INGENIERIA EN GEOCIENCIAS MÉTODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO

PRESENTADO POR:

LUNA PADRON ROSA OLINDA

MARIN CRUZ ZAYRA IVETTE

AGUIRRE LUNA ISIDRO ESTEBAN

HERNANDEZ RAMIREZ MARTIN DE JESUS

PÉREZ PIEDAD ELIAS

ARMANDO TORRES

HERNADEZ MORALES EDUARDO

RODRIGEZ TREJO EDER

CATEDRATICO: ING. MIGUEL MARTINEZ FLORES

CIUDAD MADERO TMPS. A 10-12-2012

MÉTODOS ELÉCTRICOS I

MÉTODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO

SP (Self Potencial= Potencial Espontaneo) es un tipo de registro geofísico y también se

usa como sondeo eléctrico vertical. Es súper sencillo de entender, lo único que se hace es

medir el voltaje (o potencial eléctrico) entre dos puntos.

Es la medida de la diferencia de potencial entre un electrodo fijo y otro móvil, sin fuente

emisora. Esta diferencia de potencial se debe entre otras causas, a procesos de

oxidación-reducción en presencia de agua. Las anomalías son negativas. Solo tendremos

información de las capas que estén por encima del nivel freático.

Técnica consiste en medir la diferencia de los potenciales naturales utilizando, un

voltímetro y dos electrodos impolarizables clavados en el suelo unidos al voltímetro por un

cable conductor.

El método de potencial espontáneo es una técnica pasiva por medio de la cual se miden

potenciales eléctricos naturales de la tierra.

Como estos conceptos sencillos indican, el potencial espontaneo es una técnica para

medir la diferencia de potencial eléctrico de la tierra por medio de electrodos

impolarizables (no polarizables) incrustados en el suelo o en fluidos conectados a un

voltímetro para visualizar los datos.

Algunos de los potenciales espontáneos son hechos por perturbaciones en el ambiente

hechas por el hombre, tales como cables subterráneos, tuberías de drenaje o lugares de

depósito de aguas negras. El estudio del potencial espontaneo es importante en el ámbito

de los problemas del medio ambiente. Otros mecanismos productores del potencial

espontaneo son debido a acciones mecánicas o electroquímicas. En cada caso las aguas

subterráneas juegan un papel importante como electrolito.

Estudio del potencial en terrenos no consolidados.

En este estudio se realiza un profundo análisis de la influencia que tienen sobre el valor del

potencial, factores como el gradiente hidráulico, el tamaño de grano, la permeabilidad, así como la

concentración de sal en un fluido Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipótesis de

régimen laminar. De esta manera concluimos que:

A medida que aumentamos el gradiente de presión del fluido, la amplitud del potencial

también incrementa su valor, pero siempre en valores negativos.

Dado un gradiente hidráulico, las mayores amplitudes del potencial electrocinético se

obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70 Darcy (corresponden a arenas de

tamaño de grano medio).

Fijado un gradiente hidráulico y una permeabilidad, un aumento de la concentración de

sal del fluido conlleva una disminución significativa del valor del potencial, llegándose

incluso a valores casi imperceptibles. Este aspecto limitará el uso del método del Potencial

espontáneo en problemas en donde el aguas presente elevada salinidad.

Equipo requerido.

El equipo básico requerido es bastante sencillo y consta de:

• Unos electrodos

• Cable eléctrico

• Un carrete para recoger el cable

• Un milivoltímetro con el que medir el potencial

En este método en el que solo se precisan también 2 electrodos, se basa en colocar estaciones

fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hayamos definido. En el momento de

realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos un electrodo (será el B) y

mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estará situado siempre en una misma

base (denominada base de referencia), en la que supondremos de forma arbitraria potencial

cero.

La correcta ubicación de esta base de referencia será fundamental a la hora de obtener unos

resultados óptimos, siendo las zonas idóneas para su emplazamiento aquellas que presenten

un valor del potencial muy estable en el tiempo.

Ventajas

• La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de acumulación del error, ya que

cada lectura si bien está sujeta a las tres componentes del error anteriormente mencionadas,

ya corresponde al valor total del potencial.

• La flexibilidad a la hora de colocar las bases, dado que podemos optar por densificar su

número en aquellas zonas de especial interés.

Desventajas

Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de referencia pueden llegar a

ser incluso de algún kilómetro, esto conlleva:

• Un aumento de la susceptibilidad del cable eléctrico a sufrir algún percance, ya sea

fortuito o por vandalismo.

• Dificultad a la hora de encontrar la ubicación precisa del fallo.

Fenómenos que “contaminan” nuestras medidas de potencial.

El método del Potencial espontáneo es un método pasivo, dado que simplemente medimos un

potencial eléctrico que ya existe de forma natural en el terreno. Esta imposibilidad de poder

modificar ningún parámetro de estudio (i.e. intensidad, frecuencia, etc.), y por tanto de

intentar separar la señal de nuestro interés del resto, conllevará que el registro de campo

obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontáneos, que perturbarán

y enmascararán el potencial de nuestro interés: el potencial electrocinético. Destacar que el

orden de magnitud de éstos potenciales en muchas ocasiones son similares al del propio

potencial electrocinético, que suele ser de algunas decenas de mV.

En consecuencia nuestro primer objetivo será el reconocer cada uno de estos fenómenos

perturbadores, para posteriormente poder filtrarlos de nuestro registro, y quedarnos

simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocinético.

Aunque comúnmente se denomina “ruido” a todas aquellas anomalías de potencial que no

son de nuestro interés, basándonos en la nomenclatura usada por Corwin,

estableceremos una clasificación de éstos. Así, Corwin distingue entre

“error” y “ruido”.

• “Error” serían todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio proceso de

adquisición de datos.

• “Ruido” serían todos aquellos potenciales generados de forma natural (i.e. corrientes

telúricas) o artificial (i.e. actividad humana), y cuya génesis no está ligada al movimiento del

agua en el terreno.

En el siguiente esquema se intenta resumir la mayoría de los fenómenos que perturban

nuestra señal de campo.

“Errores”

Polarización del electrodo

Deriva

Efecto contacto suelo-electrodo

Responde a la variación de algunos de los parámetros medioambientales:

• Temperatura

• humedad del suelo

• composición química del fluido

“Ruidos”

Efectos topográficos

Aquellos que generan un valor de potencial bastante estable en el tiempo

Potenciales electroquímicos

Corrosión de elementos metálicos enterrados

Actividad biológica y cambios en la vegetación

Depósitos de minerales conductivos

Actividad geotérmica

Equipos eléctricos en el terreno

Efectos distorsionadores del terreno o variaciones laterales de resistividad

Aquellos que generan un valor de potencial variable en el tiempo

Cambios de las propiedades del terreno debido a lluvias, cambios de temperatura o

actividades humana

Variaciones del nivel freático

Variaciones en los campos de corrosión debido a los cambios de las propiedades del

suelo

Corrientes telúricas

Corrientes eléctricas debido a las actividad humana

DESARROLLO:

MATERIALES:

Multímetro

50 mts. cable

2 electrodos de cobre

Cinta métrica

Martillo

Estacas

Hilo

PROCEDIMIENTO:

I. PARTE:

1.- seleccionar un lugar con suficiente espacio para trazar un cuadro de 16 metros por 16 metros.

2.-Trazar una línea recta marcando 8 puntos con distancias de 2 metros.

3.- marcar el origen y seleccionar un punto de referencia.

4.- limpiar alrededor del punto seleccionado para que la vegetación no cause ruido en las

mediciones.

5.- colocar un electrodo en el punto de referencia y adjuntar a él un extremo del cable conectado

al multímetro, colocar el otro electrodo en el origen y tomar la medición en ese punto.

6.-de madera semejante clavar el electrodo en cada punto (con separación de 2 metros cada uno)

y tomar la medición correspondiente. Así realizarlo con los restantes puntos hasta a completar la

grid de ocho puntos por ocho.

II PARTE:

En otro espacio seleccionado realizar un rectángulo con un área arbitraria.

1.-Trazar puntos a distancias de 2 metros, tomar un punto como origen y seleccionar un punto de

referencia fuera del área a trabajar.

2.- clavar un electrodo en el punto de referencia y adjuntarlo a un extremo del cable del

multímetro.

3.- clavar el otro electrodo en el origen del plano y tomar la primera medición con el multímetro,

así sucesivamente con los restantes puntos (limpiar alrededor la vegetación para evitar ruido).

III. PARTE:

En un tercer espacio, con un determinado alejamiento de los anteriormente medidos, trazar una

recta con 10 puntos a una distancia de 2 metros cada uno.

1.- marcar un punto de referencia, clavar el electrodo y conectarle el cable al multímetro, colocar

el segundo electrodo en el primer punto y tomar la medición correspondiente, así para los demás

puntos.

Resultados :

Estos resultados fueron realizados con la ayuda del programa Surfer 8

Anomalías de la malla 1

0 1 2 3 4 5 6 7

0

1

2

3

4

5

6

7

Anomalías en 3d de la malla 1

-130

-125

-120

-115

-110

-105

-100

-95

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

—————————— Gridding Report Malla 1 —————————— Mon Dec 10 11:56:46 2012 Elasped time for gridding: 0.09 seconds

Data Source Source Data File Name: C:\Users\ESTEBAN\Documents\tec\metodos electrikos 1\medicion de voltaje en el suelo\prueba 1\malla 1.xls X Column: A Y Column: B Z Column: C

Data Counts Active Data: 60 Original Data: 60 Excluded Data: 0 Deleted Duplicates: 0 Retained Duplicates: 0 Artificial Data: 0 Superseded Data: 0

Univariate Statistics ———————————————————————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————————————————————— Minimum: 0 0 -133 25%-tile: 1 1 -110.6 Median: 3 3 -89.3 75%-tile: 5 6 -74.5 Maximum: 7 7 -19.6 Midrange: 3.5 3.5 -76.3 Range: 7 7 113.4 Interquartile Range: 4 5 36.1 Median Abs. Deviation: 2 2 19.6 Mean: 3.3333333333333 3.4333333333333 -90.815666666667 Trim Mean (10%): 3.3148148148148 3.4259259259259 -91.53037037037 Standard Deviation: 2.2705848487902 2.333571416425 23.05759776203 Variance: 5.1555555555556 5.4455555555556 531.65281455556 Coef. of Variation: -1 Coef. of Skewness: 0.42490976529723

————————————————————————————————————————————

Inter-Variable Correlation ———————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————— X: 1.000 -0.034 0.211 Y: 1.000 -0.140 Z: 1.000 ————————————————————————————

Inter-Variable Covariance ———————————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————————— X: 5.1555555555556 -0.17777777777778 11.063888888889 Y: 5.4455555555556 -7.5368777777778 Z: 531.65281455556 ————————————————————————————————

Planar Regression: Z = AX+BY+C Fitted Parameters ———————————————————————————————————————————— A B C ———————————————————————————————————————————— Parameter Value: 2.1006521274011 -1.3154633053695 -93.301416409568 Standard Error: 1.3031688082885 1.2679943415012 6.916393223224 ———————————————————————————————————————————— Inter-Parameter Correlations ———————————————————————————— A B C ———————————————————————————— A: 1.000 -0.034 -0.649 B: 1.000 0.651 C: 1.000 ———————————————————————————— ANOVA Table ———————————————————————————————————————————— Source df Sum of Squares Mean Square F ———————————————————————————————————————————— Regression: 2 1989.3520731298 994.67603656492 1.8956 Residual: 57 29909.816800204 524.73362807375 Total: 59 31899.168873333 ———————————————————————————————————————————— Coefficient of Multiple Determination (R^2): 0.062363758787235

Nearest Neighbor Statistics ————————————————————————————————— Separation |Delta Z| ————————————————————————————————— Minimum: 1 0.10000000000001 25%-tile: 1 6.6 Median: 1 13.7 75%-tile: 1 26 Maximum: 1 60.64 Midrange: 1 30.37 Range: 0 60.54 Interquartile Range: 0 19.4 Median Abs. Deviation: 0 8.1 Mean: 1 17.535 Trim Mean (10%): 1 16.206666666667 Standard Deviation: 0 15.546234109906 Variance: 0 241.685395 Coef. of Variation: 0 0.88658306871433 Coef. of Skewness: 0 1.2310045790973 Root Mean Square: 1 23.434197660684 Mean Square: 1 549.16162 ————————————————————————————————— Complete Spatial Randomness Lambda: 1.2244897959184 Clark and Evans: 2.21313334069 Skellam: 461.62177767034

Exclusion Filtering Exclusion Filter String: Not In Use

Duplicate Filtering Duplicate Points to Keep: First X Duplicate Tolerance: 8.3E-007 Y Duplicate Tolerance: 8.3E-007 No duplicate data were found.

Breakline Filtering Breakline Filtering: Not In Use

Gridding Rules Gridding Method: Kriging Kriging Type: Point Polynomial Drift Order: 0 Kriging std. deviation grid: no Semi-Variogram Model Component Type: Linear Anisotropy Angle: 0 Anisotropy Ratio: 1 Variogram Slope: 1 Search Parameters No Search (use all data): true

Output Grid Grid File Name: C:\Users\ESTEBAN\Documents\tec\metodos electrikos 1\medicion de voltaje en el suelo\prueba 1\malla 1.grd Grid Size: 100 rows x 100 columns Total Nodes: 10000 Filled Nodes: 10000 Blanked Nodes: 0 Grid Geometry X Minimum: 0 X Maximum: 7 X Spacing: 0.070707070707071 Y Minimum: 0 Y Maximum: 7 Y Spacing: 0.070707070707071 Grid Statistics Z Minimum: -132.82185968959 Z 25%-tile: -109.23960161846 Z Median: -90.162314951049 Z 75%-tile: -76.864787289936 Z Maximum: -19.600000040909 Z Midrange: -76.21092986525 Z Range: 113.22185964868 Z Interquartile Range: 32.37481432852 Z Median Abs. Deviation: 16.246421775989 Z Mean: -91.532639666951 Z Trim Mean (10%): -91.552739345316 Z Standard Deviation: 19.007208535209 Z Variance: 361.27397630091

Z Coef. of Variation: -1 Z Coef. of Skewness: 0.022916937570661 Z Root Mean Square: 93.4852828027 Z Mean Square: 8739.4981007008

Anomalías de la malla 2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Anomalías en 3d de la malla 2

—————————— Gridding Report Malla 2 —————————— Mon Dec 10 11:44:16 2012 Elasped time for gridding: 0.03 seconds

Data Source Source Data File Name: C:\Users\ESTEBAN\Documents\tec\metodos electrikos 1\medicion de voltaje en el suelo\prueba 2\malla 2.xls X Column: A Y Column: B Z Column: C

Data Counts Active Data: 28 Original Data: 28 Excluded Data: 0 Deleted Duplicates: 0 Retained Duplicates: 0 Artificial Data: 0 Superseded Data: 0

Univariate Statistics ———————————————————————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————————————————————— Minimum: 0 0 -66.8 25%-tile: 1 1 -41.9 Median: 2 3 -32.8 75%-tile: 3 5 -27.7 Maximum: 3 6 -7.7 Midrange: 1.5 3 -37.25 Range: 3 6 59.1 Interquartile Range: 2 4 14.2 Median Abs. Deviation: 1 2 7.9 Mean: 1.5 3 -33.682142857143 Trim Mean (10%): 1.5 3 -33.407692307692 Standard Deviation: 1.1180339887499 2 12.971371046915 Variance: 1.25 4 168.25646683673 Coef. of Variation: -1 Coef. of Skewness: 0.13605663786117

————————————————————————————————————————————

Inter-Variable Correlation ———————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————— X: 1.000 0.000 0.291 Y: 1.000 0.453 Z: 1.000 ————————————————————————————

Inter-Variable Covariance ———————————————————————————————— X Y Z ———————————————————————————————— X: 1.25 0 4.2160714285714 Y: 4 11.753571428571 Z: 168.25646683673 ————————————————————————————————

Planar Regression: Z = AX+BY+C Fitted Parameters ———————————————————————————————————————————— A B C ———————————————————————————————————————————— Parameter Value: 3.3728571428571 2.9383928571429 -47.556607142857 Standard Error: 1.9555021850968 1.0931589540065 4.9131384342633 ———————————————————————————————————————————— Inter-Parameter Correlations ———————————————————————————— A B C ———————————————————————————— A: 1.000 0.000 -0.597 B: 1.000 0.667 C: 1.000 ———————————————————————————— ANOVA Table ———————————————————————————————————————————— Source df Sum of Squares Mean Square F ———————————————————————————————————————————— Regression: 2 1365.190875 682.5954375 5.1001 Residual: 25 3345.9901964286 133.83960785714 Total: 27 4711.1810714286 ———————————————————————————————————————————— Coefficient of Multiple Determination (R^2): 0.28977677875285

Nearest Neighbor Statistics ————————————————————————————————— Separation |Delta Z| ————————————————————————————————— Minimum: 1 0 25%-tile: 1 4.9 Median: 1 17.7 75%-tile: 1 24.3 Maximum: 1 35.8 Midrange: 1 17.9 Range: 0 35.8 Interquartile Range: 0 19.4 Median Abs. Deviation: 0 9.9 Mean: 1 15.517857142857 Trim Mean (10%): 1 15.334615384615 Standard Deviation: 0 10.50710825963 Variance: 0 110.39932397959 Coef. of Variation: 0 0.6770978855458 Coef. of Skewness: 0 0.14925638128289 Root Mean Square: 1 18.74041659851 Mean Square: 1 351.20321428571 ————————————————————————————————— Complete Spatial Randomness Lambda: 1.5555555555556 Clark and Evans: 2.4944382578493 Skellam: 273.66762671271

Exclusion Filtering Exclusion Filter String: Not In Use

Duplicate Filtering Duplicate Points to Keep: First X Duplicate Tolerance: 3.5E-007 Y Duplicate Tolerance: 7.1E-007 No duplicate data were found.

Breakline Filtering Breakline Filtering: Not In Use

Gridding Rules Gridding Method: Kriging Kriging Type: Point Polynomial Drift Order: 0 Kriging std. deviation grid: no Semi-Variogram Model Component Type: Linear Anisotropy Angle: 0 Anisotropy Ratio: 1 Variogram Slope: 1 Search Parameters No Search (use all data): true

Output Grid Grid File Name: C:\Users\ESTEBAN\Documents\tec\metodos electrikos 1\medicion de voltaje en el suelo\prueba 2\malla 2.grd Grid Size: 100 rows x 51 columns Total Nodes: 5100 Filled Nodes: 5100 Blanked Nodes: 0 Grid Geometry X Minimum: 0 X Maximum: 3 X Spacing: 0.06 Y Minimum: 0 Y Maximum: 6 Y Spacing: 0.060606060606061 Grid Statistics Z Minimum: -66.799999998959 Z 25%-tile: -38.956314660309 Z Median: -34.799907931972 Z 75%-tile: -30.004539121676 Z Maximum: -7.6999999886327 Z Midrange: -37.249999993796 Z Range: 59.100000010326 Z Interquartile Range: 8.9517755386334 Z Median Abs. Deviation: 4.4383810736995 Z Mean: -34.389061801457 Z Trim Mean (10%): -34.467832471467 Z Standard Deviation: 7.279276595032 Z Variance: 52.98786774698

Z Coef. of Variation: -1 Z Coef. of Skewness: 0.11886583959473 Z Root Mean Square: 35.151037528519 Z Mean Square: 1235.5954393314

Conclusiones:

Al realizar la práctica nos pudimos dar cuenta de lo fácil y sencillo que es este método del

potencial espontaneo, es un método pasivo que mide el potencial eléctrico que existe en la tierra

y es medido entre dos puntos distantes con ayuda de un multímetro, al realizar esta medición

podemos encontrar distorsiones en los datos, esto debido a los ruidos que pueden ser originados

por tuberías, aguas subterráneas o presencia de algún cable o alambre que este bajo la tierra.

Con ayuda de un software podemos eliminar estos ruidos y así tener una mejor interpretación del

terreno en el cual nos encontremos trabajando.

Esta práctica nos fue útil para ver de manera práctica como aplicar el método del potencial

espontaneo, ya que en nuestra carrera la comprensión de este método es de mucha importancia.

También nos sirve para futuras prácticas semejantes a esta y que para entonces se nos facilite la

realización de la misma.