculares y montadas en un dispositivo Cardan. Dos de ellos sirven como elementos orientadores que giran automáticamente de modo que el campo magnético que actúa sobre ellos sea nulo. Entonces el tercer elemento estará forzosamente dirigido en la dirección de campo máximo, es decir, en la dirección del vector total del campo geomagnético. En esta versión, el magnetómetro aéreo de saturación mide las anomalías en la intensidad del campo total. No se obtiene información acerca de la dirección del campo.
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Teóricamente, las mediciones de la componente vertical suministran más información acerca del campo geomagnético que las de campo total, por lo que sería muy ventajoso disponer de magnetómetros aéreos de componente vertical. Desgraciadamente, la precisión alcanzable en mediciones aeromagnéticas de este tipo, es muy inferior a la que se obtiene en las de campo total. Las mediciones aeromagnéticas deben corregirse de la deriva del magnetómetro y de la variación diurna. Esta última corrección es necesaria en el caso de prospecciones de precisión excepcional, pero en todos los casos debe vigilarse el estado del campo geomagnético, suspendiéndose las mediciones si se producen tormentas magnéticas fuertes. Cuando han sido voladas todas las líneas, se leen los valores del campo magnético en puntos adecuados de cada perfil registrados (actualmente, casi siempre por medio de máquinas automáticas de proceso de datos). Estos valores se llevan a un mapa, y basándose en ellos se trazan las líneas isoanómalas del modo habitual. Los mapas aeromagnéticos obtenidos con instrumentos de saturación toman como nivel de referencia de las anomalías un cero arbitrario, ya que el campo geomagnético (normal) total se compensa durante la medición. Los mapas obtenidos con magnetómetros de protones se caracterizan porque sus isolíneas unen puntos donde la intensidad del campo total tiene valores definidos iguales. Estas líneas suelen llamarse isodinámicas. En este caso, los mapas de anomalías han de obtenerse restando el campo normal, lo que constituye una operación adicional.
12.3. Métodos electromagnéticos Aéreos
En principio, los métodos electromagnéticos aéreos corresponden al tipo de emisor y receptor móviles con ambos elementos alzados en el aire. No obstante, los problemas técnicos relacionados con este método son intricados, y la breve exposición que sigue no da idea justa del ingenio con que han sido resueltos por diferentes investigadores. En primer lugar, en los métodos aéreos no es posible efectuar mediciones en puntos discretos o separados, de modo que deben emplearse instrumentos de registro continuo que respondan instantáneamente a la señal entrante. En segundo lugar, es necesario darse cuenta de lo que sigue. El campo primario de una bobina emisora decrece con el cubo de la distancia a ésta. El campo secundario de las corrientes inducidas en un conductor del subsuelo es proporcional al campo primario en él y sufre una nueva disminución al retornar a la bobina receptora, en proporción que varía entre la primera y tercera potencias inversas de la distancia, según la geometría del conductor. Por consiguiente, la señal variará según los casos, en proporción a la tercera o hasta la sexta potencia inversa de la altura del sistema aéreo sobre el conductor, o dicho más exactamente según una potencia inversa de la relación “altura/distancia entre bobinas”. Por consiguiente, aumentos relativamente pequeños en la altura de vuelo, tales como los exigidos por los accidentes topográficos, pueden reducir considerablemente las
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señales que han de registrarse. Por consiguiente, la sensibilidad de los instrumentos ha de ser muy alta. Por último, el movimiento relativo de las bobinas de un sistema de emisor y receptor móviles produce una variación en el campo primario observado en el receptor, lo que puede confundirse con una anomalía. Para comprender los problemas que hay que superar en los sistemas electromagnéticos aero-transportados con distancia fija entre bobinas, basta tener en cuenta lo que sigue. La sensibilidad buscada en la determinación del campo secundario en el receptor es en muchos sistemas de 10 p.p.m. (partes por millón) del campo primario. Si las bobinas están separadas 10 m, un cambio de esta distancia de sólo un tercio de milímetro, altera el campo en el receptor en 10 p.p.m. Por lo tanto, hay que aplica complicadas técnicas compensadoras para corregir cambios tan diminutivos, que pueden producirse fácilmente por flexiones de los soportes o de las alas, vibraciones del avión, cambios de temperatura, etc.
13. COMBINACION DE METODOS GEOFISICOS
Cada método geofísico tiene sus propias limitaciones respecto de la información que proporciona sobre los cuerpos ocultos en el subsuelo. La combinación de dos o más métodos geofísicos suministra, generalmente, información más amplia, por lo que contribuye a reducir la ambigüedad inherente a la interpretación de datos geofísicos. De hecho, cuanto menos se sepa de la geología de una zona, más grande será la necesidad de obtener información geofísica adicional. No es posible dar reglas sobre el número o tipo de métodos geofísicos diferentes que deban aplicarse a cada problema particular de prospección. La decisión dependerá en gran medida de las condiciones locales de topografía, mineralogía y geología y no menos de las condiciones económicas. A este respecto, la experiencia y el buen juicio son probablemente mejores consejeros que ninguna lista de reglas prestablecidas, pero unas cuantas consideraciones de carácter general pueden indicar la naturaleza de la información adicional buscada al combinar métodos geofísicos y comparar sus resultados. Por ejemplo, las anomalías magnéticas prueban la existencia de cuerpos magnéticos, pero no pueden decirnos si lo que contienen estos cuerpos es magnetita o pirrotita. Si una prospección complementaria de potencial espontáneo da una anomalía fuerte, puede sospecharse razonablemente la presencia de pirrotita.
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Sin embargo, en este caso hipotético, la ausencia de anomalía de potencial espontáneo no indica necesariamente la presencia de magnetita, porque la existencia de potenciales espontáneos exige condiciones un tanto especiales incluso si hay sulfuros. En particular, la mineralización debe yacer a profundidad muy somera. Si es profunda, la prospección por potencial espontáneo no la revelará, por lo que persistirá la ambigüedad entre magnetita y pirrotita. Si se efectúa entonces una prospección electromagnética y ésta señala una anomalía, puede pensarse en un conductor tal como una metalización en pirita pirrotita (aunque la magnetita puede producir también anomalías electromagnéticas, pero casi siempre de carácter especial). No obstante, las prospecciones electromagnéticas no detectan frecuentemente todos los conductores si éstos están muy próximos entre sí, lo que por otra parte, haría generalmente una prospección por resistividades. En la cartografía eléctrica surge a veces la duda de sí ciertas indicaciones fuertes se deben a zonas de rotura en las rocas o a impregnación de sulfuros. Si en el mismo lugar se obtiene una anomalía magnética, la segunda alternativa se vuelve más estimable, puesto que muchos yacimientos de sulfuro contienen pirrotita (e incluso magnetita) como mineral accesorio. Por otra parte, una anomalía electromagnética fuerte puede estar causada por conductores de sulfuro tanto delgados como gruesos, y para distinguir entre estas posibilidades puede efectuarse una prospección gravimétrica. Análogamente, una prospección magnética puede ser decisiva si la cartografía eléctrica indica una estructura resistiva y surge la cuestión de sí se trata de un dique de diabasa o de grabo u otra roca, puesto que la primera suele ser bastante magnética. Las razones de serpentinita pueden localizarse magnéticamente, pero las impregnaciones de sulfuros con pirrotita, que suelen encontrarse en los bordes, no se distinguirán magnéticamente de la serpentinita. Una prospección electromagnética puede ayudar a localizar los sulfuros si éstos existen.
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CUADRO RESUMEN DE LOS METODOS GEOFISICOS EN LA PROSPECCION
Eléctrico
Magnético
Refracción Sísmica
Principales aplicaciones
Exploración minera. Geología ingenieril.
Exploración minera. Reconocimiento exploratorio del petróleo.
Principales instrumentos de uso corriente
Electrodos. Potenciómetros. Bobinas detectoras.
Balanza magnética. Magnetómetro discriminador de flujo. Magnetómetro de resonancia nuclear.
Método
Reflexión Sísmica
Gravedad
Radiactividad
Reconocimiento exploratorio del petróleo. Geología ingenieril.
Exploración detallada del petróleo.
Reconocimiento exploratorio del petróleo. Estudios de geología regional.
Exploración de minerales radiactivos.
Geófonos. Sistemas de registro. Sismógrafos.
Geófonos. Sistemas de registro. Sismógrafos.
Gravímetro.
Contador Geiger. Escintilómetro.
Tiempo requerido por la onda explosiva para volver a la superficie después de ser reflejada por las formaciones del subsuelo.
Variaciones del campo gravitatorio terrestre atribuibles a estructuras geológicas.
Radiactividad natural de los materiales del suelo.
Profundidades hasta los horizontes refractantes; buzamientos.
Contrastes de densidades de las rocas; profundidades hasta zonas de densidad anómala.
Contenido en uranio de las rocas.
Potenciales naturales. Tiempo requerido Corrientes por la onda transmitidas entre Variaciones de los explosiva para electrodos como elementos magnéticos volver a la Cantidades consecuencia de la realmente medidas atribuibles a estructuras superficie después caída de potencial. geológicas. de ser refractada por Campos eléctricos las formaciones del inducidos. subsuelo. Polarización inducida. Resistividad de capas; Contrastes de Profundidades hasta profundidades susceptibilidad de los horizontes aproximadas de las Cantidades rocas; profundidades refractantes; superficies de calculadas con las aproximadas hasta velocidades medidas contacto entre capas zonas de magnetización horizontales de las con contraste de anómala. ondas sísmicas. resistividad. Depósitos de minerales que tengan Topografía del Rasgos geológicos o propiedades eléctricas basamento, depósitos anómalas, Anticlinales, fallas, económicos de minerales profundidad hasta la domos salinos. buscados con el magnéticos, diques y método roca firme, rasgos ígneos similares. profundidad hasta la capa freática. Meteorización, Correcciones Variación diurna, altura, intervalo aplicadas a los datos normal iniciación valle.
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Trampas estructurales Domos salinos, ejes de petróleo de todas de anticlinales, crestas clases, arrecifes. enterradas.
Meteorización, altura, corroimiento de filtros.
Latitud, aire libre, Bouguer, terreno.
Yacimientos de uranio.
CONCLUSIONES
Al finalizar nuestro informe podemos discriminar acerca de cual de los métodos es él mas adecuado para realizar un determinado trabajo, dependiendo la finalidad de este ultimo y el grado de precisión requerido, dependiendo de su campo de aplicación, sus limitaciones, ventajas y desventajas de tal método; Además notamos la gran importancia que tienen este tipo de prospecciones en las labores mineras al ser un gran apoyo para determinar la existencia de anomalías geológicas u objetos que sean importantes para el estudio de un área determinada.
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