Practica de metodo de potencial espontaneo.docx

Métodos eléctricos

Método de potencial espontaneo

      

04 diciembre 2013

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MÉTODOS ELÉCTRICOS I

Desventajas -El método de la resistividad -El método de polarización inducida -El método del potencial espontaneo

Ventajas

-El método de las corrientes telúricas.

¿Qué es el método de potencial espontaneo?

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Introducción Geofísica e interpretación geofísica La geofísica se define como el estudio científico de la Tierra utilizando métodos de la física. Estrictamente hablando esta definición implica a la Tierra completa, es decir, desde su interior más profundo hasta incluir la atmosfera. Sin embargo, desde un punto de vista más práctico, la palabra geofísica está limitada al estudio de la Tierra solida excluyendo la hidrosfera y la atmosfera. En este contexto será utilizada la palabra Tierra. Aunque el l ımite entre geofísica y geología no es fácil de precisar, digamos que la geología se refiere al estudio del terreno por observaciones directas de las rocas, a partir de las cuales se deduce su estructura, composición o historia; mientras que la geofísica, se ocupa de aquella parte de la Tierra oculta a la visión directa, realizando medidas de sus propiedades físicas por procedimientos indirectos. Después, es necesaria una interpretación de las mediciones realizadas con el objeto de obtener información útil acerca de las zonas investigadas. Esta interpretación se hace utilizando modelos basados en conceptos acerca de la naturaleza de los procesos y de las situaciones geológicas imperantes. Por ejemplo, para conocer la geometría de un cuerpo que produce una anomalía en los registros del campo gravitatorio terrestre, se compara el mapa de anomalías obtenido in situ con aquellos calculados analíticamente para cuerpos de formas conocidas. Estos últimos mapas se obtienen teóricamente basándose en el conocimiento de los principios físicos relacionados con el campo gravitacional terrestre. Aquel modelo que minimiza las diferencias entre cantidades medidas y predichas representa una posible configuración del terreno estudiado. En geofísica, usualmente tratamos de deducir causas a partir de la observación de efectos, por eso la modelización se dice que es de naturaleza inversa. En consecuencia, la solución e proema no es  única. única. Siempre es posible que varias causas, inclusive alguna que no hemos considerado, puedan producirlos efectos que estamos tratando de explicar (Parker, 1978). Por esto es que en geofísica es tan importante que la interpretación sea integrada, es decir, nuestras concusiones ú no pueen asarse en un único  nico tipo de herramienta sino que debemos tratar, a ser posible, de compatibilizar datos provenientes de diversas fuentes con el objeto de reducir la ambigüedad en la interpretación buscada.

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Métodos eléctricos La prospección estricta estricta del terreno se basa en la evaluación de las siguientes propiedades de las rocas: -La resistividad eléctrica (o su inversa la conductividad eléctrica), la cual gobierna la cantidad de corriente que circula por un material cuando se crea en e e una diferencia de potencial; -La polarizabilidad, que tiene en cuenta la actividad electroquímica que caracteriza la respuesta de ciertos minerales a los electrolitos presentes en el terreno; y -La constante dieléctrica o permisividad, la cual concierne a la capacidad de un material para almacenar carga eléctrica. La resistividad eléctrica ρ [Ω (ohm) L] de cualquier material es la resis tencia que un ciinro con área área transversal y longitud unidad ofrece a la circulación de una corriente eléctrica. La resistencia R [Ω] e un cilindro de longitud L [L] y área transversal AL Hay un gran número de métodos puede emplear para investigar determinada. Algunos aprovechan otros necesitan de la introducción terreno. Los más importantes son:

a través de los cuales la corriente eléctrica se las condiciones superficiales de un área la existencia de campos naturales en la tierra y de una corriente generada artificialmente en el

-El método de la resistividad; -El método de polarización inducida; -El método del potencial espontaneo; y -El método de las corrientes telúricas. El método de la resistividad es usado para estudiar las discontinuidades verticales y horizontales en las propiedades eléctricas del subsuelo, y también sirve para detectar cuerpos de conductividad eléctrica anómala. El método de polarización inducida aprovecha las propiedades capacitivas de la tierra para sondear la existencia de minerales conductivos diseminados en el interior de las rocas. El método del potencial espontaneo hace uso de las corrientes naturales generadas por procesos electrónicos para localizar cuerpos de conductividad anómala. El método de las corrientes telúricas también utiliza un campo natural y es de gran importancia puesto que alcanza profundidades mucho mayores que los métodos anteriores. Algunos autores suelen clasificar este método junto a los electromagnéticos por su íntima relación con los campos magneto telúricos.

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Método del potencial espontaneo El método e potencia espontaneo es e único único método eléctrico que no utiliza una corriente artificialmente introducida en el terreno. Está basado en la medida en superficie de los potenciales naturales o espontáneos que son producidos por acciones electroquímicas en la superficie de ciertas rocas o en cuerpos. Es uno de los métodos geofísicos más simple y más antiguo ya que su origen se remonta a 1815.

Figura1: Método de polarización inducida. Seudo secciones de la resistividad aparente ρ el efecto porcentual de frecuencia PFE, y el factor metálico MF, para una sección transversal de una zona de sulfuros cuya forma esconocida a partir de perforaciones, (tomada de Kearey y Brooks, 1991)

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Figura 2: El mecanismo del potencial espontaneo según Sato y Mooney (1960), (tomada de Kearey y Brooks, 1991)

Figura 3: Anomalía en el potencial espontaneo a causa de un cuerpo sulfuroso, (tomada de Kearey y Brooks, 1991)

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Entre los cuerpos que pueden presentar este fenómeno están los yacimientos de algunos sulfuros, ciertos óxidos y minerales o rocas carbonosas. A pesar de que no cabe duda acerca del origen electroquímico del potencial espontaneo, el mecanismo de las reacciones inmersas no parece estar definitivamente aclarado. Lo que sí parece estar claro es que para que se produzca una anomalía en el potencial espontaneo, el cuerpo causal debe estar parcialmente sumergido en una zona de oxidación en, en, esto es, el nivel freático tiene que alcanzar la roca en cuestiones. En estas condiciones, según Sato y Mooney (1960), por debajo del agua los electrolitos en el fluido que ocupa los poros sufren una oxidación y liberan electrones que son conducidos hacia la parte superior de la roca. Allí los electrones liberados causan la reducción de los electrolitos en esa parte de la roca, estableciendo un verdadero circuito de corriente. Esta circulación será electrolítica en el fluido de los poros y electrónica en la matriz rocosa. En la figura 2 podemos ver un esquema del fenómeno del potencial espontaneo. Dentro de este método existen dos modalidades: el método de potenciales y el método de gradientes. Son teóricamente equivalentes y solo cambian desde un punto de vista práctico. La interpretación de las anomalías de potencial espontaneo es similar a la interpretación de datos magnéticos. Los valores obtenidos se representan en forma de mapa de equipotenciales. Bajo adecuadas asunciones es posible calcular analíticamente la distribución del potencial eléctrico alrededor de cuerpos de formas simples como esferas y elipsoides. Los resultados del sondeo se comparan con alguno de estos modelos sencillos intentando así una descripción de la geología del subsuelo. Esta interpretación exige el cumplimiento de ciertas condiciones. Por un lado el medio principal debe ser bastante homogéneo y por otro el cuerpo debe tener una forma geométrica regular. En la figura 3 se muestra una anomalía del potencial espontaneo producida por un cuerpo de sulfuro. Este método es de menor importancia en la exploración geofísica ya que una interpretación cuantitativa es difícil de realizar y además, la máxima profundidad de investigación es de unos treinta metros. Sin embargo puede ser de utilidad cuando se usa conjuntamente con técnicas magnéticas, electromagnéticas, geoquímicas o con sondeos de resistividad. Ejemplo del último caso es el trabajo de Rehfeldtet al (1992) aplicado al análisis geo estadístico de la conductividad hidráulica en un acuífero homogéneo. Otras aplicaciones del método del potencial espontaneo a la investigación hidrogeológica pueden encontrarse en Bogolovsky y Ogilvy (1973); Schiavone y Quarto (1984); Fournier (1989); Birch (1993) y Aubert y Atangana (1996).

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COMPONENTES DEL POTENCIAL ESPONTANEO (SP) El SP tiene dos componentes: un componente electrocinética y un electroquímico. * Componente electrocinética

Este componente también se le conoce como potencial de corriente o potencial de electro-filtracion.se produce cuando un electrolito fluye debido a que una solución es forzada por presión diferencial al fluir atreves de un medio poroso, permeable no metálico (membrana).

* Componente electroquímico

Se produce por el contacto de dos soluciones de diferentes salinidades. El contacto puede ser directo o atreves de una membrana semi-permeable como las lutitas. De acuerdo con el tipo de contacto el potencial puede ser: potencial de contacto de líquidos o potencial de membranas. Potencial de contacto de líquidos tiene lugar en el límite entre la zona lavada y la zona virgen no hay lutitas separando las dos soluciones. Tanto los aniones como cationes pueden pasar de una sustancia a otra.

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POTENCIAL ESPONTANEO

La historia del método del campo eléctrico natural data desde el principio del siglo XIX, igual que en magnetometría, magnetometría , su uso primordial fue en la búsqueda de minerales, exploración que ha tenido notable aunque poco publicado éxito, tanto en interpretación cualitativa y en cuantitativa. Sin embargo, desde los principios princip ios del Siglo XX, XX, su utilidad en exploración para agua fue bien reconocida utilizada por Conrado Schlumberger y otros. Los esfuerzos de usarlo como exploración

ese a superficie fueron opacaos por su gran éxito como a a curva e potencia” de registros eléctricos en pozos de petróleo y posteriormente posteriorme nte de agua; en esta aplicación la teoría electroquímica de su señal ha sido muy bien estudiada estando un estándar en todo registro eléctrico de pozos para agua. Su aplicación como exploración en superficie para la búsqueda de acuíferos ha tenido un historial de éxito y fracaso; creo que gran parte de esto proviene de una falta de comunicación entre tres grupos de estudiosos; en los años 1960, en la exploración para pórfidos cupríferos, hubo magníficas estudios probando la medición de la señal desde más de un kilómetro, en los 1960-1970. La medición consiste en tomar la tensión entre dos o más electrodos colocados en la tierra y conectados con un multímetro de muy alta impedancia (hasta 10,000 mega ohmios). La resistencia de contacto de la tierra en una función de la tensión (voltaje en milivoltios), requiriendo el uso de un multímetro. Las unidades de recepción de equipo de resistividad ni de potencial inducida no tienen ésta modalidad y por lo tanto carecen de éste control necesario. Hoy día, comienza a ver multímetros con memoria en disquete facilitando la toma de lecturas múltiples en cada estación sobre lo cual es posible observar el crecimiento o decaimiento de campo natural que ha añadido otra dimensión al al estudio de P.E. porque con estudiosos clásicos ha habido la duda sobre la mediciones de lecturas inestables y su significado. Los contrastes en lecturas en la búsqueda de agua no muy caliente muy raramente llega a un orden de magnitud; sin embargo, cambios de decenas de Mb son comunes y a menudo desarrollan curvas bien definidas. La longitud de las líneas no es un factor definitivo en la profundidad obtenida, pero la interpretación cuantitativa si requiere el desarrollo de armónicas para calcular la relación de la longitud de onda y la amplitud. La interpretación cualitativa es posible en casi toda línea. La topografía abrupta llega a causar dificultades, aunque se trabaja bien en terreno ondulante con gradientes hasta unos 20% (que sería problemática con un SEV). La gran ventaja sobre el SEV es la habilidad de

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P.E. de ocupar menos longitud en su línea, poder recibir la señal a través de arcillas conductivas y de ser más rápido y móvil (con menos gente) en el campo.

Equipo requerido . El equipo básico requerido es bastante sencillo y consta de: Unos electrodos Cable eléctrico de cobre del 14 Un milivoltímetro milivoltímetr o con el que medir el potencial Lijas para limpiar las varillas de cobre (electrodos) Una pala espada Cinta métrica Pinzas de corte y de punta Martillo Cuaderno Lápiz o pluma

      

  

En este método en el que solo se precisan también 2 electrodos, se basa en colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hayamos definido (electrodo A y B). En el momento de realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos un electrodo (será el B) y mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estará situado siempre en una misma base (denominada base de referencia), en la que supondremos de forma arbitraria potencial cero. Es así como se ira realizando las mediciones en forma de grid o vertical con los valores que uno desea determinar. El punto base de esta referencia será fundamental para obtener unos resultados buenos, es así como se irán desplazando de acuerdo a los puntos o distancias que uno desea recorrer. Por ejemplo las mediciones pueden ser de 1m, 1 ½ m, 2m, etc. de acuerdo al terreno que está localizado.

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Ventajas 





La utilización de gran longitud de cable eléctrico, aspecto que supone que facilite el desplazamiento de cada punto. La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar incidentes con los posibles vehículos que puedan aparecer en la zona. En caso de observar problemas con el cable cable eléctrico, es más fácil de encontrar el lugar donde tenemos el fallo eléctrico.

Desventajas 

• • • • • • •

“Errores” Polarización del electrodo Deriva Efecto contacto suelo-electrodo Responde a la variación de algunos de los parámetros medio ambientales: Temperatura humedad del suelo composición química del fluido ruidoso

Fenómenos que “contaminan” nuestras medidas de potencial . El registro de campo obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontáneos, que perturbarán y enmascararán el potencial de nuestro interés: la potencial electrocinética. Destacar que el orden de magnitud de estos potenciales en muchas ocasiones son similares a de la propia potencial electrocinética, que suele ser de algunas decenas de mV. El objetivo será el reconocer cada uno de estos fenómenos perturbadores, para posteriormente poder anotarlo en nuestro registro, y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocinética. Esto es producido por      

Corrosión de elementos metálicos enterrados Actividad biológica y cambios en la vegetación Depósitos de minerales conductivos Actividad geotérmica Equipos eléctricos en el terreno Efectos distorsionadores del terreno o variaciones laterales de resistividad

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DESARROLLO LOCALIZACION 1 Cancha de futbol. 1.-Armamos el material, los electrodos (varillas de cobre) se lijaran hasta que el cobre luzca completamente, cortar cable de 1m quitando sus puntas y lijando el cobre del cable colocando en una puntilla del multímetro el cable y enrollando con cinta de aislar, el resto del cable también será rebanada de las puntillas mostrando el cobre del cable y enrollándolo en los electrodos.

2.-Se escoge un lugar con suficiente espacio para trazar el lugar el cual fue de 9x24 mts

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3.-Trazar la línea que nos guiaremos de acuerdo a cada punto con una distancia de 1.5 mts.

4.-Marcar el origen o punto base que será de referencia para la práctica

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5.-Limpiar alrededor una vez trazado los puntos seleccionados ya que el pasto altera las mediciones (causa ruido)

6.- Colocar un electrodo en el punto de referencia y juntando en él un extremo del cable conectado al multímetro, colocar el otro electrodo en el origen y tomar la medición en ese punto

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7.- De manera semejante clavar los electrodos una vez teniendo los datos que aparecieron en el multímetro por cada sección de 1.5 metros ya ubicadas las secciones, terminando así con todos los puntos trazados.

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Relación de la prospección del campo 1

XY

Valores

XY

Valores

XY

Valores

XY

Valores

XY

Valores

XY

0,0

12.4 mV

1,0

96 mV

2,0

53 mV

3,0

77 mV

4,0

92.2 mV

5,0

0,1

50 mV

1,1

80 mV

2,1

80.6 mV

3,1

85 mV

4,1

80.6 mV

5,1

0,2

41.3 mV

1,2

57 mV

2,2

63.7 mV

3,2

76 mV

4,2

90.1 mV

0,3

38.4 mV

1,3

70.8 mV

2,3

68.2 mV

3,3

83 mV

4,3

0,4

34.2 mV

1,4

61.4 mV

2,4

80 mV

3,4

71.9 mV

0,5

31 mV

1,5

56 mV

2,5

70 mV

3,5

0,6

40.6 mV

1,6

60.7 mV

2,6

66.1 mV

0,7

40.9 mV

1,7

57.5 mV

2,7

0,8

40.2 mV

1,8

49 mV

0,9

32.7 mV

1,9

0,10

26.4 mV

0,11

Valores

XY

Valores

6,0

81.7 mV

84.4 mV

6,1

96.8 mV

5,2

86 mV

6,2

87.4 mV

65.8 mV

5,3

80.5 mV

6,3

81.3 mV

4,4

80.1 mV

5,4

69.2 mV

6,4

74.2 mV

74.2 mV

4,5

65.3 mV

5,5

71.4 mV

6,5

83.7 mV

3,6

71.4 mV

4,6

69.3 mV

5,6

72 mV

6,6

74 mV

57 mV

3,7

65 mV

4,7

63.9 mV

5,7

76.4 mV

6,7

74.2 mV

2,8

63.4 mV

3,8

63.7 mV

4,8

57.1 mV

5,8

74.4 mV

6,8

83.8 mV

56.9 mV

2,9

77.3 mV

3,9

70.2 mV

4,9

49.1 mV

5,9

71.4 mV

6,9

83.4 mV

1,10

62.5 mV

2,10

75 mV

3,10

58.7 mV

4,10

63 mV

5,10

69.1 mV

6,10

77.6 mV

37.5 mV

1,11

78 mV

2,11

67 mV

3,11

80 mV

4,11

78.5 mV

5,11

66.4 mV

6,11

64.8 mV

0,12

47.1 mV

1,12

49.7 mV

2,12

58.7 mV

3,12

64.7 mV

4,12

60 mV

5,12

66.3 mV

6,12

80.2 mV

0,13

40.6 mV

1,13

67.4 mV

2,13

64.4 mV

3,13

64.4 mV

4,13

59.4 mV

5,13

63.9 mV

6,13

72.2 mV

0,14

69 mV

1,14

54.2 mV

2,14

57.2 mV

3,14

60.4 mV

4,14

65.4 mV

5,14

60.2 mV

6,14

76.2 mV

0,15

56.2 mV

1,15

52.5 mV

2,15

55 mV

3,15

66 mV

4,15

71 mV

5,15

70.2 mV

6,15

76.2 mV

0,16

42.4 mV

1,16

58.3 mV

2,16

72 mV

3,16

65.3 mV

4,16

64.4 mV

5,16

68.5 mV

6,16

69.1 mV

80.2 mV

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Resultados 1 localización, anomalías localizadas Estos resultados fueron realizados con el programa surfer

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VECTORES (MAGNITUD Y DIRECCION)

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Localización 2 Calle de PEMEX Altamira

1.-Trazar puntos a distancias de 1 metro, de 10x10 tomar un punto como origen y seleccionar un punto de referencia fuera del área para poder así realizar las mediciones.

2.- Clavar un electrodo en el punto de referencia y colocarlo a un extremo del cable del multímetro.

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3.- Colocar el otro electrodo en el origen del plano y tomar la primera medición con el multímetro, así respectivamente con los restantes puntos de acuerdo a la medición, por tal motivo que se debe limpiar la vegetación una vez realizando estas mediciones.

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Relación de la prospección del campo 2

X,Y 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

valores X,Y 140 1,0 135 1,1 129.8 1,2 131.5 1,3 127.8 1,4 132.8 1,5 125.7 1,6 130.5 1,7 115.8 1,8 120.9 1,9

valores X,Y 135.4 2,0 131.2 2,1 126.8 2,2 129.5 2,3 130.3 2,4 126.8 2,5 120.9 2,6 122.8 2,7 124.2 2,8 118.9 2,9

valores X,Y 70 3,0 61.2 3,1 58.6 3,2 44.3 3,3 50.8 3,4 53.4 3,5 61.5 3,6 45.4 3,7 60.8 3,8 55.27 3,9

valores X,Y 69.2 4,0 58.2 4,1 53.8 4,2 50.1 4,3 61.3 4,4 56.6 4,5 91 4,6 84.2 4,7 60.3 4,8 60 4,9

valores 44 85.3 105.2 69 94.5 112.5 102 90.2 72.7 61.5

X,Y 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9

valores X,Y 52.3 6,0 47.5 6,1 43.5 6,2 61 6,3 56.2 6,4 61.9 6,5 44.2 6,6 56.7 6,7 43.8 6,8 44.9 6,9

valores X,Y 47 7,0 53.4 7,1 58.3 7,2 50.7 7,3 49.5 7,4 53.7 7,5 75.4 7,6 63.8 7,7 55.3 7,8 45.6 7,9

valores X,Y 50.6 8,0 50.8 8,1 82.5 8,2 76.7 8,3 65.8 8,4 69.9 8,5 75.8 8,6 69.5 8,7 74.5 8,8 56.8 8,9

valores X,Y 75.3 9,0 73.5 9,1 95.8 9,2 66.7 9,3 53.4 9,4 107.8 9,5 91.4 9,6 88.9 9,7 65.1 9,8 69.8 9,9

valores 63.1 68 52.3 55.8 52.1 62.7 116 73.1 63.3 80.6

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Resultados Localización 2 Anomalías localizadas

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VECTORES (MAGNITUD Y DIRECCION)

Localización 3 Canchas de baseball

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La tercera localización, fue hecha en la misma institución donde tendríamos que determinar una anomalía entre gravas y arcillas la distancia fue de 25 metros por cada sección de 1 m.

1.- Marcamos un punto de referencia, clavando el electrodo y conectarle el cable al multímetro, colocar el segundo electrodo en el primer punto y tomar la medición correspondiente, así para los demás puntos tomando en cuenta que debe estar libre de vegetación.

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Relación de la prospección del campo 3 X,Y 0,0 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

VALORES 07.4 02.0 11.3 06.4 06.4 -15.8 03.6 03.9 -07.7 -43.4 -06.9 -07.3 01.5 03.4 02.1 03.8 07.5 -80.6 06.5 07.6 04.0 10.1 31.5 17.5 28.5

Como se puede observar en la tabla anterior la relación entre los valores de la localización 3 en la cual presenta un interface entre arcilla y gravas aumentando así los valores en los datos tomados.

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Resultados Localización 3 cancha de baseball

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Resumen -Cuando el sondeo eléctrico vertical no es factible de usarse debido a factores de espacio y terreno quebrado, se recomienda el uso de tres métodos de geofísica pasiva en donde la señal proviene de área del blanco (el acuífero) y no es necesario de inyectar energía desde la superficie. Los tres métodos son: Magnética, Potencial espontáneo, y VLF (muy baja frecuencia E.M., con un transmisor lejano); los tres son rápidos, portátiles, requieren de poco personal, y su afectación por topografía, aunque variable, es menor que la de métodos eléctricos tradicionales. Los primeros dos métodos propuestos tienen capacidad de penetración mayor de un kilómetro, la tercera (VLF) está limitada a unos 200 más. Como máximo, pero su habilidad de detectar y determinar el echado de fracturas le permite usarse a mayores profundidades por proyección geológica. El uso de una combinación de los sistemas es usual y aumenta su efectividad.

CONCLUSIONES Al realizar esta práctica nos percatamos percatamos de lo fácil y sencillo que es este método del Potencial Espontaneo, en el cual lo definimos como un método pasivo que mide las diferencias del potencial espontaneo que existe en la tierra y es medido entre dos puntos distantes con ayuda de un multímetro. Al llevar a cabo esta práctica podemos encontrar distorsiones en los datos, esto debido a los ruidos que pueden ser originados por tuberías, aguas subterráneas o presencia de algún cable o alambre que este bajo la tierra. Con ayuda de un software podemos eliminar estos ruidos y así tener una mejor interpretación del terreno en el cual nos encontremos trabajando. Esta práctica nos fue útil para ver de manera práctica como aplicar el método del potencial espontaneo, ya que en nuestra carrera la comprensión de este método es de mucha importancia. También nos sirve para futuras prácticas semejantes a esta y que para entonces se nos facilite la realización de la misma.

Practica de metodo de potencial espontaneo.docx

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