Método electromagnético de inducción en la caracterización del subsuelo
¡Buen día amigos de Steemit!
En esta entrega compartiré con ustedes la aplicación de conceptos físicos electromagnéticos utilizados en la exploración del subsuelo para su caracterización a través de parámetros eléctricos y magnéticos, los cuales son un soporte esencial en la detección de reservas hidrológicas, fallas geológicas, espesor de estratos, estudios preliminares de Ingeniería civil y ampliamente utilizado en estudios arqueológicos.
El método electromagnético ha sido utilizado con éxito en la exploración, y dado la variedad de instrumentos y metodologías utilizadas, lo convierten en un método versátil de bajo costo y de rápida adquisición de datos.
El método electromagnético tiene como objeto la caracterización del subsuelo a través de parámetros claves como la conductividad o su resistividad eléctrica, las cuales son propiedades que permiten inferir sobre los materiales constituyentes del subsuelo, generando de esta forma mapas estratigráficos y geológicos del área de estudio .
A continuación haremos un análisis teórico de los conceptos y principios físicos que soportan este método de exploración, así como la metodología utilizada en la toma de datos cuyo procesamiento conduce a una tomografía del subsuelo obtenida a partir de la distribución espacial de la conductividad eléctrica del área.
Metodología y fundamento teórico
En la figura 1 se muestra los instrumentos y la metodología utilizada por el método de inducción electromagnética en el análisis de la conductividad del área de estudio.
(Elaboración propia)
El método electromagnético de inducción fundamentado en la Ley de Faraday consiste en la generación de un campo electromagnético variable originado a partir de una bobina transmisora por la que circula una corriente alterna. Este campo conocido como campo primario induce corrientes eléctricas en los materiales conductores presentes en el subsuelo denominadas Corrientes de Foucault. Estas corrientes producen a su vez un campo secundario de dirección contraria al campo primario y el cual es registrado por una segunda bobina receptora colocada en superficie separada de la bobina primaria una distancia “S”.
Este proceso es realizado en distintos puntos del terreno analizado, con el objeto de obtener un barrido completo del área de interés.
Dado que las ecuaciones de Maxwell son fundamentales en la obtención y descripción de los campos electromagnéticos involucrados en este proceso, haremos una breve revisión de sus postulados con el fin de obtener las expresiones requeridas en este análisis.
Ecuaciones de Maxwell
→ Intensidad del campo Magnetico (A/m)
→ Intensidad del campo Eléctrico (V/m)
ω → Frecuencia angular (ω=2πf) (rad/s)
f → frecuencia (Hz)
σ → Conductividad (S/m)
ε → permitividad eléctrica(F/m)
μ → permeabilidad magnética (H/m)
La obtención de los campos eléctricos y magnéticos a partir de estas ecuaciones conduce a las expresiones:
(Campo Eléctrico propagándose en dirección z)
(Campo Magnético propagándose en dirección z)z → dirección de propagación (profundidad)
"γ" representa la constante de propagación compleja definida por la expresión:
α → contante de atenuación
β → constante de fase
En materiales conductivos de baja polarización la constante de atenuación tiene una dependencia directa con la conductividad y se expresa de la forma:
La profundidad de penetración de una onda electromagnética en un medio conductor es inversa a la atenuación que experimenta la onda y es obtenida de la expresión:
Dado que en la prospección electromagnética de inducción el interés se centra en la profundidad de penetración de la onda como una función de la distribución lateral de la conductividad en el área analizada, la sustitución de la ecuación (8) en (9) permite determinar esta relación.
En esta expresión se observa que la penetración de la onda en el subsuelo se ve disminuida para elevados valores de frecuencia (ver figura 2), por lo que se utilizan controles de frecuencia en las fuentes transmisoras que permitan una mayor penetración y resolución en el mapeo del subsuelo.
(Elaboración propia)
Conductividad en función de los datos de campo
De las ecuaciones de Maxwell se obtiene que la relación entre el campo primario generado por la bobina transmisora y el campo secundario registrado por la bobina receptora es proporcional a la conductividad aparente del medio conductor y esta dado por la siguiente expresión:
Con la obtención de la distribución de conductividad derivada de la ecuación (11) y las profundidades de penetración asociadas a estas conductividades, se obtiene una imagen del subsuelo cuyas aplicaciones tienen importantes alcances, entre los que se destacan:
Inclinación de estratos.
Ubicación de fallas.
Detección de metales o materiales conductores en estudios arqueológicos de baja profundidad.
Detección de acuíferos.
Si bien existen otras modalidades o técnicas electromagnéticas en la determinación de parámetros eléctricos y magnéticos del subsuelo, el método electromagnético de inducción se ha caracterizado por la facilidad de movilidad de los instrumentos transmisores y receptores en el terreno, lo cual permite la obtención de una mayor cobertura lateral en el área de las distribuciones de conductividad minimizando significativamente los costos y esfuerzo requeridos por otros métodos.
Referencia
Tratado de Geofísica Aplicada. José Cantos Figuerola. Librería Ciencia-Industria, S.L. Pl. San Luis de la Cruz, Madrid. 520 pag.
Applied Geophysics. W.M. Telford, L.P. Geldart, R. E. Sheriff. Second Edition. Cambridge University Press.
Introduction To Electromagnetic Fields Third Edition / Clayton R. Paul, Keith W. Whites, Syed A. Nasar
Teoría electromagnética. Willian H. Hayt, Jr., John A. Buck. Séptima edición. McGraw Hill.
Usted ha recibido un upvote por la comunidad @inteligentzia y su TRAIL de curadores ya que consideramos su post de información útil y de relevancia creativa.
Si quieres saber más del proyecto aquí te dejamos nuestro post introductorio
También puedes unirte a nuestro canales en el Chat Discord o en nuestro Grupo de Facebook para saber más del proyecto!
Felicitaciones amigo @lorenzor, siempre tan bien elaborados tus post. Saludos
Gracias @emily61. Las imágenes ilustrativas se dificultan en ocasiones. saludos
¡Felicitaciones tu publicación ha sido seleccionada para recibir el Upvote y Resteem del Proyecto de Curación @Codebyte!
Si deseas apoyarnos y saber mas sobre este proyecto puedes seguirlo y estar atento a sus publicaciones. Ingresando aquí podrás ver el reporte en donde tu publicación ha sido destacada.