FUNDAMENTOS DE LA PROSPECCIN DE RESISTIVIDAD CONTINA

A continuacin se presenta un resumen de los fundamentos tericos y prcticos de la metodologa de prospeccin geofsica empleada en el presente trabajo de investigacin, conocido como Prospeccin Geoelctrica Continua. Es una metodologa de prospeccin en la cual, para evaluar la resistividad del subsuelo, tanto en profundidad como lateralmente, se mantienen constantes las separaciones del arreglo de electrodos, dispuestos equidistantemente a lo largo del perfil de investigacin. Una vez disparada la corriente desde el punto central del perfil, en cada punto de medida (electrodo) se registra el gradiente de voltaje y la corriente a una distancia conocida y a una profundidad dada desde la superficie del terreno. Este proceso lo lleva a cabo el equipo (SuperStingTM R8 IP) en forma automtica, despus de procesar la informacin obtenida durante aproximadamente una hora, segn el arreglo electrdico seleccionado (Wenner, o Dipolo-Dipolo).Con los datos registrados mediante sta metodologa, se obtiene a lo largo y bajo el perfil de investigacin, una seccin o imagen subsuperficial bidimensional o tridimensional, que indica la variacin de la resistividad aparente a diferentes distancias y profundidades.El mtodo de Prospeccin Geoelctrica Continua es quizs la metodologa de prospeccin geofsica ms til para evaluar a travs de una seccin (bajo el perfil de investigacin), las condiciones y caractersticas de las diferentes capas y/o cuerpos de materiales que conforman el subsuelo. Con la imagen bidimensional que se obtiene como resultado del procesamiento de la informacin de campo, es posible identificar y localizar tanto en extensin como en profundidad los diferentes estratos y/o cuerpos que conforman el subsuelo y determinar algunas de las caractersticas y condiciones geolgicas y estructurales de los materiales que los conforman. De acuerdo a la Ley de Ohm y el principio de continuidad para campos elctricos estacionarios, la ecuacin diferencial que rige la distribucin bidimensional del potencial en un medio heterogneo y anisotrpico est dada como:

Donde: V: es el potencial elctrico. W: es la descarga elctrica por unidad de rea. x, z: es el tensor de resistividad elctrica.

Con el mtodo de Prospeccin Geoelctrica Continua se trata de encontrar numricamente, la solucin inversa a la anterior ecuacin diferencial, dado que: Se conoce la respuesta del terreno (imagen de resistividad aparente medida en campo) ante los potenciales elctricos que se inyectan a travs de electrodos en las diferentes estaciones de medida, tratando de establecer bajo el perfil de prospeccin las condiciones de resistividad real (x, z,), tensor de resistividad o modelo de resistividad real del subsuelo evaluado. Con base en el modelo de resistividad real se simula matemticamente el proceso de campo, el cual como resultado debe reproducir una respuesta o imagen subsuperficial de resistividades aparentes simulada, cuyos valores son similares y se ajustan a la distribucin de los registros de resistividad aparente medidos en el campo. En la Tabla No. A., se presentan los valores de resistividad real tpicos para algunas de las rocas y sedimentos saturadas o no con agua, que se encuentran ms frecuentemente dentro de la corteza terrestre.Tabla No. A. Resistividades reales de los diferentes sedimentos y rocasRocas o SedimentosResistividad (Ohm)

Arcilla y limolita2 15

Arena seca>200

Arena saturada con agua dulce20-150

Arena saturada con agua salobre5 - 15

Arena saturada con agua salada< 5

Grava saturada con agua dulce50-300

Arenisca con agua dulce30 - 50

Caliza porosa con agua dulce< 500

Caliza compacta> 500

Roca gnea, volcnica o metamrfica fracturada saturada con agua dulce200 - 1000

Roca gnea, volcnica o metamrfica masiva> 1000

Modificado de: Ward, S. H., 1990.La resistividad de las arenas y gravas puede variar mucho segn la cantidad de agua que contienen y la calidad de la misma, por lo cual no se puede dar cifras concretas. Pero es de mucho inters conocer que cuando estn secas pueden alcanzar valores hasta de 105 Ohm-m y de 0.01 Ohm-m s el agua es salada.

PROCEDIMIENTO EN CAMPO PARA LA ADQUISICIN DE DATOS

Para la realizacin del levantamiento geoelctrico se utiliz el equipo de resistividad SuperSting R8 IP con salida de 8 canales y medicin continua de resistividades mediante el uso de 8 cables con 56 electrodos en total.Figura No. A. Panel frontal del equipo automtico SuperSting R8 IP1. Punto de conexin para bateras 2. Porta-fusible. 3. O/I (OFF/ON). 4. Selector de luz para iluminar la pantalla en condiciones de pobre o baja iluminacin. 5. Conector para transmisin externa opcional (slo para SuperSting R8/IP). 6. Luz que indica la utilizacin de Booster 7. Conectores para la comunicacin con el transmisor externo opcional. 8. Pantalla de cristal lquido (LCD) con ventana para texto de 16 lneas de 30 caracteres cada una. 9. Teclado. 10. Puntos de conexin para una caja de mando que sirve para controlar un arreglo de electrodos adicionales. 11. Terminales de corriente positivo y negativo (A y B) para conectar con bananas o con alambre.12. Terminales de potencial positivo y negativo (M y N) para conectar con bananas. 13. Terminal de prueba para conectar con bananas o alambre.14. Punto de conexin utilizado para la comunicacin en serie con un PC, empleado para obtener los datos almacenados y los comandos del archivo. 15. Punto de conexin para el desarrollo futuro del SuperSting R8/IP.

Para tal efecto, se dispusieron de 56 electrodos a lo largo de cada perfil, numerados ordenadamente desde el electrodo No. 1 (primer punto del perfil) hasta el electrodo No. 56 (ltimo punto del perfil), siguiendo en lnea recta la topografa del terreno. Teniendo en cuenta que la profundidad de investigacin depende de la longitud del perfil y la distancia de separacin entre los electrodos de corriente y que a su vez la longitud de los perfiles depende de las condiciones topogrficas del terreno, la longitud la distancia de separacin fue de 4 m alcanzando una profundidad de investigacin de 35 m. aproximadamente en cada perfil.Una vez situado el equipo generador de corriente (SuperStingTM R8) alimentado con dos bateras de 100 voltios cada una, se procedi a la conexin de los 28 sensores de corriente que se encuentran adosados al cable, a los electrodos hincados a lo largo del perfil (Figura No.B). Figura No. B. Esquema de la ejecucin automtica en campo de la Prospeccin Geoelctrica Continua.

Despus de seleccionar en el equipo el arreglo electrdico a emplear, en ste caso el arreglo Shclumberger (Figura No.C), se inyect la corriente, iniciando el barrido automtico de todo el perfil a partir de los electrodos situados en los extremos, en una operacin con una duracin aproximada de 30 minutos.Figura No. C. Esquema del arreglo electrodico para generacin del comando Wenner.

Al finalizar la anterior operacin se bajaron los datos al computador y mediante la interpretacin matemtica utilizando los algoritmos del programa EarthImager 2D v.2.2 (2011) se obtiene la respectiva imagen de resistividad aparente y real del subsuelo. Una vez levantada la informacin de campo, es necesario verificar que la sensibilidad del modelo sea coherente con los resultados generados mediante la observacin de la calidad y filtrado de informacin.

Figura No. D. Sensibilidad Relativa obtenida para generacin del perfil

3. INTERPRETACIN DE LOS PERFILES DE PROSPECCIN GEOELCTRICA CONTINUAUna vez obtenida la informacin de campo, se procedi a organizar y filtrar los datos para su posterior procesamiento, de tal manera que la interpretacin de los perfiles levantados en el rea, permita evaluar las condiciones en profundidad de las unidades geolgicas presentes.Para lograr dicho objetivo, la informacin digital es ingresada al programa EarthImager 2D vs. 2.0.4., de propiedad de AGIUSA y debidamente licenciado para HGE. Cada perfil es procesado individualmente utilizando algoritmos adecuados para la inversin y considerando la tcnica y la experiencia del consultor en este tipo de tareas. Las resistividades aparentes medidas en campo y la informacin topogrfica a lo largo de los perfiles de prospeccin, son los datos de entrada para el algoritmo del programa computacional (Earthimager 2D). Con las mediciones de campo, se obtiene una imagen del subsuelo de la distribucin de los valores de resistividad aparente en el terreno, imagen que elabora el programa con base en la interpolacin lineal de los valores de resistividad aparente registrados en campo. A cada uno de estos valores le corresponde un punto de ubicacin que est referenciado por la profundidad, desde la superficie del terreno, y la distancia de separacin desde el punto de inicio de las medidas de resistividad. Para el proceso de interpretacin, el programa dispone de diversas opciones que van desde la edicin de los datos de campo, para la eliminacin y ajuste de datos anmalos, hasta la seleccin de alternativas de operacin para el proceso de matemtico de inversin y modelacin (ya sea por elementos finitos o diferencias finitas). La seleccin adecuada de las diferentes opciones que el programa presenta, depende en gran medida del conocimiento de las condiciones geolgicas (estratigrafa y tectnica) del terreno, del factor topogrfico que imprime el relieve del terreno y de las caractersticas y comportamiento de los datos de resistividad aparente tomados en campo.El proceso de interpretacin es iterativo por ensayo y error, en el cual se busca primero que el modelo de interpretacin matemtica (modelo de resistividades reales) genere una imagen de resistividades aparentes calculadas, similar a la obtenida en campo (con RMS[footnoteRef:1] error bajo, menor a 10%), con lo cual se considera que matemticamente el modelo de resistividad real se aproxima con buena precisin a las condiciones de campo. En segunda instancia, se verifica que el modelo de resistividad real resultante, tenga similitud con la interpretacin geolgica, para lo cual se requiere tener conocimiento de las condiciones y caractersticas geolgicas presentes en el subsuelo, a fin de tener criterios de clasificacin claros para seleccionar la respuesta que se aproxime con mejor detalle a las condiciones naturales presentes. [1: RMS (Root Mean Square): Raz de la sumatoria de los mnimos cuadrados. Indica el grado de certidumbre de los resultados reportados. Se elige como valor mximo de RMS 10% para el post-procesamiento de acuerdo a la experiencia del consultor, a la bases tericas y al ruido de fondo existente en el sitio de estudio.]

En el modelo de resistividad real que se genera con base en la informacin de campo, se aprecian las diferentes unidades geoelctricas presentes en el terreno (diferenciadas de acuerdo a intervalos de resistividad real), condiciones estructurales, espesores, profundidades, etc., caractersticas que al correlacionarlas con la informacin existente y la geologa de campo, permiten obtener un modelo de la situacin geolgica en el subsuelo evaluado bajo la lnea de prospeccin o pseudoseccin.Cada imagen muestra la resistividad aparente medida en campo (imagen superior) y la imagen de la resistividad aparente calculada, resultante de simular en el programa computacional el proceso de campo con base en el modelo de resistividad real (imagen intermedia). En la medida que las dos anteriores imgenes muestren distribuciones de los valores de resistividad similares, es decir que haya una clara relacin de correspondencia mutua entre los valores medidos en campo y los simulados o calculados, (RMS