Método electromagnético (EM)
En esta sección se pretende dar a conocer los principios del método electromagnético como parte de los métodos geofísicos aplicados a la prospección y como parte del programa del blog dedicado a la geofísica.
El método electromagnético (EM) hace uso de la respuesta del suelo a la propagación de campos electromagnéticos, que se componen de una intensidad eléctrica alterna y una fuerza de magnetización.
Los campos electromagnéticos primarios pueden generarse pasando una corriente alterna a través de una bobina pequeña formada por muchas vueltas de alambre o a través de un bucle grande de alambre.
La respuesta del suelo es la generación de campos electromagnéticos secundarios y los campos resultantes pueden ser detectados por corrientes alternas que inducen a fluir en una bobina receptora por el proceso de inducción electromagnética.
El campo electromagnético primario viaja desde la bobina transmisora a la bobina receptora a través de trayectorias tanto por encima como por debajo de la superficie.
Cuando el subsuelo es homogéneo, no hay diferencia entre los campos propagados por encima de la superficie y a través del suelo, excepto por una ligera reducción en la amplitud de las segundas con respecto a las primeras.
Sin embargo, en presencia de un cuerpo conductor, el componente magnético del campo electromagnético que penetra en el suelo induce corrientes alternas, o corrientes de Foucault, para que fluyan en el conductor (Fig. 1).
Las corrientes de Foucault generan su propio campo electromagnético secundario que viaja al receptor.
El receptor responde a la resultante de los campos primarios y secundarios que llegan, de modo que la respuesta difiere tanto en la fase como en la amplitud de la respuesta al campo primario solo.
Estas diferencias entre los campos electromagnéticos transmitidos y recibidos revelan la presencia del conductor y proporcionan información sobre su geometría y propiedades eléctricas.
La inducción del flujo de corriente resulta del componente magnético del campo electromagnético.
En consecuencia, no hay necesidad de contacto físico del transmisor o del receptor con el suelo.
La adquisición en superficie del método electromagnético EM pueden proceder mucho más rápidamente que las inspecciones eléctricas, donde se requiere contacto con el suelo.
Más importante aún, tanto el transmisor como el receptor pueden montarse en un avión o remolcarse detrás de ellos.
Los métodos electromagnéticos EM aéreos se utilizan ampliamente en la prospección de cuerpos de mineral conductores.
Todos los cuerpos anómalos con alta conductividad eléctrica producen fuertes campos electromagnéticos secundarios.
Algunos cuerpos minerales que contienen minerales que a su vez son aislantes pueden producir campos secundarios si hay cantidades suficientes de un mineral accesorio con una alta conductividad.
Por ejemplo, las anomalías electromagnéticas observadas sobre ciertos minerales de sulfuro se deben a la presencia de la pirrotita mineral conductora distribuida en todo el cuerpo del mineral.
Profundidad de penetración de los campos electromagnéticos
La profundidad de penetración de un campo electromagnético (Spies 1989) depende de su frecuencia y la conductividad eléctrica del medio a través del cual se está propagando.
Los campos electromagnéticos se atenúan durante su paso por el suelo, su amplitud disminuye exponencialmente con la profundidad.
La profundidad de penetración d se puede definir como la profundidad a la cual la amplitud del campo Ad disminuye en un factor e -1 en comparación con su amplitud de superficie A0 (ver ecuación 1)
Ecuación 1
En este caso
Ecuación 2
donde d está en metros, la conductividad s del suelo está en Smˆ-1 y la frecuencia f del campo está en Hz.
Por lo tanto, la profundidad de penetración aumenta a medida que la frecuencia del campo electromagnético y la conductividad del suelo disminuyen.
En consecuencia, la frecuencia utilizada en el método electromagnético EM se puede ajustar a un rango de profundidad deseado en cualquier medio en particular.
Por ejemplo, en arcillas glaciales relativamente secas con una conductividad de 5 x 10ˆ-4Smˆ-1, d es de aproximadamente 225 m a una frecuencia de 10 kHz.
La ecuación (2) representa una relación teórica.
Empíricamente, se puede definir una profundidad de penetración efectiva que representa la profundidad máxima a la que un conductor puede estar y aún producir una anomalía electromagnética reconocible (ver ecuación 3)
Ecuación 3
La relación es aproximada ya que la penetración depende de factores tales como la naturaleza y la magnitud de los efectos de las variaciones de conductividad cerca de la superficie, la geometría del conductor del subsuelo y el ruido instrumental.
La dependencia de la frecuencia de la profundidad de penetración impone restricciones al método EM.
Normalmente, las frecuencias muy bajas son difíciles de generar y medir y la penetración máxima alcanzable es generalmente del orden de 500 m.
Detección de los campos electromagnéticos.
Los campos electromagnéticos se pueden mapear de varias maneras, la más simple de las cuales emplea una pequeña bobina de búsqueda que consiste en varios cientos de vueltas de alambre de cobre enrollado en un marco circular o rectangular, típicamente entre 0,5 m y 1 m de ancho.
Los extremos de la bobina están conectados a través de un amplificador a auriculares.
La amplitud de la tensión alterna inducida en la bobina por un campo electromagnético es proporcional a la componente del campo perpendicular al plano de la bobina.
En consecuencia, la intensidad de la señal en los auriculares es máxima cuando el plano de la bobina está en ángulo recto con respecto a la dirección del campo que llega.
Como la oreja es más sensible a los mínimos de sonido que a los máximos, la bobina generalmente se gira hasta que se alcanza una posición nula.
El plano de la bobina se encuentra en la dirección del campo que llega.
Limitaciones del método electromagnético.
El método electromagnético es una técnica de inspección versátil y eficiente, pero tiene varios inconvenientes.
Además de ser causadas por fuentes económicas con una alta conductividad, como los cuerpos de mineral, las anomalías electromagnéticas también pueden deberse a fuentes no económicas como el grafito, las zonas de cizallamiento llenas de agua, los cuerpos de agua y las características hechas por el hombre.
Las capas superficiales con una alta conductividad, como arcillas húmedas y rocas que contienen grafito, pueden detectar los efectos de los conductores más profundos.
La penetración no es muy grande, ya que está limitada por el rango de frecuencia que se puede generar y detectar.
A menos que se usen campos naturales, la penetración máxima en los levantamientos en tierra se limita a unos 500 m, y solo a unos 50 m en el trabajo aéreo.
Finalmente, la interpretación cuantitativa de las anomalías electromagnéticas es compleja.
Aplicaciones del método electromagnético.
El uso principal del método electromagnético EM se encuentra en la exploración de depósitos minerales metalíferos, que difieren significativamente en sus propiedades eléctricas de las rocas huésped o caja.
A pesar de la limitada profundidad de penetración, las técnicas aerotransportadas se utilizan con frecuencia en las investigaciones de reconocimiento, mientras que los reconocimientos aeromagnéticos se ejecutan en conjunto.
Los métodos electromagnéticos EM también se utilizan en las investigaciones de tierra de seguimiento que proporcionan información más precisa sobre el área objetivo.
Para este propósito, se pueden usar métodos estándar de fuente-receptor en movimiento, aunque en los terrenos escarpados o boscosos, los métodos VLF o AFMAG pueden ser preferibles, ya que no hay equipo pesado es obligatorio y no es necesario cortar pistas para líneas de levantamiento.
A pequeña escala, los métodos EM se pueden utilizar en estudios geotécnicos y arqueológicos para localizar objetos enterrados, como trabajos en minas, tuberías o tesoros.
Los instrumentos utilizados pueden tomar la forma de detectores de metales similares a los detectores de minas utilizados por los ingenieros del ejército, que tienen una profundidad de penetración de solo unos centímetros y responden solo al metal, o pueden ser del tipo de medidor de conductividad sin contacto, que tienen una mayor penetración y también responden a anomalías de resistividad no metálicas.
Soy ingeniero geólogo con experiencia y conocimiento en el área de exploración minera, hidrocarburos, evaluación de depósitos minerales metálicos y no metálicos, exploración de piedras preciosas y de metales preciosos, procesamiento de datos geológicos en software especializado y métodos de explotación de recursos naturales.
Además, tengo conocimiento en geología aplicada a la ingeniería geológica, donde se incluye el estudio de suelos, rocas y agua para la construcción de obras de ingeniería civil.
