Capitulo II a Metodo Gravimetrico

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLOGICA

GEOFISICA

Ing. DOMINGO PILCO [email protected]

CREDITOS: 4 SEMESTRE/AÑO: VI/Tercer Año

CAPITULO II

METODO GRAVIMETRICO

La gravimetría es un método muy importante en la búsqueda de depósitos minerales. Este método aprovecha las diferencias de la gravedad en distintos sectores. La gravitación es la aceleración (m/s2) de un objeto qué esta cayendo a la superficie. La gravitación normal (promedio) en la tierra es 9,80665 m/s2 .

Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitación en una región determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleración.

METODO GRAVIMETRICO

El gravímetro es un equipo que puede medir diferencias muy finas en la gravedad.

Principalmente cada balanza es un "gravímetro" porque una balanza mide el peso de un objeto. Peso significa la potencia que aplica la aceleración a un objeto:

METODO GRAVIMETRICO

Unidades de medida

• La gravedad se suele medir en unidades de aceleración• En el Sistema Internacional de Unidades es el m/s2. • En el sistema cgs la unidad es el Gal en honor a Galileo

(1 Gal = 1 cm/s2). • En prospección gravimétrica se usa el submúltiplo

miligal (1 Gal =1000 mgal), y

• La unidad gravimétrica (ug) es igual a 0.1 mgal.

METODO GRAVIMETRICO

PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA

• El método esta basado en el estudio la variación del componente vertical del campo gravitatorio terrestre. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto.

• En Geofísica, si se desea usar la gravedad como herramienta en determinaciones estructurales, interesan más los valores relativos de g que los valores absolutos. Lo que realmente interesa es poder definir contrastes de in homogeneidades y densidades en la parte de la Tierra que se está investigando; Esto significa descubrir aspectos que de alguna manera se apartan de la uniformidad. En resumen lo que interesa son las anomalías gravitatorias.

• Debido al achatamiento (el radio de la Tierra no es constante), g varía con la latitud.

• De acuerdo con el sistema Geodésico de Referencia (G.R.S.67), el valor de “g” al nivel del mar varía con la latitud , de la siguiente forma:

gEcuador= gmin = 978,049[gales]gPolos = gmax = 983,2213[gales]

EFECTO DE LA FORMA EN LA GRAVEDAD DE LA TIERRA.

g0 = 978, 049 (1 + 0,0052884sen2 - 0,0000059sen22 )

METODO GRAVIMETRICO• Anomalías de gravedad

• Una anomalía de gravedad se define como la variación de los valores medidos de la gravedad con respecto a la gravedad normal después de haber aplicado las correcciones necesarias. La anomalía de aire libre resulta de las correcciones de la influencia de las mareas, de la deriva del instrumento de medición, de la latitud y de la altura.

La anomalía de Bouguer se obtiene aplicando todas las correcciones mencionadas.

• Correcciones de los datos (reducciones)

Un valor reducido es igual al valor observado de la gravedad menos el valor previsto de la gravedad basándose en el modelo terrestre elegido. En consecuencia una anomalía es la diferencia entre lo observado y lo previsto de acuerdo con el modelo terrestre aplicado.

a) Calibración b) Reducción para la deriva del gravímetro c) Reducción de la influencia de las mareas d) Corrección para la latitud e) Corrección para la altura f) Corrección topográfica g) Corrección de Bouguer

CONSIDERACONES PARA EL VALOR FINAL

Efecto de las reducciones gravimétrica.

La estructura interna de la TierraGeofísica: Métodos indirectos

Métodos gravimétricos (I)• El objetivo principal de la gravimetría es medir anomalías en el campo gravitatorio de la Tierra causadas por cambios de densidad entre distintos materiales.

• Se parte de valores teóricos de la gravedad, calculados para determinados puntos ubicados en una superficie teórica, el geoide (superficie media del mar), que comprende todos los puntos con igual valor de la gravedad, ignorando la existencia de relieves y depresiones.


Métodos gravimétricos (I)• Para que la forma de la Tierra

coincidiera con la del geoide, los continentes tendrían que estar rebajados hasta el nivel del mar.

• Los valores de gravedad calculados para el geoide han de ajustarse para aplicarlos a una forma más real del planeta (no tan esférica como el geoide): el elipsoide (de mayor radio en el ecuador que en los polos y, por tanto, de diferente valor de gravedad en ambos extremos debido a la distancia al centro de la Tierra).


Métodos gravimétricos (II)

La Tierra tiene una figura geométrica que no corresponde a una figura de revolución perfecta. Decimos que es como una esfera pero achatada por los polos.

Desde el punto de vista del análisis gravimétrico, podemos encajar la forma del planeta en una de las siguientes figuras:

Geoide oceánico


Métodos gravimétricos (II)

• Elipsoide, definido como la figura que mejor contiene a la forma real de la Tierra. Es sustituir la Tierra por otra ideal (sin considerar prominencias ni depresiones) y sobre ella efectuar las mediciones.

• Geoide, que tiene una base menos matemática. Si unimos los puntos de la Tierra que tienen igual gravedad y esta gravedad es la que hay en la superficie del mar, se nos forma tambien una figura geométrica, pero ya no regular y perfecta, sino con deformaciones que suben y bajan dependiendo de la composición y de la densidad de la masa de tierra situada debajo de cada punto (que influye en el valor de la gravedad).

Geoide oceánico

Digamos que, el elipsoide es una figura matemática, mientras que el geoide es una figura física.


Métodos gravimétricos (III)

• El valor teórico gt ha de ajustarse, pues no es lo mismo medir la gravedad en lo alto de un montaña que en el fondo del mar

• Por ejemplo, para la medición en la cima de una montaña, se aplica la:– Corrección simple de Bouger (1750), que

tiene en cuenta la masa rocosa que hay entre el punto de medición y la superficie del geoide

– Corrección topográfica (o total de Bouger), que tiene en cuenta la presencia de valles (defecto de masa) o colinas cercanas (incremento de masa)

• El valor gt corregido se contrasta con el valor experimental, es decir, con el dato de campo obtenido con el gravímetro

• Las diferencias entre los valores calculados (los esperados) y los obtenidos (los de campo) son denominadas anomalías gravimétricas

– Anomalía gravimétrica positiva: se obtiene más gravedad de la esperada (típico del fondo del mar)

– Anomalía gravimétrica negativa: se obtiene menos gravedad de la esperada (típico de los orógenos)

Gravímetro portátil

Gravímetro


Métodos gravimétricos (IV)

• Las anomalías gravimétricas positivas se explican como que los materiales rocosos son más densos de lo esperado– La corteza oceánica es

más densa de lo esperado

• Las anomalías gravimétricas negativas se explican como que los materiales rocosos son menos densos de lo esperado– La corteza continental

(sobre todo en los orógenos) es menos densa de lo esperado que hay un defecto de masa en los orógenos

Variaciones locales de la gravedad debidas a la presencia de una masa más densa y medibles

con el gravímetro


Métodos gravimétricos (V)

• Se ha demostrado que la corteza es menos densa en las masas montañosas que bajo las llanuras, y bajo las llanuras menos que en los océanos.

• Todo sucede como si bloques de la corteza emergieran tanto más cuanto menos densos fueran (como flotadores de madera situados en una cubeta con agua, hundiéndose según su densidad).

• Esta es la idea del equilibrio isostático en la corteza terrestre.


Métodos gravimétricos (VI)

• El descubrimiento de que las masas montañosas tienen menos densidad que las planicies que las rodean proviene de los primeros estudios geodésicos realizados por ingleses en la India, cerca de los Himalayas, en la década de 1840. En estos estudios participaron George Everest, Airy y Pratt.

La estructura interna de la TierraGeofísica: Métodos indirectosMétodos gravimétricos (VII)

• En realidad los bloques en equilibrio no tienen todos el mismo espesor, y por otra parte, el 'fluido' en el cual reposan los continentes no es comparable con el agua, sino con un material muy viscoso; el equilibrio no es perfecto y no debe llamarse “hidrostático”, sino “isostático”.

• Las presiones ejercidas por el peso de los bloques se igualan con el empuje en una superficie situada a 60 km de profundidad, llamada superficie de compensación isostática, por debajo de la cual el reparto de las masas es regular.

La estructura interna de la TierraGeofísica: Métodos indirectosMétodos gravimétricos (VIII)

Principio de la Isostasia (Dutton, 1892): Tanto los excesos como los defectos de masa quedan compensados hidrodinámicamente a cierta profundidad (superficie de compensación),

como un iceberg en el agua.

Modelo de Pratt: bloques de diferente densidad, pero diferente tamaño, y que alcanzan la misma

profundidad. SC fija

Modelo de Airy: Bloques de igual densidad, pero de diferentes masas. Los más masivos se hunden más.

Superficies de compensación diferentes

Empuje

Hundimiento por gravedad

Si hay erosión o masa de hielo que se funde, el bloque pierde masa y

se eleva (Escandinavia), modificándose el equilibrio

isostático

Material fluido más denso en parte inferior

Antes dos capas en corteza: SIAL (poco denso) + SIMA (más denso) sobre capa fluida más densa

Ahora corteza más compleja sobre capa fluida mas densa (astenosfera y corrientes de convección)

Según el modelo de Airy, la raiz de una montaña de 1 km de altura sería

de aproximadamente 5 km

Según Pratt: Las montañas no son simplemente masas yacentes sobre la superficie de la Tierra, sino que se

originaron a causa de las temperaturas anormalmente elevadas del interior de la Tierra, que determinaron la

dilatación de los materiales y por consiguiente una disminución de su densidad. La prominencia de las

montañas es consecuencia de la expansión, sin implicar la presencia de nuevas masas materiales


Métodos gravimétricos (IX)

• El equilibrio isostático puede romperse, por ejemplo: 1. Al formarse una cordillera. 2. Si una fuerte erosión aligera un bloque montañoso (se le retira masa),

acumulándose los materiales sobre otro bloque, suboceánico, por aporte y sedimentación (se le incrementa masa).

3. Si un aumento de temperatura funde un espeso casquete glaciar que recubre un bloque.

• El equilibrio tiende a reestablecerse mediante movimientos verticales; el bloque aligerado tiende a elevarse y a hundirse el sobrecargado, debiéndose producir movimientos de los materiales fluidos infracorticales.

• Un ejemplo de este tipo de movimiento se ha podido estudiar en Escandinavia, donde se está produciendo un movimiento isostático debido a la fusión del casquete glaciar cuaternario, hace cerca de 10.000 años. El movimiento continúa a razón de 1 m por siglo, hasta tal punto que los puertos del golfo de Botnia han disminuido notablemente su calado.


Métodos gravimétricos (XI)

Donde el empuje desde el manto se compensa con el hundimiento por gravedad de la corteza

Observa los diferentes valores de densidad de la corteza

oceánica (basalto) y la corteza continental (granito)

Reducción de datos y anomalías gravimétricas

• La gravedad medida en la superficie de la Tierra

generalmente no sirve para hacer interpretaciones con respecto a las estructuras geológicas, porque varios efectos diferentes se superponen y encubren las anomalías buscadas.

• La separación y eliminación de estos efectos indeseables de la gravedad medida siempre es el primer paso de la gravimetría aplicada después de las mediciones. Este proceso es llamado reducción.

• Esta reducción calcula el valor normal de la fuerza de gravedad de la Tierra, aproximada por un elipsoide. Métodos de cálculo:

a) Fórmula de la gravedad teórica, b) Tablas de la gravedad teórica (interpolación lineal!)c) Para investigaciones especiales (áreas de extensión

pequeña) puede limitarse a calcular la diferencia de la gravedad teórica con respecto a un punto de referencia usando el gradiente horizontal de la gravedad teórica:

•

en mGal, si x está en metros, donde

• = Latitud del punto de referencia• x =Distancia Norte-Sur entre la estación y el punto de

referencia

LA REDUCCIÓN DE LA GRAVEDAD TEÓRICA

• La gravedad teórica se calcula con respecto al nivel de referencia y no al nivel de la estación. Por esto tenemos que añadir el efecto de las diferentes alturas de las estaciones, calculando la reducción de Aire Libre:

en mGal, si h está en metros, donde

GV = Gradiente vertical de la gravedad teórica (aprox. -0.3085 mGal / m)

h =Distancia entre el nivel de la estación y el nivel de referencia

LA REDUCCIÓN DE AIRE LIBRE

• El objetivo de esta reducción es la eliminación del efecto gravimétrico de las masas entre el nivel de la estación y el nivel de referencia. Para aproximar estas masas se usa generalmente el modelo simple de una placa plana e infinita con una densidad constante ( ):

en mGal, si h en metros y en 10-3 kg / m3 donde h =Diferencia entre el nivel de la estación y el nivel de referencia =densidad de las masas

Para calcular esta reducción tenemos que conocer la densidad de las rocas subyacentes!

LA REDUCCIÓN DE BOUGUER

• Aproximando las masas subyacentes mediante la placa de Bouguer, desatendimos el relieve de la superficie de la Tierra, que generalmente no es una superficie plana. Con la reducción topográfica eliminamos el efecto del relieve irregular.

• Principio: Aproximación del relieve por cuerpos matemáticos (construcción

de un modelo de la topografía,• Cálculo de la atracción gravitacional que ejerce este

modelo en la estación, y sustracción de esta gravedad de la gravedad medida en la estación

LA REDUCCIÓN TOPOGRÁFICA

METODO GRAVIMETRICO• Importante:

Tanto las depresiones (valles) como las elevaciones (cerros) en los alrededores de la estación disminuyen la gravedad medida.

Por esto la reducción topográfica siempre es positiva!

• Aproximación de la topografía. Modelo topográfico construido

por prismas o polihédros.

METODO GRAVIMETRICO

ANOMALÍAS• La diferencia entre el valor de la gravedad corregida y el

valor teórico de la gravedad (en el esferoide para la latitud y la longitud) en la estación se denomina Anomalía gravitatoria.

• El tipo de anomalía depende de las correcciones que se hayan hecho al valor observado.

• gteo se calcula con la relación al G.R.S.67:• Corrección de aire libre:

g h mgalh 0 3086,

• El mapa de Bouguer muestra la suma de todos

los efectos debidos a todas las masas presentes tanto en profundidad como en superficie. Es decir, el mapa de Bouguer mostraría la suma de los efectos debido a:

• Las rocas sedimentarias próximas.• Al basamento ígneo.• La magma en el interior de la tierra.

INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS GRAVIMÉTRICOS

• El objetivo de la interpretación gravimétrica es: La separación de los efectos de las masas someras y profundas. La definición de los efectos gravimétricos de las anomalías sedimentarias, determinando la probable profundidad y dimensiones de las estructuras interpretadas.

• En Prospección es de interés hacer resaltar el efecto debido a las masas superficiales (mapa residual), reduciendo al mínimo el efecto de las masas profundas (mapa regional).

EN EL MAPA DE ANOMALÍAS DE BOUGUER:

Anomalía Residual = Anomalia de Bouguer - Anomalia Regional

• Una vez que uno ha separado las distintas anomalías, se trata de definirlas en términos de posibles anticlinales, sinclinales, domos, masas de mayor o menor densidad que las rocas circundantes.

• En prospección petrolífera se trata de determinar el tamaño y la profundidad de las trampas.

• En prospección minera se trata de determinar la masa y la profundidad de una masa que produce una determinada anomalía.

• Detección por exceso de masa: sulfuros masivos, diques etc.

• Detección por falta de masa: carbón, depósito de sal, potasa, cavidades y huecos subterráneos, etc.

• Evaluación de depósitos masivos• Cartografía geológica regional: cuencas, grabens, etc.• Morfología del basamento, estructuras• Estudio de variaciones en aguas subterráneas• Subsidencia. Isostasia

APLICACIONES GENERALES DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO:

GLOSARIO DE TÉRMINOS USADOS EN GRAVIMETRÍA

• Altitud – El ángulo vertical entre el plano del horizonte y la línea al punto

observado, como una estrella por ejemplo. La distancia vertical entre un punto y un plano o datum de referencia, usualmente el nivel medio del mar o geoide.

• Anomalía – Porción de un levantamiento o cartografiado geofísico que es diferente

en apariencia al levantamiento general. Una desviación de la uniformidad; una característica distinguible local en un levantamiento geofísico.

• Anomalía gravimétrica – El resultado de comparar los valores gravimétricos observados con los

valores gravimétricos teóricamente calculados.

• Elipsoide, definido como la figura que mejor contiene a la forma real de la Tierra. Es sustituir la Tierra por otra ideal (sin considerar prominencias ni depresiones) y sobre ella efectuar las mediciones.

Glosario de términos usados en gravimetría

• Geoide – Superficie equipotencial del nivel-del-mar a la cual la dirección

de la gravedad es perpendicular en todas partes. La figura de la Tierra considerada como una superficie del nivel-medio-del-mar si los continentes no existiesen.

• Gravedad – La fuerza ejercida por la Tierra y por su rotación sobre la masa

de los cuerpo; la aceleración que le imparte a un cuerpo que cae libremente en ausencia de fuerzas de fricción. La fuerza resultante sobre cualquier cuerpo de materia en la Tierra o cerca a su superficie exterior debido a la atracción por la Tierra y a su rotación alrededor se su eje.

• Gravímetro – Instrumento para medir las variaciones de la gravedad terrestre.

• Latitud astronómica – Latitud medida con respecto a la vertical y las estrellas. El

ángulo entre el plano del ecuador terrestre y la línea imaginaria que pasa por la estrella y es perpendicular al geoide en el sitio de observación.

Glosario de términos usados en gravimetría

• Isostasia – Balance gravitacional teórico de grandes porciones de la corteza

terrestre como si estuvieran flotando sobre una capa subyacente densa; de tal manera que material cortical menos denso se eleva topográficamente sobre las areas de material mas denso. Explica las formas topográficas mayores.

• Latitud geodésica – Latitud ordinaria, el ángulo entre una tangente al elipsoide que

aproxima la forma de la Tierra y el eje de rotación terrestre. El ángulo entre la perpendicular a la tangente al elipsoide de referencia que aproxima la forma de la Tierra y el plano ecuatorial terrestre.

• Latitud geocéntrica – El ángulo entre la línea, que une el sitio de observación y el centro de la

Tierra, y el plano del ecuador terrestre. • Unidades de gravedad

– En el Sistema Internacional de Unidades es el m/s2. En el sistema cgs la unidad es el Gal en honor a Galileo (1 Gal = 1 cm/s2). En prospección gravimétrica se usa el submúltiplo miligal (1 Gal =1000 mgal), y la unidad gravimétrica (ug). La unidad gravimétrica es igual a 0.1 mgal.

METODO GRAVIMETRICO

MAPA GRAVIMETRICO

• Estructura de impacto de Azuara: anomalías provisionales de Bouguer. El intervalo entre isoanómalas es de 1 mgal.

PERFILES GRAVIMETRICOS

• Perfiles de las anomalías residuales

Capitulo II a Metodo Gravimetrico

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