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METODOS GEOFISICOSDE EXPLORACION MINERA
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Introduccin Mtodos de campo natural y artificial Resolucin del problema directo e inverso Clasificacin de los mtodos geofsicos Mtodo gravimtrico Mtodos elctricos y electromagnticos Mtodo magntico
Mtodos ssmicos Mtodo radiomtrico
Elaboracin de informes geofsicos Instrumentacin geofsica Bibliografa
INDICE
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El conjunto de actividades de la sociedad se basa en elconsumo de materias primas.
La minera se estructura en dos fases: La exploracin minera La explotacin minera
Va desde la bsqueda de concentraciones mineraleshasta su anlisis econmico y tecnolgico.
4
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La exploracin es un proceso de alto riesgo.
Una mayor dificultad para encontrar yacimientos enzonas ya muy exploradas.
La inestabilidad poltica en muchos pases menosexplorados y con gran potencial minero.
Las grandes y crecientes presiones medioambientalesy sociales.
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PreviaRecopilacin y anlisis de mapas e
informes, fotointerpretacin,reconocimientos de indicios
conocidos.
Formulacin de unproyecto de seleccin
de zonas.
de 1:1.000.000a 1:200.000
7-8%
Reconocimientoregional
Prospeccin sistemtica del reapor mtodos geolgicos,geoqumica y geofsica
aerotransportada, fotogeologa,teledeteccin.
Definicin de objetivospara la exploracin de
detalle. Reduccin delrea por descartar zonas
sin inters.
de 1:200.000a 1:50.000
13-15%
Exploracinde detalle
Continuacin de la prospeccin enreas seleccionadas, finalizando conlabores (pozos, sondeos y calicatas).
Identificacin demineralizaciones y primera
estimacin de su interseconmico.
de 1:20.000a 1:1.000 70%
Definicin del
yacimiento
Exploracin previa al desarrollo,mediante sondeos en malla y
galeras para determinar suscaractersticas.
Demostracin de laexistencia de un
yacimiento, y obtencin delos datos para el desarrollo
de una mina.a menos
10%
GASTOFASE ACTIVIDADES OBJETIVOS ESCALA
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Recopilacin de informacin
Teledeteccin
Geologa
Geoqumica
Geofsica
Calicatas Sondeos mecnicos
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Ciencia que estudia la fsica de la Tierra.
Geodesia,magnetismo,
electricidad terrestre,campo gravitatorio,
sismicidad.
Deteccin yreconocimientode yacimientos,
recursos naturales opara la resolucin de
problemas geolgicos.
Geofsica aplicadaGeofsica pura
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Es el estudio del subsuelo mediante la medida y el
anlisis de una o varias propiedades fsicas.
Estudia la reparticin en profundidad o lateralmente.
Determina las variaciones de dicha propiedad.
Debe haber contraste en la propiedad fsica.
PROSPECCION GEOFISICA
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Geolgicas
Mineras
Geotcnicas
Hidrogeolgicas
Medioambientales
Arqueolgicas
Patologas en estructuras
APLICACIONES
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CLASIFICACION DE LOSMETODOS GEOFISICOS
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METODO PARAMETRO PROPIEDAD FISICA
MAGNETICO Magnetismo terrestre Susceptibilidad magntica
GRAVIMETRICO Gravedad Densidad
ELECTRICOa) Potencial espontneob) Resistividadc) Polarizacin inducida
a) Potencial naturalb) Resistividad aparentec) Cargabilidad
a) Conductividadb) Resistividadc) Efectos electroqumicos
ELECTROMAGNETICO Electromagnetismo Conductividad
SISMICO Velocidad de ondas Elasticidad
RADIOMETRICO Radiacin gamma Radiactividad
CLASIFICACION DE LOS METODOSGEOFISICOS
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METODOS DE CAMPONATURAL Y ARTIFICIAL
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Campo natural: Las propiedades naturales de lasrocas (mtodos pasivos).
Campo artificial: Los que estudian las propiedadesque surgen en las rocas como respuesta (mtodos
activos).
CLASIFICACION DE LOS METODOSGEOFISICOS
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Potencial espontneo
Gravimtrico
Magntico
Electromagntico: AFMAG
Ssmica pasiva Radiomtrico
METODOS DE CAMPO NATURAL
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Mtodo de resistividades
Polarizacin inducida
Ssmica de reflexin
Ssmica de refraccin
Electromagntico
METODOS DE CAMPO ARTIFICIAL
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Prospeccin area
Mtodos de superficie
Testificacin geofsica
CLASIFICACION DE LOS METODOSGEOFISICOS
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RESOLUCIONDEL PROBLEMA DIRECTO
E INVERSO
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1. Cualitativa
2. Cuantitativa
Modelado directo
Modelado inverso
INTERPRETACION
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Presencia de zonas anmalas y caractersticasanalizando su representacin grfica.
INTERPRETACION CUALITATIVA
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Pautas Separacin de isolneas Gradientes Tendencias Alineaciones Signo
INTERPRETACION CUALITATIVA
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Datos de coordenadas X, Y y Z Creacin de una cuadrcula Funciones de extrapolacin e interpolacin Kriging: Inverse distance to a power: Minimum curvature: Natural neighbor: Nearest neighbor: Polynomial regression:
Triangulation with linear interpolation:
1. Creacin de una cuadrcula o mallado
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2. Creacin de un mapa
Mapa de curvas de nivel ( contour map )
525810 525815
5 4 0 5 4
5
5 4 5
525820 525825 52 5810 525815 525 820 525825
4665700
4665705
+
+
++
++
+
++4665700
4665705
+
++
++
+
+
++
+
+ ++++
+
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4665900
4665600525400
525700
3. Herramientas: mapas 3D
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3. Herramientas: superposicin de mapas
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3. Herramientas: filtros
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3. Herramientas: perfiles
44990450004501045020450304504045050450604507045080
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Consiste en determinar los valores o la distribucin deuna propiedad fsica del terreno que encaje con losresultados de las mediciones e identificar,geolgicamente, esos parmetros fsicos.
La interpretacin consiste en determinar, con base, elanlisis de los diferentes productos y procesos fsico-matemticos, los cuerpos o estructuras que producen
las anomalas y darle un significado.
INTERPRETACION CUANTITATIVA
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Resolucin del problema directo: En los que dada unadistribucin determinada, pretendemos calcular el campo ola respuesta que produce.
?
Cuerpos de geometra sencilla
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Resolucin del problema inverso: A partir de losvalores obtenidos con las medidas realizadas, tratamos
de deducir el modelo al que corresponden.
?
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Para resolver el problema inverso, debe estar resuelto elproblema directo.
?
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Principio de equivalencia: La posibilidad de encontrarmltiples distribuciones, cuyo comportamiento mediblees idntico o suficientemente similar.
+ P+ d
+ E-
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Ambigedad en la interpretacin: Las magnitudes amedir no siempre mantienen una relacin biunvoca conla propiedad fsica que queremos estudiar.
Resistividad Porosidad
Velocidad ssmica Saturacin
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El modelado directo o modelo iterativo
Se basa en el clculo de la anomala terica correspondientea un modelo de dimensiones y propiedades fsicas conocidas.
1. Establecimiento de un modelo aproximado2. Clculo de la anomala ( a cal)
0.8
9max
91/2
X1/2
0.4
250
Z
R
0
0
500
X
r
1g
g
750 1000
0.0
z(mgal)
P(m)
Az = 0.0 deg2
tv
UNIVERSIDADDE VIGO AGUAS SUBTERRANEASLagoas-Marcosende
CAMPUS VIGO
10
1000
100
10
1 10 100 1000
0.1
1
10
D e p
t h [ m ]
A P P A R E N T R E S I S T I V I T Y
RESISTIVITY [ohn-n]1 10 10 0 1 000 1010 4 5
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El modelado directo o modelo iterativo3. Comparacin de las anomalas ( a cal ) y ( a obs )
4. Ajuste de parmetros
5. Repeticin hasta obtener el mejor resultado
1000
1000
1000
100
100 1000
10
100.1 11
Angosto de AndalucaSEV5
100
100
M3N3
M2N2
M1N1
AB/2(m)Z;AB/2(m)
R E S I S T I V I D
A D
1010
CRA (MN-1m)CRA (MN-10m)CRA (modelo)
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El modelado inverso
A partir de la anomala observada se determina el cuerpoo distribucin de algn parmetro geofsico del subsuelo.
1. La determinacin de los parmetros de las estructurasanmalas a travs de la inversin del campo potencial.
2. Dado un conjunto de observables (n) y los parmetros(m) de un modelo general, se pretende obtener elmejor encaje a travs de un mtodo de ajuste: mnimoscuadrados .
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3. Los datos sern repartidos en una malla regular. Sepuede considerar que la subsuperficie est formadapor un conjunto de prismas.
4. Consiste en la linealizacin de un conjunto deecuaciones que puede parecer irresoluble.
5. Las anomalas observadas pueden ser reproducidasajustando uno de los parmetros variables para cadaprisma.
6. La resolucin del sistema nos proporcionar eltamao, la profundidad y el valor del parmetro fsico.
El modelado inverso
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1.5
1.5
0.8
6.1
6.1
6.5
10.8
10.8
13.0
15.4
15.4
17.6
21.5
21.5
29.2
20.2 30.0 40.0 50.0 60.0 78.0 80.0 90.0
Measured Apparent Resistivity Pseudoselection
Calculated Apparent Resistivity PseudosectionIteration 4 AND error = 1.6%
24.5
24.5
24.5
48.0
48.0
48.0
72.0
72.0
72.0
96.0
96.0
96.0
120
120
120
H.
H.
H.
LANDFILL SURVEY
0.0
0.0
0.0Depth
Inverse Model Resistivity Section Unit electrode spacing 3.0 N
Resistivity in ohn.n
x
x x x x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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x
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x
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x
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x
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x
x
x
x
xx
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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x
x
x
x
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x
x
x
x
xx
x
x
xx
x
x
xx
x
x
x
x
x
x
x
xxxx
xxx
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
MODELBLOCK
DATUN POINT
x
x
x
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x
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x
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x
xx
x
xx
x
xx
x
xxxx
x
x
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x
x x x x
x
x
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x x
x x
x x
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x x x x
xxx
x
x
x
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x
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x
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x
x
x
x
x
x
x
x
x
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x
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x
x
x
x
x
x
x x
x
x x
x
x x
x
x x x x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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FASES DE UNACAMPAA GEOFISICA
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Fase 1: Planteamiento de la campaa
Descripcin y anlisis del problema planteado
Recopilacin de datos
Eleccin del mtodo y modalidad prospectiva
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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Fase 2: Programacin de la campaa
Programacin detallada del trabajo de campo
Planificacin logstica del estudio y del trabajo de
gabinete posterior
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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Fase 3: Ejecucin del trabajo de campo
Conocimiento de los instrumentos
Compromiso entre meticulosidad y operatividad
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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Fase 4: Tratamiento de datos
Recopilacin y elaboracin de datos obtenidos
Realizacin de mapas de isovalores
Separacin de anomalas
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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Fase 5: Interpretacin de resultados
Desde un punto de vista estrictamente geofsico
Aunando el conjunto de las interpretaciones
Revisin en funcin de datos complementarios
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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Fase 6: Informe final
Apartados que engloben todos los pasos
Conclusiones y recomendaciones
FASES DE UNA CAMPAA GEOFISICA
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La programacin del trabajo de campo merece unaespecial atencin.
Es necesaria la intervencin de un geofsico experto,y no solo la presencia de operadores.
Podemos encontrarnos con que las medidas noproporcionan los resultados esperados.
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La precisin depende de las caractersticas del equipoy del paso.
La escala de trabajo es funcin de lo que busquemosy de la extensin de la zona de estudio.
Los perfiles deben realizarse perpendiculares a ladimensin mayor prevista para los cuerpos buscados.
La penetracin de los dispositivos de medida esfuncin de la profundidad.
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El xito en los resultados que suministran estastcnicas radica en un conocimiento elemental sobre lasleyes que rigen cada mtodo.
Geofsico experto, y no solo operadores.
Las medidas no proporcionan los resultadosesperados.
Conocimiento geolgico.
CONSIDERACIONES GENERALES
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Las tcnicas geofsicas no son infalibles y no debenpresentarse como tal.
Factores como las condiciones del entorno
Distribucin compleja de las propiedades
Limitaciones
CONSIDERACIONES GENERALES
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La geofsica elabora modelos que siempre sonimgenes aproximadas de la realidad.
La interpretacin son modelos calculados a partirde datos experimentales.
El modelo geofsico normalmente es ms pobreque el modelo geolgico.
Por ello, se suele emplear la combinacin demtodos.
CONSIDERACIONES GENERALES
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Un factor determinante, no solo en la ejecucin de unacampaa geofsica, sino tambin en la adopcin de susmtodos, es el presupuesto econmico.
Su aplicacin es mucho ms barata que laexploracin.
Por otro lado no tiene sentido aplicar el mtodo porel mtodo mismo.
Herramientas para la planificacin.
CONSIDERACIONES GENERALES
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Persiguen la caracterizacin del subsuelo en los casosdonde existen variaciones de las propiedades elctricasdel mismo mediante el estudio de campos elctricos.
Las que emplean campos elctricos artificiales(mtodos de resistividad, polarizacin inducida...).
Las que estudian la generacin y propagacin decampos de origen natural (potencialespontneo, telrico...) .
METODOS ELECTRICOS
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La resistividad elctrica de un medio es la caractersticade este, por la que se opone al paso de corrienteelctrica.
La geometra conjunta del medio y del dispositivo demedida puede contemplarse mediante un factor oconstante geomtrica.
La resistividad de un medio se puede determinarmediante la siguiente expresin:
IV
=R
AL
=R
IV
= K
FUNDAMENTO FISICO
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Unidades
Sistema mks
Resistividad : ohmio m ( m)
Conductividad : mhos / m ( mhos / cm = S)
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La resistividad 0 de una roca porosa puedeconsiderarse funcin:
Resistividad del fluido: w Porosidad:
Geometra de dichos poros o tortuosidad: T
Resistividad de las rocas
= w2
0
0 = F * w
La relacin puede simplificarse por la siguienteexpresin :
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a: factor de ajuste m: factor de cementacin
a 0 (0.6-1) y m 0 (1.3-2.15)
Para simplificar normalmente, se toma a = 1 y m = 2; demodo que la expresin queda de la siguiente manera:
F = 1 / 2
Factor de formacin
m-
a=F
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La conductividad de un fluido es de naturaleza inicay, por tanto, est afectada por una serie de factores:
Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
Temperatura y viscosidad
Presin
Conductividad inica de fluidos ( w)
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Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
La distinta composicin qumica de los iones disueltosen el agua de la formacin es un factor decisivo en laconductividad que alcanza esta.
A partir de la concentracin de cada uno de loscompuestos ms tpicamente encontrados en las aguassubterrneas, podemos conocer el valor deconcentracin equivalente de ClNa mediante curvas
normalizadas.
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Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
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Al igual que para el resto de los iones, existe unarelacin entre la concentracin de ClNa y laconductividad del fluido.
/cm2000< si 2000
/cm2000> si 1700
300-
=(ClNa) 1.1
C
: conductividad en mho/cm C(ClNa): concentracin en g/l
Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
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( m) = 10.000 / (mhos/cm)
Aguas dulces: conductividades entre 10 y 1.000mhos/cm
Aguas saladas: conductividades entre 1.000 y 50.000mhos/cm
Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
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La conductividad de un fluido es de naturaleza inicay, por tanto, est afectada por una serie de factores:
Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
Temperatura y viscosidad
Presin
Conductividad inica de fluidos ( w)
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Temperatura
Para considerar la influencia que representan lasvariaciones de temperatura, se puede emplear laexpresin de correccin de los valores a unatemperatura de referencia (normalmente 25 C), dadapor lo siguiente:
21.5)+(2521.5)+(T (T)=C)(25
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La conductividad de un fluido es de naturaleza inicay, por tanto, est afectada por una serie de factores:
Naturaleza y concentracin de los iones en disolucin
Temperatura y viscosidad
Presin
Conductividad inica de fluidos ( w)
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Presin
Sin contar la variacin de la porosidad por el aumento dela presin en medios sedimentarios, y esta esdespreciable para las variaciones de presin quepodemos encontrar en prospeccin hasta los primeros1000 metros.
As, un aumento de presin de 0 a 350 atmsferas
provoca a 20 C un aumento de resistividad del 5%, yeste es tanto menor cuanto mayor sea la presin.
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Valores de resistividad de las rocas
ROCA RESISTIVIDAD (ohmm) ROCA RESISTIVIDAD (ohmm)
Mica 1014
1015
Limos 101 510
1
Cuarzo 1013
1015
Margas 100 10
2
Azufre 1012
1014
Arcillas 100 10
2
Granito 108 10
11Sal gema 10
0 10
1 a 10
4 10
6
Arenisca 106 10 10 Pirita 10
-3 10 0
Limonita 104 10
6Calcopirita 10
-4 - 10
-1
Caliza 102 10
4Grafito 10
-1 10
-3
Gravas 102 10
4Cobre 1,710
-8
Arenas 5101 510
3Plata 110
-8
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Resistividad aparente
Electrodo puntual A I
Lneas equipotenciales
Lneas de corriente
r
M
E=I.P2 r2
J= EP
J.2 r2 = I I.P2
VM = 1AM
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BA
I
M N
v
BA
I
M N
v
BA
I
BA
I
M N
v
M N
vv
)BN1
+BM1
-AN1
-AM1
(/2=K
IV
K*=
Resistividad aparente
)BN1
+BM1
-AN1
-AM1
(2I
=V
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A M BN
Schlumberguer
A M BN
Wenner
Dispositivos de medida: dispositivos concntricos
a a a
MN < AB/5 AM = MN = NB = a
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BA M N
P
P
Punto de atribucin
P = AB/5 - 10
P = AB/2
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Tcnicas
Sondeos elctricos verticales
Calicatas elctricas
Tomografa elctrica
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BA M N
P
BA
P
A A
P
SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES (SEV)
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BA M N
P
BA M N
P
BA M N
P
CALICATAS ELECTRICAS (CE)
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TOMOGRAFIA ELECTRICA (TES)1 2
3 4 5
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Se denominan SEV.
Consisten en modificar la profundidad de investigacindel dispositivo aumentando progresivamente la longitudcaracterstica del dispositivo, manteniendo fija laposicin del centro del dispositivo.
El dispositivo ms empleado es el Schlumberger.
SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES
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BA M N
50 m
1
2
Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
BA M N
20 m
1
Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
Curva de resistividades aparentes
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BA M N
200 m
1
2
Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
BA M N
120 m
1
2
Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
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A nivel geoelctrico, un medio estratificado vienedefinido por los espesores de los niveles geoelctricos olas profundidades de los contactos entre estos y losvalores de resistividad de cada uno de ellos.
La representacin mediante ejes coordenados de estadistribucin se denomina corte geoelctrico.
Cortes geoelctricos
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Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
Curva de resistividadesaparentes
Distancia AB/2 (m)
1
2
Cortes geoelctricos: modelo de dos capas
1 > 2 1 < 2
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TIPO H
Distancia AB/2 (m)
R e s
i s t i v i d a
d ( o h m . m
)
1 > 2 2 < 3
TIPO A
Distancia AB/2 (m)
R e s
i s t i v i d a
d ( o h m . m
)
1 < 2 2 < 3
Cortes geoelctricos: modelo de tres capas
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TIPO Q
Distancia AB/2 (m)
R e s
i s t i v
i d a
d ( o h m . m
)
1 > 2 2 > 3
TIPO K
Distancia AB/2 (m)
R e s
i s t i v i d a
d ( o h m . m
)
1 < 2 2 > 3
Cortes geoelctricos: modelo de tres capas
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1 > 2 2 > 3
1 3
2 > 3 3 3 3
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