BENMERITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA

INGENIERIAFacultad

Ing. GEOFSICAColegio

Tomografa Elctrica

Omar Monge Daz

PRIMAVERA 2015

INDICE

PORTADAINDICE9.- ndice de Modelos y Figuras INTRODUCCION 1.-Introduccin 41.1.- Historia de los mtodos de resistividad 42.-Objetivos 53.- Marco Terico 53.1 Fundamento del Mtodo 63.2 Arreglos Geo-elctricos 73.3 Sondeos de Resistividad 2D 84.- Geologa 105.- Explicacin del uso de los programas 115.1.- RES2DINV 115.2 IPI2WIN 126.-Modelos 2-D del programa RES2DINV e interpretacin 147.-Modelos utilizando el programa IPI e interpretacin 178.- Representaciones Geolgicas 209.- Conclusiones 22

ndice de FigurasFigura 1: Representacin de los por medio de puntos del mtodo elctrico. 6 Figura 2: Principios bsicos de las prospecciones geoelctricas 7Figura 3: Tipos de arreglos Elctricos 8 Figura 4: Arreglo de los electrodos en los sondeos 2D 9Figura 5: Medidas 2D en los dispositivos Wenner Schlumberger 9Figura 6.-Lugar del rea de estudio. 10Figura 7: Edit > Exterminate bad datum points 11Figura 8: Explicacin de que los 3 tipos de grafica que aparecen en el programa. 12Figura 9: Abriendo la ventana SEV1, se puede apreciar un empalme. 13Figura 10: Tabla y grafica de Inversin. 13ndice de ModelosModelo 1.- Tomografa 1 14Modelo 1.1 Tomografa con Topografa 14Modelo 2.- Tomografa 2 15Modelo 2.1 Tomografa con Topografa 15Modelo 3.- Tomografa 3 16Modelo 3.1 Tomografa con Topografa 16Modelo 4.- SEV 1 17Modelo 5.- SEV 2 17Modelo 6.- SEV 3 18Modelo final aplicando Topografa y juntando los SEV 1-2-3 18

1.-IntroduccinEn los ltimos aos se ha estado en un avance tecnolgico que nos permite valorar las propiedades y recursos energticos que hay en el pas, as como en los cuales se aplican los mtodos geofsicos para poder tener una idea de lo que hay en el subsuelo y as obtener los datos necesarios para la explotacin de los recursos en para el desarrollo de la sociedad. La aplicacin de diversas tcnicas de prospeccin geofsica para obtener informacin detallada del subsuelo se hace cada vez ms comn. La precisin de dichos mtodos, permite caracterizar las condiciones del subsuelo, y en muchos casos sin perturbar el sitio o el rea de inters. Con el desarrollo de diversos programas de inversin como el RES2DINV hace que de estos estudios se puedan obtener respuestas de forma rpida y con excelentes resultados. Existen diversos mtodos, pero en la actualidad el desarrollo de los mtodos elctricos permite hacer estudios en reas pequeas y con una buena aproximacin.1.1.- Historia de los mtodos de resistividad Fred H. Brown en la era de 1883 a 1891, Alfred Williams y Leo Daft en 1897, hicieron el primer intento en determinar la diferencia en la resistividad de la Tierra asociada con los depsitos de oro, le fueron otorgadas patentes por esos mtodos. La primera aproximacin prctica de los mtodos elctricos, donde la tierra es estimulada por una fuente controlada y son medidos los potenciales artificiales que resultan fue hecha por Schlumberger en 1912. En los ltimos 20 aos han aparecido nuevos mtodos geofsicos de alta resolucin bien adaptados para suministrar informacin precisa sobre la profundidad, espesor y continuidad lateral de las capas del subsuelo, dando lugar a una nueva disciplina conocida con el nombre de Near Surface Geophysics.Para este tipo de estudios es especialmente efectiva la tcnica geofsica denominada tomografa elctrica, que puede considerarse como fruto de la evolucin de los mtodos geoelctricos clsicos, como el SEV y la calicata elctrica.2.- Objetivos Se estudiar y se trabajar con tomografa elctrica, con el mtodo Schlumberger o tambin llamada Wenner-Schlumberger en su versin 2-D para conocer cul es el que mejor se adapta a los modelos realizados con los programas llamados IPI2Win y RES2DINV. Aunque ms que para demostrar cual se adapta y cual no, estos programas sirven bien para el estudio del subsuelo y poder darnos cuenta de cmo o con que capas se puede encontrar a las profundidades que se dese realizar el trabajo, estos procedimientos se podrn explicar ms abajo.Para as poder establecer caractersticas importantes que podran ser utilizados al momento de realizar sondeos elctricos de resistividad en campo.

3.- MARCO TERICO

3.1 Fundamentos del MtodoPara darnos una idea, cuando se realizan mediciones para poder obtener la Intensidad de corriente inyectada por los electrodos A y B de la figura 1, y medimos los potenciales inducidos entre los electrodos M y N, resultar una resistividad ficticia, que se denomin resistividad aparente a, que no ser exactamente igual a la resistividad 1 verdadera de la zona del electrodo A, ni la 2 bajo los electrodos M y N y B, sino que depender de 1, 2 y 3. Esta resistividad no puede considerarse como promedio ni como media ponderada de las tres resistividades, pudiendo ocurrir que fuese mayor o menor que cualquiera de ellas, esta figura representa lo descrito.

Figura 1: Representacin de los por medio de puntos del mtodo elctrico.

En la siguiente figura se representa uno de los principios bsicos de las prospecciones geoelctricas: A mayor longitud del dispositivo mayor penetracin en el subsuelo. El caso (a) de la figura muestra como para separaciones pequeas de electrodos, la corriente est virtualmente confinada a la zona (1) ms superficial. En el caso (b), cuando los electrodos se abren ms, alargndose as la longitud del dispositivo, la penetracin en el subsuelo se incrementa, proporcionando ms informacin sobre (2). (Mirar Figura 2)

Figura 2: Principios bsicos de las prospecciones geoelctricas

3.2 Arreglos Geo-elctricosSe le conoce como Arreglos Geo-electricos al conjunto de varios electrodos que inyecta corriente en el subsuelo y registra el potencial generado en el mismo. Generalmente, los dispositivos suelen disponer de cuatro electrodos, aunque tambin suelen emplearse los dispositivos de tres electrodos o de slo dos. Una pareja de electrodos se denomina de corriente, y son los responsables de inyectar la electricidad en el subsuelo, y otros dos electrodos son de potencial, emplendose para medir el voltaje generado en el subsuelo por la corriente inyectada.Los diferentes tipos de arreglos en este mtodo se diferencian entre s por la distancia relativa entre electrodos, y la posicin de los electrodos de corriente respecto a los de potencial. En la figura 4, se muestran los dispositivos empleados a lo largo del trabajo, tambin se detalla el valor de la resistividad aparente de cada dispositivo:

Figura 3: Tipos de arreglos Elctricos

3.3 Sondeos de resistividad 2-DPara este tipo de estudios es especialmente efectiva la tcnica geofsica denominada tomografa elctrica, que puede considerarse como fruto de la evolucin de los mtodos geoelctricos clsicos, como el SEV y la calicata elctrica. La forma ms habitual de realizar este tipo de medidas es colocar la cantidad de electrodos deseada de forma alineada, con una distancia interelectrdica constante. De hecho, el principio fsico es el mismo, sin embargo en este caso en lugar de energizar y medir con cuatro electrodos, que van cambiando progresivamente sus emplazamientos, se utiliza una serie de electrodos (16, 24, 32, 48 etc.) que permanecen fijos en el terreno y con los cuales es posible obtener un nmero ms elevado de medidas combinadas

Figura 4: Arreglo de los electrodos en los sondeos 2D

Wenner Schlumberger

En el programa es llamado as por el movimiento lateral que se le aplica al arreglo clsico Schlumberger. En la primera estacin se puede observar que se comporta como un Wenner.

Figura 5: Medidas 2D en los dispositivos Wenner Schlumberger

4.-GeologaEl rea de estudio se puede encontrar a un lado del aeropuerto del municipio de Huejotzingo, en esta unidad incluye rocas lvicas baslticas de variada textura, depsitos de material piroclstico de tamao de "lapilli", gran cantidad de ceniza fina y escoria; as como bloques y "bombas" de diferente tamao, que se encuentran escasamente consolidados y localmente estratificados, pero al juzgar por el lugar en el que en que se puede observar abajo, el terreno concuerda con esas caractersticas, ya que se necesita un lugar firme para poder construir un aeropuerto, el cual requiere un lugar estable, dando como resultado un rea segura y en el cual vamos a corroborar haciendo tomografas y SEV, al juzgar por la ubicacin podremos encontrar rocas con abundante porosidad secundaria y sin la presencia de fsiles ni bioturbacin dado su origen gneo. Figura 6.-Lugar del rea de estudio.

5.- Explicacin del uso de los programas 5.1.- RES2DINVLa tcnica de la tomografa elctrica emplea los valores de resistividad aparente medidos con los dispositivos geoelctricos sobre la superficie del terreno, para generar imgenes del subsuelo donde se representan los valores de la resistividad verdadera de las diferentes zonas del subsuelo. La relacin entre la resistividad aparente y la resistividad verdadera, es una relacin compleja. Para determinar la resistividad verdadera del subsuelo a partir de los valores de la resistividad aparente, se aplica la tcnica de la inversin.El objetivo de la inversin geofsica elctrica es, como se acaba de indicar, encontrar un modelo de distribucin de resistividades verdaderas en el subsuelo, que genere una respuesta similar a los valores de resistividad aparente medidosFigura 7: Edit > Exterminate bad datum points

En esta parte se puede eliminar los puntos en los cuales se puede ver claramente errores de procesado que requieren ser borrados para poder apreciar un menor error.

Una vez esto, le daremos en la parte de inversin > Least-Squares inversin y tendremos un modelo como este, en la figura de abajo se puede apreciar lo que significa cada recuadro que aparece en la pantalla.

Figura 8: Explicacin de que los 3 tipos de grafica que aparecen en el programa.

Por ltimo se agrega la topografa y tendremos listo el trabajo.

5.2 IPI2WINAl procesar los datos en el programa de procesamiento IPI2WIN, se pueden corrigir los saltos en la grfica producidos por los empalmes realizados en el trabajo de campo (si es que lo hay), en esta parte, se colocaron los datos .txt para poder procesar los datos.

Figura 9: Abriendo la ventana SEV1, se puede apreciar un empalme.

Luego de realizar las correcciones por empalmes, se procedi a ejecutar la inversin elctrica, que gener la curva de mejor ajuste, conjuntamente con los espesores, profundidad y resistividades especificas correspondientes a cada capa invertida

Figura 10: Tabla y grafica de Inversin.

Aqu tendremos que utilizar las herramientas para poder mover la lnea Azul y hacer que el error no sea tan alto para poder hacer una inversin adecuada hacia las capas que pueden resultar a la hora de hacer la correccin.

6.-Modelos 2-D del programa RES2DINV e interpretacin Modelo 1.- Tomografa 1

Modelo 1.1 Tomografa con Topografa Como podemos ver entre el modelo medido y el calculado concuerdan uno con el otro, la mxima resistividad es una parte en la cual llega a haber una resistividad de ms de 162 ohms, la resistividad mnima, mostrada en la parte azul fuerte es la menos resistiva, ya que solo tiene un valor de 32.4 y va aclarndose mientras avanza la resistividad hasta llegar con la parte verde que al parecer abarca casi toda esta parte de la tomografa, que es la que tiene una resistividad media, con un promedio de 81.3 ohms y a partir de aqu empieza a variar el color tanto como el cambio de valores, ya que va aumentando la resistividad conforme avanzan a la parte ms resistiva que son arriba de los 162, esta manifestndose de color amarillo, caf, rojo hasta llegar a morado, como se muestra en la parte ms morada donde hay capas resistivas a su alrededor, all se aprecia mas el cambio de valores. Interpretacin geolgicaPudiendo haber rocas de origen sedimentario pero con la diferencia de que puede que estn demasiadamente compresiva entre s en esta parte, ya que al parecer empieza a los 9 metros de profundidad por la geologa del lugar, pero a pesar de todo, solo es una parte en la que presenta estas anomalas, ya que en la parte verde no se aprecia una parte demasiado resistiva, por lo tanto se intuye que apenas se empieza a apreciar el lugar donde se vern las partes ms abstractas conforme avance su profundidad, quiz queriendo decir que en la estructura de compactacin que all se manifiestaModelo 2.- Tomografa 2

Modelo 2.1 Tomografa con Topografa

En este modelo podemos observar que hay en el fondo una resistividad demasiado alta, quiz se encuentre una estructura lo suficientemente grande como para poder observar que por su forma de los 6 metros en adelante, sea una estructura en forma de pico en la que puede haber diferentes tipos de materiales resistivos, ya que entre ms se acera a su centro, mas resistivo es, llegando a ms de 20 metros, empieza a una profundidad de 6 metros y si se va mas para abajo quiz se encuentre una estructura grande, ya que solo se puede observar la punta, en la superficie hay materiales no con poca resistividad, de 21 ohms en adelante, se encontraron ms de 204 ohms de resistividad en esta parte y varias partes naranjas que quiz pertenecen cerca del 30% de la imagen, lo que da a suponer que es la resistividad media de 147, mientras que las otras, menos resistivas, son menos comunes. Interpretacin geolgicaEn la topografa que se muestra en la figura tiene una ligera pendiente que se nota muy levemente, al igual que como se coment arriba, la zona es muy apreciable para el uso humano, hay una variacin de nivel de 1 metro aproximadamente, haciendo que los datos no sean tan variables, de realizo con un espaciado de 5 metros por electrodo para tener una mejor apreciacin de la variacin del terreno. En los 21 ohms quiz pertenecen a diferentes tipos de suelo con granos de arenas y quiz arcillas en menor proporcin que hacen un suelo lo suficientemente estable y productivo con cerca de 9 metros aproximadamente y luego siguen unas partes resistivas en donde quiz se encuentren arenas muy comprimidas que hacen que haya demasiada resistividad en el medio. Modelo 3.- Tomografa 3

Modelo 3.1 Tomografa con Topografa

En esta imagen se le coloco un inversin de pseudoseccion de imagen para que estuviera acorde a la orientacin de los trabajos anteriores, aqu se pueden ver varios puntos de resistividad, que van acorde a la tomografa 1, con resistividades que van de los 140 a los 160 aproximadamente, pero con la diferencia que empiezan a ser muy comunes a una profundidad un poco ms temprana, siendo a los 4-5 metros aproximadamente en donde se puede ver que es comn ver este tipo de resistividades que aumentan de 115 a un poco ms arriba de 146, siendo estructuras lo bastante abundantes en el lugar debido a su posicin geogrfica, aqu la resistividad es comn y abarca gran tamao de la imagen.

Interpretacin geolgicaQueriendo decir que posiblemente haya diferentes materiales de origen sedimentario y para terminar, encontraremos esta ltima imagen con topografa, donde se puede ver el terreno con una leve inclinacin de un poco ms de 1 metro, observando que los primeros metros son los ms obvios en cuanto a desnivel y a pesar de que la mayor parte de la imagen es de color rojo, los parmetros resistivos no son tan altos, ya que son arriba de 146, dando a entender que son menos resistivos los materiales aqu establecidos y si se compara con los dems datos, quiz resulte que la parte morada sea del mismo material, quiz clastos o arenas comprimidas lo suficiente como para dar anomalas de este tipo y as poder correlacionar la geologa del lugar, dando a entender que son materiales sedimentarios que recibieron diferentes tipos de compresin a lo largo de su depositacion. 7.-Modelos utilizando el programa IPI e interpretacin Modelo 4.- SEV 1Como se observa en la imagen, se encontr 4 capas en el primer SEV, la cuarta capa se nota muy levemente en donde acaba la lnea roja, all se puede observar una pequea pendiente en donde se empieza a observar la ltima capa, en la tercera capa hay un pequeo salto en h, pero al observar se nota que hay concordancia entre capas, se puede decir que sigue un parmetro, ya que la profundidad y la longitud llevan una concordancia el uno con el otro.Modelo 5.- SEV 2

En el SEV 2 solo se encontr 3 capas con un error de 8.31, se pudo obtener menor error al aplicarle una cuarta capa, pero las densidades no concordaban, por ello se opt por colocar solamente 3, al observar la tabla pequea se puede corroborar que los datos van ms o menos adecuados a lo que se podra obtener en el terreno. Modelo 6.- SEV 3

En esta grfica y ultima vemos como aqu cambian las cosas, ya que la grfica va en descenso que quiz se deba a las diferentes resistividades que hay en el medio, aqu se obtuvieron 3 capas, la profundidad ms o menos concuerda con lo ancho del arreglo lo que nos llev a la conclusin que concuerdan todos los modelos que se han presentado a lo largo de los SEVS anteriormente estudiados, este SEV se pudo llegar a los 6.56% de error, pero al parecer no hubo problema con eso porque en un inicio se lleg a una concordancia mejor, pero el error era demasiado grande, por lo tanto se opt por este modelo aqu presentado.Modelo final aplicando Topografa y juntando los SEV 1-2-3

Este es el modelo final, se juntaron todos los SEVs, podemos observar que por las diferentes capas y modelos aqu presentes los ohms (m) van teniendo relacin unos con otros, un ejemplo, la primera de arriba, va en orden de 21.3, 42.2 y 56.2, dando como resultado la concordancia que hay en estas capas, as como la tercera que se observa e la cual la capa verde claro, negra y azul rey que a pesar de sus diferentes espesores que muestra, los valores no varan, por lo tanto solo es cosa de profundidad y no de datos que pudieran no concordar en este modelo. 8.- Representaciones Geolgicas

ArenasEsquistos, arenas finas y gruesasArenas gruesasArenas, limonitas y pequeos conglomeradosArenas separadas unas de otras Varios tipos de materiales medianamente comprimidosSedimentos como arcillas, arenas y limos

8.- CONCLUSIONESPara sondeos realizados en campo es importante abarcar ms longitud en los sondeos, pero a pesar de todo, se encontraron datos los suficientemente necesarios como para darnos una idea de lo que hay en el subsuelo y resulta una buena aproximacin de la geologa ya que la inversin de los datos de resistividad aparente con el programa RES2DINV resulto ptima es una herramienta bastante sencilla, que da aproximaciones muy importantes de las estructuras.En general el arreglo Wenner-Schlumberger y el Wenner, representaron ptimamente las profundidades de las estructuras, y los contrastes de las resistividades, los modelos que se obtienen de la inversin de los datos de resistividad aparente, dan resultados muy ptimos, con profundidades y valores de resistividad muy cercanos a los que se obtienen en las rocas sedimentarias y que estas mismas estn en una forma que dan en ocaciones resisitividades altas lo suficiente como para que estas aumenten de manera considerable, pero nada que pueda salirse de los parmetros. Por ltimo es importante adquirir datos reales con topografa y observar que resultados se obtiene del programa RES2DINV cmo cambia o vara el error que se obtiene al principio, y de los cuales ya se analiz ms arriba.

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