UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN- AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, GEOFISICA GEOFIS ICA Y MINAS
PROSPECCIÓN GEOFÍSICA Método Electricos - SEV ING. KROVER WILIAN LAZARTE PONCE
METODOS GEOFISICOS APLICADOS METODO MAGNETICO METODO GRAVIMETRICO
METODO ELECTROMAGNETICO METODO MAGNETOTELURICO METODO SISMICO
EM Dominio de Tiempo EM Dominio de Frecuencia Georadar (GPR)
Refracción MASW (1D y 2D MAN Reflexión (Alta Resolución, Profunda)
TOMOGRAFÍAS
METODO ELECTRICO (GEOELÉCTRICO)
Eléctricas Sísmicas Cross Hole, Down Hole, Uphole Potencial Espontaneo (SP) Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) Calicatas Eléctricas Misse la Masse (Puesta en Masa) Polarización Inducida
METODOS GEOFISICOS APLICADOS METODO MAGNETICO METODO GRAVIMETRICO
METODO ELECTROMAGNETICO METODO MAGNETOTELURICO METODO SISMICO
EM Dominio de Tiempo EM Dominio de Frecuencia Georadar (GPR)
Refracción MASW (1D y 2D MAN Reflexión (Alta Resolución, Profunda)
TOMOGRAFÍAS
METODO ELECTRICO (GEOELÉCTRICO)
Eléctricas Sísmicas Cross Hole, Down Hole, Uphole Potencial Espontaneo (SP) Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) Calicatas Eléctricas Misse la Masse (Puesta en Masa) Polarización Inducida
MÉTODOS ELÉCTRICOS Y SU DESARROLLO HISTÓRICO.
Métodos eléctricos y su desarrollo histórico. histórico. En 1815 Robert Fox descubre el fenómeno de la Polarización Espontánea (PE) producido por determinadas mineralizaciones que producen corrientes eléctricas débiles, pero detectables, en la superficie del terreno se aplica en método en 1930 1930 en en el Cornwal Cornwal (Inglaterra). (Inglaterra). Carl Barus realiza estudios del Comstock Lode Lode en en Nevada Nevada (USA) (USA) en 1882 1882.. Entre 1880 y 1914 el método es desarrollado en el “Geological Survey” de USA en las minas del estado de Nevada Aporte mas Importante Electrodos Impolarizables. Impolarizables . Aunque es Conrad Schlumberger (1878-1936 1878-1936)) el que aplicando el método en Bor (Servia), realiza en 1813 el primer hallazgo de un u n yacimiento de mineral no magnético por prospección p rospección eléctrica. Experimentos con corrientes producidas artificialmente artificialmente,, estando entre los primeros Brown que patentó en 1883 1883 un sistema de prospección eléctrica con dos electrodos y Daft y Williams Williams que que patentaron en 1902 un 1902 un dispositivo con el empleo de corrientes de baja frecuencia. frecuencia. En 1903 Ragozin publica una monografía donde anticipa muchas de las ideas que habrían de desarrollarse desarrollar se más adelante y en 1913 Schilowsky realiza experimentos experimentos de un método electromagnético. Conrad Schlumberger y su hermano Marcel fundan fundan en París, en 1920, una empresa denominada Societé de Prospection Électrique, Électrique , más conocida como “la PROS” en 1925 público el dispositivo tetraelectródico El mismo año que Frank Wenner patenta el suyo.
Métodos eléctricos y su desarrollo histórico. Aricesti (Rumania) en 1923, desarrollando simultáneamente las bases teóricas y prácticas del método de Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) con la colaboración del matemático Sabba Stefanescu y el físico Raymond Maillet.
En 1929 un contrato firmado con la URSS permite a la PROS trabajar en los extensos campos de petróleo de Grozny y Baku. La asimilación de las técnicas y la actividad de los geofísicos rusos significan un salto adelante entonces en 1938 se realizan primeros SEV profundos (mas de 1km de penetración). En 1939 Alpin realiza los primeros sondeos eléctricos dipolares (SED) en Tartaria cuyos fundamentos teóricos publica en un libro. Con éste método Kraev y Semenov alcanzan profundidades de más de 10 km en la región de Leningrado. Blokh aplica el dispositivo dipolar a las calicatas eléctricas publicando en 1957. En 1921 Schlumberger ideó un método con base en el registro de tales corrientes, el que fue aplicado experimentalmente en 1934 y sus resultados publicados recién en 1939 por su hermano Marcel . En realidad, las primeras observaciones de las corrientes telúricas, que afectan realmente a toda la Tierra, fueron realizadas cuando se tendieron las primeras líneas telegráficas utilizándose el terreno como línea de retorno, el Ing. Peter Barlow el que en 1847 realiza el primer estudio sistemático de tales corrientes.
Métodos eléctricos y su desarrollo histórico. El método de las corrientes telúricas (MCT) fue perfeccionado recién después de la segunda guerra mundial y aplicada en investigaciones tectónicas para petróleo por la CGG (Compagnie General de Geophysique) e introducida en la URSS en 1954 donde Berdichevsky publicó en 1960 el primer tratado sobre el método. Si además de las corrientes telúricas se miden las fluctuaciones del campo geomagnético (micropulsaciones) a las que aquellas están asociadas, se tiene el método magneto-telúrico, desarrollado sobre las ideas del francés Cagniard y del ruso Thikhonov.
El método de polarización inducida también conocido como “sobretensión”, y empleado en exploración minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration Limited (Brant, 1959). Paralelamente, y especialmente en Suecia, se desarrollaron los métodos conocidos como “electromagnéticos” orientados a las necesidades de la prospección metalífera, Así Lundberg y Sundberg desarrollan entre 1919 y 1932 el método de las dos antenas con el que se estudia el campo electromagnético producido por un inductor fijo. Sundberg, en 1931, ideó el método del compensador basado en la medición de las componentes real e imaginaria del campo inducido. En 1937, inventó el método Turam, en el que el campo electromagnético producido por un cable recto es estudiado mediante un par de bobinas en puntos próximos ubicados sobre perfiles transversales al cable emisor.
Métodos eléctricos y su desarrollo histórico. En la década del 40 al 50 se perfeccionaron estos y se inventaron otros, como el Slingram (por el Instituto Geológico de Suecia sobre patente de ABEM) en el que inductor y receptor se desplazan conjuntamente. Actualmente, estos métodos y sus derivados han sido perfeccionados conforme los adelantos de la técnica, especialmente de la electrónica y la informática y muchos de ellos son aplicados en mediciones aéreas. Además, Se desarrollado nuevos métodos de difusión más restringida como el de radiografía hertziana y el Radiokip en Rusia y el Afmag en Canadá, que son prácticamente desconocidos entre nosotros. Las necesidades de la segunda guerra mundial intensifican la búsqueda de petróleo y aceleran el desarrollo tecnológico. Se desarrollan así dos nuevos tipos de sondas. El primer tipo, que incluye microdispositivos, es capaz de realizar mediciones de alta resolución en las inmediaciones de las paredes del pozo y en muy delgadas capas. El segundo tipo, el perfilaje de inducción, permite obtener datos de las formaciones más alejadas del pozo, en zonas que no están afectadas por la influencia de la perforación. Estas herramientas proveen datos confiables en el calculo de reservas de hidrocarburos (Petróleo y Gas). Los perfilajes eléctricos se convierten así en indispensables documentos de referencia para el gerenciamiento técnico y económico de los campo petroleros, constituyéndose en una potente técnica que se aplica cada vez más en la prospección hidrogeológica y minera.
Introducción. Los métodos Eléctricos (geoeléctricos) han sido los que tradicionalmente más se han utilizado en las investigaciones de minería, geotecnia, hidrogeología, hidrocarburos, medioambientales … etc., para obtener información de las propiedades del subsuelo. Se ha calculado que casi el 70 % de los trabajos geofísicos realizados a nivel mundial, tienen que ver con el uso de las técnicas Electricas (geoeléctricas).
Estas técnicas de resistividad del subsuelo se han realizado habitualmente mediante métodos que operan por corriente continua utilizando un dispositivo de diversos electrodos que se sitúan sobre el terreno en contacto eléctrico con el medio rocoso a estudiar.
Introducción. Los métodos de prospección eléctrica responden a los dos criterios siguientes: • Utilizan el paso por el terreno de una corriente natural o artificial; • No hacen intervenir campos magnéticos. Estos métodos son muchos y variados. Pueden clasificarse de la forma siguiente:
Clasificación de los métodos eléctricos.
Clasificación de los Métodos Eléctricos Los métodos eléctricos se clasifican según que el campo analizado sea natural o artificial, o que la corriente utilizada sea continua o variable (alterna o conmutada). MÉTODOS DE CAMPO NATURAL 1. Potencial Espontáneo: Se mide Potencial natural en relación con la actividad Geotermal. Afectan a toda T. 2. Corrientes Telúricas: Basado en el registro de las corrientes telúricas 3. Magnetotelúrico: Si además de las corrientes telúricas se miden las fluctuaciones del
campo
geomagnético (micro-pulsaciones)
4. AFMAG (Audio Frequency MAGnetics):
Aprovecha el campo eléctrico producido por los fenómenos eléctricos asociados a las tormentas meteorológicas.
MÉTODOS DE CAMPO ARTIFICIAL CONSTANTE 1. Líneas Equipotenciales y del Cuerpo Cargado: Consiste en el estudio y trazado, sobre el terreno, de las líneas equipotenciales, para detectar cuerpos buenos y malos conductores. En la modalidad del “cuerpo cargado”, apta solamente cuando el cuerpo es buen conductor
2. Sondeos Eléctricos: Son determinaciones de la resistividad aparente efectuadas con el mismo tipo de dispositivo y separación creciente entre los electrodos de emisión y recepción. Su finalidad es averiguar, la distribución vertical de la resistividad bajo el punto sondeado. Se clasifican además:
Clasificación de los Métodos Eléctricos • Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) y Sondeos • Eléctricos Dipolares (SD) 3 Calicatas Eléctricas: Permiten detectar variaciones
laterales de la resistividad, con una penetración más o menos constante. Las mediciones se realizan lo largo de perfiles, paralelos o no.
MÉTODOS DE CAMPO ARTIFICIAL VARIABLE 1. Sondeos de Frecuencia (o Sondeos por Frecuencia Variable):
Son determinaciones de la resistividad aparente efectuadas con un dispositivo fijo en el que lo que varía es la frecuencia del circuito de emisión, con lo que se logra variar la profundidad de investigación.
2. Sondeos por Establecimiento de Campo:
Los que en vez de aplicar sucesivamente señales de diferentes frecuencias, se aplican todas simultáneamente durante un corto período de tiempo. w(w)
3. Calicatas Electromagnéticas: Son métodos de prospección en los que mediante un circuito emisor se crea un campo electromagnético variable que se analiza mediante un circuito receptor compuesto por una bobina exploradora.
4. De Radiografía Hertziana:
Es un método utilizado para detectar cuerpos buenos conductores ubicados entre dos pozos o galerías mineras o entre estas y la superficie del terreno.
MÉTODO DE POLARIZACIÓN INDUCIDA
APLICACIONES DE LOS MÉTODOS ELÉCTRICOS
Caracterización litológica del subsuelo (Geotécnica, Exploración Minera y Agua). Delimitación de zonas de alteración (hidrotermal, silícea). Detección de zonas mineralizadas (sulfuros). Localización de (sistemas de) fracturas y fallas geológicas. Estudio de acuíferos: profundidad, espesor, propiedades (salinidad). Monitoreo de acuíferos (contaminación).
Aplicaciones: Prospección Hidrogeológica Los métodos de sondeo eléctrico vertical (SEV), sondeo dipolar (SD) al igual que calicatas eléctricas (CE) y polarización inducida (PI) son muy útiles para resolver cuestiones Hidrogeológica como: profundidad de basamento hidrogeológico, estimaciones de espesor de acuíferos, zonas de contaminación salina, entre otros.
La figura de la derecha muestra una Sección Geoeléctrica en Florencia, Provincia de Santa Fe, obtenida a partir de una serie de Sondeos Eléctricos Verticales .(Calvetty Amboni, 1993)
Aplicaciones: Investigaciones Tectónicas para búsqueda de Petróleo Métodos como el magnetotelúrico, y los sondeos eléctricos verticales (SEV) y dipolares (SD) son empleados en la detección y delimitación de grandes cuencas.
El gráfico de la muestra un corte geoeléctrico obtenido mediante SEV en investigación petrolera en Asia Central (según Kalenov en Orellana, 1982)
Aplicaciones: Detección de yacimientos y menas metálicas En prospección minera son muy empleados los métodos de potencial espontáneo (PE), líneas equipotenciales, calicatas eléctricas (CE) calicatas electromagnéticas (CEM) y polarización inducida (PI)
En la figura se muestra un pseudo perfil de Factor Metálico obtenido por Polarización Inducida en el dominio de frecuencia (Folleto de Mc Phar, en Orellana, 1974)
Aplicaciones: Detección y seguimiento de basamento para cimentaciones Como parte de los estudios de prefactibilidad para la construcción de represas, es una necesidad conocer la profundidad a la que se encuentra la posible roca de fundación, habitualmente más resistiva que las formaciones sedimentarias superpuestas. En cuyo caso el método SEV puede proporcionar los datos necesarios para la elaboración de los sucesivos modelos geológicos.
En la figura la Sección geoeléctrica obtenida en base a SEV en el Angosto de Andaluca (Calvetty Amboni, 1984, reinterpretada )
Sección
Aplicaciones: Polarización Inducida (IP) en Minería
Pórfidos de cobre (Cu, Au). Vetas o estructuras rellenas de oro. Sulfuros masivos no conductivos o de baja conductividad. Depósitos de esfalerita (mal conductor, no se detecta con EM). Depósitos estratificados (bandas o stocks mineralizados discontinuos). Depósitos de alteración hidrotermal (Granos aislados debido a la recristalización o alteración hidrotermal) Cuerpos conductivos profundos rodeados de mineralización diseminada o en vetas. Detección de sulfuros masivos y diseminados Discriminación de conductores electromagnéticos (fuente iónica vs fuente metálica) Identificación de minerales polarizables (minerales arcillosos vs sulfuros vs grafito) Diagrafiado continuo de pozos (propiedades eléctricas de
SIMILARES PUEDEN REALIZARSE PARA: Estudio de cuencas carboníferas. Fugas en embalses y presas Investigaciones poco profundas para Arqueología. Estudios complementarios en cartografía de suelos.
MÉTODO DE RESISTIVIDAD
MÉTODO DE RESISTIVIDAD El propósito de estos métodos es determinar la distribución de resistividades bajo el terreno haciendo mediciones desde la superficie de la tierra. A partir de estas mediciones pueden estimarse las resistividades verdaderas del subsuelo. Estos métodos utilizan las variaciones de las propiedades eléctricas, de las rocas y minerales, y más especialmente su resistividad.
MÉTODO DE RESISTIVIDAD Generalmente, emplean un campo artificial eléctrico creado en la superficie por el paso de una corriente en el subsuelo. La resistividad depende de varios parámetros geológicos como el contenido de minerales y de fluidos, la porosidad y grado de saturación del cuerpo.
Se han usado estudios de la resistividad eléctrica durante muchas décadas en las investigaciones hidrogeológicas, geotécnicas y minería. Más recientemente, se ha usado para estudios medioambientales.
MÉTODO DE RESISTIVIDAD Se emplean como métodos de reconocimiento y de detalle, sobre todo en prospección de aguas subterráneas. Los mapas de isoresistividad permiten definir los limites del acuífero, el nivel del agua en los acuíferos, la presencia de agua salada y permite la cartografía de las unidades litológicas
MÉTODO DE RESISTIVIDAD Las recientes mejoras en los aparatos de campo para medir la resistividad del suelo, permiten ahora adquirir datos con más precisión y con rendimiento más alto que en el pasado. Estas mejoras instrumentales conciernen: La potencia y el voltaje de salida, de los cuales depende la profundidad de investigación máxima. La sensibilidad del receptor que permite disminuir la influencia del ruido natural o artificial y aumentar la calidad de medición. La facilidad de uso, con la utilización de una memoria interna y la transferencia de los datos a una computadora. La utilización de electrodos inteligentes que conmutan automáticamente y que permiten efectuar secuencias de medidas preseleccionadas en un tiempo reducido.
PRINCIPIOS BÁSICOS La ley de Ohm, llamada así en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, que la descubrió en 1827, permite relacionar la intensidad con la fuerza electromotriz. Se expresa mediante la ecuación donde:
Є = I
R
є es la fuerza electromotriz en voltios I es la intensidad en amperios R es la resistencia en ohmios.
A partir de esta ecuación puede calcularse cualquiera de las tres magnitudes en un circuito dado si se conocen las otras dos.
I = V/R R = V/I
PRINCIPIOS BÁSICOS La ley de Ohm, que se aplica normalmente a los circuitos eléctricos, explica el principio físico en el que se basan todos los métodos geoeléctricos: Donde:
V es la diferencia de potencial ( en voltios); I es la corriente ( en amperios) R es la resistencia eléctrica en ohm (Ω)
La resistencia es la relación del voltaje sobre la l a corriente:
La conductividad es la inversa de la resistividad:
En geofísica, el concepto de resistividad aparente es frecuentemente frecuent emente utilizado.
K es el Factor Geometrico. Geometrico. Depende de la conf. polopolo, polo-dipolo, dipolodipolo,
Resistencia: propiedad de un objeto Resistencia: Resistividad: propiedad del materia Al aplicar una diferencia de potencial en los extremos de una barra, por esta pasa una corriente eléctrica cuyo valor depende de la naturaleza de la barra. Si la barra es de cobre pasa una corriente muy grande pero si se trata de un material aislador, como el vidrio la corriente es ínfima, casi nula. Experimentalmente se demuestra que la intensidad de corriente que atraviesa un cuerpo por unidad de sección es linealmente proporcional al gradiente del potencial (ΔV/ Δl ). ). Por tanto, para una sección cualquiera, será:
donde la constante de proporcionalidad, σ , es la Conductividad del material.
Resistencia: propiedad de un objeto Resistencia: Resistividad: propiedad del materia Por otra parte, la Resistencia (R ) que opone un cuerpo al paso de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección. La constante de proporcionalidad lineal ρ (ro) es la resistividad , un parámetro característico de cada material.
RESISTIVIDAD Según la La ley de Ohm descrita: V R I La resistencia R depende de la geometría del material para un cilindro de sección A y longitud L.
R
A L
La resistividad eléctrica de un material describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. La resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo viene determinada por la resistividad del material que lo constituye y la geometría del conductor. Figura de los cilindros verticales
La unidad de resistividad en el Sistema Internacional (SI) es el Ohm por metro ( *m).
RESISTIVIDAD APARENTE La resistividad aparente ( a) es el valor de la resistividad obtenida sobre el terreno. Ella resulta de la contribución de todas las partes del medio atravesado por la corriente en función de la distancia a la fuente. Si el suelo es homogéneo la resistividad aparente es igual a la resistividad intrínseca
Formula
a
2 V
I
1 r 1
1 1
r 2
1
r 3
1 r 4
RESISTENCIA TRANSVERSAL Por comodidad, se utilizan los términos conductancia (S ) y resistencia ( T ) en lugar de conductancia longitudinal y resistencia transversal. La conductancia longitudinal y la resistencia transversal se conocen tambien como " parámetros de Dar Zarrouk " (R. Maillet, 1974). La resistencia del tronco de prisma perteneciente ala capa i será evidentemente Ri
l
i
s
i
E i
1*1
i E i
Este producto se llama resistencia transversal unitaria
T 1
i Ei
Al conjunto de n capas primeras, corresponderá la resistencia total
T 1
i Ei 1
S = E / ρ
(mhos)
Prisma de base unitaria
CONDUCTANCIA LONGITUDINAL Si en el prisma considerado en la figura se supone que la corriente fluye paralela mente a la estratificación, la resistencia del tronco de prisma que corresponde a la capa i será ahora. Ri i
1
S
i
1
Ei 1
i
Ei
Estas resistencias así definidas no pueden sumarse, por estar en paralelo, por lo que conviene pasar a sus inversas de conductancias, ya que estas si poseen la propiedad aditiva. Llamado Si a la conductancia de capa i, será, Si
Ei
i
Este cociente se llama conductancia longitudinal unitaria El conjunto de las n primeras capas del corte representara una conductancia total.
Si
i
i
Ei
En resumen: El valor de la resistencia eléctrica depende no solo del material sino también de la forma y tamaño del objeto y de la forma en que se aplique la diferencia de potencial. La unidad de medida es el ohmio (Ω). La resistividad es una cantidad que solo depende del material. Tiene unidades de [mV/A] = [Ω*m]. El inverso de ρ se llama conductividad σ y tiene como unidad de medida el Siemens.
PROPIEDADES ELECTROMAGNÉTICAS DE LAS ROCAS.
Propiedades electromagnéticas de las rocas. Propiedades físicas como: Campo eléctrico, corriente eléctrica, densidad de corriente, resistividad, (o su inverso la conductividad), la constante dieléctrica y la permeabilidad magnética; son magnitudes usuales en el marco de los métodos de Prospección Geoeléctrica, por lo que, en las líneas que siguen, las analizaremos junto con algunas de las propiedades electromagnéticas de las rocas y de sus minerales. Las fuerzas eléctricas entre partículas estáticas decrecen con el cuadrado de la distancia que separa las cargas (Ley de Coulomb):
Siendo el campo eléctrico una fuerza por unidad de carga, sus unidades pueden expresarse en:
Experimentalmente se sabe que la fuerza que actúa sobre una partícula cargada depende únicamente de su posición, su velocidad y el valor de la carga.
E : Campo eléctrico y B: Campo magnético en el punto ocupado por la carga, representan a todas las fuerzas eléctricas que rodean la carga. Son funciones vectoriales de x, y, z y t.
No obstante, definido el escalar potencial eléctrico, es más frecuente expresar las unidades del campo eléctrico en:
CLASES DE CONDUCTIVIDAD DE MINERALES Y ROCAS Metales
Electrónica Semiconductores
Conductividad Iónica
Electrolitos sólidos o (dieléctricos) Electrolitos líquidos
Metales: El mecanismo de la conductividad de los metales puede imaginarse como debido a que los electrones de valencia de sus átomos pueden moverse libremente entre la red cristalina que éstos forman, sin vinculación a ninguno determinado. La facilidad de movimiento de los electrones y su gran número redundan en una conductividad muy elevada. Su resistencia aumenta con la temperatura y con el contenido de impurezas. La resistividad de los metales a temperatura normal varía entre 10-8 y 10-7 Ohm-m
Resistividad de las aguas naturales El agua pura es muy poco conductora a causa de su muy reducida disociación. La resistividad del agua destilada es de unos 105 Ohm-m por lo que puede considerarse como aislante. Las aguas que se encuentran en la naturaleza presentan, sin embargo, conductividad apreciable, pues siempre tienen disuelta alguna sal, generalmente NaCl.
Aguas de los lagos y arroyos de alta montaña Aguas dulces superficiales Aguas salobres superficiales Aguas subterráneas Agua de lagos salados Aguas marinas Aguas de imprecación de roca
103 a 3x103 -m 10 a 103 -m 2 a 10 -m -m 1 a 20 -m 0.1 a 1 2 -m 0.03 a 10 -m
Tabla de resistividad de aguas naturales
Resistividad de rocas y minerales Si la resistividad de las rocas dependiese únicamente de los minerales constituyentes, habrían de considerarse como aislantes en la mayoría de los casos, puesto que el cuarzo, los silicatos, la calcita, las sales, etc., lo son prácticamente. La resistividad electrica es la propiedad física que muestra los mas fuertes contrates en geofísica. Por ejemplo, la plata nativa presenta una resistividad de 1.6 10-8 -m mientras que el azufre es de 1016 -m. se tiene entonces una diferencia de 102 en el orden de magnitud entre ambos.
Se puede distinguir tres grandes clases de conductores: De 10-8 a 1 De 1 a 107 De 107 a :
buenos conductores . conductores intermedios conductores deficientes. -m: -m:
Resistividad eléctrica de algunos materiales
La resistividad depende de: • Tipo de material • El porcentaje de humedad • Su composición química • La compactación del material • La temperatura • Estratificación. • La mezcla de diferentes tipos de materiales • Composición química y concentración de las sales disueltas.
A continuación se reproduce información tomada de las referencias, sobre la variación de un suelo arenoso en función del porcentaje de humedad.
CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD DE LAS ROCAS Arcillas Alteración Silícica CaCO3
Alteración argílica Disoluciones Fracturación Intrusión de aguas salinas Cizallamiento Alteración superficial
Compactación Precipitación de carbonatos Silicificación Metamorfismo
Aumenta Disminuye Puede variar en ambos sentidos
Influencia de ciertos fenómenos geológicos sobre la resistividad de las formaciones. Rango de resistividades de diferentes materiales geológicos ( obtenido de CCG)
APLICACIÓN DE LOS DIFERENTES DISPOSITIVOS
APLICACIÓN DE LOS DIFERENTES DISPOSITIVOS Experimentalmente, el SEV consiste en aumentar progresivamente la distancia entre los electrodos manteniendo un punto central fijo (punto de sondeo P). Ahora veremos cómo se aplica a los diferentes dispositivos.
a) Sondeo Wenner Dado el dispositivo Wenner AMNB con separación interelectródica a, el sondeo consiste en el aumento progresivo del valor de a manteniendo un punto central fijo P. Para la representación de los datos se muestra en ordenadas el valor de la resistividad aparente medida en Ohm-m, y en abscisas el valor de a en metros para cada paso.
Su formula: a
2 a
V I
b) Sondeo Schlumberger Dado el dispositivo Schlumberger AMNB con AB»MN , el sondeo consiste en separar progresivamente los electrodos inyectores A y B dejando los electrodos detectores M y N fijos en torno a un punto central fijo P. La representación de este sondeo muestra en ordenadas (Ohm-m) y en abscisas la distancia AB/2 (m). En este sondeo el efecto de las heterogeneidades irrelevantes es menor pues sólo se mueven el par de electrodos inyectores A y B.
Su formula
a
(a2 b2) 2b
*
V I
c) Sondeo Dipolar Dado el dispositivo doble dipolo ABMN, el sondeo consiste en la separación creciente de los centros de los dipolos respecto a un punto fijo origen P. La representación de este sondeo muestra en ordenadas ( .m) y en abscisas la separación de los centros de los dipolos en metros.
Su formula a
a(n)(n 1)(n
2)
V I
Resumen Dispositivos electrodicos
Dispositivo Wenner
Dispositivo Schlumberger
Dispositivo dipolo dipolo
Dispositivo polo-dipolo
De acuerdo al modelo geológico conceptual que asumamos al interpretar nuestros datos, tendremos modelos unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) y tridimensionales(3D).
SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL (SEV)
PRINCIPIO DEL SEV Cuando inyectamos corriente electrica en el suelo, las líneas de corriente penetran hasta una profundidad teórica mente infinita. Sin embargo, se ha demostrado que para una longitud de línea AB constante, la densidad de corriente disminuye con la profundidad. Principio del SEV
La distorsión de líneas equipotenciales que provoca un cuerpo es más importante cuanto más fuerte sea la densidad de corriente. Por lo tanto. Si el cuerpo esta profundo, la línea AB debe ser grande. La profundidad de penetración de la corriente eléctrica depende de la separación de los electrodos inyectores AB.
FINALIDAD DEL SEV SEV averiguar la distribución vertical de resistividades bajo el punto sondeado. La mayor La
finalidad
del
eficacia del método corresponde al caso en el que el SEV se efectúan en un terreno compuesto por capas lateralmente Configuración del método Schlumberger. homogéneas en lo que respecta a la resistividad, y limitadas por planos paralelos a la superficie del terreno (medio estratificado). La experiencia demuestra que los resultados teóricos obtenidos para Pa = Resistividad Aparente (ohmio-metro) medios de esta clase, son tolerable mente V = Diferencia de potencial (Voltio)
validos para estratos inclinados hasta unos 30º.
i = Intensidad de corriente (Amperios) K = Coeficiente geométrico AB = Electrodos de corriente MN = Electrodos de potencial
PENETRACIÓN Natural mente, las zonas más profundas influirán menos en el potencial observado en superficie, al ser menor en ellas la densidad de corriente. No obstante, no es posible fijar una profundidad limite por debajo de la cual el suelo no influye en el SEV, ya que la densidad de corriente disminuye de modo suave y gradual, sin anularse nunca, según nos indica la ecuación en la parte inferior . Fig. Determinación de la densidad de corriente en un semi-espacio homogéneo.
Al aumentar la separación AB aumenta en la misma proporción la profundidad a que podría pensarse que la penetración es proporcional a AB. J z
E
l
1
(l
2
z 2 ) 3 / 2
l
1 2
l
2
(1
z l
2
)
3/ 2
LIMITACIONES DEL SEV Estas limitaciones pueden ser: Su alta sensibilidad a pequeñas variaciones de la conductividad cerca de la superficie, debido a:
Por ejemplo al contenido de humedad. Hablando en términos electrónicos, el nivel de ruido es alto. Una topografía accidentada puede tener un efecto similar, ya que el flujo de corriente
Como resultado se distorsionan produciendo falsas anomalías.
las
superficies
equipotenciales
Sondeo Eléctrico Vertical (SEV): El sondeo de resistividad implica el progresivo aumento de la separación entre los electrodos de corriente y o potencial (o ambos), con el objetivo de aumentar la profundidad de investigación. Los datos recopilados de esta manera son convertidos en valores de resistividad aparente y pueden entonces ser modelados e interpretados de forma que podríamos conocer el espesor y las resistividades de los diferentes estratos geoléctricos de que se compone el corte estudiado.
Curva patrón para interpretación de dos capas
Ρ2 > ρ1
μ= ρ2 /ρ1
Ρ2 < ρ1
VARIACIÓN DE LA CURVA CON EL ESPESOR DE LA PRIMERA CAPA Si el espesor de la primera capa es mayor la curva comenzará a bajar más tarde, es decir: será necesario abrir más los electrodos AB para que la corriente comience a circular por la capa inferior
CORTES GEOELÉCTRICOS. NOMENCLATURA
Para la interpretación de caso de 3 capas hay que tener encuentra los ábacos auxiliares
Cuando el subsuelo se compone de tres capas, se admiten cuatro posibilidades: Tipo H.- La segunda es la menos resistiva de las tres, es decir: Tipo K.- La segunda es la más resistiva de las tres, es decir: Tipo A.- La resistividad va aumentando con la profundidad, es decir: Tipo Q.- La resistividad va disminuyendo con la profundidad, es decir:
1 1 1 1
> 2 < 3. < 2 > 3. < 2 < 3. > 2 > 3.
Cortes de 2 capas Un corte geoeléctrico de n capas se compone de los siguientes datos: n valores de resistividad y n-1 espesores (no se conoce el espesor de la última capa).
Corte Geoelectrico típico caso 2 capas:
Variación de la curva con el espesor de la segunda capa En la figura vemos las posibles curvas que se generarían sobre cortes geoeléctricos 100-20600 .m. Se obtendrían curvas exactamente iguales sobre cortes de tres capas en que las tres resistividades guarden la relación 1- 0,5 – 6
Cortes de tres capas
Supongamos que bajo las dos capas del ejemplo anterior existe una tercera de mayor resistividad (600 .m). En ese caso, cuando la curva que vimos estuviera bajando desde 100 hacia 20 .m, en algún momento comenzará a subir hacia 600. Esto será debido a que cuando el flujo eléctrico circule a suficiente profundidad, una parte comenzará a atravesar la formación más profunda de 600 .m, por lo que el valor medio que calculamos en superficie debe aumentar.
Cortes de cuatro y más capas Un corte geoeléctrico de cuatro o más capas se descompone en intervalos de 3 en 3, dándole la nomenclatura correspondiente a cada tramo de 3. Por ejemplo, en la figura vemos que las tres primeras forman un tipo H. La 2ª, 3ª y 4ª dan lugar a un tipo K (la del medio es la mayor de las tres) y, finalmente, las capas 3ª, 4ª y 5ª son de tipo Q. Por tanto, el corte completo, una vez interpretado se diría que es de tipo HKQ.
Este corte generaría la curva de resistividad aparente que se presenta en la figura . Se aprecia que inicialmente bajaba de 145 hacia 38 .m cuando comenzó a subir hacia 260 .m. Hubiera continuado siguiendo la línea de puntos si la 3ª capa hubiera sido de espesor infinito, pero cuando la corriente empieza a circular por la 4ª capa, la curva comienza a bajar hacia 65 .m, para, finalmente, comenzar una bajada más pronunciada hacia 30 .m
Figura que representa la Curva de resistividad aparente obtenida realizando
Posibles ambiguedades en la interpretación A partir de un corte geo eléctrico sólo se puede obtener una sola curva de resistividad aparente. El proceso de cálculo teórico de la curva es complejo, se realiza con ordenador, pero de un corte se deduce una única curva. En sentido inverso, a partir de una curva de resistividad aparente, y en determinadas circunstancias podemos interpretar varios cortes geo eléctricos diferentes. Básicamente esto se explica mediante los principios: Principio de Equivalencia . Principio de Supresión.
Principio de Equivalencia: Una capa mas resistiva que las adyacentes (tipo K y combinaciones), con T grande y S pequeña, puede producir el mismo efecto en el SEV que otra capa con valores diferentes de ρ y E pero con la misma T. l a s r e v s n a r t a i c n e t s i s e r
O bien: Una capa mas conductora que las adyacentes (tipo H y combinaciones), con un valor de T pequeño y S grande, puede producir el mismo efecto en el SEV que otra capa con diferentes E y ρ pero con el mismo S. l a n i d u t i g n o L a i c n a t c u d n o C
Principio de Superposición: Este principio se relaciona con aquellas capas confinadas que no ejercen influencia sobre las curvas de la resistividad debido a que no tienen suficiente espesor. Cuando el espesor de la capa intermedia comienza a crecer, ésta comienza a afectar la curva de resistividad; pero antes que se pueda notar, su efecto queda enmascarado por los cambios en el espesor, o resistividad de las capas aledañas.
Principio de Supresión Una capa delgada, con una Resistividad intermedia entre las adyacentes (tipos Q y A y sus combinaciones) puede pasar desapercibida en la interpretación.
Aplicaciones del SEV El SEV es aplicable cuando el objetivo tiene una posición horizontal y una extensión mayor que su profundidad. Tal es el caso del estudio de capas tectónicas, hidrológicas, etc. También es adecuado para trabajar a poca profundidad sobre topografías suaves como complemento de las calicatas eléctricas, con el objetivo de decidir la profundidad a la cual realizar el perfil de resistividades, como ocurre por ejemplo en Arqueología. El SEV no es adecuado para contactos verticales, fallas, diques, etc.
Aplicaciones del SEV
PERFILES HIDROGEOLÓGICO Y GEOELÉCTRICOS DE UN ACUÍFERO COSTERO
En la fig. se reproduce la configuración hidrogeológica de un acuífero libre costero, sobrepuesto a una secuencia de margas terciarias en la península del Cabo Verde (Dakar).
SECCIÓN GEOELÉCTRICA DEL VALLE INTERMONTANO DEL RÍO ABAUCÁN
La fig. representa el perfil geoeléctrico de un valle intermontano, con el basamento hidrogeológico compuesto por rocas graníticas a menos de 100 m de profundidad.
EN LA PRACTICA MATERIALES/ACCESORIOS DE CAMPO Equipos SEV resistivímetro de marca GEOTRADE modelo GTR-03 Equipo de Transmisión de corriente eléctrica (Tx). Equipo Receptor de potencial eléctrico (Rx). Bateria (Fuente de energía). Cables de corriente GWC #12. Cables de corriente GWC #14. Cables Multiconductores (Cables de potencial). Cinta aislante. Radios Móviles de comunicación. Electrodos (calaminas, láminas y/o varillas). Laptop con el software necesario para el estudio. Navegador GPS. Libreta de campo, portaminas y lapiceros. Implementos de Seguridad (Casco, botas, guantes, chaleco, gafas). Cúter cables y alicates multicorte.
Electrodos Impolarizables
Configuración y Diseño de la adquisición. Documentación
Manuales de Usuario de equipos. Especificaciones técnicas del estudio. Plano de Ubicación, Puntos SEV. Geología de la zona de estudio.
Parámetros de levantamiento de campo Mediciones : Configuración : Extensión de cables AB : Electrodo de corriente (AB) : Electrodos de potencial (MN) : Equipo de medición :
Dominio de Tiempo Schlumberger 100, 400 hasta 1000 metros 2 electrodos metálicos 2 electrodos metálicos (Impolarizables) Resistivímetro modelo GTR-03
ADQUISICIÓN DE DATOS Metodología Actividades para realizar la SEV dispositivo Schlumberger Wenner, Dipolo-dipolo polo-dipolo, .
Establecimiento de los Puntos de corriente AB: Preparación de los Puntos de Medición MN: Mediciones de las distancias ABMN, según sea el caso: Control de Calidad y Operatividad de los equipos:
Control de calidad de datos SEV en campo En el campo reconocer y ubicar Ruido causado por torres de alta tensión Presencia de rieles de transporte de mineral. Presencia de cables y cercos eléctricos Líneas de teléfono subterránea Antenas de comunicación Gasoductos con protección catódica Tuberías de perforación Durante el levantamiento Resistencia de contacto muy elevadas. Fugas de corriente. Instrumentos en mal estado de operación. Guardar los datos en el equipo y/o anotar en la hoja de campo. Comprobar que la lectura de la data que demuestre la operatividad del equipo (seguir indicaciones de las fichas de verificación de operatividad de los equipos). Verificación de operatividad, dependiendo del equipo
UNIVERCIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA GEOFISICA Y MINAS : ESCUELA ING. GEOFISICA
NOMBRE DEL ESTUDIO: _ LUGAR: __________________ Nº SEV: _____________PERFIL: _ ____ ESTUDIANTE: ______________ DOCENTE: Ing. Krover Lazarte __________________ FECHA: _____/____/_____HORA DE INICIO____________________HORA FINAL:_____ COORDENADAS: LATITUD:______________ LONGITUD:__________________ALTURA:
AB/2
M N
1.5 2 3 3 5 7. 5 10 10 15 20 25 30 30 40 50 75 100 100 150 200 250 300 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 7 50 1 00 0 a
K
SP
PI
V
I
Pa
obserbaciones
0.5 13.74 0.5 24.74 0.5 56.16 1.5 17.67 1.5 51.18 1.5 116. 63 1.5 208.26 5 58.90 5 137.44 5 247.40 5 388.77 5 561.56 15 176.71 15 323.32 15 511.82 15 1166. 32 15 2082. 61 50 589.05 50 1374. 45 50 2474. 00 50 3887. 72 50 5615. 60 150 1 767. 15 150 3 233. 22 150 5 118. 18 150 7 422. 01 1 50 1 01 44 .7 3 1 50 1 16 63 .1 6 1 50 2 08 26 .1 4 V I
k
PI SP V V = PI - SP
SP = Potencial Espontaneo PI = Potencial Inducido ΔV = Diferencia de potencial (en milivoltios) I = Intencidad de corriente (en milivoltios)
k
=a
2 2 a L 2 L2 a MN /a(L -a /L L=AB/2
L
AB
a=MN2
PROCESAMIENTO DE DATOS SEV Personal. Líder procesamiento (Docente, Jefe de Practicas) Geofísicos de gabinete (Estudiantes) Preparación de datos. Se debe contar con hojas de Semilogaritmicas y softwares necesarios para el procesamiento. Programas informáticos y hojas de campo para el Control de Calidad (Excel 2016, Surfer V. 13, WinSEV, ArcGis). Procesamiento (Hojas de Semi – Logaritmicas, WinSEV, IpiWIN, etc.). Programas informáticos para la correlación de SEV(Ejm. Autocad, CorelDraw, ArcGis, etc.. Etc). Documentación Bibliografía básica y complementaria. Manuales de softwares especializados. Plano de Ubicación de los SEVs(Configuraciones usadas en campo). Reporte de avance diario y notas de campo.
UNIVERCIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIAGEOLOGICAGEOFISICAY MINAS:ESCUELAING. GEOFISICA
NOMBRE DEL ESTUDIO:_ LUGAR: Mina Santa Cecilia Nº SEV: ____1_______PERFIL:_ V-17 ESTUDIANTE: Lazarte Ponce Krover Wilian DOCENTE:Ing. Jorge sotoVasquez _______________________________ FECHA: _____/____/_____HORA DE INICIO____________________HORA FINAL:______________________ COORDENADAS: LATITUD:______________LONGITUD:__________________ALTURA:__________________
AB/2
M N
1,5 2 3 3 5 7,5 10 10 15 20 25 30 30 40 50 75 100 100 150 200 250 300 300 400 500 600 70 0 75 0 1 00 0
a
k
K
SP
0,5 13,74 0,5 24,74 0,5 56,16 1,5 17,67 1,5 51,18 1,5 116,63 1,5 208,26 5 58,90 5 137,44 5 247,40 5 388,77 5 561,56 15 176,71 15 323,32 15 511,82 15 1166,32 15 2082,61 50 589,05 50 1374,45 50 2474,00 50 3887,72 50 5615,60 150 1767,15 150 3233,22 150 5118,18 150 7422,01 1 50 1 014 4, 73 1 50 1 166 3, 16 1 50 2 082 6, 14
V
I Pa=K ( V/I)
PI
45,0 46 43,8 44 40,5 45 35 32,3 31,8 29 31 32 35 37 49 47 49
V = PI PI - SP SP V
SP = Potencial Espontaneo PI = Potencial Inducido @V = Diferencia de potencial (en milivoltios) I = Intencidad de corriente (en milivoltios) Pa = Resistividad Aparente (ohm - m)
V
I
114,6 64,3 49,4 50 144 56 37,5 55,5 46 81,8 55,1 112 38 44,4 77 60 55,5
k
69,6 18,3 5,6 6,0 103,5 11,0 2,5 23,2 14,2 52,8 24,1 80,0 3,0 7,4 28,0 13 6,5
K=a
Pa
obserbaciones
10,8 113,8827 14 66,9019 8,8 74,2201 17,8 70,2005 90,8 67,1438 21,5 70,3205 8,3 74,5182 108 83,5140 84 94,9303 91 102,5333 62 125,6785 261 156,8790 18,5 189,1324 52 296,3720 53 311,1955 41,8 427,4595 32 502,5321
a L 2 2 L=AB/2 MN /a(L -a L /L) a 2
2
L
A B
a=MN 2
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Datos de campo y valores calculados
10000 [ohm·m]
Ubicación del SEV X = 360144.33 1000
Modelo Resistividad [ohm·m] 1010 125 420 130 750
Espesor [m] 1.2 10 25 18
Y = 8818702.27
Profundidad [m] 1.2 11 36 54
Z = 4359.8
Altitud [m] 4359.8 4358.6 4348.8 4323.8 4305.8
100
-
1
10
100
AB/2 [m]
-
10 1000
.
.
MN/2 [m] .8 .5 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 10 5 10 10 10 10 10
AB/2 [m] 1 2 3 5 7 10 10 15 20 30 40 50 50 70 70 100 125 150 200
DeltaV [mV] 382 105 58.6 10.7 4.2 1.9 12.7 5.1 2.9 1.5 .5 .7 1.4 .2 .4 .4 .7 .6 .3
I [mA] 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1 2 5 6 4
K Resistivity [-] [ohm·m] .71 271 11.78 618 12.57 368 37.7 202 75.4 158 156 148 23.56 150 62.83 160 118 171 275 206 495 248 778 272 377 264 1532 306 754 302 1555 311 2439 341 3519 352 6267 470
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
