Levantamiento gravimetrico de Lanzarote - rac.es · 28°40'55" de latitud Norte y los meridianos...

Levantamiento gravimetrico de Lanzarote

por

M. J. Sevilla y R. Parra (*)

PRESENTADO POR EL ACADÉMICO NUMERARIO D. JOSÉ M.a TORROJA

1. INTRODUCCIÓN

Las características vulcanológicas de la isla de Lanzarote, la másseptentrional de las islas del archipiélago canario y la ausencia en-ella de una red gravimetrica, movió a la Cátedra de Astronomía yGeodesia de la Universidad Complutense de Madrid a realizar, du-rante los meses de junio y julio de 1973, una campaña de medidasde gravímetro con dos fines primordiales : establecimiento de unared de estaciones gravimétricas convenientemente repartidas por laisla y construcción de perfiles gravimétricos con mayor densidad depuntos según ciertos itinerarios, para completar las investigaciones.que se vienen realizando sobre los recursos geotérmicos de la isla.

La isla de Lanzarote está situada entre los paralelos 29°14'05" y28°40'55" de latitud Norte y los meridianos 13°52'48" y 1S°28'07" delongitud Oeste. Su forma es alargada en el sentido NE-SW con unalongitud máxima de 60 kilómetros en esta dirección.

En la orografía podemos distinguir al NE el macizo de Famara«con una altitud máxima en Peñas del Chache (671 m.), que se ex-tiende hasta Teguise formando al W un acantilado de unos 500 m. dealtitud. De iguales características (serie I) es el macizo de los Aja-•ches en el SE con picos como el Hacha Grande (561 m.). Al NE deeste macizo existe una serie de volcanes (serie II) tales como Calde-

(*) Cátedra de Astronomia y Geodesia, Universidad Complutense de Madrid.

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rã Riscada, Montaña Bermeja, etc. ; la mayor parte de la isla estáocupada por volcanes de la serie III como Caldera Bianca, Tinajo...y otros paralelos a la costa como Atalaya de Femes (508 m.), Guar-dilana (603 m.) y Montaña Blanca (596 m.).

Al N de la isla se alza el volcán de la Corona (609 m.), de la se-rie más reciente (serie IV), junto a la Quemada de Orzóla (355 m.) ylos Heléchos (582 m.). Las lavas al extenderse han creado un mal-país 'abrupto.

El núcleo principal de las erupciones históricas lo constituye elTimanfaya o Montañas de Fuego (510 m.) y la cadena volcánicaorientada ENE-WSW. Estas erupciones produjeron un malpaís quese extiende en 200 km2. Presenta esta zona de Montañas de Fuegouna notable anomalía térmica, razón por la que la densidad dé lasestaciones gravimétricas en esta zona es muy superior a la del restode la isla.

Sobre una plataforma de unos 100 a 200 m. de profundidad seasientan al NW la isla Graciosa de unos 27 km2, Montaña Clara desólo 1 km2, el Roque del Oeste de 0,07 km2 y la isla Alegranza deunos 10 km2 al N de la Graciosa.

La topografía presenta pues grandes constrastes entre la aspere-za de barrancos, acantilados y formaciones volcánicas, con las cola-das basálticas más suaves del centro de la isla.

2. GRAVÍMETRO

Se utilizó en la campaña un gravímetro ASKANIA GS 15 (fig. 1}propiedad de la mencionada Cátedra cuya descripción damos a con-tinuación por creerla de interés al no encontrarse en la bibliografíaactual dada su reciente aparición en el mercado.

El GS 15 es un gravímetro de muelle espiral no astático que re-presenta un diseño mejorado de sus antecesores desde el GS 4 a!GS 12. Su diseño se basa en el principio de la torsión de un muelle.Dos resortes helicoidales están dispuestos horizontalmente con susextremos exteriores fijos a la cabeza de torsión y los otros extremosa la suspensión. Las cabezas de torsión están fijadas con sus sopor-tes al armazón, y la masa, el sistema de calibración interno y loscompensadores van unidos a la suspensión. En el interior de cada

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resorte helicoidal va otro muelle para la compensación de tempe-ratura.

La masa en el extremo del brazo, está sometida a la fuerza dela gravedad y la horizontalidad de éste se logra mediante la fuerzatorsional del muelle, quedando el conjunto resorte-masa desplazadoa una nueva posición de equilibrio que difiere de la anterior en un

Fig. 1.

pequeño ángulo de deflexión que es proporcional a la variación dela gravedad y que se compensa por un resorte auxiliar que va sujetoa la suspensión y al mando exterior de medida. Fijada a éste hayuna escala de precisión con micròmetro y ocular de aumento, escalaque calibrada nos expresa la variación de la gravedad en mgals.

Como indicador de cero existe un traductor capacitivo que con-siste en un condensador de tres placas. La placa central está conec-tada al brazo de masa y es una parte del puente capacitivo. Al variarla gravedad las capacidades de las tres placas son influenciadas por

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la deflexión de la placa central, con lo que el puente se desequilibra.Se genera una corriente proporcional a la deflexión de la placa cen-tral que es amplificada, rectificada en fase y enviada a un galvanó-metro, que debe ponerse a cero en cada medida, pero para mayorrapidez en la operación puede prescindirse de ello con tal que lasdesviaciones de la posición cero sean de unas pocas divisiones dela escala.

La linealidad del dispositivo permite una determinación muy pre-cisa (20 divisiones de escala del galvanómetro por mgals). Estas va-riaciones del galvanómetro se usan principalmente para el registrode variaciones de la gravedad con el tiempo —componente verticalde marea—. El instrumento está dotado de un buen aislamiento tér-mico y equipado con dos termostatos que de acuerdo con la tempe-ratura exterior pueden ser ajustados a los distintos rang'os de tem-peratttra 25'°, 35°, 40° y 45°, con lo que se garantiza la constancia delos resortes compensadores de temperatura así como los componen-tes usados en el indicador de cero.

El sistema de calibración, unido a la suspensión, consiste en unaesfera de masa conocida que por balanceamiento puede desplazarseentre dos muescas situadas a distancia perfectamente conocida unade otra. Este desplazamiento de la esfera provoca una variación enel momento de masa. La deflexión así obtenida se compensa me-diante el sistema de medida y se expresa en mgals. Si E0 es el valorde la calibración para un valor de la gravedad g0 para otro puntode gravedad g el valor de calibración es

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E = E

La nivelación del aparato se consigue mediante dos niveles cruzadossituados en su parte superior, apoyándose en un trípode de casqueteesférico con su propio nivel.

Las características del GS 15 puede resumirse en :

1. Sensibilidad de 20 div. esc. galv./mgal.2. Precisión en la medida 0,01 mgal y en registro 0,001 mgal.3. No tiene deriva apreciable y los efectos de presión y de aci-

mut son prácticamente inexistentes.

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4. Margen de unos 700 mgãls en medida directa y de unos 6.000en medida indirecta.

5. Velocidad de medida = 3 minutos por estación.Completa el equipo un módulo ASKANIA GMBH para el calibrado

electromagnético y un registrador SIEMENS KOMPENSOGRAPH.La alimentación es por bateria de 24 voltios y 4 pilas de 1,5 vol-

tios en trabajo de campo. En estación se conecta directamente a lared a través del módulo.

Mediante la supresión de un filtro el equipo puede ser usado comosismógrafo registrador.

3. MÉTODO DE MEDIDA Y REDUCCIÓN

Para conseguir una termostatización adecuada del instrumentoéste deberá estar conectado a una fuente de alimentación doce horasantes de realizarse la medida. Por ello nuestro gravímetro funcionóen régimen continuó durante toda la campaña, alimentándose duran-te los itinerarios de una batería de 24 voltios y durante la noche dela red, intervalo que se aprovechaba para cargar la batería.

En la estación se sitúa el trípode nivelado y sobre él se asientael gravímetro procediéndose a su nivelación usando sus propios ni-veles e independientemente de la nivelación del trípode. Se conectanlas lámparas de iluminación. Después se coloca el galvanómetro enposición «insensitive», se suelta lentamente el sistema de bloqueo gi-rando hacia la derecha la palanca correspondiente. Si la aguja delgalvanómetro se desplaza de cero más de 6 divisiones de escala, conel mando de medida se la llevará a las proximidades del cero. A con-tinuación se pone el galvanómetro en posición «sensitive» y se apro-xima la aguja a la posición cero con el mismo mando de medida. Noes necesario ajustar en el cero la aguja del galvanómetro, puede de-jarse en el intervalo de + 6 divisiones de escala.

Realizada esta operación, que se hará con sumo cuidado, se mue-ve el mando de la lectura hasta situar la línea de la graduación de laescala de cristal en el interior de las líneas índices que se muevenparalelamente a dicha escala cuando se mueve el mando de lectura.El campo de visión del ocular de lectura se muestra en la figura 2.

Efectuada la lectura, el galvanómetro se pone en situación «off»y se bloquea el gravímetro con la palanca correspondiente girándola

202 —

a tope hacia la izquierda. Se desconectan las lámparas de iluminación.

La reducción de las unidades de la escala de cristal y del galva-nómetro a mgals se realiza por la fòrmula :

Lm = (4.9385 + 5.0625 x IO-4 x L,) Le + 0,05 L,

l e c T U R A : 41.828 diV.CSC.

Fig. 2.—Campo de visión del ocular de lectura.

siendo L,m lectura en mgals, L, lectura de la escala de cristal y L¿,lectura del galvanómetro que es positiva si la aguja está a la derechadel observador.

El valor de la gravedad en la estación gE vendrá dada por la re-lación :

SE = Su + (Lm LB)

•donde ^B es el valor de la gravedad adoptado para la estación basey LB la lectura en mgals del gravímetro en la estación base.

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4. DISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES. ITINERARIOS

La base fundamental se fijó en el edificio de la antigua torre demando del aeropuerto de Arrecife (fig. 3), adoptando como valor dela gravedad en este punto el de gt = 979.45278 gals dado por el Ins-tituto Geogràfico y Catastral.

T O R ß E . " B E ' M A N D O

Uvera"ï:

I

I

I

•20RCH6

(I

PISTA t>£ V U E L O

Fig. 3.

Las estaciones de la red gravimetrica se situaron en puntos sig-nificativos de la isla atendiendo a las necesidades geodésicas por unaparte y de prospección por otra.

La figura 4 muestra la distribución de la densidad de estacionesvariando ésta desde 20 estación por km2 (zona 1) a una estación porkm2 (zona 3), con un total de 226 estaciones.

Los itinerarios seguidos fueron cerrados en las estaciones Aero-puerto, Yaiza e Hilario, las cuales fueron perfectamente enlazadas.Las derivas del gravímetro contrastadas fueron nulas en su mayo-ría, precediéndose a rechazar y repetir los itinerarios en los que la•deriva no fue cero, por interpretar que adolecía de equivocacionesdado el comportamiento general del gravímetro, como pudo compro-

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barse posteriormente. Además al principio, en el medio y al final dela campaña el gravímetro estuvo registrando continuamente duranteveinticuatro horas para corregir el efecto de marea.

L A N Z A R O T EDISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES GRAVIMETRÍAS

Fig. 4.

Las coordenadas de los puntos estación se obtuvieron por inter-polación del mapa a escala 1/25.000 proyección Lambert. Las altitu-des asignadas a las diferentes estaciones varían en su procedenciade unas a otras ; por una parte existen estaciones cuya altitud fuedada por la red de nivelación ejecutada por el Instituto Geográficoy Catastral al coincidir con aquélla ; por otra parte, para otras esta-

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clones se interpolaron de la cartografía y se comprobaron con unaltímetro de precisión. La precisión pues en las altitudes no es homo-génea, pudiendo decir que varía entre 0,15 m. para las primeras y0,50 para las segundas, incluso pudieran sobrepasar esta cifra paralas estaciones situadas en malpaís de difícil acceso, localización y ob-servación.

5. CÁLCULO DE ANOMALÍAS

El cálculo de anomalías gravimétricas se efectuó tomando comobase la fórmula de la gravedad normal

7 = 978.0319 (1 + 0.0053024 sen^ cp — 0.0000059 sen2 2 9)

sistema 1967 obtenida para

a = 6.378.160 m.GM = 398.603 x 10«

J2 = 10.827 x IO-'

siendo <p la latitud geográfica de la estación considerada.Las anomalías calculadas fueron :

Anomalías al aire libre

Por la expresión

kgf. = e — r + F x A

siendo

g = gravedad mediay = gravedad teóricaF = 0.308551 + 0.000227 cos 2 cph = altitud en metros sobre el nivel del mar

Anomalía Bouguer

Por • la expresión

A SB = A gF — B + T

— ató —

Siendo

B = 0.11189688 Ã.T = correcció« 'topográfica utilizando loa compartimentos

de las tablas Hammer con altitudes medias toma-das de la cartografía.

Los coeficientes utilizados para los diversos compartimentos fue-ron los indicados en la tabla de corrección topográfica de la página,siguiente.

Para el cálculo de la corrección topográfica se procede como siguepara cada compartimento.

Sea

he la altitud de la estaciónhf la altitud del compartimento

Si hc > O la corrección es C — /, siendo t el valor dado por la.tabla para el compartimento considerado, correspondiente a la.altitud

Si hc < O la corrección es

C = íl — 0.3846442 ^

siendo ía y ía los valores dados por la tabla para el compartimento-considerado correspondientes a las altitudes

!*,+ *„ y 1 hc I

respectivamente.Hemos preferido utilizar las tablas Hammer en vez de las clásicas

de Hayford por ser más apropiadas a la prospección y por ser la.zona observada una isla de pequeña extensión.

No se han utilizado fórmulas más completas dado el orden deprecisión con que se conocen las altitudes.

Todos los cálculos han sido efectuados por el ordenador IBM360/65 del Centro de Cálculo de la Universidad Complutense, median-te los correspondientes programas Fortran IV del cual se adjunta,un listado.

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oor-TíQor- inooc- tnoef r - íooor- inoo i^ i f ioop- inoofc iooo>o·»·o·o>c·í·ocJ·CvJ·c;o"'O·iroo<!·4·oo^'a·oOíO<·oocf>oopo j r ôccyc r , oocs i r r ióO( \ j fnooc\ i f< iOO( \ icoo O..CN! m c p f< o

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— 268 —

Los datos de entrada de este programa «LANZAROT» son :

IN, NU, índice y número de la estación.DES, CRI, PCI, variables alfanuméricas para el nombre.LAG, LAM, LAS, LOG, LOM, LOS, coordenadas geográficas.IH, GM, altitud y gravedad observadas.TA, matriz de los compartimentos de las tablas de Hammer.MA, MF, MG, MH, MI, MJ, MK, MU, altitudes de los comparti-

mentos de Hammer para cada estación.

La Subrutina COR realiza la corrección topográfica.La Subrutina EROS calcula Ia medida de la precisión.

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- »73 -

En el listado adjunto de las estaciones figura :Columnas :1. Número de orden.2. ' Número de estación.3. Nombre.4. Latitud.5. Longitud.6. Altitud.7. Gravedad teórica.8. Gravedad observada.9. Corrección aire libre.

10. Anomalía aire libre.11. Corrección lámina Bouguer.12. Corrección topográfica.13. Anomalía Bouguer completa.

Mapa de anomalías

El mapa de anomalías Bouguer de 5 en 5 mgals que se presentamuestra claramente las cuatro series de la isla. Puede observarse unmáximo de 220 mgals en la zona de San Bartolomé (zona antigua)y un mínimo de 150 en la zona del Timanfaya (zona reciente). Enconjunto puede afirmarse que la isla está gravimetricamente «incli-nada» en la dirección NW-SE.

- 274 -

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Levantamiento gravimetrico de Lanzarote - rac.es · 28°40'55" de latitud Norte y los meridianos...

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