Cómo Interpretar la Polarización Inducida

A pesar de que la magnetometría ha sido la técnica geofísica empleada en los últimos dos siglos en estudios de reconocimiento del subsuelo, la polarización inducida (PI) desde sus comienzos en la década de los 50 ha sido más ampliamente utilizada en la detección de mineralizaciones conductivas, dada la gran atención y aceptación de ser una herramienta útil tanto por sus aplicaciones como por sus posibilidades de utilización simultánea con la medición de resistividad (Seigel et al, 2007) y ahora también en estudios de medio ambiente, hidrogeología, geotecnia y entre otras.

Los conductores metálicos o electrónicos son aquellos que conducen la electricidad por medio de electrones; los conductores electrónicos naturales incluyen la mayoría de los sulfuros, algunos óxidos y el grafito. El fenómeno llamado polarización electrónica surge de la acción de bloqueo o polarización de conductores electrónicos en el medio de conducción iónica, y ocurre precisamente en las interfaces en donde el modo de conducción cambia de iónica a electrónica y generalmente de mayor magnitud. Se recurre al tipo de polarización de membrana para poder explicar el efecto de PI que se observa cuando no existen en el terreno minerales de tipo metálico. Tiene su origen en la presencia de partículas de arcilla (húmeda) y generalmente es de menor magnitud.

En el proceso de descomposición del desorden de las cargas (externas), cuando se interrumpe la corriente inyectada, sigue existiendo en un cierto tiempo un voltaje residual (voltaje almacenado) que decrece rápidamente con el tiempo y el que origina el efecto de polarización inducida, y a la respuesta en magnitud se le conoce como efecto de PI en el dominio del tiempo (milisegundos) o diferencia de fase en el dominio de la frecuencia (miliradianes), o bien, coloquialmente se le conoce como cargabilidad, en donde los valores más altos se consiguen donde hay mayor número de partículas de sulfuros o bien, cuando el material se encuentra en donde hay gran fracturación o brechamiento de un depósito.

En otras palabra, la cargabilidad es la suma de todas las partículas polarizables, siendo la representación del contenido de mineral diseminado o masivo afectado por una carga externa, donde con respecto al tiempo determina su voltaje almacenado y varía con respecto al tamaño de la partícula, el contenido de humedad, profundidad, volumen de material polarizable (sulfuro), la superficie de contacto (partículas vs roca), etc., existen muchas variantes y problemas que implican o distorsionan (ruidos) este efecto, dependiendo de si se trata de un ambiente mineral o estéril, entre otras fuentes, como son la arcilla, la milonita en una zona de fractura, las rocas con sedimentos carbonosos, grafitosos, etc. Así mismo, el efecto es más alto para partículas metálicas diseminadas que para partículas masivas y arcillosas, y se incrementa al decrecer la porosidad y también cuando el agua del subsuelo tiene baja conductividad.

Ahora hablaremos de la utilidad de las pseudosecciones (datos observados) y de los modelos (modelado inverso) que se obtienen a partir de estas, tanto para cargabilidad como para resistividad. Las pseudosecciones, además de observar la calidad en los datos con la relación señal-ruido, también sirven para tomar la decisión de eliminar/depurar/discriminar y/o conservar datos que representen la distribución de una respuesta lógica de magnitud y geometría.

En el modelado, no sólo se trata de observar anomalías, sino asociarlas y aterrizar lo que hay en ellas en ese rompimiento en un semiespacio. De acuerdo al background de valores obtenidos en la inversión, por la forma e intensidad de anomalías que aparecen en el modelado, se determinan rangos de anomalías para el efecto de PI y resistividad, por ejemplo, cargabilidad (ms, mrad): <15 magnitud débil, 15-45 magnitud moderada (media), 45 > magnitud fuerte; resistividad (ohm-m): <80 (magnitud débil), 80-400 (magnitud moderada (media)), >400 (magnitud fuerte). En resistividad es común interpretar los rangos de valores como unidades, por ejemplo: U1 (<80), U2 (80-400) y U3 (>400), sin embargo, para interpretar una relación del efecto de PI vs Resistividad, no es muy útil.

Cuando se va a interpretar información de un modelo o sección, tal vez se imaginen que podrán relacionar anomalías de alta magnitud con volumen de mineral y seguramente algunos buscarán relacionar las magnitudes con los valores de alguna tabla de algún libro, pero simplemente nunca la encontraran directamente y/o con precisión de acuerdo a la literatura, eso te lo da la experiencia, sin embargo no siempre porque la relación de propiedades está en la escala en magnitud generalizada (el mayor de los mayores y el menor de los menores), analizando un background, un máximo y una media en los datos, así como un análisis geológico, mineralógico (masivo, diseminado, etc.), geoquímico, etc. en función de profundidad, historia geológica, estructural, magnitudes locales y regionales.

De acuerdo a Collet (1959), para un 3% de sulfuros para una misma roca con las mismas características y dimensiones y para diferentes materiales y con el mismo tiempo de descarga, este sería el orden de mayor a menor: pirita (13.4), calcocita (13.2), cobre (12.3), grafito (11.2), calcopirita (9.4), bornita (6.3), galena (3.7), magnetita (2.2), malaquita (0.2) y hematita (0.0 ms).

En modelo de cargabilidad es común fracasar en el objetivo cuando se planea una perforación, porque interpretan en magnitud alta, por algo dicen que no sirve ese estudio y los geólogos comentan que PI=PIRITA, cuando lo ideal es analizar el modelo de cargabilidad vs el modelo de resistividad, tanto en forma como magnitud (simetría inversa anómala de ambos modelos). Es fácil criticar que el efecto de PI (cargabilidad) es pirita, sin embargo, realmente no es así, porque la respuesta en el efecto del incremento de la concentración de sulfuros reduce el efecto de cargabilidad, mientras mayor contenido de pirita en un volumen se encuentre, se reduce el efecto de IP, o bien, cuando está se encuentra de forma masiva. Por eso es importante tener conocimiento previo y/o básico de la geología en este tipo de casos.

Ahora bien, imaginen 3 focos de las mismas dimensiones y con material silicificado y con pirita diseminada, en el primero se encuentran cien gramos de pirita, en el segundo 60 gramos de pirita y en el tercero 20 gramos de pirita, digamos que darían una respuesta de 100, 60 y 20 watts, respectivamente. Ahora imagínense este mismo ejemplo con las mismas cantidades de pirita, pero masiva, en este caso la respuesta podría ser de 60, 30 y en el último caso, con respuesta nula o igual al background. Finalmente, el mismo ejemplo de la pirita diseminada, pero con malaquita, que es mucho menos polarizable que la pirita; la respuesta va a ser menor que con la pirita, pero proporcional (20, 5, 1), sin embargo, si se relaciona con el background, podría no haber respuesta alguna en el último caso, o bien, tendría una respuesta de backgrund, significándose que no hay respuesta alguna. ¿La luminosidad de cada foco, podría tratarse del tamaño de la anomalía?

Teniendo el rango de valores de cada magnitud, lo ideal, es interpretar con ambos datos (efecto de PI vs resistividad). En cargabilidad contra resistividad es factible encontrar una relación del contenido de sulfuros diseminados contra los valores de resistividad, pero no es un estándar para todos los modelos geológico-mineralógicos, ni tampoco existe una fórmula para decir si es económico o no, porque el mineral económico no necesariamente es polarizable, como es el caso de la esfalerita, galena, etc.

La interpretación en el efecto de PI es muy compleja, dependiendo del medio en donde se encuentre el objetivo, y no siempre se trata de explorar materiales de sulfuros que sean polarizables o buena respuesta de medios en los que se encuentre el material polarizable. La polarización inducida y la resistividad deben contar con datos en forma e intensidad contraria (¿PI alto vs resistividad baja?), por ejemplo, los valores de cargabilidad mayores a 30-40 ms (o equivalente) y resistividades del orden de 20-40 ohm-m (o equivalente). Si se busca cobre en sulfuros y no necesariamente polarizables, como ejemplo, la bornita contiene cobre, es sulfuro y no es polarizable, también existen otros minerales con cobre como la malaquita, donde la oxidación hace que el valor de cargabilidad caiga a valores del orden de 10-15 ms. La caolinita, argilita o arcilla-aluminatos crean un efecto (± 20 ms) de membrana en polarización inducida con bajos de resistividad, la propilitización crea un alto en cargabiliadd con un bajo resistivo. El sílice granular limpio produce un alto resistivo y bajo en cargabilidad si no contiene alteración arcillosa, las anomalías magnéticas tipo donas se producen por la deficiencia de ferromagnesianos en zonas bien definidas en las rocas intrusivas, volcánicas intermedias afectadas por una alteración hidrotermal, pero necesariamente con valores altos de cargabilidad, al menos si existe una propilitización entonces tienes bajo magnético con alto en cargabilidad.

Si el porcentaje de sulfuros es por ejemplo del 2% con una anomalía débil de resistividad, daría una buena anomalía de cargabilidad y si el porcentaje de sulfuros es digamos del 12% con una anomalía alta de resistividad, podría implicar una anomalía compleja de cargabilidad. A mayor porcentaje de sulfuros y contraste de resistividad, más compleja se vuelve la interpretación,, por ejemplo en los yacimientos epitermales, PI/Resistividad es difícil que se ajuste, ya que son muy irregulares y generalmente no se consigue simetría de los cuerpos anómalos, otro caso son las zonas de óxidos, las cuales son muy estrechas y se encuentran en zonas silicificadas con abundancia de sulfuros, estos últimos son los de interés económico. La resistividad de magnitud alta corresponde a las zonas silicificadas asociadas al efecto de PI de mediana a alta magnitud y que corresponden a las zonas de sulfuros primarios y secundarios que se encuentran diseminados en las mismas zonas silicificadas. Un tercer caso se presenta resistividad de baja magnitud asociadas al efecto de PI de magnitud alta, indicarían zonas arcillosas (zonas de argilización: caolín) que no son de interés aunque las anomalías del efecto de PI sean simétricas contra resistividad. Los óxidos se caracterizan por reflejarse en zonas de mediana a alta resistividad y por encima de zonas que contienen sulfuros.

Si relacionamos la interpretación con otros estudios, en primer lugar, el modelo geológico es muy importante, si se conoce el modelo geológico se tiene resuelta la interpretación en un 50%, el resto debe de ser concluido con el dato del efecto de IP vs resistividad, relacionando con datos magnéticos (ayuda a ubicar el contacto intrusivo intermedio-básico), si es ácido, sería necesario entonces la gravimetría. Por otro lado, generalmente la sección de resistividad y del efecto de PI es complemento (residual) en resistividad de la respuesta en CSAMT (regional), porque no es un método muy profundo para correlacionar con objetivos a nivel regional. Con PI/Resistividad se podrían apreciar objetivos, pero de respuestas que quedan abiertas en profundidad; corriendo el riesgo de no tener buenos resultados para una perforación. Así mismo, la respuesta en cargabilidad se podría correlacionar con respuestas superficiales como la geoquímica.

Finalmente, hay que destacar, que cuando se tiene un modelo completo (geoquímica, PI/Res, Grav, Mag, CSAMT, modelo geológico, etc.), igual siempre se tienen dudas al momento de perforar, de esta manera, siempre se recomienda ubicar un primer barreno en forma prioritaria, y en base a resultados de ese mismo, el segundo o tercero, etc. No hay una regla pero si una secuencia para decidir dónde ubicarlos. Y lo ideal es que sean la menor cantidad posible para ahorrar en costos.