MÉTODOS GEOFÍSICOS

Con los métodos geofísicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra. En la búsqueda de yacimientos metalíferos (prospección, exploración) estos métodos pueden dar informaciones sin hacer una perforación de altos costos. Existen varios métodos geofísicos los cuales aprovechan propiedades físicas de las rocas. Pero todos dan solamente informaciones indirectas, es decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones geofísicas son hojas de datos (números) que esperan a una interpretación

MÉTODOS GEOFÍSICOS• A medida que el grado de dificultad para

encontrar el agua subterránea aumenta, se incrementa el costo de perforación.

• Por lo que surge la necesidad de usar algunos métodos de exploración que permitan detectar el agua desde la superficie de la tierra.

• Tales métodos son: LOS MÉTODOS DE EXPLORACIÓN GEOFÍSICA.

• Aunque también existen otros métodos que pertenecen al grupo de los denominados SENSORES REMOTOS.

METODOS GEOFÍSICOS

Los métodos geofísicos de investigación del subsuelo son conjuntos de técnicas instrumentales de operación de campo y de interpretación de resultados 

OBJETIVO

• El objetivo que se persigue con su empleo es el de predecir la estructura geológica del subsuelo, ya sea para la exploración de sustancias de importancia económica (minerales sólidos y fluidos) o para la definición de situaciones que interesan a los proyectos de ingeniería.

A continuación se enlistan los principales métodos que se han

desarrollado hasta hoy: • Método Sísmico: Refracción y Reflexión• Métodos Eléctricos• Métodos Magnéticos • Métodos Gravimétricos • Sondeos eléctricos verticales (SEV)• Tomografía Geoelétricas• Métodos Electromagnéticos• Métodos Georadar o GPR • Métodos PID (Photo Ionization Detector) • Métodos IR (Infra Red Analyzer)

Método sísmico• Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de

propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2.000 y 8.000 m/seg. esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono.

PROCEDIMIENTO SÍSMICO

• Se produce la onda sísmica.• Se propaga la onda por Terreno.• Al llegar a la interfase entre dos

capas parte de la onda se refleja a la superficie.

• En superficie la onda reflejada es captada por un geófono.

• Midiendo tiempo e intensidad de la onda reflejada se puede saber la profundidad y espesor de la capa.

MÉTODO SÍSMICO

Es un método de exploración que estudia las ondas en el medio. Consiste en producir artificialmente un pequeño terremoto y detectando los tiempos de llegada de las ondas producidas a los diferentes estratos, una vez reflejadas o refractadas en las distintas formaciones geológicas, se puede obtener una imagen muy aproximada de las discontinuidades sísmicas. Estas discontinuidades coinciden generalmente con las discontinuidades estratigráficas.

Los métodos que mejores resultados han dado son los indirectos, y entre ellos destaca el método sísmicométodo sísmico.

¿Cómo se ha podido conocer el interior ¿Cómo se ha podido conocer el interior de nuestro planeta?de nuestro planeta?

El método sísmico se basa en los cambios en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas.

sismogramasismograma

Vel

ocid

ad (m

/s)

Profundidad (Km)

Las ondas sísmicas que atraviesan un terreno pueden ser:

Longitudinales o de compresión: Las ondas longitudinales son más rápidas que las transversales, lo que dificulta la detección de estas últimas en campo. Por ello, en general se obtiene el módulo elástico a partir de la velocidad longitudinal

Transversales o de cizallamiento.

Superficiales.

Es como si corriéramos por diversos medios…Si lo hacemos por ARENA llevaremos una velocidad distinta a la que tendríamos si lo hiciéramos por una ACERA o por AGUA…

Las ondas varían su velocidad al atravesar medios de Las ondas varían su velocidad al atravesar medios de distinta composición química o cuando tienen un distinta composición química o cuando tienen un estado de agregación diferente: sólido, fluido, líquido. estado de agregación diferente: sólido, fluido, líquido.

La representación gráfica de la velocidad de propagación es lo que llamamos sismograma.

Vel

ocid

ad (m

/s)

Si la velocidad con la que se propagan no cambiara el medio que atraviesan las ondas es homogéneo = No hay capas diferentes.

… … Y si observáramos la siguiente gráfica??Y si observáramos la siguiente gráfica??

Vel

ocid

ad (m

/s)

Profundidad (Km)

Los métodos sísmicos se dividen en dos clases:

• • El método sísmico de reflexión que es más empleado sobre todo en prospección de petróleos ya que permite obtener información de capas muy profundas. Permite definir los limites de un acuífero hasta una profundidad de 100 metros, su saturación (contenido de agua) y su porosidad.

• • El método sísmico de refracción es un método de reconocimiento general especialmente adaptado para trabajos de ingeniería civil, prospección petrolera, y estudios hidrogeológicos. Permite la localización de los acuíferos (profundidad del sustrato) y la posición y potencia de los mismos.

• Este método es utilizado principalmente en la ingeniería petrolera.

Métodos Eléctricos • Los métodos eléctricos son la modalidad de

investigación geofísica más antigua y la utilizada por geólogos, geofísicos e ingenieros para distinguir y caracterizar el subsuelo. Los métodos eléctricos se basan en la medición de las propiedades eléctricas del subsuelo.

Todos los materiales de la Tierra oponen resistencia al flujo de la corriente eléctrica. Esta propiedad se llama resistividad geoeléctrica, la cual nos permite diferenciar entre distintos materiales.

Existen varios métodos y muy variados.a).- Los que utilizan corrientes naturales o directas. Método de Polarización espontánea. Método Magnetotelúrico.

b).- Los que utilizan las corrientes artificiales. Método de las Equipotenciales. Método de las relaciones de Caída de Potencial. Método de Polarización Inducida. Método de RESISTIVIDAD.

Métodos Eléctricos

MÉTODOS GEOELÉCTRICOS

Se basan en la conductividad o resistividad de las rocas.

Estos métodos responden a dos criterios, que son:

1.- Utilizan el paso de una corriente natural o artificial por el terreno.

2.- No hacen invertir campos magnéticos.

ContinuaciónSe utilizan para la búsqueda de acuíferos

o estratos que llevan agua subterránea, midiendo la potencia de estos.

Son determinantes para localizar las anomalías cavernosas y proceder a emplazar los sondeos de comprobación.

Método eléctrico de resistividad• El método llamado de resistividades es, sin

duda, el más importante de todos los métodos eléctricos. El 70% de los estudios de geofísica realizados para estudios hidrogeológicos utilizaron los métodos eléctricos y en especial este.

• Es utilizado en mineralogía, geología e hidrología para estudiar las anomalías de resistividad eléctrica, lo que se correlaciona con la ausencia o presencia de cuerpos mineralizados y agua subterránea y otros bienes.

METODOS ELECTRÍCOS

Los métodos eléctricos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno

Esta prospección tiene como objetivo determinar la resistividad eléctrica de las rocas que constituyen el subsuelo y su distribución

Conductores y aisladores

¿Qué le ocurre a una peineta de plástico que ha sido frotada con el pelo?

¿Si los papeles están neutros, por qué la peineta atrae a los papeles?

Tipos de cargas

¿Qué es la electroestática?¿Qué es la electrodinámica?

Resistencia eléctrica

Algunas resistividades…

Perfil eléctrico de resistividades para detectar un penacho contaminante en una fosa de relleno

Método Gravimétricos

• El objetivo principal de la gravimetría es medir anomalías en el campo gravitatorio de la Tierra causadas por cambios de densidad entre distintos materiales. Los datos de campo deben ser corregidos respecto a puntos de referencia de conocida gravedad. La correcciones serán respecto al tiempo, altura topográfica, posición geográfica, mareas y cercanía a grandes masas de roca

MÉTODO GRAVIMÉTRICO• Es un método que cuantifica las diferencias en la atracción de la

gravedad de los materiales del subsuelo.

• Consiste en la medición muy precisa de la aceleración de la gravedad en distintos puntos, registrando variaciones extrañas de dicha aceleración, que pueden suponer cambios bruscos en la densidad de un terreno.

• De esta forma, se pueden detectar huecos o cavernas como las existentes en los terrenos cársticos, o en zonas de explotación minera actual o histórica, fallas, domos salinos, profundidad de capas competentes compactas, etc.

• Los resultados obtenidos son, en general, poco concluyentes para que su empleo esté generalizado en la ingeniería civil.

• El método gravimétrico se emplea como un método de reconocimiento general en hidrología subterránea para definir los limites de los acuíferos (profundidad de las formaciones impermeables, extensión de la formación acuífera, naturaleza y estructura de las formaciones del subsuelo).

METODOS GRAVIMÉTRICOS

Continuación

ESTE METODO DE PROSPECCÍON DETECTA ANOMALIAS O DESVIACIONES DEL VALOR NORMAL DEL CAMPO GEOMAGNÉTICO DEBIDO A LA PRESENCIA DE MINERALES FERROMAGNETICOS, DIAMAGNETICOS Y PARAMAGNETICOS

MINERIA• Localización de yacimientos de minerales

metálicos• Localización de yacimientos de minerales no

metálicosGEOTECNIA• Modelización del substrato rocoso• Detección de cavidadesMEDIOAMBIENTE• Caracterización de vertederos

APLICACIONES:

 

Ejemplo de detección de cavidades mediante gravimetría:

Los colores azules representan zonas de menor gravedad desvelando la forma y la localización de la cavidad.

Método Magnético• Se llama magnetómetro a los dispositivos

que sirven para cuantificar la señal magnética de una muestra. Los hay muy sencillos, como la balanza de Goy o la balanza de Evans, que miden el cambio aparente que se produce en una muestra al aplicar un campo magnetico (por el momento magnetico que se induce), y también muy sofisticado, como los dotados de SQUID, que son los más sensibles actualmente.

MÉTODO MAGNÉTICO

• Aprovecha las propiedades magnéticas de las rocas.

• Como La Tierra es un imán natural que da lugar al campo magnético terrestre. Las pequeñas variaciones de este campo, pueden indicar la presencia en cierta profundidad de sustancias magnéticas.

• El método magnético sirve para dar información sobre el basamento y su profundidad particularmente para entornos cristalinos y minerales. De igual manera ayudará a estudiar la geología regional y estructural.

Continuación

• El magnetómetro permite a los cientificos calcular los campos magnetico de diversas zonas estos campos magneticos ayudan a la emigracion de aves y otras especies, estos campos magneticos tambien influyen en la actitud de zonas climaticas y cambios atmosfericos.

Magnetómetro

Refracción/Reflexión

• El método de la Sísmica de Refracción y Reflexión se basa en la distribución de velocidades sísmicas originadas por una fuente artificial (golpeo o explosión sobre la superficie del suelo). La velocidad sísmica aumentará en aquellos materiales de mayor densidad permitiendo distinguir entre distintos tipos de materiales.

Las aplicaciones de este método son las siguientes:

MEDIO AMBIENTE• Definición de zanjas y suelos de relleno• Delimitación y cubicación de vertederosGEOLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA• Localización del nivel freático• Estratigrafía del terrenoOBRA CIVIL• Detección de cavidades y fisuras en el terreno• Excavabilidad del terreno• Estabilidad de taludes

Sondeos eléctricos verticales (SEV)

• Para poder identificar contrastes de la resistividad geoeléctrica a distintas profundidades, es decir, la realización de un sondeo eléctrico vertical, se realiza mediante una formula así: intensidad (I), por medio de unos electrodos (AB), el cual nos permite medir una diferencia de potencial (dV) entre dos electrodos (MN).

La resistividad geoeléctrica se obtiene por aplicación de la Ley de Ohm según la siguiente expresión:

R = K dV/I donde K=configuración geoeléctrica

SONDEO ELECTRICO VERTICAL (SEV)

• INTENTA DISTIGUIR O CONOCER LAS FORMACIONES GEOLOGIACAS QUE SE ENCUETRAN EN PROFUNDIDADES MENDIATE ALGUN PARAMETRO FISICO ESTE METODO ES MUY ANTIGUO PERO SE SIGUE UTILIZANDO DEBIDO A SU SENCILLES Y A LA RELATIVA ECONOMIA DEL EQUIPO NECESARIO

• SU FINALIDAD ES ABERIGUAR LA DISTRIBUCION VERTICAL EN PROFUNDIDAD DE LAS RESISTIVIDADES APARENTES BAJO EL PUNTO SONDEADO APARTIR DE MEDIDAS DE DIFERENCIA DE POTENCIAL EN LA SUPERFICIE.

Continuación   Sondeos Resistivos

se utilizan 4 electrodos de acero inoxidable, 2 (A, B), llamados de corriente, que son los que transmiten la corriente eléctrica al terreno; para este caso la máxima abertura fue de 50 m y el otro par son los electrodos denominados de potencial (M, N), los cuales reciben la diferencia de potencial que surge al recibir la corriente eléctrica, y conectados al aparato, se procesan los datos presentando los valores de resistividad

Sondeo Eléctrico Vertical SEV

Tomografías Geoeléctricas• Se trata de un método de prospección

geoeléctrica consistente en la medición de resistividades aparentes de los materiales del subsuelo permitiendo obtener un perfil o pseudosección en 2D (longitud x profundidad).

En lugar de ir desplazando los electrodos cada vez que se toma una medida (SEV convencional), se colocan entre 25 y 50 electrodos en la superficie del suelo de una sola vez.

TOMOGRAFIA GEOELECTRICAEl método de Tomografía Eléctrica o Tomografía Geoeléctrica, en su modalidad de Resistividad de Alta Resolución en dos dimensiones (R2D), es una técnica de relevamiento recientemente desarrollada para la investigación de áreas con anomalías complejas, donde el empleo de Sondeos Eléctricos Verticales (SEV), Georadar u otras técnicas de Resistividad no permiten obtener información de detalle en Dos Dimensiones (R2D).

Las aplicaciones de este método son las siguientes:

MEDIO AMBIENTE• Detección de plumas de contaminación• Caracterización de vertederosOBRA CIVIL• Detección de cavidades• Servicios enterrados• Resistividades Geoeléctricas del subsuelo• Corrientes TelúricasGEOLOGÍA, HIDROGEOLOGÍA Y ARQUEOLOGÍA• Estratigrafía del terreno• Localización del nivel freático• Detección de estructuras geológicasRECURSOS NATURALES• Evaluación de reservas de áridos• Evaluación de yacimientos de rocas ornamentales• Evaluación de otros yacimientos

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE TOMOGRAFÍAS GEOELÉCTRICAS PARA EXPLOTACIÓN DE ÁRIDOS.

Los colores azules representan zonas de menor resistividad eléctrica mientras que los colores rojos representan zonas de

mayor resistividad eléctrica.

Electromagnetismo• Esta es una de las técnicas más empleadas para la detección

de objetos metálicos. Este tipo de prospecciones se realizan con dos bobinas de cobre una llamada bobina transmisora y otra bobina receptora separadas a una distancia determinada.

Se aplica una corriente alterna sobre la bobina trasmisora creando un campo magnético alterno llamado campo primario, que a su vez se transmite por todas partes incluido al subsuelo. Este campo magnético alternativo induce una corriente alterna a través del conductor creando un nuevo campo magnético llamado campo secundario. Lo que la bonina receptora recibe es la combinación del campo primario y secundario. Ambos campos magnéticos a su vez inducen una corriente alterna a través de la bobina receptora. Esta corriente es medida la cual es usada para determinar la intensidad del campo magnético combinado y la conductividad eléctrica en el punto donde se a producido la medición.

Las aplicaciones de este método son las siguientes:

MEDIO AMBIENTE• Localización de bidones y/o depósitos enterrados• Detección de plumas de contaminación• Localización de servicos enterrados• Delemitación de vertederosARQUEOLOGÍA• Localización de estructuras antiguas• Localización de cementerios• Vestigios ancestralesOBRA CIVIL• Localización de servicios conductores metálicos• Localización de servicios magnéticos• Detección de cavidades y fisuras del terreno• Control de mallazo metálico

EJEMPLO DEL MÉTODO ELECTROMAGNÉTICO UTILIZANDO UN EM-31,

Las alineaciones de color rojo representan

la localización de cables eléctricos

(mayor conductividad) que se dirigían desde

la torre de control hasta el radar de la

base.

Georadar• El Georadar o GPR es una

avanzada tecnología no invasiva, es decir, sin la necesidad de perforaciones, catas o similares, que permite obtener una imagen del subsuelo pudiendo localizar servicios enterrados, estructuras geológicas, problemas relacionados con la geotecnia, vestigios arqueológicos, y contaminación de suelos y aguas subterráneas.).

GEORADAR O (GPR)• SISTEMA ELECTRO MAGNETICO PARA LA DETECCION Y

LOCALIZACION DE ELEMENTOS ,FORMACIONES Y/O ANOMALIAS EN EL SUBSUELO CONSTRUCCIONES U OBJETOS MATERIALES

• SE BASA EN LA EMISION DE IMPULSOS ELECTRO MAGNETICOS DE MUY CORTA DURACION (ENTRE 0.6NS Y 10NS) EN LA BANDA DE FRACUENCIAS DE UHF (ONDAS DE TRANSMISION ULTRA LIGERA)

Algunas de las aplicaciones son: MEDIO AMBIENTE• Localización de bidones y/o depósitos enterrados• Detección de plumas de contaminación• Localización de servicos enterrados• Delemitación de vertederosGEOLOGIA Y MEDIO AMBIENTE• Localización del nivel freático• Estratigrafía del terreno• Intrusión de aguas salobres y marinasARQUEOLOGÍA• Localización de estructuras antiguas• Localización de cementerios• Vestigios ancestralesOBRA CIVIL• Localización de servicios enterrados metálicos y no metálicos• Detección de cavidades y fisuras del terreno• Control de mallazo metálico• Control del pavimento en carreteras• Fugas de agua • Patologías en la construcción

PID (Photo Ionization Detector)

• Mide los cambios de señal que generan los analitos cuando son ionizados por una lámpara de luz ultravioleta. Este genera una idea del grado de contaminación pudiendo detectar el nivel total de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs), otros Hidrocarburos derivados del Petróleo y gases tóxicos (incluyendo hidrocarburos clorados), en órdenes de magnitud por debajo de los ppb.

Dentro de las características más resaltantes del PID se encuentran:

• Límites de detección: 2 rangos (0.1 ppb - 3000 ppm) (0.1 ppm - 4000ppm)

• Estabilidad del cero de 0.05ppb • Tiempo de respuesta: 0.08 seg; intervalo de muestreo: 10/s • Resolución en ordenes de los ppb, opción de valores pico o

integrados • Indicación de la porosidad del suelo y su permeabilidad • Calibración automática para determinaciones cuantitativas de

fases gaseosas para cerca de 200 compuestos • Respuesta cero para el metano en el PID (CH4 es medido

separadamente por la unidad IR) • Amplio rango de acción: 0.1ppb-4000ppm • Bomba de succión de alta potencia diseñada específicamente

para suelos • Opción de medida en unidades como ppm o mg/m3 (ppb o μg/ m3)

IR (Infra Red Analyzer)

• Es un instrumento usado para monitorear ciertas especies en muestras de aire, ya que ciertas moléculas cuando absorben radiación infrarroja se calientan y emiten longitudes de onda características en el infrarrojo lo cual permite su identificación. El IR presenta 4 canales selectivos para la determinación de Metano, Hidrocarburos del Petróleo y CO2 con resolución del orden de ppm

Cuenta con las siguientes características

• Metano: 0-500.000ppm, Límite de Detección: 20ppm

• Hidrocarburos del Petróleo: 0-500.000ppm, Límite de Detección: 20ppm

• Dióxido de Carbono: 0-500.000ppm, Límite de Detección: 20ppm

• Tiempo de respuesta: 0.5 seg; taza de muestreo: 10/s

•GRACIAS POR SU ATENCIÓN