Sondeo eléctrico vertical

El sondeo eléctrico vertical ( VES ) es un método de exploración geofísica. Se refiere a la exploración eléctrica , se incluye en el grupo de los métodos de resistencia (corriente continua). Como regla general, el método se implementa con una configuración Schlumberger clásica simétrica de cuatro electrodos (AMNB), que consta de 4 pines metálicos conectados a tierra galvánicamente: electrodos [1] , con menos frecuencia con una configuración Schlumberger combinada de tres electrodos (AMN + MNB). El campo eléctrico se crea en la línea de alimentación, que consta de 2 electrodos de alimentación (A, B) conectados a un generador de corriente eléctrica continua o de baja frecuencia [2] . Se utilizan dos electrodos de la línea receptora (M, N) para medir la diferencia de potencial del campo eléctrico secundario del entorno geológico estudiado. El método utiliza el principio geométrico de sondeo: la profundidad de penetración del campo de CC depende de la distancia (difusión) entre los electrodos de suministro y recepción (AM o BN).

El sondeo vertical se implementa aumentando sucesivamente el espaciamiento de la línea de alimentación (AB) y midiendo en cada espaciamiento la resistividad aparente, parámetro de prospección eléctrica efectivo que depende tanto de la distribución de la resistividad eléctrica en la sección como del tipo y espaciamiento de la configuración. En este caso, la separación de la línea receptora permanece constante o aumenta según sea necesario cuando la diferencia de potencial medida se vuelve demasiado pequeña.

El sondeo eléctrico vertical también se realiza sin contacto, utilizando una fuente de corriente eléctrica alterna y una línea de suministro sin conexión a tierra [1] .

Historia del método y antecedentes

Los requisitos previos para usar el método pueden llamarse su base teórica bastante simple, si no primitiva, y también la amplia distribución de medios geológicos en capas horizontales en la naturaleza. El primero proporcionó una apariencia relativamente temprana del método: fue creado uno de los primeros debido a su obviedad, el segundo, amplia aplicación y uso práctico en la búsqueda de depósitos y depósitos.

La interpretación de los datos de VES (y también de VES-VP ) se lleva a cabo en el marco del mencionado modelo de capas horizontales. Cada capa del modelo está definida por un conjunto de propiedades: potencia, resistividad y polarizabilidad.

Debido a que el suelo nunca es perfectamente homogéneo, no tiene ninguna resistencia eléctrica constante que pueda usarse en los cálculos. La resistencia real se puede medir en un punto, pero si se mide muy cerca, literalmente a 10 metros de distancia, seguramente será cerca, pero diferente. Por este motivo, se mide la denominada "resistencia aparente" ( RC ). Este es el valor de resistencia, un cierto valor promedio que tendría una determinada raza si fuera homogénea.

Incluso en el siglo XXI, cuando las tecnologías electrónicas se utilizan en casi las áreas más rudimentarias de la actividad humana, el trabajo asociado con los VES sigue siendo principalmente físico. Del equipo, se utiliza una fuente de corriente (un generador de corriente continua o corriente alterna de baja frecuencia ubicado en el automóvil), enormes bahías de cable eléctrico y electrodos metálicos primitivos (clavijas fuertes que se clavan en el suelo antes de la medición). La mano de obra barata le permite extraer repetidamente los electrodos de suministro del suelo, repitiendo la operación en un área grande y con un espacio cada vez mayor.

Información general

El propósito del método es medir la resistencia aparente en un punto imaginario O. Cerca de él, dos electrodos de medición se introducen en el suelo (se denominan electrodos receptores). El potencial se mide entre ellos, los electrodos mismos se indican con las letras M y N. Dado que no hay corrientes eléctricas naturales en el suelo, estas corrientes deben crearse artificialmente mientras dura la medición; para esto, se colocan dos electrodos más a cierta distancia del punto de medición, que se conectan a un generador de corriente eléctrica. Estos electrodos se denominan electrodos de suministro y se indican con las letras A y B. Parte de la corriente que fluye de ellos se "pierde" en la roca debido a su resistencia, y su valor solo afecta el potencial que se elimina del electrodo M y N.

La combinación completa de electrodos A , B , M , N , así como el punto O , el generador de corriente y los cables de conexión se denomina instalación VES . En este caso, la palabra "instalación" en el sentido es sinónimo de la palabra "dispositivo" o "equipo".

A pesar de la aparente tosquedad del método, su precisión es suficiente para el uso práctico y la profundidad del estudio es bastante grande. Naturalmente, la corriente tenderá a ir del electrodo A al electrodo B en el camino más corto (en el sentido eléctrico de la palabra), pero la profundidad de su penetración puede incrementarse aumentando la distancia entre estos electrodos.

La esencia del método radica precisamente en el hecho de que cerca del punto O , se toman varias medidas seguidas a diferentes distancias entre los electrodos de alimentación AB . Con el primero de ellos, los electrodos A y B están relativamente cerca de él, con el segundo se extraen y se llevan más lejos, golpeando nuevamente el suelo. Luego, la operación se repite una y otra vez, ¡y el espacio máximo a veces puede alcanzar muchos kilómetros! Después de completar las mediciones, el punto O se transfiere a una nueva ubicación y se repiten las mediciones.

Al medir, es necesario asegurarse de que la relación entre la distancia AB y MN no sea demasiado grande (no más de 20), de lo contrario, el voltaje medido en MN será demasiado pequeño y, como resultado, el nivel de ruido será demasiado alto. Para evitar esto, a veces se aumenta la distancia MN .

Como regla general, el punto O es el centro de la instalación, y los electrodos de recepción y suministro están ubicados simétricamente en relación con él. Esta configuración se llama simétrica. La figura muestra esquemáticamente el principio de funcionamiento de dicha instalación. Sin embargo, existen otros esquemas de instalación, incluidos los asimétricos.

Justificación teórica

Las instalaciones de VES no son completamente intercambiables. En la práctica, esto significa que las medidas tomadas en un sitio determinado usando una instalación diferirán de las tomadas por otra instalación. Sin embargo, esto no plantea grandes dificultades, ya que existe un determinado número que tiene en cuenta la influencia de la instalación en la medida. Se denomina coeficiente de instalación , y se calcula geométricamente a partir de las dimensiones de la propia instalación. El factor de instalación está determinado por la fórmula:

donde r  es la distancia entre los electrodos.

Después de calcular el coeficiente de instalación, se puede proceder al cálculo de la resistencia aparente (ρ a ). En base a las medidas obtenidas anteriormente cuando los electrodos de alimentación A y B están separados , se calcula de la siguiente manera:

donde k es el coeficiente de instalación,  es la diferencia de potencial entre los electrodos M y N ,  es la corriente en la línea AB .

La interpretación de los datos obtenidos se realiza sobre la base de la dependencia ρ k (AB/2). Anteriormente, se usaban paletas especiales para la interpretación. Su número era tan grande que componían libros de referencia completos. Actualmente, los programas de computadora se utilizan para procesar datos de campo. La interpretación se realiza en modo manual, semiautomático y automático. El problema de tener en cuenta la frecuencia de la corriente se resuelve en una serie de programas.

Los electrodos utilizados en la línea receptora suelen estar hechos de alambres de latón o cobre. Aparece una doble capa eléctrica en el contacto entre el electrodo y el suelo, como resultado de lo cual surge una polarización EMF entre los electrodos receptores . La EMF de polarización tiene valores pequeños del orden de μV-mV, sin embargo, puede afectar significativamente la precisión de la medición. Existen varios métodos para compensar o eliminar la distorsión asociada con este efecto.

La corriente continua rara vez se usa para mediciones, principalmente se usa corriente alterna de baja frecuencia . Este enfoque le permite utilizar la teoría de cálculo para corriente continua y al mismo tiempo obtener una serie de ventajas:

Para evitar arranques inductivos en el circuito receptor y en tierra, se suele utilizar corriente alterna de la menor frecuencia posible. En Rusia, se utiliza una frecuencia de 4,88 Hz e inferior.

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Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 Gruzdev Román Viktorovich. La posibilidad de utilizar el método de mediciones sin contacto del campo eléctrico en la modificación del sondeo en ingeniería y estudios geológicos  Boletín de la Universidad Estatal de Transbaikal. - 2018. - T. 24 , núm. 5 . — ISSN 2227-9245 .
  2. ↑ Andrey Aleksandrovich Ivanov, Konstantin Valerievich Novikov, Petr Vyacheslavovich Novikov. Laboratorio taller de prospección eléctrica . — Universidad Estatal Rusa de Prospección Geológica. S. Ordzhonikidze.

Literatura