PROSPECCIN GEOFSICA1 Parte2006

Jos A Delgado Navarro

Escuela Universitaria de Ingeniera Tcnica de O.P

Todos los mtodos geofsicos tratan de medir un determinado parmetro fsico del terreno. La aplicacin de uno u otro mtodo para la consecucin de un objetivo concreto, nace del conocimiento de dichos parmetros y de su variabilidad con determinadas caractersticas, condiciones o composicin de las rocas. CARACTERSTICAS FSICAS DEL TERRENOParmetros en que se basan: Resistividad Densidad Velocidad de transmisin de ondas elsticas Susceptibilidad magntica Velocidad de transmisin de ondas electromagnticas

RESISTIVIDADIVaSi a = 1 m:LSEn general:

1Figura 1

La mayora de las rocas estn constituidas por una matriz aislante, excepcin hecha de algunas menas metlicas. Si conducen la electricidad se debe a la presencia de huecos y fracturas rellenas de agua con una cierta proporcin de sales disueltas.En el AGUA la conduccin de la electricidad se debe a la presencia de sales en disolucin (la conduccin es inica, se produce por desplazamiento de los iones en presencia de un campo elctrico). Su Resistividad es tanto menor cuanto mayor es la cantidad de sales en disolucin. A igualdad de sales disueltas la resistividad es tanto menor cuanto mayor es la temperatura. RESISTIVIDAD de las ROCAS

RESISTIVIDAD de las ROCASResistencia de cada tubo relleno de agua:Resistencia total:Aproximacin (tubos en direccin del campo elctrico).Porosidad en este caso es :Luego :En general :m factor de cimentacin (1,3 a 2,3)

a coeficiente de textura (0,5 a 1,5)F factor de formacin(para L=1)

RESISTIVIDAD de algunas ROCAS

OTROS PARMETROS ELCTRICOS: Constante dielctrica, permitividad o permea-bilidad dielctrica. Puede definirse como la relacin entre la induccin elctrica y el campo elctrico: e = D/EO tambin como: al considerar el campo elctrico creado por una carga Q a distancia rEs el parmetro ms importante en las rocas con alta resistividad. Se utiliza en los mtodos de corrientes alternas. Algunos de ellos se emplean en la investigacin de minerales en los cuales la constante dielctrica vara en dos rdenes de magnitud (limonita @ 3, galena > 80).

VALORES DE e para algunos minerales :Valor en el vaco: F/m

PRIVADO MINERAL

C. DIELECTRICA RELATIVA

Cuarzo

4,5 - 5

Calcita

7,5 - 8,7

Dolomita

6,3 - 8,2

Anhidrita

6,5

Yeso

7,9 -6,3

Biotita

10,3

Leucita

6,8

Feldespatos

4,5 - 10,2

Talco

5,8

Agua

81

VALORES DE e para algunas rocas :

PRIVADO ROCA

HUMEDAD

C. DIELECTRICA

Anhidrita con yeso

0

6,3

Pizarra bentontica

10 %

10-45

Pizarra bentontica

seca

4-7

Dolomas

seca

8-8,6

Calizas

seca

7-12

Areniscas

seca

4-11

Gneis

seco

8-15

Cuarcitas

seca

4,3-7

Marga

seca

8,2-9

Pizarras talcosas

seca

7,5-34

Filitas

seca

13

Granito

seco

4,6-9

Basaltos

seco

10-16

Permeabilidad o susceptibilidad magntica. Se define como la relacin entre la induccin mag-ntica y el campo magntico:Para la gran mayora de las rocas su valor es el mismo que en el vaco: Henrios/m Susceptibilidad magntica. Es la relacin entre la intensidad de imanacin y el campo magntico:Relacin con la permeabilidad relativa:

VALORES DE c para algunas rocas :

PRIVADO TIPO DE ROCA

SUSCEPTIBILIDAD x 106

Dolomas

0-30

Calizas

2-100

Areniscas

0-600

Arcillas

0-800

Esquistos

0-1.000

Gneis

0-1.200

Granito

50-1.600

Rocas gneas bsicas

60-10.000

Rocas gneas cidas

5-6.000

Magnetita

mayor de 100.000

Definida como la masa por unidad de volumen, es un parmetro que tambin puede ayudar a identi-ficar los materiales del subsuelo.DENSIDAD

PRIVADO TIPO DE ROCA

LIMITES DE DENSIDAD

MEDIA

Limos secos

1,4-1,8

1,6

Limos saturados

1,8-2,2

2

Arenas y gravas secas

1,4-2,2

1,8

Arenas y gravas saturadas

1,8-2,4

2,1

Arcillas

1,7-2,5

2,1

Margas

1,8-2,6

2,2

Sal y Yeso masivo

2,1-2,3

2,2

Calizas y dolomas

2,2-2,8

2,5

Esquistos

2,4-2,8

2,6

Granito

2,6-2,8

2,7

Gneis

2,6-3

2,8

Anhidrita

2,8-3

2,9

MTODOS DE PROSPECCIN Gravimtricos Magnticos Ssmicos ElctricosElectromagnticosPolarizacin inducida ACTIVOSCorriente continua

Potencial espontneoMagnetotelricoPASIVOS

GravimtricosSe basan en medidas de aceleracin de la gravedad

Fuerza de atraccin entre dos cuerpos

Un cuerpo de masa sobre la superficie de la tierra es atrado hacia el centro de masa de la tierra con una fuerza dada por la frmula anterior siendo la masa de la tierra y r la distancia al centro

La normal es aproximadamente 9,8 m/s2 o bien 980 GALLas variaciones de g estn ligadas a las variaciones de densidad Los modernos gravmetros pueden medir diferencias de 0,01 mgal

MagnticosSe trata de medir variaciones en el campo magntico terrestre Intensidad total nTeslas

DeclinacinTesla=Newton/A.m

MTODOS DE PROSPECCIN ELCTRICA POR C.C.Miden la resistividad del terreno mediante dispositivos que emplean co-rriente continua. La correlacin entre resistividad y naturaleza litolgica permite tratar de identificar la constitucin del subsuelo. Los equipos que se emplean tratan bsicamente de medir resistencia me-diante la utilizacin de una corriente continua. Se emplean dispositivos de 4 electrodos; mediante dos de ellos se introduce una corriente y en los otros dos se mide el voltaje.IRR = V/ ICaso de un conductor:r = R x S / LConstante geomtrica del dispositivo

Caso del terreno:IABMNValor de la resistividad:Si el terreno est formado por una sola capa r coincide con la real en general ser un valor aparentea

Deduccin de la frmula de resistividad :Densidad de corriente:O en funcin del campo elctrico:Luego :La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera, M y N, ser:Operando :El potencial en un punto es la diferencia de potencial entre ese punto y uno situado en el infinito:a

En el caso que nos ocupa hay dos fuentes de corriente: por A +I por B -IEl potencial en un punto es la suma de los poten-ciales producidos en el mismo por cada una de las fuentes.As, operando, se deduce la frmulaa

DISPOSITIVO SCHLUMBREGERIABMNSimtrico y MN

DISPOSITIVO WENNERIABMNSimtrico y AM = MN = NB =a

DISPOSITIVOS DIPOLARESAB y MN pequeas respecto a d

DISPOSITIVOS TRIELECTRODICOSEn cualquiera de los dispositivos el elec-trodo B se lleva al infinito:DISPOSITIVOS BIPOLARESLos electrododos A y B se llevan al infinito:

REALIZACIN DE UN S.E.VSe hacen medidas de r para separaciones cada vez mayores

REALIZACIN PRCTICA DE UN S.E.V Elegimos el dispositivo Schlumberger Utilizamos un equipo de elctrica constituido por: fuente de alimentacinvoltmetro de muy alta resistencia de entradaampermetrocircuito de compensacin de potenciales espontaneos Una pica de hierro para marcar el centro del dispositivo Picas de hierro para los electrodos de corriente, A y B Picas de cobre o electrodos impolarizables para los electrodos de po- tencial, M y N Dos carretes de cable conductor de longitud suficiente (para A y B) Dos carretes de cable conductor de longitud suficiente (para M y N) Cuatro macetas, una por electrodo, para hincar stos en el terreno. Cinta mtrica. Cuerda para medidas

REALIZACIN PRCTICA DE UN S.E.V, continuacin Se deciden las distancias AB a que se obtendrn medidas de ra AB/2 = 1,3- 1,6- 2- 2,5- 3,2- 4- 5- 6,5- 8- 10- 13- 16- 20- 25... Se prevn las distancias para los electrodos MN: MN = 0,5- 3- 20- 100.. Se calculan las constantes geomtricas correspondientesEn el ejemplo se empieza el trabajo con MN = 0,5 m y AB/2 =1,3

REALIZACIN PRCTICA DE UN S.E.V, continuacinLecturas obtenidas:

Curva de SEV

AB/2MNVIKr

1.30.52699.006001046

1.60.51019.634001640

20.51103.3185324.7432

2.50.5514.448003925

3.20.5259.988756419

40.5137.01980100.1414

50.560.63950156.6910

6.50.527.90870265.078.5

83105.07860657.9

10350.49680102.367.6

13332.07700174.628

16312.19360265.739

2032.88120416.5210

2531.6799652.1411

3231.68150107012

4032.94378167313

5032.90561261613.5

652012.53580647.9514

80202.76195989.614

100201.85210155513.7

130201.24260263912.6

160200.61215400611.4

200200.41256626710

250200.2932098029

320200.22451160697.7

4001000.5036049486.9

5001000.1720177756.4

6501000.14301131956

8001000.17543200286.1

10001000.13607313376.5

13001000.10725530147.6

Se comparan las curvas obtenidas con otras teri-cas obtenidas para medios constituidos por capas paralelas a la superficie del terreno, y cada una de ellas homognea e istropa.INTERPRETACINrPzr1r2En cualquier punto P se cumple la ecuacin de Laplace, la cual encoordenadas cilndricas es :Obtencin de las curvas tericas:

Para el caso de dos capas y midiendo en la superficie, z=0, se llega a la expresin:Es un parmetro de integracinJ0 es la funcin de Bessel (1 especie y orden 0)Para el caso de n capas y midiendo en la superficie, z=0, se llega a la expresin:Nn es la llamada funcin caracterstica de Kingpara el caso de tres capas vale :

Finalmente para Schlumbreger se obtiene:Y para Wenner :Con estas frmulas se pueden obtener las curvas tericas.

Interpretacin automtica del mismo SEV con un modelo de 7 capas

MTODOS DE PROSPECCIN ELCTRICA POR C.A.Sondeos Electromagnticos en el dominio del tiempo (SEDT)IHI por el bucle da lugar a un campo magntico HAl cortar bruscamente I se inducen unas corrientes en el terreno que tienden a mantener H, generando un campo magntico secundario Hs variable con el tiempo desde H hasta 0.Las corrientes inducidas dependen de la resistividad del terreno y por tanto el campo HsHs induce en el bucle un voltaje que es lo que se mide.Mediante el adecuado tratamiento e interpretacin se pueden deducir las resistividades y espesores de las capas del subsuelo.

Podemos entenderlo mediante un smil elctrico:El terreno es un medio conductor y constituye el secundario.La variacin de corriente en la espira produce en el secundario una f.e.m.:E2=M12*dI1/dtL1R1L2R2M12I1I2Cuando I1=0:L2 *dI2/dt +R2*I2=0I2=(E2 /R2 )exp[(- R2/ L2 )*t]Ni I2 ni E2 se pueden observar pero observamos el voltaje que se induce en el circuito primario:E2=M21*dI2/dtE2= M21*(E2 /R2 )exp[(- R2/ L2 )*t] o bienLog(E2 ) = A0 - (- R2/ L2 )*t

tV10-610-910-810-7tra10310101102Se transforma en: