2.- Material de Estudio - Parte I (Diap. 1-86)

8/13/2019 2.- Material de Estudio - Parte I (Diap. 1-86)

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CONSULTANCY & TRAINING

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METODOS GEOFISICOSDE EXPLORACION MINERA

1

Dra. Natalia Caparrini MarnConsultora Intercade

2

Dra. Natalia Caparrini Marn - [email protected] - Consultora Intercade

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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3


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


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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5


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

6


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

8


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

10


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

12


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).


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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



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RESOLUCIONDEL PROBLEMA DIRECTO

E INVERSO

18


1. Cualitativa

2. Cuantitativa

Modelado directo

Modelado inverso

INTERPRETACION


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Presencia de zonas anmalas y caractersticasanalizando su representacin grfica.

INTERPRETACION CUALITATIVA

20


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

22


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

24


3. Herramientas: superposicin de mapas


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3. Herramientas: filtros

26


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

28


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.

?

30


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-

32


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

34


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 .

36


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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xx

x

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x

xxxx

xxx

x

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x

x

x

x

x

x

x

MODELBLOCK

DATUN POINT

x

x

x

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x

xx

x

xx

x

xx

x

xxxx

x

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x

x

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x x x x

x

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x x

x x

x x

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x x

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x

x

x

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x

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x

x

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x

x

x

x

x

x

x x x x

xxx

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

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x

x

x

x

x

x

x

x

x

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x

x

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x

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

x

x

38


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

40


Fase 2: Programacin de la campaa

Programacin detallada del trabajo de campo

Planificacin logstica del estudio y del trabajo de

gabinete posterior



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41


Fase 3: Ejecucin del trabajo de campo

Conocimiento de los instrumentos

Compromiso entre meticulosidad y operatividad


42


Fase 4: Tratamiento de datos

Recopilacin y elaboracin de datos obtenidos

Realizacin de mapas de isovalores

Separacin de anomalas



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43


Fase 5: Interpretacin de resultados

Desde un punto de vista estrictamente geofsico

Aunando el conjunto de las interpretaciones

Revisin en funcin de datos complementarios


44


Fase 6: Informe final

Apartados que engloben todos los pasos

Conclusiones y recomendaciones



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45


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.

46


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

48


Las tcnicas geofsicas no son infalibles y no debenpresentarse como tal.

Factores como las condiciones del entorno

Distribucin compleja de las propiedades

Limitaciones



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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.


50


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.



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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

54


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)

56


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

58


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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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.

60




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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


62


( m) = 10.000 / (mhos/cm)

Aguas dulces: conductividades entre 10 y 1.000mhos/cm

Aguas saladas: conductividades entre 1.000 y 50.000mhos/cm



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Presin


64


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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Presin


66


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

68


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

70


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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37

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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)

76


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

78


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


Distancia AB/2 (m)

1

2

Curva de resistividades aparentes

80


BA M N

200 m

1

2


Distancia AB/2 (m)

1

2

BA M N

120 m

1

2


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

82



Distancia AB/2 (m)

1

2


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

84


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


43/43

4385


1 > 2 2 > 3

1 3

2 > 3 3 3 3

2.- Material de Estudio - Parte I (Diap. 1-86)

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