La Tomografía geoeléctrica como herramienta de diagnostico ambiental del subsuelo

Constantemente se ve incrementada la demanda de nuevas Herramientas de Diagnostico Ambiental Subsuperficial en la Industria del Petróleo y del Gas. Se puede aseverar que la Tomografía Geoeléctrica es una poderosa y óptima herramienta para tales propósitos. Su principal ventaja es que se trata de una Tecnología de Investigación NO INVASIVA, de la cual y a través de la medición de la Resistividad del Subsuelo se obtienen Imágenes de Resistividad de Detalle en muy poco tiempo de relevamiento.

En el presente trabajo se expone un resumen de la metodología y varios Casos Históricos de aplicación de Tomografía Geoeléctrica en situaciones reales de Diagnostico Ambiental con resultados exitosos.

Tomografía Geoeléctrica (TGe). Generalidades.

El método de TGe en Dos y Tres Dimensiones (TGe_R2D y TGe_R3D) es una técnica de investigación de Resistividad de áreas con anomalías complejas (resistivas o conductivas), donde el empleo de otras técnicas NO PERMITEN obtener información de detalle en 2D y 3D a profundidades someras.

La TGe consiste en medir la Resistividad Aparente (RA) con un dispositivo tetraelectródico determinado y con una separación constante entre electrodos denominada “a”, e ir variando las distancias entre los pares de electrodos emisor-receptor por múltiplos de un valor denominado “n”, de tal forma que el resultado final será una sección de RA a varios niveles “n” en profundidad; datos que posteriormente son tratados por medio de algoritmos matemáticos de Inversión.

La Inversión arroja como resultado una “Imagen de Resistividades y Profundidades Verdaderas” que se correlaciona con la información geológica, perforaciones, geoquímica, hidrogeología, edafología, etc. A través de la Interpretación se llega a las conclusiones del Diagnostico Ambiental, que puede ser constatada con las observaciones de campo y datos de perforaciones y/o calicatas mecánicas.

Conclusiones

Las siguientes características son de fundamental importancia en aplicaciones de Diagnostico Ambiental Subsuperficial:

1- Imágenes de elevada resolución para profundidades someras.
2- La cobertura en dos y tres dimensiones es mayor que la lograda con los métodos tradicionales, tales como perforación, sondeos y calicatas mecánicas, otros.
3- Los resultados se presentan en forma que posibilitan una fácil comprensión por parte de Geólogos, Hidrogeólogos, Ingenieros, u otros especialistas.-

Introducción.

El método de Tomografía Geoeléctrica (TGe) en su modalidad de Resistividad de Alta Resolución en Dos y Tres Dimensiones (TGe_R2D y TGe_R3D) es una técnica de relevamiento recientemente desarrollada para la investigación de áreas con anomalías complejas (resistivas o conductivas), donde el empleo de Sondeos Eléctricos Verticales (SEV), GeoRadar (GPR – Ground Penetrating Radar) u otras técnicas de Resistividad NO PERMITEN obtener información de detalle en Dos y Tres dimensiones a profundidades someras.

La TGe consiste en obtener una serie de medidas de resistividad aparente con un micro dispositivo tetraelectródico determinado y con una separación constante entre electrodos denominada “a”, e ir variando (aumentando) las distancias entre los pares de electrodos emisor-receptor por múltiplos de un valor denominado “n”, de tal forma que el resultado final será una sección de resistividades aparentes a varios niveles “n” en profundidad; datos que posteriormente son tratados por medio de algoritmos matemáticos de inversión para obtener una Imagen de Resistividad-Profundidad Verdadera lo que permite a través de la Interpretación llegar a las conclusiones del Diagnostico Ambiental.

Resistividad Aparente: Definición.

Es la variable experimental que expresa los resultados de las mediciones en TGe y la que se toma como base para la inversión y posterior interpretación.

Esta está definida por la ecuación:

donde K es la constante de normalización de cada dispositivo o factor geométrico , D V es la diferencia de potencial medido sobre el terreno, e I la corriente inyectada al mismo.

Resistividad. Su relación con los elementos del Subsuelo.

La TGe da una Imagen de la distribución de la resistividad real del subsuelo, para convertir esta Imagen de Resistividad en una estructura geológica / ambiental, es muy importante y necesario conocer algunas de las resistividades de los diferentes tipos de materiales del subsuelo y de la geología del área bajo estudio.

En la tabla 1, se observan los valores de resistividad de las rocas más comunes, materiales de suelo y algunas sustancias químicas (Keller y Frischknecht 1966, Daniels y Alberty 1966, Orellana 1982).

Las rocas ígneas y metamórficas típicamente tienen altos valores de resistividad. La resistividad de estas rocas depende mucho del grado de fracturación que posee, y el porcentaje de agua que rellena las fracturas del terreno.

Las rocas sedimentarias comúnmente son más porosas y tienen un alto contenido de agua, lo que normalmente hace disminuir los valores de resistividad.

Los suelos mojados y el agua fresca del terreno tienen aun más bajos valores de resistividad. Los suelos arcillosos normalmente tienen valores de resistividad más bajos que el suelo arenoso. Sin embargo, se destaca que existe una superposición en los valores de resistividad de las diferentes clases de rocas y suelos. Esto es debido a que la resistividad de un muestreo particular del suelo o roca depende de un número de factores tales como la porosidad, el grado de saturación de agua y la concentración de sales disueltas.

La resistividad del agua del terreno varía desde 10 a 100 ohm.m. dependiendo de la concentración de sales disueltas. Note que el bajo valor de la resistividad (alrededor de los 0.2 ohm.m) en el agua de mar o agua Coproducida se debe al alto contenido de sal, esto hace que el método de TGe sea una técnica ideal para la delimitación de la filtración en profundidad de viejas represas de tierra.

En la Tabla 1 también se muestra el valor de la resistividad de varios contaminantes industriales.

Los metales, tal como hierro, tienen valores de resistividad sumamente bajos. Los químicos, tal como sodio y cloruro de potasio, pueden reducir mucho el valor de resistividad del agua del terreno a menos de 1 ohm.m con moderadas concentraciones. El efecto de electrolitos, tal como el ácido acético, es comparativamente menor. Los compuestos de hidrocarburos, tal como xylene, típicamente tienen valore muy altos de resistividad.

Los valores de resistividad tienen un gran rango comparado a otras cantidades físicas obtenidos por otros métodos Geofísicos. La resistividad de las rocas y el suelo en un área de estudio pueden variar por varios ordenes de magnitud. En comparación, la densidad usada en investigaciones gravimétricas usualmente cambia pero por debajo de un factor de 2, las velocidades sísmicas normalmente no cambian por mas de un factor de 10. Esto hace que el método de la TGe sea una técnica geofísica muy versátil.

Dispositivos

Un dispositivo es un arreglo de electrodos formado con dos pares de electrodos, dos emisores y dos receptores. A través de los electrodos emisores C1C2 se inyecta la corriente continua al terreno midiendo su intensidad con un miliamperímetro en serie, y a través del segundo par se mide la diferencia de potencial entre los electrodos P1P2 con un Milivoltímetro. Se tienen arreglos donde uno o dos electrodos se conectan a una distancia lo suficientemente grande, denominados remotos o infinitos, a la cual no producen perturbaciones en la zona de estudio.

Figura 1. Diferentes Dispositivos usados en Tomografía Geoeléctrica para relevamientos 2D y 3D

Los Dispositivos más usados comúnmente para determinaciones de resistividad se muestran en la Figura 1. La elección de la “mejor” configuración para un sondeo de campo depende del tipo de estructura a ser estudiada, profundidad, la sensibilidad del resistivímetro y el nivel de ruido de fondo de la zona de estudio.

Los Dispositivos más usados comúnmente para determinaciones de resistividad se muestran en la Figura 1. La elección de la “mejor” configuración para un sondeo de campo depende del tipo de estructura a ser estudiada, profundidad, la sensibilidad del resistivímetro y el nivel de ruido de fondo de la zona de estudio.

En la práctica, los conjuntos más usados para la obtención de Imágenes de Resistividad Geoeléctrica en 2-D y 3-D son: a) Dipolo-Dipolo, b) Wenner-Schlumberger, c) Wenner, d) Polo- Polo y d) Polo-Dipolo. De entre las características de un determinado arreglo debe considerarse: i) la profundidad de investigación, ii) la sensibilidad del arreglo a los cambios verticales y horizontales de la resistividad subterránea, iii) la cobertura horizontal de datos y la relación señal ruido.

Por: Lic. Andrés López Hidalgo
Consultor Geofísico
Investigador Instituto Geofísico Sismológico Ing. F. S. Volponi, Facultad de Cs. Exactas,
Físicas y Naturales. Universidad Nacional de San Juan
e-mail: [email protected]