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3.3. Mtodos GeofsicosLa investigacin geofsica suele ser ms cara que el reconocimiento hidrogeolgico, pero en los proyectos de importancia econmica relativamente grandes debe emplearse sistemticamente siempre que la estructura geolgica regional sea favorable. La prospeccin geofsica estudia las variaciones medibles de algunas propiedades fsicas del subsuelo, tales como la densidad, la conductividad elctrica, la susceptibilidad magntica, el potencial elctrico y la elasticidad .

Si los contrastes entre valores de una propiedad no se manifiestan claramente, las medidas que se obtengan no sern tiles; adems, si la distribucin espacial de las unidades geolgicas es demasiado compleja, las mediadas geofsicas no se podrn interpretar geolgicamente. Algunos mtodos geofsicos permiten medir directamente la presencia de agua en el subsuelo, mientras que otros no; sin embargo, las aplicaciones ms tiles de todas las tcnicas geofsicas consisten en la interpretacin de las estructuras geolgicas y en la determinacin de la estratigrafa regional, eliminando as la necesidad de programar amplias campaas de perforacin.

3.3.1. Mtodos de Resistividad Elctrica (Corriente Directa)De los varios mtodos geofsicos elctricos es el que ms aplicacin ha tenido en hidrogeologa. Una corriente directa o una corriente de muy baja frecuencia (menos de 1 ciclo por segundo) es generada en el campo o prevista por baterias. Esta es introducida al subsuelo del terreno por medio de dos electrodos. El voltaje en el terreno es medido entre otros dos electrodos . Por conocimiento que la corriente fluye a travs del subsuelo y la diferencia de potencial entre los dos electrodos, es posible calcular la resistividad de los materiales entre los dos eletrodos.

Las actuales resistividades son determinadas de resistividades aparentes, las cuales son calculadas de medidas de corriente y diferencias de potencial entre el par de electrones colocados en la superficie del terreno . El procedimiento involucra medir una diferencia de potencial entre dos electrones P resultado de un corriente aplicada en otros dos electrodos C colocados alejados en lnea recta de los electrodos de potencial. Si la resistividad es uniforme en todas partes del subsuelo, una red ortogonal de arcos circulares se formara por lneas de corriente y equipotenciales.

La resistividad de las formaciones depende del material, densidad, porosidad, contenido de agua y calidad, y temperatura. No lmites establecidos; las rocas gneas y metamrficas producen valores en el rango de 102 a 108 ohm-m; rocas sedimentarias y no consolidadas 100 a 104 ohm-m . Los materiales secos tienen una resistividad ms alta que sus similares hmedos. Las gravas tienen una resistividad ms alta que arcillas y limos bajo similares condiciones de humedad.

Los instrumentos geofsicos son disponibles para medir el valor V para una conocida I. La apropiada frmula para el arreglo de electrodos es usada para calcular la resistividad aparente. Las investigaciones de resistividad son realizadas en dos formas. Un sondeo elctrico vertical (SEV) revelar las variaciones de resistividad aparente con la profundidad. Un perfil horizontal es usado para determinar las variaciones laterales en resistividad.

La resistividad aparente es graficada en escala logartmica como una funcin del espaciamiento de electrodos. Por numerosas razones, el arreglo Schlumberger es superior al arreglo Wenner para un SEV.

Para medios homogneos, existe una relacin definitiva entre el espaciamiento de electrodos y en porcentaje de corriente que penetra a una profundidad dada. Para medios heterogneos y capas estratificadas, la relacin exacta no puede ser determinada fcilmente, es seguro asumir que a un ms grandes espaciamiento de electrodos, la capa ms profunda influye sobre la curva de resistividad aparente. Existe un nmero de posibles modelos de capas que pueden producir una curva dada. En el ejemplo siguiente existen tres posibles interpretaciones tericas expresadas como resistividad y un corte litolgico de pozo. El incremento en resistividad indica una zona somera de alta resistividad, el corte del pozo muestra que esto puede ser una capa de grava limosa y bloques. Se nota que el pico de la curva de resistividad es a 30 feet. Una interpretacin es que la capa de mxima resistividad yace a los 30 feet de profundidad.

La siguiente figura ilustra la interpretacin de una situacin de dos capas a partir de medidas con un arreglo Schulumberger. La curva de campo que es graficada a la misma escala logartmica que las curvas maestras publicadas, se ajusta a un modelo de dos capas. La abscisa de la seccin, la cual es el origen de la curva terica, es igual al espesor de la primera capa, mientras que la ordenada de la seccin define la resistividad actual 1 de la primera capa. La asntota de la parte final de la curva con el espaciamiento ms grande define la resistividad actual 2 de la segunda capa. Fsicamente, tal curva representa una capa de arcilla sobreyaciente a un acufero de arenas a una profundidad de 14 m.

8En un perfil horizontal, el espaciamiento de electrodos es mantenido a un valor constante y los electrodos son movidos en un patrn de malla sobre la superficie de la tierra. La resistividad aparente de cada punto sobre la malla es marcada en un mapa y contornos de iso-resistividad son trazados. En el mapa que se muestra, un rea de un canal fluvial de gravas es delineado donde las resistividades exceden 80 ohm-m, y una seccin geolgica es trazada basada en cortes litolgicos de pozos y SEV.

Los mtodos geoelctricos son utilizados en estudios de agua subterrnea para definir entre otros propsitos paleo-canales fluviales enterrados y reas de aguas subterrneas salinas vs agua dulce. El agua salina tiene mucho ms baja resistividad, mejor conductividad elctrica. Las capas de muy baja resistividad, tal como arcillas, pueden tambin ser encontradas con curvas de sondeos. Normalmente es imposible identificar el nivel fretico con base en sondeo elctricos, aunque frecuentemente es intentado.

Los mtodos de resistividad elctrica han sido aplicados para muchas situaciones donde la resistencia del fluido varia en el subsuelo. Delinear una pluma de agua subterrnea salina, resultado de la intrusin salina, filtracin de una salmuera o lixiviacin de un relleno sanitario. Los slidos disueltos en agua subterrnea pueden conducir ms rpidamente la electricidad y as se tendr una baja resistividad aparente. Un mapa de resistividad aparente elaborado por perfileo horizontal puede algunas veces mostrar reas de agua subterrnea contaminada.

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GeofsicaEjecucin de SEVs

Sevs de Cromatos; mapa de localizacin y secciones geoelctricas3.3.2. Mtodos SsmicosEstos mtodos son tiles para determinar la profundidad y pendiente de la roca basal, profundidad al nivel fretico en algunos casos, la litologa general. Con el mtodo de ssmica de reflexin, las formaciones y estructuras geolgicas pueden ser identificadas a gran profundidad. Frecuentemente es necesario conocer los espesores de los materiales no consolidados que sobreyacen la roca basal, para lo cual el mtodo de refraccin ssmica es superior. Estudiando los tiempos de arribo de las ondas ssmicas a varias distancias de la fuente de energa, la profundidad a la roca basal puede ser determinada.

La fuente de energa puede ser una pequea carga explosiva puesta en una serie de pozos someros perforados. Uno o dos cartuchos de dinamita es suficiente para roca basal entre 30 y 50 m de profundidad. Para trabajos someros (5 a 15 m), un camin almdena (sledgehammer) sobre una placa de acero que cae sobre la superficie del terreno pude ser una sufciente fuente de energa. Las ondas ssmicas son detectadas por gefonos colocados en la tierra sobre una lnea que se extiende alejada de la fuente de energa. Un sismgrafos registra el tiempo de viaje de las ondas desde la fuente de energa a los gefonos.

En la figura siguiente se ilustra las trayectorias de viaje de las ondas ssmicas compresivas a travs de dos capas. La velocidad ssmica en la capa inferior es ms grandes que en la capa superior. Como la energa viaja ms rpido en la capa inferior, la onda a su paso logra adelantarse a la onda en la capa superior. En el contacto de las dos capas, parte de la energa es refractada hacia a tras del lmite de la capa inferior hacia la superficie.

Si V2 es menor que V1, la onda ser refractada hacia a bajo y ninguna energa ser dirigida hacia arriba. As, el mtodo de refraccin mostrar las capas de alta velocidad pero no las capas de baja velocidad que estn sobreyacidas por capas por una capa de alta velocidad.

La energa puede viajar directamente a travs de la capa superior de la fuente al gefono. Esto es la distancia ms corta, pero las ondas no viajan tan rpido como aquellas a lo largo la cima de la capa inferior.

En la figura anterior, la posicin de las ondas que viajan a cada gefono son indicadas. Los gefonos 1 a 5 primero reciben las ondas que han viajado a travs slo la capa superior. El sexto y gefonos sucesivos miden tiempos de arribo de ondas refractadas que lo han hecho a travs la capa de alta velocidad.

Un caso tpico ms en hidrogeologa en uno de tres capas, la capa de arriba siendo material no consolidado -no saturada. En la capa siguiente, abajo del nivel fretico, el depsito no consolidado esta saturado. La tercera capa es el basamento. Bajo tales condiciones, el mtodo ssmico puede ser usado para encontrar el nivel fretico. El caso de refraccin ssmica de tres capas con V1