ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD

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1 APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD TEOM CAS GGOFISICAS AÑO 1991 MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGIA

2 SUPER PROYECTO AGUAS SUBTERRANEAS Y GEOLOGIA NI, 9005 AMBIENTAL PROYECTO AGREGADO ESTUDIO SOBRE CONTAMINACION N4 320 DE ACUIFEROS TITULO PROYECTO : APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD. N PLANIFICACION /91 N DIRECCION 40/90 COMIENZO FINALIZACION INFORME ( Titulo) APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD. CUENCA ( S) HIDROGRAFICA ( S) AMBITO NACIONAL COMUNIDAD ( S) AUTONOMAS AMBITO NACIONAL PROVINCIAS AMBITO NACIONAL

3 Instituto Tecnolóico GeoMinero de España APLICACION DE TECNICAS ESPECIALES AL ESTUDIO HIDROLOGICO DE ZONAS DE BAJA PERMEABILIDAD TGCN!CAS GEOF!S1 CAS AÑO 1991 MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGIA

4 El presente estudio ha sido realizado por el equipo técnico de INTERNATIONAL GEOPHYSICAL TECHNOLOGY, S.A. (IGT) con la supervisión de D. José María Pernía Llera, Director del Proyecto. técnicos. En su ejecución han participado los siguientes Por el ITGE: - D. José María Pernía Llera. Ingeniero de Minas. - D. Juan Antonio López Geta. Ingeniero de Minas. - D. Juan Grima Olmedo. Ingeniero de Minas. Por IGT: - D. Angel Gran da Sanz. Ingeniero de Minas. - D. José Carlos Cambero Calzada. Ingeniero de Minas. - D. Jan Arnold. Lic. en Geofísica ( Universidad de Berlín). Este volumen corresponde específicamente a las TECNICAS GEOFISICAS. El Proyecto en su totali dad desarrolla además los siguientes temas : - Isótopos y trazadores. - Medidas de permeabili dad y parámetros geoquímicos. - Instalaciones permanentes de control y seguimiento. - Diseño de sondeos.

5 INDICE. 1. REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS CLASIFICACION Y CARACTERISTICAS DE LOS MEDIOS DE BAJA PERMEABILIDAD Propiedades físicas de las rocas Evaluación de la porosidad La detección de la fracturacion CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS PERFORACIONES TECNICAS CONVENCIONALES DE TESTIFICACION Métodos eléctricos Potencial espontáneo Métodos con electrodos no focalizados Métodos con electrodos focalizados Métodos de Inducción Resumen Métodos radioactivos Testificación con rayos gamma naturales Registro gamma-gamma Registro neutron-neutron Registro sónico... 53

6 5. TECNICAS COMPLEMENTARIAS Caliper Temperatura Medida de Flujo (Microflowmeter) Susceptibilidad magnética NUEVAS HERRAMIENTAS Televisor acústico Microscaner Sónico «Full Waveform» Georadar INTERPRETACION DE LOS DATOS CRITERIOS PARA ESTABLECIMIENTO DE PROGRAMAS DE TESTIFICACION Medios sedimentarios no consolidados Medios consolidados DISPONIBILIDAD Y COSTES TECNICAS GEOFISICAS DE SUPERFICIE MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS

7 11.1. Metodología geofísica aplicable S.E.V Sondeos Magnetotelúricos C.S.A.M.T Sondeos Electromagnéticos Dominio de frecuencias SEDT Sección continua de resistividad MEDIOS CONSOLIDADOS Métodos de resistividad por corriente contínua Dispositivo multielectrodos Método EM de superficie Método V.L.F C.S.A.M.T EM de dominio de frecuencias Método EM de dominio de tiempos Métodos aeroportados CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA. ANEXOS.

8 REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS.

9 1. REGISTROS GEOFISICOS EN SONDEOS. La permeabilidad de las formaciones rocosas se define como su capacidad de transmisión de fluidos a través de ellas y depende básicamente de su porosidad y grado de interconexión de los espacios porales. Su determinación en términos cuantitativos se realiza mediante ensayos que implican desplazamiento de fluidos; concretamente ensayos de bombeo. Los estudios hidrogeológicos convencionales realizan determinaciones de permeabilidad de forma preferente en formaciones permeables, entendiendo como tales aquellas que presenten valores medios o altos de permeabilidad. Por contra, los medios rocosos impermeables o de muy baja permeabilidad han carecido de interés en los proyectos hidrogeológicos convencionales y por ello su estudio se plantea con criterios específicos para cada una de las posibles técnicas aplicables. El interés actual de estudiar estas formaciones de baja permeabilidad viene motivado principalmente por las posibilidades de uti lización de las mismas para almacenamiento de residuos. Desde la óptica de este objetivo resulta deseable que las formaciones rocosas sean de muy baja permeabilidad o impermeables. 1

10 La definición precisa o aproximada de lo que se entiende por media baja o muy baja permeabi lidad ha de hacerse con criterios puramente hidrogeológicos, fuera del ámbito de este Informe. Por ello el enfoque del mismo se realiza considerando dos posibles medios geológicos, representativos: - Medios sedimentarios no consolidados con predominio de materiales arcillosos en su constitución (cuencas Terciarias). - Medios cristalinos y metamórficos. Excluimos las formaciones evaporíticas por considerarlas como impermeables. Los valores de permeabilidad de cada formación rocosa dependen de una serie de parámetros característicos tales como el tamaño de grano de los minerales que la constituyen, tipo de enlace entre ellos, interconexión entre los poros o fracturas, etc. Su determinación no es factible de forma directa por técnicas geofísicas. La información que cabe esperar de estas técnicas es de tipo cualitativo ( litología, movimiento de fluidos, etc) o semicuantitativo como por ejemplo cálculos de porosidad. Dependiendo de cada caso es factible relacionar estas determinaciones con la permeabilidad. En todo caso no cabe contemplar la aplicación de métodos geofísicos y específicamente la testificación de sondeos, sino como parte de un programa general que posibilite la contrastación de resultados mediante otras técnicas complementarias. Mediante los registros geofísicos en sondeos se 2

11 trataría de obtener información que permita establecer hasta que punto cabe esperar circulación de fluidos en el subsuelo. Para ello los aspectos a resolver serán los siguientes : - Naturaleza litológica de las formaciones. - Existencia y distribución de la porosidad primaria. - Existencia y distribución de la porosidad secundaria (e. g. fracturas y fisuras). Existen otras medidas complementarias que en muchos casos pueden ayudar a una correcta interpretación : - El gradiente de la temperatura. - La Velocidad del movimiento de posibles fluidos, (en general el agua de la formación). - Conductividad de los fluidos en el sondeo, etc. La historia de los métodos de la testificación tiene sus raíces en la industria del petróleo y sus conceptos se refieren a esas condiciones específicas. Aplicarlos para la solución de otro tipo de planteamientos es perfectamente posible y de hecho, los métodos se han adaptados a nuevos campos de ap licación tales como la Hidrogeología. Sin embargo muchos trabajos con los métodos de la testificación se realizan bajo unas condiciones que son muy distintas a las de las aplicaciones p rimarias de los instrumentos (Daniels y Keys ). Por ejemplo cuando las investigaciones se efectúan :. Por encima del nivel estático del acuífero.. En medios geológicos con una matriz litológica indefinida. Con capas geológicas de poco espesor y frecuentes cambios. 3

12 . Y en general en los casos relativos a las rocas de muy baja permeabilidad. Con la adecuada combinación de técnicas de testificación, empleando incluso métodos no convencionales, - según el standard de la geofísica -, y con la combinación de métodos superficiales, se puede llegar a resultados de gran utili dad en muchos casos. Este trabajo pretende tener un carácter marcadamente práctico que permita al usuario hidrogeológico una rápida valoración de las herramientas de testificación y la selección del programa más adecuado en cada caso. En consecuencia las explicaciones del funcionamiento de los equipos y fundamentos teóricos de cada método se reducirán al mínimo, enfatizando las ideas más significativas en lo que respecta a condiciones de empleo de las herramientas y problemas específicos para los que pueden aplicarse. Al objeto de posibilitar la profundización en el conocimiento de cada técnica incluimos un considerable número de referencias bibliográficas seleccionadas de las publicaciones más recientes. 4

13 CLASIFICACION Y CARACTERISTICAS DE LOS MEDIOS DE BAJA PERMEABILIDAD.

14 2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIOS DE BAJA PERMEABILIDAD.- Como primer paso en la explicación del porque de los registros geofísicos en sondeos, hemos de realizar un mínimo análisis de las características del medio rocoso que pueden influenciar las determinaciones geofísicas. Para ello nos apoyaremos en la clasificación establecida en el Capítulo 1: - Medios sedimentarios no consolidados; refiriéndonos como tal a las cuencas Terciarias con predominio de materiales arcillosos en su composición. - Medios metamórficos y cristalinos. Los medios sedimentarios no consolidados se pueden subdividir en detríticos y químicos. Sin embargo los segundos son básicamente impermeables y por tanto no los consideraremos en este capítulo. Las rocas no compactas están compuestas por una amplia variedad de minerales, que dependen de su historia y del 5

15 lugar donde se han formado. Para nuestros objetivos su característica más destacable es la existencia de espacios porales entre los agregados minerales que las constituyen. Decisivas respecto a su comportamiento físico y sobre todo mecánico son las fuerzas que mantienen la estructura de esta materia. Pueden ser fuerzas de fricción ( rocas no cohesivas) o electro- químicas (rocas cohesivas). La cuali dad de mayor influencia también sobre el tipo de interconexión es el tamaño (en reali dad son varios, porque participan diferentes minerales en la composición) de los granos que componen el sedimento. La forma en que interconexionan entre sí los diversos componente minerales en las rocas sedimentarias condicionan el establecimiento de vías interporales, es decir condiciona su permeabi lidad. En todo caso esta permeabili dad depende de la porosidad primaria de la formación y esta va li gada de forma dominante a los niveles detríticos ( arenas, gravas y conglomerados). En la categoría de rocas consolidadas se incluye una gran variedad de rocas ígneas y metamórficas. Aunque en sentido estricto puede considerarselas como homogéneas, tienen porosidad secundaria debido a las fracturaciones y alteraciones que sufren y que permiten el almacenamiento y flujo de líquidos subterráneos. Durante algunos años se ha denominado a estas rocas ígneas y metamórficas " rocas duras ". Las más comunes son los granitos y gneises. Un caso especial son las rocas volcánicas y carbonatados aunque las últimas se pueden considerar como pertenecientes a una clase particular de permeabili dad media a alta, fuera de los objetivos de este Estudio. Se excluye este tipo de rocas porque pueden tener porosidad primaria, que generalmente no se da en las rocas ígneas y metamórficas. 6

16 Las rocas duras se han definido a veces en publicaciones como "rocas compactas, no carbónicas, no volcánicas" (Unesco 1985). La permeabilidad de las rocas compactas inalteradas depende del sistema de fracturas, las diaclasas y fisuras interconectadas de las rocas. Estas aberturas son el resultado, principalmente, de los fenómenos tectónicos en la corteza terrestre. La soli dez de la roca o su resistencia a las fracturas es un proceso muy complicado. Influyen parámetros petrográficos como dimensión granular, grado de metamorfismo, estructura de plegamientos y dirección de sus ejes. Dado que son sistemas de una composición de varios minerales, su comportamiento físico depende de las características y la cantidad de los componentes individuales. Los procesos de alteración tienen una influencia considerable en la permeabilidad de estas rocas. Se agrupan generalmente en tres categorías p rincipales que, por supuesto, pueden actuar simultáneamente: la desintegración física o mecánica, la disolución química y los efectos alteradores biológicos del clima y la vegetación. Estas acciones pueden suponer un aumento o una disminución de la porosidad de la roca original y de la asociada con sus fracturas o fisuras. La mayoría de los procesos de alteración de las rocas o bien los resultados de los mismos pueden manifestarse en las medidas geofísicas. Así pues uno de los objetivos p rincipales de la testificación geofísica en el ámbito que nos ocupa es la identificación de tramos porosos y permeables en la sección atravesada por el sondeo. 7

17 La porosidad se define como ratio respecto al volumen global de la roca ocupado por los poros y se expresa en valores porcentuales. Por ejemplo un valor entre 10 y 30 por cientos significaría que se trata de una formación de muy alta porosidad mientras que valores inferiores se refieren a formaciones de media ó baja porosidad. Los poros por su parte pueden llevar líquidos, gases ó simplemente estar "vacíos" Estrechamente relacionada con la porosidad está la permeabilidad de una formación, que expresa hasta que grado están interconectados los poros lo que posibilita el flujo de líquidos a través de la formación. La permeabilidad se expresa en darcys: Un darcy es la permeabi li dad que permite el flujo de un mililitro de liquido por segundo y un centipoisie de viscosidad por un centímetro cuadrado baja la presión de una atmósfera por centímetro. Los valores típicos de acuíferos detríticos se encuentran en el orden de un darcy hasta pocos milidarcys. La permeabili dad puede, en ciertos casos, evaluarse con los datos de la testificación utilizando ecuaciones empí ricas. Los resultados en general tienen significación solamente en su orden de magnitud. La determinación objetiva de la permeabili dad se efectúa a través de ensayos de bombeo. La correlación entre pozos y la identificación de formaciones tiene muchas veces tanta importancia como la determinación de la porosidad y permeabilidad misma. En conjunto, partiendo de un modelo geológico de la zona de estudio, la testificación permite llegar a conclusiones sobre los deta lles de la estratigrafía, observando cambios sistemáticos en 8

18 las características de los diagramas. Por supuesto se llegará siempre a conclusiones más exactas en una zona, cuanto mayor sea el número de sondeos involucrados en el estudio Propiedades físicas de las rocas. - Las técnicas de testificación geofísica se orientan generalmente a la medida de algunas propiedades características de las rocas. Las más significativas son : - El comportamiento eléctrico frente al paso de la corriente eléctrica. - su elasticidad - propiedades radioactivas. La determinación de estas características específicas para las capas geológicas, proporciona de una forma indirecta, información sobre su porosidad, fracturación y permeabilidad. Son varias las propiedades que tienen significado en el comportamiento eléctrico de una roca y de los minerales que la componen. Las medidas más comunes en este ámbito son las siguientes : - El potencial eléctrico natural. - La resistividad eléctrica ó su inversa la conductividad. - La constante dieléctrica. De todas ellas se puede considerar a la resistividad eléctrica como la de mayor importancia y significado. Aunque cada mineral tieneuna resistividadcaracterís- 9

19 tica, que puede variar notablemente entre los conductores, semiconductores y los no conductores, la resistividad eléctrica de las rocas está condicionada principalmente por el agua contenida en sus poros. Esto se refiere al caso normal, cuando no se trata de zonas de alta mineralización como puede ocurrir en las fa llas. La dependencia de la resistividad eléctrica respecto al agua que rellena los espacios porales está condicionada a su vez por un doble aspecto : Porosidad y salinidad del agua. En general, las formaciones ígneas muestran los valores de resistividad más altos, seguidas por las rocas metamórficas. Los sedimentos no consolidados figuran con los valores más bajos. El tamaño y la forma de un cuerpo pueden alterarse aplicando fuerzas externas. Las fuerzas internas resisten a las externas y como consecuencia el cuerpo tiene la tendencia a volver a su condición inicial al cesar el efecto de las fuerzas externas. Un cuerpo que se considera como perfectamente elástico, recupera totalmente su forma inicial. Si no se pasa un limite crítico en que se rompe el material, las rocas tienen características perfectamente elásticas. El concepto de stress and strain desc ribe las relaciones entre fuerzas aplicadas y las deformaciones ; siendo las constantes de elasticidad los parámetros que describen el comportamiento del material en cuestión. Estrechamente relacionada con la elasticidad está la velocidad a la que una onda elástica emitida por una fuente puede viajar dentro de un medio rocoso. La velocidad de las ondas compresionales es exclusivamente una función de las constantes elásticas y de la densidad, y consecuentemente de la porosidad de la formación. 10

20 Así pues, a partir de las medidas de la velocidad de transmisión de las ondas compresionales se puede obtener información relativa a la porosidad de las formaciones. Por convenio, en los registros geofísicos de este grupo, se utiliza el concepto "travel time" en lugar de la velocidad. Se trata del tiempo invertido por la señal en atrevesar una longitud unitaria a través de la formación. La radioactividad natural de las formaciones rocosas está directamente relacionado con el contenido en los elementos radioactivos, U, T h y K, presente en una gran parte de las rocas sedimentarias. En medios sedimentarios no consolidados es el contenido de K el factor condicionante. En este caso el registro de radiación gamma natural es un indicador directamente relacionado con el contenido arcilloso de la formación Evaluación de la porosidad.- Las técnicas analíticas para determinar la porosidad se refieren a condiciones en que los poros se hallan saturados con líquidos. Los datos utilizados en general provienen de la testificación geofísica con los métodos estandard: - gamma-gamma log (density log) - neutrón-neutrón - velocidad acústica (sonic) - resistividad. 11

21 El registro de densidad se ve influenciado por la densidad global de la formación que será tanto menor cuanto mayor sea la porosidad. La relación entre la porosidad y la resistividad de las formaciones viene definida por la ley de Archy: Rt = C*Rw* - *l/m con: Rt: valor real de la resistividad Rw: resistividad del fluido ( en general agua con minerales disueltos) que funcionan como electrólitos C : una constante (factor de formación) m : una constante ( factor de cementación) : porosidad Por su parte la fórmula que relaciona la porosidad y la velocidad acústica es la siguiente : 1/V = c/vf + ( 1-4) /Vm con: : porosidad. V : velocidad medida. Vf : velocidad del fluido de los poros Vm : velocidad de la matriz rocosa. 12

22 Una tercera ecuación permite establecer una relación entre la radiación detectada con el método de la testificación Neutrón - Neutrón y la porosidad: ND=C+D*ln( ~ ) con: ND : número de cuentas por segundo C y D : constantes 4' : porosidad ln : logarítmo natural. Las ecuaciones se pueden sustituir entre si y correlacionar los distintos métodos para acercarse analíticamente a un valor de porosidad, que aproximadamente corresponde a la realidad. En base a las mismas fórmulas fueron elaborados por los técnicos de exploración de hidrocarburos, métodos gráficos que son aptos para evaluaciones in situ. Las técnicas asumen la combinación de cualquier pareja de resultados de la testificación; resistividad, velocidad acústica, neutrón- neutrón y gammagamma. Sin embargo hay que tener en cuenta que todos los métodos de evaluación de la porosidad se basan en las hipótesis siguientes : - Presencia de un fluido único en los poros. 13

23 - La variación de los resultados de las testificaciones individuales, efectivamente están provocadas por cambios de la porosidad. - Uniformidad de la matriz rocosa. Se ha abordado de muchas maneras la determinación de los parámetros necesarios para la evaluación de la porosidad de formaciones a partir de los datos obtenidos con métodos de testificación geofísica. Sin embargo ninguna técnica analítica ha superado el problema fundamental que es la influencia de la presencia de arcillas. Su presencia en las formaciones reduce significativamente la fiabilidad de los resultados obtenidos La detección de la fracturación. - Por definición una fractura simplemente es una discontinuidad de origen tectónico ó mecánico. En la práctica de la geología se describen así desde fisuras finas hasta fallas de gran escala. El orden de magnitud de tal tipo de accidentes presenta una amplia variedad y también sus propiedades químicas y físicas. Las herramientas utilizadas en la testificación responden a cambios litológicos, a cambios de densidad o de los parámetros mecánicos de la formación rocosa, y otras al contenido de fluidos. Sin embargo ninguna responde directamente a la presencia de fracturas (Schlumberger 1987). Por lo tanto el estudio de zonas de fracturas se enfoca a través de las características particulares que se reflejan en los resultados de los métodos convencionales. El reconocimiento de discontinuidades se complica bastante por una serie de hechos : En primer lugar la roca reacciona al deterioro mecánico 14

24 causado por la perforación. No se puede excluir un cambio en algunos parámetros característicos de la roca por un alivio de tensión provocado por la perforación. En segundo término, porque en general las fisuras ó fracturas fueron sometidas a alteraciones químicas, producidas por la circulación de fluidos durante la perforación. Otra vez la presencia de minerales arcillosos complica la interpretación, dado el hecho que la mayoría de las herramientas estandard de la testificación responden a tal presencia sin poder cuantificar un efecto. El tipo de fracturas que han sido cerradas por presión ó precipitados de minerales, en muchos aspectos son las más importantes. Afectan a rocas que son básicamente impermeables y les confieren una permeabilidad que aunque sea reducida puede ser significativa. Estas fracturas son difíciles de identificar y analizar. En algunos casos una serie de fisuras muy finas pero densas pueden alterar la porosidad global de la formación y dar respuestas útiles en logs de densidad y resistividad. También cabe la posibilidad, para fracturas mineralizadas, de que sean detectadas mediante registros de radioactividad, densidad ó resistividad eléctrica, por las carácteristicas de los precipitados de minerales existentes en ellas. Sin embargo en general el metódo más seguro y fiable en estos casos son las técnicas especiales. Aunque los medios compactos son problemáticos, la combinación de los adecuados métodos de testificación ayuda definitivamente a reconocer con mucha seguridad las discontinuidades significativas en la roca. Los registros que cabe considerar como más resolutivos al respecto son los siguientes : - caliper. - resistividad. - gamma natural. - temperatura. - gamma-gamma. - microflowmeter. - neutrón-neutrón - sónico 15

25 CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS PERFORACIONES.

26 3. CARACTERISTICAS E INFLUENCIA DE LAS PERFORACIO NES. - La mayoría de los métodos de testificación se aplican en sondeos llenos de lodo ó fluidos de perforación. Más raros son los casos de perforación con aire a presión o espumas especiales. Sin embargo, independientemente del método de perforación, en la roca siempre se producen perturbaciones por efecto de la misma. La presión en las formaciones es muy alta, y una vez que exista un camino, el pozo, se produce una liberación de las tensiones, con escape de fluido hacia el sondeo o con interacción con los fluidos de perforación. Para controlar dichos procesos, se rellenan los pozos con el lodo de perforación, constituido por una mezcla de varios componentes con objeto equilibrar la presión de la formación. En general el lodo tiende a penetrar en la roca invadiendo la formación. Las partes sólidas del lodo quedan adheridas a las paredes del pozo formando una costra (mud cake), mientras el agua de la solución entra en las formaciones como filtrado (mud fíltrate). El filtrado es en general una solución química con características muy diferentes a las del agua de la formación. Una de las características de mayor representatividad es la resistividad que constituye un parámetro de fundamental importancia en la testificación geofísica. El conocimiento de los procesos de invasión es primordial porque 16

27 la región investigada por las herramientas de testificación es básicamente la parte más cercana a la sonda, exactamente la zona que está más afectada por la actividad de perforación y por la invasión de lodo. La profundidad de investigación, que es un término cualitativo, es el radio del cilindro ideal de formación, con eje en el sondeo, afectado por las mediciones. Así, pues, una mayor penetración significa que la contribución dominante procede de las zonas que no han sido perturbadas por la invasión u otras alteraciones artificiales. Por el contrario, poca penetración significa que las propiedades del mud cake afectan significativamente a las mediciones. Según la profundidad y las condiciones de estabili dad de las formaciones geológicas en que se efectúan las perforaciones puede ser necesario entubar el sondeo durante el desarrollo de la perforación. El material que se utilice para ello (plástico ó metal) será condicionante respecto al empleo de determinadas herramientas. Por ejemplo, en el caso de usar tubería metá lica, ningún método eléctrico será aplicable. Otro factor importante para la selección de las herramientas a aplicar es el diámetro de la perforación. Algunas herramientas no entran en pozos de poco diámetro y cuando el diámetro de perforación es comparativamente muy grande hay un efecto distorsionador por el efecto volumétrico del lodo del sondeo. Como regla general al respecto ha de procurarse que las sondas midan lo más próximo posible a la pared del sondeo aunque combinando este aspecto con la necesaria seguridad para evitar posibles enganches de las herramientas durante la operación. 17

28 En todo caso es de fundamental importancia que los trabajos de testificación reseñen las condiciones del sondeo en el momento de rea lizar los registros. Son factores importantes al respecto los siguientes : - Diámetro del sondeo y posibles variaciones en el mismo. - Profundidad teórica. - Localización de posibles tramos entubados. - Tiempo en que el sondeo ha permanecido sin circulación de lodo. - Naturaleza del lodo. - Partes de perforación que pudieran indicar la existencia de cavidades, etc. Tener en cuenta esta información es de gran importancia para la correcta interpretación de los registros geofísicos. 18

29 TECNICAS CONVENCIONALES DE TESTIFICACION.

30 4. TECNICAS CONVENCIONALES DE TESTIFICACION. En un Informe como el presente es difícil establecer criterios respecto a la extensión y naturaleza de los comentarios a realizar para cada método. Tratando de que este documento tenga un carácter eminentemente práctico evitaremos el extendernos en descripciones detalladas sobre los fundamentos teóricos de cada herramienta. Entendemos de mayor interés dejar constancia de las aplicaciones específicas de cada registro y de los condicionantes logísticos o económicos de su empleo. En este sentido, se ha incluido un número considerable de referencias bibliográficas que se han seleccionado de acuerdo con la representatividad de los ejemplos que se incluyen y con la calidad de sus explicaciones de tipo teórico. Dejamos constancia de estos criterios para que se tengan en cuenta en cualquier valoración de este trabajo que, en todo caso, no deja de ser una labor de recopilación y síntesis. Existe un abanico muy amplio de métodos para la testificación geofísica de sondeos. Sin embargo no todos están siempre disponibles u ofrecen la combinaciónes deseable para problemas específicos con condiciones particulares. 19

31 Elegir la herramienta apropiada es crítico, porque los diseños son muy variados en su manera de responder a determinadas carácteristicas de las formaciones y en su forma de aplicación (Col lier 1989). Este capítulo intenta dar un repaso de los métodos, incluyendo algunos que todavía están en estado de desarrollo. Los tipos de mediciones se dividen basicamente en tres clases : - Técnicas convencionales. - Técnicas especializadas. - Técnicas complementarias. Realmente hay que añadir una cuarta clase, que descri be las técnicas que normalmente fueron diseñadas para investigaciones en la superficie y posteriormente adaptadas a las medidas en sondeos. Esta categoría incluye casi todas las técnicas sísmicas, eléctricas y de campos potenciales. A veces se utiliza dispositivos para mediciones acústicas o eléct ricas de manera combinada. Con la fuente que produce la señal a medir dentro del pozo y el receptor o detector en la superficie ( hole-to-surface) o con la fuente en superficie y el detector en el sondeo ( down-hole) ; o con la fuente en un sondeo y el detector en otro ( cross-hole). Estos métodos tienen la ventaja de que penetran en un radio muy amplio dentro de la formación. En combinación con métodos de superficie dan un imagen tri- dimensional de la vecindad de la perforación. ( Daniel and Keys). Sin embargo los aparatos y técnicas todavía no están suficientemente desarrollados para su empleo comercial de forma sistemática. Por otra parte sus aplicaciones genéricas se apartan de los objetivos de este Informe. 20

32 4.1. Métodos eléctricos. - Los registros eléctricos están extremadamente influidos por el entorno y las condiciones del sondeo. La fiabilidad del valor Rt, que es la resistividad real de la formación que se desea medir depende sustancialmente de factores como: - Diametro y regularidad de la perforación. - Resistividad del lodo de perforación Rm. - Resistividad de capas contiguas. - Resistividad del filtrado de lodo Rxo. - Espesor de la zona invadida. - Espesor de las capas. - Características de la herramienta. El hecho de que exista una multitud de posibilidades de combinaciones de problemas y de estados del pozo, deja claro, que en ningún caso una herramienta sola puede resolver un determinado aspecto o problema geológico. En el establecimiento del programa de registros de resistividad hay que buscar un compromiso entre la penetración de las herramientas y la resolución vértical, lo cual nuevamente significa que solamente con varios instrumentos se puede obtener una determinación rea lista de la resistividad real Rt y una buena resolución vértical bajo una se rie de distintas condiciones del sondeo. Dependiendo de la porosidad habrá distintas profundidades de invasión del filtrado de lodo Rxo. En consecuencia las investigaciones deberían comprender una serie de mediciones con varias penetraciones laterales para asegurar que los resultados realmente reflejen Rt (Collier 1989). Los registros eléctricos se agrupan en cinco categorías : 21

33 Fig. 1. Las zonas invadidas en una formación porosa. ( Collier 1989). 22

34 - Potencial espontáneo - Resistencia monoeléctrica - Resistividad no focalizada - Resistividad focalizada - Inducción (focalizada - no focalizada) Seguidamente explicaremos en forma resumida su funcionamiento y características particulares Potencial espontáneo. - Respecto a nuestros objetivos, se trata de una herramienta de tipo complementario, aunque de uso habitual ya que normalmente va incluida en sondas que operan simultáneamente con varios registros. El registro de los potenciales espontáneos se realiza con los registros de resistividad. Los registros de SP (Spontaneous potentíal) probablemente son la antítesis de la imagen de alta tecnología de la mayoría de los métodos de la testificación (Ellis 1987). La curva del potencial espontáneo es un registro de la diferencia de potencial entre un electrodo fijo en la superficie como punto de referencia, y otro que se mueve dentro del pozo a lo largo del sondeo. El registro básicamente es la medición de un voltaje que está variando muy despacio a medida que la sonda se desplaza por el sondeo. Las amplitudes varían bastante, pero en general son de algunas decenas de milivoltios. Se explica el potencial espontaneo según varios orígenes, aunque se considera que la mayor contri bución se debe a las reacciones electroquímicas entre los contactos de capas geológicas de distinta permeabilidad y las disoluciónes del lodo de perforación. 23

35 Las arcillas son permeables para los cationes de Na+ pero practicamente impermeables para los aniones Cl-; como resultado se forma un potencial cuando los iones Na+ migran de las aguas salinas de una formación permeable hacia las arcillas y después hacia la disolución de lodo (Telford 1982). En este sentido, la disolución de lodo provoca un desequilibrio del potencial de membrana. Debido a que los iones de Na y Cl tienen una movilidad diferente, se produce una separación y descompensación de las cargas eléctricas (Ellis 1987). Como resultado se genera una diferencia de potencial respecto a un punto de referencia. Las capas arcillosas o margosas de un sondeo tienen el mismo potencial eléctrico y se alinean, en un registro, a lo largo de una recta de valores semejantes y que se define como "línea base de las arci llas". Los demás valores de un sondeo están relacionados con esta línea según su desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la línea base. Los valores correspondientes del potencial son negativos (izquierda) o positivos (derecha), dependiendo de la salinidad del agua de formación y del filtrado (Schlumberger, IGME 1988). Los registros del potencial espontáneo son un método muy útil para la identificación de las capas permeables y medios impermeables. Considerando los registros de otras técnicas aplicadas simultaneamente y con una interpretación crítica, el método de SP puede ayudar a la identificación de zonas de porosidad de primer grado ( por ejemplo niveles de arenas entre arcillas) o de segundo grado ( zonas fracturadas). Los resultados solamente son fiables bajo condiciones relativamente ideales del estado de la perforación (Keys,1989) y dependen del contraste en la calidad química entre el agua dentro del sondeo y de la que satura las formaciones permeables ( Howard, 1989 ). Ese en general es el caso cuando se realiza la perforación 24

36 con lodo a base de arcill as de alta conductividad Métodos con electrodos no focalizados. - Las técnicas son muy similares en su fundamento teórico a las técnicas eléctricas de superficie. Una corriente de baja frecuencia es introducida a través de dos electrodos de corriente en la formación rocosa y se mide la diferencia del potencial que tal paso de corriente establece entre dos electrodos de potencial situados en la misma sonda. El registro es una curva de la variación del potencial en función de la profundidad. Su transformación a unidades de resistividad es sencilla. Aunque los métodos con dispositivos focalizados son bastante más sofisticados, estas técnicas siguen siendo muy populares y uti lizadas. E llo se debe a la gran experiencia en su empleo durante décadas y en segundo lugar porque son las herramientas más economicas de los métodos eléctricos. Resistencia. - Las sondas para la medida de la resistencia pueden considerarse como extremadamente sencillas y en parte anticuadas. Muchas veces forman parte de mediciones combinadas en aparatos de las primeras generaciones y por eso las mencionamos. El dispositivo es el único de los métodos no focalizados, que utiliza los mismos electrodos para introducir la corriente al terreno y para la mediación del potencial. Se llama monoelectródico cuando un eléctrodo se encuentra como eléctrodo de referencia 25

37 en la superficie, mientras el segundo es bajado al pozo. En la configuración diferencial, los dos eléctrodos se bajan a poca distancia (20 cm) al pozo. En los dos dispositivos se pasa una corriente constante entre los dos eléctrodos y se registran las fluctuaciones del voltaje al mover la sonda a lo largo del pozo. La resistencia entre los eléctrodos está definida por la ecuación de Ohm: V=R*I; en la que R es la resistencia en Ohm, I la corriente en Amperios y V la diferencia de potencial entre los dos electrodos. Durante el registro se mantiene la corriente I rigurosamente constante y en consecuencia las fluctuaciones del voltaje corresponden a cambios de resistencia dentro del pozo, cambios interpretables en términos de variaciones litológicas. valores de resistencia : Básicamente hay tres factores que condicionan a los - la resistencia de las rocas en inmediata próximidad de los electrodos. - el volumen de roca entre los dos electrodos. - el efecto del lodo de perforación que rellena el sondeo. Las variaciones de resistencia están primariamente provocadas por variaciones en la inmediata próximidad del electrodo dentro del pozo. En el dispositivo diferencial se refiere a la próximidad de la pareja de electrodos dentro del pozo. El resultado depende mucho de la resistencia eléctrica del lodo de perforación y de la regularidad de las paredes de la perforación. 26

38 Fig. 2.- Sonda monoelectródica ( Kay and McCary ). 27

39 Una de sus ventajas es la excelente resolución de capas finas y la posibilidad de detectar fracturas llenas de agua. Los registros no son lineales (Mac Cary 1971) y consecuentemente el dispositivo no se puede utilizar para evaluaciones cuantitativas de las propiedades eléctricas de unidades rocosas. Sin embargo resulta muy útil en la correlación cualitativa de medidas con significado litológico. En ambientes geológicos de origen sedimentario los registros de resistencia tienen generalmente las siguientes características : Frente a las arcillas muestran valores bajos, las areniscas tienen valores intermedios y las calizas reflejan valores de alta resistencia. En el medio ígneo y metamórfico los valores de baja resistencia se explican por la presencia de formaciones rocosas conductoras o por la presencia de zonas de fractura aunque sean de poco espesor. Sonda Normal. - El dispositivo es un sistema de dos parejas de eléctrodos del tipo cuadripolar; AB y MN. Por los eléctrodos AB se envía una corriente I a través de la formación rocosa y se mide la diferencia de potencial A V que se produce entre M y N. La distancia AM se denomina espaciado de la sonda. Los espaciados estandard son de 8", 16f', 32" y 64". Las de uso más corriente son la normal corta de 16 " y la normal larga de 64". 28

40 Se calcula la resistividad aparente que se refiere al punto situado en el centro de AM, suponiendo un medio homogeo, mediante la ecuación : pa = K * dv/i Ay: diferencia de potencial I: corriente K : factor geométrico. El factor geométrico K depende de la configuración de la sonda, respecto al espaciado AM. La relación espaciado/espesor de capa tiene significación para la selección de la herramienta apropiada. La mayoría de los instrumentos ofrecen registrar la normal corta y normal larga simultaneamente. La profundidad lateral de investigación aumenta proporcionalmente con el espaciados. Se acepta generalmente que la profundidad de investigación es aproximadamente = 2 AM. En consecuencia, la normal corta tendrá buena resolución vertical a costa de una menor penetración lateral, lo que lleva consigo que la resistividad Ri, de la zona invadida por el lodo de perforación, tendrá gran influencia en el registro. La normal larga refleja mejor la resistividad Rt, la verdadera de la formación. Las sondas normales son una herramienta estandard en la determinación de la resistividad de la formación bajo condiciones favorables. El sondeo tiene que estar lleno del fluido de perforación. El efecto de capas próximas y la invasión de lodo de perforación en formaciones porosas es muy significativa en los registros. Dichos efectos pueden corregirse en función del espesor de las capas y además, los resultados solamente son fiables con una corrección del diámetro de perforación, ya que los resultados del 29

41 Fig. 3.- Esquema de las sondas normal lateral (Collier ) 30

42 método dependen mucho del estado geométrico del pozo. La normal corta es apta para mediciones de resistividad de zonas porosas que están invadidas por el filtrado del lodo y de este modo permiten la determinación de porosidad de la formación. En la correlación entre pozos se puede aplicar el método, dada su característica, de que posibi lita una buena definición de los contactos entre capas. La normal larga mide la resistividad intermedia, que por lo menos en teoría permite calcular la resistividad de la zona invadida, Ri y la resistividad verdadera de la formación Rt ( Telford 1982, Astier 1975). Sonda lateral. - Es el primer dispositivo empleado en la historia de la testificación. Durante muchos años era corriente aplicarlo conjuntamente con la sonda normal. Pocas empresas todavía emplean este método que está en desuso. El método se denomina también dispositivo de tres electrodos. Los eléctrodos que miden la diferencia de potencial suelen estar separados por 32". El centro entre las dos está a una distancia de 18'8" del electrodo de corriente que se encuentra en el sondeo. Esta distancia es el espaciado del dispositivo. La profundidad lateral de investigación equivale aproximadamente al espaciado. De las herramientas no focalizadas la sonda lateral tiene la única ventaja de tener una buena penetración lateral. En los registros destaca la asimetría de las curvas, provocada por la configuración de los eléctrodos. Parecido a los 31

43 sondeos normales se calcula la resistividad aparente: Pa=K*AV/I 0 V : Potencial entre MN. I : Corriente introducida. K : Factor de geometría. La herramienta fue diseñada para la determinación de la resistividad aparente. Sin embargo el registro de la sonda lateral es tan dificil de interpretar que no es una buena altern ativa para la determinación de la resistividad Rt de la formación. La corrección del efecto del diámetro de la perforación y del espesor de las capas próximas en casi todos los casos, es imprescindible Métodos con eléctrodos focalizados. - A finales de los años 50 se empezó a trabajar con herramientas focalizadas. Las no focalizadas tienen el grave defecto de que no se puede controlar la dirección del flujo de corriente. En consecuencia, de acuerdo con las leyes de la electricidad, la corriente toma el trayecto de la mínima resistencia, prefiriendo medios conductivos, como el lodo de perforación o las formaciónes conductivas. Si el líquido de perforación es demasiado conductivo (lodo con sales ) o si la formacion tiene una resistividad demasiado elevada, la corriente se canaliza por el sondeo y no penetra en la formación. Generalizando se puede decir, que los dispositivos de las sondas normales ( larga y corta) y la lateral tienen espaciados demasiados gran des para detectar capas finas y el microlog está muy influido por el lodo. Los instrumentos con eléctrodos focalizados superan 32

44 los siguientes problemas: - Lodo de perforación de alta conductividad. - Resolución de capas de poco espesor. - Formaciones de alta resistividad. Los electrodos focalizados controlan el trayecto de la corriente utilizando eléctrodos auxiliares de corriente, que se encuentran encima y debajo del eléctrodo de corriente primaria. Los electrodos auxiliares ( de guarda ) ajustan la intensidad de su corriente automáticamente de tal forma, que siempre tienen el mismo potencial. Este dispositivo permite medir silmultaneamente la resisitividad de la zona invadida por el filtrado de lodo Rxo y la resistitivad aparente de la formación Rt. Guard Log. - El nombre comercial es Laterolog 3 (LL3 ). La corriente se focaliza dentro de un disco horizontal que entra en la formación lateralmente en lugar de desplazarse verticalmente por las paredes del pozo. La profundidad de investigación, que es la distancia donde la corriente pierde su carácter focalizado, es aproximadamente tres veces la distancia entre los electrodos "guard". Electrodos puntuales ( Point-Electrode). - También se llama Laterolog 7 (LL7). Los discos del Laterolog 3 son sustituidos por 7 electrodos puntuales. El "rayo" de la corriente enfocada es más "grueso " que el del Laterolog 3. Los resultados de ambos son muy parecidos. 33

45 OR w Focusing system Non focusinca system (norma! devi(--p) Fig. 4.- Diferencia de trayecto de la corriente empleando sondas focalizadas y no focalizadas 34

46 Spherica lly Focusing Electrodes (SFL). - Este tipo de herramienta focalizada se puede considerar como sustituto de la normal corta de las herramientas no focalizadas de la primera generación. El SFL tiene un concepto diferente de los Laterologs 3 y 7. En lugar de enfocar el "rayo" de corriente de forma horizontal, los eléctrodos auxiliares están diseñados en tal manera, que forman un casco esférico alrededor del eléctrodo de corriente. La ventaja es, que se reducen los efectos de la perforación, no hace falta una corrección de espesor de capas próximas y la profundidad lateral de investigación es, mayor que la de los metodos no focalizados (Jordan and Campbell 1986). Dual Focusing Electrode (DLL). - Es el desarrollo más avanzado de las herramientas de resistividad. El nombre común es Dual Laterolog (DLL) o Dual Guard Log. Una corriente se envía a la formación desde el electrodo central de la sonda. Varios electrodos montados simétricamente a lo largo de la sonda focalizan la corriente El mismo dispositivo registra los valores de poca penetración (LLS, Laterolog shallow) y un alcance lateral más profundo (LLD, Laterolog deep ). Los dos conceptos utilizan los mismos eléctrodos. Electrónicamente se varía el modo de enfoque que determina la profundidad de investigación. De este modo se puede medir simultaneamente la resistividad de la zona de infiltración Ri y la resistividad aparente, de que se deriva la verdadera 35

47 resistividad Rt. Sin duda, el Dual Laterolog ofrece la técnica más refinada para la medida de resistividad. El alcance lateral de profundidad es más grande que el del LL3 y LL7. El Dual Laterolog tiene con su configuración del LLD buena capacidad de investigar la resistividad aparente en una escala, que incluye formaciones de muy baja hasta muy alta resistividad ( Ohm). La herramienta tiene características muy favorables para determinar la verdadera resistividad Rt y al mismo tiempo puede garantizar una relativamente buena resolución vertical ( Jordan and Campbell, 1986). Microlog. - El microlog se desarrolló para detectar capas de muy poco espesor. Sin embargo el microlog en sus aplicaciónes reales, se ha limitado al estudio de la resistividad del mud cake. La presencia de mude cake es un indicador cualitativo, de que la formación es permeable. Esta norma hay que ap licarla con cuidado, sobre todo porque en general el mud cake no se forma en zonas de porosidad secundaria. Microlog no foca lizado.- Los electrodos están situados encima de un cojín de goma que está apretado mecánicamente contra la pared del pozo. La herramienta combina dos mediciones de resistividad. 36

48 s s s LATEROLOG 3 LATEROLOG 7 S =30.5 cm ( 12') S = 81.3 cm (32') shaltow S=61 cm (24') DUAL LATEROLOGS deep SPHERICALLY FOCUSED TOOL 3=61 cm ( 241 5=78.2 (30') electrode O Insulation fl emitted current sheet S apacing 0 = zero potentlal 1 W (D tt J r

49 El espaciado corto de 1 " registra la resistividad del mud cake. La profundidad lateral llega a aproximadamente 4 cm. El espaciado largo mide el conjunto de mud cake y la resisitividad de la formación. La profundidad investigada por el espaciado largo es del orden de 10 cm. La herramienta se utiliza en pozo llenos de lodo a base de agua. El dispositivo con el cojín de goma lleva incorporado un caliper para registrar el diámetro de la perforación. Microlog focalizado. - En esta clase existen una serie de herramientas que se distinguen por el grado de enfoque de la corriente. El Microlaterolog (MLL) es lo menos focalizado, luego el Micro Log que está enfocado esféricamente (MSFL Mícrosperically Focused Log) y por fin la focalización más efectiva se consigue con una herramienta denominada Log de Proximidad (PL, Proximity Log). En el caso de poco enfoque del dispositivo, el registro será dominado por el efecto del mud cake. Al contrario un enfoque concentrado puede en, buenas condiciones de poca ínvasion del lodo, llegar a medir de forma efectiva la resistividad aparente de la formación. Esta herramienta se utiliza en pozos rellenos de agua y lodo y mide en la misma operación el estado de la perforación mediante un caliper. Los micrologs, focalizados o no, registran en p rimera linea las características del mud cake. En correlación con otros métodos permiten la identificación de capas de poco espesor. 38

50 MICROLOG ML MICROLATEROLO4 MLL PROXIMITY pad

51 Detectar zonas porosas será posible con las herramientas focalizadas con la condición de que se haya utilizado un lodo suficientemente conductivo. El uso de las sondas no focalizadas solamente dá información cualitativa sobre la existencia del mud cake. En general, la técnica dá también información sobre el estado de la perforación Métodos de Inducción.- El hecho que originó el desarrollo de herramientas de inducción fue el cambio de métodos de perforación, como la perforación de percusión con aire y con espuma, o el uso de lodos no conductivos. La falta de un elemento conductor como el lodo hizo inútil las clásicas herramientas de resistividad. Es la única herramienta de resistividad que funciona en pozos secos. Por supuesto, como todos los métodos eléctricos no se podrá utilizar cuando el sondeo esté entubado con tubería metá lica. El principio de funcionamiento es el siguiente. Una corriente alterna de alta frecuencia se hace circular por un sistema de bobinas coaxiales ( bobina emisora). El campo magnético resultante provoca en las rocas una corriente secundaria (corriente Foucault ), que por ser variable en el tiempo dá origen a su propio campo magnético secundario. Este depende mucho de las características físicas de la roca. El campo magnético secundario induce una corriente dentro de la bobina receptora del dispositivo, que se registra en el log. de la formación, El voltaje inducido es proporcional a la conductividad que es la recíproca de la resistividad. 40

52 Los instrumentos modernos tienen en realidad varios transmisores y receptores para conseguir de una manera parecida a los Laterologs, una focalización del campo mágnetico. El resultado es la medición simultánea, que se efectua con la herramienta de Induccion Dual (DIL, Dual Induction Log), de resistividades representativos de varios rangos de profundidad. En el caso de que se utilice la herramienta en pozos con lodo, los registros incluirán información bastante completa sobre el comportamiento eléctrico del medio (Verdier, 1986). Las curvas se registran como sigue: Inducción normal: registro de conductividad y su recíproca la resistividad, asociado con el registro de resistividad de poca penetración lateral. Inducción dual: se comparan los registros de la conductividad de poca e intermedia profundidad y de su recíproca, la resistividad, con los valores de resistividad procedentes del registro convencional de resistividad. Generalmente la herramienta en la versión focalizada tiene buenos resultados tanto en la resolución verticál como en la profundidad laterál de investigación (Schlumberger 1987). Su aplicación es la determinación de Rt, la resistividad verdadera de la capa a través del registro de la resistividad aparente. Las condiciones de la perforación tienen notable influencia aunque pueden ser compensadas en teoría con tablas de correcciones. 41

53 AM PLIFIER ANO OSCILLATOR HOUSING RECEIVER COIL n RECEIVER AMPLIFIER FOUCAULT CURRENT (9 GROUND LOOP) _ É FORMATION TRANSMITTER OSCILLATOR TRANSMITTER COI L 9!4- BORE HOLE Fig. 7.- Herramienta de Inducción (Verdíer, 1.986). 42

54 En segundo lugar los resultados son fiables solamente en la escala hasta 100 ohms. En capas de alta resistividad, equivalente a poca conductividad, falla la calibración de los instrumentos Resumen Los registros monoeléctrodicos aportan resultados de carácter cualitativo y su empleo se mantiene porque normalmente se utilizan integrados con otros registros en una misma sonda. 2. Los métodos de inducción se pueden aplicar solamente en perforaciones con lodos no conductivos y tuberías no metálicas. 3. Para determinar la verdadera resistividad de formaciones y la localización de niveles de poco espesor en medios de baja o intermedia porosidad, únicamente las sondas focalizadas llevan a resultados aceptables (Laterolog o Guardlog). 5. La invasión de filtrado del lodo se mide apropiadamente con microdispositivos de enfoque esférico (MSFL). 6. Las capas finas se pueden definir solamente con precisión mediante herramientas equipadas con microelectrodos y dispositivos focalizados (Collier, 1989) Métodos radioactivos. - Algunos átomos de las estructuras cristalinas de los 43

55 componentes de las rocas emiten radiaciones naturales mientras que otros pueden hacerlo al ser provocados por ciertas formas de energía. La radiación nuclear puede incluir cualquiera de los tipos de radiación: alpha, beta, gamma o la emisión de neutrones. La radiación en la forma gamma y de los neutrones tiene una capacidad de penetración considerable. Los instrumentos de la testificación que registran la radiación se dividen basicamente en tres categorías : - Instrumentos que registran la radiación gamma natural de los elementos Uranio (U), Torio (Th) y Potasio (K) que forman parte de la matriz de la roca. - Instrumentos que emplean fuentes artificiales de radiación gamma para bombardear el medio rocoso. - Métodos que emplean fuentes de neutrones para iniciar procesos radioactivos (Telford 1982). Durante la desintegración nuclear, los nucleos excitados emiten impulsos de radiación electromagnética, los rayos gamma. De forma simplificada se puede considerar esta radiación como un " exceso" de energía. La capacidad de radiación natural de las formaciones geológicas resulta condicionada por la presencia de pequeñas cantidades de U, Th y K40 en las rocas. La radiación del tipo gamma de la serie de desintegración de los elementos uranio y torio es bastante más intensa que la del potasio. Sin embargo la diferencia de intensidad se compensa, porque los isotopos del potasio están mucho más concentrados en las formaciones rocosas comunes. Consecuentamente la radiación media se puede asignar, a partes aproximadamente iguales, a los tres elementos. Los rayos gamma de K40 son monoenergéticos con una 44

56 intensidad de 1.46 MeV, mientras que la radiación del Th y U tiene un espectro energético entre 1.7 MeV hasta 2.62 MeV. Para detectar la radiación de un elemento individual, el detector tiene que ajustar su sensibili dad dentro de un espectro específico de energía. En general la emisión radioactiva es elevada en rocas de orígen sedimentario/detrítico y sedimentos metamórficos. Es inferior en las rocas ígneas y metamórficas, con la excepción de granitos con un alto componente de potasio (Militzer 1986). Un rayo gamma puede interaccionar con el medio en que entre en contacto de varias maneras : - Transfiriendo toda su energía a un electron del átomo (conversión fotoeléctrica), - Pierde su energía sucesivamente en la colisión con varios nucleos, transfiriéndola a varios electrones (efecto Compton). - El rayo gamma desaparece enteramente, convirtiendose en un par positrón-electrón. Los tres procesos están estrechamente relacionados con la densidad de electrones en el medio. Como consecuencia los procesos radioactivos están determinados por el tipo de material que atraviese el rayo gamma. La energía de los rayos gamma se estima en el orden de aproximadamente 1 MeV. Esta energía permite llegar a una profundidad de investigación de 30 centímetros en medios no compactos. 45

57 Otra forma de diagnóstico del medio rocoso es la característica de la interacción de los neutrones con el medio. Los neutrones rápidos ( Energía > 0.1 MeV) son frenados por la colisión con un nucleo en forma elástica o inelástica. En la colisión inelástica el núcleo recibe energía cinética y entra en un estado excitado, emitiedo una radiación gamma característica. La manera en que un neutrón pierde su energía en una colisión depende de la masa del nucleo con el que choca; o expresado en otra forma : del tipo de material. Sin embargo, el proceso se complica, porque la capacidad de un núcleo para capturar un neutrón depende también de la velocidad del neutrón al entrar en el medio. El hecho se expresa mediante un valor de probabilidad de captura (barns). La mayor pérdida de energía la sufre un neutrón cuando choca con un núcleo de masa similar a la suya, por ejemplo, con nucleos de H. En este hecho se basan las posibilidades de empleo de esta radiación como medida indirecta de porosidad. Las formaciones porosas saturadas de agua presentan una mayor concentración de atomos de H que las formaciones impermeables y la respuesta frente a la radiación neutrónica es diferente Testificación con rayos gamma naturales.- La testificación de la radioactividad natural se desarrolló como técnica para perforaciones entubadas en las que no se podían utilizar métodos eléctricos. La sonda consiste en un detector y un amplificador. El detector puede ser un contador Geiger o un detector scintilométrico. 46

58 Hay dos tipos de sondas: - Las que registran toda la radiación en la próximidad de la sonda. - Las que discriminan la radiación de cada elemento radioactivo (sondas espectrométricas). En sedimentos recientes, o más general en los medios no compactos, el registro de la radiación de los rayos gamma refleja el contenido de arcillas. La testificación de rayos gamma en rocas ígneas y metamórficas está condicionada por la concentración relativa de componentes félsicos. ( Daniels y Keys 1989). Las medidas de radiación gamma natural permiten la posibilidad de diferenciar el contenido de arci llas de las formaciones y en consecuencia permiten estimar cualitativamente variaciones de porosidad y permeabilidad en medios sedimentarios recientes. En combinación con otros registros (investigaciones con trazadores ) es un instrumento de fácil manejo para detectar zonas impermeables. Es uno de los pocos registros en que el estado del pozo no tiene una influencia decisiva, pudiendo efectuarse las medidas en pozos entubados Registro Gamma - Gamma.- Esta herramienta también se denomina como Log de 47

59 densidad. Tiene interés respecto a nuestros objetivos ya que las medidas de densidad de las formaciones están inversamente relacionadas con la porosidad de las mismas. En la herramienta está incluida una fuente radioactiva, que suele ser Cs60 ó Cs137. Un brazo articulado mantiene los detectores apretados contra la pared con un dispositivo de muelles. El sistema incorpora un dispositivo colimador que garantiza que se registre sólamente la radiación gamma que efectivamente ha viajado por las formaciones. Un sistema electrónico evalúa los registros independientes de dos detectores, para eliminar los efectos del mud cake y de irregularidades del pozo. Existen dispositivos quedan, mediante transformación de los valores medidos, información sobre la densidad aparente conocida con la denominación Densidad de Formación (Verdier, 1986). Los instrumentos de la última generación se basan en el fenómeno del efecto fotoeléctrico, que calcula el número atómico Z que permite obtener conclusiones directas sobre la litología de la formación. Los materiales carbonatados tienen una densidad entre g/cc, las arcillas entre g /cc, las areniscas se encuentran de una densidad entre g/cc. Con estos ejemplos se ven claramente el rango de valores que hay que discriminar con el método. Sin embargo los registros de testificación de densidad se consideran como método auxiliar combinado con otros. Es un registro útil para interpretar variaciones de porosidad en yacimiento sedimentarios. 48

60 I GAMMA Th 0 AMCOUNTS If0 GAMMA K Th 0 An CO1WTS Ibo GAMMA K U Th 0 AMI COUNTS 00 ' URANIUM 0 /M 70 THORIUM» o$.. 0 _ RATI O _ - - POTASS IUM 0 0 % X600 MN IUM { X700 N } ti } fm':. F f '* A IVM XWO MM A Th Li. ~.+.:. QAMMA A ~, I < ~ ; :.} js Il ~ f ~iw{ 'n ~ il~^ L 7 ó t ~( yü1 y CI4 7.' 1 Y i r {{ F. :4 F ~ f, i r, MA K V Th yj X900 ~ y Fig. 8.- Ejemplo de registro espectral de la radiación gamma natural. 49

61 La densidad de rocas ígneas y metamórficas es en general más alta, variando desde 2.6 g/cc de las andesitas, hasta 2.8 g/cc en las rocas de alta metamorfosis. La variación de densidad dentro de un medio litológico está provocada en general por cambios de porosidad o alteraciones de la roca ( Daniels y Keys, 1989). tipo D. = D2r La relación entre densidad medida y porosidad es del (1-$) + D,.>. siendo : D..- Densidad medida por la sonda. D r. - Densidad de la matriz rocosa. D f. - Densidad del fluido. 4>. - Porosidad Registro Neutrón - Neutrón.- La sonda consiste en una fuente de neutrones (Am o Be) y uno o dos detectores ( compensación para mud cake) separados por pocos centímetros. El método está basado en el principio de que los neutrones emitidos por una fuente son difundidos o absorbidos por las rocas y una parte de ellos llegan a los detectores. Los neutrones " rápidos" (1-5 Mev ) chocan con los núcleos de los atomos de la roca y pierden energía, según la masa relativa del núcleo que participa en la colisión. Las colisiones con núcleos pesados tienen poco efecto en los neutrones; sin embargo, una colision con un núcleo de masa equivalente ( el núcleo de hidrógeno o los protones), provoca, que los neutrones pierdan rapidamente su energía. Sucesivas colisiones le convierten en un neutrón térmico que corresponde a un nivel energético de 0.1 MeV (Howard, 1989). 50

62 NEUTRON (cps) DENSITY (kg/m3) í= E w a Fig. 9.- Registro de densidad y neutrón-neutrón. ( Dan iels y Keys). 51

63 La mayoría de detectores están capacitados para la medida de los neutrones térmicos. La segunda posibili dad es la detección de la radiación gamma, que se produce cuando un neutrón térmico es capturado por un núcleo de determinados elementos ( método neutrón-gamma). El primer moderador para neutrones es el atomo de hidrógeno. Por lo tanto, la testificación con el método neutrónneutrón responde en primer lugar a la presencia de agua en la formación y así es un indicador de porosidad. La respuesta de esta herramienta da información respecto del contenido de agua de la formación y por tanto dará una indicación indirecta sobre la porosidad y permeabilidad de la misma, asumiendo que la formación esté totalmente saturada. En rocas compactas, la herramienta da buenos resultados en la detección de fracturación si está relacionada con la existencia de agua. Silicatos hídricos, producto de una alteración química dentro y en la próximidad de fracturas pueden ser la segunda causa de una anomalía en el registro. Los problemas surgen con la dificultad de distinguir entre zonas alteradas, fracturadas y la presencia de minerales hídricos como la biotita. Las dificultades pueden ser resueltas con la ayuda de " cross-plots", estudios de una serie de pozos en la misma zona, etc. (Keys,1979, McCann et al., 1981, Davidson et al.,1982). 52

64 4.3. Registro Sónico. - funcionamiento, El método sónico o la herramienta acústica basa su en las propiedades elásticas de las formaciones. El registro de la herramienta da una medida del tiempo de tránsito que la onda de propagación de un impulso acústico (las ondas P o de compresión ) necesita para llegar del emisor al receptor, atravesando por la formación rocosa. El emisor acústico consiste en un transductor piezoeléctrico, que convierte la energía eléctrica en energía vibrato ria. La sonda lleva dos receptores que funcionan en sentido contrario y transforman la energía de vibración de la onda acústica en señales eléctricas. El emisor y los detectores están mecanicamente desconectados entre si, por una sección aislante. En su trayecto por la roca, la señal acústica genera una serie de ondas de distintas características. Los registros de la testificación convencional se basan en la medida de la velocidad de las ondas P compresionales. La onda P es la p rimera en llegar a los receptores. La diferencia del tiempo de tránsito de la onda P entre los dos receptores, se usa para calcular la velocidad característica de la roca. La llegada de la onda P es automáticamente registrada por el sistema electrónico que se encuentra en la superficie. Bajo condiciones ideales, puede considerarse el tiempo de tránsito como la suma del tiempo que la onda ha pasado dentro de la matriz sóli da y el tiempo de viaje dentro de los fluidos que rellenan los poros. En consecuencia los registros del método sónico están relacionados de forma lineal con el contenido de agua (o fluidos en general ), que es equivalente a la porosidad, suponiendo la saturación de la roca. 53

65 En presencia de fracturación, la onda acústica tiene la tendencia de evitar las fracturas y a propagarse por el trayecto más corto hacia el detector. A diferencia de las testificaciones con los métodos de neutrón - neutrón y gamma - gamma que aportan información respecto a lo porosidad total, el método sónico mide de forma preferente la componente primaria o intergranular (Howard 1989). Para cálculos cuantitativos, la formula de Wy1lie del tiempo promedio, relaciona las velocidades con la porosidad teórica : 1/V = 4/Vf + (1-4) /Vm. siendo : V - Velocidad medida. Vf - Velocidad del fluido. Vm - Velocidad de la matriz. c - porosidad. Los registros de la velocidad acústica son adecuados para la diferenciación de litología, la determinación de porosidad y en casos determinados para la detección de zonas fracturadas. La velocidad acústica varía entre 1639 m/s en el agua, valores inferiores a los 3000 m/s en sedimentos poco consolidados y llega a velocidades superiores a los 6557 m/s en rocas metamórficas e ígneas (Daniels y Keys 1989). En zonas fracturadas el registro sonico tiene serias limitaciones como método singular. En comparación con la testificación de densidad (gamma-gamma) o el neutrón-neutrón este registro identifica de forma cualitativa las zonas fracturadas o de permeabilidad secundaria. 54

66 En varias ocasiones el registro sónico fue destacado como método idóneo para la detección de fracturas. Sin embargo existen al respecto algunas matizaciones : En presencia de fracturas la señal se ve gravemente atenuada con el resultado de que solamente las segundas o terceras llegadas serán registradas (Serra,1984 ). En consecuencia ciclos enteros de señales desaparecen del registro. Evaluando este hecho de forma positiva se podría considerar como indicio de la presencia de fracturas ( efecto skipping). En segundo lugar, la interpretación no es muy clara si la fracturación tiene su origen en cambios litológicos Howard 1989, Telford 1984). Como método especializado para la detección de la porosidad de segundo grado, se desarrolló como una técnica avanzada en la interpretación de la señal acústica el aná lisis del " full wave train " ( la señal completa). Un valor de tipo complementario tienen los registros acústicos para el apoyo de poste riores estudios sísmicos en los medios arcillosos. En las formaciones no consolidadas, el regístro acústico como método aislado es de poco interés, dado que las velocidades en las arci llas y las arenas son similares y no distinguibles. 55

67 TECNICAS COMPLEMENTARIAS. 1

68 S. TECNICAS COMPLEMENTARIAS.- Existe una serie de técnicas que forman parte complementaria de muchas herramientas clásicas de testificación aunque no son directamente consideradas como herramientas para la determinación de la permeabilidad. Sus registros sirven de apoyo a la interpretación de los que evalúan la porosidad o parámetros asociados Caliper. - Con esta herramienta se miden las variaciones de diámetro de la perforación. Se distingue entre dos tipos : el mecánico y el método acústico. El primero registra el movimiento lateral de un brazo de medición (o varios brazos ) que se mantiene apoyado sobre la pared del sondeo durante el desplazamiento de la sonda. El sistema convierte estos desplazamientos en una señal eléct rica. El método acústico del caliper trabaja a base del tiempo que necesita una ondo acústica de alta frecuencia para realizar el trayecto emisorreceptor, después de reflejarse en la pared del sondeo. Los registros de caliper son una herramienta básica y 56

69 tienen un gran valor dado que la mayoría de las otras técnicas dependen en su calidad del estado del pozo de perforación. En algunos casos el cali per aport a información sobre la existencia de zonas de fractura. Para ello es preciso que las fracturas sean "abiertas" o lo suficientamente aumentadas por el proceso de perforación, para que cambien efectivamente el diámetro teórico del sondeo Temperatura. - El registro de la temperatura presenta una de sus mayores utilidades en la detección de zonas de fracturación. La presencia de fracturas por las que se produce circulación de agua provoca una diminuta variación vértical de la temperatura en los fluidos del pozo. Las pequeñas diferencias medidas son electrónicamente amplificadas en el registro. Los registros pueden clasificarse según dos tipos según cuales sean sus características dominantes (Drury et al. 1982, Drury 1984). El primero de ellos refleja el caso de que el pozo reciba agua por las fracturas o, en el caso contrario, que se produzca aporte de agua desde el pozo hacia la formación, a través de las fracturas. Estos modelos se representan de forma simplificada en la Figua 10; con su explicación correspondiente (Howard 1.990). Los termómetros funcionan en generel de forma diferencial, midiendo el gradiente entre la superficie como punto de referencia y el entorno en el pozo. 57

70 TEMPERATURE Fig Respuestas características del log de tempera tura frente a varios tipos de fracturas (Howard). a) Interconezión de zonas permeables. b) Fractura con entrada de agua da el sondeo durante la perfore ción, pero de baja permeabilidad. c) Fractura de alta permeabilidad. 58

71 5.3. Medida de fluio ( Microflowmeter). - La herramienta estrictamente considerada, es más de tipo hidrogeológico que geofísico. Este método permite determinar el flujo puntual frente a cada uno de los niveles permeables intersectados por el sondeo. En consecuencia resulta útil en la identificación de tramos permeables y también en el estudio de la evolución de la permeabilidad con el tiempo o después de posibles tratamientos de limpieza o desarrollo de los posos. Existen dos tipos de microflowmeters: - De hélice. - Termal. El método de hélice detecta y evalua correctamente movimientos de fluidos con velocidades superiores a los 015 m/min. El "heat pulse meter ", un método termal, es un instrumento bastante más exacto y responde a velocidades de aproximadamente 0.1 m/min. La base física del instrumento es el calentamento del agua entre dos puntos definidos dentro de la sonda a través de una resistencia, que aumenta la temperatura del liquido según su velocidad de flujo. La aplicación más útil de la herramienta termal es el reconocimiento de fracturas de baja permeabilidad que han sido estimuladas en ensayos de bombeo y producen un flujo extremadamente bajo ( Hess,1982). Los dos instrumentos están adaptados según su uso para el registro de movimientos verticales o laterales. 59

72 UPPER TEMPERATU SENSO HIGH VOLTAGE S IGNAL CONOITIONER l CHART RECORDER LOWER TEMPERATURE SENSOR FLOW SENSOR Fig Esquema del Microflowmeter térmico. 60

73 La ap licación de estas técnicas en combinación con trazadores resulta especialmente útil en estudios de detalle Susceptibilidad magnética. - La medición directa de la susceptibilidad magnética tiene utilidad en la localización y correlación de formaciones y su ámbito más específico de actuación son los medios metamórficos y cristalinos. La susceptibili dad magnética está definida por la relación entre la intensidad de magnetización de un medio y la intensidad del campo magnético aplicado y refleja en qué grado una sustancia puede ser magnetizada. El sensor de la sonda consiste en un núcleo de alta permeabi lidad eléctrica rodeado por un solenoide conectado con un puente de Maxwell. Con la presencia de material ferromagnético en la proximidad de la sonda, el campo magnético cambia, lo que provoca la variación de la corriente eléctrica dentro del sensor. La corriente es transformada en unidades de susceptibili dad magnética ( unidades SI). La sensibilidad del sistema es suficiente para detectar diminutas cantidades de minerales ferromagnéticos. En las formaciones de origen sedimentario la magnetita es el mineral más corriente que determina la suscep tibilidad magnética de la formación. En algunos casos la buena correlación entre los registros del potencial espontáneo y las medidas de susceptibilidad pone de manifiesto que zonas porosas que han sido colmatadas por depósitos de minerales de hierro procedentes de las aguas subterráneas. 61

74 El registro es independiente de la resistividad del lodo y tambíen puede ser rea lizado en pozos secos. Su penetración lateral equivale a la longitud de la bobina ( Telford 1984). Las cuatro técnicas mencionadas deben considerarse como complementarias e incluirse en combinación con otras de tipo básico. Su uso como método auxiliar en muchos casos es recomendable y a veces forman parte integrante de algúnas herramientas estan dard. En combinación con los métodos de resistivídad, radioactivos y acústicos tienen su mayor aplicación en la correlación de los registros y en la explicación de anomalías puntuales tales como zonas de fractura. 62

75 NUEVAS HERRAMIENTAS.

76 6. NUEVAS HERRAMIENTAS.- Se trata de técnicas especializadas, que realmente no representan una ampliación de la gama en lo que se refiere a los fenómenos físicos en que se basan. Sin embargo la electrónica sofisticada de estos instrumentos, permite el aprovechamiento muy mejorado, de la repuesta en función de las propiedades físicas de las rocas. Las herramientas de esta generación se concentran en métodos acústico-sísmicos y métodos eléctromagnéticos. Todas las sondas equipadas con alta técnología son difíciles en su modo de operación y exigen un gran despliegue técnico. También exigen unas condiciones más estrictas que las convencionales en lo que se refiere a características del sondeo Televisor acústico (Acustic televiewer). - Las herramientas acústicas convencionales operan con frecuencias comprendidas entre KHz. Los dispositivos ultrasónicos como el "televiewer " tienen su rango de operación en la escala de varios cientos de KHz llegando a la magnitud MHz. A esta frecuencia la longitud de la onda emitida tiene pocos milímetros, lo que conlleva una variedad notable de 63

77 BOREHOLE TELEVIEWER Fig Ejemplo de registro del «televiewer acústico».- 64

78 posibilidades de medición siendo las más frecuentes los registros de "imagenes acústicas". La aplicación de métodos ultrasónicos ofrece características muy positivas en relación con el estudio de la permeabilidad de las formaciones. La teoría implica la operación en una frecuencia crítica, según la permeabilidad de la formación y la viscosidad de los fluidos. A tal frecuencia es cuando la atenuación de la energía de la onda acústica es máxima y se produce en el intervalo entre 1 y 100 KHz. El sistema registra el grado de pérdida de las fuerzas cohesivas entre fluidos y la matriz de la roca ( D. Ell is,1987). En ensayos de laborato rio se ha obtenido también buenos resultados en la determinación del tamaño de los granos de la matriz rocosa. Utilizando frecuencias superiores a 1 MHz, el tamaño de los granos es el elemento que controla el mécanismo de pérdida de energía de la onda acústica. En su aplicación práctica el televiewer, también conocido con la abreviación BHTV (bore hole televiewer), se ha utilizado de forma específica para la identificación de zonas fracturadas. El componente principal de la sonda es el emisor piezoeléctrico que actua simultáneamente como receptor. El dispositivo opera rotando a elevada velocidad, emitiendo pulsaciones ultrasónicas. La onda emitida se propaga por la solución, siendo reflejada a la pared del pozo y recibida por el receptor. La señal es convertida en una imágen de la amplitud de la señal reflejada o en su tiempo de transito ( transit time). La presentación final del registro es una proyección planar de la imagen de la pared 65

79 del sondeo, según varias formas de representación: En pantalla, la grabación con video y copias sobre papel. La sonda tiene 3.6 m de longitud y se opera con un avance a muy baja velocidad a lo largo del sondeo. Las paredes limpias producen fuertes reflexiones y se manifiestan como áreas claras en la imagen. Las irregularidades absorben la señal y son reproducidos en forma de sombras. El televisor acústico está considerado como la herramienta más fiable para el analisis de fracturas (Keys,1979, Nelson et al., 1982). Su aspecto más destacable consiste en su capacidad de proporcionar información sobre la localización, dirección, contenido y apertura de las fracturas ( Keys y Sullivan, 1979). El conocimiento sobre características del material que re llena las fracturas es de alto interés para estimar la permeabilidad de la zona fracturada. Bajo condiciones favorables el televisor acústico resuelve en el caso extremo fisuras del orden de un milímetro (Davidson et al ). Mediante las imágenes del registro del "transit time " se llega a diferenciar entre fisuras abiertas y colmatadas o cerradas. No caben dudas de que el televisor acústico es superior a las otras herramientas de testificación si se trata de la investigación en medios compactos donde se desea determinar la fracturación. Sin embargo su aplicación está limitada por varias razones: - Las operaciones son costosas por la gran cantidad de tiempo que se requiere para la toma de datos y la interpretación de las imágenes. 66

80 Las condiciones técnicas de la perforación deben ser perfectas. La naturaleza del lodo y la infiltración son de poca influencia, aunque las partículas dentro de la solución hacen que el registro sea menos enfocado, debido a la dispersión y reflexión que provocan en la señal. - Las fracturas completamente selladas no se ven en las imá genes. - Requiere que la sección del sondeo sea circular. - Como todo registro acústico, el televiewer unicamente puede ser aplicado en pozos llenos de lodo. - Los pozos inclinados son muy difíciles de registrar, dado que la sonda debe estar correctamente centrada. ( Howard, 1989). La estimación numérica de la permeabilidad de la formación a partir de las imágenes del televiewer aporta en la práctica malos resultados. Como explicación se asume, que la investigación en un entorno limitado del pozo no es representativa de la red de fracturas del macizo rocoso en su conjunto. En segundo lugar se considera que la interconexión de las fracturas condiciona a la permeabilidad más de lo que lo hace el grado de la apertura de las fracturas individuales (Gale, 1982) Microescaner.- cuali dades, Es un registro de resistividad competitivo, por sus en la investigación de capas compactas y se denomina 67

81 Formation Microscanner (FMS). Esta herramienta registra la conductividad eléctrica de la formación en su zona inmediatamente próxima al sondeo. Los electrodos se disponen según esquemas semejantes a los de los métodos focalizados, aunque la información que obtienen es más detallada por la gran densidad de lecturas que realizan. Los datos obtenidos se representan como un registro de micro resistividad según una imágen visual que presenta las resistividades de las formaciones en variaciones de gris (Laubach et al. 1988). Según algunos fabricantes, la herramienta tiene suficiente sensibilidad para resolver fisuración en la escala mínima de un milímetro. La separación entre las fracturas se distingue en las imágenes con una resolución de un centímetro y puede diferenciar entre fracturas abiertas y cerradas. El instrumento tiene 9.45 m de longitud y un diámetro de 125 mm; dimensiones que limitan su aplicacion a perforaciones con un diámetro mínimo de 160 mm (6.25"). Las operaciones con este registro son extraordinariamente caras. En perforaciones con grandes irregularidades de las paredes, que impidan un buen contacto de los eléctrodos con la formación, los resultados son difíciles de interpretar (Howard,1989) Sónico «Full Waveform». - El registro sónico convencional mide el tiempo de tránsito de las ondas compresionales a través de un intervalo unitario de la formación. 68

82 Sin embargo la emisión de una señal acústica en el sondeo provoca tres tipos de ondas fundamentales: de compresión, de cizalla y «tube wave» o stonely. Cada una de ellas y todas en conjunto enriquecen la información y permiten la resolución de aspectos tales como: - Litología y permeabilidad. - Identificación de contactos geológicos. - Análisis de fracturas. - Determinación de módulos y coeficientes mecánicos. El sistema es capaz de operar en pozos de pequeño diámetro ( 1'75' a 2'36) a velocidades de unos 3 m/min. siendo una de las características de las sondas su notable longitud (8-10 metros ) al objeto de posibilitar la discriminación entre las ondas compresionales y las de cizalla. Desde el punto de vista instrumental se trata de un sistema sofisticado capaz de registrar todo el tren de ondas a intervalos de algunos centímetros. Al mismo tiempo es necesaria una notable capacidad de procesado de las señales, tanto para la derivación de parámetros físicos como para su presentación. (Crowder et al ). Los registros suelen presentarse en forma de logs de densidad variable, proporcional a la amplitud de las señales. En ellos es inmediata la identificación de cambios litológicos y variaciones de permeabilidad. Respecto a este parámetro son la «tube wave» las 69

83 ondas más representativas. Esta señal es un conjunto de ondas de baja frecuencia que se transmiten por el fluido a lo largo de la pared del sondeo. Su amplitud varía inversamente con la permeabilidad (Paillet and W bite, 1.982). En consecuencia el análisis de amplitud de estas ondas permite de forma inequívoca la identificación de fracturas permeables en rocas compactas. Existen diversos ejemplos que establecen de forma firme la relación entre permeabilidad de la formación y amplitud de las ondas «tube» (Mathieu, 1.984), (Pailiet, 1.989). La atenuación de la energía de las ondas «tube» se produce por interacción del fluido entre el pozo y la formación. El hecho de que las zonas de fractura constituyan un medio para tal interacción conlleva una acentuación del fenómeno. Además de esta aplicación específica respecto a nuestro objetivos, esta técnica es capaz de resolver contactos litológicos y detectar variaciones de permeabilidad en formaciones con porosidad intergranular de forma más efectiva que las combinaciones de registros clásicos. (Keys, 1.989). Consecuentemente es una herramienta aplicable tanto a medios consolidados como no consolidados. Por ello consideramos que su utilización futura será creciente tanto en el ámbito hidrogeológico como en las aplicaciones de tipo geotécnico. Pese a tratarse de tecnología muy avanzada no es un registro que pueda catalogarse como muy costoso, lo que ha de contribuir a su progresiva utilización en las aplicaciones citadas. 70

84 I 1 i Í 1 I ~ I^ LL!! t!! ~` 11! { N r.r f l i ami.,,! 1! +~ " Xri ~wr ~,.:w.i LU: J > F- iu al, ~ ~, ~ ' % ~ ; ~! it ; di 1 ~; P. Lr 1 ` y ;?t' Í! W 111.uJ!.;c..;._...i,; ~......;... N!.. _ s~;. ~.. s 1.. W. ~ t1 i t ; Fig Ejemplo de registro sónico de onda completa en relación con logs convencionales. 72

85 6.4. Georadar.- El empleo de las ondas electromagnéticas en forma similar a las operaciones con métodos sísmicos es uno de los métodos de más reciente desarrollo para la investigación de las formaciones rocosas mediante técnicas de testificación geofísica de sondeos, aunque aplicado con anteriori dad en su variante de superficie. Básicamente consiste en enviar a la formación un pulso corto de corriente de alta frecuencia mediante la antena de transmisión. La energía enviada se refleja en la formación y es detectada por la antena de recepción, amplificada y registrada en función del tiempo. La frecuencia de la señal EM se encuentra en el rango entre MHz. Los factores que condicionan la reflexión de la señal electromagnética son la permeabili dad magnética, la conductividad eléctrica y la constante dieléct rica. En consecuencia los resultados que se puede obtener con el Georadar dependen de los contrastes de los parámetros anteriores entre la formación y las supuestas zonas anómalas. En la mayoría de ambitos geológicos es el agua el elemento que representa el mayor contraste en el parámetro de mayor iinfluencia ( constante dieléctrica ). Por ello el método pone de relieve de forma acusada la existencia de todos los elementos con presencia significativa de agua ( fracturas, cavidades, etc). De modo simplificado se puede decir que la detección de fracturas es el objetivo básico del método del georadar en el estudio de medios rocosos compactos. 73

86 La profundidad de investigación en casos extremos puede ser superior a 100 m, si bien debe considerarse de algunas decenas de metros como valor más significativo. En general depende de la velocidad de la onda electromagnética en el medio y de la atenuación de la energía enviada. La absorción de esa energía es una función de la resistividad eléctrica del medio ( Oyo, 1984), de modo que es tanto menor cuanto mayor sea la resistividad. Dicho en otros términos la profundidad investigada es tanto mayor cuanto más resistivo sea el medio rocoso. Una característica importante del método en su estado actual es que su respuesta está condicionada por el volumen rocoso del entorno del sondeo, debido al hecho de que la señal parte radiamente de la antena transmisora. Por consiguiente las medidas en un solo sondeo no permiten determinan la dirección y continuidad de las fracturas. Para la resolución de estos aspectos es precisa la ejecución de registros en un mínimo de tres sondeos próximos y la posterior correlación de los mismos. La nueva generación de herramientas, a nivel experimental en el momento actual, pretende obtener información de tipo direccional lo que resolvería el problema comentado. Con el mismo tipo de sonda se pueden lleva a cabo diversas modalidades de operación : - Down- hole : La antena de transmisión y de la recepción se mueven simultáneamente en el mismo sondeo. - Cross-hole : La antena de transmisión y de recepción operan simultáneamente, o no, en diferentes sondeos. 74

87 N 0o Borehole length (m) o o o o o, Borebole length (m) C K P_. q - I ~ +~Ol ii L1 +~dlfir~ iw. ~. ilvlr 'rr.f. t! ' ~rri 4 l f A~jO. 1.4 a ~f a)`~tn a,! %+ ~é t ~ a ~ ~I A, 111.r r,r A t ~ h f Ii Pr v +ti.y~li 1Z. R~ f A ~pyb i! y{i' ;...., I.r h:, ~i ry P it.0,. ; +tt.i~ Y~1. 3 er... Ud 6 ~Pr o~v ~* ~.d :Dk.,, ry L 7I, - v~t, w.1>~.4~ `~Mrcw h4w FjaN~ I ' A~ s y 4r'; 2 qy ó p P` I L +~1 -,ar '. n.wrq ~. /1 *A 'vm!" ~1 I.~ V W d y N.. iy'' '» p.. ~1~ k ~tu - rh $~. J p,a 'M.iti D a~1e A.d.t 1 p 'b ' :4'. %~ - 1 m 4/M.4t 1, ~../i'n.m.9 $ llt>t$n(. I WffP q pbv'~ ~ J/1! Nr. i,1. ' ro P wy~. i. ~. a.1.r,a. a4t,,yl xon ~. r+ Af~A.f Y ry9r w.t ~P ~fbta'',,~ e ;, t~. `1lA'.: ic.,a..9. \10.~ :.A~ `. i..w.r o.. q.. w. A r~mr w. p 4t h ~ ~.r' i A M-..1i a/r P ~ : S,!/ i 94,aw~ :. s; ji,t, +.1 faa.a 1~ 1.4Q a~ M Y'R7l. P.. ~ A.. yaor. 'P' Pb A+rt. 1 ~..t.. :t p ' r.4r Nd?1: " t,, ~wtl d~.1.,. t MNiA. ~a,ir'. ~irl4 f1 i ro gr AhYL!41t a..ír O A.., ww w~. ifita.vl1. 11.iJ r.4 tllln.i~;tr -.a..: #'3rit!:. 1> Radial distan ce (m) DRIFT Fig Ejemplos de registros del Georadar en sondeos. 75

88 - Método de trazadores : Se repite las medidas en el sondeo después de inyectar trazadores salinos que acentúan el efecto de las zonas permeables. Desde el punto de vista logístico el método no presenta exigencias específicas ya que las sondas son de pequeñas dimensiones y el equipo de registro es prácticamente portátil. 76

89 INTERPRETACION DE LOS DATOS.

90 7. INTERPRETACION DE LOS DATOS. Los resultados de los registros de la testificación se presentan como registros continuos ( analógico ) o como series de datos puntuales correspondientes a profundidades concretas (digital). La interpretación pretende " descodificar" los registros para deducir la información detallada sobre la naturaleza litológica y los parámetros físicos de las formaciones rocosas. En ambos casos puede tratarse de una interpretación cuantitativa o de tipo cualitativo con estimación de litología, porosidad, permeabilidad, etc, de la formación. Para la solución de los objetivos de tipo geotécnico o hidrogeológico, en general es imprescindible utilizar una serie de registros dentro del pozo y efectuar su correlación con toda la información disponible. La testificación está limitada en su valor al lugar inmediato de la investigación es decir que tiene una va li dez en un entorno reducido del sondeo. Usualmente y de modo general se asume que los registros son representativos de un volumen rocoso igual a treinta veces el volumen del sondeo. Las técnicas individuales aportan respuestas características frente a determinadas propiedades del medio rocoso, ( contenido de arci llas, porosidad y contenido de agua, liotología, etc). Debido al hecho de que cada método está condicionado en su repuesta por determinadas características físicas de la 77

91 formación, que se reflejan en el registro, es posible acercarse en pasos succesivos a la solución del problema específico a través de los registros geofísicos. A continuación pretendemos dar una idea general de los procedimientos para la evaluación de los datos obtenidos mediante de la testificación geofísica. Se puede dividir la interpretación en dos pasos principales : - La determinación de los parámetros petrofísicos individual mente para cada capa geológica, basados en el reconocimiento de cambios litológicos que se definan con ayuda de los diferentes parámetros registrados. Según los métodos aplicados es necesario en general, aplicar una serie de correcciones, tales como la compensación de las irregularidades del diametro del pozo, correcciones para las capas de pequeño espesor, por contenido de arci llas, etc. - En la segunda etapa se realiza la comparación de diferentes registros para contrastar las carácte risticas de la roca, interpretadas en base a los registros individuales. En la mayoría de los casos, suponiendo la existencia de una estratigrafía variada, la determinación detallada de la naturaleza litológica de las formaciones es un paso necesario para la determinación de los parámetros petrofísicos. Las ecuaciones que se aplican para estas determinaciones cuantitativas contienen variables empíricas ( por ejemplo factor de cementación, factor de saturación e. t. c. ). Los valores 78

92 empíricos se refieren a clases determinadas de tipos de rocas, los cuales consecuentemente se deben determinar anteriormente. En el segundo paso, la evaluación cua litativa, se define a veces como método-lito- porosidad (Burke, Schmidt, Campbell, 1969, Schlumberger 1972, Schón 1983). Este tipo de evalución combina los distintos parámetros de interés en la forma de un sistema de ecuaciones. Por un lado el acercamiento matemático exige la vali dez de cada ecuación individualmente y en segundo lugar exige la determinación con el conocimiento fiable de algunos parámetros característicos de la matriz rocosa. Es imprescindible en todo caso la combinación de métodos de testificación según las condiciones geológicas de cada caso. Utilizando los métodos matemáticos hay que tener en cuenta que los parametros empíricos que son las constantes de las ecuaciones se refieren siempre a una escala de valores dentro de una clase litológica. Los valores resultante de la aplicación de las fórmulas matemáticas tienen su va lidez con igual probabi li dad en todo el rango de la escala de cada unidad litológica. En reali dad, sin embargo, los valores experimentales en el campo están distribuidos según una función, que depende de factores, como el exacto contenido de determinados minerales en la roca,in fluencia de las capas próximas, temperatura, etc. Estas pequeñas variaciones tienen mucha importancia en formaciones no consoli dadas y sobre todo en capas de poca permeabilidad. Existen diversos programas de ordenador basadas en la distribuición de las funciones y su probabilidad según la litología existente (Teorema de Bayes, Litholog ) ( F ricke y Weck, 1982). Si la amplitud de un programa de campo lo permite, la correlación de sus datos con los métodos de la superficie y otros 79

93 disciplinas científicas es el tercer y definitivo paso para obtener conclusiones sobre la extensión lateral de las formaciones y la continuidad en la distribución de sus parámetros representativos. Podría decirse que la testificación geofísica complementa los métodos de superficie y ayuda a entender de mejor manera las características de la zona de investigación en tres dimensiones, hecho que se consigue en ciertos casos mediante la elaboración de cross plots (correlación cruzada de parámetros físicos). La última generación de herramientas integra en el equipo de registro en la superficie los medios para ejecución de la interpretación automática de los registros. En cualquier caso se debe considerar está posibilidad como una interpretación preliminar, que no sustituye a la interpretación convencional más completa de los datos originales. Esta práctica que es habitual en la prospección de hidrocarburos no lo es tanto en la testificación hidrogeológica o geotécnica. La grabación de los datos en forma digital es habitual en la testificación hasta el punto de que las sociedades profesionales y las compañías de servicio han llegado a establecer normativas que permiten la compatibilidad de los registros con la mayoría de los ordenadores personales. Existe una amplia gama de software para los procesamientos de datos que corren en los PCs incluyendo la generación más moderna de los ordenadores portátiles que son aptos para su uso en el campo. El software que hoy puede considerarse como standard incluye: 80

94 - reducción de datos. - facilidades para plotting. - análisis de la litología. - corrección del efecto de la geometría del sondeo. - filtros matemáticos. - análisis de la onda acústica completa. - análisis cuantitativo de la composición mineralógica. - otros. (Stowell,1988) 81

95 CRITERIOS PARA ESTABLECIMIENTO DE PROGRAMAS DE TESTIFICACION.

96 8. CRITERIOS PARA ESTABLECIMIENTO DE PROGRAMAS DE TESTIFICACION. - El estudio de las medios rocosos de baja permeabilidad es un campo muy reciente en la aplicación de técnicas geofísicas y concretamente respecto a la testificación de sondeos. La aplicación tradicional de estos métodos se orientaba justo en sentido contrario : capas porosas y permeables tales como acuíferos y yacimientos de gas y petroleo. La mayoría de las experiencias para la investigación de los medios de baja permeabilidad, documentados con informes, se han rea lizado en Canadá, EEUU y en el norte de Europa, la R.F.A., Francia y Holanda. Los criterios para el establecimiento de un programa estandard pueden obtenerse de la recopilación de los informes y estudios de casos prácticos realizados en el extranjero. La cantidad de información y el beneficio final que se puede esperar de un programa de testificación depende mucho de las herramientas utilizadas, las condiciones de la perforación, los parámetros geológicos de las formaciones a estudiar la experiencia en la interpretación de los datos y el conocimientos de las técnologías recientes. 82

97 La efectividad de un determinado programa de testificación puede valorarse teniendo en cuenta los siguientes elementos (Crowder, 1988): - Los objetivos del programa y la información deseada. - Las opciones de técnicas para medios consoli dados o detríticos, considerando la posibili dad de toma de testigos y el empleo de técnicas complementarias. - las condiciones en la selección del emplazamiento del sondeo y las posibles condiciones del mismo: estabilidad movimientos de fluido dentro del pozo, accesos condiciones temporales, etc. Las características geológicas de cada zona pueden variar notablemente. En ciertos casos son muy complejas y ello obli ga a la obtención de una mayor información para ll egar a conclusiones que sopo rten objetivamente acciones posteriores. Los gastos aumentan rápidamente en el conjunto de un proyecto, si las decisiones iniciales están mal tomadas. Por razón de las configuraciones técnicas de los métodos e instrumentos no existe una ilimitada compatibilidad entre ellos. Cada proyecto tiene carácteristicas muy determinadas y necesita una correcta selección de los medios que conviene utilizar. Un estudio del "Environmental Protection Agency" (EPA) que es responsable para este tipo de proyectos en los EE. UU., ha evaluado, que en términos generales al menos el 30% de los pozos de investigación están mal emplazados y que un 10% se ha construido sin tener en cuenta correctamente las condiciones hidrogeológicas de cada zona ( Crowder, 1988). 83

98 El tiempo de interpretación de los registros se subestima normalmente en la planificación de los trabajos de testificación de sondeos. Se puede decir como regla aproximada, que una hora de adquisición de datos con métodos de testificación geofísica necesita una hora de interpretación. Un programa completo de testificación conlleva una serie de beneficios adicionales que a priori no forman parte de los objetivos iniciales : - La testificación geofísica implica la recolección de datos continuos en contraste con el examen puntual de muestras en laboratorio. - Los datos están en general grabados sobre soportes de información que en cualquier momento pueden ser reprocesados y reinterpretados. - La testificación puede aportar una imagen tri dimensional, de de la distri bución de parámetros físicos del medio rocoso, en combinación con métodos de superficie si se dispone de un mínimo de perforaciones. - Existe la posibili dad de estandartizar los registros dentro de diversas etapas de la investigación lo que permite la intervención de varios empresas consultoras simultáneamente o sucesivamente. Como se ha dicho en párrafos anteriores, las técnicas de testificación de sondeos tienen su origen en la industria petrolífera. Una de las consecuencias de este hecho son las limitaciones respecto al diámetro de la perforación tal como se opera 84

99 en aplicaciones a estudios ambientales y la poca profundidad en que se suele investigar, comparado con los sondeos para investigación hidrocarburos. Además los pozos de estudios medioambientales o hidrogeológicos muchas veces no son lo suficientemente estables como para arriesgar la bajada de sondas, que tienen un alto valor económico. En algunos casos, las condiciones de la perforación sólamente permite hacer una pasada con las sondas geofísicas. En este caso se debe considerar cuidadosamente la combinación de los registros a realizar, especialmente cuando se requiere el empleo de sondas que operan con fuentes radioactivas. En este apartado cabe hacer referencia a un aspecto crítico, cual es la disponibilidad de las herramientas. Algunas de las comentadas son muy sofisticadas y solo las poseen algunas compañías extranjeras. Las posibilidades de su empleo para registros en sondeos aislados son muy escasas, no tanto por el alto coste de la operación sino por la dificultad de disponer del equipo necesario en el momento preciso. La estructura de costes de cualquier programa de testificación viene determinada por los componentes que se relacionan a continuación : - Puesta en obra y retirada del equipo. - Tiempo de espera en el sondeo (stand-by). - Coste por bajada de sondas. - Coste por registro. - Procesado e interpretación. Cada compañía de testificación tiene a su vez catálogos 85

100 detallados con precios unitarios para cada uno de los conceptos anteriores, teniendo en cuenta diversos factores adicionales tales como conjunto de registros a realizar, condiciones del sondeo, tipo de procesados e interpretación requeridos, etc. En todo caso cabe considerar los siguientes tipos de compañías en los que a servicios y costes se refiere. a) Compañías típicamente petroleras (tales como Schlumberger), caracterizadas por la utilización de medios muy sofisticados, de alto coste, con exigencias importantes en cuanto a diámetro y condicines del sondeo. Sus precios para algunas de las aplicaciones hidrogeológicas son muy elevados. Pese a su alta tecnología ocurre que en ciertos casos estas herramientas no son las más adecuadas para la resolución de objetivos en los ámbitos geológicos de baja permeabilidad. b) Compañías que operan en el ámbito minero e hidrogeológico con tecnología convencional. En nuestra opinión son las más convenientes, en términos coste/información, para las aplicaciones a que nos referimos en este trabajo. Para optimizar la información que estas compañías pueden aportar es preciso actuar con criterios generosos en el establecimiento de los programas de testificación. c) Compañías especialistas en alguna de las técnicas de nuevo desarrollo tales como el Georadar o el Sónico de onda completa. El mayor problema que existe respecto a ellas es la disponibilidad. Sin embargo su capacidad resolutiva es muy alta y su coste aceptable. 86

101 El establecimiento de un programa de trabajo está condicionado por la disponibilidad de herramientas siendo éste el factor más crítico ya que las medidas han de realizarse siempre en un intervalo de tiempo muy concreto, al finalizar la perforación Medios sedimentarios no consolidados. - Aunque la selección de los métodos depende de las condiciones geológicas particulares de cada zona y de los objetivos específicos del proyecto, cabe considerar como objetivos genéricos y métodos a aplicar, los que se indican a continuación. Los objetivos a resolver pueden ser de los tipos que se indican a continuación, junto con los registros standard que permiten su resolución. - Diferenciación litológica.. Radiación gamma natural.. Potencial espontáneo.. Resistencia monoelectródica y/o resistividad. - Estado del pozo y contactos geológicos.. Caliper. - Determinación de Porosidad. Sónico.. Gamma-gamma.. Neutron-neutron. 87

102 - Movimiento de fluidos en el pozo.. Temperatura.. Flowmeter.. Conductividad del lodo. El empleo de técnicas especiales prácticamente se reducirá en este caso al método sísmico con registro de la onda completa. Realizado convenientemente puede en gran medida resolver la mayoría de los objetivos enunciados Medios consolidados.- El objetivo en estos casos se encuentra tanto en la diferenciación litológica como en la determinación o identificación de zonas de porosidad secundaria, concretamente zonas de fractura. Entre los métodos aplicables se pueden citar: - Para la diferenciación litológica. Gamma natural. Susceptibilidad magnética. Resistividad. - Para la identificación de las zonas porosas y cuantificación de la porosidad. Gamma-Gamma. Neutron - neutron. Sónico. 88

103 - Para la identificación de zonas fracturadas. Sónico. Caliper de alta resolución. Gamma-gamma. Resistividad. - Para apoyo a la interpretación del funcionamiento hidrogeológico del sondeo. Microflowmeter. Temperatura. Conductividad del lodo. Aparte de estas técnicas que podrían considerarse como convencionales, cabe la posibilidad de empleo de métodos especiales tales como el televiewer acústico, el microescaner o el sónico de onda completa. En todo caso insistimos en la idea que la resolución de unos u otros aspectos no puede realizarse de forma individual por aplicación aislada de cualquiera de las técnicas señaladas como específicas. Siempre es necesaria la integración de diversos registros complementarios. Los métodos de nuevo desarrollo son bastante superiores a los convencionales en ciertos aspectos pero no son capaces de resolver el problema de forma aislada. Dado el hecho de que la fracturación está controlada por la naturaleza litológica de las rocas, los métodos convencionales que determinan la litología, juegan un papel importante entre las herramientas de testificación en medios compactos. Únicamente el aná lisis completo de la onda acústica se 89

104 considera directamente relacionado con la permeabili dad de las formaciones. Las técnicas como el flowmeter y el gradiente de temperatura que se mide con instrumentos de alta precisión aportan información complementaria muy valiosa al respecto. Están considerados como muy útiles en combinación con ensayos de bombeo en el pozo, que estimulan el movimiento de los líquidos en las formaciones de muy baja permeabilidad global. Queremos llamar la atención sobre un aspecto importante al establecer un programa de testificación o al requerir su ejecución a una compañías de servicios. La utilización de fuentes radiactivas para los registros gamma-gamma y neutron- neutron conlleva un riesgo de daños a las personas o de contaminación del medio rocoso y de sus fluidos. Por ello existen regulaciones muy estrictas al respecto ; la vigilancia de cuyo cumplimiento compete al Consejo de Seguridad Nuclear. Es preceptivo que las compañías operadoras dispongan de Licencia vigente de Instalación Radiactiva de 2á categoría así como de Licencia de Operador y de Supervisor actualizadas (anualmente ). Del incumplimiento de estas normas pueden resultar graves responsabi li dades tanto para la empresa operadora como para el organismo que encargó el servicio, en el caso de que se produzca algún accidente. Como síntesis de este capítulo incluimos los dos cuadros de las páginas siguientes. En ellos se trata de dar una visión global respecto a las posibilidades de empleo de las herramientas susceptibles de aplicación para el estudio de los medios de baja permeabilidad. 90

105 Hemos de insistir en el hecho de que un mismo registro puede ser de utilidad para la resolución de diversos problemas y que la efectividad de cada registro depende también del conjunto de registros complementarios que puedan emplearse para apoyar su interpretación. Por ello han de tomarse tales cuadros como una simple guía orientativa, teniendo en cuenta que el establecimiento de cada programa de testificación exige tener en cuenta multitud de factores en cada caso. 91

106 CUADRO Ns 1 RESUMEN DE REGISTROS APLICABLES AL ESTUDIO DE MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS REGISTROS o o o o o o GN SP R P N-N Y-7 T C Soc Msc MFM CAL LITOLOGIA X X X X X X X X GN SP R p N-N Gamma natural Autopotencial Resistencia monoelectródica Resistividad Neutrón -neutrón POROSIDAD X X X 7-7 Gamma-gamma T Temperatura CONDICIONES DEL POZO X X X X 1- W -~ FACTORES DE INTERES X X X X O HIDROGEOLOGICO. C Conductividad del lodo Soc Sónico onda completa Msc Microescaner Mn. Micro flowmeter CAL Caliper OTROS X X X - En pozos sin entubar O - En pozos con o sin tubería A - En pozos llenos de lodo

107 CUADRO NQ 2 RESUMEN DE REGISTROS APLICABLES AL ESTUDIO DE MEDIOS CONSOLIDADOS (METAMORFICOS Y CRISTALINOS) REGISTROS o o o a o o O GN R P N-N 7-7 S Soc ATv CAL SM MFM T C LITOLOGIA X X X X GN R p N-N Gamma natural Resistencia monoelectródica Resistividad Neutrón -neutrón 7-7 Gamma-gamma POROSIDAD X X X X O FRACTURACION X X X X X X X W 11 CONDICIONES m DEL X X X O POZO FACTORES HIDROGEOLOGICO OTROS X X X _ X X X X S Sónico Soc Sónico de onda completa ATv CAL Acoustic televiewer Caliper SM Susceptibilidad magnética MFm T C Microflowmeter Temperatura Conductividad O - En pozos sin entubar - En pozos con o sin tubería - En pozos llenos de lodo

108 DISPONIBILIDAD Y COSTES.

109 En el momento actual no existen en España compañías de testificación de tipo petrolero. Ello contribuye a encarecer aún más sus servicios puesto que la movilización habría de realizarse, en su caso, desde el extranjero. Estas compañías exigen además la asunción por parte del c liente de todos los riesgos y costes relativos a posibles pérdidas o deterioro de las herramientas durante la testificación. 97

110 10. TECNICAS GEOFISICAS DE SUPERFICIE.- La permeabilidad es una de las características básicas de las formaciones rocosas. Definida en función del grado de interconexión de los espacios porales, es el parámetro que condiciona la capacidad de circulación de los fluidos a través del subsuelo. Su determinación se realiza de modo experimental mediante ensayos específicos que implican el desplazamiento de fluidos. Desde el punto de vista de los métodos geofísicos de superficie, no existe ningún parámetro característico directamente relacionado con la permeabilidad, es decir con el grado de conexión entre los poros de las formaciones rocosas del subsuelo. Sin embargo, la permeabilidad es generalmente tanto más alta cuanto mayor sea la porosidad, asumiendo que exista la necesaria conexión entre los poros. A diferencia de la permeabilidad, la porosidad es un parámetro que influencia directamente los valores de otros parámetros físicos tales como la resistividad eléctrica, Por ello sí 98

111 resulta factible estudiar variaciones de porosidad en el subsuelo a partir de las medidas de resistividad realizadas en superficie, al menos conceptualmente. Es conveniente tener en cuenta que la efectividad de cualquier técnica geofísica de superficie depende directamente del contraste en los valores del parámetro que se trate de medir y también del rango de profundidades involucrado en las medidas. En consecuencia no se puede establecer a priori una previsión respecto al grado de precisión de las determinaciones geofísicas para un problema concreto y menos cuando se traten de medir variaciones de pequeño orden de magnitud a través de técnicas indirectas. Este sería el caso de las medidas relativas a la permeabilidad. Aunque a nivel teórico cabría considerar que varias técnicas geofísicas de superficie pueden ser capaces de detectar variaciones en la distribución de porosidad del subsuelo, en la práctica son las técnicas de prospección mediante resistividades las que ofrecen las mejores posibilidades objetivas al respecto. En cualquier caso no es un problema sencillo porque las medidas de resistividad están afectadas por un considerable número de variables o parámetros físicos además de la porosidad. Un análisis detallado de la influencia de cada uno de ellos puede verse en McNeill Con la denominación genérica de «prospección por resistividades» se agrupa a un considerable número de métodos geofísicos con características especificas en cuanto a su capacidad de penetración, resolución lateral y vertical, condiciones de aplicación, etc. Este es un aspecto importante en el planteamiento 99

112 general de este trabajo: La variedad de posibles técnicas a utilizar para la resolución de objetivos similares. Al objeto de establecer una cierta sistemática en la descripción de los métodos aplicables al estudio de los medios rocosos de baja permeabilidad, cabe diferenciar dos ámbitos de actualización : Medios sedimentarios con predominio de materiales arcillosos en su composición y medios metamórficos o cristalinos. Las características y problemática de uno y otro son muy diferentes. Así en los medios sedimentarios ( cuencas Terciarias) la permeabilidad va ligada directamente a la presencia de niveles detríticos; arenas, gravas o conglomerados ; siendo muy importante al respecto la forma en que tales materiales de distribuyen en el conjunto de la sección. En las formaciones metamórficas o cristalinas la porosidad intergranular es prácticamente nula y por tanto también lo es la permeabilidad de tipo primario. Sin embargo la presencia de fracturas, que en muchas ocasiones afectan a este tipo de materiales, hace que la permeabilidad global pueda ser importante, sobre todo cuando tales fracturas son abiertas y están conectadas entre sí. De acuerdo con este esquema, los objetivos a resolver en uno y otro caso son sensiblemente diferentes entre sí. En medios sedimentarios las variaciones de permeabilidad van ligadas a cambios en la naturaleza litológica de las formaciones mientras que en medios metamórficos y cristalinos la permeabilidad depende de la existencia de zonas afectadas por fracturación, con independencia de la escala a que se considere el fenómeno. 100

113 Este esquema es el que podemos considerar como general aunque sin excluir algunas variantes como puede ser la existencia de capas con porosidad intergranular englobadas en series metamórficas. En todo caso cabe indicar que no existe una metodología geofísica específica para estudios de las formacines rocosas de baja permeabilidad. Las referencias bibliográficas son muy escasas o inexistentes y por ello la mayor parte de las ideas contenidas en este trabajo son consideraciones de tipo teórico aunque basadas en experiencias de aplicaciones geofísicas especiales en el ámbito de la hidrogeología. 101

114 MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS.

115 11. MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADO.- De forma específica nos referimos en este apartado al caso de cuencas Terciarias con predominio de materiales arcillosos en su constitución. Estas formaciones son básicamente impermeables aunque suelen incluir niveles detríticos caracterizados por presentar en muchos casos valores elevados de porosidad y permeabilidad. Comoquiera que en la mayoría de los casos el espesor individual de estos niveles es de orden métrico, resulta prácticamente imposible su detección directa por medio de medidas realizadas en la superficie. Este hecho es tanto más firme cuanto mayor sea el rango de profundidad que interese a los objetivos del estudio. Por la naturaleza integrante de las medidas de resistividad realizadas con técnicas de superficie, la presencia de niveles detríticos dentro de una matriz arcillosa se manifiesta únicamente como conjunto cuando tales niveles se agrupan en tramos de espesor significativo respecto a la profundidad a que se localizan. Así pues el planteamiento de un reconocimiento geofísico que pretenda obtener información relativa a las variaciofoz

116 nes de permeabilidad en un medio geológico del tipo al que nos venimos refiriendo no se debe orientar a la resolución de aspectos puntuales sino a la determinación de cambios significativos en ámbitos de tipo regional. En este esquema se está asumiendo implícitamente la dependencia dominante de la resistividad respecto a la naturaleza litológica de las capas del subsuelo. Se considera que las formaciones arcillosas tengan un comportamiento acusadamente conductor y que los niveles detríticos sean tanto más resistivos cuando mayor sea su grado de limpieza. Tal hipótesis no deja de ser una símplíficación cuya validez dependerá de cada caso en particular. Conviene, en consecuencia tener en cuenta al conjunto de factores que condicionan la resistividad del subsuelo ( McNeill ). La mayoría de los constituyentes minerales de suelos y rocas son eléctricamente muy resistivos, excepto en algunos casos en que su carácter conductor es dominante ( sulfuros metálicos, grafito, magnetita, etc). En nuestras consideraciones de tipo general asumimos que no estaría presente este tipo de componentes. En general la conduccción eléctrica en los materiales del subsuelo es electrolítica y se produce a través de los fluidos que rellenan los espacios porales. Por tanto viene determinada por los siguientes factores : - Naturaleza de la matriz rocosa. - Porosidad. Tamafío y forma de los poros así como tipo de interconexiones existentes entre ellos. - Grado de saturación de los espacios porales por fluidos (agua principalmente) que posibiliten la conducción de la 103

117 corriente eléct rica. - Concentración de electrólitos disueltos en los fluidos que rellenan los poros. - Temperatura y estado de la fase fluida. El trabajo de referencia realiza una descripción pormenorizada de la forma en que manifiesta su influencia cada uno de los factores anteriores. A efectos prácticos, en lo que afecta a nuestros objetivos, podemos simplificar las conclusiones derivadas del trabajo citado. Para la mayoría de las aplicaciones convencionales se puede asumir que la zona de estudio se localiza a suficiente profundidad como para que exista saturación de los espacios porales. También se considera que exista conexión suficiente entre los poros para que la conducción de la corriente se realice sin limitaciones. De mayor trascendencia en la hipótesis relativa a la salinidad de las disoluciones en el subsuelo, por la acusada dependencia existente entre salinidad y resistividad ( o conductividad). Esta dependencia la cuantifica McNeill (1990 ) en 1 mmho/m por cada incremento de 25 ppm de sólidos disueltos. En consecuencia en la valoración de las medidas de resistividad aparente desde el punto de vista de nuestros objetivos, es preciso tener muy en cuenta cualquier información relativa a las posibles variaciones de salinidad en los niveles permeables de la sección. 104

118 En los estudios geofísicos relativos a la detección de posibles variaciones de permeabilidad en medios sedimentarios no consolidados, ha de tenerse en cuenta que el objetivo no es tanto la detección de capas individualizadas sino la determinación de cambios significativos en la distribución de resistividades de la sección geológica ; bien sea según la vertical de cada punto de medida o más comúnmente en su distribución horizontal. Se pretende que tales variaciones sean interpretables en términos litológicos, significativos de posibles cambios de porosidad y/o permeabilidad Metodología geofísica aplicable. - El problema planteado puede enunciarse de forma simplificada en los siguientes términos : Se trata de identificar cambios de resistividad en el subsuelo en rangos de profundidad variables entre algunas decenas y varios centenares de metros. Estos cambios de resistividad serán en general de reducido orden de magnitud y se determinarán al comparar medidas puntuales efectuadas en diferentes localizaciones. Los resultados serán interpretables en términos fundamentalmente litológicos, bajo la óptica de las hipótesis simplificadoras establecidas en los epígrafes anteriores. La resolución de estos objetivos puede abordarse en principio mediante cualquiera de las variantes de Sondeo Eléctrico puesto que todas ellas son capaces de determinar la distribución de resistividad del subsuelo en la vertical del punto de medida. Sin embargo cada una de ellas presenta particularidades relativas a su capacidad resolutiva, profundidad de investigación, focalización, condícionantes logísticos, etc. En función de 105

119 estas características y las del modelo geológico a estudiar habrá de seleccionarse la modalidad de operación más conveniente. A continuación hacemos una breve resefla de las características más relevantes, respecto a nuestros objetivos, de cada una de las variantes de Sondeos Eléctricos susceptibles de empleo Sondeo Eléctrico Vertical (SEV). - Constituye el método clásico de estudio de la distribución de resistividad del subsuelo en la vertical del punto de medida. Sus condiciones teóricas de aplicación exigen la existencia de contrastes de resistividad entre capas horizontales cuya extensión lateral sea infinita respecto a la apertura del dispositivo de medida. Por tratarse de un método de uso extendido durante décadas y popular para la mayoría de los técnicos del ámbito hidrogeológico, omitimos entrar en la descripción de su operativa. Tales condiciones no se cumplen en presencia de cambios laterales de facies y ello constituye un handicap en la posible aplicación del método en nuestro caso. De modo genérico puede decirse que las medidas obtenidas mediante SEV engloban el efecto de un considerable volumen rocoso, pese a que se asignen puntualmente a la vertical del centro del dispositivo de medida. El volumen rocoso que afecta 106

120 a las determinaciones es tanto mayor cuanto mayor sea la separación entre electrodos de emisión, llegando ésta a alcanzar algunos kilómetros cuando la investigación requiere algunos centenares de metros de profundidad. Este carácter poco focalizado de las medidas de los SEV constituye una limitación sustancial en su posible utilidad respecto a nuestros objetivos. Unicamente sobre modelos geológicos sencillos, sin cambios laterales de resistividad, homogéneos en las condiciones superficiales y cuando la profundidad a investigar sea como máximo de algunas decenas de metros ; puede considerarse el empleo del método de los SEV para los objetivos de nuestro caso. Otro aspecto digno de comentario es el hecho de que las lecturas de diferencia de potencial en medios conductores, tales como cuencas Terciarias, son muy débiles cuando la distancia entre electrodos de emisión supera algunos centenares de metros. Por ello la relación señal/ruido es pobre aún cuando se utilicen registradores o se sumen varios pulsos de diferente polaridad. Adicionalmente, para estudios relativos a algunos centenares de metros de profundidad, el método de SEV presenta otra característica de tipo logístico que constituye una limitación importante a sus posibilidades de empleo. de abrir el Se trata de la necesidad dispositivo de medida a distancias comparativamente muy grandes. El tendido de cables en línea recta posicionando electrodos en localizaciones concretas resulta problemático o imposible en muchos casos por el cruce de caminos, lineas férreas, paso de fincas, etc. 107

121 En medios geológicos relativamente conductores; como es el caso que consideramos; la apertura necesaria entre los electrodos de emisión del dispositivo de medida es comparativamente superior a la necesaria para estudiar una profundidad semejante cuando el objetivo tiene un carácter resistivo. Con ello el problema del tendido de cables del dispositivo de medida se agrava de forma sustancial. Podemos concluir sintetizando los comentarios anteriores en los puntos siguientes : a) El método de SEV es adecuado para estudios a profundidades someras (máximo 100 metros), siempre que el modelo geológico no conlleve cambios laterales de resistividad. b) Sus determinaciones son muy poco focalizadas y por ello puede falsear su representatividad cuando se asignan a la vertical de un punto. c) Desde el punto de vista logístico, su aplicación puede ser muy problemática si se requiere investigar a algunos centenares de metros de profundidad Sondeos Magnetotelúricos. - El método de los sondeos MT es una técnica electromagnética destinada a la investigación de estructuras profundas, utilizando las medidas de las componentes ortogonales del campo EM 108

122 natural, incidente horizontalmente en la superficie terrestre. Egbert et al Las componentes eléctrica (E) y magnética (H) del campo EM natural se caracterizan por englobar un amplio espectro de frecuencias en el rango de 1 a 0'0001 Hz y se relacionan entre sí mediante las leyes fundamentales del electromagnetismo (Ampere, Faraday y Maxwell). Vozoff. K La relación fundamental a efectos prospectivos es la fórmula de Cagniard : p, (T) = 012 T E/HP, que permite la determinación de un valor de resistividad aparente para cada frecuencia. Si los campos E y H se miden a varias frecuencias la expresión anterior permite obtener una curva p,= f (T) que no es otra cosa que un Sondeo Eléctrico ya que la profundidad involucrada en las medidas es inversamente proporcional a la frecuencia. Este método requiere la existencia de contrastes significativos de resistividad y es capaz de ofrecer resultados muy precisos en presencia de estructuras 2D y 3D, es decir cuando la distribución de resistividad varía según tres direcciones ortogonales y no solo cuando lo hace según la vertical del punto de medida. Su aplicación clásica es el estudio de la posición y morfología de basamentos rocosos a profundidades de algunos kilómetros. Las posibi lidades de su empleo en el estudio de la problemática contemplada en nuestro caso son mínimas, incluso operando en la modalidad AUDIO-MT. En este caso el rango de 109

123 frecuencias en que se efectúan las lecturas varia entre 1 y 900 Hz aproximadamente. Teóricamente esta opción posibilita el estudio con cierto detalle desde superficie hasta algunos centenares de metros de profundidad, aunque en todo caso sus determinaciones no tienen carácter focalizado. Sin embargo el espectro EM natural es relativamente pobre en esta banda de frecuencias y por ello sus lecturas resultan problemáticas. Desde el punto de vista logístico es un método de fácil implantación, lo que permite su aplicación en zonas de difícil acceso o cuando el espacio disponible es muy reducido. La medida del campo magnético se realiza, en el caso más simple, mediante una bobina enterrada en posición vertical. Por su parte el campo eléctrico se mide mediante dos pares de electrodos situados según direcciones ortogonales sobre el terreno y con una distancia del orden de 20 a 25 metros entre electrodos. El hecho de que la seftal no sea de tipo controlado constituye un factor limitativo que exige la obtención de datos a lo largo de series temporales relativamente largas. E llo encarece la toma de datos de forma inevitable. De modo general cabe catalogar como inadecuado al método de los sondeo Magnenotelúricos para la resolución de los objetivos que se plantean en el caso que venimos considerando. 110

124 Sondeos MT de fuente controlada. - ( CSAMT). Constituyen una modificación de los sondeos Magnetotelúricos para las medidas de las variaciones de resistividad del subsuelo combinando una gran capacidad de penetración y una elevada resolución lateral. Este método fue desarrollado en por M. Goldstein (Goldstein and Strangway 1.975) y puesto en el mercado en forma comercial en por Zonge Engineering and Research (Zonge et al, y Zonge and Hughes, ). El método CSAMT mide los componentes de un campo EM establecido en la superficie del terreno mediante un bipolo de gran longitud ( 1-2 Km ) conectado al mismo a través de electrodos especiales. Por este dipolo se hace circular una corriente de 50 Amp. en forma de onda cuadrada y frecuencia variable que se controla mediante un equipo transmisor. La frecuencia de la sefial es el factor condicionante de la profundidad investigada: A mayor frecuencia corresponde menor penetración. Las medidas propiamente dichas se llevan a cabo en zonas alejadas entre 5 y 10 Km del bipolo transmisor, donde el campo primario se aproxima o puede asimilarse a una onda plana. El esquema general de operación con el método CSMAT es el que se indica en la Figura 16. El mismo esquema es válido para los sondeos MT aunque sin el bipolo emisor. El campo eléctrico E se mide como un voltaje entre dos electrodos situados relativamente próximos entre sí, mientras que el campo H se mide como un voltaje a través de una bobina de alta 111

125 Tronsmitting Dipole Electric Field Dipole Magnetic Field (E x) Antenna (Hy) Hy EX FIG.16 ESQUEMA DE SITUACION DEL METODO "CSAMT"

126 ganancia. Ambas componentes se miden según direcciones ortogonales entre sí y la relación entre sus amplitudes permite el calculo de la resistividad de Cagniard mediante la expresión: P.= 1/5f 1 E/HI 2l ohm. m. Por diferencia entre sus fases se determina el valor de cp= <p, - KPH (miliradiaciones). Los valores de la diferencia de fase junto con los de resistividad permiten la interpretación de la distribución de resistividad real del subsuelo. La profundidad representativa de los datos CSAMT está relacionada con la frecuencia de la seftal y con la resistividad de Cagníard mediante la fórmula D= 356 Vpg /f (en metros). Puesto que normalmente la operación se efectúa en el rango de Hz a 8190 Hz es factible alcanzar profundidades de hasta 1-2 Km. Una de las características más destacables de esta técnica es su capacidad de resolución lateral que es controlada por la longitud del dipolo receptor del campo eléctrico E y por la distancia entre estaciones de medida. Como regla general al respecto se asume que la dimensión de tal dipolo debe ser igual a la mitad de la dimensión del accidente mínimo a detectar. La estimación de profundidades mediante está técnica se realiza con un error medio del orden de ±10%. 113

127 No existen experiencias publicadas respecto a su aplicación en la problemática a que se refiere este Informe. Desde el punto de vista teórico cabe considerar que pueda aportar buenos resultados, si bien su coste es elevado en términos relativos Sondeos Electromagnéticos. - Es relativamente difícil establecer clasificaciones de los métodos EM porque existen diversos criterios por los que pueden realizarse. Sin entrar en la valoración de unos u otros y pese a que metodológicamente pueda ser incorrecto, nos referimos en este caso como métodos EM a aquellos en que existe una sefíal controlada ( con excepción del CSAMT ). En todos ellos se inducen corriente de Eddy en el subsuelo mediante un campo magnético primario aplicado a un bucle o a un dipolo transmisor situado en la superficie. La intensidad de tales corrientes es una función de la conductividad del subsuelo y los valores medidos en superficie están influenciados por la resistividad de todas las capas situadas dentro de la profundidad efectiva de exploración del método en cuestión. La desc ripción deta llada de los fundamentos de los diversos métodos puede verse en Hoekstra and Blohm y Mills et at, Haremos en todo caso una resefla de tipo práctico de las dos variantes prospectivas más operativas respecto a nuestros objetivos Dominio de Frecuencias.- De modo general puede citarse como una característica común de esta variante prospectiva, su limitada capacidad de penetración. Su ámbito de aplicación se reduce a algunas decenas de metros de profundidad. 114

128 Sus fundamentos se explican en la Figura 17: A través de una bobina situada en la superficie del terreno se hace circular una corriente alterna. El campo magnético asociado a la misma induce una débil corriente en el subsuelo. Por ser una corriente variable en el tiempo origina a su vez un campo magnético secundario (H.) que se puede medir, junto con el campo primario (Hp), mediante una bobina receptora (Rx), McNeill, Este campo magnético secunda rio es una función compleja del espaciado entre las bobinas transmisora (T.) y receptora ( R.), de la frecuencia de la corriente, de la conductividad del subsuelo, etc. Bajo ciertas condiciones, definidas como operación en la modalidad «Low Induction numbers», el campo magnético es una función sencilla de las anteriores variables y se puede establecer que : H./H, ~(iw}io as2 )/ 4, siendo: H.. - campo magnético secundario. Hp. - campo magnético primario. w.- 2nf uo. - permeabilidad del vacío. a.- conductividad del subsuelo ( mho/m). s.- espaciado entre bobinas. Realizando lecturas en el mismo punto para diferentes espaciados entre bobinas y variando la orientación de las mismas (coplanares horizontales y verticales) el rango de profundidad investigada varia. De este modo se obtienen series de lecturas que manifiestan la evolución de la conductividad en función de la profundidad y que son interpretables en términos de capas pero siempre para modelos sencillos (dos o tres capas como máximo). Sin embargo la utilización más habitual de esta técnica es la medida de perfiles de conductividad a diferentes rangos de 115

129 FIG. 17- FUNDAMENTOS DEL METODO EM DE DOMINIO DE FRECUENCIA

130 profundidad. Teóricamente ello posibilita la detección rápida y efectiva de cambios laterales de conductividad, interpretables en los términos que interesan a este Proyecto. La toma de datos es rápida y sencilla dado que los condicionantes logísticos del método son mínimos. Sin embargo exige ciertas precauciones fundamentales en lo que se refiere a la orientación de las bobinas. La exigencia de que se dispongan coplanares es crítica cuando se sitúan en posición horizontal y menos importante al operar con bobinas verticales. Cuando no se cumplen las condiciones de coplanaridad las lecturas pueden venir afectadas por errores significativos. En gran medida puede considerarse a este método como el ideal para los objetivos de este estudio, aunque limitado a una profundidad máxima del orden de 50 metros. Complementariamente, la sencillez de operación y procesado de los datos contribuyen a que sea un método que puede catalogarse como muy atractivo en términos coste/información Sondeos Electromagnéticos en el Dominio de Tiempos.- ( SEDT). La teoría detallada de este método puede verse en Granda et al, y Fitterman et al, entre otros. A través de un bucle de cable situado en la superficie del terreno se hace circular un pulso de corriente muy intenso que se interrumpe bruscamente. Tal interrupción brusca origina un campo magnético variable en el tiempo que induce en el subsuelo una corriente de difusión. Tal corriente tiende a oponerse al corte 117

131 de corriente de la espira transmisora y por ser variable en el tiempo, induce a su vez un campo magnético secundario que puede expresarse matemáticamente como una función exponencial de signo negativo. Las corrientes de difusión se expanden lateralmente y hacia abajo dentro del terreno, de modo que los valores de f. e. m. del campo magnético secundario (transitorio) medidos en tiempos crecientes, están condicionados por los materiales situados a rangos crecientes de profundidad. El muestreo o determinación de valores de f. e. m. del campo magnético secundario se realiza según una serie de ventanas de tiempos distribuidas en el intervalo de algunas decenas de milisegundos, después del corte del pulso de corriente en el bucle transmisor. El proceso se repite un número considerable de veces en cada toma de datos al objeto de incrementar la fiabilidad de los mismos. Existen diversas modalidades de medida, si bien las más comunes en lo que se refiere a disposición de los elementos activos son : ( Ver Figura 18). a) Bucles coincidentes. La misma espira transmisora actúa como receptora cuando se ha interrumpido el pulso de corriente. b) Bobina central. La bobina receptora, de reducidas dimensiones y un número muy elevado de espiras se posiciona en el centro del bucle transmisor y es independiente del mismo. 118

132 a) BUCLES COINCIDENTES b) RECEPTOR EN EL CENTRO DEL BUCLE EMISOR Bucle Tx O-ff R, Bobina / / c) DISPOSITIVO OFFSET FIG.18 - DISPOSITIVOS PARA EJECUCION DE SEDT

133 c) Dispositivo offset. La bobina receptora se localiza fuera del bucle transmisor, en cualqueir posición. La segunda modalidad es más ventajosa que las otras y por ello la más utilizada. A partir del valor de f. e. m. correspondiente a cada ventana de tiempo, se calcula un valor de resistividad aparente de modo que en cada punto de medida se obtiene una serie de valores P. = f (t), es decir una curva de la variación de la resistividad aparente en función de t o lo que es lo mismo, en función de la profundidad. Esta curva es interpretable en términos de capas caracterizadas por su espesor y resistividad. La profundidad investigada por este método depende; haciendo abstracción del modelo geológico involucrado en las medidas ; del momento magnético aplicado al bucle transmisor. (Producto del área del bucle por la intensidad de los pulsos de corriente y por el número de espiras ). Siendo el factor dominante el área del bucle, la forma más fácil de incrementar el momento magnético es aumentar las dimensiones del bucle. Esta dependencia entre tamafto de bucle y profundidad investigada es similar a la existente en el caso de los SEV en función de la apertura máxima entre electrodos de emisión AS. Las condiciones teóricas de aplicación del método de los SEDT son similares a las correspondientes a los SEV en lo que se refiere a horizontalidad de las capas, contrastes de resistividad entre ellas, extensión lateral, etc. Sin embargo la naturaleza del fenómeno en que se basan los SEDT hace que sus medidas sean más focalizadas que las de los SEV. Ello significa una menor influencia 120

134 de efectos laterales y por tanto una menor distorsión de los valores de resistividad. Esta características constituye una ventaja fundamental de los SEDT respecto a los SEV y hace posible su aplicación en condiciones límite en que no es factible el empleo de los últimos. Otra característica importante, respecto a nuestro objetivos, es que los límites de aplicación del principio de equivalencia son más restringidos para los SEDT que para los SEV. Por ello su capacidad resolutiva es mayor. La duración del corte de los pulsos de corriente en el bucle transmisor /T/O time) es el factor que condiciona la resolución de los niveles más superficiales en la sección geoeléctrica. Puesto que las medidas del campo secundario se inician después del corte de los pulsos de corriente, cuanto más tarde se realicen, a más profundidad se localiza el máximo de las corrientes de difusión asociadas y por tanto mayor es la información perdida respecto a los niveles más superficiales. La forma de evitar o minimizar tal problema es la reducción del tiempo de corte y para ello existe una doble vía: Mejoras instrumentales o reducción del tamaño del bucle transmisor. Esta última opción conlleva una reducción en el momento magnético aplicado y por tanto en la profundidad investigada. Por todo lo anterior, en los casos en que se requiere alcanzar cierta profundidad y al mismo tiempo resolver fielmente las primeras capas, es habitual la ejecución de dos SEDT con diferentes tamaños de bucle en el mismo punto. 121

135 Finalmente en lo que respecta a los aspectos logísticos del método destaca su relativa sencillez ya que la ejecución de un SEDT no requiere más allá de 5-10 minutos, más el tiempo de tendido del bucle transmisor. Habitualmente se utilizan bucles de dimensiones variables entre 100x100 m y 400x400 m, dependiendo de la profundidad a investigar. La regla general respecto al tamaño del bucle es que su lado sea igual a la mitad de la profundidad máxima a estudiar. La comparación con los SEV también resulta ventajosa en este aspecto, por la mayor facilidad operativa y mayores rendimientos que pueden obtenerse en campo para alcanzar profundidades semejantes. El método de SEDT opera mejor cuando el objetivo es un conductor que cuando tiene carácter resistivo. Ello se debe a la rápida extinción del campo magnético secundario en medios resistivos y por tanto el escaso número de canales válidos que pueden medirse. Dado el comportamiento fundamentalmente conductor de los materiales arcilloso-detritico que constituyen las cuencas Terciarias, la aplicación del método de SEDT en ellas ofrece las mejores posibilidades en cuanto a penetración y resolución. Consideramos pues, que el método de SEDT es el que ofrece características más ventajosas para los objetivos generales contemplados en este estudio, cuando se trate de investigar a profundidades en el rango de más de 50 metros y menos de 700 m. 122

136 En cuanto a la capacidad del método para poner de manifiesto pequeñas variaciones de resistividad, interpretables en términos de cambios en la relación arcilla/arena podemos remitirnos a la experiencia reciente del estudio de la Formación «San Pedro» en la Cuenca del Duero. Este trabajo ha permitido la definición coherente de zonas de predominio arcilloso que pasan gradualmente a ámbitos con abundancia de materiales detríticos pese a que las diferencias de resistividad son relativamente reducidas. A la escala regional en que el estudio se ha realizado, los resultados obtenidos pueden considerarse como muy satisfactorios puesto que además han podido contrastarse mediante el sondeo «SASAMON». Como ejemplo de tipo de resultados obtenido, incluimos algunas curvas de resistividad, características de diferentes modelos litológicos de (Figura 19) de la zona. Completamos tal información con la copia de parte de uno de los perfiles geoeléctricos obtenidos al correlacionar los resultados de la interpretación cuantitativa de los SEDT (Figura 20). Por las características generales del modelo sedimentario de las cuencas Terciarias, la interpretación cuantitativa de los SEDT debe tomarse en términos orientativos. Es más correcto considerar la presencia de zonas de transición entre términos litológicos que cambios netos con definición de capas. Así pues no deben tomarse en sentido estricto los contactos entre capas y menos aún cuando la diferencia entre los valores de resistividad que las definen es muy reducida en su orden de magnitud. 123

137 1 i A) ZONA PREDOMINANTEMENTE AKCIILOS A SPP1-21 8) ZONA INTERMEDIA SPF1 - C 1 oq U. A r a o'. J 0 _0' ti. 1 1Q A2.PI ' ~]~ T IME - r.c. T1Me -.oc' C ) ZONA DE PREDOMINIO DETRITICO SPP I - - 1C1 D) COMPARACION CONJUNTA DE LOS TRES MODELOS SPP ) o.01 1]. 1 1 z h.1 TIME FIG.19 - EJEMPLO DE SEDT EN MEDIOS SEDIMENTARIOS NO CONSOLIDADOS

138 OG1:A (SEGUPi EPLh1 1 SE Cabl~l.111 -LEYENDA OEOLCr$CA oy C.Ir ~- Cr w. r+..,., QO Ablp,[dwl! tolmo 3-aL_ Ci. ~ an 1 M foow taneol r oob on~ao _ 1- t ' Nub Q r a. oasaa ty/r r mol Q y,ln r ~ '1 w~1 t% C.w~r". H. IIIOO.t00 ESCAl4 Y I~Y7000 r.q. 1 S.a c~o rlw RICO 5E LEYENDA ~- - - smt r l0*orNO. m0 DISttlWttOlo M 1/M MDNr lw. n r.~.,_._ Y M Y4imol6 Mifo'IOI ow mo. 0 1 o rpm 4 o m M. Y0."IEt'C D! EStl1O0.' 7EOLOIiKL' A ESC AL A 1 50 N-'..AS MOJAS Ni J Y 374 Y ESTUD I OS COMPI EMCNr4Q105 srco..c: r,.l0 GP )ns1co Dt la i.ll4 C.J. tlr0'+id aiiit 10.N ^n ltl71c4y.l.ett. Dt D.IMll C a "twos15!df1 FIG20- EJEMPLO DE PERFIL GEOELEECTRICO OBTENIDO MEDIANTE SEDT 1

139 Secciones continuas de resistividad. - Esta técnica es una variante de los SEDT convencionales desarrollada por LAMONTAGNE GEOPHYSICS con la denominación «Condutivity Depth Imaging». A pesar de tratarse de una técnica EM de dominio de tiempos presenta una característica sustancial respecto a la del SEDT. La corriente en el bucle transmisor es de tipo triangular y las lecturas se realizan en presencia del campo primario (step response), McNae, J et al (1985). A diferencia de los SEDT que producen información 1D de la distribución de resistividades del subsuelo, el método CDI aporta información 2D que se refleja en forma de secciones de resistividad, semejantes en su aspecto general a las secciones sísmicas. Para ello el dispositivo de trabajo es el que se esquematiza en la Figura 21. Se utiliza un bucle transmisor semejante al de los SEDT y con unas dimensiones de 400x400 metros como mínimo, aunque puede variar en función de la profundidad a investigar. La toma de datos se realiza normalmente a intervalos de metros, a lo largo de uno de los ejes del bucle y se prolonga por fuera del mismo a ambos lados y a una distancia igual a la longitud del lado del mismo. A continuación se traslada el bucle a una posición adyacente, es decir conservando un lado común con la p rimera situación y se repiten las lecturas de igual forma. De este modo en 126

140 f --- Cobertura bucle 1 Cobertura bucle 2 Cobertura bucle 3 Cobertura bucle 4 Cobertura bucle 5- { bucle 1 bucle 2 bucle 3 bucle 4 bucle 5 o o 0 0 o Puntos de medida o o w W tlj W W O O lo O O O C r- u7 U-) v7 ldentificacion de estaciones FIG. 21- ESQUEMA DE OPERACION DEL METODO C D I

141 cada punto se toman tres lecturas diferentes correspondientes a tres posiciones distintas del bucle transmisor. Ello posibilita una mayor resolución de las variaciones laterales de resistividad, junto con la capacidad de investigar hasta más de 1 Km de profundidad. La operativa descrita implica cierta complejidad y dificultad logística así como el empleo de un número considerable de ayudantes al objeto de optimizar el tiempo de utilización del equipo. Resulta de especial importancia determinar correctamente la posición de los puntos de medida respecto a las esquinas del bucle transmisor, lo que conlleva un cierto coste en trabajos auxiliares de topografía. En términos comparativos se trata de un método mucho más caro que el de los SEDT, si bien es cierto que aporta una mayor riqueza informativa. Existe una experiencia reciente de la aplicación del método al estudio de la Formación «Olmos» en la Cuenca del Duero. El objetivo en este caso era la detección de la citada formación, de carácter arcilloso y que se esperaba encontrar alrededor de metros de profundidad. Los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios tal como puede observarse en la sección de resistividad que incluimos en la Figura

142 SO Prof. (m) I I I I I I I I I I I I I I I I L I 1 I I IIII I I VIII l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 111 l l l l l l l l l l l l l l l l l l 7C7o3 (m) -0 T 1 P NE INSTITUTO TEGNOLOGICO GEOMINERO DE ESPANA EPTISA ENSAYOS GEOFISICOS EN LA FORMACION "OLMOS". SECCIONES DE RESISTIVIDAD OBTENIDAS #CON EL SISTEMA UTEM Resistividad (Ohm-m) t !686 r--l , Distancias (m) Escala H 1/25.000,00 LAMONTAGNE GEOPHWSICS LTO INTERNATIONAL GEOPIHYSICAL TECHNOLOGV S.A 1090 FIG.22- EJEMPLO DE S EE CCION DE RESISTIVIDAD (CDI )

143 MEDIOS CONSOLIDADOS.

144 12. MEDIOS CONSOLIDADOS (Metamórficos v cristalinos).- En función de los objetivos generales de este trabajo, excluimos las formaciones carbonatadas que a nuestros efectos pueden considerarse como de permeabilidad medida a alta. De modo general los medios metamórficos y cristalinos pueden considerarse como impermeables porque su porosidad intergranular es prácticamente nula. Sin embargo las zonas de fractura constituyen en ellos un camino preferencial para la circulación de fluidos a su través y pueden llegar a comportar valores extraordinariamente elevados de permeabilidad para el conjunto del medio rocosa. Consecuentemente los estudios geofísicos en este ámbito y para nuestros objetivos se orientarán de forma preferente a la detección de zonas de fractura, dentro de un programa general cuyas etapas fundamentales pueden ser las siguientes: 1. - Selección de zonas de interés a partir de estudios fotogeológicos y de cualquier otra información significativa Aplicación de técnicas geofísicas aeroportadas, o de superficie, para definir en detalle las zonas fracturas. 130

145 El papel de la geofísica en este sentido es tanto mayor cuanto menor sea la entidad de los afloramientos Comprobación mediante sondeos, testificación geofísica de los mismos, etc. Existen diversos ejemplos significativos en la literatura reciente, relativos a las aplicaciones geofísicas en este ámbito geológico, bien sea con el objetivo de explotación de aguas subterráneas ( Palacky et al ) o bien parta la protección de acuíferos ( Ahlbom et al 1.983). El desarrollo de la metodología geofísica para estudio de fracturas está asociado en gran medida a la exploración minera ya que un gran número de depósitos se asocian a fracturas, contactos y zonas de cizalla. El estudio de tales zonas con fines hidrogeológicos requiere una mayor sensibilidad ya que en general interesa el estudio de accidentes de pequefia magnitud que pueden representar un débil contraste en las propiedades físicas del macizo rocoso. Existe una considerable variedad de fracturas (Gale and Witherspoon, 1.979) si bien cabe centrar nuestros comentarios en aquellas que presentan un buzamiento considerable y que llegan hasta el contacto con el recubrimiento o se sitúan relativamente próximas a superficie. Los parámetros que las caracterizan son: Dirección, continuidad en profundidad, espesor, buzamiento, grado de alteración de las rocas en su zona de influencia, etc. 131

146 Las posibilidades de empleo de métodos geofísicos para su detección se basan en el hecho de que las propiedades físicas de los materiales que las rellenan así como las de las zona de alteración de su entorno, son diferentes de las del macizo rocoso en que se sitúan. Entre los parámetros físicos más característicos y que presenta las mayores variaciones en zonas de fractura, cabe citar la resistividad eléctrica. Por ello la mayor parte de las técnicas aplicadas con éxito en este ámbito se agrupan en las categorías de métodos de resistividad por cc y métodos EM. De modo marginal puede considerarse las magnetometría en aquellos casos en que la alteración en las zonas de fracturas conlleva la destrucción de la magnetita ( Mabey, 1.956). Existen en la literatura algunas referencias a la aplicación de otras técnicas tales como la gravimetría (Eaton et al, ), la sísmica ( Lennox and Carlson, 1.967), aunque son poco representativas. En todo caso, es la prospección por resistividades la que ofrece las mejores opciones, bien mediante técnicas convencionales en que se hace circular una corriente por el subsuelo a través de electrodos situados en el mismo ( Van Nostrand and Cook, ) o mediante Técnicas EM en las que se opera por inducción. Puede decirse que las técnicas de este segundo grupo, en sus diversas modalidades, son las más utilizadas en la actualidad por sus ventajas operacionales y por su mayor resolución. 132

147 La diferenciación de las técnicas EM a que nos referimos más adelante con mayor detalle, se puede establecer en base a los siguientes elementos : - Por el origen del campo EM (natural o controlado). - Por la componente medida (eléctrica o magnética). - Por el dominio en que se efectúan las medidas (tiempo o frecuencia). De acuerdo con estos criterios los métodos a comentar son los siguientes : - Técnicas que utilizan un campo artificial de origen lejano tal como el método VLF o el CSAMT. - Técnicas EM operando en la dominio de frecuencias que util izan un campo local. En esta categoría cabe diferenciar entre métodos de superficie y métodos heliportados. - Técnicas de dominio de tiempos que utilizan un campo local Métodos de resistividad por corriente continua. - Esta categoría se refiere a las comúnmente definidas como Calicatas o Perfiles Eléct ricos que constituyeron la herramienta más ampliamente utilizada, entre los aflos a 1-970, para la detección de contrastes laterales de resistividad del subsuelo. 133

148 Con independencia del dispositivo de medida empleado, el método consiste en determinar la respuesta del medio rocoso frente al paso de una corriente eléctrica que se hace circular a su través mediante dos electrodos situados en la superficie y entre los que se establece una diferencia de potencial. La respuesta del subsuelo se mide en función de la diferencia de potencial que se establece, por el paso de la corriente, entre dos electrodos también situados en superficie y que se desplazan progresivamente a lo largo del perfil de medida. de medida : Existen dos factores significativos de cada dispositivo - Su focalización que depende inversamente de la distancia entre electrodos de recepción. - La profundidad de investigación que es función de la apertura entre electrodos de emisión o de la distancia entre los electrodos de recepción y el más próximo de los de emisión. Ambos factores son contrapuestos de modo que en todo caso ha de establecerse una situación de equilibrio entre ambos, respecto a los objetivos a resolver. Por ello es también relativamente frecuente el empleo simultáneo de más de un dispositivo con diferente capacidad de penetración; al objeto de poder valorar la evolución en profundidad de cualquier anomalía significativa. Existe un número muy considerable de dispositivos electródicos conocidos o de uso frecuente. La experiencia de cada técnico con unos u otros les puede hacer aparecer como más o menos ventajosos. La disposición de electrodos de los dispositivos más comunes la reflejamos en la Figura

149 ARRAY GRADIENT A GEOMETRY K AISPLAY B, X Plan contours See Flq. 4.1 of Pa DIPOLE-DIPOLE na 1 ' ( TL n (n +1)(n+2)a Pa vs n a 1 C1 C2 P1 P2 POLE-DIPOLE na 2TLn(n+1)a Pa vs n C1 SCHLUMBERGER 1Ln(n +1)a Pa vs (n+1/2)a = AB/ A al B M N WENNER a a C2 2 7L a Pa vs a FIG.23- DISPOSITIVOS DE MEDIDA MAS COMUNES PARA EL METODO DE CALICATAS ELECTRICAS

150 Con independencia del dispositivo aplicado en cada caso podemos seflalar algunas características comunes a todos ellos que resultan significativas respecto a la valoración final de los resultados.. Sus medidas están afectadas notablemente por las condiciones superficiales de la zona de trabajo y más cuando es elevada la resistencia de contacto entre los electrodos y el terreno. En ese caso el ruido inducido en las medidas puede llegar a enmascarar anomalías significativas.. La presencia de recubrimiento de naturaleza condcutora y algunas decenas de metros de espesor provoca una atenuación considerable de las medidas haciendo muy difícil la identificación de las anomalías de interés.. Pese a que al crecer la profundidad estudiada se pierde resolución lateral, estas técnicas posibilitan un cierto control respecto a la evolución en profundidad y a la geometría de las supuestas anomalías mediante el empleo simultáneo de varios dispositivos complementarios. Los resultados obtenidos mediante estos métodos se presentan en forma de perfil, en cuyo eje horizontal se indican los puntos de lectura y en el eje vertical los valores de resistividad aparente, según una escala logarítmica. Así, aunque se asuma que un determinado dispositivo tiene una profundidad de investigación aproximada, únicamente se obtiene en cada punto un valor de resistividad que representa el efecto global de los materiales del subsuelo hasta esa profundidad. 136

151 Tal vez este hecho constituye el handicap más significativo respecto a la representatividad de los datos obtenidos con estos métodos. De modo genérico se puede considerar que estas técnicas son aplicables con cierta efectividad a estudios para un rango máximo de metros de profundidad. Desde el punto de vista operativo son relativamente lentas en su aplicación y exigen el empleo de un número elevado de personas para tendido de cables y posicionado de electrodos. En consecuencia pueden llegar a ser relativamente caras Dispositivo multielectrodos. - En los últimos años se ha producido un resurgimiento importante de los métodos de resistividad por cc, en su modalidad de secciones, merced a dos innovaciones significativas: a) El empleo de equipos controlados por microprocesador y operando por repetición de pulsos. b) El desarrollo de sistemas multielectrodo que permiten el intercambio instantáneo de la función de cada uno de los electrodos de un dispositivo múltiple; así como el procesado inmediato de las medidas para obtener secciones que muestran la distribución 2D de resistividad, a lo largo del perfil de medida. 137

152 La principal ventaja de estas técnicas es la capacidad de resolución de accidentes de reducidas dimensiones aunque en todo caso están igualmente afectadas por las condiciones superfidales, en lo que se refiere a la resistencia de contacto entre los electrodos y el terreno. Por la gran riqueza informativa de sus medidas resultan relativamente costosas ya que exigen el tendido de dispositivos en un número muy elevado de electrodos y reducido espaciado. Además el procesado en campo requiere en ciertos equipos una instalación sofisticada dentro de un vehículo que no siempre puede acceder a zonas de trabajo de difíciles condiciones topográficas. Entre los sistemas más conocidos de este grupo se pueden citar los siguientes : RAMSES, OYO y TNO Métodos EM de superficie Método V.L.F..- Sin duda es el método más ampliamente utilizado en la detección de zonas de fractura tanto en la exploración minera como en Hidrogeologia. La señal medida tiene su origen en el campo EM generado por antenas de comunicaciones entre estaciones de tierra y submarinos. 138

153 Tales antenas emiten en el rango de 20 KHz y su señal se transmite horizontalmente por la corteza terrestre distorsionándose en función de diversos factores tales como topografía, características geológicas, etc. Mediante un receptor adecuado pueden medirse determinadas componentes del campo EM a distancias de varios miles de km. y reconocerse accidents significativos, especialmente los de tipo tabular, subverticales y que representen un contraste acusado de resistívidad con el medio rocoso. La profundidad de investigación viene determinada por la expresión «skin depth» definida como la profundidad a la que el campo se atenúa a 1/e de su valor original. Tal profundidad depende de la resistivídad del medio rocoso y de la frecuencia de la señal y es aplicable a todos los métodos EM. En el gráfico de la Figura 24 puede apreciarse como en el rango VLF y para resistividades inferiores a 1000 ohm.m la profundidad de investigación es muy reducida. Consecuentemente el método VLF no es aplicable en medios conductores, tales como zonas de recub rimiento arcilloso. Las condiciones óptimas para su empleo se dan en medios de alta resistividad, como ejemplo la mayoría de las formaciones cristalinas o metamórficas. En la prospección geofísica por métodos EM con el objetivo de detectar elementos de tipo tabular como puede ser una zona de fractura, se suele caracterizar el comportamiento eléctrico de tales elementos en función de su conductancia. Se define la conductancia como el producto del espesor por la conductividad. 139

154 106 MT CSAMT VLF U) 102 Skin Depth, = 2 P fi0'« og Frequency, Hz FIG.24- SKIN DEPTH DE LOS METODOS EM

155 Este parámetro se utiliza a nivel teórico para el cálculo de modelos de respuesta (Olsson, 1.980) del tipo que incluimos en la Figura 25. De trazo continuo se representan las medidas de la componente en fase y de forma discontinua las de la componente en cuadratura, para diferentes valores de conductancia de la fractura y una resistividad de ohm. m del medio rocoso encajante. Los gráficos de la figura anterior ponen de manifiesto el estilo general de las anomalías de VLF, de tipo dipolar, con paso por cero en la vertical del elemento anómalo y tanta mayor amplitud cuando mayor sea la conductancia. Pese a que, de modo general, la presencia de recubrimiento arcilloso representa una limitación importante en la aplicación del método, puede calcularse a priori hasta que punto puede ser aplicable si se conoce la resistividad del recub rimiento. Por ejemplo en la Figura 26 puede apreciarse como para una resistividad de 300 ohm. m puede operarse con espesores de hasta metros siempre que la conductancia de la supuesta fractura sea superior a V mhos. Sin embargo con resistividad del recubrimiento de 20 ohm. m, y espesores mayores de 5 m, raramente se podrá aplicar el método de forma efectiva. Cada equipo receptor es capaz de operar con varias estaciones emisoras de diferentes frecuencias, localizadas en diferentes países. La selección de la estación con la que operar se realiza en función de la dirección esperada para las estructuras o fracturas objeto de la prospección. Los fabricantes de receptores VLF proporcionan habitualmente la relación de estaciones emisoras con sus frecuencias características. 141

156 THEORETICAL CURVES DISTANCE IN METERS MODEL SURFACE 10,000 ohni-m TARGET WITH VARIABLE CONDUCTIVITY- TH$CKNESS PRODUCT (mhos) FREQUENCY: 20 KHZ i HOST ROCK FIG. 25- MORFOLOGIA DE ANOMALIAS VLF

157 35-1 f a 20 KHZ S CONDUCTIVITY- THICKNESS (o`t) OF TARGET (mhos) INDEX OF CURVES 1 1 OVERBURDEN RESIST;ViTY;,'1 FIG. 26- NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE ANOMALIAS POR EL METODO V L F

158 Para nuestra posición geográfica es habitual operar con la estación NAA (USA) para estudio de fractura E-W y con la G B R (Gran Bretaña ) para la dirección N-S. La regla que se sigue al respecto es seleccionar la estación de modo que la dirección que se define al unirla con la zona de trabajo sea lo más paralela posible a la de las estructuras a estudiar. Las medidas se efectúan según perfiles perpendicularesa la dirección anterior, con toma de datos a intervalos aproximados de metros o menores en el caso de estudios de detalle. En términos generales puede valorarse el método VLF como muy efectivo y muy sencillo de operación. Además la interpretación de sus resultados es relativamente inmediata, tanto si éstos se presentan en forma de perfiles seriados, como si se hace mediante isolíneas a partir de los valores filtrados por el método de Fraser. Un posible inconveniente del método VLF es el hecho de que periódicamente algunas estaciones emisoras cesan en su actividad por trabajos de mantenimiento. Si esto ocurre sin conocimiento del operador geofísico puede llevar a errores o a medidas no válidas. Aunque de forma esporádica también puede ocurrir que una determinada estación cambie su frecuencia de emisión. No obstante ambas situaciones suelen anunciarse con antelación en revistas especializadas. 144

159 CSAMT.- Este método ya comentado en su modalidad de sondeo al referirnos a los medios no consolidados, puede considerarse respecto a la detección de fracturas como una variante de VLF aunque con dos aparentes ventajas: a) Posibilidad de control del campo primario, en su dirección, frecuencia y tiempo de operación. b) Actuación sobre la expresión «skín depth», con lo que teóricamente se puede variar la profundidad investigada. La segunda ventaja es más aparente que real puesto que (Kaufman and Keller, 1.985) la amplitud de las anomalías producidas por fracturas decrece rápidamente con la frecuencia. Para la detección de fracturas relativamente pequeflas aunque de gran importancia hidrogeológica, el método VLF aparece en todo caso como más ventajoso sin que se aprecien ventajas significativas al operar en baja frecuencia EM de dominio de frecuencias.- De modo general el método consiste en la inducción de una corriente en el subsuelo utilizando una bobina, situada en superficie, a través de la que se hace circular una corriente variable con el tiempo. 145

160 Existen múltiples variantes operativas en función de las posiciones relativas de las bobinas transmisora y receptora. Sin embargo la más habitual es aquella en que ambas se disponen horizontales (HLEM). La distribución de corrientes inducidas se modifica en función de la resistividad del medio rocoso y de las heterogeneidades del mismo. (Ver la Figura 27). Las fracturas provocan un comportamiento anómalo en la distribución de estas corrientes, siendo detectable tal comportamiento mediante medidas realizadas en superficie con el adecuado equipo receptor. Tales medidas se efectúan a lo largo de perfiles de dirección perpendicular a la de las fracturas o accidentes a detectar. Esta modalidad de operación con dos bobinas (T. y R.) que se desplazan simultáneamente sobre el perfil es la denominada Slingram. La otra forma de operación es la Turam que utiliza un bucle transmisor de gran dimensión que se mantiene fijo sobre el terreno mientras que la bobina receptora se desplaza por los perfiles de medida situados por fuera del bucle. Igual que en el caso del método VLF, es importante la influencia del recubrimiento conductor : La operación a altas frecuencias posibilita la detección de fracturas más pequeñas pero a costa de reducir la profundidad de investigación. Existen nomogramas, específicos para cada instrumento, que permiten conocer los rangos de aplicación del método en función de la resistividad del recubrimiento, su espesor y la conductancia de la fractura. Por ejemplo el de la Figura 28 corresponde a un sistema Max-Min II operando a 888 Hz, con 60 metros de separación entre bobinas. 146

161 FIG. 27- ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE LOS METODÓS EM (DOMINIO DE FRECUENCIAS) EN LA DETECCION DE FRACTURAS

162 UÓGRAM METHOD: Mkikm e Qt of ta~t In «dar to hay* a 2 to 1 ratio of tarpat sipnal versus ovarburdsn responsa for venable ovsrburdsn thicknoss and raslstmty. Indox la o t of tarpat lo mm% 1 s aaehz and com saparatba SOm. 25 ct(mhoe) 20 la OVERBURDEN RESISTIVITY ( ohm-m) EXAMPLE DETECTABLITY RANGE OF T T FIG NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE FRACTURAS METODOS H L E M CON

163 Los métodos EM de dominio de frecuencias son muy flexibles en sus condiciones de empleo y sus resultados son relativamente fáciles de interpretar. Su mayor limitación es su reducida profundidad de investigación que además se reduce enormemente en presencia de recub rimientos conductores. Los sistemas EM han evolucionado de forma espectacular en sus modalidades aeroportadas, operando simultáneamente con sistemas multifrecuencia y multigeometría para las aplicaciones del método en el mapeo geofísicos de grandes áreas. Existen ejemplos en la literatura reciente que ilustran de forma efectiva la capacidad de estas técnicas respecto a nuestros objetivos. Uno de los artículos más relevantes al respecto es el de Palacky, Método EM de dominio de tiempos. - Sus fundamentos teóricos se comentaron brevemente en el epígrafe , relativo a su aplicación en la modalidad de sondeo eléctrico. modalidad Para su utilización en la detección de fracturas la operativa es con dispositivo tipo Turam. Una de sus características más destacables en su capacidad de investigación incluso en presencia de importantes espesores de recubrimiento conductor y también la posibilidad de diferenciar en su respuesta la influencia de elementos tales como 149

164 recubrimiento, posibles fracturas, contactos litológicos, etc. A efectos de ilustrar, desde el punto de vista conceptual, la forma en que el método discrimina los elementos anteriores incluimos en la Figura 29 un esquema del comportamiento de las corrientes de difusión en función del tiempo. En los instantes que siguen al corte de los pulsos de corriente en el bucle transmisor, las medidas están condicionadas de forma dominante por el recubrimiento. A medida que las corrientes de difusión se expanden con el paso de tiempo, comienzan a influenciar a la zona de fractura cuyo efecto llega a ser dominante para las lecturas en los últimos canales de tiempo de los equipos de medida. La respuesta (early time) del recubrimiento puede ser muy importante y manifestarse durante un intervalo considerable en la curva de f. e. m. del campo secundario. A tiempos crecientes este efecto enmascarador de la respuesta debida a una posible zona de fractura será tanto menor cuanto mayor sea la conductancia de la misma. Si la conductancia es alta se producirá un retardo en la extinción del campo secundario, diferenciable del efecto del recubrimiento. De forma similar a otros métodos EM, pueden construirse diagramas de detectabilidad de fracturas, bajo diversas hipótesis relativas a geometría de la fractura, comportamiento del recubrimiento y medio rocoso afectado por ella, etc. Incluimos unos de estos nomogramas en la Figura 30, donde puede apreciarse que el método ofrece posibilidades de 150

165 a) t1 b) t2 c) t3 FIG. 29 -ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL METODO E M (DOMINIO DE TIEMPOS) EN LA DETECCION DE FRACTURAS

166 o-a ~ OVERBURDEN RESIST VITY (ohm-m) FIG NOMOGRAMA DE DETECTABILIDAD DE FRACTURAS, POR EL METODO E M DE DOMINIO DE TIEMPOS.

167 operación con espesores de recub rimiento considerables, aunque siempre condicionado a que la zona de fractura tenga un carácter acusadamente conductor. Podemos concluir, en consecuencia, que el método EM de dominio de tiempos aplicado a la detección de fracturas es la técnica geofísica que ofrece mejores posibilidades cuando se trata de investigar bajo recubrimientos de algunas decenas de metros de espesor. En cualquier caso es el que alcanza mayor profundidad de investigación, si bien su capacidad de detección de fracturas de pequeña entidad es limitada Métodos aeroportados. - El estudio de grandes áreas de forma detallada y a coste competitivo únicamente cabe abordarse mediante el empleo de diversas técnicas integradas y aplicadas simultáneamente desde helicóptero. De forma indiscutible esta metodología es ventajosa respecto a cualquiera de los métodos de superficie tanto en nivel de información como en coste. En su configuración standard más avanzada. se opera simultáneamente con las siguientes técnicas. - Magnetometría de alta sensibilidad (0101 nanotelsa). - VLF con dos emisores situados en direcciones ortogonales respecto a la zona de estudio. - Varios dispositivos EM de dominio de frecuencias, multifrecuencia y multigeometría. - Espectrografía (U, T h, K y C T). 153

168 siguientes : Son elementos fundamentales de esta tecnología los - Sistema electrónico de navegación que posibilite una extraordinaria precisión en la posición correspondiente a cada medida. - Alta velocidad de muestreo ( 10 lecturas por segundo) que junto con la baja velocidad del helicóptero hace que la resolución a lo largo del perfil sea del orden de una lectura cada 2'5 metros. - Baja altura de vuelo con lo que se optimiza la sensibilidad de los diferentes sensores utilizados. El empleo de bobinas coaxiales y coplanares y frecuencias vari ables entre 400 y HZ en los sistemas EM permite la elaboración de mapas de isorresisitividades correspondientes a diversos rangos de profundidad. Como ejemplo presentamos en la Figura 31 un plano de isorresistividades correspondiente a 9600 Hz isorresistividades correspondiente a 9600 Hz con bobinas coplanares obtenido en la zona de Pino de Oro (Zamora), las alineaciones N-S corresponden a zonas de fractura. Otro documento standard resultante de estos trabajos es el plano de espesores de recubrimiento. Desde el punto de vista de la interpretación de anomalías puntuales, es factible identificar la posición y buzamiento de supuestas zonas de fractura en base a la comparación de las respuestas obtenidas para diferentes configuraciones (coaxiales y coplanares ) de las bobinas transmisora y receptora. 154

169 FIG EJEMPLO DE DISTRIBUCION DE RESISTIVIDADES OBTENIDAS MEDIANTE TECNICAS EM HELIPORTADAS

170 Al respecto y a modo de ejemplo incluimos la Figura 32 que recoge algunos casos relativos a la respuesta producida por una fractura, en función de su buzamiento. La gran ventaja que aportan estos métodos integrados es la capacidad de resolver de forma conjunta diversos aspectos tales como : diferenciación de unidades litológicas, determinar espesor de recubrimientos, identificar fracturas y elementos estructurales, etc Complementariamente, el enorme volumen de datos que generan permite su tratamiento y manejo a nivel de usuario mediante herramientas informáticas que facilitan la interpretación y la comparación de resultados con otros de la naturaleza que sean. Nos referimos de forma específica a los sistemas de procesado de Imágenes en Tiempo Real que constituyen la última generación de aplicaciones para la utilización de grandes volúmenes de datos geofísicos. El rango de profundidad que cabe asignar a estas técnicas, principalmente a los métodos EM, en la prospección de zonas de fractura es de algunas decenas de metros, si bien las medidas magnetométricas por su carácter potencial ofrecen otras opciones. En términos unitarios sus costes son muy inferiores a las de cualquier método equivalente de superficie y por ello esta tecnología no tiene alternativas cuando se trata del estudio de áreas de varios km2 de extensión. Un programa lógico de trabajo contemplaría la aplicación de métodos heliportados en la primera fase y el subsiguiente estudio detallado de las posibles zonas de interés mediante 156

171 ki COAXIAL COPLANAR FIG. 32- MODELOS DE RESPUESTA DE FRACTURAS, PARA METODOS EM AEROPORTADOS.

172 las técnicas de superficie que mejores características presenten respecto a los objetivos a resolver. 158

173 CONCLUSIONES.

174 13. CONCLUSIONES.- La permeabilidad es un parámetro característico de las formaciones rocosas del subsuelo que no puede medirse directamente con técnicas geofísicas, sean de superficie o de sondeos. En los medios sedimentarios no consolidados (cuencas Terciarias ) los valores más altos de permeabilidad están directamente asociados a los niveles porosos y estos corresponden a unidades litológicas características: arenas, gravas, etc. Comoquiera que estos términos detríticos tienen valores diferentes a los de los capas arcillosas para diversos parámetros físicos; es factible su detección mediante medidas geofísicas. Existe pues la posibilidad doblemente indirecta para evaluar la distribución de formaciones permeables del subsuelo en el medio geológico de nuestro interés. Uno de los parámetros físicos que presenta las mayores diferencias entre las capas arcillosas y las de naturaleza detrítica es la resistividad eléctrica. Por ello la mayoría de los métodos geofísicos que habitualmente se emplean en este ámbito, miden la distribución de resistividad del subsuelo en rangos variables de profundidad. 159

175 Una característica común a todos los métodos geofísicos que miden resistividades es su pobre capacidad de resolución de capas de reducido espesor. Tal capacidad decrece con la profundidad. Consecuentemente la utilidad de estas técnicas es muy reducida cuando se considera al nivel de medidas puntuales. con independencia de la variante prospectiva utilizada. Entendemos que sus resultados adquieren mayor representatividad en la valoración de áreas de cierta extensión. En tal caso es relativamente sencillo interpretar los cambios de resistividad en relación con posibles cambios de facies con influencia hidrogeológica. Existen diversas técnicas de prospección por resistividades, clasificables en métodos de cc y métodos EM con multitud de variantes en ambos casos. La selección de la más adecuada para cada estudio es un aspecto crucial respecto a los resultados a obtener. Tal selección ha de realizarse en función del modelo geológico de la zona de estudio, profundidad a investigar, condiciones logísticas, etc. De modo general se puede establecer que para rangos someros de profundidad ( hasta 100 metros ) el método de los SEV ofrece características de interés. Para profundidades menores (hasta metros ), son las técnicas EM, operando en dominio de frecuencias, las más ventajosas tanto en la modalidad de sondeos como de perfiles. Finalmente los Sondeos EM de dominio de tiempos (SEDT ) ofrecen las mejores opciones en cuanto a resolución, penetración y logística para el estudio de hasta varios centenares de metros de profundidad. 160

176 No hemos tenido en cuanta a los métodos sísmicos por una razón fundamental: Entendemos que las aplicaciones geofísicas a estudios de medios sedimentarios no consolidados han de plantearse sobre ámbitos de considerable extensión para que los resultados obtenidos sean representativos. El coste de la sísmica de reflexión hace prohibitivo tal planteamiento aún asumiendo que técnicamente fuera viable la diferenciación detallada de niveles litológicos de naturaleza detrítica, cosa que parece discutible En los últimos años se ha desarrollado notablemente la modalidad «Shallow reflexion» con una gran capacidad de resolución en el rango de varias decenas hasta algún centenar de metros de profundidad. Para nuestros objetivos presenta, no obstante, la limitación relativa a la profundidad de investigación y al coste todavía elevado. El estudio de medios consolidados, considerados básicamente como de baja permeabilidad, se circunscribe a las rocas cristalinas y metamórficas cuya porosidad intergranular es prácticamente nula. La permeabilidad de estas formaciones está ligada directamente a la presencia de fracturas. Son factores condicionantes al respecto el grado de apertura de las mismas y su posible interconexión. Resulta así que el objetivo prioritario de la prospección geofísica en este caso es la detección de zonas de fractura, en el rango de profundidades que sean de interés en cada caso. Esta problemática exige la utilización de una tecnología geofísica especifica que, de modo general, se centra en las técnicas de prospección por resistividades tratando de detectar discontinuidades laterales en la distribución de valores de este parámetro en el subsuelo. 161

177 Los métodos EM aplicados en superficie o heliportados ofrecen múltiples variantes y combinaciones que en conjunto son capaces de aportar soluciones en muchos estudios de medios metamórficos y cristalinos. En la literatura especializada han aparecido en algunas ocasiones ejemplos de empleo del método sísmico de reflexión para la detección de fracturas subhorizontales en macizos cristalinos. Por su coste y capacidad resolutiva respecto a nuestro objetivos esta técnica debe considerarse a nivel casi anecdótico. Así pues, cualquier programa geofísico para la detección de zonas de fractura en medios metamórficos o cristalinos ha de incluir técnicas de prospección por resistividades y concretamente por métodos EM. Si se trata de estudios de grandes áreas resulta ineludible la aplicación de programas integrados, por medios heliportados. El posterior reconocimiento detallado de posibles zonas puntuales de interés requerirá la utilización de métodos de superficie. En todo caso ha de contemplarse la aplicación de métodos geofísicos como parte de un programa amplio que incluirá otras disciplinas y cuyos resultados han de contrastarse mediante sondeos para la continuación del estudio a través de medidas a realizar en ellos. 162

178 BIBLIOGRAFIA.

179 BIBLIOGRAFIA. - - Ahlbom, K., Carlsson and O. Olsson, Final Disposal of Spent nuclear characterization, Swedish Geological Co., Sweden. - B G R 1982, Jahresbericht. Hannover B RD. Collier, 1989, A Guide to Select the Proper Borehole Resistivity Logging Suite. Abi llne Christian Universíty. Texas. - Crowder, 1988, Economic Considerations of Borehole Geophysics for Enginee ring Environmental Proyects. Colog, Inc. Golden Colorado. - Crowder R. E. et al Application of full waveform borehole sonic logs to enviromental and subsurface engineering investigations. SAGEEP'91. - Daniels y Keys, Geophysical Well Logging for Evaluating Hazardous Waste Sites. - Davison, Keys, Paillet, 1982, veasé ONWI, Drury et al., 1984, The detection of groundwater flow by precise temperature measurements in boreholes. - Elf Aquitaine Bulletin. Eva: Une Nouve lle Diagraphie Acoustique. 1990, Boussens, France.

180 - Eaton, G.P., N. W. Martin, and M. A. Murphy, Application of gravity measurements to some problems in engineering geology. Eng. Geol. (AEG) 1: Egbert G. D. & Booker, J. R.: Robust estimation of geomagnetic transfer functions, Geophys. J. R. astr. Soc., Ellis 1987, Well Logging for Earth Scientísts. Elsevier. N. Y, EE.UU. - Fitterman, D.V., Meckers, 3. A. C., Ritsema, Il. L Equivalence behaviour of three electrical sounding methods as applied to hydrogeological problems. 50th Annual Meeting. EAEG. - F ricke y Weck, 1982, Die maschinelle Realisierung der dritten Interpretationsetappe von Bohrlochmessungen. Ges. f. Geol. Wiss. Berlín. - Gale,1982, Assessing the Permeability Characteristics of Fractured Rocks, in Narisimhan. Edición: Recent Trends in Hydrogeology. Geol. Soc., Artículo Goldstein, M. A., and Strangway, D. W., Audiofrequency magnetotellurics with a grounded electric dipole source: Geophysics, 40, Granda et al Los sondeos electromagnéticos en el dominio de tiempos ( SEDT). Aspectos más significativos y primeras experiencias en España. Boletín Geológico y Minero. TQXCVIII-III. - Hardin et al., 1987, Fracture Characterization by Means of Attenuation and Generation of Tube Waves in Fractured C ristalline Rock at Mirror Lake, New Hampshire. J. Geophysical Research,92. - Hearst y Nelson, 1985, Well Logging for Physical Proper-

181 ties. Mc Graw Hill Inc. - Hess y Paillet, 1989, New Field Techniques for Quantifying the Physical and Chemical Properties of Heterogeneous Aquifers. - Hoekstra, P. and M. W. Blohm, Case histories of timedomain electromagnetic soundings in Environmental Geophysics, in Geotechmnical and Environmetal Geophysics, Vol II, S.H. Ward, Editor, SEG, Tulsa, OK. - Howard, 1986, The Influence of Fissu ring on Salfne Incursion in a Limestone Aquifer as Revealed by Fluid Logging. Geol. Survey Canada. Artículo IGME 1988, Aspectos metodológicos en el estudio de la intrusión sa lina. - IHP, 1985, Hydrological Principies for Deep- Well Disposal of Liquid Wastes and Wastewaters. International Hydrological Program. - Impuls, 1990, Instrument News from ABEM. No. 27. Bromma, Sweden. - Jordan and Campbe ll 1986, Well Logging, Elect ric and Acoustic Logging. Soc. of Petroleum Engineers. Da llas. - Keys, Borehole Geophysics Applied to Ground Water investigations National Water Well Association. Dublin, Ohio. - Keys y Sullivan, 1979, Role of Borehole Geophysics in Defining the Physical Characteristics of the Raft River Geothermal Reservoir. Geophysics,44. - Laubach et al., Fracture detection in low permeability reservoir sandstone. A comparison of BHTV and FMS logs to core. 63th Am. Conf. of the Soc. of Petr. Eng. Paper

182 - Lennox, D. H. and V. A. C arlson, Geophysical exploration for buried valleys in an area north of Two Hills, Alberta. Geophysics. 32: Mabey, D. R Geophysical studies in southern California basins. Geophysics. 21: Mathieu,1984, Application of Full Waveform Acoustic Logging Data to the Estimation of Reservoir Permeability. Thesis. Mass. Inst. of Technology. - McNae, J et al Imaging quasi-layered conductive structures by simple processing of transient EM data. Geophysics. V. 52 nq 4. - McNeill, D Electrical conductivity of soils and rocks. Geonics, TEchnical Note-5. - McNeill, D Electromagnetical terrain conductivity mesasurement at low induction numbers. Geonics. TN-6. - McNeill, D Use of EM methods for ground water studies. Geotechnical and Environmental Geophysics. Vol. I. SEG. - MGLS, 1987, Borehole Geophysics for Minerals, Geotecnical and Groundwater Applications. Golden Colorado. - Militzer 1986, Angewandte Geophysik im Ingenieur - und Bergbau. Ferdinand Enke Verlag. - Mills, T., P. Hoekstra, M.W. Blohm and L. Evans, Time domain electromagnetic soundings for mapping sea water intrusion in Monterey County, CA. Ground Water, V. 26, p ONWI 1982, Davison, Keys, Paillet. Use of Borehole-Geophysical Logs and Hydrologic Tests to Characterize Crystailine Rocks for Nuclear-Waste Storage, Whiteshell Nuclear Re-

183 search Establishment, Manitoba, Ontario, Canada. - Oyo, 1984, Oyo Technical Note. The Applicability of Ground Radar Probing to Site Investigations. Urawa Research Institute, Japan. - Paillet and White, Acoustic modes of propagation in the boreholes and their relationship to rock properties. Geophysics V.47 nq 8. - Paillet Analysis of geophysical well logs and flow meter measurements in boreholes penetrating subhorizontal fracture zones, Lac Du Bonnet batholith, Manitoba, Canadá. USGS Water resources Investigations Repor Palacky, G. J., 1. L. Ritsena, and S. J. Dejong Electromagnetic prospecting for Groundwater in Precambrian Terrain in the Republic of Upper Volta. Geophysical Prospecting. Vol Schlumberger 1987, Log Interpretation Principles/Applications. Houston. Educational Services. - Serra, 1984, Fundamentals of Well Logging Interpretation. Elsevier. - Stowel1,1988, An Overview of Borehole Geophysical Methods for Solving Engineering and Environmental Problems. EG and G Mount Sopris Instruments, Colorado. - Telford 1982, Applied Geophysics. Cambridge Universitiy Press. - UNESCO, 1984, Hydro-Environmental Indices. International Hydrological Program. Project A 3.2. París - UNESCO 1985, Aguas subterráneas en rocas duras. Estudio 8.6 del programa hidrológico internacional. Paris

184 - U. S. Geological Survey,1989, Analysis of Geophysical Well Logs and Flowmeter Measurements in Boreholes. Water Resource Investigation Report U.S. Geological Survey, 1988, Fracture Characterization and Fracture-Permeabi lity Estimation at the Underground Research Laboratory in Southeastern Manitoba, Canada. Water Resource Investigation Report U. S. Geological Survey,1987, Geophysical Well Log Analysis of Fractured Rocks at Atikokan, Ontario, Canada. Water Resource Investigation Report Verdier, 1986, Wire line Logging Tool Catalog. Graham y Trotman Ltd., Paris. - Vozoff K.: The magnetote lluric method in the exploration of sedimentary basins. Geophysics, Zonge, K.L. and Hughes, L.J Controlled source audiofrequency magnetotellurics in Nabhigian, M. N., ED. E.M. methods in applied geophysics, vol. 2: Society of Exploration Geophysicists. - Zonge, K. L., Ostrander, A. G. and Emer, D.F., Controlled source audio-frequency magnetotellu ric mesasurements: Technical papers, 50th Annual International SEDT Meeting and exhibition, 5, Also see. Vozoff, K. (ED), Magnetotellu ric methods. Society of Exploration Geophysicists,

185 ANEXO 1.- CATALOGO DE HERRAMIENTAS DE TESTIFI- CACION.

186 A continuación presentamos un catálogo representativo de herramientas que pueden ser aplicadas a la resolución de los objetivos contemplados en este trabajo. Ninguna de ellas esta únicamente concebida para esta tarea específica y a veces están combinadas con métodos que no tienen ningúna significación directa con el tema de permeabilidad. Los diversos fabricantes ofrecen en general gamas de herramientas con características parecidas. 1. Herramientas de Resistividad Métodos no focalizados. - Potencial espontáneo: Su medida está integrada en varios combinaciones estandard de registros, aunque casi siempre con la radiación gamma natural y con la resistencia monoelectródica.

187 Sonda normal: Empresa: Micro Log Modelo: DNT-C Registro: clásico instrumento con 2 eléctrodos Combinaciones : normal corta, normal larga Micro Log 3": potencial espontáneo, Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15 cm 1.2. Métodos focalizados. Laterolog : Empresa : BPB Instruments Modelo : DLS-A Registro: Potencial espontáneo, focalización profunda (LLD) y medio (LLM), rayo gamma, temperatura del lodo. Combinaciones : sonic, micro- resistividad, otros métodos radioactivos. Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min. 9.0 cm Empresa : Dresser Atlas Modelo: 1232 XA Registro : focalización profunda (LLD) y corta (LLS) Combinaciones: rayo-gamma, inducción, inducción dual, microlaterolog, neutrón-neutrón Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.11.4 cm, max cm

188 Empresa : Gearhart Modelo: DLT-FA Registro: focalización profunda (LLD) y corta (LLS), potencial espontáneo. Combinaciones :rayos gamma, eléctrodos esféricamente focalizados. Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.12.7 cm Empresa: Schlumberger Modelo: DLT-E + SRS-D o SRT-C Registro : focalización profunda (LLD) o corta (LLS), microlog esféricamente focalizados, caliper, potencial espontáneo. Combinaciones : / Diámetro del pozo: SRT-C: DLT-E + SRS-D: mn cm, max.55.9 cm min cm, max.12.7 cm Empresa: Welex Modelo: DG 903 Registro: guard log corto, guard log largo, micro guard, caliper, rayos gamma, potencial espontáneo. Combinaciones: la unidad de rayos gamma puede ser sustituida por el método neutrón-neutrón. Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min cm, max.48.3 cm

189 2. Inducción. Empresa: BPB Modelo: DIS-A Objetivo : determinación de la resistividad de la formación, no perturbada y con invasión de solución. Registro :potencial espontáneo, rayos gamma, inducción profunda, inducción media, inducción de enfocación corta, señal de conductividad. Combinaciones: acústica sónica, métodos radioactivos, micro resistividad, últra sónico, temperatura. Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15 cm Empresa: Dresser Atlas Modelo: 1503 XA Objetivo: determinación de la resistividad en zonas de media y baja porosidad, determinación de profundidad de invasión de la solución. Registro: inducción profunda, inducción media, potencial espontáneo. Combinaciones : rayos gamma, densidad compensada, neutrónneutrón compensado, neutrón-neutrón, velocidad acústica. Condiciones : pozo sin tubería, lleno de lodo conductivo o no conductivo y pozo seco. Diámetro del pozo : min cm, max.30.5 cm Empresa: Gearhart Modelo: DIL-F Objetivo: determinación de la resistividad de la formación Registro : potencial espontáneo, normal corta, inducción profunda, inducción media, laterolog 3.

190 Combinaciones: sonic, cali per, rayos- gamma, densidad compensada ( gamma-gamma ), neutrón-neutrón compensado. Condiciones: pozo sin tubería, con lodo conductivo o no conductivo y pozo seco. Diámetro del pozo : min. 12.7cm Empresa: Schlumberger Modelo: DIT-D Objetivo : determinación de la resisitividad de la formación. Registro : inducción profunda, esféricamente focusada, inducción media, resistividad potencial espontáneo. Combinaciones : rayos gamma, sonic, neutrón-neutróncompensado, caliper, micro resistividad esféricamente focalizados. Condiciones : pozo sin tubería, con lodo conductivo o no conductivo y pozo seco. Diámetro del pozo : min cm, max.55.9 cm Empresa: Welex Modelo: DIL 310 Objetivo : determinación de la resistiviad de la formación con el método de conductividad focusada. Rsegistro: guard corta, normal corta, resistividad media, resistividad profunda, potencial espontáneo, conductividad. Combinaciones : caliper, rayos gamma, neutrón-neutrón, densidad ( gamma-gamma). Condiciones : pozo sin tubería, con lodo conductivo o no conductivo o pozo seco. Diámetro del pozo : min cm, max cm

191 3. Micro Log.- Empresa: BPB Modelo : MRS-B Objetivo: determinación de la resistividad de la zona invadida por el lodo. Registro: microlaterolog, micro normal, micro inverso, caliper, temperatura del lodo. Combinaciones: rayos gamma, inducción, dual laterolog. Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.15.3 cm, max.41.0 cm Empresa: Gearhart Modelo : MEL-C Objetivo : determinación de la resistividad de la zona invadida por solución utilizando un dispositivo esféricamente focalizados. Registro : caliper, resistividad con espaciado 1" y 2" Combinaciones : inducción, sonic, rayos gamma. Condiciones : pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.20.0 cm, max cm Empresa : Schlumberger Modelo : SRT-C Objetivo : determinación de la micro resistividad. Registro : microlog esféricamente focalizados, caliper. Combinaciones: / Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.12.7 cm, max cm

192 Empresa: Welex Modelo : Micro 182 Objetivo : determinación de la resistividad con dispositivo no focalizados. Registro : normal T', lateral, caliper. Combinaciones : rayos gamma. Condiciones: pozo sin tubería, lodo conductivo. Diámetro del pozo : min.15.3 cm, max cm 4. Rayos Gamma. - El sumario de sondas se refiere a herramientas que en general se utilizan en combinación con otros métodos. Empresa: BPB Modelo: SGS-A Objetivo : medición de la radiación natural de los rayos gamma. Registro : radiación total, radiación K, U, T h. Combinaciones : otros métodos radioactivos, sonic, inducción. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : mm cm, max cm Empresa: Gearhart Modelo: UGR-HA Objetivo: detección de la radiación natural de determinadas formaciones dentro del pozo. Registro : intensidad total. Combinaciones: con todas herramientas Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min cm

193 Empresa : Gearhart Modelo : G N T-AD Objetivo: detección de la radiación natural de determinadas formaciones dentro del pozo. Registro : intensidad total, K(%), U (ppm), T h (ppm). Combinaciones : neutrón- neutrón. Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo: min cm Empresa: Micro Log Modelo : CGT/CDT-A Objetivo : medición de la radiación gamma natural. Registro : intensidad total, rho, d ( rho). Combinaciones : caliper, potencial espontáneo, neutrónneutrón compensado. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15.0 cm Empresa: Schlumberger Modelo: SGT -LAb, NGT-C/D Objetivo : medición de la radioactividad natural de la formación. Registro : intensidad total ( SGT-LAB ), intensidad total menos U, K, Th, U Combinaciones : todas otras herramientas. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo: mm cm

194 Empresa: Welex Modelo: GR 187/157 Objetivo : medición de la radioactividad natural de la formación. Registro : intensidad total. Combinaciones : todas otras herramientas. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min. 5.1 cm 5. Neutrón. Empresa: BPB Modelo: CNS-A/B Objetivo : medición del contenido total del hidrogeno de la formación. Registro : relación entre registro de corta e intermedia distancia lateral, porosidad, temperatura del lodo. Combinaciones : densidad compensada ( gamma-gamma), inducción, sonic, últra sonic, temperatura. Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min cm, max.59.0 cm Empresa: Dresser Atlas Modelo: 2421/22 XA Objetivo : determinar cambios en la litología, porosidad, y saturación por fluidos con la medición de la intensidad de capturación de los neutrones. Registro : neutron-neutron. Combinaciones: / Condiciones: pozo con o sin tubería, perforación con lodo.

195 Empresa: Dresser Atlas Modelo: 2420/2418 XA Objetivo : determinación de la porosidad con la medición del contenido de hidrógeno en la formación. Registro : porosidad Combinaciones : rayos gamma, densidad compensada ( gammagamma ), inducción, velocidad acústica. Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min. 8.9 cm, max.40.6 cm Empresa: Gearhart Modelo: Objetivo : CNT-D exacta determinación del indice de porosidad con un sistema de detectores duales de neutrones. Registro : porosidad ( %), caliper. Combinaciones : gamma, inducción dual. Condiciones: pozos sin tubería, lodo condúctivo o no condúctivo. Diámetro del pozo: densidad compensada (gamma- gamma ), rayos min.15.3 cm, max.50.8 cm Empresa : Micro Log Modelo: CNT-A Objetivo : porosidad de la formación Registro : índice de neutrones Combinaciones : rayos gamma, densidad compensada (gammagamma). Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo: min. 6.6 cm, max cm

196 Empresa: Schlumberger Modelo: CNT-G Objetivo : determinación de la porosidad. Registro : relación entre registro de corta e intermedia distancia lateral, porosidad. Combinaciones : todas las otras herramientas. Condiciones: pozo con o sin tubería, ~en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min.11.2 cm, max.53.3 cm Empresa : We1ex Modelo: DSN 265 Objetivo: medición del contenido total del hidrógeno de la formación; facilita datos sobre la litología y datos de porosidad. Registro: porosidad del espaciado dual, relación entre registro de corta e intermedia distancia lateral, porosidad. Combinaciones: rayos gamma, inducción dual, dual laterolog, densidad compensada (gamma-gamma). Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : max.52.7 cm 6. Densidad de la formación ( gamma- gamma). Empresa: BPB Modelo : CDS-A/B Objetivo : determinación de la densidad global de la formación. Registro : densidad global, corrección, caliper, porosidad, y callper. Combinaciones: neutrón-neutrón, inducción, sónica, ultrasónica, temeperatura. Condiciones: pozo sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min.15.3 cm, max cm

197 Empresa : Dresser Atlas Modelo : 2212 XA Objetivo: determinación de la densidad global de la formación. Registro : densidad global (g/cc), corrección, caliper, porosidad. Combinaciones : / Condiciones: pozo sin tubería, lodo. Diámetro del pozo : mm cm, max cm Empresa: Gearhart Modelo: CDT-K Objetivo : determinación de la densidad global de la formación. Registro: densidad global ( gr/cc), compensación (gr/- cc), porosidad. Combinaciones : neutrón-neutrón, gamma-gamma, rayos gamma, inducción dual. Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min cm, max.55.8 cm Empresa : Micro Log Modelo: CGT/CDT-A Objetivo : determinación de la densidad global de la formación. Registro : densidad (g/cc), d(rho) (g/cc), caliper, rayos gamma. Combinaciones: / Condiciones : pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min. 6.6 cm, max.15.0 cm

198 Empresa: Schlumberger Modelo: LDT-C/D Objetivo: determinación de la densidad global de la formación. Registro : densidad (g/cc), factor fotoeléctrico, d ( rho), caliper. Combinaciones : todas las otras herramientas. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min.15.3 cm, max cm Empresa: Welex Modelo: DEN 126/316 Objetivo: determinación de la densidad global de la formación. Registro: densidad (g/cc), porosidad (%), corrección rho, caliper, rayos gamma. Combinaciones: velocidad acústica, neutrón-neutrón, dual inducción. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min.15.3 cm, max cm 7. Velocidad acústica. Empresa: BPB Modelo: CSS-A/B Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit time", amplitudes y analisis de onda entera (tren de onda). Registro: "transit time", transit time integrado, temperatura del lodo, porosidad sónica, amplitudes, análisis de onda entera, densidad variable. Combinaciones : inducción, métodos radioactivos. Condiciones: pozo con o sin tubería lleno de lodo. Diámetro del pozo : min.13.0 cm

199 Empresa: Dresser Atlas Modelo : 1661 Objetivo: determinación de las carácteristicas de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda). Registro: "travel time", porosidad, "travel time" integrado, analisis de onda entera, densidad variable, televisor acústico. Combinaciones: todas las otras herramientas. Condiciones : pozo sin tubería lleno con lodo. Diámetro del pozo : mm cm, max cm Empresa : Gearhart Modelo: BCT-BD/EA Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del "transit time", amplitudes. Registro: "transit time", "transit time" integrado, amplitude, velocidad de cizallamiento, velocidad de "tube wave" (Stoneley), densidad variable. Combinaciones: rayos gamma, caliper, inducción. Condiciones : pozo sin tubería lleno con lodo. Diámetro del pozo : min.11.4 cm, max cm Empresa: Schlumberger Modelo: SDT-A/B Objetivo: determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio; evaluación del transit time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda) Registro: "transit time", "transit time" integrado, amplitude, caliper, onda, analisis de onda entera, densidad variable, relación entre amplitudes, velocidad del lodo. Combinaciones: todas otras herramientas.

200 Condiciones : pozo con o sin tubería lleno de lodo. Diámetro del pozo : min.11.8 cm, max. cm Empresa: Elf Aquitaine Modelo: Eva Objetivo : determinación de las características de la propagación de ondas acústicas en el medio ; evaluación del "transit time", amplitudes y análisis de onda entera (tren de onda) Registro: "transit time ", " transit time" integrado, amplitude, analisis de onda entera, relación entre amplitudes, velocidad del lodo. Combinaciones : / Condiciones : pozo con o sin tubería lleno de lodo. Diámetro del pozo : min.15.0 cm. 8. Perfiles sísmicos verticales. Empresa: Dresser Atlas Modelo: 4101 EA/MA Objetivo: combinación de métodos de geofísica de la superficie con técnicas de testificación en el pozo, analizando el "oneway travel time" de un pulso sísmico. Registro: sísmograma. Combinaciones : / Condiciones : pozo con o sin tubería. Diámetro del pozo: min cm, max cm Empresa: Prakla Seismos Modelo: BGKT Objetivo : perfiles verticales sísmicas. Registro : sísmograma. Combinaciones : según demanda.

201 Condiciones: pozo con o sin tubería. Diámetro del pozo : min.11.4 cm, max cm Empresa: Schlumberger Modelo: WST-B; SAT-A Objetivo: adquisición de datos sísmicos en un pozo con un pulso generado a la superficie. Registro : sísmograma. Combinaciones: no es recomendada. Condiciones: pozo con o sin tubería, en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min.14.0 cm, max.48.2 cm Empresa : Welex Modelo: Geo 309 Objetivo: adquisición de datos sísmicos en un pozo con un pulso generado a la superficie. Registro: sísmograma. Combinaciones : / Condiciones: pozo con o sin tubería lleno de lodo. Diámetro del pozo : min.11.4 cm, max. 36.8cm 9. Georadar. Empresa: ABEM Modelo : Ramac Objetivo: localización de fisuras, fracturas y otras anomalías. Determinación de su orientación. Estimación de las propiedades eléctricas del medio. Registro : Mapa de la señal reflejada del impulso radar. Combinaciones: /

202 Condiciones : pozo con o sin tubería (plástico ), en pozo lleno de lodo o seco. Diámetro del pozo : min. 6.0 cm.

203 ANEXO 2.- CATALOGOS DE ALGUNAS COMPAÑIAS ESPAÑOLAS.

204 e. n. adoro 1 INTRODUCTION: The Modular Digital Unit has formed the basis of BPB's Worldwide Slimhole Logging Service during recent years, achieving a proven record of reliability under the most difficult conditions. The separate panel philosophy and modular design provide a high degree of flexibility, facilitating both maintenance and backup. Experience shows such considerations to be of prime importance in attaining reliable, and hence cost effective operations, particularly in the more remote areas. The unit may be expanded from its basic form into a comprehensive system capable of: - Operating the full suite of BPB Slimiine sondes (as described in Subsurface leaflets). - Recording all log data simultaneously in both DIGITAL form on magnetic tape cassettes, and as CHART records with flexibility of presentation format for immediate field use. - Various log processing and analysis options. The basic and additional items of hardware associated with these capabilities are illustrated in Fig. 1, and described more fully overleaf. Fig. 1. MDU Mounted here with a 'B' type winch on a general purpose skid. Individual functions are, in each of the paneis, contained on either plug in modules or easily replaced circuit cards; most major functions being at least duplicated to ensure the ability to continue operations in the event of partial failure. The poneis and cabinet which make up the MDU may be assembled with the winch in a skid arrangement, as illustrated. Alternative mounting systems are created to suit winch type and/or specific transport or installation requirements. BPB INSTRUMENTS - TECHNICAL SHEET

205 GENERAL SPECIFICATIONS: 101 cm MDU Cabinet with paneis: (as illustrated in figs. 1 and 2) Length : cm (40") Height : - 90 cm (35") Depth: - 72 cm ( 28.5") Weight : kg MDU interfaced with 'B' type winch: (as in Fig. 1) 22 cmm 2 cm 18 cm 5 TUl 4d 4b 4c / or 14a~ 1. DW3A 2. FS1 3. CR1 E u E u CN Length : cm (74") 22 cm Height : cm ( 39.5") 6.LP1 Depth : - 79 cm (31 ") Weight : kg (with 750 m '/a" cable) Fig. 2. Panel reference schematic. Power requirement : 240/120V transformable, 50-60Hz, 250VA (MDU paneis only). Operating Temperature Range : - 10 C to +45 C ( 15 to 115 F) without heating or cooling. Depth Capability : As per winch in operation, see Surface Leaflet No. 2. Transportation Facilities : The ability tó separate the electronics and winch units assists both vehicular installation and transportation. In particular the MDU, in combination with the ' B' type winch ( in most common worldwide use), is well suited for installation in: dog boxes, small pick - up trucks, more specialist 4-wheel drive or tracked vehi cl es or even by helicopter. Fig. 3. BASIC EQUIPMENT: In its basic form the MDU includes the folldwing panels, ( see Fig. 2): (1) DW3A - Draw Works Control (2) FS1 - Function Selector (3) CR1 - Chart Recorder (4a) D4C - 4 Channel Decoder In such form the unit allows recording of cha rt logs, with total flexibility of format on metric or imperial depth scales, and enables the following BPB Sondes to be operated: DD1 MS1 - DR1 - DD2 - NO1 - coi - RS1 - NN1 - Dual Density, Gamma Ray, Caliper Sonde ( and earlier single function and Density Sondes) Multichannel Sonic Sonde ( and the earlier single channel sonic sonde) Density, Resistivity, Gamma Ray, Caliper Sonde Dual Density, Gamma Ray Sonde Neutron Sonde Caliper Sonde Resistance, SP Sonde Dual Neutron, Gamma Ray Sonde Gamma Ray (1) The DW3A - DRAW WORKS CONTROL panel monitors the incoming electrical supply to both Winch and Electronics Units and provides winch control in terms of: - Sonde depth and direction of motion - Precise logging speed - Electronic braking The DW4 is an upgraded version for use with DW3A Panel the larger winches. weight 12 kg

206 (2) The FS1 - FUNCTION SELECTOR panel is the heart of the MDU, providing: - Downhole AC and DC power as required, both for measurement and caliper orm control. - Signa processing through three 6 range ratemeters. - Digital depth and speed displays in either Metres or Feet resolved to 0.01 of a depth unit, with battery back-up to retain depth information in the event of generator failure. - Plug in modular design to facilitate trouble shooting. FS1 Panel - Front weight 22 kg r - Rear f- (3) The CR1 - CHART RECORDER panel, available in either 3 or 4 pen versions, features: - A bi-directional digital chart drive system with precise positional control for accurate pen and depth alignment. - Metric or imperial availability with depth and time based drive ratios, the standard depth ratios being: Metric 1:10,20,40,50,100,200,400,500 Imperial 1:12,24,48,60,120,240,480,600 Other ratios can be considered and the unit can be set up for North American Metric logging if required. - A full flexibility of horizontal scales on all pens allowing composite logs to be assembled as required. - A variety of API linear, API linear /logarithmic or full width laboratory chart paper options. CR1 Panel weight 26 kg D4C Sub Panel weight 1 kg (4a) The D4C - 4 CHANNEL DECODER sub panel is used to decode the multiplexed signais transmitted from DD1, MS1, DR1, DD2 and NN1 combination sondes, although it does become redundant if a Dipmeter Decoder sub-panel is avai'lable. Like other sub-panels it is housed in an externa functions ' box which provides additional space for expansion of the basic MDU system. -3-

207 ADDITIONAL EQUIPMENT: The following paneis expand the capabilities of the basic unit in terms of: - Operation of additional sondes: (4b), (4c), and (4d) Sub Panels - Magnetic tape recording: (5) TU1 - Tape Unit - Data processing : (6) LP1 - Log Processor (4b) The TEMP sub panel is required for the operation of the TT1 Temperature sonde. TEMP Sub Panel weight 5 kg N (4c) The FE sub panel is required for the operation of the RO1 Focussed Electric sonde. FE Sub Panel weight 1 '/2 kg (4d) The DIP sub panel is required for the operation of VO1/2 Verticality and DV1/2 Dipmeter sondes. DIP Sub Panel weight 4kg NOTE: The 'Externa ) Function ' box provides mounting space for all sub panels. _ 4 _ 1028

208 (5) The TU1 - TAPE UNIT panel (Reference 1) provides 4 channel digital recording of sonde output, together with depth, on easily available and inexpensive C120 magnetic tape cassettes. The system includes severa) important features: second time based sampling implies an infinitely variable depth sample interval controlled by the logging speed. This depth increment is standardly: 1.5 cm at 9m/m 'general ' logging, and cm at 2.25m/m 'detail' logging speed. These high sampling rates ensure no compromise in the quality of data recorded from high resolution sondes. - The ability to handie metric or imperial depth measurement with a resolution of 0.01 of a depth unit. - An expansion facility,through a further sub-multipiexing option, to provide 9 channel capability for recording more complex sonde outputs. TU1 Panel \\ eight 21 kg Magnetic tape recording of logs with the TU] system offers two major advantages: - Raw sonde output may be re-read from the cassette at any time on or off site and represented with new scales, formats or even with updated log calibration data. Most commonly this leads to a significant reduction in operating time as 'detail' scale logs may be readily replayed from a single 'general ' scale Iogging run. - The cassette data is available for transcription to 9-track tape at any time, forming a data base for log analysis by computer. (6) The LP1 - LOG PROCESSOR panel (Reference 2) extends the capábility of the Modular Digital Unit to include on site computation. The LP1 depth matches up to 5 logs, input either direct from the sonde or from the TUl panel, and processes according to the software option selected. Options currently include: - Verticality and Hole Position from VO1/2 or DV1/2 sondes. - Density Linearization, Correction, Compensation and Deconvolution from the DD1 and DR1 sondes. - Neutron Ratio Porosity from the NN1 sonde. - Linear and Corrected Formation Resistivity from the RO1 sonde. Output is available from the CR1 Chart Recorder and/or the built-in Line Printer, according to the individual program option.

209 TRANSPORTATION: The MDU Electronics, together with a Winch Unit and the range of downhole Sondes, forms a powerful, comprehensive and proven Slimhole Logging System. Flexibility,afforded by modular options, extends further to the method of site transportation, which is selected according to climate and location to suit each particular project. Some examples taken from BPB's worldwide service operations are illustrated in Fig. 3. Fig. 3. Logging Unit Transportation exampies (clockwise from upper Ieft): Pick-up mounted dogbox, Tracked Vehicle, Specialist 4-wheel drive truck, Helicopter operation REFERENCES: Further details of some of the aboye equipment may be obtained in the following BPB publications, available on request: ( 1) A Digital Cassette System for Recording Coa and Other Logs - M A Cherrie. (2) In-Truck Data Processing Techniques Applied to Slimline Logging - R W Wroot. BPB INSTRUMENTS

210 CISA COMPAN IA IBERICA DE MATERIAS PRIMAS Y ENERGETICAS, S.A. COMPAÑIA IBERICA DE MATERIAS PRIMAS Y ENERGETICAS, S.A. Cochabamba, D MADRID Teléfs / TIx COYSA. Telefax Registro Mercantil de Madrid. N.' 2, Hoja , folio 108, tomo 931 general 886, sección 3 Nuestra compañía, dedicada exclusivamente a la investigación minera, con una amplia experiencia y el más alto nivel tecnológico, pone a su disposición el Servicio de testificación geofísica de sondeos en sus múltiples aplicaciones.

211 - Estudios geológicos en general. - Investigación Minera. - Hidrogeología. - Obra Civil. SONDAS PARA MEDIDAS DE Densidad. Porosidad. Resistencia monoelectródica. Resistividad normal y lateral. Polarización espontánea. Cualquier tipo de estudio relacionado con la testificación geofísica será tratado con total profesionalidad, contando en todo momento con el apoyo técnico y de material de nuestra compañía. Radiactividad natural. Caliper. Susceptibilidad magnética. Conductividad. Etc. Disponemos de equipos plenamente operativos y de inmediata disponibilidad para cubrir sus necesidades específicas.. Nuestros programas informáticos, continuamente actualizados, permiten entregar de forma rápida y concisa los resultados obtenidos. El servicio técnico de CISA atenderá de forma individualizada cualquier consulta o petición de presupuesto.

212 COGEMA GROUPE CEA BRANCHE URANIUM NATUREL. SECTION DE RADIOMETRIE SYSTEME NUMERIQUE DE DIAGRAPHIE DIGITAL LOGGING SYSTEM COG BAN INSTRUMENTATION NUCLEAIRE - DIAGRAPHIES E. - P,oducNon - Vena Pne. nnao. &..M- 41, rue Barthélémy Thimonnier. ZI Nord. BP LIMOGES CEDEX. Tél: Télcx F. FAX COMPAGNIE GENERAI.E DFS MATIERES NUCLEAIRES 2, RUB PAUL DAUTIER. BP 4. 7t 141 VELIZY.VILLA000BLAY CPDEX FRANCE. T41:(I ) TE EX COOEM SA CAPITAL F. RC VERSAILLES B

213 SYSTEME NUMERIQUE DE DIAGRAPHIE PRINCIPE : Systéme d'acquisition numérique embarqué sur camion pour diagraphies différées dan s les sondages. DIGITAL LOGGING SYSTEME PRINCIPLE : Digital acquisition system loadable on a vehicle for deferred dril] logging. CARACTERISTIQUES : 1) Mécaniques : Monté dans coffret porteur étanche avec chassis interne résist an t aux vibrations : Dimensions hors tout : profondeur :. 690 mm hauteur : 620 mm ; largeur : 540 mm Température de fonctionnement de 10 C á 40 C Poids 50 Kg. Refroidissement de ]'ensemble réalisé par turbine tangentielle : débit 320 m3/h 2) Electriques: 220 V 50 Hzprotégée par alimentation secou ru e (300 VA) : autonomie 30 minutes. Fournit aussi les alilnentations sondes de 0 á 60 V et de 0 á 500 ma. 3) Electroniques : transformation de toutes grandeurs anologiques ou impulsionnelles numériques : Constitution : chassis 19" ; H = 3 U Modéle de base : 1) tiroir alimentations 2) tiroir impulsions 3) tiroir profondeur. Options : Tiroirrésistivité + P.S * ; tiroir P.P. * ; tiroir déviation; et autres sur demande. Tensiométre (tension du cable) Proximité (sonde hors trou). Echantillonnage : de 1 á 15 cm. 4) Informatiques : Ordinateur HP 9000 serie 200 type 9920 Ecran monochrome / clavier HPHIL Lecteur de disquette 3" 1/2 (630 Ko) Carte A/D 8 voies (tension + courant sonde, PS,Résistivité,PP) Interface IEEE Liaison série (RS 232) Carte comptage : 4 voies de comptage et 8 E/S. CHARACTERISTICS : 1) Mechanical : Mounted in sealed carrying case with vibration resistant internal chassis : Overall dmensions : depth : 690 mm ; height 620 mm ; width : 540 mm Operating temperature from 10 C to 40 C Weight 50 kg. Cooling of assembly by tangential turbine : output 320 M3 /H 2) Electrical : 220 V 50 Hz protected by standby power supply (300 VA) : autonomy 30 mn. Feeds 0-60 v and ma for the probes. 3) Electronics : transformation of all digital pulses or analog signals : Composition : chassis 19" ; H = 3 U Basic model : 1) Power supply module 2) Pulse module 3) Depth module. Options : S.P.* + resistivity module ; I.P.* module ; deviation module ; and others on request. Tension meter (cable tension) Proximity (probe outside hole). Sampling. from 1 to 15 cm. 4) Computer : HP 9000 series 200 type 9920 computer Monochrome screen/hphil keyboard 3" 1/2 diskette drive (630 kbyte) 8 channel A/D card (voltage + current probe, SP, Resistivity, IP) IEEE interface Serial link (RS 232) Counting card with 4 counting channels and 8 I/O. OPTIONS : 1) Imprimante THINKJET (IEEE) 2) Traceur numérique A4 á déroulement de papier continu (IEEE). *P.S. = polarisation spontanée *P.P. = polarisation provoquée OPTIONS : 1) THINKJET printer (IEEE) 2) A4 digital continuous paper supply IEEE plotter. *S.P. = spontaneous polarization *I.P. = induced polarization

214 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOLOGICA CATEDRA DE GEOFISICA APLICADA ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID Ríos Rosas, 21 Teléf /2 Fax i 33670U MADRID (ESPAÑA) 2. Otros: - Calibre - Temperatura MOUNT SOPRIS 3000 NB-474 Parámetros Eléctricos: - Resistividad Normal Corta (AM = 16") - Resistividad Normal Larga (AM = 64") - Resistividad Lateral (AO = 72") - Resistencia monoelectródica - Conductividad - Potencial Espontáneo Radioactivos: - Gamma natural - Gamma-Gamma - Neutrón-Neutrón Otros: - Calibre - Temperatura Ambos equipos disponen de registrador analógico con capacidad de registro simultáneo de cuatro parámetros independientes y control digital de velocidad y profundidad, pudiéndose alcanzar una profundidad máxima de registro de 1000 m. Cabe destacar también que el diámetro de las sondas permite testificar incluso por el interior del varillaje de perforación, en el caso de que la existencia de margas u otros materiales expansivos así lo requiriesen. A continuación se exponen unas fotografías de dichos equi-- pos con sus respectivas sondas.

215 1 actualmente el Grupo de Trabajo e Investigación del Departamento de Geofísica Aplicada de la E.T.S. de Ingenieros de Minas de Madrid, -- dispone de dos equipos autónomos de testificación geofísica montados en -- vehículos todo-terreno (Marca Land-Rover, 6 cil.), lo cual facilita el -- acceso de los mismos a casi la totalidad de las zonas donde se realizan -- los sondeos sin demoras añadidas. CARACTERISTICAS rísticas de los equipos: A continuación les adjuntamos información de las caracte GEOLOG-1000 Digital de ROBERTSON RESEARCH Parámetros Eléctricos: - Resistividad Normal Corta (AM = ) - Resistividad Normal Larga (AM = 6411) - Conductividad - Potencial Espontáneo Radioactivos: - Gamma Natural - Gamma -Gamma (doble espaciado)

216 Testificando durante las labores de perforación con la máquina de sondeos Testificación de sondeos abiertos en montaña

217 a!-ad Equipo de testificación MOUNT SOPRIS 3000 l,, ~.,-A b,# 14 Sondas de testificación

218 f di; ;1óggir~g systérr s f ~rri gitál w.e. 1:1 : ÓRA ~N OIHYS C,~ L CORP

219 entury first brought the power oí a mini- and the accuracy oí fully digital Ccomputer systems to the logging industry in Century continues the tradition oí constant improvement and engineering excellence by the development oí the new Compu-Log system. Taking advantage oí modern advances in computer technology, the new Compu-Log system offers even greater power in a more compact and rugged package. The more compact and rugged packaging allows for a smaller and more mobile logging system. The Compu-Log system may be mounted in a variety oí configurations including portable, trailer, or truck style units. Century's capable manufacturing team can customize the Compu-Log system to fit most any application. In contrast to older analog units, the Compu-Log system needs no specialized uphole electronic "modules", or "patch-panels", to support any oí our numerous tools. In addition, sensitive calibrations and conversions are controlled by the computer, insuring accurate logs every time. Furthermore, the Compu-Log system contains no "gain" or "bias" control knobs, which improperly used by the inexperienced operator, may alter log data results. The Compu-Log system combines the best in production computer components with specialized equipment and downhole instrumentation designed and built by Centtiry's experienced engineering staff. The hardware is coupled with easy to use menu-driven software written and supported by Century. This combination provides a proven and reliable fully digital logging system available for rental, sales, or service.

220 he surface processing equipment contains a T high-speed computer which records the data in full floating-point precision for optimum accuracy an d computational precision. The operator may select a variety of recording depth intervals to suit particular needs. Downhole, Century's advanced digital logging tools collect data from multiple sensors, then transmit the digital data to the surface processing and recording equipment. This downhole digitization, perfected at Century, insures maximum accuracy and dynamic range in the data. The digital telemetry system minimizes data degradation and provides optimum noise immunity, which is generally associated with analog style systems. For chart displays, Compu- Log's digital matr ix graphics printer allows for a variety of presentation formats. The log chart may be created while logging, insuring the results recorded are as desired. Generating the scale grid along with the data traces eliminates the mechanical zeroing problems inherent in strip-chart type devices. Using multi-part paper produces additional log copies simultaneously for cost and time efficiency. Once recorded on the system's hard drive, the log data from one or multiple logging runs can be replotted, merged, processed, listed out in tabular form, and transferred to other media, such as the standard floppy disc. This flexibility allows Century log data to be used with numerous log interpretation, subsurface mapping, or other sophisticated analysis packages.