Capitulo
7.1.
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Métodos eléctricos
7.1 Los métodos eléctricos y electromagnéticos
de prospección
Según la naturaleza de la fuente eléctrica o electromagnética empleada se
clasifica los métodos eléctricos y electromagnéticos como sigue:
7.2 Las propiedades eléctricas asociadas
con las rocas
Los métodos eléctricos se basan en tres fenómenos y propiedades asociadas
con rocas
1) La resistividad o es decir el reciproco de la conductividad = determina
la 'cantidad' de la corriente, que pasa por una roca al aplicar
una diferencia potencial específica.
2) La actividad electroquímica causada por los electrolitos, que circulan
en el subsuelo = la base para los métodos magnéticos, de potencial propio
y de polarización inducida.
3) La constante dieléctrica indica la capacidad de material rocoso de guardar
carga eléctrica y determina parcialmente la repuesta de formaciones rocosas
a las corrientes alternas de alta frecuencia introducida en la tierra a
través de los métodos inductivos o conductivos.
1. Resistividad específica
La resistividad específica r se define como la resistencia R de un cilindro
conductivo con una longitud unitaria l y una dimensión unitaria de su sección
transversal S. Supuesto que la resistividad específica del cilindro conductivo
sea r , la longitud sea l, la dimensión de la sección transversal sea S,
la resistencia R se expresa como sigue:
R = (ƥ x S)/l.
La unidad de la resistividad específica es Ωm = Ohm x metros.
La densidad de la corriente J está relacionada con el campo eléctrico E
y con la resistividad específica ƥ según la ley de Ohm:
J = (1/ƥ) x E o J = σ x E,
donde la conductividad s = 1/ƥ , la unidad de σ es mhol/m = 1/Ωm =
siemens/m.
Los factores, que determinan la resistividad eléctrica de una roca, son
los siguientes:
● Porosidad
● Composición química del agua, que llena los espacios porosos de la roca,
como su salinidad por ejemplo.
● Conductividad de los granos minerales, aún en la mayoría de los casos
es un factor mucho menos importante en comparación a los dos factores anteriores.
En las rocas porosas situadas encima del nivel del agua subterránea en una
profundidad somera del subsuelo y en las rocas situadas en profundidades
tan altas, que todos los espacios porosos están cerrados por la presión
ambiental, la corriente se mantiene en forma de la conducción electrónica
y ocurre adentro de los granos minerales. En estas condiciones la resistividad
eléctrica depende de las verdaderas propiedades microscópicas de la roca.
En el caso de las rocas, cuyos espacios porosos están saturados con fluidos
la resistividad eléctrica de la roca depende en primer lugar de la resistividad
de los fluidos. El mecanismo conductivo principal es electrolítico.
Una relación empírica llamada la ley de ARCHIE describe como la resistividad
eléctrica ƥ , la porosidad F y la resistividad
del fluido r w dependen entre sí.
ƥ = a x F -m x s -n
x ƥw, donde
s = porción de los espacios porosos llenados con agua u otro tipo de fluido
n ≈ 2
a es una constante con 0,6 < a < 2,5
m es una constante con 1,3 < m < 2,5.
Todos los métodos eléctricos sensibles para la resistividad y empleados
en la superficie detectan la resistividad eléctrica total de un volumen
de roca situada en cierta profundidad (in situ). Los valores de resistividad
eléctrica obtenidos de esta manera reflejan la combinación de los efectos
de todos los mecanismos conductivos.
El rango de resistividad eléctrica de las rocas es amplio y se extiende
desde 10-2 a 108Ωm y mayor.
Rocas y minerales son
conductores buenos con ƥ < 1,0 Ωm
conductores intermedios con ƥ = 1 - 100 Ωm
conductores pobres con ƥ > 100 Ωm.
Efecto de la 'edad geológica'
o es decir de la compactación a la resistividad eléctrica
Se podría esperar un incremento de la resistividad relativamente uniforme
con mayor edad geológica de una roca sedimentaria debido a la mayor compactación
asociada con el mayor espesor de las rocas situadas encima de las rocas
más antiguas. Pero los valores de resistividad de la mayoría de las rocas
sedimentarias de la Terciaria son anormalmente altos. Este fenómeno se interpreta
con la deposición de gran cantidades de rocas sedimentarias en agua dulce
en la Terciaria. Las rocas sedimentarias del Mesozoico se caracterizan por
valores de resistividad más bajos en comparación a aquellos de las rocas
sedimentarias de la Terciaria puesto que se depositaron mayoritariamente
en las aguas saladas de las cuencas marinas.
Valores de resistividad específica en Ωm para varios tipos de rocas saturadas
con agua:
No se puede encontrar una diferencia consistente entre los rangos de resistividad
de los varios tipos de rocas. Estadísticamente la resistividad específica
de las rocas metamórficas y las rocas ígneas parece ser mayor en comparación
a la de las rocas sedimentarias.
Aplicaciones de los métodos eléctricos
y electromagnéticos son las siguientes:
Los contrastes en la resistividad específica de las rocas, que construyen
el subsuelo permiten el levantamiento electromagnético en la superficie
y relacionar sus resultados con estructuras geoeléctricas situadas en la
profundidad.
Algunas rocas tienden tener una resistividad específica anormalmente baja
o es decir una conductividad anormalmente alta respecto con las rocas en
sus alrededores. En estos casos se puede ubicar tales rocas midiendo las
anomalías de resistividad en la superficie.
Muchos sistemas geotermales están asociadas con rocas altamente conductivas
situadas en la profundidad.
Los métodos eléctricos y electromagnéticos no alcanzan las resoluciones
altas de las reflexiones sísmicas.
Actividad electroquímica
La actividad electroquímica en las rocas depende de su composición química
y de la composición y de la concentración de los electrolitos disueltos
en el agua subterránea, que está en contacto con las rocas. La actividad
electroquímica determina la magnitud y el signo del voltaje desarrollado
cuando la roca está en equilibrio con el electrolito. La actividad electroquímica
en la profundidad es responsable para los potenciales propios medidos en
la superficie.
Constante dieléctrica
La constante dieléctrica es una medida para la capacidad de un material
situado en un campo eléctrico de ser polarizado o es decir una medida de
la polarizabilidad P de un material situado en un campo eléctrico E. La
polarizabilidad P o el momento eléctrico por unidad de volumen es proporcional
al campo eléctrico E. La constante de proporcionalidad es la susceptibilidad
c . El flujo eléctrico total por unidad de área (en analogía a la densidad
del flujo magnético en la magnetometría) es E + 4π x P o (1 + 4π x χ).
La constante dieléctrico ɛ es 1 + 4π x χ , en analogía a la permeabilidad
magnética. La corriente de desplazamiento D es ɛ x E. La corriente de desplazamiento
representa otro mecanismo conductivo, cuya magnitud es significante sólo
en materiales de muy alta resistividad y para altas frecuencias. En unidades
electrostáticas las unidades de E, D y P son V/cm. La susceptibilidad eléctrica
y la constante dieléctrica son constantes y no llevan dimensiones.
La constante dieléctrica determina la capacidad inductiva efectiva de una
roca y su repuesta estática con respecto a un campo eléctrico directo o
alterno aplicado.
A Algunos valores de la constante dieléctrica son:
Para el vacío ɛ = 1
Para la mayoría de las rocas compactas ɛ = 6 a 16 esu (unidades electrostáticas)
Para suelos húmedos y arcillas ɛ > 16 a 40 y 50 esu.
A frecuencias menores a 100Hz la constante dieléctrica no depende de la
frecuencia, altas frecuencias influyen la constante dieléctrica. La constante
dieléctrica es sensible a la temperatura, con temperaturas mayores el valor
de la constante dieléctrica sube.
Apuntes
- Geología
Contenidos Exploración Minera
1. Introducción
2. Remote Sensing
3. Geoquímica en prospección
4. Métodos sísmicos
5. Método magnético
6. Método gravimétrico
7. Métodos eléctricos
●
Los métodos
Resistividad
Configuración Electrodos
Polarización Inducida
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