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1 1

METODOS GEOFISICOS DE EXPLORACION MINERA Dra. Natalia Caparrini Marín Consultora Intercade

2

INDICE





Introducción Métodos de campo natural y artificial Resolución del problema directo e inverso Clasificación de los métodos geofísicos • Método gravimétrico • Métodos eléctricos y electromagnéticos • Método magnético • Métodos sísmicos • Método radiométrico
Elaboración de informes geofísicos
Instrumentación geofísica
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El conjunto de actividades de la sociedad se basa en el consumo de materias primas.
La minería se estructura en dos fases: • La exploración minera • La explotación minera
Va desde la búsqueda de concentraciones minerales hasta su análisis económico y tecnológico.

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La exploración es un proceso de alto riesgo. • Una mayor dificultad para encontrar yacimientos en zonas ya muy exploradas. • La inestabilidad política en muchos países menos explorados y con gran potencial minero. • Las grandes y crecientes presiones medioambientales y sociales.

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FASE

ACTIVIDADES

Recopilación y análisis de mapas e informes, fotointerpretación, reconocimientos de indicios conocidos. Prospección sistemática del área por métodos geológicos, Reconocimiento geoquímica y geofísica regional aerotransportada, fotogeología, teledetección. Previa

Exploración de detalle

Definición del yacimiento

OBJETIVOS

ESCALA

GASTO

Formulación de un proyecto de selección de zonas.

de 1:1.000.000 a 1:200.000

7-8%

Definición de objetivos para la exploración de detalle. Reducción del área por descartar zonas sin interés.

de 1:200.000 a 1:50.000

13-15%

de 1:20.000 a 1:1.000

70%

Identificación de Continuación de la prospección en mineralizaciones y primera áreas seleccionadas, finalizando con estimación de su interés labores (pozos, sondeos y calicatas). económico. Exploración previa al desarrollo, mediante sondeos en malla y galerías para determinar sus características.

Demostración de la existencia de un yacimiento, y obtención de los datos para el desarrollo de una mina.

a menos

10%

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Recopilación de información
Teledetección
Geología
Geoquímica
Geofísica
Calicatas
Sondeos mecánicos

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Ciencia que estudia la física de la Tierra.

Geofísica pura

Geodesia, magnetismo, electricidad terrestre, campo gravitatorio, sismicidad.

Geofísica aplicada

Detección y reconocimiento de yacimientos, recursos naturales o para la resolución de problemas geológicos.

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PROSPECCION GEOFISICA
Es el estudio del subsuelo mediante la medida y el análisis de una o varias propiedades físicas.
Estudia la repartición en profundidad o lateralmente.
Determina las variaciones de dicha propiedad.
Debe haber contraste en la propiedad física.

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APLICACIONES
Geológicas
Mineras
Geotécnicas
Hidrogeológicas
Medioambientales
Arqueológicas
Patologías en estructuras Dra. Natalia Caparrini Marín - [email protected] - Consultora Intercade

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CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS

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CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS METODO

PARAMETRO

PROPIEDAD FISICA

MAGNETICO

Magnetismo terrestre

Susceptibilidad magnética

GRAVIMETRICO

Gravedad

Densidad

ELECTRICO a) Potencial espontáneo b) Resistividad c) Polarización inducida

a) Potencial natural b) Resistividad aparente c) Cargabilidad

a) Conductividad b) Resistividad c) Efectos electroquímicos

ELECTROMAGNETICO

Electromagnetismo

Conductividad

SISMICO

Velocidad de ondas

Elasticidad

RADIOMETRICO

Radiación gamma

Radiactividad

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METODOS DE CAMPO NATURAL Y ARTIFICIAL

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CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS


Campo natural: Las propiedades naturales de las rocas (métodos pasivos).
Campo artificial: Los que estudian las propiedades que surgen en las rocas como respuesta (métodos activos).

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METODOS DE CAMPO NATURAL
Potencial espontáneo
Gravimétrico
Magnético
Electromagnético: AFMAG
Sísmica pasiva
Radiométrico

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METODOS DE CAMPO ARTIFICIAL
Método de resistividades
Polarización inducida
Sísmica de reflexión
Sísmica de refracción
Electromagnético

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CLASIFICACION DE LOS METODOS GEOFISICOS


Prospección aérea
Métodos de superficie
Testificación geofísica

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9 17

RESOLUCION DEL PROBLEMA DIRECTO E INVERSO

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INTERPRETACION 1. Cualitativa 2. Cuantitativa
Modelado directo
Modelado inverso

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INTERPRETACION CUALITATIVA Presencia de zonas anómalas analizando su representación gráfica.

y

características

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INTERPRETACION CUALITATIVA


Pautas • Separación de isolíneas • Gradientes • Tendencias • Alineaciones • Signo

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11 21

1. Creación de una cuadrícula o mallado
Datos de coordenadas X, Y y Z
Creación de una cuadrícula
Funciones de extrapolación e interpolación • Kriging: • Inverse distance to a power: • Minimum curvature: • Natural neighbor: • Nearest neighbor: • Polynomial regression: • Triangulation with linear interpolation:

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2. Creación de un mapa Mapa de curvas de nivel (contour map) +

+

+ +

4665705

+ +

54

0

54 5

54 5

+

+

+ 525810

525815

525820

525825

525810

+ +

+

4665700

+

+ +

+

+ +

+ 525815

4665705

+ + + +

4665700

+ 525820

525825

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12 23

3. Herramientas: mapas 3D

4665900

525700 4665600 525400

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3. Herramientas: superposición de mapas

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13 25

3. Herramientas: filtros

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3. Herramientas: perfiles

45080 45070 45060 45050 45040 45030 45020 45010 45000 44990 0

1

2

3

4

5

6

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14 27

INTERPRETACION CUANTITATIVA
Consiste en determinar los valores o la distribución de una propiedad física del terreno que encaje con los resultados de las mediciones e identificar, geológicamente, esos parámetros físicos.
La interpretación consiste en determinar, con base, el análisis de los diferentes productos y procesos físicomatemáticos, los cuerpos o estructuras que producen las anomalías y darle un significado.

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Resolución del problema directo: En los que dada una distribución determinada, pretendemos calcular el campo o la respuesta que produce.

?

Cuerpos de geometría sencilla Dra. Natalia Caparrini Marín - [email protected] - Consultora Intercade

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15 29

Resolución del problema inverso: A partir de los valores obtenidos con las medidas realizadas, tratamos de deducir el modelo al que corresponden.

? Dra. Natalia Caparrini Marín - [email protected] - Consultora Intercade

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Para resolver el problema inverso, debe estar resuelto el problema directo.

?

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16 31

Principio de equivalencia: La posibilidad de encontrar múltiples distribuciones, cuyo comportamiento medible es idéntico o suficientemente similar.

+P +d

+E -ρ

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Ambigüedad en la interpretación: Las magnitudes a medir no siempre mantienen una relación biunívoca con la propiedad física que queremos estudiar. Resistividad Velocidad sísmica

Porosidad Saturación

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17 33

El modelado directo o modelo iterativo Se basa en el cálculo de la anomalía teórica correspondiente a un modelo de dimensiones y propiedades físicas conocidas.

1. Establecimiento de un modelo aproximado 2. Cálculo de la anomalía (∆acal)

0.8

z(mgal) X1/2

0.0 0

250

500

750

1000

Depth [m]

APPARENT RESISTIVITY

1000

91/2 0.4

P(m)

0.1

10

9max

1

100

10

10

X

0

gt

Z 1

1

10

100

1000

r

R

2

1

gv UNIVERSIDAD DE VIGO

4

5

10 100 100010 10 RESISTIVITY [ohn-n]

AGUAS SUBTERRANEAS

Lagoas-Marcosende CAMPUS VIGO

Az = 0.0 deg

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El modelado directo o modelo iterativo 3. Comparación de las anomalías (∆acal) y (∆aobs) 4. Ajuste de parámetros 5. Repetición hasta obtener el mejor resultado 1000

1000

Angosto de Andaluca SEV5

RESISTIVIDAD

100

100

M3N3

10

M2N2

CRA (MN-1m) CRA (MN-10m)

M1N1

10

CRA (modelo)

10

100 AB/2(m)

1000

1 0.1

1

10

Z;AB/2(m) 100

1000

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18 35

El modelado inverso A partir de la anomalía observada se determina el cuerpo o distribución de algún parámetro geofísico del subsuelo. 1. La determinación de los parámetros de las estructuras anómalas a través de la inversión del campo potencial. 2. Dado un conjunto de observables (n) y los parámetros (m) de un modelo general, se pretende obtener el mejor encaje a través de un método de ajuste: mínimos cuadrados.

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El modelado inverso 3. Los datos serán repartidos en una malla regular. Se puede considerar que la subsuperficie está formada por un conjunto de prismas. 4. Consiste en la linealización de un conjunto de ecuaciones que puede parecer irresoluble. 5. Las anomalías observadas pueden ser reproducidas ajustando uno de los parámetros variables para cada prisma. 6. La resolución del sistema nos proporcionará el tamaño, la profundidad y el valor del parámetro físico.

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19 37

LANDFILL SURVEY

24.5

0.0

48.0

72.0

96.0

120

H.

96.0

120

H.

96.0

120

H.

1.5 6.1 10.8 15.4 21.5 Measured Apparent Resistivity Pseudoselection

xx x xx xx xx xxx x xx x x xx xx xx x xxx xx xxx xxx xx xx x xxx xx xx xx xx xxx x xx x x xx xx xx xx x x x x x x x x x x x x x x x x x x xx xxx x xx x x xx xx xx xxx xxx xx xx x xxx xx xxx x xx x xx xx xx xxx xx xx x xxx xx

xxx xx xx x xxx xx xx xx xxx x xx xx xxx xxx xxx xx xx x xxx xx x xx xx xx xx xx xx xx xxx xx x x x x x x x x x x x x x x x x x xx x x x x x x x x xx x x xx x x xx x x xxx xx xxx xxx xx xx x xxx xx x x x xx x x x x x x x x xx x x xx x x xx x

Calculated Apparent Resistivity Pseudosection Iteration 4 AND error = 1.6% 24.5

0.0 0.8 6.5 13.0 17.6

DATUN POINT

72.0

21.5

Depth

MODEL BLOCK

x

48.0

1.5 6.1 10.8 15.4

x

x

xx xx

xx xx

x x xxx xx

x x xxx xx

xx xx x xxx xx

x xxx x xxx xx

24.5

0.0

48.0

72.0

29.2 Unit electrode spacing 3.0 N

Inverse Model Resistivity Section 20.2

30.0

40.0

50.0

60.0

Resistivity in ohn.n

78.0

80.0

90.0

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FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA

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20 39

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 1: Planteamiento de la campaña • Descripción y análisis del problema planteado • Recopilación de datos • Elección del método y modalidad prospectiva

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40

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 2: Programación de la campaña • Programación detallada del trabajo de campo • Planificación logística del estudio y del trabajo de gabinete posterior

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21 41

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 3: Ejecución del trabajo de campo • Conocimiento de los instrumentos • Compromiso entre meticulosidad y operatividad

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42

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 4: Tratamiento de datos • Recopilación y elaboración de datos obtenidos • Realización de mapas de isovalores • Separación de anomalías

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22 43

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 5: Interpretación de resultados • Desde un punto de vista estrictamente geofísico • Aunando el conjunto de las interpretaciones • Revisión en función de datos complementarios

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44

FASES DE UNA CAMPAÑA GEOFISICA


Fase 6: Informe final • Apartados que engloben todos los pasos • Conclusiones y recomendaciones

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23 45


La programación del trabajo de campo merece una especial atención.
Es necesaria la intervención de un geofísico experto, y no solo la presencia de operadores.
Podemos encontrarnos con que las medidas no proporcionan los resultados esperados.

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La precisión depende de las características del equipo y del “paso”.
La escala de trabajo es función de lo que busquemos y de la extensión de la zona de estudio.
Los perfiles deben realizarse perpendiculares a la dimensión mayor prevista para los cuerpos buscados.
La penetración de los dispositivos de medida es función de la profundidad.

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24 47

CONSIDERACIONES GENERALES
El éxito en los resultados que suministran estas técnicas radica en un conocimiento elemental sobre las leyes que rigen cada método. • Geofísico experto, y no solo operadores. • Las medidas esperados.

no

proporcionan

los

resultados

• Conocimiento geológico.

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CONSIDERACIONES GENERALES
Las técnicas geofísicas no son infalibles y no deben presentarse como tal. • Factores como las condiciones del entorno • Distribución compleja de las propiedades • Limitaciones

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25 49

CONSIDERACIONES GENERALES
La geofísica elabora modelos que siempre son imágenes aproximadas de la realidad. • La interpretación son modelos calculados a partir de datos experimentales. • El modelo geofísico normalmente es más pobre que el modelo geológico. • Por ello, se suele emplear la combinación de métodos.

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50

CONSIDERACIONES GENERALES
Un factor determinante, no solo en la ejecución de una campaña geofísica, sino también en la adopción de sus métodos, es el presupuesto económico. • Su aplicación es mucho más barata que la exploración. • Por otro lado no tiene sentido aplicar el método por el método mismo. • Herramientas para la planificación.

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26 51


Los cuatro soportes básicos que deben optimizarse en cada una de las técnicas son los siguientes: • • • • • •

Fundamento físico Instrumentación Modus operandi Interpretación Ventajas, inconvenientes y limitaciones Aplicaciones

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52

METODOS ELECTRICOS

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27 53

METODOS ELECTRICOS
Persiguen la caracterización del subsuelo en los casos donde existen variaciones de las propiedades eléctricas del mismo mediante el estudio de campos eléctricos. • Las que emplean campos eléctricos artificiales (métodos de resistividad, polarización inducida...). • Las que estudian la generación y propagación de campos de origen natural (potencial espontáneo, telúrico...).

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54

FUNDAMENTO FISICO La resistividad eléctrica de un medio es la característica de este, por la que se opone al paso de corriente eléctrica. V

R=

I

La geometría conjunta del medio y del dispositivo de medida puede contemplarse mediante un factor o constante geométrica. L R=ρ A La resistividad de un medio se puede determinar mediante la siguiente expresión:

ρ=K

V I

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28 55

Unidades
Sistema mks • Resistividad “ρ”: ohmio · m (Ω · m) • Conductividad “σ”: mhos / m (µmhos / cm = µS)

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56

Resistividad de las rocas
La resistividad ρ0 de una roca porosa puede considerarse función: • Resistividad del fluido: ρw • Porosidad: Ф • Geometría de dichos poros o tortuosidad: T

Τ ρ0 = • ρw 2

φ


La relación puede simplificarse por la siguiente expresión: ρ0 = F * ρw Dra. Natalia Caparrini Marín - [email protected] - Consultora Intercade

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29 57

Factor de formación

F = a •φ-m • a: factor de ajuste • m: factor de cementación

a 0 (0.6-1)

y

m 0 (1.3-2.15)

Para simplificar normalmente, se toma a = 1 y m = 2; de modo que la expresión queda de la siguiente manera: F = 1 / Ф2 Dra. Natalia Caparrini Marín - [email protected] - Consultora Intercade

58

Conductividad iónica de fluidos (ρw)


La conductividad de un fluido es de naturaleza iónica y, por tanto, está afectada por una serie de factores: • Naturaleza y concentración de los iones en disolución • Temperatura y viscosidad • Presión

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30 59

Naturaleza y concentración de los iones en disolución
La distinta composición química de los iones disueltos en el agua de la formación es un factor decisivo en la conductividad que alcanza esta.
A partir de la concentración de cada uno de los compuestos más típicamente encontrados en las aguas subterráneas, podemos conocer el valor de concentración equivalente de ClNa mediante curvas normalizadas.

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60

Naturaleza y concentración de los iones en disolución

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31 61

Naturaleza y concentración de los iones en disolución
Al igual que para el resto de los iones, existe una relación entre la concentración de ClNa y la conductividad del fluido.  σ - 300  1700 si σ > 2000 µϖ /cm   C (ClNa) =  1.1  σ  si σ < 2000 µϖ /cm  2000   

σ: conductividad en µmho/cm – C(ClNa): concentración en g/l

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62

Naturaleza y concentración de los iones en disolución

ρ (Ω · m) = 10.000 / σ (µmhos/cm)
Aguas dulces: conductividades entre 10 y 1.000 µmhos/cm
Aguas saladas: conductividades entre 1.000 y 50.000 µmhos/cm

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32 63

Conductividad iónica de fluidos (ρw)


La conductividad de un fluido es de naturaleza iónica y, por tanto, está afectada por una serie de factores: • Naturaleza y concentración de los iones en disolución • Temperatura y viscosidad • Presión

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Temperatura


Para considerar la influencia que representan las variaciones de temperatura, se puede emplear la expresión de corrección de los valores a una temperatura de referencia (normalmente 25 ºC), dada por lo siguiente:

ρ (25 ° C) = ρ (T)

(T + 21.5) (25 + 21.5)

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33 65

Conductividad iónica de fluidos (ρw)


La conductividad de un fluido es de naturaleza iónica y, por tanto, está afectada por una serie de factores: • Naturaleza y concentración de los iones en disolución • Temperatura y viscosidad • Presión

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Presión
Sin contar la variación de la porosidad por el aumento de la presión en medios sedimentarios, y esta es despreciable para las variaciones de presión que podemos encontrar en prospección hasta los primeros 1000 metros.
Así, un aumento de presión de 0 a 350 atmósferas provoca a 20 ºC un aumento de resistividad del 5%, y este es tanto menor cuanto mayor sea la presión.

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34 67

Valores de resistividad de las rocas

ROCA

RESISTIVIDAD (ohm—m) 14

15

13

15

12

14

8

11

ROCA

RESISTIVIDAD (ohm—m)

Limos

10 – 5—10

Margas

10 – 10

Arcillas

10 – 10

Sal gema

10 – 10 a 10 – 10

1

1

Mica

10 – 10

Cuarzo

10 – 10

Azufre

10 – 10

Granito

10 – 10

Arenisca

106 – 1010

Pirita

10-3 – 100

Limonita

104 – 106

Calcopirita

10-4 - 10-1

Caliza

102 – 104

Grafito

10-1 – 10-3

Gravas

102 – 104

Cobre

1,7—10-8

Arenas

5—101 – 5—103

Plata

1—10-8

0

0

2

0

2

1

4

6

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68

Resistividad aparente

Electrodo puntual A

I

r M

Líneas equipotenciales

Líneas de corriente

J= E P

I.P E= 2πr2

J.2πr2 = I

VM =

I.P 1 2π AM

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35 69

Resistividad aparente I

v M

A

∆V =

ρI 1 1 1 1 ( + ) 2π AM AN BM BN

N

B

K = 2π / (

ρ = K*

∆V I

1 1 1 1 + ) AM AN BM BN

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70

Dispositivos de medida: dispositivos concéntricos

A

M N

B

A

M a

Schlumberguer

MN < AB/5

N a

B a

Wenner

AM = MN = NB = a

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36 71

Dispositivos de medida: dispositivos dipolares

A

B

M

N

Axial

Ecuatorial

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72

Dispositivos de medida: dispositivos trielectródicos

A B M

N

B = 5AN

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37 73

Punto de atribución

A

M

N

B

P´

P

P = AB/2 P = AB/5 - 10

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74

Técnicas


Sondeos eléctricos verticales


Calicatas eléctricas


Tomografía eléctrica

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38 75

SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES (SEV)

A

A

A

M

N

B

B

A

P P

P

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76

CALICATAS ELECTRICAS (CE)

A

M

N

P

B

A

M

N

B

P

A

M

N

B

P

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39 77

TOMOGRAFIA ELECTRICA (TES) 1

3

2

4

5

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78

SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES
Se denominan SEV.
Consisten en modificar la profundidad de investigación del dispositivo aumentando progresivamente la longitud característica del dispositivo, manteniendo fija la posición del centro del dispositivo.
El dispositivo más empleado es el Schlumberger.

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40 79

Curva de resistividades aparentes 20 m Curva de resistividades aparentes

A

M

N

B ρ1

ρ2 ρ1 Distancia AB/2 (m)

50 m Curva de resistividades aparentes

A

M N

B ρ1

ρ2

ρ1

Distancia AB/2 (m)

ρ2

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80 120 m Curva de resistividades aparentes

A

M

B

N

ρ1

ρ2

ρ1

Distancia AB/2 (m)

ρ2

200 m Curva de resistividades aparentes

A

M

N

B

ρ1

ρ1 ρ2

ρ2

Distancia AB/2 (m)

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41 81

Cortes geoeléctricos


A nivel geoeléctrico, un medio estratificado viene definido por los espesores de los niveles geoeléctricos o las profundidades de los contactos entre estos y los valores de resistividad de cada uno de ellos.
La representación mediante ejes coordenados de esta distribución se denomina corte geoeléctrico.

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82

Cortes geoeléctricos: modelo de dos capas

ρ1 > ρ2

ρ1 < ρ2

Curva de resistividades aparentes

Curva de resistividades aparentes

ρ1

ρ1

ρ2

Distancia AB/2 (m)

ρ2

Distancia AB/2 (m)

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42 83

Cortes geoeléctricos: modelo de tres capas

TIPO A

ρ1 > ρ2 ρ2 < ρ3

Resistividad (ohm.m)

Resistividad (ohm.m)

TIPO H

Distancia AB/2 (m)

ρ1 < ρ2 ρ2 < ρ3

Distancia AB/2 (m)

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Cortes geoeléctricos: modelo de tres capas

TIPO Q

ρ1 < ρ2 ρ2 > ρ3

Resistividad (ohm.m)

Resistividad (ohm.m)

TIPO K

Distancia AB/2 (m)

ρ1 > ρ2 ρ2 > ρ3

Distancia AB/2 (m)

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43 85

Resistividad (ohm.m)

Resistividad (ohm.m)

Cortes geoeléctricos: modelo de cuatro capas

Distancia AB/2 (m)

ρ1 < ρ2 ρ2 > ρ3

ρ2 > ρ3 Ρ3 < ρ4

Distancia AB/2 (m)

ρ1 > ρ2 ρ2 > ρ3

KH

ρ2 > ρ3 ρ3 < ρ4 QH

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86

INSTRUMENTACION

Batería

Georesistivimetro: Milivoltímetro Miliamperímetro

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