ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS

RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA AMBIENTAL Y

ORDENAMIENTO TERRITORIAL

MÓDULO VII

GEOFÍSICA

TEMA:

Prospección Geofísica, Principales métodos geofísicos.

DOCENTE:

Ing. Walter Tambo.

ALUMNOS:

Leydi Jacqueline Cevallos Quezada

Ulises Daniel Jiménez Bustamante

Juan Pablo Medina Jiménez

Walter Stalin Sarango Sarango.

FECHA:

Miércoles 25 de septiembre de 2013.

GEOFISICA.

La Geofísica (etimológicamente, del griego, naturaleza de la Tierra) es la ciencia que estudia los campos físicos vinculados a nuestro planeta. Es decir, que estudia la Tierra mediante métodos de la física, de carácter indirecto, a fin de conocer su evolución y características actuales (geofísica pura) y también como herramienta de prospección de recursos (geofísica aplicada). Pueden medirse directamente los campos físicos naturales (gravedad, magnetismo, radioactividad, geotermas, etc.) o generarse campos artificiales por emisión de electricidad, energía sísmica, etc., para así obtener mediciones más efectivas a los fines exploratorios.

PROSPECCIÓN GEOFÍSICA.

La tecnología geofísica, es decir, la aplicación de los conocimientos que brinda la Geofísica en favor de la humanidad, es lo que se denomina "prospección geofísica". Esta sería, a primera vista, un conjunto de técnicas físicas y matemáticas aplicadas a la exploración del subsuelo; para la búsqueda y posterior estudio de yacimientos, de sustancias útiles (petróleo, aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.) por medio de observaciones en la superficie de la Tierra de las propiedades físicas de los materiales en el interior de la misma.

Los métodos geofísicos pueden detectar solamente discontinuidades o sea regiones donde las propiedades físicas de las rocas difieren considerablemente de las otras zonas. Esto, que parecería ser una desventaja, resulta una limitación universal ya que el hombre no puede percibir lo que es homogéneo en su naturaleza, sino que reconoce únicamente lo que tiene alguna variación o discontinuidad en el tiempo y en el espacio.

Por eso, el objetivo de los métodos geofísicos es ubicar las anomalías más que descubrir el mineral buscado.

Los métodos de exploración geofísica usados en la búsqueda de minerales o fluidos en el interior de la Tierra pueden clasificarse según los siguientes grupos principales, de acuerdo a cuál sea:

Gravimétrico,Magnetométrico,Eléctrico,Sísmico,Radioactivo.

Si bien este último grupo combina una serie de técnicas cuyos fundamentos residen en alguno de los otros grupos, merece ser considerado como punto separado por la importancia que reviste.

La elección de una técnica o de un conjunto de las mismas para localizar un determinado mineral está condicionada por su naturaleza y la de las rocas que lo rodean.

En muy pocos casos el método que se haya elegido puede indicar directamente la presencia del mineral buscado. Por lo general, lo que se consigue, aun con un buen programa de exploración, son indicios si se dan o no las condiciones para la existencia del mismo.

El rango de problemas que pueden ser encarados con estos métodos es muy amplio y va desde los estudios de carácter regional que cubren grandes áreas, a los trabajos de detalle que pueden requerir diferentes mediciones en un mismo punto.

PROSPECCIÓN SÍSMICA

Una prospección sísmica se utiliza para investigar la estructura subterránea de la tierra y se utiliza principalmente para la exploración de petróleo y gas. Este método utiliza los principios de la sismología de reflexión para adquirir e interpretar datos sísmicos, que permita la estimación de la composición de la tierra. La técnica es similar a la utilizada por los análisis de tomografía axial computarizada (CAT), relacionados con el análisis de las ondas sísmicas que viajan a través de la tierra.

ONDAS SÍSMICAS

Las ondas sísmicas (del griego seismos, sacudida) son perturbaciones elásticas que se propagan de un punto a otro a través de un medio. La mayoría se originan naturalmente por la liberación de energía provocada por los desplazamientos bruscos sobre superficies de falla provocados por la movilidad de la corteza y manto superior de la Tierra, Las ondas sísmicas también pueden ser generadas artificialmente de modos muy diversos, lo cual es rutina en los trabajos de prospección sísmica.

Hay varios tipos de ondas sísmicas, cualquiera sea su origen:

1) Ondas Internas (body waves):

Generadas en el hipocentro, se propagan a través del interior del planeta.

las ondas P (primarias o primae del verbo griego) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

Las ondas S (secundarias o secundae) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de elementos sólidos.

2) Ondas Superficiales (surface waves):

Se generan al llegar las ondas P y S a la superficie. Su amplitud es aún mayor que la de las ondas S, lo que las convierte en las más destructivas durante los terremotos.

Ondas Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático neocelandés A.E.H. Love quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. Estas ondas solo se propagan por las superficies.

Ondas Rayleigh , también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas internas y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

Método De Reflexión Sísmica.

Cuando se lleva a cabo una prospección sísmica, normalmente se generan ondas sísmicas por dinamita o vibradores especiales montados en camiones. Estos camiones de vibroseis, como son conocidos, se suelen utilizan si el uso de dinamita podría causar graves daños a los alrededores, como en las zonas cavernosos. Los camiones utilizan placas de metal con un peso más de 3 toneladas que se colocan en contacto con el suelo y que a continuación, se golpea con martillos pesados.

Como las ondas sísmicas pasan a través de la tierra y se encuentran con diferentes materiales, parte de su energía se refleja en los límites entre los diferentes estratos, mientras que otras ondas pasarán a través de él. La energía

reflejada se devuelve a la superficie, donde su velocidad y fuerza se mide por detectores especiales, conocidos como geófonos. Los geófonos convierten el movimiento de la tierra en señales eléctricas, que, a continuación, se digitalizan por sismógrafos. Estas señales, a continuación, se procesan por equipos; cuanto más compleja la geología del área estudiada, la potencia más informática necesaria para procesar las cantidades masivas de datos.

La velocidad y la fuerza de las ondas reflejadas dependen de la densidad de los estratos que encuentran. Analizando el tiempo necesario para que las ondas se reflejen, los geólogos pueden crear una imagen exacta del subsuelo mediante la interpretación sísmica 3D.

Cuando se utiliza en la exploración de gas y petróleo, una prospección sísmica puede revelar bolsillos de menor densidad material y su ubicación. Esto no garantiza necesariamente que estos bolsillos contienen petróleo o gas, como podría indicar cualquier otro material de densidad inferior, tales como el agua. Aun así, la variedad y la fiabilidad de los datos recogidos es invaluable e incluye la composición del suelo, solidez, profundidad al lecho de roca y mucho más. Esta información tiene valor tanto académico como comercial.

Método De Refracción Sísmica.

En este método los instrumentos detectores se disponen a cierta distancia del punto de explosión, que es larga en comparación con la profundidad a que se encuentre el horizonte que haya de ser marcado en el mapa. Las ondas explosivas recorren grandes distancias horizontales a través del suelo, y el tiempo requerido para su desplazamiento informa acerca de su velocidad y profundidad de ciertas formaciones del subsuelo. Aunque el método de refracción no da tanta

información, ni tan precisa, del cuadro estructural como el de reflexión, proporciona datos de la velocidad en las capas refractantes que, con frecuencia, permiten al geólogo identificarlas o especificar su litología.

Por lo general este método hace posible cubrir una zona dada en menos tiempo que con el método de reflexión.

Adquisición Sísmica

Una adquisición sísmica es la generación y registro artificial de datos sísmicos. El método sísmico, involucra un elemento generador de ondas sísmicas denominado fuente (cañón de aire, unidad vibradora o dinamita), un medio de propagación (subsuelo) y un elemento detector-registrador de las ondas denominado receptor (geófono, hidrófono).

Sísmica de Superficie.

Por si solos proporcionan información estructural y estratigráfica; cuando son calibrados con otros datos se obtienen: movimiento y tipos de fluidos, predicción de litología, propiedades de la roca y de tipos de yacimientos.

Instrumentación.

Geófono.

Los geófonos son transductores de desplazamiento, velocidad o aceleración que convierten el movimiento del suelo en una señal eléctrica. Casi todos los geófonos empleados para la prospección sísmica en la superficie terrestre son del tipo electromagnético. El geófono es en realidad un sismógrafo vertical para la captación de ondas sísmicas producidas artificialmente y reflejadas.

Sismógrafo

El sismómetro o sismógrafo es un instrumento creado por John Milne para medir terremotos para la sismología o pequeños temblores provocados, en el caso de la sismología de exploración.

Sismógrafo modernos Permiten operar con 12 o 24 canales en alta resolución, el sismógrafo aumenta la señal para investigaciones en profundidades someras de refracción y reflexión, gracias a su arquitectura flexible puede extender su operación por módulos. Es totalmente portátil ya que se conecta a una laptop y fácilmente se opera desde el software gráfico RAS, que funciona en ambiente Windows.

E x p l or a c i ón S í s m i ca

Las actividades sísmicas son realizadas por cuadrillas especializadas topografía-trocha, perforación, registro, desmovilización y restauración en forma secuencial y de acuerdo a un cronograma de operaciones. Durante el desarrollo de las operaciones es factible que existan actividades simultáneas en una misma área de trabajo.

Los programas de Exploración Sísmica se desarrollan en cuatro etapas así:

Etapa de Topografía.

Se trasladan las coordenadas del proyecto al terreno.

Se construye la topo-trocha, esto quiere decir, que se corta la vegetación a lo largo de las líneas, tanto en las Receptoras, como en los Salvos, en un ancho determinado por la Corporación y especificado en las medidas de Manejo Ambiental o MMA, para permitir el desplazamiento del personal que labora en el Proyecto en desarrollo de las distintas fases, en desarrollo del corte se realiza nivelación de líneas sísmicas, ajuste de poligonales y una completa Base de datos para el control de la información.

Etapa de Perforación.

Cuadrillas o grupos de personas dotados de taladros portátiles (Equipos hidráulicos, torres mecánicas, taladros que perforan con Agua, con Aire o torre punzón, utilizados según la topografía y geología del área del programa de Adquisición Sísmica) realizan perforaciones sobre las líneas de Salvos, en los sitios en donde se ubicaron las banderas rojas o puntos de disparo, el diámetro de la perforación es de 2 y ½ pulgadas aproximadamente, la profundidad del hueco la determina el diseño del Proyecto.

Etapa de Registro.

En los sitios en donde se ubicaron las banderas blancas o puntos de Registro, se plantan en el terreno los sensores o Geófonos.

Se tienden a lo largo de las Líneas Receptoras, cables que van interconectados entre si y a su vez, estos van conectados a los Equipos de Registro.

Se disparan controladamente cada una de las fuentes de Energía, generando con ello, una onda sonora dirigida hacia el centro de la tierra, la cual se propaga a través del subsuelo y al encontrar capas de densidad diferente, genera un rebote de onda hacia la superficie, allí es capturado por los sensores o Geófonos y transportado por los cables a los Equipos de Registro.

Con personal altamente calificado, equipos de alta tecnología y un efectivo control de ruidos se logra obtener información con excelentes estándares de calidad, que permite que los intérpretes puedan identificar la ubicación de las rocas que almacenan los Hidrocarburos, que son la finalidad de los programas de exploración sísmica.

Método por Gravedad (Método Gravimétrico).

En la prospección por gravedad se miden las pequeñísimas variaciones que en la atracción gravitatoria ejercen las rocas emplazadas en los primeros kilómetros por debajo de la superficie del suelo. Los diferentes tipos de roca tienen densidades diferentes y las rocas más densas ejercen mayor atracción gravitacional.

Si las rocas más densas están arqueadas hacia arriba, formando una elevación estructural, tal como un anticlinal, el campo gravitatorio terrestre será mayor sobre el eje de la estructura que a lo largo de sus flancos. Por otra parte un domo salino que es menos denso que las rocas en que está intruido puede ser descubierto gracias a los bajos valores de la gravedad que normalmente son registrados sobre el mismo.

Las anomalías de la gravedad buscadas en la exploración petrolífera pueden representar tan solo una millonésima, y hasta una diezmillonésima, del campo total terrestre. Por esta razón los instrumentos empleados han de ser extremadamente sensibles, y los gravímetros modernos permiten descubrir variaciones de la gravedad hasta de una cienmillonésima del campo terrestre.

En el caso de estar en un terreno con topografía plana, tendremos que cualquier anomalía de gravedad se deberá a desviaciones de la densidad del subsuelo respecto de la “densidad base”. En otras palabras, las anomalías gravitatorias son originadas por variaciones en la distribución de la densidad másica punto a punto (3D). Por otro lado, si la topografía es compleja, las anomalías de gravedad podrán estar relacionadas ya sea con la geometría del terreno y/o con la distribución de densidades.

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

Instrumentos de Medición de Gravedad

En los métodos de gravimetría se han utilizado tres tipos de instrumentos: La balanza de torsión, el péndulo y el gravímetro. El primero de estos, ideado en un principio con fines geodésicos hacia comienzos del siglo pasado, el péndulo tuvo un uso limitado para la exploración petrolífera, luego el gravímetro que desplazó a ambos, viene siendo utilizado casi desde entonces. El gravímetro es un instrumento que mide directamente pequeñas variaciones en la componente vertical de la gravedad. Este instrumento puede determinar diferencias de 0.1 miligales y aun menores.

Péndulo: Se llama péndulo simple a un ente ideal constituido por una masa puntual suspendido de un hilo inextensible y sin masa, capaz de oscilar libremente en el vacío y sin rozamiento. Despejando de la fórmula de periodo, obtenemos una fórmula para calcular la gravedad con los datos de los que disponemos.

Balanza de Torsión: Esquemáticamente una Balanza de torsión consiste de una barra que cuelga de un hilo que puede torcerse. Si la barra gira, el hilo tiende a regresarla a su posición original. Cuando llegamos a conocer la fuerza de torsión que el alambre ejerce sobre la barra, tenemos un mecanismo muy sensible para medir fuerzas (eléctricas, magnéticas o gravitatorias) muy pequeñas.

La balanza de torsión mide gradientes y curvaturas del campo de gravedad en lugar de aceleraciones. Es un instrumento que ha sido muy utilizado hasta 1930 en prospección gravimétrica a efectos de determinar estructuras geológicas o domos salinos.

Gravímetro: Las medidas gravimétrica en exploración son representación de anomalías en las que entran la densidad de los diferentes tipos de rocas: sedimentos no consolidados, areniscas, sal gema, calizas, granito, etc. En representación esquemática, el instrumento consta de una masa metálica que, suspendida de un resorte supersensible, registra la elongación del resorte debido a la atracción producida por lo denso de la masa de las rocas subterráneas. Las medidas son anotadas y posteriormente se confeccionan mapas que representan la configuración lograda.

Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo. Con los datos obtenidos se elabora un "mapa" del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas es más probable que pueda existir petróleo.

Aplicaciones del Muestreo Gravimétrico:

Minería:

Localización de yacimientos de minerales metálicos. Localización de yacimientos de minerales no metálicos

Geotecnia:

Modelización del substrato rocoso Detección de cavidades

Medioambiente:

Caracterización de vertederos

Típico Levantamiento Gravimétrico:

Fase de Terreno. Definir una malla y en cada nodo medir la aceleración de gravedad.

Correcciones.

Deriva del instrumento: el gravímetro no es perfecto, razón por la cual se utiliza una estación de amarre para cuantificar la deriva del cero (se asume lineal).

Corrección topográfica: un cerro incrementa la aceleración de gravedad, mientras que una cuenca la hace disminuir. Todos los datos deben llevarse a topografía plana.

Otras correcciones: por latitud, de Faye, de Bouguer, etc.

Mapa final: isoanómalas de gravedad. El mapa resultante muestra las variaciones sufridas por la aceleración de gravedad como resultado exclusivo de las diferentes densidades de las rocas.

Puede ser conveniente realizar un análisis estadístico de la gravedad y mostrar las desviaciones respecto del background ("gravedad residual").

Método Magnético.

El globo terráqueo constituye un imán permanente, cuyos polos se encuentran en las proximidades de los polos geográficos. El campo magnético terrestre no es más que un caso particular del magnetismo, cuyas características están determinadas por las propiedades físicas de nuestro planeta.

En cualquier lugar de la tierra se puede comprobar su influencia magnética, con una dirección e intensidad determinadas, sujeta a variaciones periódicas por una parte y a perturbaciones no periódicas por otra.

La prospección magnética determina las variaciones de campo magnético terrestre atribuibles a cambios de estructura, o de la susceptibilidad magnética de algunas rocas próximas a la superficie. Las rocas sedimentarias presentan, en general, una susceptibilidad muy pequeña en comparación con las ígneas o metamórficas, y la mayoría de las exploraciones magnéticas están encaminadas a levantar el mapa de la estructura sobre o dentro del basamento o a descubrir directamente minerales magnéticos. El método magnético resulta útil para la búsqueda de petróleo cuando la estructura de las capas sedimentarias petrolíferas está regida por características topográficas tales como crestas o fallas sobre la superficie del basamento. Las anomalías magnéticas a partir de la parte superior del basamento pueden aportar información relativa a la estructura de las capas superiores. Sucede con frecuencia que resulta difícil distinguir las anomalías magnéticas debidas a la topografía del basamento de las que son consecuencia de cambios laterales en la composición de la roca del basamento, y esta ambigüedad limita la eficacia del método. La mayor parte de la prospección magnética se realiza en la actualidad con instrumentos montados en aviones.

El campo magnético terrestre, cuyo origen reside en el núcleo, es modificado por cambiantes componentes externas a la masa sólida del planeta, pero también existe una componente muy menor de la corteza, que puede ser significativa a una escala relativamente local.

La prospección magnetométrica se basa en evaluar esa desigual distribución de fuerzas magnéticas dentro de la corteza terrestre. El contenido alto en minerales de hierro produce anomalías positivas y su defecto anomalías negativas. Las anomalías magnéticas detectadas a través de estudios magnéticos en el terreno se explican con variaciones en las propiedades físicas de las rocas como la susceptibilidad magnética y/o la imantación remanente de las rocas.

El método magnético es el método geofísico de prospección más antiguo aplicable en la prospección petrolífera, en las exploraciones mineras y de artefactos arqueológicos.

En la prospección petrolífera el método magnético entrega informaciones acerca de la profundidad de las rocas pertenecientes al basamento. A partir de estos conocimientos se puede localizar y definir la extensión de las cuencas sedimentarias ubicadas encima del basamento, que posiblemente contienen reservas de petróleo.

En las exploraciones mineras se aplica el método magnético en la búsqueda directa de minerales magnéticos y en la búsqueda de minerales no magnéticos asociados con los minerales, que ejercen un efecto magnético mensurable en la superficie terrestre.

Además el método magnético se puede emplear en la búsqueda de agua subterránea. Por medio de estudios aeromagnéticos se puede también localizar zonas de fallas, de cizallamiento y de fracturas, que pueden albergar una variedad grande de minerales y dirigir a una mineralización.

El conocimiento de sistemas de fracturas y de acuíferos en rocas solidificadas cubiertas por una capa de depósitos aluviales puede facilitar la búsqueda y explotación de agua subterránea.

Hoy día en la prospección petrolífera se emplean magnetómetros instalados en aviones y en barcos. En los estudios de reconocimiento de depósitos minerales se emplean magnetómetros aeroportados.

Finalidad del Método Magnético

Las anomalías magnéticas detectadas a través de estudios magnéticos en terreno se explican con variaciones en las propiedades físicas de las rocas como la susceptibilidad magnética y/o la magnetización remanente de las rocas. Estas propiedades físicas solo existen a temperaturas debajo de la temperatura de Curie. En consecuencia los generadores de las anomalías magnéticas podemos hallar hasta una profundidad máxima de 30 a 40 km.

Prospección Aeromagnética: Tiene como ventajas una mayor rapidez para ejecutar los trabajos, la posibilidad de obtener datos sobre regiones pantanosas, junglas, etc. y la minimización de los efectos perturbadores debidos a irregularidades próximas a la superficie que dificultan el reconocimiento de las anomalías producidas por rocas más profundas, así como ruidos debidos a la presencia de objetos metálicos -aunque sí serán visibles desde el aire plantas generadoras, líneas de alta tensión, grandes ductos, etc.- . Alturas de vuelo típicas en prospección minera son 150 a 200 metros, mientras que suele volarse a 1000 ó más metros para exploración de hidrocarburos.

La separación lateral entre líneas tiende a ser una distancia que duplica la altura de vuelo y no mayor que la profundidad máxima de interés (por ejemplo, el basamento de una cuenca). Se debe tener un segundo magnetómetro para conocer la deriva diurna o bien volver a pasar por un punto base cada hora o menos, a no ser que se disponga de datos de algún observatorio en la zona de trabajo. Normalmente se mide la componente total en la dirección del campo magnético, es decir que las anomalías registradas resultan de las locales y las del campo terrestre. Los magnetómetros utilizados son los discriminadores de flujo y los de resonancia magnética en cualquiera de sus variantes. Desde un avión se los puede llevar en la proa de la nave o extremo de un ala, o más raramente en un planeador remolcado. Desde helicóptero lo más común es llevarlo pendiendo de un cable, y existe la opción de emplear arreglos para medir gradiente magnético, tal como se puede apreciar en la fotografía de la izquierda.

MÉTODO DE PROSPECCIÓN ELÉCTRICO

Principios de los Métodos Eléctricos

Son métodos geofísicos de prospección para el estudio de estructuras geológicas en la parte superficial del suelo. En las rocas, estos métodos se fundamentan en el comportamiento de los campos eléctricos y electromagnéticos en función de su distribución espacial de los materiales, composiciones mineralógicas, sales disueltas, cantidad de humedad, porosidad y otros. Estos métodos permiten obtener características como: resistividad, permeabilidad magnética y constante dieléctrica.

La interpretación inadecuada de los modelos del subsuelo conllevan a diseños erróneos de puestas a tierra, que pueden generar daño de equipo en subestaciones o salidas forzadas por descargas atmosféricas en líneas de transmisión y sobrecostos en la etapa de montaje y en la vida útil de la infraestructura eléctrica.

El modelo de capas se puede considerar adecuado en los siguientes casos:

a) Cuando la geología corresponde a suelos sedimentarios con capas aproximadamente paralelas a la superficie. Se distinguen estos aspectos en la visualización de afloramientos próximos al sitio de estudio.

b) Cuando se trata de un depósito de gran espesor de arcilla, arenisca etc.

c) Cuando al realizar dos SEV´s con centro en un mismo punto, pero con tendidos ortogonales, los valores de resistividad aparente calculados para cada arreglo no presentan diferencias apreciables. Se aclara que cuando se realiza un SEV la información obtenida es representativa del centro del arreglo, por consiguiente si el suelo es homogéneo isotrópico, los valores de resistividad aparente para los dos SEV´s deben ser similares.

Resistividad en los materiales geológicos

Una de las propiedades fundamentales de las rocas es la resistividad eléctrica, que sirve para caracterizar el suelo en términos de tipo de material, litología, alteración, saturación, fracturamiento, etc.

Una de las propiedades de las rocas que varía en un amplio rango es la resistividad eléctrica, la principal contribución a este amplio rango de variación es el mecanismo de conducción en las rocas que es principalmente iónica y no electrónica como ocurre en los conductores metálicos.

Sondeos Eléctricos Verticales: Los Sondeos Eléctricos Verticales corresponden a una serie de medidas realizadas alrededor de un punto, en donde se aplica corriente eléctrica a cierta distancia para obtener lecturas de resistividad. Estas diferentes medidas que se van realizando, permiten crear una curva que luego de analizada, se interpreta para identificar las profundidades a las cuales se puede encontrar el objetivo de exploración. Este método permite identificar zonas con potencial de agua subterránea e intercalaciones de sedimentos.

Los Sondeos Eléctricos Verticales también pueden ser utilizados, en conjunto, para identificar cuerpos de interés hidrogeológico y establecer direcciones de flujo de agua subterránea, espesores de unidades y geometría de cuerpos en el subsuelo.

Usos:

• Exploración de Agua Subterránea.• Medición de Resistividades Eléctricas del Subsuelo.• Medición de espesores de aluviones (Depósitos de tipo aluvial), tales como

gravas y arenas de río.

• Exploración de interfases Aluvión – Roca (Depósitos de tipo aluvial), para depósitos auríferos de tipo aluvial.

• Ubicación de la superficie de corte en deslizamientos.

Calicatas eléctricas: La finalidad de las calicatas eléctricas (CE) es obtener un perfil de las variaciones laterales de resistividad del subsuelo fijada una profundidad de investigación. Esto lo hace adecuado para la detección de contactos verticales, cuerpos y estructuras que se presentan como heterogeneidades laterales de resistividad.

Orellana (1982) resalta que la zona explorada en el calicateo eléctrico se extiende desde la superficie hasta una profundidad más o menos constante, que es función tanto de la separación entre electrodos como de la distribución de resistividades bajo ellos.

Experimentalmente, la CE consiste en trasladar los cuatro electrodos del dispositivo a lo largo de un recorrido, manteniendo su separación, obteniéndose un perfil de resistividades aparentes a lo largo de aquél.

Usos:

Cambios litológicos Verticales Techo de roca sana Detección de Cavidades Profundidad y Espesor de relleno Cuerpos Conductivos Detección de plumas de contaminación Caracterización de vertederos Localización de restos arqueológicos

MÉTODO DE PROSPECCIÓN POR RADIACTIVIDAD

Son empleados en la prospección de minerales de los elementos radiactivos, uranio, torio, y de los minerales de interés comercial, que pueden ser descubiertos por su asociación con dichos elementos, a través de la presencia de sustancias radiactivas de las rocas. 

Mediante contadores especiales se detectan las radiaciones de los minerales radiactivos, como el uranio, radio, etc.

La enorme importancia que han adquirido en estos últimos tiempos los materiales radiactivos ha hecho que se desarrolle una serie de técnicas especializadas para su prospección.

Se trata aquí, pues, de un método geofísico valido para aquellos minerales que se desintegran espontáneamente, emitiendo partículas radiactivas; en esencia, compuestos en los que intervengan el uranio o el torio como constituyentes importantes.El suelo actúa como una pantalla que dificulta en ocasiones este tipo de prospección, ya que un espesor de 30 centímetros de recubrimiento puede ser suficiente para enmascarar la radiactividad existente. Por esta razón, las prospecciones aéreas deben efectuarse mediante vuelos a baja altura y preferentemente en aquellos lugares en que la mineralización aflore en superficie.

Suelen emplearse detectores autoportados que recorren las zonas por estudiar, registrando de modo continuo las variaciones de radiactividad. A veces la prospección se realiza a pie, siguiendo itinerarios previamente marcados. Pero en el caso de pretender una completa información, se hace necesario trazar la correspondiente malla sobre la zona requerida y efectuar lecturas sistemáticas mediante contadores geiger o escintilómetros.

Se levanta así el plano radiométrico de la zona, en el que se evidenciara perfectamente el lugar de la eventual mineralización.

COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS MÁS IMPORTANTES

Las bases teóricas de los diferentes métodos geofísicos, para el reconocimiento del subsuelo, son las mismas; su utilización en superficie o en el interior de sondeos diferencia las técnicas de puesta en campo. Por lo que, generalmente, la utilización de un método u otro se fundamenta en el estudio a realizarse y las características que se desean determinar del área de estudio, la presencia de agentes como el agua que puedan modificar valores y la experiencia del investigador. De entre algunas de las características que predominan en los métodos geofísicos más importantes tenemos:

Los métodos geofísicos eléctricos se fundamentan en el estudio de la respuesta del terreno a la propagación de corrientes eléctricas continuas, determinando su resistividad, la cual depende de la litología, estructura interna y contenido de agua, principalmente. Su aplicación nos puede ayudar a determinar depósitos de menas que tengan propiedades eléctricas anómalas, profundidad hasta la roca firme, y profundidad hasta la capa freática.

Los métodos sísmicos tanto el método de refracción como el método de reflexión miden la velocidad de propagación de una onda explosiva, la cual depende básicamente de las constantes elásticas y de la densidad del medio.

El método de refracción es el más utilizado, y nos da valores de la velocidad de propagación de la onda, la cual es un buen indicador de las características geotécnicas de los materiales; y el espesor de los distintos materiales atravesados. Con este método se busca obtener detalles de los anticlinales, fallas, domos salinos y otras formas geológicas presentes en el área de estudio. El método de reflexión sísmica, su aplicación en la Ingeniería Geológica es menor que el método de refracción; es más utilizado para la definición de estructuras geológicas profundas.

Los métodos electromagnéticos, se basan en el estudio de la respuesta del terreno cuando se propagan a través de él campos electromagnéticos, nos pueden brindar datos acerca de la topografía del basamento, depósitos de menas magnéticas, diques y rasgos ígneos similares. Los métodos gravimétricos se basan en las mediciones de las diferencias de valores del campo gravitatorio de un lugar, es decir, de su anomalía gravimétrica; la cual puede estar justificada por la heterogeneidad de la densidad del subsuelo., y nos puede brindar características de existencia de posibles galerías, huecos, domos salinos, etc.

Los métodos magnéticos se fundamentan en mediciones locales de las variaciones del campo magnético terrestre. Las anomalías se deben a diferencias de susceptibilidad magnética de los suelos y rocas, y a la presencia de minerales permanentemente magnetizados (uranio).

APLICACIONES

Los métodos y técnicas de prospección geofísica se consideran como no destructivos y de gran cobertura. Su aplicación en la ingeniería geológica requiere una especialización, dados los pequeños espesores que se investigan y la necesidad de conocer las características geotécnicas de los materiales que van a ser objeto de alguna actuación. Éstos se emplean habitualmente para determinar los espesores de rellenos o recubrimientos, excavabilidad de materiales, posición del nivel freático, localización de cavidades u otras heterogeneidades del subsuelo, cubicación de zonas de préstamo, estructura del subsuelo, propiedades geomecánicas de materiales, localización de fallas o superficies de deslizamiento, espesor de roca alterada, índices de fisuración, localización de conducciones subterráneas y evolución de fenómenos dinámicos. Sus principales aplicaciones de muestran en la Tabla 1.

El método de Refracción Sísmica comúnmente es utilizado para el reconocimiento exploratorio de petróleo, en estudios de geología regional y en gran parte al estudio en Geología Ingenieril.

La Reflexión Sísmica en cambio se utiliza en la exploración en forma detallada del petróleo, dado que nos puede brindar información acerca de las “Trampas Estructurales” de petróleo de toda clase.

Para el método gravitatorio al emplearse como instrumento principal el Gravímetro, su aplicación es directa en el reconocimiento exploratorio del petróleo y en los estudios de geología regional.

El método Magnético de prospección geofísica se emplea en la exploración de minerales, reconocimiento exploratorio del petróleo y en estudios de geología regional. La exploración minera y la aplicación de los resultados a la Geología Ingenieril se pueden llevar a efecto, también, mediante el método Eléctrico. La exploración de minerales radioactivos, en cambio se realiza estrictamente mediante el método de radiactividad.

Tabla 1. Métodos Geofísicos Aplicados a la Ingeniería Geológica.

BIBLIOGRAFÍA

GONZÁLES DE VALLEJO, Luis. “Ingeniería Geológica”. Pearson Education, Madrid, 2002. Pp. 329-340, 371.

PARASNIS D. S. (1980). “Geofisica Minera”. Limusa, México.

Griffiths y King, 1972. Geofísica Aplicada para Ingenieros y Geólogos. Edit. Paraninfo.

Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009 Cátedra de Geofísica Aplicada, Tema 14; Instrumental Sísmico y Medioambiente.