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Modelado de campo magnético a bajos números de inducción usando la ecuación diferencial de Helmholtz
Magnetic field modeling at low induction numbers using the Helmholtz’s differential equation
Autor
BEATRIZ VALDES MORENO
Institución
Resumen
Los métodos electromagnéticos en la geofísica incluyen una amplia variedad de técnicas. La técnica que se aborda en este trabajo consiste en colocar dos bobinas sobre el suelo: una crea un campo magnético alterno que induce corrientes eléctricas en el subsuelo (fuente controlada) y la otra mide los efectos de estas corrientes (receptor magnético). Varias compañías han diseñado equipos para levantamientos electromagnéticos, entre ellas Geonics diseñó el EM31, EM34 y EM38 con el fin de realizar mediciones de conductividad aparente a bajos números de inducción. Los equipos operan en dos modalidades: bobinas horizontales coplanares y bobinas verticales coplanares. El presente trabajo tiene como objetivo principal el modelado directo (conductividades aparentes) de cuerpos simples a partir de la solución de la ecuación de Helmholtz en el dominio de la frecuencia para ondas electromagnéticas en 3D, utilizando el método de diferencias finitas con mallado intercalado. La solución numérica del campo magnético fue comparada con (i) la solución analítica para un semi-espacio homogéneo, plano e isotrópico derivada a partir del potencial vectorial de Schelkunoff, (ii) resultados publicados en artículos y finalmente (iii) conductividades aparentes a bajos y altos números de inducción. Las conductividades aparentes pueden ser negativas para cuerpos conductores (a altos números de inducción) en el caso de las bobinas coplanares horizontales. Electromagnetic methods in geophysics include a wide variety of techniques. The technique used in this thesis consists of placing two coils on the ground: one creates an alternating magnetic field that induces electrical currents in the subsurface (controlled source) and the other measures the effects of these currents (magnetic receiver). Several companies have designed electromagnetic equipment, including Geonics wich comercializes the models EM31, EM34, and EM38 to carry out apparent conductivity measurements at low induction numbers. The equipment operates in two modalities: coplanar horizontal coils and coplanar vertical coils. The main objective of this thesis is to perform direct modeling (apparent conductivities) of the Helmholtz equation in the frequency domain for 3D electromagnetic waves using simple geometrical bodies for the geophysical model, using the finite difference method with a staggered grid. The numerical solution of the magnetic field was compared with (i) the analytical solution for a homogeneous, flat and isotropic semi-space derived from the vector potential of Schelkunoff, (ii) results published in articles and finally (iii) apparent conductivities at low and high numbers of induction. Apparent conductivities can be negative for conductive bodies (at high induction numbers) in the case of horizontal coplanar coils.
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