Estudio magnetotelúrico de medios isótropos y anisótropos

Abstract

Las señales electromagnéticas son utilizadas por la geofísica como una herramienta para extraer información del subsuelo terrestre. En particular, los métodos electromagnéticos de prospección permiten realizar estimaciones sobre la resistividad aparente de las estructuras de la Tierra. De acuerdo al tipo de fuente utilizada, dichos métodos pueden ser clasificados como activos, como por ejemplo múltiples configuraciones dipolo-dipolo, o pasivos, como lo es el método magnetotelúrico. En el primer caso, las fuentes son artificiales y el geofísico puede manipular la estructura del campo electromagnético para que provea información óptima acerca del problema a estudiar, modificando parámetros tales como frecuencia, duración, potencia entregada y orientación. En el caso de los métodos pasivos, se utilizan campos generados por fuentes naturales, como por ejemplo tormentas eléctricas, o campos generados por fuentes artificiales, como los generados por estaciones de radio o de comunicación militar, en los que su estructura no puede ser modificada. Finalmente, los diferentes métodos también pueden ser clasificados según si se trabaja en el dominio temporal o en el dominio de las frecuencias. En el dominio temporal se transmite una señal prefijada y se mide la respuesta en tiempo luego de apagarla, donde medidas a tiempos cada vez mayores corresponden a respuestas con información de conductividades cada vez más profundas, mientras que en el dominio de las frecuencias, el rango de frecuencias a utilizar dependerá de la profundidad de penetración prevista. El marco conceptual del presente trabajo es el método magnetotelúrico. El mismo utiliza fuentes naturales de muy baja frecuencia que generan campos que son considerados ondas planas en los puntos de observación. Para la adquisición de dichos campos, se utilizan magnetómetros para registrar el campo magnético y dos pares de dipolos para el campo eléctrico. Este método mide las fluctuaciones temporales de los campos eléctricos y magnéticos en direcciones ortogonales en la superficie terrestre, y dentro de sus aplicaciones más usuales se pueden mencionar la caracterización de la litósfera, la corteza superior, el basamento cristalino, zonas fracturadas y zonas influenciadas por intercambio de fluidos. De aquí se puede estimar la relevancia que adquiere para estudios exploratorios de hidrocarburos, mineros, geotermales e hidrogeológicos. El objetivo de esta Tesis es realizar un estudio introductorio y sistemático del modelado numérico en magnetotelúrica en dos dimensiones, aplicándolo al estudio de objetivos heterogéneos isótropos y anisótropos. Para ello se generarán, procesarán e interpretarán datos magnetotelúricos sintéticos, utilizando distintos algoritmos computacionales capaces de simular la respuesta magnetotelúrica para los diferentes modelos de Tierra. Para el análisis del tensor de impedancias y el vector de tipper, se utilizarán herramientas como las gráficas de sus parámetros asociados y el tensor de fase, que contribuyen a una mejor comprensión y caracterización de la geometría del subsuelo. En una primera etapa se utilizará un código computacional basado en elementos finitos capaz de obtener respuestas de medios isótropos heterogéneos. El mismo emplea un mallador automático para la obtención de las grillas no estructuradas. Los resultados serán analizados con las herramientas previamente mencionadas. En una segunda etapa, con el objetivo de simular medios heterogéneos anisótropos, se utilizará un código computacional de diferencias finitas y se repetirá el análisis de los datos. En la etapa final se realizarán comparaciones pertinentes entre ambos medios a fin de tratar de determinar qué herramienta de dimensionalidad es más apropiada al momento de estimar las características del subsuelo.