Geofls. Colomb. Santaf' de Sogota D.C lS5N • 0121-2974 LOS POTENCIALES ESPONTANEOS: ASPECTOS BASICOS Y SUS APLICACIONES LUIS A. BRICENO G. Profesor Asociado Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia ROBINSON LEON Departamento de Geociencias - Carrera de Geologia Facultad de Ciencias - Universidad Nacional de Colombia Briceno, L.A & Le6n, R.: Los potenciales espontaneos: aspectos baslcos y sus aplicaciones. Geofls. Colomb. 2:21-24, 1993. ISSN 0121-2974 RESUMEN Los potenciales generados espontaneamente en un medio, SP, se han observado en suelos infrayacidos por arcillas y por areniscas. En cada uno de los casos se miden su dependencia temporal y se establecen rangos de valores: 10 mv para arcillas y 0.6 mv para areniscas, en el caso de que los electrodos de medici6n se coloquen sobre medios homoqsneos. Las rapidas y econ6micas medidas ofrecen una gran posibilidad de investigaci6n del subsuelo. ABSTRACT The spontaneous potentials, SP, has been observed in two different mediums. In one of them, soil is underlayed by clays and in the other by sandstones. In both cases, time dependency has been observed, and range of values has been established: 10 mv for clays and 0.6 mv for sadstones, if there exists lateral homogenity. Because the SP method is really fast and low cost, it provides a wide range of possibilities for doing research. 1. DEFINICI6N Y CAUSAS Los Potenciales Espontaneos "SP",son diferencias de potencial naturales que suelen existir entre dos puntos cualesquiera del terreno. Su origen se puede atribuir a diversas causas como: La presencia de capas i6nicas; diferencias de pH, temperatura, salinidad; electrofiltraci6n 6 electro-osmosis. Estas causas pueden originar acciones electroqufmicas entre los diferentes minerales y las soluciones con las cuales estas estan en contacto. Generalmente. estas soluciones son de composici6n variada 10 que origina presiones de disoluci6n diferenciales en las respectivas superficies de contacto. Estas diferencias de disoluci6n generan diferencias de potencial las que a su vez originan un f1ujo de corriente en el subsuelo. 2. UTILIDAD Las corrientes naturales de la Tierra general mente se miden de manera potenciomstrlca con dos electrodos no polarizables, 0 hechos en plomo 0 grafito y un milivoltlmetro de buena sensibilidad. Se puede decir que la profundidad alcanzada en la medida es aproximadamente igual a la separaci6n de los electrodos. Esta sencillez operativa caracterizada por un bajo costo del equipo, su simplicidad de rnane]o, la facilidad de transporte y el poco nurnero de operarios requeridos, hacen de este un metodo de alto rendimiento, y sus resultados saran utiles en tanto que la medida de datos sea sistematica y cuidadosa. \22 Briceno & Le6n: Potenciales espontaneos: aspectos basicos y aplicaciones $P (mv) 12 .--.-:..-.....:-------------------------, 10 ;:::J:i;:a::e.e-81B-1;r1:*HH:H3.a:a ..a::...e.:!.-~-~....~....~-.~....~.....~...~...~~.....~...~.....~..~...:...-:..=-....=....~-.:..~....~..-:...-~--.-.............................. _._................................ . -_ __ ._._-._ _._ -_ -.- _ -_ _ __ _._ __ __ _ _--_ _-_ __ _-- 8 6 ....................... _ _ .-...-..__ __ _ - - _ _ _-_ -._ -- . 4 ._ -_ _._ _-_ _--.--_ _-_ _.__ _-----_.-_ __ ._ _---_.--_ .._ ..__ .._ __ •.._---_ -_ __ .. 2 ...................................................... _ ••• ,••• _ .. w, , ,_._._._.,_, .. , •••, •••••• _,_ •••• __ ., ••••••••• _._._ -.- - ••,.- -.----, •• ,-,- ,-, ••• -- - •••••• ,- •••• _-- ••••• - _ --.- QI9- ..L.. ...l- ....I-- ..... o 4010 20 30 T (min) -t:t- Serial! D FIGURA 1. SP Sustrato arcllloso. Ciudad Universitaria 07-11-92 EI "SP" depende en gran medida de la composici6n intrfnseca de la roca, por eso sus valores y comporlamiento son reflejo de su Iitologia. Una aplicaci6n sencilla de la observaci6n superficial de SP, puede ser la de caracterizar rocas sedimentarias con arreglos estructurales sencillos, que sstsn bajo coberleras de poco espesor (hasta 1 m), ya que se espera que exista un cierto rango de SP para una litologia determinada. Otra aplicaci6n imporlante es su ulilizaci6n en zonas de actividad votcanica, donde el potencial geoelectrico sufre grandes variaciones inducidas por esta actividad. Los cambios en la amplitud, direcci6n y fase de la corriente de la Tierra se pueden deber, entre otras, a cambios de resistividad, temperatura, presi6n y condiciones quimicas, que normalmente preceden a los' eventos de actividad rnaqmatica. La debilidad de las corrientes generadas es la principal limitante del metodo. a la que se suman otros factores como la dependencia de las concentraciones quimicas no propias de la roca (aguas subterransas, diagenesis, etc.); la "rigidez" quimica de las rocas cristalinas (igneas y metam6rficas) y su gran irregularidad de distribuci6n geometrica, dificultan la aplicaci6n del rnstodo "SP". Por 10 dsrnas es de gran ayuda en la detecci6n de la variaci6n facial de las rocas sedimentarias. 3. OBJETIVOS EI presente trabajo se realiza con el objeto de establecer una caracterizaci6n electrica de "tipos faciales" de rocas mediante observaciones de SP. Se han tomado dos de las litologias mas representativas: Arcillas y arenas; ambas claramente reconocibles, diferenciables, de una amplia presencia en la columna estratiqrafica y ademas de facil caracterizaci6n como patrones por otros rnetodos. Se plantea la hip6tesis de que para una Iitologia dada existe un rango de potencial generado sspontaneamente en el subsuelo (naturaleza) y observable en la superficie. AI realizar las medidas se observa su comporlamiento con el tiempo y con las condiciones de su medida (calidad y tipo de equipos, condiciones del subsuelo y metodologia de adquisici6n de datos). De modo general, se puede abrir un canal de inquietud sobre el fen6meno inherente a la electricidad sspontanea de la naturaleza y que puede afectar en algun modo la concepci6n sobre la misma, en cuanto a su caracter permanentemente activo. Geofisica Colombiana N° 2, Abril de 1993 SP (mv) 23 0,6 .. _ • ..co>. •• •..... , .. ... .. ..__ ..... ..__ .._. .._--.-- -.__ .----_ ...- If 1.5 ~-- ..- ....- ........- ...-.- ....- ....- .......--.---.------ ...-.-- ..---- .....-- ..- .........-- 1, 0 ..~------ _--_._ _ ..--.-- ..- .._ _ - ..- ..-._ -.-.-.-- ..- --- - ,-.,- ..-- -- - 5 0.0 l..-. L-' .....L ---ll..- ..J o 2010 T (min) -.- Serie. C FIGURA 2. SP Sustrato arenoso. La Punta E1 06-02-93. 4. METODOLOGIA En la adquisici6n de datos para nuestro experimento se tuvieron en cuenta cuatro aspectos relacionados con: . a) Equipo: utilizaci6n de un milivoltimetro anal6gico marca PHOENIX y electrodos no polarizables de cobre en soluci6n saturada de sulfato de cobre. b) Dispositivo: los electrodos se enterraron aproximadamente 15 cm y la distancia entre ellos se mantuvo constante e igual a 2 m. En cada localidad y ocasi6n se hicieron por 10 menos 4 lecturas en sitios diferentes. c) EI medio: las lecturas se realizaron generalmente sobre suelos 0 'zonas de meteorizaci6n que varian entre 0.2 y 1.0 m de espesor, infrayacidas en unos casos por formaciones arcillosas recientes y en otro por areniscas. d) Control temporal: para asegurar la estabilidad y calidad de las medidas, se hicieron en cada ocasi6n medidas multiples en el tiempo, que generaron series de largos perfodos, para observaciones de mas de 30 minutos. 5. RESULTADOS La Fig.1 corresponde a variaciones de SP, contra el tiempo, sobre un suelo orqanico, de aproximadamente 0.6 m de espesor, que 15 suprayace una unidad arcillosa cuaternaria de varios metros de espesor. Las medidas se realizaron en predios de la Universidad Nacional de Colombia en santate de Bogota. La curva obtenida es de tipo exponencial creciente, con una amplitud del orden de 10 mv. Las Figs.2 y 3 corresponden a observaciones realizadas en la vereda La Punta (Sabana de Bogota), donde afloran unas areniscas. Elias se tomaron sobre unas lodolitas arenosas, con espesores entre 0.2 y 1.0 m, que suprayacen los bancos de areniscas. En el caso de la Fig.2, los electrodos de medici6n se ubicaron sobre las lodolitas, mientras que en la Fig.3, uno de los electrodos se ubic6 sobre las areniscas. Se observa que en el caso de colocar ambos electrodos sobre las lodolitas, los valores de SP son bastante estables en el tiempo (excepci6n del primer punto), tendiendo hacia un valor de 0,6 mv. Cuando se colocan los electrodos en diferentes medios, hay f1uctuaciones en los valores del SP auncuando, en este caso, las amplitudes observadas fueron menores que en los casos anteriores. 6. ANALISIS Los rnetodos geoelectricos de prospecci6n que incluyen medidas galvanicas de potencial, deberan siempre tener en cuenta la presencia de Potenciales Espontaneos. SP, los cuales son 24 Briceno & Le6n: Potenciales espontaneos: aspectos basicos y aplicaciones SP (mv) 0.4 ;=-..:..:::.....:------------------------, 0.3 ~----------_._.- 0.2 0.1 0.0 L- -L l...- ...L.. ---' o 206 10 16 T (min) ~ Seriell E FIGURA 3. SP Sustrato arenoso. La Punta E2 06-02-93. funci6n, tanto de litologias como del tiempo. Se puede afirmar que si el medio es aparentemente hornoqeneo, conviene esperar unos pocos minutos, para acercarse a un valor mas estable. Fluctuaciones del SP, pueden estar asociadas a inhomogeneidades laterales del medio en el cual se realizan las observaciones. La unidad infrayacente a profundidades del orden de separaci6n de los electrodos, define la amplitud del SP observado. Se observ6, en el presente caso, que los SP sobre formaciones arcillosas, son por 10 menos un orden de magnitud mayor que sobre areniscas. Este tipo de resultados coincide con estudios realizados en pozos (ver p.ej. Shelton, 1973), en donde se muestra la clara diferenciaci6n entre Iitologfas, a partir del simple valor del SP. 7. CONCLUSIONES Los experimentos realizados permiten concluir, con medici ones seneillas pero cuidadosas del SP en superficie: a) Si los valores de SP son relativamente estables, existe homogeneidad lateral del medio; b) La amplitud del SP, depende de la litologia a profundidades del orden de separaci6n de los electrodos. Para arcillas, el valor medido fue del orden de 10 mv, sobre suelos orqanlcos: mientras que para areniscas sobre lodolitas arenosas, su valor fue del orden de 0.6 mv. Se recornienda, observar con detalle los SP, sobre litologias especificas para establecer un rango mas confiable de valores, que permitan su facil uso como identificador facial. Observar los SP, en otro tipo de condiciones hidrodinamicas, eventos volcanicos p.ej., pues parece abrirse un gran campo de acci6n y aplicaci6n. BIBLIOGRAFIA Dobrin. M.B. (1961): Introducci6n a la prospecci6n Geofisica. OMEGA, Barcelona. Parasnis. 0.5. (1970): Principios de Geofisica Aplicada. Barcelona. Metodos electricos cap. 4. Davidson. M.J. (1987): Unconventional Methods in Exploration for Petroleum an Natural Gas. Geophysics 9. Shelton, J. W. (1973): Models of Sand and Sandstone Deposits: A methodology for Determining Sand Genesis and Trend. Oklahoma Geological Survey, Bulletin 118. Unesco. (1971): The Servillance and Prediction of volcanic activity. Paris. Meto os Geofisicos.