Alberto Casas

Facultad de GeologíaUniversidad de Barcelona08028-Barcelona (España)

e-mail: albert.casas@ub.edu

CURSO ESPECÍFICO CURSO ESPECÍFICO DE GEOFÍSICADE GEOFÍSICA

(Prospección de Recursos Minerales (Prospección de Recursos Minerales y Control Ambiental)y Control Ambiental)

“Master Aprovechamiento Sostenible de los Recursos Minerales”Proyecto ALFA - Red DESIR

Lima (Perú) 3-7 septiembre 2007

Introducción

Método Gravimétrico

Métodos Eléctricos y Electromagnéticos

Método Sísmico

Método Magnético

Método Radiométrico

ESTRUCTURA DEL PROGRAMAESTRUCTURA DEL PROGRAMA

DOBRIN, M.B. & SAVIT, C.H. (1988) Introduction to Geophysical

Prospecting. Mc Graw Hill.

KEAREY, P. & BROOKS, M. (1991) An Introduction to Geophysical

Exploration. Blackwell.

REYNOLDS, J. (1997) Environmental and Applied Geophysics. John Willey & Sons

SHARMA, P.V. (1997) Environmental and Engineering Geophysics. Cambridge Univ. Press.

TELFORD, W.M., GELDART, L.P., SHERIFF, R.E. & KEYS. D.A. (1990) Applied Geophysics. 2nd ed. Cambridge Univ. Press.

BIBLIOGRAFIA BÁSICABIBLIOGRAFIA BÁSICA

- JOURNAL OF APPLIED GEOPHYSICS

- GEOPHYSICAL PROSPECTING

- GEOPHYSICS

- NEAR SURFACE GEOPHYSICS

REVISTAS ESPECIALIZADASREVISTAS ESPECIALIZADAS

Congreso anual en U.S.A. y Europa:

1995: Torino (Italia)

1996: Nantes (Francia)

1997: Aarhus (Dinamarca)

1998: Barcelona (España)

1999: Budapest (Hungría)

2000: Bochum (Alemania)

2001: Birmingham (Gran Bretaña)

2002: Aveiro (Portugal)

2003: Praga (República Checa)

2004: Utrecht (Holanda)

2005: Palermo (Italia)

2006: Helsinki (Finlandia)

2007: Istambul (Turquía)

CONGRESOS CIENTÍFICOSCONGRESOS CIENTÍFICOS

EE

GS

Environmental and Engineering Geophysical Society

EAGE

European Association of Geoscientists and Engineers- Near Surface División- Oil and Gas Division

SEGSociety of Exploration Geophysicists

SOCIEDADES CIENTÍFICASSOCIEDADES CIENTÍFICAS

Definición de prospección geofísica

Principales campos de aplicación

Importancia económica de la prospección geofísica

Clasificación de los métodos

Métodos de campo natural y artificial

Problema directo y problema inverso

Limitaciones de la prospección geofísica

TEMA 1TEMA 1

DEFINICIÓNDEFINICIÓN

La Prospección Geofísica está integrada por un conjunto de principios y métodos físicos aplicados al estudio del subsuelo con la finalidad de obtener algún beneficio económico.

Se trata de determinar la estructura y composición del subsuelo a partir de la medida de determinados parámetros físicos relacionados con la presencia de heterogeneidades en la distribución de alguna propiedad física.

• Geofísica “Pura”- Litosfera terrestre

- Núcleo Terrestre

• Geofísica “Aplicada”- Corteza terrestre

- Prospección de recursos

- Mitigación de riesgos

GEOFÍSICA PURA Y APLICADAGEOFÍSICA PURA Y APLICADA

• Geodesia

• Gravimetría

• Sismología

• Magnetismo y Aeronomía

• Geodinámica y Tectonofísica

• Geoquímica y Vulcanología

• Cosmología y Planetología

• Meteorología

• Oceanografía Física

RAMAS DE LA GEOFÍSICARAMAS DE LA GEOFÍSICA

• La diversidad de métodos implica aplicar:• El más rentable

• El más rápido

• El más preciso

• Las propiedades físicas utilizadas son:• Densidad

• Susceptibilidad magnética

• Resistividad eléctrica

• Elasticidad

• Radioactividad

IMPORTANCIA ECONÓMICAIMPORTANCIA ECONÓMICA

En función del principio físico y la propiedad física involucrada:

MÉTODO PROPIEDAD

• Gravimétrico Densidad• Magnético Susceptibilidad magnética• Eléctrico y Electromagnético Resistividad eléctrica• Sísmico Módulos elásticos• Radiométrico Radioactividad

CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOSCLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS

• En función del origen del campo- Campo natural (pasivos)

- Campo artificial (activos)

• En función de la geometría de la estructura estudiada- Capas

- Cuerpos

• En función del medio donde se aplique:- Terrestre- Naviportada- Aeroportada- Satélite- Testificación de pozos (diagrafías)

• En función de la relación propiedad – objetivo- Directos- Indirectos o estructurales

OTROS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓNOTROS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN

GEOFÍSICA AEROPORTADAGEOFÍSICA AEROPORTADA

GEOFÍSICA TERRESTRE I AEROPORTADAGEOFÍSICA TERRESTRE I AEROPORTADA

• Campo natural• El geofísico se limita a medir variaciones naturales

• También se denominan métodos pasivos

• Gravimétrico, magnético, potencial espontáneo, radiométrico

• Campo artificial• El geofísico crea un campo modificando el estado de equilibrio

• También se denominan métodos activos

• Sísmicos y la mayoría de eléctricos y electromagnéticos

• Ventajas e inconvenientes

ORIGEN DEL CAMPOORIGEN DEL CAMPO

• Directos: Se detecta directamente el objetivo.

Depende del contraste entre objetos.

Un ejemplo típico es la prospección de un yacimiento de magnetita mediante una anomalia magnética

• Indirectos: Se detecta la estructura que “contiene” el objetivo de la prospección, no el propio objetivo.

Un ejemplo es la localización de una estructura de una trampa de petróleo.

MÉTODOS DIRECTOS E INDIRECTOSMÉTODOS DIRECTOS E INDIRECTOS

RESOLUCIÓNRESOLUCIÓN

MÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOS

MÉTODOS COMBINADOSMÉTODOS COMBINADOS

ExcavaciónPerforación

EXPLORACIÓN MECÁNICA DEL SUBSUELOEXPLORACIÓN MECÁNICA DEL SUBSUELO

La probabilidad de detección de una estructura depende de la relación entre la superficie de la zona a investigar At y sus dimensiones Ao y del número de sondeos previstos.

DETECTABILIDADDETECTABILIDAD

Esta probabilidad puede calcularse a partir de la tabla siguiente:

Número de sondeos

Probabilidad de detección

At / Ao = 10

At / Ao = 100

At / Ao = 1000

100 % 16 160 1600

98 % 13 130 1300

90 % 10 100 1000

75 % 8 80 800

50 % 5 50 500

40 % 4 40 400

30 % 3 30 300

DETECCIÓN POR SONDEOSDETECCIÓN POR SONDEOS

Perfil ERT sobre modelo geológicocomplejo

Perfil ERT sobre un túnel con zonas problemáticas

SECCIONES GEOFÍSICAS 2DSECCIONES GEOFÍSICAS 2D

30040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000210022002300240025002600270028002900

Ohm.m

DE SECCIONES 2D A 3DDE SECCIONES 2D A 3D

VARIACIONES TEMPORALES (4D)VARIACIONES TEMPORALES (4D)

- No destructivos

PRINCIPALES PROPIEDADESPRINCIPALES PROPIEDADES

®3

- Rápidos

- Resolutivos

- Rentables

CAUSA EFECTO

Problema Directo

Problema Inverso

Modelo:ProfundidadTamañoGeometríaPropiedades

Datos:Anomalías

PROBLEMA DIRECTO E INVERSOPROBLEMA DIRECTO E INVERSO

Consiste en el cálculo de la respuesta teórica de un modelo sintético. Es por tanto un ejercicio numérico

Puede considerarse objetivo, el resultado es el mismo independientemente de quien haga el cálculo, si está bien ejecutado

Tiene solución única. A cada modelo le corresponde una única respuesta

PROBLEMA DIRECTOPROBLEMA DIRECTO

PROBLEMA DIRECTOPROBLEMA DIRECTO

Consiste en determinar la estructura real a partir de los datos experimentales

Es también un ejercicio numérico que requiere un control geológico, ya que la elección de la hipótesis inicial es muy importante

Se trata de una interpretación. Por esto, tiene un cierto grado de subjetividad

No tiene solución única. Cada respuesta puede explicarse mediante diferentes modelos

PROBLEMA INVERSOPROBLEMA INVERSO

PROBLEMA INVERSOPROBLEMA INVERSO

ajust > ε

final

Comparar datos - respuesta Modificar modelo

PROCESO ITERATIVO PROCESO ITERATIVO

Calcular la respuesta teóricaProblema directo

Datos ExperimentalesMedidas y posición

Modelo inicialGeometríaPropiedades

Hipótesis

ajuste < ε

CAMPOS DE APLICACIÓN CAMPOS DE APLICACIÓN

- Estudios regionales (Cartografía geológica)- Exploración de Hidrocarburos (Petróleo y gas)- Prospección Minera- Prospección de aguas subterráneas- Geotecnia y Ingeniería Civil- Problemas ambientales y riesgos geológicos- Arqueología y patrimonio histórico

PRINCIPALES APLICACIONES EN GEOFÍSICA AMBIENTAL

METODO GEOFÍSICO

Estudios regionales

Ingeniería y Geotécnia

Agua Subterránea

Detección de cavidades

Penachos de polución

Objetos metálicos

Gravimetrico Principal Secundario Secundario Principal Inadecuado Inadecuado

Magnético Principal Secundario Inadecuado Opcional Inadecuado Principal

Sísmica de Refracción

Principal Principal Secundario Secundario Inadecuado Inadecuado

Sísmica de Reflexión

Principal Secundario Secundario Opcional Inadecuado Inadecuado

Resistividades Opcional Principal Principal Principal Principal Secundario

Potencial Espontáneo

Inadecuado Opcional Principal Opcional Opcional Opcional

Polarization Inducida

Opcional Opcional Secundario Opcional Opcional Opcional

TDEM -FDEM Principal Principal Principal Principal Secundario Principal

EM-VLF Opcional Opcional Secundario Secundario Secundario Opcional

Geo-radar Inadecuado Principal Principal Principal Secundario Principal

EFICACIA EN FUNCIÓN DE LA APLICACIÓN EFICACIA EN FUNCIÓN DE LA APLICACIÓN

< 1 %< 1 %< 1 %< 1 %2 %97 %TOTAL

5,56,315,04,45329071980

23,84,922,15,34419551979

13,72,18,93,33116001978

4,92,36,94,65210921977

10,31,08,86,34410731976

10,02,814,113,35111851975

17,01,34,31,52712311974

18,00,55,51,9289831973

14,0---328281972

OceanogGeotécniaIngenieriaAguas subMineriaPetróleo

IMPORTANCIA ECONÓMICA IMPORTANCIA ECONÓMICA