CMD MINI

Evaluación del CMD Mini-Explorer, un nuevo dispositivo de baja frecuencia multi bobina electromagnética, para investigaciones arqueológicas.

JAMES BONSALL1*, ROBERT FRY1, CHRIS GAFFNEY1, IAN ARMIT1,

ANTHONY BECK2 AND VINCE GAFFNEY

Introducción

Técnicas electromagnéticas de baja frecuencia usando instrumentos Slingram han sido usadas para prospección arqueología desde 1960. Tradicionalmente en Europa, los estudios EM no han tenido un uso extendido (Gaffney,2008) por un gran número de razones como, habilidad limitada de recolección de datos, problemas de la deriva del dispositivo, una falta de análisis de profundidad y en parte se tiene una mayor confianza al magnetómetro, la resistencia de la tierra y la tecnología de radar de penetración terrestre. A pesar de esto, los estudios EM previamente ha ofrecido un gran número de beneficios sobre los métodos magnéticos y eléctricos, principalmente la adquisición y colocación simultanea de la cuadratura y en fase de datos para evaluar las propiedades del suelo similares a las identificadas en la resistencia de la tierra y estudios electromagnéticos. La medición de la cuadratura y componentes en fase permite el cálculo de la conductividad y susceptibilidad magnética.

Ambas estrategias de prospección comercial y académica recientemente han sido impulsada por la necesidad de resolver todos (o la mayoría) de los elementos arqueológicos, en lugar de los que exhiben exclusivamente propiedades magnéticas , por el adquisición de datos de alta resolución en un cada vez de manera eficiente ( Gaffney et al., 2012) y por la investigación características del arqueológicas en profundidad utilizando tridimensional métodos o pseudo - tridimensionales.

Estudios electromagnéticos

El medidor de conductividad del suelo ( Howell, 1966) Slingram fue el primer instrumento portátil diseñado específicamente para la prospección arqueológica. El diseño Slingram pasa una corriente alterna través de un transmisor ( Tx ) de la bobina , induciendo un campo electromagnético primario a través del suelo. Como

el campo primario pasa a través del suelo, se encuentra materiales conductores dentro del cual las corrientes de Foucault se inducen con un desplazamiento de fase. Posteriormente, el material conductor magnético secundario produce un campo con la fase de las corrientes Foucault y es finalmente devuelto y medido por un receptor (Rx) de la bobina. El cambio de fase del campo secundario es conocido como cuadratura o fuera de fase, con el campo primario y su valor es observado como una medición de la conductividad del suelo.

Aunque el medidor de conductividad fue diseñado para obtener mediciones de conductividad eléctrica, Tite y Mullins (1969) demostró que este respondía mas a las propiedades magnéticas del suelo. Esto ocurre cuando el campo primario intercepta un material magnético; el campo secundario es producido por la susceptibilidad magnética de la característica. La onda recibida del campo secundario es considerada como en fase con el campo principal. En realidad la señal secundaria es una mezcla de las fases y los instrumentos EM que fueron desarrollados para medir la conductividad y varianza de fase magnética. Aunque esto se logro, la investigación ha indicado que las influencias mas importantes en la capacidad de detectar elementos arqueológicos son el espaciado y orientación de las bobinas (Tabbagh, 1986a, 1986b; Won et al.,1996; Benech and Marmet, 1999).

De lo anterior, se puede entender que los instrumentos EM son instrumentos "activos" que inducen un campo electromagnético en el suelo y una medida de respuesta atenuada por los suelos subyacentes. La velocidad encuesta de técnicas activas, como instrumentos de EM, nunca va a ser tan rápida como los instrumentos pasivos, tales como magnetómetros, aunque esto se equilibra con el hecho de que la técnica de EM es capaz de identificar una gama más amplia de características que un solo instrumento pasivo.

Tecnologia EM multi-profundidad

Instrumentos EM de baja frecuencia operan a <300 kHz, sin embargo, no hay ninguna frecuencia universal "ideal" aplicable a todos los instrumentos EM como la capacidad de identificar yacimientos arqueológicos que se determina principalmente por cuestiones físicas (por ejemplo, la geometría de la bobina y de la altura del sensor) y los atributos físicos de la tierra (por ejemplo, permeabilidad, la geología, la profundidad de la investigación, el tipo de arqueología sigue siendo probable que se encuentren).

La distancia fija en un instrumento Slingram entre las bobinas Tx y Rx tiene una mayor influencia correlacionada a la profundidad de la penetración de diferentes frecuencias. La nueva generación de instrumentos EM contienen varias bobinas Rx separadas de la bobina Tx por diferentes distancias, lo que permite una evaluación de diferentes niveles de profundidad. La frecuencia conocida, la geometría de las bobinas y la altura del sensor permiten una aproximación en el calculo de las profundidades para cada par de Tx/Rx.

Geometría de las bobinas

La geometría de las bobinas es una influencia importante en la prospección de elementos enterrados a profundidad. En los sistemas antiguos, una respuesta era generada por un par de bobinas. Instrumentos mas recientes operan a una frecuencia sobre muchos arreglos de bobinas, que permiten la colección de múltiples respuestas de profundidad. Otros han sugerido que una frecuencia a no mas de 100 kHz debe ser usada y un espaciamiento de al menos 2m para prospección arqueológica (Scollar et al., 1990).

El Mini-Explorer opera a 30 kHz, tiene tres bobinas Rx (espaciadas 0.32m, 0.71m y 1.18 m de la bobina Tx) y dos arreglos de bobinas; una configuración horizontal coplanar (HCP) (en la orientación vertical del dipolo o en el rango de profundidad total) y cuando el instrumento es rotado 90° grados, una configuración coplanar vertical (VCP) (en la orientación horizontal  o en el rango de media profundidad). Aunque el Mini-Explorar tiene una frecuencia de operación mas alta que otros instrumentos, es cómodamente dentro de la definición de baja frecuencia (<300 kHz).

Una evaluación de varios arreglos EM de bobinas (Tabbagh,1986) encontró que PERP (perpendicular) fue el mas apropiado para la detección de elementos arqueológicos, seguido de VCP, que es el mejor en la medición de anomalías centradas y simétricas que son una importante representación de elementos arqueológicos. El HCP fue considerado como el mejor en detectar una capa profunda conductora, pero el peor en detectar una capa magnética.

Capacidades técnicas del CMD Mini-Explorer

En el CMD Mini-Explorer, la fábrica indica que el instrumento tiene un rango efectivo de profundidad de 0.25m, 0.5m y 0.9m para VCP en el dipolo horizontal. Esto puede ser extendido a 0.5m, 1.0m y 1.8m rotando la orientación de las bobinas Tx/Rx a 90° para unsar HCP en la orientación vertical del dipolo. Respuestas de 0.5m ocurren en ambas VCP y HCO. Cada orientación de las bobinas mide un volumen diferente de la tierra y no se debería esperar la producción de datos idénticos a este nivel de profundidad. La profundidad de investigación del CMD Mini-Explorer como lo determino la fábrica, es un indicativo solamente y ellos sugieren que esto es igual para las respuestas de cuadratura y en fase. Sin embargo otros (Tabbagh, 1986b; Scollar et al., 1990) han mostrado que este no es el caso para la mayoría de los instrumentos EM que investigan suelos arqueológicos.

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