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Observations of streaming potential for unsaturated conditions do not always show the same trend de10 pending on the hydrodynamic conditions and because of a lake of coherency between the data processing procedures. We combine the data from three studies published in the literature, acquired during non-steady state drainage experiments, and apply the same processing steps. We model the hydrodynamic behaviour of these experiments to confirm that they experienced different flow dynamics. We argue that the raw SP data should not be corrected unless a clear drift of the electrodes stability is observed. The combined hydrody namic behaviour and the streaming potential response show that (a) the observations of one of the experiment (exp #1) are associated to a limited range of water saturation (0.85-1). The corresponding signals could therefore be fairly modelled assuming no saturation dependence of the SPC whatsoever; (b) the observations of exp #3 led to a SPC that can be larger than its value at saturation; (c) the observations of the exp #2 show a non-monotonous behaviour of the SPC as saturation decreases. The underlying physics of a non-monotonous SPC is related to water/air interfaces as shown by the results of the lattice Boltzmann numerical simulations. The main contribution to the SPC behaviour comes from the charged water/air interfaces and depends on the dynamic state of moving or entrapped bubbles. We finally describe the consequences of such a behaviour on the seismoelectric conversions for unsaturated conditions. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

In this chapter we describe a set of finite element formulations employed to approximate the solution to an extension to partially saturated porous media of Pride's equations, which is one of the most widespread theoretical frames that model the coupled electromagnetics and acoustics of saturated porous media. We also show how these numerical algorithms can be implemented on multicore computers, and analyze their performance, observing that the parallel efficiency of the algorithms decays slower when the resources of each computing core are used as close to their maximum as possible. Further, we perform a study of two-dimensional PSVTM electroseismic conversions in a time-lapse carbon dioxide geological deposition monitoring scenario, setting the electromagnetic source in depth, and measuring the seismic responses both in wells and at the surface. We observe that, contrary to what is known from standard field settings, the interface responses play no important role in elucidating the CO2 plume behavior, and that the in-depth converted signals convey information about the carbon dioxide saturation in the plume. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

International audience; We present novel developments in muography methods to combine continuous measurementsperformed by 2 independant muon detectors around the dome of an active volcano, the Soufrièreof Guadeloupe. The aim is to reach the best possible performances in the continuous monitoringof its hydrothermal system spatio-temporal dynamics.Volcanic hydrothermal systems give rise to unpredictable hazards such as hydrothermal explo-sions, partial edifice collapse, mudflows and sudden emission of toxic gases. Characterizing the dy-namics of these systems and constraining the models by real-time data is thus critical for develop-ing efficient risk assessment.Within the DIAPHANE project, funded by the french National Research Agency (ANR), 6 muontelescopes have been deployed around the dome since 2015 and acquire muon data continuouslywith a large duty cycle. In this work we show the results obtained with a set of more than 1.5years of continuous measurements acquired with 2 muon detectors scanning different zones of thedome with large overlapping volumes. Characterizing the time changes in the outgoing muon fluxin different regions allows us to study the density changes caused by steam formation, condensa-tion, water infiltration and storage.The details of the analysis is presented : region definition through common geological structures,principal component analysis of the temporal series, determination of the changes in opacity im-plied by the muon-flux changes observed. This strategy allows us to spatially constrain the three-dimensional location of the coherent density changes and to improve the quantification of the as-sociated mass changes. The obtained results on the active zone of the Soufrière of Guadeloupe’sSouth crater are presented in details.

Multi-observable probabilistic inversion [e.g. 1,2,3] is providing new insights into the physicochemical structure of the lithosphere and its complex interaction with the underlying convecting upper mantle. Of particular importance is the inclusion of 3D magnetotelluric (MT) data into the joint inversion, as it provides complementary information not only on the thermal structure but also on water content and fluid pathways, which are difficult to constrain with other observables. MT holds, therefore, great potential for understanding and imaging the complex fluid-rock interactions responsible for mineralization events due to its sensitivity to water and other volatiles. However, in order to isolate the effect of fluids from other potential compositional and thermal “background” effects, MT data needs to be informed by other data sets such as seismic and gravity data. In order to implement MT data into multi-observable probabilistic inversions for the 3D imaging of deep thermochemical anomalies and fluid pathways in the Earth, we first need to solve the problem of computational efficiency in solving Maxwell’s equations in 3D in a probabilistic way. For this, we combine state-of-the-art probabilistic inversion methods, parallel MT solvers [4] and advanced reduced order modelling techniques to obtain fast, yet accurate, solutions to both the MT inversion and the full 3D joint inversion problem, which typically includes the solution of seismic, gravity, heat transfer, and mantle convection forward problems [e.g. 3]. Such a probabilistic formalism offers a natural framework to assess non-uniqueness and uncertainties affecting the inversion, which are otherwise hard to quantify using traditional inversion methods. In this contribution we report on recent progress made towards the above goals, including thorough benchmarks, illustrative examples and preliminary results of a case study. These results indicate that a conceptual and numerical platform capable of including 3D MT data into multi-observable probabilistic inversions is a reachable aim.

International audience; Muon imaging has recently emerged as a powerful method to complement standard geophysical methods in volcanology.Muon measurements yield a radiography of the average density along the muon path, allowing to imagelarge volumes of a geological body from a single observation point. When multiple muon detectors surroundingthe volcano are available, it is possible to invert these data to retrieve the 3-D density distribution in the volcano.Long-term measurements of the muon flux allow to infer density changes in the system. In the context of volcanichydrothermal systems, this approach helps to characterize zones of steam formation, condensation, water infiltrationand storage. We present the results of imaging the La Soufrière de Guadeloupe shallow active hydrothermalsystem with a network of muon detectors scanning the lava dome from different positions around its base. First, wejointly invert the muon data from three different detectors with gravity data to obtain a three-dimensional densitymodel of the lava dome. The model reveals an extensive low-density region where the hydrothermal system ismost active. We then analyze the dynamics of the hydrothermal system from long-term measurements (more than2 years of almost non-interrupted acquisition), acquired by 2 simultaneous muon detectors. Shallow regions seemto evidence smaller density changes than deeper parts of the hydrothermal system (200-300 m below the summit).Among the most active regions, periods of relative calm can follow periods of quasi-periodical changes. Our simultaneousmuon detector strategy provides constraints on the three-dimensional location of the density changes andan improved quantification of the associated mass changes. This works characterizes for the first time the dynamicbehavior of an active hydrothermal system, at a volcano undergoing thermal and degassing unrest, at a large spatialscale and for a relatively long term (1.5 - 2 years), with a temporal resolution of 1 month.

International audience; The relation between the volumetric charge density Q_V expressed as a function of permeability has not been validated using inde-pendent measurements of permeability and charge density.This equation has been used to calculate Q_V , using permeability values, to deduce that Q_V is inversely related to the permeability. Therefore this approach is considered not appropriate and should not be used. We advice thereader to use the electric current density as a function of the pressure, rather than as a function of the velocity and Q_V .

In this work we develop a numerical simulator for the propagation of elastic waves by solving the one-dimensional acoustic wave equation with Absorbing Boundary Conditions (ABC’s) on the computational boundaries using Discontinuous Galerkin Finite Element Methods (DGFEM). The DGFEM allows us to easily simulate the presence of a fracture in the elastic medium by means of a linear-slip model. We analize the behaviour of our algorithm by comparing its results against analytic solutions. Furthermore, we show the frequency-dependent effect on the propagation produced by the fracture as appears in previous works. Finally, we present an analysis of the numerical parameters of the method., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

La electro-ósmosis es el fenómeno físico por el cual una variación de potencial eléctrico, da lugar a una circulación de fluido. El fenómeno recíproco que genera una corriente eléctrica a partir de un gradiente de presión en el fluido, recibe el nombre de electro-filtración. La razón entre las variaciones de potencial y las variaciones de presión representa al coeficiente de acoplamiento electrocinético. Recién en 1999, se realizó una prueba de campo con propósitos exploratorios, donde las ondas sísmicas se generaron a partir de una fuente electromagnética. En el presente trabajo se explica el por qué de estos efectos electrosísmicos o sismoeléctricos, según sea la fuente de origen electromagnético o mecánico, respectivamente. Se presentan las ecuaciones de Maxwell y de Biot acopladas que gobiernan los fenómenos y se analizan los coeficientes de transporte que son la conductividad eléctrica, el coeficiente de acoplamiento electrocinético y la permeabilidad. Es posible hacer ciertas suposiciones que permiten resolver un conjunto de ecuaciones simplificadas donde las respuestas electromagnéticas y las respuestas poroviscoélasticas pueden determinarse unas de otras en forma independiente. En el tratamiento de las ecuaciones de Maxwell se sigue la forma usual de descomponer el campo eléctrico y el campo magnético en campos primarios (o principales) que se hallan analíticamente y campos secundarios, como perturbaciones de los primarios, que se calculan numéricamente. Trabajar en el dominio espacio-frecuencia, permite incorporar la naturaleza disipativa del medio poroso en la propagación de las ondas mecánicas, reemplazando los módulos elásticos reales por módulos complejos. Así mismo, se destaca la necesidad de establecer una grilla de cálculo adecuada para representar correctamente los gradientes de presión en el fluido a partir del skin-depth difusivo que se corresponde con la onda lenta de Biot. Ejemplos numéricos muestran la respuesta de los geófonos a partir de fuentes electromagnética y la posible identificación de contactos entre fluidos de reservorio. Fil: Gauzellino, Patricia Mercedes. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas; Argentina Fil: Zyserman, Fabio Ivan. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas; Argentina Fil: Späth, Federico. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas; Argentina

A traversable wormhole solution of general scalar–tensor field equations is presented. We have shown, after a numerical analysis for the behavior of the scalar field of Brans–Dicke theory, that the solution is completely singularity-free. Furthermore, the analysis of more general scalar field dependent coupling constants indicates that the gravitational memory phenomenon may play an important role for the fate of natural wormholes., Facultad de Ciencias Exactas

We discuss a method that is able to determine, with the help of the Maximum Entropy Principle, the detailed nature of a complex signal that can be conceived as a linear superposition of independent, elementary signals. The physical relevance of this decomposition is discussed., Facultad de Ciencias Exactas

En la presente Tesis se determina y describe la estructura geoeléctrica de tres ambientes de la Argentina a partir del análisis e inversión de datos de campo magnetotelúricos. Los mismos no sólo responden a regiones con diferentes características geológicas, sino que también a diferentes escalas de profundidad. Se presentan los resultados de estudios realizados en el sudeste de la cuenca tucumana y en el bajo topográfico que contiene a la laguna Socompa, dos áreas de gran interés geotermal caracterizadas por diferentes fuentes de calor, origen del fenómeno observado. Para el estudio de ambas zonas los datos fueron adquiridos durante el doctorado con un equipo de audiomagnetotelúrica para la caracterización de los primeros cientos de metros de profundidad. El objetivo principal del estudio en el sudeste de la cuenca de Tucumán es la caracterización geoeléctrica de la Formación Las Cañas de la cual se conoce, a partir de información de pozos, que contiene un acuífero termal. El modelo final obtenido a partir de la inversión 3D determina cuatro unidades eléctricas que fueron correlacionadas con la Formación Guasayán del Mioceno, las Formaciones India Muerta y Las Cañas del Plioceno y con la cubierta cuaternaria, respectivamente (Guevara y cols., 2020). Por su parte, el estudio realizado en el bajo topográfico Socompa tiene como objetivo la caracterización geoeléctrica de las formaciones geológicas presentes, así como restringir en profunidad el reservorio de las aguas termales circulantes. El rasgo más distintivo determinado por el modelo 3D final es una capa de alta conductividad a los 400-500 m de profundidad, con al menos 200 m de espesor. La misma fue correlacionada con la Formación Vizcachera y parte del miembro inferior del complejo volcánico-sedimentario Quebrada del Agua. La falta de relevamientos geológicos de detalle, así como el ambiente en el que se encuentra el área analizada permiten proponer un acuífero profundo o una capa de arcilla desarrollada durante la actividad del Mioceno como las hipótesis principales para explicar su presencia. Finalmente, se presentan los resultados de la caracterización de la región central del Cratón del Río de la Plata. Los datos utilizados fueron registrados durante varias campañas llevadas a cabo entre los años 2001 y 2010 con equipos de largo período. El área se encuentra cubierta por los sedimentos de la cuenca Chaco-Paraná que impide determinar en superficie los rasgos estructurales asociados a los eventos que pudo haber sufrido el cratón, limitando el estudio de la región a técnicas indirectas. El modelo 3D final determina en el centro del perfil una menor resistividad a la esperada en un ambiente cratónico, asociada a la interacción del descenso de la placa de Nazca con la astenósfera, y dos anomalías de resistividad verticales de escala litosférica, que fueron interpretadas como zonas de cizalla precámbricas, una relacionada al lineamiento Transbrasiliano y otra con el límite oriental del Canal Central Paranaense., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

La conversión de energía mecánica en electromagnética en medios poroelásticos total o parcialmente saturados de un electrolito fluido, ha sido profundamente estudiada en las últimas décadas y gran cantidad de trabajos fueron publicados con el objetivo de avanzar en la comprensión del denominado fenómeno sismoeléctrico (Pride, 1994; Pride y Haartsen, 1996; Garambois et al., 2002). Estos estudios dieron lugar al desarrollo de una nueva técnica geofísica sensible frente a cambios en las propiedades eléctricas y/o mecánicas del subsuelo, cuya aplicación en el campo se encuentra en fase experimental y que ha sido empleada exitosamente como método prospectivo de acuíferos (Fourie, 2006) y reservorios de hidrocarburos (Thompson y Gist, 1993). Se utiliza también en el monitoreo de reservorios de CO2 capturado (Zyserman et al., 2015), de contaminación del subsuelo y en el estudio de los campos electromagnéticos relacionados a la ocurrencia de un terremoto (Gao et al., 2013). Además, nuevas líneas de investigación referidas a esta disciplina y a su recíproca, la Electrosísmica, que estudia la conversión de energía electromagnética en mecánica, están actualmente en desarrollo, tales como el estudio de nuevos tipos de propagación como son las ondas evanescentes, que son originadas cuando se supera el ángulo crítico de incidencia en una discontinuidad (Wang et al., 2020). En resumen, el fenómeno sismoeléctrico de interés en este trabajo se produce cuando, en un medio poroso que contiene un electrolito fluido, una perturbación mecánica provoca un movimiento relativo entre el fluido y la matriz rocosa. La existencia de la denominada Doble Capa Eléctrica adyacente a las paredes de los poros permite la generación de movimientos iónicos en el electrolito, es decir, corrientes eléctricas que son fuentes de campos electromagnéticos inducidos, produciéndose así la conversión de energía. Estas pueden darse por diversos mecanismos, dando lugar a distintas formas de propagación como lo son principalmente el campo co-sísmico, que está siempre presente, y la respuesta de interfase, que únicamente tiene lugar cuando existe un contraste en las propiedades mecánicas y/o eléctricas del subsuelo. Ambos campos difieren principalmente en su amplitud y en su velocidad de propagación, siendo la velocidad sísmica del medio la del primero y la electromagnética del medio la del segundo. Otra diferencia es en el soporte espacial, ya que el campo co-sísmico sólo está presente en el interior de la onda, mientras que la respuesta de interfase, en principio, lo está en todo el espacio. Cuando las perturbaciones mecánicas son causadas intencionalmente con caídas de peso o explosivos, estos campos pueden ser registrados en pozos cercanos o en superficie, brindando una herramienta prospectiva no invasiva muy útil que cuenta con la resolución del método sísmico, en función del grado de compactación de la ondícula que se utilice como fuente, y la sensibilidad frente a propiedades eléctricas del método electromagnético. Para describir estos fenómenos y también sus recíprocos correspondientes al acoplamiento electrosísmico, Pride (1994) desarrolló un conjunto de ecuaciones que resultan en las ecuaciones acopladas de poroelasticidad de Biot y las leyes de Maxwell. Para resolverlas numéricamente en dominios unidimensionales y bidimensionales, es necesario realizar una serie de suposiciones que permiten desacoplarlas y simplificarlas. Todas estas cuestiones son discutidas en detalle en el capítulo 1 de este trabajo. Con el objetivo de representar, además de medios poroelásticos, medios acústicos y elásticos con la misma formulación teórica e implementación numérica, se propuso en este trabajo hacer variar la porosidad en las ecuaciones de Biot entre los dos extremos: φ → 0 para el caso elástico y φ → 1 para el acústico (implicando además este último despreciar el módulo de corte). Para validar estas hipótesis, se realizaron simulaciones numéricas con una versión de un código desarrollado previamente (Zyserman et al., 2010) que resuelve las ecuaciones 2D desacopladas de Pride con el método de elementos finitos, y se compararon con resultados obtenidos mediante códigos desarrollados por otros autores (Diaz y Ezziani, 2010). Esto se discute en el capítulo 2 junto con un análisis detallado de la respuesta sísmica de medios elásticos y poroelásticos acoplados. En el capítulo 3 se expone un estudio paramétrico de la respuesta sismoeléctrica de medios homogéneos para el estudio del campo co-sísmico y de medios acoplados para el de la respuesta de interfase. Esta última, con el objetivo de poder ser visualizada, debe ser procesada previamente al análisis dada su baja amplitud en relación al campo co-sísmico, lo cual se lleva a cabo en este trabajo mediante un filtro de pendientes en el dominio FK. Los resultados del procesamiento permitieron observar la respuesta de interfase con una nitidez no alcanzada hasta ahora en los trabajos previos de distintos autores, siendo éste un resultado novedoso y relevante del presente trabajo. Asimismo, en el capítulo 4 se propone simular la respuesta sismoeléctrica de un glaciar sobre un sustrato rocoso y en el capítulo 5 se exponen las conclusiones generales y el trabajo posible para continuar estos estudios. Mas allá de que los fenómenos sismoeléctricos que tienen lugar en el subsuelo estén actualmente estudiados en profundidad (Jouniaux y Zyserman, 2015; Revil et al., 2005; Grobbe, 2020), la motivación para llevar a cabo el presente análisis radica en que es necesario contar con modelos numéricos que simulen la respuesta sísmica y sismoeléctrica de sistemas multifásicos heterogéneos compuestos por medios acústicos, elásticos y poroelásticos acoplados, es decir, en contacto y sin movimientos relativos entre ellos. Ejemplos reales que pueden representarse mediante dicho modelado son glaciares sobre un sustrato poroso (representable como un medio elástico sobre otro poroelástico (Monachesi et al., 2018)), o un fondo oceánico estratificado (representable como un medio acústico de agua sobre otros elásticos y/o poroelásticos (Wang et al., 2020)). También puede aplicarse al estudio de contaminación del nivel freático, considerando capas de distintas propiedades en función de las características del contaminante (LNAPL, DNAPL) (Munch y Zyserman, 2016). Este tipo de estudio es útil para cuantificar en forma aproximada dichas respuestas en base a las distintas propiedades físicas del subsuelo y resulta así en una herramienta fundamental para el diseño de geometrías en adquisiciones de datos reales. Siguiendo a Garambois et al. (2002), también puede ser utilizado para comparar datos sintéticos con datos reales y así refinar la teoría desarrollada por los distintos autores., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

El método magnetotelúrico (MT) es un método exploratorio de fuente natural que permite obtener información de las propiedades eléctricas del subsuelo mediante el análisis y procesamiento de las fluctuaciones temporales del campo electromagnético natural de la Tierra. Durante una adquisición MT se ubican sobre la superficie terrestre una serie de estaciones que registran variaciones temporales de los campos eléctrico y magnético naturales. El procesamiento de dichas series temporales y la posterior interpretación permite obtener un modelo de resistividades del subsuelo. En este trabajo se realiza el análisis e interpretación de datos MT adquiridos en el año 2016 con fines exploratorios en la Provincia de Mendoza, con el objetivo de definir el espesor sedimentario debajo de coladas basálticas., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas