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Tecnologías

Es un instrumento de alta resolución que investiga el subsuelo por medio de ondas electromagnéticas, transmitidas a través de una antena que se desplaza sobre la superficie a estudiar.

Sobre la tierra, agua, o la estructura a investigar, el instrumento, por medio de una antena transmisora, emite una serie de impulsos electromagnéticos de alta frecuencia, y recibe a través de la misma antena las señales reflejadas por las discontinuidades en el subsuelo.

La técnica georadar permite detectar todas las anomalías que estén dentro del cono de emisión de la onda electromagnética irradiada por la antena transmisora – receptora del instrumento.

La profundidad de investigación depende de la naturaleza del terreno, mas específicamente de su constante dieléctrica. En medios resistivos se obtiene alta penetración (asociada a baja absorción de la onda electromagnética), y en medios conductivos una menor penetración (asociada a la alta absorción de onda electromagnética).

Aplicaciones

  • Detección y mapeo de servicios y objetos enterrados.
  • Estudio de la traza de ductos existentes.
  • Caracterización de sitios industriales y urbanos.
  • Clasificación del substrato (estratificación, segmentación, profundidad del basamento, fracturación y riesgos geológicos).
  • Detección de plumas contaminantes.
  • Estudios hidrogeológicos.
  • Estudios en ríos.
  • Caracterización de aluviones.
  • Detección de paleocauces.
  • Ingeniería vial, caracterización del paquete estructural de pavimentos en rutas y aeropuertos.
  • Identificación de cavidades, túneles y estructuras enterradas.
  • Estudio de galerías.
  • Caracterización de sitios arqueológicos.
  • Peritajes judiciales.

Las técnicas electromagnéticas son una alternativa para mapear la resistividad eléctrica del suelo. Una de las principales ventajas de estos sistemas es que la recolección de datos no requiere contacto directo con el suelo, y por lo tanto es mucho más rápida que en el caso de los métodos eléctricos. Aunque el mapeo de conductividad del terreno con este método, usualmente no tiene la misma resolución que se puede obtener con otros métodos eléctricos, puede proveer una muy buena y rápida información que puede utilizarse para mejorar la inversión de datos eléctricos.

El sistema consiste en dos pequeños inductores, uno de transmisión y el otro de recepción, separados a una distancia constante.

El inductor de transmisión emite un pulso sinusoidal al terreno, a distintas frecuencias. Esto induce en el punto de medición una corriente que es detectada en forma de un campo secundario en el receptor. El campo secundario detectado por el receptor se separa en las componentes En Fase (HI) y Cuadratura (HQ), las cuales se expresan en ppm con respecto al campo primario emitido.

La componente en fase se agranda cuando hay metales presentes, por lo que se la conoce como “detector de metales”. Por el contrario, la componente en cuadratura se relaciona con la distribución de conductividad eléctrica y puede ser convertida a conductividad aparente como una función de la frecuencia.

La profundidad de penetración es una función de la frecuencia y la conductividad del medio. Debido al rango de frecuencias involucrados, el proceso es puramente difusivo y la penetración esta gobernada por la “skin-depth”.

Todo el proceso de medición en cada punto o “estación de medición” se completa en aproximadamente un segundo.

Operativamente se realizan estaciones de medición en un corte o una grilla sobre el terreno, volcándose posteriormente los resultados de las mismas en programas de mapeo específicos, obteniéndose superficies de igual conductividad aparente o cortes geofísicos de conductividad.

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Aplicaciones.

  • Identificación de cuerpos subterráneos sub-verticales conductivos (lentes de sulfuros, fallas, etc.).
  • Caracterización de áreas de conductividad asociadas a “plumas” de contaminantes.
  • Identificación de objetos metálicos enterrados.
  • Caracterización de cobertura conductiva (material arcilloso impermeable).
  • Identificación de cavidades y zonas de fracturas.
  • Estudios de suelos y sus características hidrológicas.
  • Estudios costeros (intrusiones salinas, etc.).
  • Tomografía electromagnética e interpretación cuantitativa.

Sondeo Eléctrico Vertical

Para efectuar mediciones de resistividad de terrenos sepultados, se utiliza normalmente el método geofísico denominado “cuadripolo simétrico Schlumberger” comúnmente llamado Sondeo Eléctrico Vertical (SEV).

La finalidad del SEV es averiguar la distribución vertical de resistividades de las diferentes capas en el subsuelo bajo el punto investigado.

Este método consiste en la emisión de corriente eléctrica continua en el terreno y en la medición de la diferencia de potencial existente en dos puntos fijos, según el sistema geométrico de 4 electrodos esquematizados en la siguiente figura.

Los dos electrodos externos A y B transmiten corriente eléctrica continua al terreno, generada con una serie de baterías a seco o con alguna fuente alternativa.

Los dos electrodos centrales M y N miden la diferencia de potencial inducida en el suelo por el pasaje de la corriente eléctrica entre A y B.

La medición de la intensidad de corriente (I) se efectúa mediante un miliamperímetro, mientras que la medición de la diferencia de potencial ( D V) se mide con un milivoltímetro de precisión dotado de un circuito que anula los efectos de los potenciales espontáneos existentes en los terrenos.

A partir de las mediciones realizadas se calcula la resistividad aparente ( r a ) del terreno según la siguiente fórmula basada en la Ley de Ohm, donde S y L son factores que dependen de las características geométricas del tendido eléctrico. S indica la distancia entre los electrodos de corriente A y B, y L la distancia entre los electrodos de medición de diferencia de potencial M y N.

Para extender las mediciones de resistividad a capas o estratos más profundos sucesivamente se aumenta la distancia entre los electrodos de corriente A y B, permitiendo de tal manera a las líneas de corriente penetrar a mayor profundidad en el terreno.

Posteriormente se construyen diagramas de resistividad aparente ( r a ) en función de la semidistancia AB (AB /2).

Los valores de la distancia AB (medidos en metros), y los de resistividad aparente (medidos en ohm.m) son graficados sobre papel bilogarítmico.

A partir del diagrama de las curvas de resistividad aparente obtenidas, es posible calcular la resistividad real y la profundidad de los distintos estratos con resistividades diferenciadas.

Las curvas, en principio, se interpretan según los métodos del punto auxiliar y de la sobreposición de curvas teóricas patrones, y sucesivamente se procede al control automático mediante computadora con la utilización de un modelo matemático basado en el método de los filtros GHOSH.

Si el control automático (fitting) es positivo se procede al control geológico de la interpretación.

Finalmente se obtienen las interpretaciones definitivas de las distintas curvas que permiten elaborar cortes electroestratigráficos y mapas de resistividades.


Tomografía Eléctrica

La técnica que más ha avanzado en los últimos tiempos es la denominada Tomografía Eléctrica. Esta técnica geoeléctrica utiliza una configuración Dipolo-Dipolo y se realiza en modalidades 2D y 3D, siendo la más utilizada y probada la modalidad 2D. Con esta técnica se obtiene información en detalle en dos dimensiones.

La Tomografía Eléctrica consiste en obtener una serie de medidas de resistividad aparente con un dispositivo tetraelectródico determinado y con una separación constante entre electrodos denominada “a”. Las distancias van variando entre los pares de electrodos emisor-receptor por múltiplos de un valor entero denominado “na”, de tal forma que el resultado final será un corte con calicatas a varios niveles “n” de profundidad.

El dispositivo Dipolo Dipolo posee la característica de tener un gran poder resolutivo ante la presencia de cambios geológicos laterales en el subsuelo tanto de facies como de fallas.


Dipolo – Dipolo

Una pseudo sección constituye una sección de curvas de isoresistividad que reflejan cualitativamente la variación espacial (2D) de los valores de resistividad aparente en el perfil investigado. La longitud del perfil, profundidad de penetración y la resolución buscada determinan la separación interelectródica “a”.

Las pseudosecciones dan una primera idea de la existencia de “anomalías”, y una estimación de su posición y profundidad. Pero para obtener una distribución eléctrica real del terreno, los datos deben ser invertidos.

Para lograr eso se aplican distintos códigos de inversión que permiten obtener tomografías 2D del subsuelo, esto es, se someten los datos a un modelado por elementos finitos y diferencias finitas, que incluye la topografía del corte estudiado y que transforma el pseudoperfil de resistividades aparentes 2D en un perfil de resistividades y profundidades verdaderas 2D, que posteriormente se correlaciona con la información geológica, y perforaciones.

Las profundidades de penetración están directamente relacionadas con la configuración geométrica y dependen de la resistividad del medio. A medida que las aberturas son más grandes, se requiere más potencia para tener señales dentro de los rangos de resolución del instrumento.

Una limitación propia del método es la conductividad del terreno. Entornos muy conductivos (como por ejemplo acuíferos salinos) atenúan rápidamente la señal disminuyendo su penetración. Teniendo en cuenta estos parámetros se utilizan equipamientos multielectródicos a batería para profundidades de decenas de metros y hasta 100 o 200 metros, y se utilizan generadores para prospección a más profundidad hasta 2000 – 2500 m.

Las siguientes son características de importancia de esta técnica:

Elevada resolución, sobre todo lateral, permitiendo detectar discontinuidades laterales tales como fallas, fracturas abiertas o rellenas o con fuerte alteración físico – química.-

La cobertura areal es considerablemente mayor que la lograda con los métodos tradicionales, tales como perforación, sondeos mecánicos, sondeos eléctricos verticales y similares.

Aplicaciones

  • Localización y caracterización de acuíferos.
  • Caracterización de la electro-estratigrafía.
  • Estudios de suelos (agricultura, ambiente etc.).
  • Localización de conductores en estratificaciones horizontales (intrusiones salinas – “brines”, contaminantes, arcillas, etc.).
  • Mapeo estructural y riesgos geológicos (fallas, cizallas, fracturas, etc.).
  • Caracterización de materiales para la construcción (gravas, arenas, etc.).
  • Geometría de zonas de rellenos.
  • Mapeo lateral y vertical de plumas contaminantes.
  • Medidas para el diseño de protección catódica para tuberías.
  • Diseño de toma de tierra para sistemas eléctricos industriales.
  • Resistividad térmica de suelos.

Polarización Inducida

Aplicaciones

  • Localización de objetos conductores o polarizables.
  • Detección de minerales metálicos diseminados (pórfidos de cobre.).
  • Detección de sulfuros masivos.
  • Mapeo de zonas de alteración.
  • Discriminación entre arcillas y arenas en aluviones.
  • Caracterización de estructuras (fallas, cizallas).
  • Mapeo de áreas contaminadas.

Magnetometría

Aplicaciones

  • Mapeo geológico de unidades que muestran contrastes de susceptibilidad.
  • Mapeo estructural (fallas, cizalla, fracturas, pliegues, etc.).
  • Detección de profundidad del substrato y del basamento.
  • Detección de minerales de hierro y magnéticos como Cromita, Sulfuros, Magnetita etc.
  • Exploración de depósitos minerales asociados a la topografía del basamento.
  • Localización y caracterización de Kimberlitas, Asbestos y Placeres.
  • Detección de objetos metálicos enterrados (tubería, tanques, deshechos).
  • Detección de objetos metálicos en ambientes marinos.
  • Delineamiento del perímetro de campos de relleno.

El objeto de la prospección gravimétrica es la detección de estructuras subterráneas mediante la observación en superficie de la perturbación que estas originan en el campo gravitatorio terrestre.

La base del método es la ley de gravitación universal de Newton.

Los instrumentos empleados en este tipo de prospección, están diseñados para medir variaciones en el valor de la aceleración de la gravedad y se instalan con su eje en la dirección del campo por medio de niveles de burbuja.

La aceleración de la gravedad es de 980.000 mgal aproximadamente. Las anomalías gravimétricas que normalmente aparecen en prospección son del orden de pocos miligales, por lo que es necesario determinarlas con una precisión de más de 0,1 mgal. Esto implica la necesidad de poder detectar cambios especiales en la aceleración vertical del orden de 1/10 7 del campo gravitatorio y, lo que es más difícil, de diferenciar los cambios debidos a las estructuras geológicas buscadas de los de diferente origen. Únicamente tras efectuar esto, es posible interpretar las anomalías gravimétricas resultantes en términos de estructuras geológicas.

La parte de la diferencia entre la gravedad observada y la teórica en un punto de la tierra que se debe puramente a variaciones laterales de la densidad del subsuelo se conoce como anomalía de Bouguer.

Los valores de la gravedad pueden darse en términos de anomalías Bouguer, cuya definición es Gravedad observada + corrección por altura + corrección topográfica – gravedad teórica en la misma latitud.

La forma de efectuar las medidas depende en gran parte de su finalidad. Cuando se trata de determinar la presencia de grandes estructuras geológicas en extensas zonas, las mediciones se hacen con automóviles o helicópteros como medio de transporte y densidades de pocas estaciones por kilómetro cuadrado. Las estaciones se sitúan de forma que su densidad sea aproximadamente constante sobre la zona que se desea estudiar, pero solo es posible situarlas formando una red perfecta cuando el terreno es llano y despejado.

Al empezar un trabajo de este tipo, es necesario elegir un cierto número de estaciones, denominadas “bases”, convenientemente distanciadas de otra que se toma como base principal. Con objeto de lograr elevada precisión en los resultados, se efectúan medidas en las bases según perfiles triangulares o poligonales cerrados, cada uno de cuyos lados se mide dos veces por lo menos, y así, se ajustan las diferencias entre los distintos triángulos o polígonos cerrados de modo de que los resultados reales se aproximen lo más posible a los valores reales.

Los mapas de anomalías Bouguer presentan gran semejanza con los mapas topográficos. En ellos aparecen zonas circulares alargadas e irregulares, de gravedad elevada o pequeña. Asimismo, pueden aparecer zonas de gradientes fuertes que no tienen por qué estar necesariamente ligadas con algunos de los rasgos que acabamos de citar. Por simple inspección de un mapa de este tipo, y si se tienen algunos conocimientos de geología, es posible hacer una interpretación cualitativa y a grandes rasgos. En muchas zonas los valores elevados de la gravedad están asociados con anticlinales o bloques elevados (pilares), debido a que ambas estructuras implican aproximación de rocas densas a la superficie. En otras regiones, los valores altos de la gravedad pueden deberse a la presencia de intrusiones básicas muy densas. Por el contrario, las cuencas sedimentarias y las intrusiones relativamente ácidas y poco densas, dan lugar a zonas de menor gravedad. Las zonas de gradientes fuertes se deben a contactos verticales entre rocas de diferente densidad, tal como ocurre en planos de falla.

Aplicaciones

  • Seguimiento de ductos metálicos enterrados.
  • Detección de cables eléctricos.
  • Identificación de objetos metálicos.