Métodos Geoeléctricos

Métodos Geoeléctricos

para la Prospección de

Agua Subterránea

DISPOSITIVO SCHLUMBERGER

DISPOSITIVO WENNER

DISPOSITIVOS DIPOLARES

Dr. Geól. Miguel Auge

Profesor Titular de Hidrogeología

Universidad de Buenos Aires

Buenos Aires 2008

II

TEMAS

FIGURAS

9. FLUJO ELÉCTRICO EN MEDIO NATURAL 9

1. EXPLORACIÓN o PROSPECCIÓN 1

2. GEOELÉCTRICA 2

2.1. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD 5

2.1.1. Laboratorio 5

2.1.2. Perforaciones 6

2.1.3. Campo 7

2.2. DISPOSITIVOS LINEALES 9

2.2.1. Configuración Schlumberger 9

2.2.2. Configuración Wenner 9

2.3. DISPOSITIVOS DIPOLARES 10

2.4. SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL 10

2.4.1 Medición de campo 11

2.4.2. Interpretación de SEV 15

2.4.3. Ejemplos 16

2.5. CALICATAS ELÉCTRICAS 20

2.6. POTENCIAL ESPONTÁNEO 22

2.6.1. Origen del Potencial Espontáneo 23

2.6.2. Medición 23

2.6.3. Ejemplo 23

2.7. POLARIZACIÓN INDUCIDA 24

3. CONCLUSIONES 25

4. BIBLIOGRAFÍA 26

1. LEY DE OHM 2

2. RESISTIVIDAD DE UNA SOLUCIÓN DE CINa EN FUNCIÓN DE SU

CONCENTRACIÓN 4

3. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL SUBSUELO 5

4. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD EN LABORATORIO 6

5. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD EN PERFORACIÓN 7

6. PERFILES LITOLÓGICOS Y DE RESISTIVIDAD EN PERFORACIÓN 7

7. FLUJO ELÉCTRICO EN MEDIO ISÓTROPO Y HOMOGÉNEO 8

8. LÍNEAS DE CORRIENTE Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES EN LAS

PROXIMIDADES DEL ELECTRODO A 8

III

TABLAS

CUADROS

10. DISPOSITIVO SCHLUMBERGER 9

11. DISPOSITIVO WENNER 10

12. DISPOSITIVOS DIPOLARES 10

13. DISPOSITIVO TETRAELECTRÓDICO SCHLUMBERGER 12

14. VARIACIÓN DE
a EN FUNCIÓN DE AB/2 12

15. PARALELEPÍPEDO GEOLÓGICO AFECTADO POR LA CORRIENTE

DISPOSITIVO SCHLUMBERGER 13

16. DISPOSICIÓN ELECTRÓDICA DE UN SEV SCHLUMBERGER

Y REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS REGISTROS 13

17. CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2 Y 3 CAPAS 14

18. CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2, 3 Y 4 CAPAS 14

19. ÁBACO PARA DOS CAPAS 15

20. PERFILES HIDROGEOLÓGICO Y GEOELÉCTRICOS DE UN ACUÍFERO

COSTERO 16

21. SECCIÓN GEOELÉCTRICA DEL VALLE INTERMONTANO DEL RÍO

ABAUCÁN 17

22. CURVAS DE RESISTIVIDAD DEL VALLE INTERMONTANO DEL RÍO

ABAUCÁN 18

23. PERFIL LITOLÓGICO LOS RINCONES 19

24. PALEOCAUCE EN SEDIMENTOS PELÍTICOS 19

25. PLUMA DE CONTAMINACIÓN EN BASURAL 20

26. DISPOSITIVO PARA CALICATAS ELÉCTRICAS 20

27. CAMBIO DE FACIES Y FRACTURACIÓN 21

28. UBICACIÓN DE SEV Y CE EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA 21

29. CURVAS DE RESISTIVIDAD EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA 22

30. ESQUEMA PARA LA MEDICIÓN DEL POTENCIAL ESPONTÁNEO 23

31. POTENCIAL ESPONTÁNEO EN UN BASURAL 24

32. POLARIZACIÓN INDUCIDA 24

1. RESISTIVIDAD DE ALGUNAS ROCAS Y MINERALES 4

2. TIPO DE SEV - DISPOSITIVO SCHLUMBERGER 11

3. VARIABLES PARA EL CALCULO DE
a 12

1. MÉTODOS DE EXPLORACIÓN 1

2. MÉTODOS GEOELÉCTRICOS DE PROSPECCIÓN 2

1

1. EXPLORACIÓN o PROSPECCIÓN, son términos similares que significan búsqueda y

en relación a la Hidrogeología, se refieren a la ubicación de reservorios de agua

subterránea con características que a priori resulten apropiadas para una posterior

explotación o aprovechamiento del recurso.

Los métodos de exploración hidrogeológica se pueden clasificar en forma

general, como aquellos que emplean técnicas de aplicación directa o indirecta.

Cuadro I

MÉTODOS DE EXPLORACIÓN

Los relevamientos geológico e hidrogeológico ya fueron tratados y hoy se hará

referencia a los relevamientos geofísicos y dentro de estos a los que se basan en la

aplicación de métodos eléctricos.

Si bien la mayoría ha cursado la materia Prospección Geofísica, donde se les ha

brindado un panorama detallado de los métodos de exploración más empleados en

Geología, la intención de esta clase es refrescar algunos principios básicos de la

Geofísica y mencionar la utilidad y limitaciones que tienen los métodos eléctricos en

Hidrogeología.

La Geofísica es una ciencia natural que utiliza los postulados fundamentales de la

Física para investigar el comportamiento de algunos componentes de nuestro planeta

como el campo magnético, la densidad de las rocas, su capacidad para conducir la

corriente eléctrica y las ondas sísmicas, el movimiento de los continentes y los fondos

marinos, etc.

En el caso específico de la prospección sólo pueden lograrse buenos

resultados cuando existen contrastes espaciales y/o temporales marcados de la

propiedad investigada; por ej. en la conductividad eléctrica, o en la densidad de las

rocas, o en la velocidad con que se propagan las ondas sísmicas, o en distorsiones

del campo magnético, etc. También resulta importante señalar que cualquiera sea el

método geofísico empleado, su éxito está directamente relacionado al

conocimiento, aunque sea general, de las características y el comportamiento

geológico del subsuelo.

2

2. GEOELÉCTRICA

Es la rama de la Geofísica que trata sobre el comportamiento de rocas y

sedimentos en relación a la corriente eléctrica.

Los métodos geoeléctricos más empleados en Hidrogeología se basan en la

inyección artificial de una corriente eléctrica (sondeos eléctricos verticales SEV y calicatas

eclécticas CE); de menor utilidad son la polarización inducida (PI) y el potencial

espontáneo (PE), este último basado en la medición de campos eléctricos naturales.

Cuadro II

MÉTODOS GEOELÉCTRICOS DE PROSPECCIÓN

Otros métodos menos utilizados son: sondeos eléctricos bipolares, sondeos de

frecuencia, corrientes telúricas, AFMAG (audio frecuencia magnética). En los últimos

tiempos se ha difundido el método conocido como imagen eléctrica o tomografía

eléctrica.

El flujo de una corriente eléctrica a través de las rocas o los sedimentos, puede

explicarse mediante la Ley de Ohm que establece que la caída de potencial
V entre 2

puntos por los que circula una corriente eléctrica de intensidad I, es proporcional a ésta y

a la resistencia R que ofrece el medio al pasaje de la corriente (figura 1).

Figura 1

LEY DE OHM

3

V = I . R (1)

La resistencia es función de la naturaleza y la geometría del conductor y si esta

puede asimilarse a una cilindro de longitud L y sección S:

R =  . L (2)

S

ecuación en la que  representa la naturaleza del conductor y se denomina resistividad.

En el caso de la prospección geoeléctrica, es la resistividad de las rocas o sedimentos.

Remplazando R de la ecuación (1) por su equivalente de la ecuación (2) si tiene que:

V = I .  . L (3)

S

La resistividad es una propiedad inversa a la conductividad eléctrica y

generalmente se expresa en ohm por metro (.m).

La resistividad de la mayoría de las rocas y sedimentos secos es elevada, por lo

que actúan como semiconductores, o conductores de baja capacidad. Este

comportamiento cambia significativamente cuando las fisuras o los poros están ocupados

por agua, lo que genera una disminución de la resistividad, o lo que es lo mismo en

aumento en la capacidad de conducción de la corriente eléctrica. Además del grado de

saturación también incide en la resistividad del medio, el contenido salino del agua; a

mayor salinidad, menor resistividad y viceversa. Los contrastes en las resistividades

son los que permiten aplicar exitosamente los métodos de prospección

geoeléctrica mediante la inyección de corrientes continuas.

Son pocos los componentes geológicos subsaturados o secos, que presentan baja

resistividad o alta conductividad entre los que pueden mencionarse a minerales metálicos

como calcopirita, pirita, magnetita, galena, pirrotina, etc. El grafito también presenta

elevada conductividad eléctrica, pero la mayoría de los minerales no metálicos, al igual

que las rocas, tienen resistividades significativamente mayores, en general entre 2 y 6

órdenes de magnitud superiores. En la tabla I se indican las resistividades que

caracterizan a los minerales, a las rocas y a los sedimentos, y dentro de estos últimos

también se aprecian diferencias notorias entre los de grano fino (margas, limos, arcillas),

los de grano mediano (arenas) y grueso (gravas).

4

Tabla I

RESISTIVIDAD DE ALGUNAS ROCAS Y MINERALES

En la figura 2 se indica la variación en la resistividad de una solución en función de

su concentración en CINa, observándose que para una concentración de 0,01 g/L (10

mg/L) la resistividad es de 400 ohm.m y para 100 g/L (100.000 mg/L) la resistividad

disminuye a 0,08 ohm.m, lo que implica una diferencia de unos 4 órdenes de magnitud.

Figura 2

RESISTIVIDAD DE UNA SOLUCIÓN DE CINa EN FUNCIÓN DE SU CONCENTRACIÓN

MINERALES

Y ROCAS -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Metales

Calcopirita

Pirrotina

Pirita

Magnetita

Galena

Grafito

Blenda

...