Constraints for mapping subsurface current sources

Abstract

ABSTRACT. There is a growing interest in the inversion of self-potential (SP) anomalies, in terms of their current sources, as a way to obtain qualitative and quantitative information about dynamical Earth’s subsurface processes. For anomalies interpretation based on geobattery models (as in mineral prospecting and contaminated sites characterization), current polarity indicates terminal anodic-cathodic reactions and current strength gives information on their rate, both important parameters in characterizing the spatial distribution of related redox systems. For investigations in hydrogeophysics, current polarity indicates infiltration/exudation points or interfaces with contrasting physical properties and current strength can be associated to seepage velocity, important parameters to remotely access groundwater hydrology. Actually, promising rewards from SP inversion for current sources deeply rely on the reliability in which polarity and strength for a current distribution can be determined from inverting a data set, considering the uncertainty of the inverse problem and noise level found. In this paper we combine existing regularizing procedures to verify in what conditions a single bipolar, man-made current source can be mapped from a tank experiment data set. As a result, we outline a procedure that can be applied in field conditions to tune data inversion parameters in mapping a subsurface current distribution.

Keywords: spontaneous potential, mineral prospecting, contaminated sites characterization, applied geophysics, data inversion.

Vínculo para mapeamento de fontes de corrente em subsuperfície

RESUMO. Há um interesse crescente na inversão de anomalias de Potencial Espontâneo (SP), em termos de suas fontes de corrente, como forma de obter informações qualitativas e quantitativas sobre processos dinâmicos sub- superficiais da Terra. Para interpretações de anomalias baseadas no modelo de geobateria (como na prospecção mineral e caracterização de áreas contaminadas), a polaridade das correntes indica terminais de reações anódico- catódicas e a intensidade das correntes assinala sua taxa, parâmetros importantes na caracterização de sistemas redox. Para investigações hidrogeofísicas, a polaridade da corrente indica pontos de infiltração/exsudação ou interfaces com propriedades físicas contrastantes e a intensidade da corrente associa-se à velocidade de infiltração, parâmetros importantes para acessar remotamente a hidrologia subterrânea. Inversões bem-sucedidas de SP para fontes de corrente dependem da confiabilidade em que a polaridade e a intensidade da distribuição de correntes podem ser determinadas, considerando a incerteza do problema inverso e o nível de ruído. Neste artigo, combinamos procedimentos de regularização existentes para verificar em que condições uma única fonte de corrente artificial bipolar pode ser mapeada, a partir de um conjunto de dados de experimentos em tanque. Como resultado, delineamos um procedimento aplicável em condições de campo para o mapeamento de uma distribuição de corrente subterrânea.

Palavras-chave: potencial espontâneo, prospecção mineral, áreas contaminadas, geofísica aplicada; inversão de dados