clase 06 geofisica
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8/2/2019 Clase 06 Geofisica
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JAI ME SUAREZ DI AZJAI ME SUAREZ DI AZ
BUCARAMANGABUCARAMANGA-- COLOMBI ACOLOMBI A
EXPLORACI ON GEOFI SI CAEXPLORACI ON GEOFI SI CA
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GEOFGEOF SI CASI CAMediciMedicinn dede ondasondas mecmecnicasnicas
TT
cnicascnicas
dede
OndasOndas
electromagnelectromagn
ticasticas
ELA
BOR
ELA
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:JAIMESUAREZDIA
Z
:JAIME
SUAREZDIA
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Mtodos geofsicosMMtodostodos geofgeof sicossicos
Mechanical Wave Measurement s
Ensayos Crosshole (CHT) Ensayos Dow nhole (DHT)
Anlisis espect ral de ondas superf iciales.
Refraccin ssmica
Tcnicas de Onda Elect romagnt ica.
Penet racin de Radar (GPR) Conduct ividad Elect romagnt ica
Resist iv idad (SR)
Levant amient os de campo magnt ico (MT)
Mechanical Wave Measurement sMechanical Wave Measurement s
EnsayosEnsayos CrossholeCrosshole (CHT)(CHT) EnsayosEnsayos DownholeDownhole (DHT)(DHT)
AnAn lisislisis espectralespectral dede ondasondas superficialessuperficiales..
RefracciRefraccinn sssmicasmica
TTcnicascnicas dede OndaOnda ElectromagnElectromagn ticatica..
PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR) ConductividadConductividad ElectromagnElectromagn ticatica
ResistividadResistividad (SR)(SR)
LevantamientosLevantamientos de campode campo magnmagnticotico (MT)(MT)
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Geofsica de Ondas MecnicasGeofGeof sicasica dede OndasOndas MecMecnicasnicas
Ensayos No dest ruct ivos (s < 10-4
% ) Se pueden real izar en superf icie o dentro de una
perforacin. Se puede medir d ispersin de la onda, velocidad,
f recuencia, amplit ud, atenuacin. Se puede determ inar el perf i l , las propiedades
elst icas , r igidez, amort iguamient o. Cuat ro t ipos bsicos de ondas: Compresin (P),
Cortant e (S), Rayleigh (R), y Love (L) .
EnsayosEnsayos NoNo destructivosdestructivos (( ss < 10< 10-- 44
% )% ) SeSe puedenpueden realizarrealizar enen superficiesuperficie oo dentrodentro dede unauna
perforaciperforacinn..
SeSe puedepuede medirmedir dispersidispersinn de lade la ondaonda,, velocidadvelocidad,,
frecuenciafrecuencia,, amplitudamplitud ,, atenuaciatenuacinn.. SeSe puedepuede determinardeterminar elel perfi lperfi l ,, laslas propiedadespropiedades
elelsticassticas ,, rigidezrigidez,, amortiguamientoamortiguamiento..
CuatroCuatro tipost ipos bbsicossicos dede ondasondas:: CompresiCompresinn (P),(P),
CortanteCortante (S),(S), RayleighRayleigh (R) , y Love (L) .(R) , y Love (L) .
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Geofsica de Ondas MecnicasGeofGeof sicasica dede OndasOndas MecMecnicasnicas
La onda de Compresin (P-) es la ms rpida y fci l degenerar. La onda de cor tante (S-) es la segunda en rapidez.
Es direccional y polarizada. Es la Onda ms
fundamental en Geotecnia. La Onda Rayleigh (R-) u onda superf icial t iene una
velocidad muy cercana a la onda de cor te (90 to94% ). Son Ondas h broda P-S sobre la superf icie del
ter reno. Tienen una simil itud con las olas sobre unasuperf icie de agua. Ondas Love (L-) : Efecto en la front era de interface
LaLa ondaonda dede CompresiCompresinn (P(P-- )) eses lala mm ss rr pidapida yy ff ci lci l dedegenerargenerar ..
LaLa ondaonda dede cortantecortante (S(S-- )) eses lala segundasegunda enen rapidezrapidez..EsEs direccionaldireccional yy polarizadapolarizada. Es la. Es la OndaOnda mm ss
fundament al enfundament al en GeotecniaGeotecnia.. LaLa OndaOnda RayleighRayleigh (R(R-- ) u) u ondaonda superficialsuperficial t ienetiene unauna
velocidadvelocidad muymuy cercanacercana a laa la ondaonda dede cortecorte (90 to(90 to94% ). Son94% ). Son OndasOndas hh brodabroda PP-- SS sobresobre lala superficiesuperficie deldel
terrenoterreno.. TienenTienen unauna simil i tudsimil i tud concon laslas olasolas sobresobre unaunasuperficiesuperficie dede aguaagua..
OndasOndas Love (LLove (L-- ) :) : EfectoEfecto en laen la fronterafrontera de interfacede interf ace
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Ondas mecnicas de cuerpoOndasOndas mecmecnicasnicas dede cuerpocuerpo
I n i c i o
On d a P
On d a S
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Ondas Mecnicas de CuerpoOndasOndas MecMecnicasnicas dede CuerpoCuerpo
Fuen teRe ci b id o r ( Ge f o n o )
Osciloscopio
P
SS RRTiempo
Amplitud
R S PR S P
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Velocidad de la Onda de compresinVelocidadVelocidad de lade la OndaOnda dede compresicompresinn
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Compression Wave Velocity, V (m/s)
Fresh Water
Sea Water
Clay
SandTill
Ice
Weathered Rocks
Intact Rocks
Steel
P - Wave Velocities
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VELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA P
4.0004.000 6.0006.000GRANI TOGRANI TO
1.5001.500 5.0005.000ARENI SCAARENI SCA
1.0001.000 2.5002.500ARCI LLAS DURASARCI LLAS DURAS
200200 1.0001.000ARENAS Y LI MOSARENAS Y LI MOS
-- M/ SEGM/ SEGSUELOSUELO ELA
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Velocidad de las ondas de cort anteVelocidadVelocidad dede laslas ondasondas dede cortantecortante
0 1000 2000 3000 4000
Shear Wave Velocity, VS (m/s)
Fresh Water
Sea Water
Clay
SandTill
Ice
Weathered Rocks
Intact Rocks
Steel
S - Wave Velocitie
} Vs = 0
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Sismgrafo Analizador de EspectroSismgrafo Analizador de Espectro
Analizador porttil Grabador de velocidadAnalizador porttil Grabador de velocidad
EquiposEquiposEquipos
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ENSAYO DE
REFRACCIONSISMICA
ENSAYO DEENSAYO DE
REFRACCIONREFRACCIONSISMICASISMICAELA
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Refraccin ssmicaRefracciRefraccinn sssmicasmica
Gefonos verticalesFuente
Roca: Vp2
ASTM D 5777
Suelo: Vp1
Osciloscopio
x1x2
x3x4
t1t2t3t4
Nota: Vp1 < Vp2
zR
Determina laprof. de la roca,zR
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RefracciRefraccinn SSsmicasmica
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
TravelTim
e(seconds)
0 10 20 30 40 50
Distance From Source (meters)
Horizontal Soil Layer over Rock
Vp1 = 1350 m/s
1
Vp2 = 4880 m/s
1
zx
2
V V
V V
cc p2 p1
p2 p1
=
+
Depth to Rock:
zc = 5.65 m
xc = 15.0 m
x values
t
values
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Velocidad de Onda de Cort ante , VsVelocidadVelocidad dede OndaOnda dede CortanteCortante , V, Vss
Es una propiedad fundamental de t odos los slidos(Acero, concret o, madera, suelos, rocas)
La r igidez inicial a pequeas deformaciones unitar iasrepresentado por el mdulo de cort ante. : G0 = Vs2(alias Gdyn = Gmax = G0)
Aplica a todos los problemas est t icos y dinmicos apequeas deform aciones unit arias. Applies (s < 10 -6)
Aplicable para condiciones drenadas y no drenadas eningeniera geotcnica.
EsEs unauna propiedadpropiedad fundament al defundament al de todostodos loslos sslidoslidos(( AceroAcero,, concretoconcreto ,, maderamadera,, suelossuelos,, rocasrocas))
LaLa rigidezrigidez inicialinicial aa pequepequeasas deformacionesdeformaciones unitariasunitariasrepresentadorepresentado porpor elel mm dulodulo dede cortantecortante. : G. : G00 == VVss22(alias(alias GGdyndyn == GGmaxmax = G= G00))
AplicaAplica aa todostodos loslos problemasproblemas estest ticosticos yy dindinmicosmicos aapequepequeasas deformacionesdeformaciones unitariasunitarias. Applies (. Applies ( ss < 10< 10 -- 66))
AplicableAplicable parapara condicionescondiciones drenadasdrenadas y noy no drenadasdrenadas eneningenieringenier aa geotgeot cnicacnica..
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SUAREZDIAZ
:JAIME
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EquipoEquipo paraparaensayoensayo sssmicosmico
CrossholeCrosshole
ELABOR
ELABOR
:JAIME
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Ensayo CrossholeEnsayoEnsayo CrossholeCrossholeOsciloscopio
Sondeo contubo PVC
Sondeo contubo PVC
MartilloDownhole(Fuente) Transductor
de velocidad(Geofono
Recibidor)
t
x
Velocidad onda de cortante:Vs = x/t
ASTM D 4428
Bomba
packer
Inclinmetros paraDeterminar la verticalidad
Y distancias aprofundidad.
InclinmetroInclinmetro
Paul Mayne/GT
x = fctn(z)de inclinmetros
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Equipo para ensayo ssmico Dow nholeEquipoEquipo parapara ensayoensayo sssmicosmico DownholeDownhole
ELABOR
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ELABOR
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EnsayoEnsayo DownholeDownholeOsciloscopio
Perforacin
revestida
Prof. deEnsayo
TransductoresDe velocidad
(Gefonos
Recibidores)
packer
Bomba
Martillo ensuperficie
Velocidad de ondaDe Cortante:Vs = R/t
z1z2
t
R12 = z12 + x2
R22 = z22 + x2
x
Martillo
Paul Mayne/GT
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ELABOR
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:JAIME
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Tomografa ssmicaTomografTomografa sa ssmicasmica
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SensoresFuente
Anal izador
De seal
Ace le rmet ro
OndasSuperficiales
Rayleigh
Ensayo de onda superf i c ia l I n -Si tu
C a p a 1
C a p a 2
C a p a 3
C a p a 4
ELABOR
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Ensayo de Piezocono ssmico (SCPTu)EnsayoEnsayo dede PiezoconoPiezocono sssmicosmico (( SCPTuSCPTu))
ELABOR
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60o
fs
qc
Vs
u1u2
Esfuerzo en punta del cono, qt Presin de poros de penetracin Friccin lateral, fs Tiempo de arribo de la onda decortante Downhole , ts
Obtiene cuatro medidas
Independientes :Es un Hbrido de PenetrmetroCon geofsica Downhole
Ensayo de Piezocono ssmicoEnsayoEnsayo dede PiezoconoPiezocono sssmicosmico
ELABOR
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Funciona electrnicamente Reemplaza el empuje del martillo Funcionaunciona electrlectrnicamenteicamente Reemplazaeemplaza ell empujempuje delel martilloartillo
Fuente ssmica automt icaFuenteFuente sssmicasmica automautom ticatica
ELABOR
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Velocidad de onda de Cort ante Dow nhole enforma automt icaVelocidadVelocidad dede ondaonda dede CortanteCortante DownholeDownhole enenformaforma automautom ticatica
Fuente automtica Onda Polarizada Downhole Vs .
ELABOR
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Set completo de t renes de onda de cort anteSetSet completocompleto dede trenestrenes dede ondaonda dede cortantecortante
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SondeosSondeosSondeos
0
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10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40
qt (MPa)
Depth(m
)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300
fs (kPa)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1000 2000 3000
u2 (kPa)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400
Vs (m/sec)d = 35.7 mm
qt
fs
u2
Vs
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Dilatmet ro ssmico plano (SDMT)DilatDilat metrometro sssmicosmico planoplano (SDMT)(SDMT)
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Ensayo de Di lat met ro ssmico plano (SDMT)EnsayoEnsayo dede DilatDilat metrometro sssmicosmico planoplano (SDMT)(SDMT)
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8
Lift-off Pressurepo (bars)
Dh(m)
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80
Travel Time ofShear Wave (ms)
SDMT1SDMT4SDMT5
6
8
10
12
DMT 2DMT 3SDT 4
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15
Expansion Pressurep1 (bars)
SDMT 1DMT 2DMT 3SDMT 4SDMT 5
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Mtodos geofsicosMMtodostodos geofgeof sicossicos
Tcnicas de Ondas Elect romagnt icasTTcnicascnicas dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas
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Geofsica de Ondas Elect romagnt icasGeofGeof sicasica dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas
Mt odos No dest ruct ivos
No I nvasivos (Se ej ecutan en la superf icie delterreno)
Medida de las propiedades elct r icas y magnt icasdel t erreno : resist iv idad (conduct ividad),perm it t ividad, campos dielvt r icos y magnt icos.
Cubren un espect ro amplio de frecuencias (10 Hz < f < 1022 Hz).
MMtodostodos NoNo destructivosdestructivos
NoNo InvasivosInvasivos (Se(Se ejecutanejecutan en laen la superficiesuperficie deldelterrenoterreno))
MedidaMedida dede laslas propiedadespropiedades elelctricasctricas yy magnmagnticasticasdeldel terrenoterreno :: resistividadresistividad (( conductividadconductividad) ,) ,permitt ividadpermitt ividad ,, camposcampos dieldielvtricosvtricos yy magnmagnticosticos..
CubrenCubren unun espectroespectro amplioamplio dede frecuenciasfrecuencias (10 Hz < f < 10(10 Hz < f < 102222 Hz).Hz).
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Geofsica de Ondas Elect romagnt icasGeofGeof sicasica dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas
Tcnicas de mapeo superf icial Penet racin de Radar (GPR) Resisvidad Elct rica (ER) Conduct ividad Elect romagnt ica (EM) Levantamiento de campos magnt icos (MS)
Tcnicas Dow nhole
Resist ividad en sondeo , MI Ps, RCPTu Tomografa 2-d y 3-d
TTcnicascnicas dede mapeomapeo superficialsuperficial PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
ResisvidadResisvidad ElElctricactrica (ER)(ER)
ConductividadConductividad ElectromagnElectromagn ticatica (EM)(EM)
LevantamientoLevantamiento dede camposcampos magnmagnticosticos (MS)(MS)
TTcnicascnicas DownholeDownhole
ResistividadResistividad enen sondeosondeo ,, MIPsMIPs,, RCPTuRCPTu TomografTomograf aa 22--d y 3d y 3 -- dd
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Penet racin de Radar (GPR)PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
GPR realizados en areas en cuadrcula.
Par de antenas t ransmit idora y recibidora.
I mpulsos cort os de ondas EM de al ta frecuencia.
Cambios relat ivos en propiedades dielct r icas.
La profundidad eficiente de exploracin depende delt ipo de suelo. (hast a 30 m en arenas secas; solo 3m en arcil las saturadas.
GPRGPR realizadosrealizados en areas enen areas en cuadrcuadr culacula..
Par dePar de antenasantenas transmitidoratransmitidora yy recibidorarecibidora..
ImpulsosImpulsos cortoscortos dede ondasondas EM deEM de altaalta frecuenciafrecuencia..
CambiosCambios relativosrelativos enen propiedadespropiedades dieldielctricasctricas..
LaLa profundidadprofundidad eficienteeficiente dede exploraciexploracinn dependedepende deldelt ipot ipo dede suelosuelo. (. ( hastahasta 30 m en arenas30 m en arenas secassecas; solo 3; solo 3m enm en arcillasarcillas saturadassaturadas..
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Penet racin de Radar (GPR)PenetraciPenetraci nn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
Xad ar Sen sor es & So f t w ar e GeoRad arXadarXadar SensoresSensores & So f t w ar e& So f t w ar e GeoRadarGeoRadar
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Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
Cr u ce d e u n co r r ed or d e d u ct o sCruceCruce de und e u n co r redo rco r redo r d ed e d u c t o sd u c t o s
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Resultado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)
ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
Geost ra t ig ra f aGeos t ra t i g ra fGeos t ra t i g ra f aa ELAB
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Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)
ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
t i l p ar a id en t i f i car d uct ost i lt i l p a r ap a r a iden t i f i ca riden t i f i ca r d u c t o sd u c t o s
ELAB
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Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)
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Resist ividad Elct r icaResistividadResistividad ElElctricactrica
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Resist ividad Elct r icaResistividadResistividad ElElctricactrica
LaLa resistividadresistividad RR (( ohmiosohmios-- mm )) eses unauna propiedadpropiedadelelctricactrica . Es el. Es el recrecprocoproco dede conductividadconductividad
ArreglosArreglos dede electrodoselectrodos util izadosutil izados parapara medirmedircambioscambios enen potencialpotencial elelctricoctrico..
EvalEvalaa cambioscambios dede t ipot ipo dede suelosuelo yy variacionesvariaciones en elen elf luf lu dodo dede loslos,, porosporos..
UsadoUsado parapara mapearmapear fallasfallas,, detallesdetalles kk rsticosrsticos (( cuevascuevas, sinkholes) ,, sinkholes) , estratigrafestratigraf aa yy contaminacicontaminacinn ..
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Resist ividad elct ricaResistividadResistividad elelctricactrica
1 10 100 1000 10000
Bulk Resistivity, (ohm-meters)
Clay
Loam
Loose Sands
Sands & Gravels
Glacial Till
Weathered Rocks
Resistivity Values (ConeTec & GeoProbe, 1997)
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Tipos de arregloTiposTipos dede arregloarreglo
Qu se gana al aumentar
el espaciamiento de loselectrodos?
QuQu sese ganagana alal aumentaraumentar
elel espaciamientoespaciamiento dede loslos
electrodoselectrodos??
MayorMayor profundidadprofundidad dedeinfluenciainfluencia
ELAB
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SUAREZDIAZ
:JAIMESUAREZDIAZ
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MODELAMIENTO HIDROGEOLOGICO BASICO DE BUCARAMANGACURVA DEL SONDEO ELCTRICO VERTICAL SEVE-1
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FSFS
EN LAEN LA
CURVA DEL SONDEO ELCTRICO VERTICAL SEVE 1PARTE ALTA DE BELLAVISTA
FIGURA No.3
10
100
1.000
10.000
1 10 100 1.000 10.000
Profundidad (m)
Resistividad
(Ohm-m) E
LAB
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Tomografa Elct r icaTomografTomograf aa ElElctricactrica
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TOMOGRAF A GEO-ELECTRI CATOMOGRAFTOMOGRAF A GEOA GEO--ELECTRI CAELECTRI CA
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Conduct ividad Elect romagnt ica (EM)ConductividadConductividad ElectromagnElectromagnticatica (EM)(EM)
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Levant amient os de campo magnt ico(MS)LevantamientosLevantamientos de campode campo magnmagnticotico(MS)(MS)Mide cambios relativosen el campo magntico
de la tierra a travs delsitio.
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A.P. Van d en Ber g Track Tr u ckA.P. Van d en Ber g Track Tr u ckA.P. Van d en Ber g Track Tr u ck
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