Métodos Eléctricos y Electromagnéticos

Los estudios eléctricos y electromagnéticos investigan la conductividad eléctrica del subsuelo, sensible a los fluidos porosos, las arcillas y los minerales, para mapear aguas subterráneas, contaminación, mineralización y la estructura cortical profunda.

Definition

Los métodos eléctricos y electromagnéticos son técnicas geofísicas que miden o inducen corrientes y campos eléctricos en el terreno para determinar su conductividad eléctrica, la cual depende de los fluidos porosos, el contenido de arcilla y la mineralización, para la obtención de imágenes del subsuelo.

Scope

Este tema abarca los métodos geofísicos basados en las propiedades eléctricas del terreno: sondeos y tomografías de resistividad de corriente continua, polarización inducida, el método de potencial espontáneo y la familia de métodos electromagnéticos que incluyen técnicas de fuente controlada y de dominio del tiempo, así como la magnetotelúrica de fuente natural. Se aborda cómo la conductividad se relaciona con la porosidad, el contenido de fluidos y la mineralogía, y la adquisición e inversión de estos datos a profundidades que van desde la superficie cercana hasta el manto superior. El énfasis se pone en la obtención de imágenes de la conductividad del subsuelo para recursos y objetivos ambientales.

Core questions

• ¿Qué controla la conductividad eléctrica de las rocas y los sedimentos?
• ¿Cómo los estudios de resistividad y polarización inducida generan imágenes del subsuelo?
• ¿En qué se diferencian los métodos electromagnéticos de fuente controlada y de fuente natural?
• ¿Para qué profundidades y objetivos es adecuado cada método eléctrico?

Key concepts

• Resistividad y conductividad eléctrica de las rocas
• Sondeo y tomografía de resistividad de corriente continua
• Polarización inducida y potencial espontáneo
• Electromagnetismo de fuente controlada y de dominio del tiempo
• Magnetotelúrica y sondeo de fuente natural

Key theories

Conductividad y fluidos porosos

En la mayoría de las rocas, la corriente eléctrica fluye principalmente a través de los fluidos porosos y a lo largo de las superficies de arcilla, por lo que la conductividad, formalizada por relaciones como la ley de Archie, es un indicador sensible de la porosidad, la saturación de agua, la salinidad y el contenido de arcilla.

Sondeo por inducción electromagnética

Un campo magnético variable en el tiempo, proveniente de un transmisor controlado o de fuentes naturales, induce corrientes en el terreno conductor cuyos campos secundarios se miden; debido a que la profundidad de penetración depende de la frecuencia, estos métodos sondean la conductividad desde la superficie cercana hasta la corteza profunda y el manto.

Mechanisms

Los materiales del subsuelo conducen la electricidad en diferentes grados, dominados por la conducción iónica a través del agua de los poros y la conducción superficial en las arcillas, con los minerales metálicos añadiendo una cargabilidad detectada por la polarización inducida; los métodos de resistividad inyectan corriente y mapean los potenciales resultantes, mientras que los métodos electromagnéticos utilizan un campo magnético variable para inducir corrientes cuya respuesta, gobernada por la profundidad de penetración (skin depth) dependiente de la frecuencia, se invierte para recuperar la estructura de conductividad con la profundidad.

Clinical relevance

Estos métodos son fundamentales para la exploración de aguas subterráneas y el mapeo de la contaminación y la salinidad, para la exploración de minerales a través de anomalías de resistividad y cargabilidad, para estudios geotérmicos y corticales mediante magnetotelúrica, y para la investigación geotécnica y arqueológica.

History

Los hermanos Schlumberger introdujeron la prospección de resistividad eléctrica y el registro de pozos en las décadas de 1910 y 1920, Cagniard y Tikhonov formularon independientemente la magnetotelúrica alrededor de 1950, y los métodos electromagnéticos de dominio del tiempo y de fuente controlada, con inversión moderna, expandieron el alcance de la obtención de imágenes de conductividad a finales del siglo XX.

Key figures

• Conrad Schlumberger
• Louis Cagniard
• Misac Nabighian

Seminal works

• telford1990
• nabighian1988
• kearey2002

Frequently asked questions

¿Qué hace que algunas rocas conduzcan mejor la electricidad que otras?

La mayor parte de la conducción en las rocas ocurre a través del agua en los espacios porosos y a lo largo de las superficies de arcilla, por lo que las rocas porosas, saturadas de agua, salinas o ricas en arcilla conducen bien, mientras que las rocas secas, densas o que contienen agua dulce son más resistivas; los minerales metálicos añaden una respuesta distinta detectable por polarización inducida.

¿Para qué se utiliza la magnetotelúrica?

La magnetotelúrica utiliza variaciones naturales en el campo electromagnético de la Tierra para obtener imágenes de cómo varía la conductividad eléctrica con la profundidad, alcanzando desde la corteza superficial hasta el manto superior, lo que la hace valiosa para estudios geotérmicos, minerales y de la corteza profunda.