Métodos de prospección física para Geologos.

1. Métodos de prospección física
Presentador por:
Luis Camilo Gómez Trujillo

2. La prospección geofísica
es un conjunto de técnicas físicas y matemáticas, aplicadas a la exploración del
subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de substancias útiles (petróleo,
aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.), por medio de observaciones efectuadas
en la superficie de la tierra. Algunos de los métodos utilizados en la exploración son:
Geofísicos
• Estudios sísmicos: Consisten en producir artificialmente ondas sísmicas con una
explosión pequeña o el impacto sobre la superficie de un objeto de gran peso (a
veces, portado por un camión especial para esta tarea). Estos estudios
detectan muy bien la presencia de hidrocarburos.
• Estudios gravimétricos: Son aquellos que consisten en medir la intensidad de
la fuerza gravitatoria de la Tierra, la cual puede cambiar cuando se está en
presencia de grandes masas mineralizadas.
• Estudios magneto métricos: Éstos se basan en medir variaciones en el campo
magnético de la Tierra a fin de detectar minerales como la magnetita que alteran
el campo magnético.
• Estudios radiométricos: Consisten en efectuar mediciones de las radiaciones que
se emiten desde el interior de la Tierra. Resulta apropiada para detectar la
presencia de minerales como el "radio" o el "uranio".

4. Ventajas de la prospección geofisica
• La búsqueda de nuevos recursos mineros es uno de los principales
problemas al que se encuentra el sector de la exploración. Los recursos se
localizan dispersos en el territorio, concentrados y a profundidades
variables.
• La geofísica se adapta a toda la gama de necesidades de exploración,
realizando investigaciones de grandes áreas con complejos métodos
electromagnéticos transportados, magnéticos, gravimétricos, etc. Para
localizarlos en un área específica y modelizar sus dimensiones utiliza
sistemas sísmicos, electromagnéticos de dominio
tiempo, eléctricos, sistemas sísmicos; que aportan información y
disposición de los recursos.
• Con la geofísica es posible barrer áreas enormes, en pro de búsqueda de
recursos muy concentrados, como hidrocarburos, o minerales preciosos.
Del mismo modo es posible, modelizar la disposición del recurso,
profundidad, para valorar la viabilidad de la explotación. Como no es
posible barrer toda el área, y realizar un mapeado a diferentes
profundidades.

6. Aplicaciones para la prospecion
geofisica

7. • Los resultados que físicamente más se aproximan al
modelo de datos, son los que nos indican que el
material explotable es de mayor calidad. Esta
información es muy útil porque permite priorizar las
explotaciones.
• Entre las técnicas más comunes, se encuentra
la sísmica Vs30, para obtener los parámetros elásticos
y dinámicos de los materiales. La tomografía eléctrica,
para comparar su resistividad al paso de la corriente.
El georradar es muy útil para comprobar la
homogeneidad de bloques y su sistema de diaclasas.

9. Análisis de recursos
• el análisis de recursos mineros, consiste en el
conocimiento de los recursos. La gran cantidad de datos
que aporta los estudios geofísicos, facilitan las gestiones de
las explotaciones mineras con un coste muy bajo. La
alternativa, es la realización de ensayos mecánicos, que
son muy lentos, puntuales, caros y en algunos casos no
viables, por dificultades de acceso.
• Con las tecnicas de prospecion se realizan
ensayos eléctricos y sísmicos que obtienen modelos 1d, 2d
y 3d, a profundidades medias con elevada calidad (0-100
metros de profundidad). La caracterización estratigráfica y
litológica, sumada a las propiedades físicas de los propios
materiales sirve de hoja de ruta a las explotaciones
mineras.

11. Geología de detalle y Cartografía
Geológica
• La evaluación geológica es fundamental para el diseño
de una campaña de exploración geofísica. La
concentración de recursos de investigación viene
definida por una evaluación geológica, de una zona
extensa.
• La cartografía de detalle permite tener unos datos de
materiales en superficie, en caso que sean aflorantes, y
un diseño de modelos experimentales de potencias de
recursos y su disposición. En base a la cartografía
geológica de detalle se realizan campañas de
exploración concretas, despejando datos sobre
buzamientos de capas, potencias aproximadas y
profundidades aproximadas.

12. Hidrocarburos y plumas de
contaminación
• La contaminación del subsuelo, especialmente la contaminación
por hidrocarburos es una problemática a resolver. Las actividades
con posibilidad de contaminación se suelen concentrar en áreas
muy pequeñas. Estas actividades pueden verter residuos durante
años, sin ni siquiera tener conocimiento de fuga.
• La legislación vigente no permite la contaminación del subsuelo y se
recomienda que se evalúe y se recicle el suelo contaminado. La
contaminación puede afectar al desarrollo de la vegetación
superficial y a la contaminación de recursos hídricos, inutilizándolos
para el consumo.
• Poe eso se han adaptado sus técnicas para conseguir localizar, y
modelizar las plumas de contaminación. De esto modo se puede
descartar zonas contaminadas, y realizar extracciones seguras de
material contaminante. Dentro de las técnicas, las más destacadas
son la tomografía eléctrica y el geo-radar.

13. Técnicas de prospección geofísicas

14. Tecnicas Eléctricas
• Los métodos eléctricos funcionan emitiendo corriente por uno o varios
electrodos, llamados de corriente, y la recepción por uno o varios electrodos
llamados de potencial. La diferencia entre la corriente emitida y la recibida,
se denomina resistencia eléctrica y se expresa en Ohmios. El resultado de
los ensayos se suele tratar con software específicos, para obtener resultados
más precisos y rápidos del subsuelo.
• Según la amplitud entre los electrodos emisores y los receptores se
obtienen valores a mayor profundidad, llegando a 500 metros de
profundidad o más. Según la configuración electródica se pueden obtener
diferentes resultados, tanto en el plano horizontal, como en el plano
vertical.
• Las aplicaciones más comunes son:
• Caracterización resistiva de materiales y estructuras geológicas.
• Modelización de la estratigrafía del substrato.
• Detección y modelación de cavidades.
• Planificación de tomas de tierra.
• Localización de niveles freáticos.

16. Calicatas eléctricas
• Consiste en la realización de unas tomas de
resistividades someras, para obtener información
rápida y económica. Se obtienen curvas resistivas para
los primeros metros, y podemos caracterizar el
material y tener su resistividad. Esta información es
muy útil, para instalar tomas de tierra y centros
eléctricos.
• Generalmente utilizan métodos tetra-electródicos,
haciendo emisión de corriente por electrodos de
corriente y recibiendo por electrodos de potencial. Las
tomas de campo son muy rápidas y suponen un bajo
coste.

18. Sondeos eléctricos verticales (SEV)
• Generalmente utilizan métodos tetra-electródicos,
haciendo emisión de corriente por electrodos de corriente
y recibiendo por electrodos de potencial. Con la separación
entre los electrodos obtenemos valores a mayor
profundidad, siendo posible obtener datos a 200 metros.
• Se utiliza para obtener datos geológicos en zonas de difícil
acceso y para aumentar la malla de datos en zonas
regulares. Los sondeos eléctricos verticales (SEV) de campo
son muy rápidos, y permiten obtener caracterizaciones del
subsuelo hasta altas profundidades. Evita la realización de
campañas de sondeos profundos y permite optimizar
campañas de perforaciones mecánicas.

20. Tomografía eléctrica 2D y 3D
• Compartiendo los mismos principios que los
SEVs, se obtienen imágenes resistivas del
subsuelo; con la mejora de la obtención de
una gran cantidad de valores, en dos y tres
dimensiones.
• Se utiliza para obtener datos geológicos,
detectar fallas, fracturas, oquedades, zonas
contaminadas, recursos mineros, etc.

22. Ensayos de pozo.
Tomografías cruzadas (CET)
• Este método también mide la diferencias
geoléctricas de los materiales atravesados.
Funciona como una tomografía eléctrica, pero se
diferencia en el plano de trabajo. En este caso se
realizan en plano vertical, de modo
unitario, entre dos sondeos, y entre sondeos y
superficie.
• Es muy útil en zonas urbanas para caracterizar el
subsuelo y estructuras, así como cimentaciones
de edificios o continuidad de capas entre
sondeos.

24. Polarización inducida (IP)
• El fenómeno de la polarización inducida se observa cuando
se hace pasar corriente eléctrica a través de un electrolito
que contiene cuerpos o partículas de conducción
electrónica (metales, semiconductores, minerales).
• Los sistemas tetraelectródicos se utilizan comúnmente en
el estudio de Polarización Inducida. Estos sistemas cargan el
subsuelo por los electrodos de corriente durante un
tiempo, y reciben la respuesta con un tiempo mayor, por
los electrodos de potencial. De este modo se analiza cómo
se descarga el subsuelo, especialmente la descarga
realizada por los metales en el subsuelo.
• Con el paso de corriente se consigue polarizar los
materiales conductores, de este modo se localizan y
modelizan los cuerpos investigados.

26. Tecnicas Electro-magneticas
• Las técnicas electromagnéticas de prospección del
subsuelo, se basan en la medida y análisis del
comportamiento de los campos electromagnéticos
inducidos en el terreno mediante impulsos de corriente de
cierta intensidad, circulando por una bobina situada
horizontalmente sobre el suelo.
• El equipo de prospección se compone de un transmisor de
corriente con su fuente de alimentación, una bobina
transmisora, elreceptor de los campos inducidos y
un registrador digital de los datos obtenidos, que permite
su posterior estudio y análisis.
• En función de en qué domino se esté trabajando, se
pueden distinguir dos grupos de técnicas: en el dominio de
tiempos (TDEM) y en el defrecuencias (FDEM).

29. GPR Georadar
• El georadar es un método de prospección geofísica basado en la emisión de
impulsos electromagnéticos mediante una antena emisora, estos en su trayectoria
a través del subsuelo pueden encontrarse con un cambio de sustrato.
• Parte de la energía se refleja de vuelta mientras el resto continúa su camino.
Disponiendo de una antena receptora en la superficie es posible detectar estas
reflexiones. Al ir desplazando las antenas sobre la superficie se van registrando el
conjunto de reflexiones producidas, con lo que se obtiene una imagen
bidimensional de la historia de las reflexiones bajo la línea de desplazamiento de la
antena.
•
• Las aplicaciones más comunes son:
• •Geodetección (Georadar + Radiodetección). Detección de servicios enterrados
• •Reconocimiento lito-estratigráfico
• •Obtención de volúmenes de cavidades subterráneas
• •Auscultación del pavimento, hormigón de estructuras y túneles en vías férreas
• •Aplicaciones arqueológicas

31. FDEM y TDEM
• El método de dominio del tiempo de inducción electromagnética (TDEM) consiste en generar
un campo electromagnético que induce una serie de corrientes en la tierra en profundidades,
cada vez mayor en el tiempo. Estas corrientes, a su vez, crean campos magnéticos. Mediante
la medición de estos campos magnéticos, se obtienen las propiedades del subsuelo y sus
características. Este método permite el estudio a grandes profundidades.
• El método de Dominio de la Frecuencia de inducción Electromagnética (FDEM), implica la
generación de un campo electromagnético que induce corriente en la tierra, que a su vez
provoca que el subsuelo cree un campo magnético. Mediante la medición de este campo
magnético, se pueden medir las propiedades y las características del subsuelo.
• TDEM tiene aplicaciones similares a FDEM. La ventaja del TDEM radica en su capacidad para
determinar las profundidades y mapear características mucho más profundas. Los
ensayos FDEMson recomendables para explorar grandes superficies.
• Las aplicaciones más comunes son:
• La identificación de los acuíferos, detectando la presencia de agua o intrusiones de agua
salada en las investigaciones de aguas subterráneas.
• Cartografía de los recursos mineros.
• La detección de objetos metálicos y mapeo de los lixiviados en las investigaciones sobre el
medio ambiente.
• Cartografía de permafrost y otros rasgos geológicos de la ingeniería geotécnica

32. Prospección Electromagnética VLF
• Esta técnica de investigación del subsuelo, consiste enaprovechar
las componentesmagnéticas del campoelectromagnético generado
por transmisores de radio existentes a lo largo de diferentes países,
que usan la banda VLF
(Very Low Frequency) entre
15 y 30KHz.
• Las anomalías y las estructuras de diferentes resistividades que se
encuentren en la superficie o bajo tierra, afectan a la dirección e
intensidad del campo que genera la señal de radio transmitida. En
torno a dichas anomalías de la estructura geológica, se genera una
distorsión o débil campo secundario, que se mide y se analiza, a fin
de poder interpretar los datos obtenidos, para la localización, por
ejemplo, de fallas que puedan contener agua en su interior.

34. Técnicas Gravimétricas
• Los métodos gravimétricos miden las variaciones de gravitatorias de la superficie terrestre en
función del campo gravitatoria de la tierra. En base a estas variaciones, se puede obtener la
densidad del subsuelo y por lo tanto la composición.
• Los ensayos gravimétricos miden una gran cantidad de valores en de diferentes puntos de la
superficie, obteniendo un modelo que se deben corregir respecto a la gravedad de la tierra y
otros factores como la topografía, las mareas terrestres (las influencias gravitacionales del sol
y la luna), elevación, el terreno, y la fuerza centrífuga de la rotación de la Tierra. Colocando
los valores corregidos en la malla de datos de superficie se obtiene un mapa gravitatorio de
la zona.
• Los mapas gravimétricos se utilizan para crear modelos del subsuelo. Puesto que los cambios
gravimétricos son causados por las diferencias de masa, las rocas más densas crean fuertes
campos gravitacionales, que rocas menos densas del mismo tamaño.
• Los métodos de gravimétricos tienen claras ventajas en ciertas situaciones. Son rentables
para exploración de grandes áreas y no están influenciados por los campos
electromagnéticos creados por el hombre u objetos metálicos. Sin embargo, las
interpretaciones gravimétricas pueden tener diferentes interpretaciones, por lo que se
suelen apoyar en otros métodos de investigación como la geología del subsuelo y otras
técnicas de investigación geofísica.
• Las aplicaciones más comunes son:
• Las investigaciones de aguas subterráneas, detectando el nivel freático.
• Las investigaciones geotécnicas para trazar mapas del subsuelo.
• La detección de grandes cuevas y zonas oquerosas.

35. Gravímetro circulares:

36. Aplicaciones principales:
Localización de hidrocarburos.
Búsqueda y localización de túneles y cavidades.
Investigación arqueológica
Estudios científicos y estructurales de la corteza terrestre.

37. Unidades de medida
• •Para las mediciones con respecto a la gravedad
el valor de g en el Sistema Internacional vendría
dado en m/seg2,que corresponde a 9.8m/seg2,
pero en honor a Galileo se definió el Gal =
1cm/seg2. Como dijimos, necesitaremos valores
tan pequeños como el miligal 1mgal = 0,001 Gal o
la unidad gravimétrica ug = 0,1 mgal. Para
trabajos de microgravimetría se utiliza el
centésimo de miligal, es decir 0,01 mgal.

38. Tecnicas Magnéticas
• Los métodos magnéticos miden perturbaciones en el dipolo
del campo magnético de la tierra. Generalmente utilizan
unos protones que excitan los materiales de superficie y
miden la respuesta de llegada. También hay métodos
magnéticos que aprovecha el campo magnético natural de
la tierra para observar anomalías.
• Las aplicaciones más comunes son:
• Detección de suelos contaminados
• Detección de grandes zonas oquerosas.
• Localización de fallas, fracturas y cambios litológicos
importantes.
• Previsión arqueológica y detección de artefactos
enterrados.

39. • La prospección magnética es una técnica basada en la medida y
estudio de las variaciones delcampo magnético terrestre, obteniéndose
medidas del valor totaldel campo magnético o bien, opcionalmente, del
gradiente de dicho campo magnético. Estas variaciones, son debidas a la
presencia de cuerpos susceptibles de ser magnetizados y que, por tal
motivo, contribuyen a modificar el campo magnético terrestre
en su entorno.
• Aplicaciones principales:
• Exploración Geológica y Minera.
• Medida de las propiedades de las rocas.
• Estudios de contaminación de suelos.
• Búsqueda de objetos y cuerpos enterrados.
• Localización de objetos metálicos enterrados.
• Detección de minas, granadas y obuses enterrados.
• Arqueología.

41. Modelo de un dipolo magnetico

42. Tecnicas Prospección Sísmica
• La sísmica se utiliza para obtener las propiedades elásticas del terreno, así
como su morfología. Con ello se realizan los cálculos de los módulos
elásticos del substrato, modelización de diferentes capas, informando
fielmente de su disposición y ubicación.
• Los métodos sísmicos se pueden diferenciar por el tipo de ondas que se
pretende obtener, el tipo de fuente energética, el tiempo de medida, etc.
Con ello se puede realizar estudios de coeficientes dinámicos del subsuelo,
estudios de vibraciones, sísmica de refracción o sísmica de reflexión.
• Las aplicaciones más comunes son:
• Determinación de ripabilidades del substrato
• Valoración de estabilidad de taludes y deslizamientos
• Estratigrafía del terreno
• Modelización de estructuras geológicas
• Determinación de densidad del subsuelo y Vs30
• Testificación de pilotes.

44. Refracción (Vs y Vp)
• Este método mide las propiedades elásticas del
terreno, y su distribución geológica. Funciona
emitiendo impulsos en el subsuelo y midiendo el
tiempo en los sensores de llegada.
• Las aplicaciones más comunes son:
• Caracterización del subsuelo
• Caracterización de estructuras, como
cimentaciones de edificios
• Caracterización de continuidad de capas entre
sondeos.

46. Reflexión
• Este método mide las reflexiones producidas
por las ondas sísmicas al atravesar los
diferentes materiales. Se obtiene un gráfico de
dromocronas, dónde se representan las
reflexiones de llegada a los sensores, respecto
al tiempo.
• Con ello se obtiene una imagen aproximada
de la distribución de la estratigrafía en el
subsuelo.

48. Ensayos de pozo. Down-hole y Cross-hole.
Sísmica Paralela
• Los ensayos de pozo funcionan introduciendo una línea de geófonos, o
aquófonos, por unos sondeos, y medir el tiempo de respuesta entre la
pulsión sísmica y el espacio.
• Los ensayos down-hole son muy útiles para obtener datos de
propiedades elásticas en terrenos, alterados, con mucha humedad,
dónde la muestra mecánica no es representativa de las condiciones del
substrato. El ensayo cross-hole, permite valorar el acabado de pilotes,
valorar a mayor profundidad y exactitud la continuidad entre capas, y
tener datos de zonas de difícil acceso (cimentaciones, tanque de
carburante, etc.)
• El ensayo de sismica Paralela está desarrollado para atender a
situaciones en la que existen dudas sobre la integridad y la longitud de
los pilotes y pantallas cuando la estructura está completamente
terminada. En estos casos no suele ser accesible la cabeza de los pilotes
y es difícil utilizar otro método no destructivo. Dadas sus especiales
características se suelen utilizar en el campo de la rehabilitación
estructural tanto en edificación como en obra civil.

50. Pasiva (R.E.M.I.
• Este método consiste en registrar el ruido
natural, que producen las actividades
humanas. Se utilizan sismógrafos
profesionales, con un amplio espectro de
captación de señal, y se montan líneas
similares a las de sísmica de refracción.
• Es muy útil en entornos urbanos, dónde la
sísmica de refracción, recoge mucho ruido y la
señal no es tan buena.

52. Sísmica Vs30
• Se denomina Vs30 al valor promedio de la velocidad de las ondas de cizalla en los
primeros 30 metros de terreno. Es un parámetro importante ya que a partir de él
se definen las categorías de suelo en el Código Internacional de la Edificación
(IBC2000) adoptadas por el NEHRP (National Eartquake Hazards Reduction
Program). Según esta clasificación, el tipo de suele puede ser divido en cinco
categorías.
• El nuevo método de VS30 es una simplificación del método de Análisis Espectral
de Ondas Superficiales (SASW). Se obtiene un único valor para el promedio de
velocidad de ondas de corte, en los primeros 30 metros. El método simplificado se
basa en la correlación entre la velocidad de fase de onda-Rayleigh y VS30.
• Los principales beneficios son los que generalmente caracterizan a los métodos
geofísicos. El método es simple, robusto, y se puede realizar rápidamente; por lo
que es una prueba ideal estándar de ingeniería. Con este ensayo evitamos en gran
medida realizar perforaciones y ensayos geofísicos en pozo (Seismic Down-Hole)
Las aplicaciones incluyen la caracterización del suelo y la cartografía de los riesgos
sísmicos. Se puede utilizar para la caracterización detallada de una gran área, a fin
de centrar un programa de perforación.

54. Vibraciones
• Este método consiste en analizar todo el espectro
de onda producido por una actuación humana, y
como se refleja en las edificaciones y en las
personas. Es muy útil como elemento de control,
en actividades de excavación, voladura, o
perforación. Con este método se aísla el impacto
símico de una determinada actividad y se evalúa
la afección a las estructuras y a las personas. Es
un método sencillo y eficaz, permite la
monitorización de una obra, o realizar análisis
puntuales de las actividades.

56. Sismógrafos para Voladuras y
Vibraciones
La medida y registro de la intensidad y
frecuencia de las vibraciones sísmicas y
ondas acústicas, producidas por las voladuras en
las explotaciones mineras, canteras,
construcción de obras públicas, demoliciones,
etc., es de obligado cumplimiento, en tanto que
pueden afectar en distinto grado a estructuras
próximas, edificios, áreas urbanas, etc.

58. Ultrasónicas
• Los métodos de ultrasonidos utilizan el eco de los impactos de ondas
generadas que se propagan a través del material y son reflejadas por
las superficies y por defectos internos de las mismas.
• El método funciona mediante la creación de un impacto mecánico de corta
duración en la superficie del material que se están examinando. Esto se
realiza normalmente por el impacto de pequeñas bolas de acero que
producen ondas de baja frecuencia que se propagan a través del material.
Mediante el registro y análisis de la vibración del impacto mecánico en la
superficie, se puede determinar el espesor y otras características físicas.
• Aplicaciones más frecuentes:
• Determina con precisión el espesor del hormigón sin necesidad de taladrar
núcleos ni utilizar otras técnicas destructivas. .
• Localiza nidos de abeja, laminaciones y vacíos en una estructura.
• Mide el espesor y localiza roturas, vacíos y otros defectos en estructuras de
mampostería.

60. Técnicas de prospección por medio de
Radiodetección
• El sistema de radiodetección consiste en la
captación de diferentes frecuencias de onda
inducidas mediante un transmisor y captadas
por un receptor. Se distinguen entre dos
métodos a la hora de localizar servicios
mediante radiodetección.

62. 1. CAPTACIÓN DE ONDAS PASIVAS:
• Las señales pasivas se encuentran presentes de forma
natural en muchos conductores y estructuras
enterradas.
• De potencia: La corriente que llevan los cables de
energía eléctrica producen una señal de 60 Hz, ésta
sirve de base para la localización de la línea mediante
un receptor pasivo.
• De radio: Las transmisiones de radio de onda larga
penetran en el subsuelo y fluyen como corrientes de
radiofrecuencia a lo largo de tuberías y cables estén
cargados eléctricamente o no.

63. 2. CAPTACIÓN ONDAS ACTIVAS
• Para la aplicación de este método hace falta un transmisor de
señales de frecuencia conocida para la inducción del servicio.
• Pinzas de inducción: Se emplean para aplicar la señal del
transmisor a un cable o una tubería sin interrumpir la alimentación
y con acoplamiento reducido. Las señales transmitidas van desde
los 8kHz a los 131 kHz.
• Inducción directa: Se aplica en los casos en los que el servicio sea
conductor, tal como cables de cobre, tuberías de acero, etc. Se
transmite una señal de forma directa a través de unas pinzas
caimán y se cierra el circuito haciendo toma de tierra mediante una
piqueta.
• Inducción indirecta: Se emplea cuando no es posible acceder al
servicio directamente. Se coloca el transmisor sobre la línea a
detectar y éste le induce una frecuencia conocida que oscila entre
los 8kHz y los 33kHz.