MMttooddooss GGeeooeellccttrriiccooss

ppaarraa llaa PPrroossppeecccciinn ddee AAgguuaa SSuubbtteerrrrnneeaa DISPOSITIVO SCHLUMBERGER DISPOSITIVO WENNER DISPOSITIVOS DIPOLARES Dr. Gel. Miguel Auge Profesor Titular de Hidrogeologa Universidad de Buenos Aires Buenos Aires 2008II TEMAS FIGURAS 9. FLUJO ELCTRICO EN MEDIO NATURAL9 1. EXPLORACIN o PROSPECCIN1 2. GEOELCTRICA 2 2.1. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD5 2.1.1. Laboratorio5 2.1.2. Perforaciones6 2.1.3. Campo7 2.2. DISPOSITIVOS LINEALES9 2.2.1. Configuracin Schlumberger9 2.2.2. Configuracin Wenner9 2.3. DISPOSITIVOS DIPOLARES10 2.4. SONDEO ELCTRICO VERTICAL10 2.4.1 Medicin de campo11 2.4.2. Interpretacin de SEV15 2.4.3. Ejemplos16 2.5. CALICATAS ELCTRICAS20 2.6. POTENCIAL ESPONTNEO22 2.6.1. Origen del Potencial Espontneo23 2.6.2. Medicin23 2.6.3. Ejemplo23 2.7. POLARIZACIN INDUCIDA24 3. CONCLUSIONES25 4. BIBLIOGRAFA26 1. LEY DE OHM2 2. RESISTIVIDAD DE UNA SOLUCIN DE CINa EN FUNCIN DE SUCONCENTRACIN 4 3. DISTRIBUCIN DEL AGUA EN EL SUBSUELO5 4. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD EN LABORATORIO6 5. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD EN PERFORACIN7 6. PERFILES LITOLGICOS Y DE RESISTIVIDAD EN PERFORACIN7 7. FLUJO ELCTRICO EN MEDIO ISTROPO Y HOMOGNEO8 8. LNEAS DE CORRIENTE Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES EN LASPROXIMIDADES DEL ELECTRODO A 8 III TABLAS CUADROS 10. DISPOSITIVO SCHLUMBERGER9 11. DISPOSITIVO WENNER10 12. DISPOSITIVOS DIPOLARES 10 13. DISPOSITIVO TETRAELECTRDICO SCHLUMBERGER12 14. VARIACIN DE a EN FUNCIN DE AB/2

12 15. PARALELEPPEDO GEOLGICO AFECTADO POR LA CORRIENTE DISPOSITIVO SCHLUMBERGER 13 16. DISPOSICIN ELECTRDICA DE UN SEV SCHLUMBERGERY REPRESENTACIN GRFICA DE LOS REGISTROS 13 17. CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2 Y 3 CAPAS14 18. CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2, 3 Y 4 CAPAS14 19. BACO PARA DOS CAPAS15 20. PERFILES HIDROGEOLGICO Y GEOELCTRICOS DE UN ACUFERO COSTERO 16 21. SECCIN GEOELCTRICA DEL VALLE INTERMONTANO DEL ROABAUCN 17 22. CURVAS DE RESISTIVIDAD DEL VALLE INTERMONTANO DEL ROABAUCN 18 23. PERFIL LITOLGICO LOS RINCONES19 24. PALEOCAUCE EN SEDIMENTOS PELTICOS19 25. PLUMA DE CONTAMINACIN EN BASURAL20 26. DISPOSITIVO PARA CALICATAS ELCTRICAS20 27. CAMBIO DE FACIES Y FRACTURACIN21 28. UBICACIN DE SEV Y CE EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA21 29. CURVAS DE RESISTIVIDAD EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA22 30. ESQUEMA PARA LA MEDICIN DEL POTENCIAL ESPONTNEO 23 31. POTENCIAL ESPONTNEO EN UN BASURAL24 32. POLARIZACIN INDUCIDA24 1. RESISTIVIDAD DE ALGUNAS ROCAS Y MINERALES4 2. TIPO DE SEV - DISPOSITIVO SCHLUMBERGER11 3. VARIABLES PARA EL CALCULO DE a 12 1. MTODOS DE EXPLORACIN1 2. MTODOS GEOELCTRICOS DE PROSPECCIN2 1 1. EXPLORACIN oPROSPECCIN, son trminos similares que significan bsqueda y enrelacinalaHidrogeologa,serefierenalaubicacindereservoriosdeagua subterrneaconcaractersticasqueaprioriresultenapropiadasparaunaposterior explotacin o aprovechamiento del recurso. Losmtodosdeexploracinhidrogeolgicasepuedenclasificarenforma general, como aquellos que emplean tcnicas de aplicacin directa o indirecta. Cuadro I MTODOS DE EXPLORACIN Losrelevamientosgeolgicoehidrogeolgicoyafuerontratadosyhoysehar referenciaalosrelevamientosgeofsicosydentrodeestosalosquesebasanenla aplicacin de mtodos elctricos. SibienlamayorahacursadolamateriaProspeccinGeofsica,dondeselesha brindadounpanoramadetalladodelosmtodosdeexploracinmsempleadosen Geologa,laintencindeestaclaseesrefrescaralgunosprincipiosbsicosdela Geofsicaymencionarlautilidadylimitacionesquetienenlosmtodoselctricosen Hidrogeologa.La Geofsica es una ciencia natural que utiliza los postulados fundamentales de la Fsicaparainvestigarelcomportamientodealgunoscomponentesdenuestroplaneta comoelcampomagntico,ladensidaddelasrocas,sucapacidadparaconducirla corrienteelctricaylasondasssmicas,elmovimientodeloscontinentesylosfondos marinos, etc. Enelcasoespecficodelaprospeccinslopuedenlograrsebuenos resultadoscuandoexistencontrastesespacialesy/otemporalesmarcadosdela propiedad investigada; por ej. en la conductividad elctrica, o en la densidad de las rocas, o en la velocidad con que se propagan las ondas ssmicas, o en distorsiones del campo magntico, etc. Tambin resulta importante sealar que cualquiera sea el mtodogeofsicoempleado,suxitoestdirectamenterelacionadoal conocimiento,aunqueseageneral,delascaractersticasyelcomportamiento geolgico del subsuelo. 2 2. GEOELCTRICAEslaramadelaGeofsicaquetratasobreelcomportamientoderocasy sedimentos en relacin a la corriente elctrica. LosmtodosgeoelctricosmsempleadosenHidrogeologasebasanenla inyeccin artificial de una corriente elctrica (sondeos elctricos verticales SEV y calicatas eclcticasCE);demenorutilidadsonlapolarizacininducida(PI)yelpotencial espontneo (PE), este ltimo basado en la medicin de campos elctricos naturales. Cuadro II MTODOS GEOELCTRICOS DE PROSPECCIN Otrosmtodosmenosutilizadosson:sondeoselctricosbipolares,sondeosde frecuencia,corrientestelricas,AFMAG(audiofrecuenciamagntica).Enlosltimos tiempossehadifundidoelmtodoconocidocomoimagenelctricaotomografa elctrica. Elflujodeunacorrienteelctricaatravsdelasrocasolossedimentos,puede explicarsemediantelaLeydeOhmqueestablecequelacadadepotencialVentre2 puntos por los que circula una corriente elctrica de intensidad I, es proporcional a sta 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 funcin de la naturaleza y la geometra del conductor y si esta puede asimilarse a una cilindro de longitud L y seccin S:

R =. L (2) S ecuacin en la querepresenta la naturaleza del conductor yse denomina resistividad. Enelcasodelaprospeccingeoelctrica,eslaresistividaddelasrocasosedimentos. Remplazando R de la ecuacin (1) por su equivalente de la ecuacin (2) si tiene que: V = I .. L (3) S Laresistividadesunapropiedadinversaalaconductividadelctricay generalmente se expresa en ohm por metro (.m).Laresistividaddelamayoradelasrocasysedimentossecoseselevada,porlo queactancomosemiconductores,oconductoresdebajacapacidad.Este comportamiento cambia significativamente cuando las fisuras o los poros estn ocupados poragua,loquegeneraunadisminucindelaresistividad,oloqueeslomismoen aumentoenlacapacidaddeconduccindelacorrienteelctrica.Ademsdelgradode saturacintambinincideenlaresistividaddelmedio,elcontenidosalinodelagua;a mayorsalinidad,menorresistividadyviceversa.Loscontrastesenlasresistividades sonlosquepermitenaplicarexitosamentelosmtodosdeprospeccin geoelctrica mediante la inyeccin de corrientes continuas. Son pocos los componentes geolgicos subsaturados o secos, que presentan baja resistividad o alta conductividad entre los que pueden mencionarse a minerales metlicos comocalcopirita,pirita,magnetita,galena,pirrotina,etc.Elgrafitotambinpresenta elevadaconductividadelctrica,perolamayoradelosmineralesnometlicos,aligual quelasrocas,tienenresistividadessignificativamentemayores,engeneralentre2y6 rdenesdemagnitudsuperiores.EnlatablaIseindicanlasresistividadesque caracterizanalosminerales,alasrocasyalossedimentos,ydentrodeestosltimos tambin 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 variacin en la resistividad de una solucin en funcin de suconcentracinenCINa,observndosequeparaunaconcentracinde0,01g/L(10 mg/L)laresistividadesde400ohm.mypara100g/L(100.000mg/L)laresistividad disminuye a 0,08 ohm.m, lo que implica una diferencia de unos 4 rdenes de magnitud. Figura 2 RESISTIVIDAD DE UNA SOLUCIN DE CINa EN FUNCIN DE SU CONCENTRACIN MINERALESY ROCAS -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16MetalesCalcopiritaPirrotinaPiritaMagnetitaGalenaGrafitoBlendaFeldespatosAzufreCuarzoMicasgneasMetamrficasAnhidritaAreniscasCalizasDolomasGravasArenasMargasLimosArcillasLOGARITMO DE LA RESISTIVIDAD (en .m)5 Siademsdelcontenidosalinodelagua,seanalizaelcomportamientodel componentegeolgicoensuconjunto(slido+poros+agua)(figura3)setienequela resistividaddeunaarenaenlazonasubsaturada,oseaporencimadelasuperficie fretica ser:

a = F. W (4) Is Figura 3 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN EL SUBSUELO y por debajo de la superficie fretica:

a = F. W (5)

a: resistividadarenaF:formaytamaodelosporos(coeficientequegeneralmentevaraentre 1,5 y 3)w: resistividad del aguaIs: ndice de saturacin: porosidad total. 2.1. MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD 2.1.1. Laboratorio Lasmedicionesserealizansobremuestrasderocasosedimentosextradosde afloramientos, canteras, calicatas, o perforaciones. Comotodaslasdeterminacioneslitolgicasdelaboratorio,sumayorlimitacin radica en el tamao reducido de la muestra respecto al del medio natural y a la alteracin en las propiedades fsicas (porosidad, permeabilidad) e hidrulicas (grado de saturacin y composicinqumicadelaguaporal)alefectuarlaextraccin,elalmacenamientoyel transportehastaellaboratorio.Sumayorventajaeselbajocostoylarapidezenla obtencinderesultados,queporloexpresado,sonsloorientativos.Enlafigura4se indicaladisposicinelectrdicaparalamedicindelaresistividaddeunamuestraen laboratorio. 6 Figura 4 MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD EN LABORATORIO 2.1.2. Perforaciones Lamedicindelaresistividadelctricaenelinteriordepozosbrindaresultados msrepresentativosquelosefectuadosenlaboratorio,pueslasunidadesgeolgicasse encuentraninsituyaunquepuedensufriralteracionesenlaspropiedadesfsicasy/o hidrulicas,durantelastareasdeperforacin,estasenlageneralidadsonmenos significativas que las producidas al extraer las muestras y llevarlas al laboratorio. En la figura 5 se indica el dispositivo ms sencillo para el registro de la resistividad en una perforacin, consistente en 1 solo electrodo por el que se inyecta una corriente cuyaintensidadsemideconelampermetroylacadadepotencialconelvoltmetro. Permite diferenciar con bastante precisin las variaciones en el contenido salino del agua deformacinyalgunoscomponenteslitolgicos(figura6).Estemtodo,conocidocomo perfilajeelctrico,setrataconmayordetalleenelpuntodelprogramaPerforacionesde Exploracin(registrosyensayos),peroconvieneanticiparqueparalaprospeccin hidrogeolgica,normalmenteseloempleajuntocondispositivosquepermitenlos registros de potencial espontneo y rayos gamma. 7 Figura 5MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD EN PERFORACIN Figura 6 PERFILES LITOLGICOS Y DE RESISTIVIDAD EN PERFORACIN 2.1.3. Campo Lasmedicionesserealizandirectamenteenelterreno,abarcandounvolumen significativamentemayordelmedioainvestigar,queellogradoenlaboratoriooen perforacin.Ademsconlosregistrosdecampo,nosegeneraalteracinenlas propiedadesfsicasehidrulicasdelasrocasosedimentos.Sumayorlimitacinesel costo,eltiempoylainterpretacin,quesecomplicaamedidaqueelmedionaturalse aparta de los requisitos tericos (homogeneidad e isotropa)que tipifican al medio ideal. 8 Figura 7 FLUJO ELCTRICO EN MEDIO ISTROPO Y HOMOGNEO En la figura 7 se esquematiza el flujo elctrico de una corriente continua, a travs de un medio istropo y homogneo de resistividad , que se inyecta en el terreno por A, con una intensidadIA y sale del mismo por B (IB). En condiciones de rgimen estacionario (sin prdidas ni ganancias entre A y B), resulta que: IA = IB (6) SiloselectrodosAyBestnseparadosporunadistanciaconsiderableyel subsuelo es homogneo e istropo, las lneas de corriente son radiales y divergentes y las superficiesequipotencialessemiesfricas(figura8).Enestecasolaresistividaddel subsuelo ser: = 2 [r2 r1] V = K V(7) r1 . r2 I I Figura 8 LNEAS DE CORRIENTE Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES EN LAS PROXIMIDADES DEL ELECTRODO A Donde K se denomina constante geomtrica, porque depende directamente de la geometradeldispositivoempleadoparainyectarymedirlacorrienteytienelas dimensiones de una distancia. Elcomponentegeolgiconaturalnoesistroponihomogneo,porloquelas superficies equipotenciales y las lneas de corriente no son regulares y rectas (figura 9) y la resistividad obtenida de la ecuacin 7, corresponder a una integracin de los valores medios,enlosqueincidenlaanisotropaylaheterogeneidaddelterrenoylaposicin relativa de los electrodos; a esta resistividad se la denomina aparente (a). 9 Figura 9 FLUJO ELCTRICO EN MEDIO NATURAL Enlaprctica,loquesemideeslaresistividadaparente(a)paralocualse emplean dos tipos de dispositivos (lineales y dipolares). 2.2. DISPOSITIVOS LINEALES Los electrodos de inyeccin de corriente (A y B) y los de medicin del potencial (M yN)sedisponenalineados,deacuerdoalasconfiguracionespropuestaspor Schlumberger y Wenner. 2.2.1. Configuracin Schlumberger Esundispositivosimtricoquedebecumplirconlacondicindequeladistancia que separa a AB debe ser mayor o igual que 5MN (figura 10). Figura 10 DISPOSITIVO SCHLUMBERGER LosvaloresderesistividadaparenteserepresentanenfuncindeAB/2yla constante geomtrica es: K =(AB2 MN2). L2(8) 4MNa 2.2.2. Configuracin Wenner Tambinesundispositivosimtricoperoloselementossemantienen equiespaciados (figura 11). La constante geomtrica es: 10 K = 2 . a (9) Figura 11 DISPOSITIVO WENNER 2.3. DISPOSITIVOS DIPOLARES En esta disposicin, AB y MN se ubican mucho ms cerca de la distancia que los separa entre s. En la prctica, las configuraciones ms frecuentes son la ecuatorialy la axil (figura 12). Figura 12 DISPOSITIVOS DIPOLARES Losdispositivosdipolares(DD)requierenintensidadesdecorrientesmucho mayoresqueloslineales(SEV),porloquesonmenosempleados.Solamenteselos utiliza para investigaciones geoelctricas profundas. 2.4. SONDEO ELCTRICO VERTICAL Consisteenunconjuntodedeterminacionesdelaresistividadaparente, efectuadasconelmismotipodedispositivoslinealyseparacincrecienteentrelos electrodos de emisin y recepcin (figuras 10 y 11). Considerando el dispositivo Schlumberger (figura 10), los SEV se pueden clasificar en funcinde la separacin final entre A y B de la siguiente manera (tabla II). 11 Tabla II TIPO DE SEV - DISPOSITIVO SCHLUMBERGER TIPO DE SEVLONGITUDPRINCIPAL APLICACIN corto normal largo muy largo AB hasta 250 m 250 m < AB < 2.500 m 2.500 m < AB < 25.000 m hasta 1.200 km Geotecnia y Arqueologa Hidrogeologa Prospeccin petrolera Investigacin geofsica El objetivo de un SEV es la obtencin de un modelo de variacin de la resistividad aparente en funcin de la profundidad, a partir de mediciones realizadas en superficie. La profundidadalcanzadaporlacorrienteaumentaamedidaquecreceladistanciaAB, aunque generalmente no existe una relacin de proporcionalidad entre ambas. Para generar y registrar un SEV se requiere: Circuitodeemisin,integradoporunafuentedeenerga,unampermetropara medirlaintensidaddelacorriente,puntosdeemisin(AyB)consistentesen clavosmetlicosde0,5a1mdelargoy20mmdedimetroycablesde transmisin. En sondeos normales se utiliza una batera de 12 voltios en serie con un convertidor de unos 250 W de potencia. El ampermetro permite registrar hasta 10A,conunaprecisindel1%yresolucinde0,1mA.Elcabledetransmisin tiene una seccin de 1 mm2 y para transportarlo y extenderlo se arrolla a un carrete de unos 500 m de capacidad. Circuitoderecepcin,compuestoporunmilivoltmetroelectrnicodealta impedancia y dos electrodos para la medicin del potencial (M y N) impolarizables, constituidosporvasosconfondoporosoquecontienenunasolucinsaturadade sulfato de cobre, en los que se sumerge una varilla de cobre que est conectada al cable de medicin del circuito. 2.4.1 Medicin de campo Para la realizacin de un SEV normal (distancia entre A y B de 250 a 2.500 m) se requiere de un operador y 3 a 4 ayudantes para mover los electrodos. Pueden efectuarse entre3y6porda,enfuncindelalongitudfinal,ladistanciaentreunoyotroylas caractersticas topogrficas. Luego de establecer la ubicacin del sondeo, la direccin de sus alas e instalar el instrumental de medicin en el centro, se colocan los 4 electrodos (A M N B) de acuerdo aldispositivoautilizar(figura13).Secompensaelpotencialnaturaldelterrenoyselo energizaconunacorrientecontinuadeintensidadIenmA(electrodosAB)yseleela diferencia de potencial V en mV (electrodos MN). Los valores se vuelcan en una tabla y se calcula la resistividad aparente (a en .m) 12 Figura 13 DISPOSITIVO TETRAELECTRDICO SCHLUMBERGER Si el dispositivo es Schlumberger, los valores a se calculan mediante la ecuacin:

a =(AB2 MN2) V (10) 4MNI En la tabla III se representan las variables requeridas para el clculo de a y en la figura 14 la variacin de la misma en funcin de AB/2, en relacin logartmica. Tabla IIIFigura 14 VARIABLES PARA EL VARIACIN DE a CALCULO DE a EN FUNCIN DE AB/2

LafinalidaddelSEVesestablecerladistribucinverticaldelaresistividad especfica o real e por debajo del sondeo, tomando como base la curva de resistividad aparente (CRA). 13 EstonoresultasencillopueslaprofundidaddeinvestigacinnoesigualaAB/2 (Schlumberger)nialparmetroa(Wenner),debidoaquedependedelageometrade estosdispositivosydeloscambiosderesistividadesenelsubsuelo.Conelobjetode disponerderdenesdemagnituddelosvolmenesinvolucrados,puededecirsequela mayor parte de la corriente inyectada queda dentro de un paraleleppedo geolgico de un ancho AB/2, de un largo 3AB/2 y de un espesor AB/4 (figura 15). Figura 15 PARALELEPPEDO GEOLGICO AFECTADO POR LA CORRIENTE DISPOSITIVO SCHLUMBERGER En la figura 16 se representa la distribucin de la corriente en el subsuelo, para una separacin inicial A1B1 de corta distancia, lo que hace que esta circule slo por la capa de resistividad1 yespesorh.Enestacondicinlaresistividadaparentea es igualala resistividadespecficae.AlincrementarladistanciadeloselectrodosdecorrienteaA2 B2, sta va a circular por las capas de resistividades 1 y 2, por lo que en el valor de 2 tambin incidir

1 y por ende la resistividad aparente de 2 ser distinta de su resistividad especfica. En el sector inferior de la figura se representa en relacin logartmica en el eje de las y a la resistividad aparente y en el de las x a AB/2, aprecindose una disminucin de la resistividad en profundidad, por lo que 1 > 2, con valores que se obtienen a partir de las lneas asintticas a las formas curvas. Figura 16 DISPOSICIN ELECTRDICA DE UN SEV SCHLUMBERGERY REPRESENTACIN GRFICA DE LOS REGISTROS 14 En la figura 17 se representa la configuracin del subsuelo para 2 capas resistivas,en el caso de a y de 3, en el caso de b. En las mismas pueden observarse culminaciones (1,3)ydepresiones(2),tambindenominadasmesetas,quecorrespondenalas resistividadesaparentesyramasinclinadasdescendentes(3,4)yascendente(5),que unenalasmesetas.Lasramasdescendentesindicanuna disminucindelaresistividad en profundidad y las ascendentes un aumento. Figura 17 CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2 Y 3 CAPAS Enlafigura18serepresentanesquemticamentelasformasdelascurvasde resistividadaparenteversusAB/2para2,3y4capasydiferentesrelacionesdeaen profundidad. Figura 18 CURVAS DE RESISTIVIDADES APARENTES PARA 2, 3 Y 4 CAPAS 15 2.4.2. Interpretacin de SEV Elobjetivodelaprospeccingeoelctricaesestablecerlaconformacindel subsuelo mediante la ubicacin espacial de las capas resistivas (perfil geoelctrico) para posteriormentetransformarelperfilgeoelctricoenotro,querepresenteloscaracteres geolgicos subterrneos (perfil geolgico). Para identificar las profundidades de las capas con diferentes resistividades, deben compararse las curvas obtenidas en el campo con otras confeccionadas en gabinete que se denominan curvas tericas, mediante un procedimiento similar al que se emple para calcular los parmetros hidrulicos de los acuferos por ensayos de bombeo (punto 10 del programa). Lacomparacinentrecurvasdecampoytericaspuederealizarseenforma manual,cuandolascapasinvolucradasson2o3.Esteprocedimientoseushastala dcadade1970,medianteelempleodecatlogosdecurvastericasderesistividad comolaselaboradaspor:CompagnieGnraledeGophysique(1955)con480curvas de 3 capas; Orellana y Mooney (1966) con 25 curvas para 2 capas (figura 19), 912 para 3 y 480 para 4 capas. Figura 19 BACO PARA DOS CAPAS 16 El procedimiento manual se complica cuando la cantidad de capas involucradas es 4oms,peroestalimitacinpuedemejorarsesensiblementemedianteelusode programas cibernticos preparados para las computadoras personales a partir de 1970. Los software actuales realizan una rpida comparacin de las curvas de campo con lastericasyporendetambinpermitenunarpidasolucin del problema. Entre estos, losempleadosconmsfrecuenciasonlosdesarrolladosporJohansen(1975)que requiere de un corte geoelctrico inicial aproximado y Zodhy (1989). Este ltimo es el ms utilizadoenlaactualidadysebasaenlainterpretacinautomticadelosSEV (SchlumbergeroWenner),medianteunmtodoiterativoparaajustarlasresistividades aparentes y los espaciamientos electrdicos, a las resistividades especficas o reales y a las profundidades de las capas involucradas. 2.4.3. Ejemplos Enlafigura20sereproducelaconfiguracinhidrogeolgicadeunacuferolibre costero,sobrepuestoaunasecuenciademargasterciariasenlapennsuladelCabo Verde(Dakar).Lascurvasderesistividad,muestranelcontactodelaguasubterrnea saladaconelsustratomargosoa45mdeprofundidad,conunincrementode1a7 ohm.m (perfil I). Tierra adentro, la curva muestra una disminucin desde la duna seca (90 ohm.m), pasando por el cuerpo de agua dulce y finalmente disminuyendo hasta 1 ohm.m en el acufero con agua salda de origen marino (de 15 a 64 m de profundidad), para luego aumentara4ohm.menlasmargas(perfilII).EnelperfilIIIseapreciaunadisminucin continuada de la a desde la duna seca, al acufero con agua dulce y a las margas.Enestecasolaprospeccingeoelctricabrindabuenadefinicinporelmarcado contrastederesistividadesdelascapasyadems,lainterpretacinsesimplificaporel conocimiento que se tiene respecto al comportamiento de los acuferos costeros. Figura 20 PERFILES HIDROGEOLGICO Y GEOELCTRICOS DE UN ACUFERO COSTERO

17 Lafigura21representaelperfilgeoelctricodeunvalleintermontano,conel basamentohidrogeolgicocompuestoporrocasgranticasamenosde100mde profundidad.SeubicaenlaProvinciadeCatamarca,enelvalledelRoAbaucn,entre las sierras de Zapata y de Vinquis, en el paraje conocido como Angosto de Andaluca. Elcontrastederesistividadesentreelbasamentoylacoberturasedimentaria integradaporgravasyarenasesnotable,porloquepuededeterminarseelespesorde sedimentos con bastante precisin.Figura 21 SECCIN GEOELCTRICA DEL VALLE INTERMONTANO DEL RO ABAUCN En la figura 22 se representan las curvas de resistividad de los SEV indicados en la 21, que se efectuaron con la disposicin Schlumberger.LosSEV3,4y5,arrancanconresistividadesaparentesmayoresa100.m, manteniendotodaslascurvasunatendenciadescendentehastaa entre10y20.m, para un AB/2 de alrededor de 10 m. Diferentes son las curvas del SEV 7, que arranca con

a = 20 .m y de los SEV 6 y 8, que muestran una tendencia creciente de resistividades. Conlascurvasderesistividadesverdaderasoespecficas(CRV)obtenidasdel modelo,seobtuvieronlassiguientesprofundidadesparaelbasamento:SEV3(50m), SEV 4 (70 m), SEV 5 (75 m), SEV 6 (85 m) SEV 7 (32 m) y SEV 8 (42 m). Figura 22 18 CURVAS DE RESISTIVIDAD DEL VALLE INTERMONTANO DEL RO ABAUCN Angosto de AndalucaSEV 4 SEV 4 SEV 4 SEV 411010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo) Angosto de AndalucaSEV 5 SEV 5 SEV 5 SEV 511010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo) Angosto de AndalucaSEV 6 SEV 6 SEV 6 SEV 611010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo) Angosto de AndalucaSEV 7 SEV 7 SEV 7 SEV 711010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo) Angosto de AndalucaSEV 8 SEV 8 SEV 8 SEV 811010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo) Figura 23Angosto de AndalucaSEV 3 SEV 3 SEV 3 SEV 311010010000,1 1 10 100 1000 Z; AB/2 (m) ; a( .m)CRA (MN=1m)CRA (MN=10m)CRV (modelo)CRA (del modelo)19 Prof.Clasificacin de los estratosClasif.(m)0,002,00 Arena pardo-rojiza, 4,00 fina a muy fina, 6,00 miccea, poco yesfera. N.F.7,80C 10,00U 12,00A 16,00T 18,00E 20,00R 22,00 Grava fina a gruesa,N 24,00 rodaditos de rocas granticas, A 26,00 metamrficas y arenisca violcea,R 28,00 concreciones de arenisca pardo-griscea,I 30,00 fina a gruesa, muy calcreaO 32,00 algo yesfera, dura.34,00 Escasa arena pardo-rojiza, 36,00 fina a gruesa, miccea38,0040,0042,0044,0046,0048,0050,0051,6054,00 Arena pardo-griscea, muy fina a gruesa,PLIO 56,00 muy miccea, arcillosa, algo yesfera,CENO 58,00 grava fina producto de latrituracin60,40 de rocas granticas.BASA 62,00 Basamento grantico.MENTOPROVINCIA DE CATAMARCALOS RINCONESExpte: 325/516-44 Perforacin N 1 PERFIL LITOLGICO LOS RINCONES Afindecotejarelcomportamientoresistivo conelcomponentegeolgicodesubsuelo,se efectuaron 2 sondeos paramtricos en la vecindad delaperforacinLosRincones(figura23),que alcanzelbasamentoa61myregistrunnivel fretico de 7,80 m, con agua de 2.700 mg/L. En el perfil litolgico domina arena fina a muy fina, poco yesfera, seca, hasta 8 m; grava fina a gruesa, con escasa arena fina a gruesa de 8 hasta 50 m; arena muy fina a gruesa, arcillosa, algo yesfera, de 50 a 61 m; basamento grantico desde 61 m. Los SEV tambin pueden resultar de utilidad paraidentificarpaleocaucesdegravayarenacon aguadulce(msresistivos),labradosen sedimentos pelticos (menos resistivos) (figura 24), oplumasdecontaminacinenbasurales,que suelentenerbajaconductividadelctrica,porla elevada concentracin de ClNa (figura 25). Figura 24 PALEOCAUCE EN SEDIMENTOS PELTICOS Figura 25 20 PLUMA DE CONTAMINACIN EN BASURAL 2.5. CALICATAS ELCTRICAS Seempleanparadeterminarvariacioneslateralesdelaresistividadyadiferencia delosSEV,lascalicataselctricas(CE)seejecutanmanteniendoundistanciamiento constante entre los 4 electrodos. Se puede utilizar tanto la disposicin Schlumberger como Wenner y lo que se hace estrasladartodoeldispositivo,manteniendoelespaciamiento,loqueresultaenun alcance vertical (profundidad) ms o menos constante de la corriente. En el ejemplo, de la estacin 1 a la 3 (figura 26) Figura 26 DISPOSITIVO PARA CALICATAS ELCTRICAS (1)(2)(3) Conlascalicataselctricassepuedendetectarmodificacionesresistivaslaterales debidasacambiosdefacieslitolgicas,oalaalteracinenladisposicinestratigrfica, por fracturacin geolgica (figura 27) Figura 27 21 CAMBIO DE FACIES Y FRACTURACIN EnlaexploracingeoelctricadelAngostodeAndaluca,ademsdelosSEV,se realizaroncalicataselctricas.LacombinacindeSEVyCE,permitenestablecercon mayor certeza la constitucin geolgica del subsuelo. En el ejemplo mencionado, la traza con la ubicacin de las CE y SEV se indica en la figura 28. Figura 28 UBICACIN DE SEV Y CE EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA Para las CE se eligieron 4 separaciones electrdicas diferentes: a) AB = 32 m c) AB = 80 m b) AB = 50 m d) AB = 100 m En todos los casos, la separacin MN fue de 4 m. Entotalserealizaron320calicataselctricas(80paracadaseparacin electrdica). 22 Enlafigura29sereproducenlas4curvasderivadasdelos4distanciamientos electrdicos,observndoseunparalelismomuymarcadoentreellas.Lasmenores resistividadescoincidenconlosmayoresespesoresdealuvio,enlascercanasdelos extremosSEyNOdelperfil,mientrasque enlapartecentralse produce unincremento de la , debido a la menor profundidad del basamento, en coincidencia con el curso actual del Ro Abaucn-Colorado (figura 21). La topografa del techo de la roca cristalina, indica que el ro se desplaz hacia el NO, desde una ubicacin coincidente con los SEV 4 y 5, hasta su posicin actual (entre los SEV 6 y 7), en una distancia del orden de 350 m (figura 21).Figura 29 CURVAS DE RESISTIVIDAD EN EL ANGOSTO DE ANDALUCA 2.6. POTENCIAL ESPONTNEO Sebasaenlamedicindelasdiferenciasnaturalesdepotencialelctricoentre2 puntos sobre la superficie o a poca profundidad. Los primeros registros de potencial espontneo (PE) fueron realizados por Fox en 1830,quienutilizandodosplacasdecobrecomoelectrodos,conectadasaun galvanmetro,detectlaexistenciadeyacimientossubterrneosdesulfurodecobreen Cornwall, Inglaterra. Latcnicaseutilizcomouncomplementoparalaprospeccindeyacimientos metalferoshastaladcadade1920,especialmenteparaladeteccindecuerpos masivos,encontrasteconlapolarizacininducida,empleadaenlaexploracinde yacimientos diseminados. EnaosrecienteselPEseextendiaalgunasinvestigacioneshidrogeolgicasy geotrmicasytambinalasgeolgicas,enespecialparalaubicacindezonasde fracturacin cercanas a la superficie. Losregistrosdepotencialespontneo,tantoporelequipamientorequeridocomo porelcosto,sonlosmssencillosyaccesiblesdetodoslosmtodosdeprospeccin geofsica aplicados desde la superficie.Lamayorutilidaddel mtodoradicaenlaidentificacindeyacimientos minerales, especialmentelosmetalferoscomopirita,calcopirita,pirrotina,galenaymagnetita,que 23 generanpotencialesnegativosdealgunoscientosdemV.Losdiquesdecuarzoylas pegmatitas producen PE positivos de algunas decenas de mV. ElPEsemideenformarutinaria,juntoconlaresistividadyfrecuentementecon rayos gamma, en las perforaciones hidrogeolgicas. En las perforaciones de exploracin y explotacinpetrolferas,elperfilajemencionadoseacompaaconotrosregistrosms sofisticados como el snico,el de induccin, el de buzamiento, etc. 2.6.1. Origen del Potencial Espontneo Elaguasubterrneaeslaprincipalresponsabledelaexistenciadelpotencial espontneo, debido a que acta como un electrolito disolviendo y transportando minerales alestadoinico.Existen3procesosporloscualessepuedetransmitirlacorrientea travsderocasysedimentos:dielctrico,electrolticoyelectrocintico;destoselms importante es el electroltico. 2.6.2. Medicin Es muy sencilla, se requieren 2 electrodos impolarizables de cobre, sumergidos en una solucin saturada de sulfato de cobre, contenida en un recipiente poroso para permitir la filtracin y su contacto con el suelo (figura 30). Para los registros se pueden emplear los electrodos utilizados en los SEV. En definitiva lo que se mide son diferencias de potencial mediante un milivoltmetro. Figura 30 ESQUEMA PARA LA MEDICIN DEL POTENCIAL ESPONTNEO (PE) 2.6.3. Ejemplo ElPEhadadobuenosresultadosparadetectarlaextensindelaplumade contaminacin generada por basurales con lixiviados de elevada salinidad, en un acufero con agua dulce.En la figura 31, la anomala en la curva de PE, se debe a procesos electroqumicos, por la diferencia en la concentracin entre el agua afectada por el lixiviado y la que no lo est. 24 Figura 31 POTENCIAL ESPONTNEO EN UN BASURAL 2.7. POLARIZACIN INDUCIDA Consiste en la medicin del decaimiento de la diferencia de potencial V, luego de finalizar la inyeccin de una corriente de intensidad I. Pararegistrarlapolarizacininducida,seutilizaunequipamientoydisposicin electrdicasimilaresqueparamedirlaresistividad(sondeoselctricosverticaleso calicatas elctricas), pero el primero es ms sofisticado pues para realizar investigaciones representativasserequiereinyectarvariosmilesdevoltios.Eldispositivoestintegrado por 2 electrodos de corriente (AB) y otros 2 impolarizables de potencial (MN). Cuando se deja de aplicar la corriente a travs de A y B, la diferencia de potencial entre M y N disminuye hasta desaparecer (V = 0) en un tiempo que normalmente vara entre algunos segundos y varios minutos (figura 32). Figura 32 POLARIZACIN INDUCIDA 25 Elprocesoinverso,oseacuandosereiteralainyeccindecorrientealsuelo, generaunacurvadecrecimientodeVdeformasimilaraladedecaimiento,pero invertida.Lascaractersticasdeunoyotroprocesodependendelinstrumental(cantidad de corriente, dispositivo electrdico) y del comportamiento geolgico de subsuelo, lo que permite efectuar interpretaciones sobre su constitucin, especialmente en la deteccin de yacimientosmetalferosdiseminadosdeltipocobreporfrico,magnetita,pirrotinay sulfuros. En Hidrogeologa su utilidad se restringe a la exploracin geotrmica, debido a que el exceso de temperatura genera un agitamiento en la movilidad inica, que se traduce en cambios notorios de la resistividad, los que pueden detectarse mediante la PI. 3. CONCLUSIONES Algunosmtodosgeofsicosdeprospeccinresultandegranutilidadpara descifrarelcomportamientodelaguasubterrnea.Entreestos,losdeusoms generalizadossonloselctricosogeoelctricosyenparticularlossondeos elctricos verticales (SEV) y las calicatas elctricas (CE). En los ltimos tiempos se ha incorporado el mtodo de la imagen o tomografa elctrica, que emplea 20 o mselectrodos,unidosconuncableinteligente,quepermite,atravsdeun software,modificarladisposicinyeldistanciamientoentreelectrodos,sin necesidad de moverlos. Esto permite la medicin de una cantidad mucho mayor de resistividades por unidad de tiempo, que los logrados con los SEV. Losmtodosbasadosenelpotencialespontneo(PE)yenlapolarizacin inducida (PI) poseen menor definicin hidrogeolgica y su mayor utilidad se da en la exploracin de yacimientos metalferos. Cualquieraseaelmtodogeofsicodeprospeccinempleado,paraque brinde buena definicin y resultados interpretables, debe existir un buen contraste enlapropiedaddelsubsueloinvestigada(resistividad,elasticidad,magnetismo, densidad). Elconocimientopreviosobreelcomportamientogeolgicoehidrogeolgico delsubsuelo,aunqueseadecarcterpreliminaratravsdeunmodelodetipo conceptual,constituyeunelementofundamentalparacomprenderconmayor precisinlosresultadosderivadosdelempleodemtodosgeofsicosde exploracin. Enelcasoparticulardelosmtodosgeoelctricos,losSEVbrindanbuena definicin cuando existen contrastes apreciables de la resistividad en profundidad. Alrespectoresultandegranutilidadparaidentificarlainterfaseaguadulce salada en acuferos costeros (costa atlntica bonaerense) o continentales (pampa arenosadelOestedelaProvinciadeBuenosAires).Tambinparaubicarel contacto entre el aluvio y el basamento, constituido por rocas cristalinas (granitos, gneises,esquistos)enlosvallesintermontanosdelNO(Jujuy,Salta,Catamarca, LaRioja),deCuyo(Mendoza,SanJuan,SanLus)ydelcentro(Crdoba, Santiago del Estero). Adems pueden lograrse buenos resultados con los SEV en laubicacindepaleocauceslabradosensedimentospelticos(PatagoniaExtra andina). 26 Pese a que existe una creencia generalizada de que los SEV son tiles paraestablecer la posicin de la superficie fretica, la realidad muestra que no es as, fundamentalmente debido a la variacin en el contenido de agua que caracteriza a la zona subsaturada. Las calicatas elctricas (CE) se emplean para detectar cambios naturales de facieslitolgicasoartificialesdesalinidad,comolasplumasdecontaminacin generadas por los basurales. Losmejoresresultadosdelaprospeccingeoelctricaselogranconla aplicacin conjunta de SEV y CE. 4. BIBLIOGRAFA CALVETTYAMBONI,B.1984.Aplicacindetcnicasgeoelctricasenelestudiode prefactibilidadparalaconstruccindeundiqueenelAngostodeAndaluca, ProvinciadeCatamarca.IXCongresoGeolgicoArgentino.Simposiode Geotecnia. Bariloche. CALVETTY AMBONI, B. 2004. Mtodos elctricos de prospeccin. FCAGLP. UNLP. Ind. La Plata. CALVETTYAMBONI,B.2005.Prospeccingeoelctricaaplicadaenhidrogeologa. Maestra en Evaluacin Ambiental de Sistemas Hidrolgicos. UNLP. Ind. La Plata.BRAND,A.A.1959.HistoricalsummaryofovervoltagedevelopmentsbyNewmont ExplorationLtd.(1946-1955).EnOvervoltageResearchandGeophysical Applications. Pergamon Press. London. GHOSH, D. P. 1971 a. 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