principios y método de la prospección con resonancia

IGEOTEST S.L. registre de comerç 913974Z Foli 13831 i data dʼincripció 22-12-1997
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Geologia, geotècnia i
serveis científico-tècnics
PRINCIPIOS Y MÉTODO DE LA
PROSPECCIÓN CON RESONANCIA MAGNÉTICA
(MRS)
INTRODUCCIÓN Y EQUIPO DE MEDIDA
PRINCIPIO FÍSICO DEL MÉTODO
TESTS PREVIOS A LA EJECUCIÓN DE UN MRS
EJECUCIÓN DE UN SONDEO CON RESONANCIA MAGNÉTICA
INFORMACIÓN OBTENIDA Y CALIDAD DE LA MISMA
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PROSPECCIÓN CON RESONANCIA MAGNÉTICA
1.3
Principios físicos del método
El método no se basa en propiedades petrofísicas como el resto de
métodos geofísicos, sino en una propiedad física del átomo de hidrogeno: el
fenómeno de la resonancia magnética nuclear (NMR) en un campo
geomagnético. Este fenómeno físico se produce porque los átomos en
presencia de un campo magnético pueden absorber energía (Δε) solamente en
una determinada frecuencia (f) y en una determinada cantidad, múltiplo de la
constante de Planck (h):
Δε = 2π · f · h = ϖ · h
Los núcleos atómicos que poseen un número impar de nucleídos
(protones o neutrones) generan, debido a su revolución, un campo magnético.
La intensidad y dirección del cual se expresan mediante el momento magnético
nuclear (Mo, Figura 2a). En presencia de un campo magnético estático externo
(terrestre), los Mo están orientados (polarizados) en dirección a las líneas de
fuerza del campo magnético externo (B0, Figura 2b).
Si se añade un campo artificial dinámico generado por la espira B1
(Figura 2c), se produce la nutación del momento magnético (Mo) de los
protones, que se inclinan respecto al campo terrestre un determinado ángulo
manteniendo su precesión en la frecuencia de Larmor ωL = 2π fL (Figura 2d).
Figura 2: Se muestra la relación entre el vector de momento magnético (Mo) y el terrestre (Bo)
Cuando el campo artificial B1 se interrumpe, los protones vuelven a su
posición de equilibrio (Mo alineado con B0) con una relajación caracterizada por
una amplitud inicial Eo y un tiempo de decaimiento T2*.
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Figura 3: Impulso del campo magnético artificial creado para excitar los protones
y su respuesta
El campo magnético terrestre B0 (estático) determina la frecuencia de
Larmor de los protones de la molécula de agua.
fL (Hz) = γBo/ 2π = 0,04258*Bo (nT) ⇒ ω /2πFlarmor
La profundidad de investigación con la resonancia magnética está en
función de una serie de factores geológicos. Entre estos factores hay que
mencionar la resistividad de las rocas y el campo geomagnético.
1)
Un
subsuelo
eléctricamente
conductor
atenúa
el
campo
electromagnético según un factor caracterizado por el “skin depth” que es
proporcional a √ ρ /F, donde ρo es la resistividad del subsuelo y F es la
frecuencia del campo electromagnético. No obstante, si se aumenta la
dimensión de la antena también se consigue más profundidad, aunque para
una frecuencia de Larmor de 2000 Hz, para rocas de una no excesiva
conductividad de 100 Ωm, para configuraciones de antenas habituales de
75x75 o de 100 m de diámetro, la profundidad de investigación es inferior a la
del factor “skin depth” y la resistividad tiene poca influencia en la profundidad
de investigación, ya que:
Zs = 503 √ ρ /F = 112 m
ο
ο
Si se intentan alcanzar profundidades superiores aumentando el tamaño
de la antena, entonces la profundidad alcanzada será superior a la de “skin
depth” y la conductividad eléctrica tendrá un mayor efecto en la señal MRS.
2)
La frecuencia de Larmor utilizada es proporcional a la magnitud del
campo geomagnético (fL~B0). Por consiguiente, en áreas donde el campo
magnético es débil (hacia el Ecuador), la frecuencia es inferior y la atenuación
producida por el subsuelo es también menor que en los lugares donde el
campo magnético es más elevado (hacia los polos). Sin embargo, la respuesta
de la señal MRS también será proporcional al cuadrado del campo
geomagnético (E0 ~ B02) hecho que mejora la relación señal/ruido.
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