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Prospección electromagnética y su aplicación a la hidrogeología

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Prospección electromagnética y su aplicación a la hidrogeología Resumen La prospección electromagnética se basa en que un campo magnético alterno inducirá una corriente en un material conductor. Si no existe material conductor, un campo electromagnético dado tendrá ciertas características, pero si existe material conductor, será diferente y esta diferencia puede reconocerse y medirse. Desde el punto de vista de la Geofísica esto quiere decir que existe una anomalía en el subsuelo cuando el campo
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  Prospección electromagnética y su aplicación a la hidrogeologíaResumen La prospección electromagnética se basa en que un campo magnético alterno inducirá unacorriente en un material conductor. Si no existe material conductor, un campoelectromagnético dado tendrá ciertas características, pero si existe material conductor, serádiferente y esta diferencia puede reconocerse y medirse. Desde el punto de vista de laGeofísica esto quiere decir que existe una anomalía en el subsuelo cuando el campo se apartade las características que debe cumplir un campo normal.   Los métodos electromagnéticos o métodos eléctricos en corriente alterna se basan en elestudio del subsuelo a través de los cambios en las propiedades eléctricas y magnéticas de losmateriales que lo componen.Los métodos EM pueden ser de campo natural o artificial, pueden estudiar con detalle losprimeros metros o alcanzar varios kilómetros de profundidad con menor resolución, puedenproporcionar información 1D, 2D o 3D del medio, son, por lo tanto, muy diversos y capaces dedefinir objetivos muy diferentes.Los denominados electromagnéticos ligeros emplean aparatos relativamente sencillos quepermiten realizar calicatas electromagnéticas de zonas grandes en relativamente poco tiempo.Proporcionan información en planta de conductividad eléctrica que permite definir cambioslaterales de materiales hasta unas pocas decenas de metros de profundidad. Se aplicanprincipalmente en arqueología y geotecnia.Se presentan los beneficios de la prospección geofísica en dos dimensiones, pues permiteobtener una visión más clara de las variaciones laterales y a profundidad. Para ello se haintroducido la aplicación de los métodos eléctricos y electromagnéticos con dos ejemplosrealizados en acuíferos costeros de Costa Rica.  Antecedentes El método de los Sondeos Electromagnéticos en Dominio del Tiempos (TDEM) constituyó aprincipio de los años ochenta una innovación muy relevante en el ámbito de la Geofísicaaplicada. Se utilizó por primera vez en Venezuela en los años 80, con carácter de ensayo enproyectos de exploración profunda de PDVSA en áreas donde se necesitaba investigar la secuencia sedimentaria por debajo de “thrusts” vulcanicos (Furrial -Tejero). Desde entonces elmétodo de los TDEM no ha sido utilizado para los diferentes campos de posibles aplicacionesen Ciencias de la Tierra. La aplicación del método ha permitido acumular una notableexperiencia respecto a la capacidad real de esta técnica en aplicaciones hidrológicas, susventajas respecto a los SEV (sondeos eléctricos verticales), limitaciones y ámbitos deaplicación, lo que contribuye un empleo más eficaz del mismo en nuestros días. Mediante ladescripción del mismo y algunos ejemplos que se presentan en esta comunicación se analiza  la capacidad resolutiva del método de los TDEM haciendo un particular énfasis en laexploración de recursos hídricos.   Los métodos geoeléctricos han sido y son utilizados como práctica común en la investigaciónhidrogeológica para obtener información de las propiedades del subsuelo. Se han empleadométodos que operan por corriente continua y utilizando un dispositivo de cuatro electrodosque se sitúan sobre el terreno en contacto eléctrico con el medio rocoso a estudiar.Respecto al arreglo de electrodos existe una notable variedad de dispositivos de medida, locual confiere a este tipo de medidas una gran flexibilidad para investigar variaciones en ladistribución de la resistividad del subsuelo. Tradicionalmente en nuestro país, la aplicación dela prospección geofísica con fines hidrogeológicos se ha enfocado al uso de los métodoseléctricos en una dimensión (1D), principalmente sondeos eléctricos verticales (SEV) condispositivos del tipo Schlumberger y Wenner.En los últimos años, el surgimiento de nuevas técnicas geofísicas, especialmente en dosdimensiones (2D), está ayudando a resolver problemas que se presentan con gran frecuenciaal hidrogeólogo, como son la caracterización de la contaminación, su evolución temporal yespacial y srcen del problema del deterioro de las aguas subterráneas.Los métodos electromagnéticos responden a las propiedades eléctricas del subsuelo, cuyapropiedad principal es la resistividad. Los equipos son muy diferentes en virtud de losdistintos tipos de dispositivos que se utilizan y las profundidades de investigación y lametodología de trabajo, pero en todos es similar el principio de actuación: todos se componende un transmisor y un receptor. De entre los métodos electromagnéticos se van a comentar lascaracterísticas principales de los dos siguientes: Sondeos Electromagnéticos en la modalidaddel Dominio de Tiempos (SEDT) y VLF (Very Low Frecuency) ya que son los de más frecuenteutilización en trabajos de prospección hidrogeológica. Importancia del agua subterránea En la actualidad, las cuatro quintas partes del agua consumida provienen de los ríos y lagos.Aún así, la importancia económica que supone el aprovechamiento del agua subterránea en elmundo es enorme, pues el agua subterránea es preferida generalmente al agua superficial porlas siguientes razones:1. El agua subterránea no posee organismos patógenos y por ello no necesita ser tratadapreviamente, con el consiguiente menor coste al no pasar por depuradoras.2. Su temperatura es constante, lo cual es una gran ventaja si se ha de utilizar paraintercambios térmicos o como termorregulador.3. No posee ni turbidez ni color.4. Su composición química es generalmente constante.  5. Los volúmenes de agua subterránea almacenada son por lo general mayores que losvolúmenes almacenados en superficie, por lo que el abastecimiento a partir de aguassubterráneas no suele verse afectado por las sequías prolongadas.6. La contaminación de la mayor parte de las aguas subterráneas es difícil, por actuar de filtrolas mismas rocas del subsuelo.7. El agua subterránea, acumulada durante largas series de años de recarga, constituye elúnico recurso en muchas regiones donde no es posible asegurar su abastecimiento a partir dela explotación de las aguas superficiales.Dos grandes inconvenientes suelen impedir la utilización más intensiva de las aguassubterráneas: Sondeos Electromagnéticos Los SEDT son una modalidad de prospección geofísica que guarda parecidos muy importantescon el de los SEV y, por lo tanto, la explicación del mismo va a hacer continuadas referencias almétodo de prospección eléctrica. Se denominan sondeos electromagnéticos porque se basanen la lectura de la resistividad eléctrica de los materiales en base al comportamiento de losmateriales a la presencia de un campo magnético generado. En la modalidad del dominio detiempos se controlan los tiempos en los que se realizan las medidas y recibe este nombre paradiferenciarlos de los sondeos electromagnéticos que trabajan en la modalidad del dominio delas frecuencias.El equipo es un sistema transmisor y receptor al que se une un cable que se dispone ensuperficie con forma de bucle cuadrado. Por este cable se hace pasar la corriente deintensidad constante que crea un campo magnético primario. Al cortar bruscamente estacorriente se inducen unas corrientes en el terreno que crean un campo magnético secundarioque, al actuar sobre el cable del bucle, que funciona también como receptor, induce un voltajeque es medible. Este voltaje dependerá de la resistividad de las formaciones del subsuelo y,por tanto, de las características del subsuelo.La realización del SEDT consiste en medir el voltaje inducido en cada instante (denominadotransitorio). Las medidas las toma el aparato en unos tiempos determinados, desde lageneración del campo magnético secundario hasta la extinción del mismo (1 ó 2 segundosdespués). Estos tiempos de medida son las ventanas de tiempo en las que se produce lalectura y se consigue abriendo y cerrando el circuito emisor varios centenares de veces,promediando las lecturas de cada ventana para minimizar el error que pueda producir elruido.Sus características más importantes son: - Respuesta muy focalizada, lo que evita los no deseados efectos laterales de los SEV.  - Penetración a través de materiales de alta resistividad insalvables o poco operativospara los SEV. Tal es el caso de las arenas eólicas dunares, las capas de sal de granespesor, etc. - Operatividad. Este método suele tener una mayor la facilidad operativa que los SEV. - Señal más pura: las lecturas de resistividad de cada ventana de tiempo sonrepresentativas de esa capa, actuando el resto de la sección como medio “transparente”.   - Fiabilidad de la medida. Cada ventana de medida en un SEDT da una gran fiabilidad alos resultados ya que opera por repetición del proceso un mínimo de 256 veces.El resultado final lo constituyen las curvas de SEDT, parecidas a las de los SEV pues se trata deuna representación en papel logarítmico de valores de resistividad medidos frente a laventana de tiempo de las lecturas (en el caso de los SEV, la resistividad se representa conrespecto a la separación de electrodos). La introducción de los datos en un ordenador y suposterior procesado, partiendo de un premodelo geológico, dará lugar, por cada SEDT, a unacolumna de capas caracterizadas por una resistividad y un espesor.Las ventajas de este método con respecto a los SEV ya se han visto al describir lascaracterísticas de los SEDT, pero también hay inconvenientes, destacando entre ellos, lamenor resolución de este método en los sectores más superficiales del subsuelo. Se puedegeneralizar que, por encima de 50-75 m de profundidad y para objetivos de potencia inferior a10-20 m, es más aconsejable el empleo de los SEV ya que sus posibilidades resolutivas sonmayores. VLF El denominado VLF (de las iniciales de Very Low Frecuency) es otro método geofísico basadoen la prospección electromagnética. Tiene un campo de actuación más limitado en el sentidode que su empleo se reduce a la detección de fracturas, su caracterización y orientación ysiempre en materiales competentes y homogéneos (por ejemplo granitos) a ser posiblelocalizados bajo una capa fina de materiales conductores (por ejemplo arcillas). Esto noquiere decir que sólo funciona en estas condiciones sino que si se dan éstas, lasprobabilidades de éxito son mucho más grandes.Los aparatos de medida utilizan los componentes magnéticos del campo electromagnéticogenerado por transmisores de larga distancia en la banda de muy baja frecuencia (de ahí elnombre very low frecuency), que operan a 10-30 kHz. Hay una serie de antenas distribuidaspor el mundo (Francia, Inglaterra, Noruega, Canadá, Japón, Estados Unidos, Alemania,etc) queemiten ondas de radio de manera continuada y que llegan a las antenas de los receptores deestos equipos en forma de una señal constante. Sólo en presencia de estructuras conductoras
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