ELÉCTRICA ESTUDIO DE VIABILIDAD DE CANTERAS...
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20 TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA RESUMEN La producción de yeso en España ha ido disminuyendo durante los últimos años; sin embargo, España sigue teniendo una posición desta- cada como productor mundial de yeso. Además, nuestro país se mantiene líder en Europa tanto a nivel de producción como de exportación de yeso (Marchan et al., 2010). Un factor importante a tener en cuenta durante la explotación de una cantera de yeso es la pureza y conti- nuidad de los niveles estratigráficos que se explotan. En las campañas de prospección (previa o durante la explotación) es habitual el uso de sondeos (helicoidales o de testimo- nio continuo) para la valoración de los recursos. Esta técnica, sin embargo, es muy cara y aporta sólo información puntual. En este artículo se presenta la novedad del uso de una técnica geofísica más barata y no invasiva a la hora de realizar un estudio de via- bilidad de una cantera: la tomogra- fía eléctrica. Para ello se muestra su aplicación al estudio en una cantera de yeso activa real. Además, tam- bién se demuestra la utilidad de esta técnica para identificar los materiales del subsuelo y poder así determinar si es factible abrir una nueva cantera. El estudio de viabili- dad de una cantera de yeso mediante tomografía eléctrica per- mite reducir notablemente el núme- ro de sondeos necesarios; por tanto, permite reducir costes y tiem- po, ya que es una técnica barata y no destructiva con la que se obtie- nen resultados casi inmediatos, además de permitir un estudio de un área más extensa. 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS Las empresas de explotación tienen como principal preocupación la pureza de las rocas. La continuidad, o no, de cuerpos de roca con la misma pureza implicará unos costes más bajos o más elevados en el pos- terior tratamiento del producto, por lo que interesa conocer la distribución de los diferentes cuerpos. El método común para realizar este tipo de estudio es mediante sondeos, que es un método caro y de estudio del terreno puntual. En el artículo se pre- senta la utilidad de la tomografía eléctrica (o Electrical Resistivity Tomography, ERT) en el estudio de rocas y minerales n MARZO 2013 ESTUDIO DE VIABILIDAD DE CANTERAS DE YESO MEDIANTE TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA NÚRIA MARTÍNEZ 1 , ANDER GUINEA 1-2 , ELISABET PLAYÀ 1 , LLUÍS RIVERO 1 1 Departament de Geoquímica, Petrologia i Prospecció Geològica, Universitat de Barcelona. Martí i Franqués s/n, 08028 Barcelona (España). E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected] 2 Water Research Laboratory, University of New South Wales. 110 Kings ST, 2093 Manly Vale, NSW (Australia). E-mail: [email protected] Figura 1: A) Base teórica de los métodos de resistividad convencionales. Entre los electrodos A y B se pueden observar las líneas de flujo de corriente. Las líneas continuas son equipotenciales (Cantos-Figuerola, 1974). B) Fotografía del dispositivo utilizado durante la realización de uno de los perfiles tomográficos. Se puede observar el despliegue de cables de 48 electrodos, que corresponde a la línea donde se realizará el perfil tomográfico; en el centro se encuentra la unidad central alimentada con una batería externa. marzo_MAQUETA 23/05/2013 10:01 Página 20
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TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA
RESUMENLa producción de yeso en Españaha ido disminuyendo durante losúltimos años; sin embargo, Españasigue teniendo una posición desta-cada como productor mundial deyeso. Además, nuestro país semantiene líder en Europa tanto anivel de producción como deexportación de yeso (Marchan etal., 2010). Un factor importante a tener en
cuenta durante la explotación de unacantera de yeso es la pureza y conti-nuidad de los niveles estratigráficosque se explotan. En las campañasde prospección (previa o durante laexplotación) es habitual el uso desondeos (helicoidales o de testimo-nio continuo) para la valoración delos recursos. Esta técnica, sinembargo, es muy cara y aporta sóloinformación puntual.En este artículo se presenta la
novedad del uso de una técnicageofísica más barata y no invasiva ala hora de realizar un estudio de via-bilidad de una cantera: la tomogra-fía eléctrica. Para ello se muestra suaplicación al estudio en una canterade yeso activa real. Además, tam-bién se demuestra la utilidad deesta técnica para identificar losmateriales del subsuelo y poder asídeterminar si es factible abrir unanueva cantera. El estudio de viabili-
dad de una cantera de yesomediante tomografía eléctrica per-mite reducir notablemente el núme-ro de sondeos necesarios; portanto, permite reducir costes y tiem-po, ya que es una técnica barata yno destructiva con la que se obtie-nen resultados casi inmediatos,además de permitir un estudio deun área más extensa.
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOSLas empresas de explotación tienencomo principal preocupación la
pureza de las rocas. La continuidad,o no, de cuerpos de roca con lamisma pureza implicará unos costesmás bajos o más elevados en el pos-terior tratamiento del producto, por loque interesa conocer la distribuciónde los diferentes cuerpos. El métodocomún para realizar este tipo deestudio es mediante sondeos, que esun método caro y de estudio delterreno puntual. En el artículo se pre-senta la utilidad de la tomografíaeléctrica (o Electrical ResistivityTomography, ERT) en el estudio de
rocas y minerales n
MARZO2013
ESTUDIO DE VIABILIDAD DE CANTERAS DE YESOMEDIANTE TOMOGRAFÍAELÉCTRICA
NÚRIA MARTÍNEZ1, ANDER GUINEA 1-2, ELISABET PLAYÀ1, LLUÍS RIVERO1
1 Departament de Geoquímica, Petrologia i Prospecció Geològica, Universitat de Barcelona. Martí i Franqués s/n, 08028 Barcelona(España). E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
2 Water Research Laboratory, University of New South Wales. 110 Kings ST, 2093 Manly Vale, NSW (Australia). E-mail: [email protected]
Figura 1: A) Base teórica de los métodos de resistividad convencionales. Entre los electrodos A y B se pueden observar las líneas de flujo de corriente.
Las líneas continuas son equipotenciales (Cantos-Figuerola, 1974). B) Fotografía deldispositivo utilizado durante la realización de uno de los perfiles tomográficos.
Se puede observar el despliegue de cables de 48 electrodos, que corresponde a la líneadonde se realizará el perfil tomográfico; en el centro se encuentra la unidad central
alimentada con una batería externa.
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viabilidad de una cantera de yeso.Ésta es una técnica geofísica quepresenta múltiples beneficios, ya quees un método nuevo, barato, rápido,no destructivo y que permite realizarestudios de áreas extensas.Los objetivos de este trabajo son:
- Determinar si la tomografía eléctri-ca es útil para aplicar en canterasde yeso activas y así delimitar loscuerpos de roca de distintas pure-zas. Para ello se aplicará en fren-tes de cantera activos con el obje-tivo de optimizar la explotación, yaque permitirá una mejor planifica-ción de la explotación y así obte-ner un mayor beneficio.
- Aplicar la técnica en canteras enfase de exploración con el fin deidentificar los materiales del sub-suelo y ver si es viable la aperturade una nueva cantera. La demostración de la utilidad de
este método permite reducir el núme-ro de sondeos necesarios para reali-zar una buena interpretación del sub-suelo y reducir costes de explotación.
2. LA TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA Y LAS ROCAS DE YESO
La tomografía eléctrica es una técni-ca geofísica no destructiva que tienecomo objetivo determinar la distribu-ción de resistividades reales del sub-suelo. Este método consiste en lainyección de una corriente continua através de los electrodos; de estamanera se puede medir la distribu-ción de resistividades aparentes delsubsuelo. Mediante el posterior pro-cesado de los datos se obtiene la dis-tribución de resistividades reales delsubsuelo (Fig. 1). La resistividad (me -dida en ohm.m) es una propiedadfísica del material; así pues, los dife-rentes materiales ofrecen diferentesresistividades a la circulación de lacorriente eléctrica. Trabajos previoshan demostrado que existe una rela-ción entre la pureza en las rocas deyeso y la resistividad medida (Guineaet al. 2010), por lo que la tomografíaeléctrica se presenta como una técni-ca muy adecuada para el estudio delas distribuciones de los cuerpos deyeso de distinta pureza.
3. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA Y GEOLOGÍADE LA CANTERA ESTUDIADA
Se ha realizado el estudio en unacantera de yeso activa situada en el
municipio de Gelsa, a 40 km hacia elSE de Zaragoza, propiedad de laempresa Placo-Saint Gobain. La zo -na, situada en la parte central de lacuenca del Ebro, se caracteriza porser muy llana topográficamente ycon una aridez extrema. En la cuenca del Ebro se produjo
una importante sedimentación eva-porítica durante el Terciario, dándosela precipitación de rocas evaporíti-cas (sulfatos y cloruros) tanto conti-nentales como marinas, algunas deellas de considerable interés econó-mico (Fig. 2). La zona estudiada seencuentra en el sector central arago-nés, donde la sedimentación evapo-rítica fue casi permanente entre elOligoceno superior y el Mioceno. Losyesos que se explotan principalmen-te son de edad Miocena. A partir de observaciones realiza-
das en el propio frente de cantera, se
ha determinado los siguientes nive-les estratigráficos (Guinea et al.2012a, Martínez 2012; Fig. 3):1. Nivel macronodular-nodular deyeso alabastrino, con nódulosmilimétricos a decimétricos y conencajante lutítico entre ellos. Lapureza en yeso de este nivel essuperior al 98%, y presenta unapotencia de 4-5 m.
2. Nivel bandeado de carbonatomicrocristalino y lutitas verdosas,con un grosor entre 50-75 cm.
3. Nivel de yeso masivo a bandeadode potencia entre 5-7 m (variablesegún la zona). Su pureza aproxi-mada es de 90% en yeso.
4. Nivel masivo de yeso alabastrinomacronodular, similar al nivel infe-rior, con una pureza superior al98%. Este es un nivel muy discon-tinuo, de potencia 1-2 m, situadoa techo del frente de cantera.
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Figura 2: Mapa geológico de la cuenca del Ebro. Se puede observar la distribucióngeográfica de las formaciones evaporíticas terciarias (Ortí, 1990). El círculo rojo indica
la zona de estudio.
Figura 3: Fotografía del frente de cantera en explotación. Las líneas discontinuasdelimitan los diferentes niveles estratigráficos. 1. Nivel de yeso alabastrino inferior; 2. Nivel de carbonato y lutitas; 3. Nivel de yeso masivo-bandeado; 4. Nivel de yeso
alabastrino superior.
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4. MÉTODO DE TRABAJOSe ha trabajado la zona de explota-ción y de concesión, donde se harealizado el estudio en tres áreasdiferentes: a) Área 1 (delimitada por recuadrosverdes en la Fig. 4), que correspon-de al frente de cantera. Se han rea-lizado 7 perfiles tomográficos para-lelos al frente de cantera y 1 perfilperpendicular al frente (Fig. 5).
b)Área 2 (delimitada por recuadrosazules en la Fig. 4), que corres-ponde a una posible explotación amedio plazo. Se ha realizado unaserie de 3 perfiles paralelos yseparados entre sí 15 m. Tambiénse ha creado una malla a base derealizar 11 perfiles paralelos entresí y separados 4 m. Esta mallapermite obtener, después delcorrespondiente tratado de datos,un modelo tridimensional.
c) Área 3 (delimitada por un recuadrorojo en la Fig. 4), donde aún no seha abierto ninguna cantera, con elobjetivo de realizar una prospec-ción previa y ver si es viable abriruna nueva explotación. Para ellose han realizado dos perfiles y unmodelo 3D donde parecía másprobable la existencia de yeso.Para obtener el modelo 3D se harealizado una serie de 10 perfilestomográficos paralelos entre sí yseparados 4 m.El dispositivo utilizado para realizar
el estudio es el Syscal Pro con 48 elec-trodos, con distancia interelectródicade 2 m y con una batería externa (Fig.1B). Todos los perfiles se han realiza-do con la configuración electródicaWenner-Schlumberger debido a laproximidad del talud. La inversión delos datos para obtener el perfil deresistividades reales del subsuelo seha realizado con el programaRES2DINV. Por último, se ha utilizadoel programa Voxler con el que se hapodido, a partir de interpolación dedatos, representar el modelo 3D.
5. RESULTADOSLos perfiles tomográficos obtenidosen el Área 1 (Fig. 6) muestran que seha podido establecer una buenacorrelación de los diferentes nivelesestratigráficos (con diferentes pure-zas de yeso) que se han podidoobservar en el frente de cantera. Laúnica excepción la constituye el
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Figura 4: Ortofoto de la zona de estudio. Los recuadros señalan las diferentes áreasdonde se ha realizado el estudio (verde: área 1; azul: área 2; rojo: área 3).
Figura 5: Localización de los perfiles (1 a 8) realizados en el Área 1 del frente de cantera.Localización en la figura 4.
Figura 6: Perfiles tomográficos obtenidos en el Área 1 de la zona del frente de cantera.Localización del Área 1 en la figura 4 y de los perfiles en la figura 5. Niveles 1 a 4:
definidos en la figura 3; Nivel 5: lutitas.
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nivel de carbonato y lutitas (nivel 2de la Fig. 3), que no se detecta contomografía eléctrica; ello es debidoa su relativamente elevada profun-didad (el método pierde resolucióncon la profundidad), a su pocapotencia (<1 m, por debajo del lími-te de detección de la técnica) y aque queda enmascarado por lasaltas resistividades de los nivelesque lo envuelven. Los cambios deresistividades laterales dentro decada nivel se pueden traducir comocambios de pureza en el nivel deyeso. También se ha podido distin-guir en el perfil 5 (Fig. 6E) un cuer-po de baja resistividad que segura-mente sean lutitas (indicado comoel nivel 5 en la Fig. 6E); la presenciade este nivel implica un descensode la pureza (respecto al yeso) enesa zona (nótese que este perfiltiene escala diferente que losdemás debido a que se ha realiza-do con un espaciado interelectródi-co de 1 m). A partir de los perfilesse ha podido cartografiar de modoorientativo la superficie del techode los diferentes niveles estratigrá-ficos definidos en el frente de can-tera (Fig. 7). Estos niveles cartogra-fiados son variables en profundi-dad; por consiguiente, para teneruna visión más amplia de la evolu-ción de estos cuerpos se debenconsultar los perfiles tomográficosde la Fig. 6. La Fig. 8 muestra los 3 perfiles
realizados en el Área 2. Se han iden-tificado los niveles 1 (yeso alabastri-no) y 3 (yeso masivo bandeado),además de la aparición de unanueva unidad estratigráfica (nivel 0)que seguramente corresponda ayeso impuro (con más cantidad delutitas). Los niveles de yeso se tornanmás superficiales hacia el este. Tam-bién en este Área 2 se ha realizadoun modelo 3D cuyas secciones enprofundidad (Fig. 9) muestran uncuerpo bastante uniforme hasta los11 m de yeso alabastro (nivel 1), pordebajo se detecta el nivel de yesomás impuro (nivel 0). A partir deestos resultados se ha podido carto-grafiar aproximadamente las áreasque ocupan cada uno de los nivelesde yeso (Fig. 10).Finalmente, del estudio realizado
en el Área 3 (donde aun no hay nin-guna cantera abierta) se obtuvieron
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Figura 7: Cartografía de la superficie del techo de los diferentes niveles estratigráficosdefinidos en el frente de cantera (Área 1, Fig.4). 1 a 8: perfiles tomográficos. Niveles 3A,3B, 3C: el nivel 3 masivo-bandeado se ha dividido en función de sus resistividades;
estos valores se pueden correlacionar con la pureza en yeso de los cuerpos, siendo losmás resistivos los más ricos en yeso.
Figura 8: Perfiles tomográficos obtenidos en el Área 2 de la zona del frente de cantera(localización en la figura 4). Nivel 0: Yeso muy impuro; Niveles 1 y 3: definidos
en la figura 3.
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dos perfiles (Fig. 11) con valores deresistividad muy bajos que indicaque seguramente sean lutitas muyarcillosas (nivel b). En el perfil 13 sehan podido diferenciar dos cuerposcon resistividades un poco mayoresque seguramente correspondan acalizas (nivel a); en superficie sediferencia un recubrimiento superfi-cial de suelo (nivel c). El modelo 3D(Fig. 12A) sí que muestra resistivida-des de entre 700-2000 ohm.m, en
superficie, que indican la existenciadel nivel de yeso alabastrino (nivel 1;Fig. 12B) pero este es muy disconti-nuo y con poca potencia.
6. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONESSe ha aplicado la técnica geofísicade la tomografía eléctrica en elestudio de una cantera de yesoactiva, con el fin de valorar la utili-dad de este método en los análisisde viabilidad de explotaciones deyeso. El presente estudio corroborala correlación entre los nivelesestratigráficos identificados en elfrente de cantera y los niveles condiferentes resistividades registra-dos en los perfiles tomográficos.Los diferentes niveles definidospresentan purezas, texturas y aso-ciaciones minerales diferentes, yello se traduce en registrar resistivi-dades diferentes. Se ha denomina-do Área 1 a la zona del frente decantera.Además se ha podido realizar un
mapa de evolución lateral de cadaunidad en la zona cercana al frentede explotación (Área 2). El modelo3D realizado en la zona más próximaal frente (Área 2) identifica esa áreacomo idónea para proseguir laexplotación siguiendo los criteriosrequeridos de pureza. Por lo tanto, latomografía eléctrica ha permitidopresentar recomendaciones sobre la
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Figura 9: Secciones horizontales delmodelo 3D a distintas profundidades(Área 2, localización en la figura 4).
Figura 10: Cartografía aproximada de lasuperficie del techo de los diferentesniveles estratigráficos definidos en el
frente de cantera (Área 2, localización enla figura 4). 9, 10, 11: perfiles
tomográficos. Modelo 3D.A: modelo 3Dpresentado en la figura 9.
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evolución de la explotación en unfuturo inmediato.Por el contrario, en la zona de
futura explotación (fase de prospec-ción inicial, Área 3) se identificanniveles no indicados para la explota-ción, ya que muestran resisitividadesmuy bajas, interpretadas como cuer-pos muy lutíticos (de muy baja pure-za en yeso).Esta técnica, además de ser útil
para identificar los niveles de yesoen función de su pureza, es tambiénidónea para la identificación de tra-mos de anhidrita (Guinea et al.2012b).En definitiva, el uso de la tomo-
grafía eléctrica para delimitar nive-les de yeso de diferente pureza hadado muy buenos resultados. Se ha
podido demostrar que es una técni-ca útil para planificar y gestionarexplotaciones de yeso, tanto acti-vas como en fase de prospecciónpreliminar, y también es idónea porrazones ambientales, ya que es unatécnica no invasiva, barata y deresultados prácticamente inmedia-tos. Aunque se recomienda combi-nar esta técnica con algún sondeo,su uso permite reducir el número desondeos necesarios; este hecho esbeneficioso para la empresa econó-micamente hablando.
AGRADECIMIENTOSLos autores quieren expresar suagradecimiento a la empresa Placo-Saint Gobain por permitir realizar elestudio en su cantera de yeso. Agra-
decer también al “Grup Consolidatde Recerca Sedimentària” 2009-GR451 y al Proyecto CGL2009-11096 por financiar este estudio.
REFERENCIASMartínez, N. (2012): Aplicació de
la Tomografía Elèctrica a l’estudi deviabilitat de pedreres de guix. Tesisde Máster, Universitat de Barcelona,p.65, inédita.
Guinea, A., Playà, E., Rivero, L.,Bosch, R. (2010): Geoelectrical clas-sification of gypsum rocks. Surveysin Geophysics, 31: p.557-580.
Guinea, A., Playà, E., Rivero, L.,Martínez, N., González, M. (2012a):Electrical resistivity tomography sup-porting gypsum quarrying. Geo-Temas, 13: p.130.
Guinea, A., Playà, E., Rivero, L.,Ledo, J., Queralt, P. (2012b): Theelectrical properties of calcium sulfa-te rocks from decametric to microme-tric scale. Journal of AppliedGeophysics. 85, p.80-91.
Cantos-Figuerola, J. (1974). Trata-do de geofísica aplicada. IGME, 2ªEd., Madrid, 392 pp.
Marchan, C., Regueiro, M.,Barros, G. (2010). Estadística minerade España: Yeso. IGME, Madrid.
Ortí, F. (1990). Introducción a lasevaporitas de la Cuenca Terciaria delEbro. En: Orti, F., Salvany, J.M. (eds).Formaciones evaporíticas de laCuenca del Ebro y cadenas periféri-cas, y de la zona de Levante. Nuevasaportaciones y guía de superficie.Enresa-Universitat de Barcelona,p.62-66.
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Figura 11: Perfiles obtenidos en la zona de investigación para una nueva cantera (Área 3,localización en la figura 4). Nivel a: Caliza; Nivel b: Lutitas; Nivel c: recubrimiento
superficial.
Figura 12: A) Modelo 3D realizado en la zona de investigación para una nueva cantera(Área 3, localización en la figura 4). B) Fotografía de la zona donde se ha realizado elperfil tridimensional (Área 3, localización en la figura 4), tomada en el momento de
realizar uno de los 10 perfiles. Se pueden ver los 2 cuerpos de yeso alabastrino en losextremos del perfil (señalado con dos flechas).
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