Geoelectric
Prospectiunile geoelectrice utilizeaza o larga varietate de tehnici, fiercare bazata pe diferite proprietati sau caracteristici ale materiei din subsol. Astfel am impartit aceste tehnici in trei grupe importante, iar la rezistivitati, fiind o metoda cu aplicatii largi si destul de complexa, am detliat in subcategorii.
Metoda rezistivitatii este conceputa sa dezvaluie informatii despre formatiuni sau corpuri ce prezinta anomalii ale conductivitatii electrice si a fost folosita mult timp pentru a delimita straturi ce au conductivitati diferite. Metoda este folosita in geofizica inginereasca pentru a carta fundamentul cristalin, pentru determinarea omogenitatii terenului si a eventualelor goluri, in studii ale apelor freatice pentru a determina salinitatea si adancimea pana la nivelul acviferului. Recent metoda a fost aplicata in cautarea de energie geotermala deoarece apa vaporizata geotermal modifica rezistivitatea formatiunilor de roci intr-un mod ce poate adesea fi diagnosticat.
Este obisnuit, pentru majoritatea metodelor electrice, sa se defineasca o functie de raspuns numita rezistivitate aparenta, Roa, ce poate fi evaluata si estimata din masuratori. Aceste rezistivitati aparente sunt de obicei functii ale unor variabile ce sunt in concordanta cu adancimea de investigare. In consecinta, rezistivitatile aparente au importanta in evaluarea intuitiva si in controlul practic al calitatii si procedeelor de interpretare.
In functie de tipul si complexitatea dispozitivului utilizat in determinarea rezistivitatii aparente, am clasificat aceasta metoda in trei mari categorii, adaugand si o sectiune speciala cu teoria dispozitivelor.
Aceasta metoda este de departea cea mai utilizata metoda de investigatie geoelectrica, deoarece este una din cele mai ieftine metode geofizice si da foarte bune rezultate in multe domenii de interes.
Tehnica masuratorilor de teren este adaptabila la diverse conditii topografice iar interpretarea rezultatelor obtinute se poate face cu soft specializat, cu o interpretare primara imediat dupa masuratoare. Rezultatele masuratorilor se pot interpreta atat calitativ cat si cantitativ ceea ce da posibilitatea, in cazul explorarilor pentru resurse minerale, unor estimari de rezerve intr-un perimetru de interes.
Metoda este folosita in special pentru adincimi mici de investigatie, pana la 300 m, dar au fost cazuri cand s-au urmarit si adancimi de mii de metrii. In astfel de situatii insa trebuie avut in vedere surse de energie electrica puternice.
Principiul de baza al acestei metode consta in introducerea in sol a unui curent de intensitate cunoscuta prin doi electrozi (electrozi de curent - AB) si masurarea diferentei de potential la alti doi electrozi (electrozi de masura - MN). Adancimea de investigare este direct proportionala cu distanta dintre electrozii de curent.
Metoda sondajului electric vertical, ca toate metodele geoelectrice, are nevoie, pentru o buna interpretare, de existenta unui contrast de rezisitvitati. Cu cat contrastul este mai puternic cu atat rezultatele sunt mai bune.
Tehnica este aplicabila si pe lacuri sau rauri, dand astfel posibilitatea cunoasterii structurii geologice acoperite de ape. Aceasta tehnica s-a dovedit deosebit de utila pentru proiectarea forajelor orizontale dirijate si a altor lucrari ingineresti.
Metoda profilarii geoelectrice foloseste acelas tip de dispozitive ca si cele pentru sondaj electric vertical (SEV) numai ca interesul este focalizat pe unul sau mai multe nivele de adancime. Astfel se pot construi dispozitive cu distante fixe intre electrozi iar tehnologia de masura devine simpla si rapida, necesita personal operativ redus, costuri mici iar rezultatele pot fi vizibile imedit.
Aceasta metoda este ideala atunci cand dorim sa cunoastem caracteristicile subsolului la adancimi relative mici dar pe distante mari. Aplicata cu succes in determinarea gradului de agresivitate a terenurilor ( pentru protectia conductelor, in agricultura etc), adancimii rocii de baza, variatii de roci cu caracteristici mecanice diferite (in proiectarea traseelor conductelor si cablurilor ingropate), urmarirea poluantilor - isi gaseste in continuare noi aplicabilitati in geofizica inginereasca.
Ar putea fi considerata tehnica de avangarda in masuratorile geoelectrice. Aceasta metoda imbina tehnici moderne de achizitie a datelor Ar putea fi considerata tehnica de avangarda in masuratorile geoelectrice. Aceasta metoda imbina tehnici moderne de achizitie a datelor cu solutii performante de interpretare.
Achiztia datelor se face uniform de-alungul profilului cu o densitate data de distanta dintre electrozi si tipul dispozitivului ales. La o singura intindere a cablului multielectrod putem achizitiona sute de masuratori de rezistivitate creand astfel o imagine 2D a subsolului asemanatoare unei tomografi. Aceste date sunt apoi filtrate si procesate cu soft specializat, care, spre deosebire de celelalte metode, realizeaza o inversie 2D a intregii sectiuni ducand astfel la obtinerea unor rezultate maxime.
Densitatea mare de poncte de masura obtinute la o singura intindere recomanda aceasta metoda in numeroase lucrari ingineresti. Rezolutia imaginii geoelectrice este deosebit de buna facand astfel posibil punerea in evidenta a numeroase elemente din subsol.
Utilizand configuratii speciale ale pozitionarii electrozilor se pot realiza si imagini 3D ale rezistivitatii subsolului fiind astfel deosebit de util pentru punerea in evidenta a elementelor constructive ascunse (arheologie, inginerie, mediu, etc.).
Atunci cand un curent electric este trecut prin pamant, prin materie ce nu contine minereuri metalice, intensitatea curentului depinde de conductivitate numai prin rezistenta ohmica a formatiunilor implicate. Atunci cand formatiunile contin minereuri metalice, curentii dau nastere unui schimb de ioni la suprafata de contact dintre minerale si electolitii dizolvati in fluidele ce umplu porii intergranulari. Acest schimb electrochimic creeaza un voltaj opus curentului ce trece prin materie, iar acest voltaj, care este necesar pentru a ajuta curentul sa treaca bariera astfel create, se numeste si supravoltaj. Atunci cand este oprit curentul injectat, voltajele create electrochimic la suprafata granulelor metalice se disipa, dar nu instantaneu. Voltajele pot fi masurate in timp ce se disipa pentru o perioada data, dupa ce am oprit curentul. S-a observat ca tensiunea variaza cu timpul.
Aceasta metoda implica folosirea de electrozi speciali de masura – electrozi impolarizabili. Tehnica cere multa atentie din partea operatorului si poate fi usor influentata de curenti vagabonzi. Este cea mai buna metoda de investigare a mineralizatiilor diseminate dar este folosita si pentru caracterizarea conditiilor hidrogeologice ( fractia argiloasa din stratul acvifer avand o manifestare a polarizatiei induse).
Metoda este derivate din dispozitivul pol-dipol fiind caracterizat de o linie lunga de curent si o distanta mica intre electrozii de masura. Caracteristica principala este accea ca un electrod de current este pus in legatura directa cu corpul de interes. Corpul de interes este bine sa aibe o rezistivitate cat mai mica. Astfel, in jurul acestui corp se creaza un camp de curent detectabil la suprafata. Prin profilari in retea se pot stabili directiile preferentiale de deplasare a curentului si astfel se pot pune in evidenta diferite caracteristici ale corpului.
Metoda a fost folosita cu rezultate bune in investigarea infiltratiilor din baraje si lacuri artificiale, in hidrogeologie.
In cartarea si determinarea orientarii filoanelor cu mineralizatii metalice masive sau stratelor grafiloase.
Toate dispozitivele de electrozi folosite pentru a inregistra rezistivitatea aparenta sunt, in esenta, suprapuneri ale ecuatiei fundamentale pentru potentialul unei surse de curent cu semn determinat. Formulele rezistivitatii aparente sunt produsul impedantei V/I (Ohmi) si un factor geometric exprimat in unitati de lungime (metrii). Pentru a corela distrubutia rezistivitatii cu adancimea, numita sondare, dispozitivul este extins in jurul unui punct de centru iar rezistivitatile aparente sunt calculate in functie de spatierea electrozilor. In cazul mai general, rezistivitatatile aparente sunt calculate in functie de spatierea electrozilor si pozitia laterala, utilizandu-se conventii prestabilite pentru fiecare tip de dispozitiv.
Cel mai simplu dispozitiv este acela unde unul din electrozii de curent si unul din electrozii de potential sunt plasati foarte departe unul de altul astfel incat pot fi considerati la infinit. Aceasta configuratie si formula sa pentru rezistivitatea aparenta sunt aratate aici:
Roa=V/I*2PIa
Acest dispozitiv poate fi folosit pentru investigatii de mica amploare atunci cand este posibil ca electrozii indepartati sa fie pusi la o distanta practica. Pentru investigatii intr-o zona de cativa metrii patrati, distanta la infinit a electrozilor indepartati poate fi de ordinal catorva sute de metrii. Sondarea Pol-Pol este inregistrata ca rezistivitate aparenta.
Daca doar unul din electrozii de curent este plasat la infinit configuratia dispozitivului si rezistivitatea aparenta sunt dupa cum urmeaza:
Roa = 2*PI*[b(a+b)/a]*V/I
Distanta dintere electrodul de curent si cei de potential, usual este un multiplu al distantei dintre electrozii de masura, b = na. Nomenclatura standard este de a numi distanta dintre electrozii de potential “a” astfel configuratia si rezistiviteatea aparenta devin:
Roa=2*PI*an(n+1)*V/I
In investigatia pol-dipol datele sunt inregistrate ca rezistivitate aparenta calculate in functie de constanta “a” data de dispozitiv.
Dispozitivul Wenner este vazut ca fiind o varianta simpla a dispozitivului pol-dipol in care polul distantat la infinit este adus in apropiere iar tuturor electrozilor li se da aceeasi spatiere, “a”, asa cum se observa:
Roa=2*PI*a*V/I
Dispozitivul Wenner este utilizat pentru sondaje iar rezistivitatile aparente sunt inregistrate in functie de constanta “a” ca in figura.
Unul din primele dispozitive folosite din 1920 si foarte popular si astazi este dispozitivul Schlumberger prezentat mai jos cu formula sa pentru rezistivitate aparenta. Este o alta varianta a dispozitivului pol-dipol, dar tot cu al doilea electrod de curent plasat in opozitie si simetric cu primul. Diferenta de potential este in consecinta dublata, deci rezistivitatea aparenta este aceeasi ca si in cazul configuratiei generale pentru pol-dipol cu un factor de ½ al factorului geometric. Intr-o sondare Schlumberger electrozii de curent sunt de obicei pastrati mici si fixati in timp ce numai distanta “b” este modificata.
Roa=V/I*PI*b(b+a)/a
Conventional se poate considera spatierea “b” ca fiind distanta de la centrul dispozitivului pana la cei mai indepartati electrozi. In acest caz “b”, in expresia de mai sus, devine AB/2. Daca a<<AB/2 formulele de mai sus pentru Roa se schimba astfel:
Roa = V/I*PI* b^2/a daca a<<b
Datele obtinute cu o sondare Schlumberger sunt calculate in functie de spatial dintre electrozi, ca in figura.
Dispozitivul dipole-dipol este logistic cel mai convenabil in teren, in special pentru spatii mari. Toate celelalte dispozitive necesita fire de lungimi foarte mari pentru a conecta sursa de curent si voltmetrul la electrozii necesari, iar aceste fire trebuie muatate la fiecare schimbare a spatierii dupa cum dispozitivul este extins pentru o sondare sau este mutat de-a lungul unei linii. Conventia pentru dispozitivul dipole-dipol aratat dedesubt este ca spatiul dintre electrozii de tensiunie si cei de curent este acelasi, “a”, iar spatierea dintre ei este un multiplu intreg de “a”.
Rezistivitatea aparenta este data de:
Roa=V/I*PI*an(n+1)(n+2)
Dispozitivul Hummel este o varianta mult mai practica a dispozitivului Schlumberger, adaptabil usor la conditii deificile de lucru. Practic este doar o jumatate din dispozitivul Schlumberger, unul din electrozii de curent fiind amplasat la infinit, perpendicular pe directia de intindere a dispozitivului.
Calculul rezistivitatii aparente ce face folosind aceeas formula ca la dispozitivul Schlumberge dar pentru conformitate rezistivitatea aparenta se dubleaza.
Roa =2* V/I*PI* b^2/a
Folosind aceasta metoda putem reduce numarul de personal necesar operatiunii de mutare a electrozilor si, totodata, timpul de masura. Tehnica isi gaseste aplicabilitatea acolo unde conditiile geologice permit aplicarea ei – strate relativ orizontale.
