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MTODO DE PROSPECCIN - MAGNTICAEste mtodo de prospeccin detecta anomalas o desviaciones del valor normal del Campo Geomagntico debido a la presencia de minerales ferromagnticos, diamagnticos y/o paramagnticos. La mayora de las rocas contiene pequeas cantidades de xidos de hierro, de modo que si se cristalizan a partir de un magma y en presencia de un Campo Magntico externo (el terrestre), los Momentos Magnticos finalizarn orientados, lo que reanudar una anomala magntica. Estos yacimientos producen un campo magntico inducido, es decir su propio campo magntico. Un magnetmetro mide simplemente las anomalas magnticas en la superficie terrestre las cuales podran ser producto de un yacimiento. Esta tcnica es especialmente til para obtener informacin sobre estructuras geolgicas que hayan estado sometidas a altas temperaturas y localizacin de cuerpos metlicos en general, artefactos y estructuras metlicas creadas por el hombre tambin generan anomalas magnticas, razn por la cual este mtodo se utiliza tambin en arqueologa. HISTORIA La ciencia del magnetismo inici en el ao 1600. En este ao el ingls William Gilbert nacido en 1544 (fallecido en 1603) public el libro 'De Magnete', que es una compilacin de todos los conocimientos ya existentes en el siglo 16 acerca del magnetismo. En esta publicacin Gilbert estableci el concepto de un campo geomagntico general con una orientacin definida en cada lugar de la superficie terrestre. A fines del siglo 16 la observacin de anomalas locales en la orientacin del campo geomagntico fue conocida y empleada en la prospeccin de minerales frricos. En 1870 Thalen y Tiberg construyeron un magnetmetro para determinaciones relativas, rpidas y exactas de las intensidades horizontal y vertical de la declinacin por medio de los mtodos del seno y de la tangente. El mtodo magntico se emple en gran escala en el estudio de estructuras geolgicas, cuando en 1914 y 1915 Adolf Schmidt construy la balanza de precisin vertical, tambin llamada varimetro del tipo Schmidt. Desde 1902 Adolf Schmidt, nacido 1860 en Breslau y fallecido 1944 en Gotha dirigi el observatorio magntico de Potsdam como director. La balanza vertical se constituye de una aguja magntica orientada horizontalmente en la direccin Este Oeste y oscilante sobre cuchillas de gata o bien de cuarzo. Este varimetro permite la medicin del campo vertical y su variacin local en dimensiones de 1 gamma y por lo tanto este instrumento es suficientemente preciso para ser empleado en las exploraciones mineras. PRINCIPIO La tierra genera un campo magntico en el rango de aproximadamente 0,30000 a 0,65000G (Gauss, u Oersted). Este campo se puede comparar con el campo correspondiente a un dipolo (como un imn de barra) situado en el centro de la Tierra, cuyo eje est inclinado con respecto al eje de rotacin de la Tierra. El dipolo est dirigido hacia el Sur, de tal modo en el hemisferio

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA Norte cerca del polo Norte geogrfico se ubica un polo Sur magntico y en el hemisferio Sur cerca del polo Sur geogrfico se ubica un polo Norte magntico. Por convencin se denomina el polo magntico ubicado cerca del polo Norte geogrfico polo Norte magntico y el polo magntico situado cerca del polo Sur geogrfico polo Sur magntico. El campo geomagntico no es constante sino sufre variaciones con el tiempo y con respecto a su forma. La imantacin inducida depende de la susceptibilidad magntica k de una roca o de un mineral y del campo externo existente. La imantacin remanente de una roca se refiere al magnetismo residual de la roca en ausencia de un campo magntico externo, la imantacin remanente depende de la historia geolgica de la roca.

Fig. 1: Principio de la magnetometra ALCANCE

Las anomalas magnticas detectadas a travs de estudios magnticos en terreno se explican con variaciones en las propiedades fsicas de las rocas como la susceptibilidad magntica y/o la imantacin remanente de las rocas. Estas propiedades fsicas solo existen a temperaturas debajo de la temperatura de Curie. En consecuencia los generadores de las anomalas magnticas podemos hallar hasta una profundidad mxima de 30 a 40 km. APLICACIN El mtodo magntico es el mtodo geofsico de prospeccin ms antiguo aplicable en la prospeccin petrolfera, en las exploraciones mineras y de artefactos arqueolgicos. En la prospeccin petrolfera el mtodo magntico entrega informaciones acerca de la profundidad de las rocas pertenecientes al basamento. A partir de estos conocimientos se puede localizar y definir la extensin de las cuencas sedimentarias ubicadas encima del basamento, que posiblemente contienen reservas de petrleo. An no siempre con xito se lo aplica en el levantamiento de la topografa del basamento, que puede influir la estructura de los sedimentos superpuestos. Se lo emplea en la delineacin de depsitos magnticos intrasedimentarios como rocas subvolcnicas e intrusiones emplazadas en somera profundidad, que cortan la secuencia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA sedimentaria normal. Como las rocas sedimentarias generalmente ejercen un efecto magntico desapreciado en comparacin con el efecto magntico generado por las rocas gneas la mayora de las variaciones de la intensidad magntica medidas a la superficie terrestre resulta de cambios litolgicos o topogrficos asociados con rocas gneas o con rocas del basamento. El desarrollo reciente de magnetmetros de alta precisin posibilita ahora la definicin de pequeas repuestas magnticas de alta frecuencia y la deteccin de variaciones muy pequeas de la intensidad magntica, que podran ser relacionadas con variaciones diminutas en el carcter magntico de rocas sedimentarias yacentes en profundidad somera con respecto a la superficie terrestre. Las variaciones magnticas muy pequeas en el contenido en minerales magnticos se refieren a valores alrededor de 0,1 gamma. En las exploraciones mineras se aplica el mtodo magntico en la bsqueda directa de minerales magnticos y en la bsqueda de minerales no magnticos asociados con los minerales, que ejercen un efecto magntico mensurable en la superficie terrestre. Adems el mtodo magntico se puede emplear en la bsqueda de agua subterrnea. Por medio de estudios aeromagnticos se puede localizar zonas de fallas, de cizallamiento y de fracturas, que pueden albergar una variedad grande de minerales y dirigir a una mineralizacin epigentica, relacionada con estress de las rocas adyacentes. El conocimiento de sistemas de fracturas y de acuferos en rocas solidificadas cubiertas por una capa de depsitos aluviales puede facilitar la bsqueda y explotacin de agua subterrnea. A travs del mtodo magntico se pueden levantar las discordancias y las superficies terrestres antiguas ahora cubiertas por rocas ms jvenes con el fin de explorar minerales detrticos y/o minerales de uranio relacionados con discordancias. Hasta el medio de la quinta dcada de este siglo prcticamente solo se llevaron a cabo los mtodos magnticos de exploracin en la superficie terrestre. Hoy da en la prospeccin petrolfera se emplean casi exclusivamente magnetmetros instalados en aviones y en barcos. En los estudios de reconocimiento de depsitos minerales se emplean magnetmetros aeroportados. MODELO DE UN DIPOLO MAGNTICO El campo geomagntico se describe en una aproximacin por un dipolo magntico ubicado en el centro de la tierra, cuyo eje est inclinado con respecto al eje de rotacin de la tierra. El dipolo est dirigido hacia el Sur, de tal modo en el hemisferio Norte cerca del polo Norte geogrfico se ubica un polo Sur magntico y en el hemisferio Sur cerca del polo Sur geogrfico se ubica un polo Norte magntico. Por convencin se denomina el polo magntico ubicado cerca del polo Norte geogrfico polo Norte magntico y el polo magntico situado cerca del polo Sur geogrfico polo Sur magntico. Una aproximacin satisfactoria a la forma del campo geomagntico es un dipolo ubicado en el centro de la tierra con las coordenadas geogrficas siguientes correspondientes a las intersecciones del eje dipolar con la superficie:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA La interseccin boreal del eje dipolar con la superficie terrestre: latitud = 79N, longitud = 290E (=70W). La interseccin austral del eje dipolar con la superficie terrestre: latitud = 79S, longitud = 110E.

Fig.2: Esquema del dipolo magntico

COMPONENTES DEL CAMPO GEOMAGNTICO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA VARIACIONES DEL CAMPO GEOMAGNETICOTipo de variacin Origen Variacin en Forma espacial funcin del tiempo Amplitud tpica

Dipolar Secular

Interior de Desciende la Tierra lentamente Ncleo de 1-100a la Tierra

Aproximadamente 25.000 dipolar 70.000nT irregular, +/10migrando hacia el 100nT/a W -

Diurna

Exterior, 24 hrs, 27 Depende de * y 10 relacionado das, 12 de la actividad de 100nT con meses, 11 a manchas solares manchas solares Exterior Frecuencia: Depende de * y 0,002 -0,1 de la actividad de Hz manchas solares y de tormentas magnticas Frecuencia: 1 - 1000Hz

Micropulsaciones

Normal: 1 - 10nT, mximo: 500nT

'Audio frecuency magnetics'

1

Exterior

Depende de * y 0,01nT/s de la actividad de manchas solares y de tornados Hasta 0,01nT/s

Efectos de corrientes telricos

Interior en Frecuencia: Geologa baja 0,002 profundidad 1000Hz Interior en secular baja profundidad hasta la geoterma del punto 2 de Curie

Imantacin inducida de las rocas

Geologa, vara, Hasta depende en 0,05 3 primer lugar del emu/cm contenido en magnetita en las rocas Hasta 0,2 3 emu/cm

Imantacin remanente de las rocas Interior en baja profundidad hasta la geoterma del punto 2 de Curie

Se Geologa descompone durante tiempos geolgicos

1: Depende de variaciones espaciales en el campo electromagntico introducido en corteza terrestre por descarga troposfrica (troposfera 0-10km). 2: El gradiente geotrmico depende del lugar. En una zona de subduccin en la zona del hundimiento de la placa el gradiente es mucho menor en comparacin al gradiente geotrmico establecido en el arco magmtico, donde el gradiente geotrmico puede alcanzar a T = 100C/km. El gradiente geotrmico causado por un metamorfismo de soterramiento en una

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA cuenca sedimentaria es alrededor de 10C/km. Un valor medio es 30/km. La temperatura de Curie para magnetita es T = 573C. COMPORTAMIENTO DE DISTINTOS MATERIALES SITUADOS EN UN CAMPO EXTERNO Se distingue los materiales siguientes segn su comportamiento ponindolos en un campo externo: 1. Materiales diamagnticos 2. Materiales paramagnticos 3. Materiales ferromagnticos ferromagnticos verdaderos antiferromagnticos ferrimagnticos 1. Los materiales diamagnticos estn caracterizados por susceptibilidades magnticas negativas, lo que significa, que la imantacin inducida en ellos est orientada en sentido opuesta con respecto al campo externo aplicado. Las susceptibilidades magnticas de la mayora de los materiales diamagnticos no dependen de la temperatura. Solo las susceptibilidades magnticas de antimonio y bismuto varan a T = -180C. Materiales diamagnticos son entre otros las sales, la anhidrita, cuarzo, feldespato y grafito. El diamagnetismo se basa en el movimiento de un electrn alrededor de su ncleo generando una corriente de poca intensidad. El momento magntico (o espn) es un vector, que en presencia de un campo magntico externo toma un movimiento de precesin alrededor de este campo externo. Este movimiento peridico adicional del electrn produce un momento magntico orientado en sentido opuesto con respecto al campo aplicado. El diamagnetismo puro slo aparece si los momentos magnticos de los tomos son nulos en ausencia de un campo exterior como en los tomos o iones que poseen capas electrnicas completas. 2. Los materiales paramagnticos son ligeramente magnticos, caracterizados por susceptibilidades magnticas pequeas positivas. En los materiales paramagnticos la susceptibilidad magntica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta segn la Ley de Curie. La mayora de los componentes formadores de las rocas como por ejemplo los silicatos comunes son para- o diamagnticos. Los granos de materiales para- y diamagnticos tienden alinearse con sus ejes longitudinales transversal- u oblicuamente con respecto al campo externo aplicado. Los tomos o las molculas de los materiales paramagnticos estn caracterizados por un momento magntico en ausencia de un campo externo y por una interaccin magntica dbil pasando entre sus tomos. Normalmente sus tomos estn distribuidos al azar, pero aplicando un campo externo tienden alinearse paralelamente a la direccin del campo. Esta alineacin es una tendencia, que se opone a su agitacin trmica. El paramagnetismo se basa en los espines (momentos magnticos) no compensados de los electrones, que ocupan capas atmicas incompletas como los subpisos 3-d de los elementos escandio y manganeso por ejemplo. Minerales paramagnticos son olivino, piroxeno, anfibol, granate y biotita. En un separador magntico dependiendo de sus susceptibilidades

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA magnticas respectivas estos minerales son imantizados a distintas intensidades del campo magntico engendrado por el separador magntico . 3. Los materiales ferromagnticos tienen susceptibilidades positivas y relativamente altas. Sin aplicar un campo magntico externo la interaccin de los momentos magnticos de sus tomos resulta en un comportamiento colectivo de grupos de tomos, llamados dominios. En los elementos hierro, cobalto y nquel esta interaccin es caracterstica para los espines no compensados de los subpisos 3-d de sus tomos. Estos elementos pueden lograr un estado de imantacin espontneo consistente en la configuracin ordenada de los momentos magnticos de todos los tomos. Aplicando un campo magntico los dominios se alinean en configuraciones paralelas y con sus ejes longitudinales paralelas a la direccin del campo externo de tal modo generando una susceptibilidad magntica alta. A los cuerpos ferromagnticos corresponden ciclos de histresis tpicos.

Fig. 3: Orientacin de los momentos magnticos en las sustancias ferromagnticas

En los materiales antiferromagnticos los momentos magnticos de los tomos vecinos son de la misma magnitud, pero antiparalelos. Cada una de estas subredes recuerda un estado de un cuerpo ferromagntico. Las dos subredes ordenadas orientadas en sentido opuesto entre s se anulan mutuamente resultando en un momento magntico total igual a cero. La susceptibilidad magntica de un material antiferromagntico es relativamente baja a temperaturas debajo del punto de Curie, sube con la temperatura acercndose a la temperatura de Curie caracterstica para el material en cuestin, alcanza su mximo a la temperatura de Curie y encima de la temperatura de Curie su susceptibilidad decrece. A los materiales antiferromagnticos pertenecen entre otros la hematita (Fe2O3, TCurie = 675C), los xidos de manganeso, de hierro, de cobalto y de nquel. Los materiales ferrimagnticos tienen dos subredes de iones metlicos con momentos magnticos orientados antiparalelamente, pero de magnitud diferente dando lugar a

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA un momento resultante desigual a cero, incluso en ausencia de un campo exterior. La magnetita Fe3O4 es un material ferrimagntico y el mineral ms importante en contribuir al magnetismo de las rocas. Otros minerales ferrimagnticos son la ilmenita FeTiO3, Titanomagnetita Fe(Fe,Ti)2O4, la pirotina Fe1-xS y los xidos de la formula general XOFe2O3, donde X puede ser ocupado por Mn, Co, Ni, Mg, Zn y Cd. El magnetismo de las rocas se debe a magnetita y a otros minerales del sistema ternario FeO - Fe2O3 - TiO2. La composicin de cada cristal mixto junto con su temperatura de Curie se presenta en el tringulo siguiente. Adems la pirotina contribuye apreciadamente al magnetismo de las rocas. MAGNETMETROS Existen varios mtodos de medicin y varios tipos de magnetmetros, conque se puede medir una componente del campo magntico. El primero mtodo para determinar la intensidad horizontal absoluta del campo geomagntico desarroll el matemtico alemn Carl Friedrich Gauss (desde 1831). Los magnetmetros, que se basan en principios mecnicos, son entre otros la brjula de inclinacin, la superbrjula de Hotchkiss, el varimetro del tipo Schmidt, el varimetro de compensacin. El primero magnetmetro til para la prospeccin minera fue desarrollado en los aos 1914 y 1915 .El llamativo varimetro del tipo Schmidt mide variaciones de la intensidad vertical del campo magntico con una exactitud de 1g, que es la dimensin de las variaciones locales de la intensidad magntica. El 'flux-gate-magnetometer' se basa en el principio de la induccin electromagntica y en la saturacin y mide variaciones de la intensidad vertical del campo magntico. El magnetmetro nuclear se basa en el fenmeno de la resonancia magntica nuclear y mide la intensidad total absoluta del campo magntico a tiempos discretos. El magnetmetro con clula de absorcin se funda en la separacin de lneas espectrales (absorcin ptica) por la influencia de un campo magntico. Este instrumento mide la intensidad total del campo magntico continuamente, con sensibilidad alta y una exactitud hasta 0.01gamma. REALIZACIN DE MEDICIONES MAGNTICAS EN EL CAMPO Y CORRECCIONES NECESARIAS PARA LAS MEDICIONES MAGNTICAS Aplicando el mtodo magntico en la prospeccin minera se quiere delinear variaciones del campo geomagntico o es decir anomalas magnticas relacionadas con un depsito mineral con un cierto contenido en magnetita o pirotina por ejemplo. Generalmente las mediciones magnticas se realizan a lo largo de perfiles en estaciones de observacin en distancias regulares. Combinando perfiles paralelos se obtiene un mapa de observaciones magnticas. La mayora de los magnetmetros disponibles para la prospeccin minera mide variaciones de la intensidad vertical (interpretacin ms clara en comparacin a la medicin de variaciones en las intensidades total y horizontal). Por lo tanto se trata de mediciones relativas, cuya precisin es ms alta en comparacin a las mediciones absolutas. El campo geomagntico sufre variaciones con respecto al tiempo y a su forma como la variacin diurna por ejemplo. Estas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA variaciones, que no estn relacionadas con un depsito mineral con un cierto contenido en magnetita por ejemplo superponen los valores medidos. Por esto se debe corregir los valores medidos. La variacin diurna se corrige repitiendo la medicin de la variacin de la intensidad vertical en una estacin de base en intervalos de tiempo regulares desde el principio hasta el fin de la campaa de medicin. Los valores medidos en la estacin de base se presentan en funcin del tiempo, que permite calcular el valor de correccin correspondiente a cada medicin en una estacin de observacin. Los valores reducidos se presentan en perfiles y/o mapas. EJEMPLOS DE ANOMALAS En el caso que no se puede definir claramente la forma de una anomala magntica y en presencia de conductividad ya detectada y diseada se orienta el eje de la anomala magntica en la misma direccin como el eje de la anomala conductiva o como otras estructuras geofsicas o geolgicas ya conocidas. Las estructuras causantes de anomalas magnticas a menudo estn paralelas entre s como un sistema de diques paralelos con alto contenido en magnetita por ejemplo. Frecuentemente se puede localizar una anomala conductiva al mismo lugar, en la misma orientacin y de forma parecida como la anomala magntica. En el caso de varias estructuras paralelas causantes de anomalas magnticas se trata distinguir estas y disearlas separadamente. En el caso que los conductores elctricos se ubican en los flancos de una anomala magntica, se distingue entre la anomala magntica central y las anomalas magnticas asociadas con anomalas conductivas formando los flancos de la anomala magntica central. Por ejemplo un cuerpo de peridotita (roca plutnica de olivino y piroxeno) est rodeado por sulfuros de alto contenido en pirotina (Fe1-xS). El cuerpo de peridotita genera la anomala magntica central y los sulfuros producen las anomalas magntica y conductiva ubicadas en el hombro de la anomala magntica central. En reas de gradientes de intensidad magntica bajos se trata de delinear tendencias lgicas delineando la anomala a partir de los valores ms altos presentes. Este mtodo se emplea especialmente en el caso que un cuerpo conductivo est orientado en la misma direccin como el alto magntico y se utiliza isolneas intermedias. EJEMPLOS DE APLICACIONES DEL MTODO MAGNTICO Una aplicacin geolgica es el levantamiento de tendencias estructurales del basamento cubiertas por una capa de sedimentos sueltos o compactados y el levantamiento de rocas gneas y metamrficas ubicadas en una profundidad somera cubiertas por la vegetacin o una capa aluvial. Una lineacin delineada por los contornos de isolneas magnticas puede reflejar por ejemplo el rumbo del eje de un cuerpo intrusivo longitudinal o los planos de fallas grandes en la topografa del basamento. En un rea caracterizada por una geologa superficial bien expuesta se puede elaborar un mapa geolgico con un esfuerzo mnimo, de modo que se combinan los datos geolgicos obtenidos de algunos pocos afloramientos distribuidos irregularmente en terreno con las tendencias aeromagnticas observadas. En este caso los datos magnticos pueden justificar una interpolacin de los pocos datos geolgicos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA Sin informaciones adicionales normalmente no es posible distinguir si una anomala magntica observada se debe a un relieve estructural o a una variacin litolgica lateral. Principalmente el mtodo magntico se aplica en las exploraciones mineras con los objetivos siguientes:

La bsqueda de minerales magnticos como magnetita, ilmenita o pirotina. La localizacin de minerales magnticos asociados con minerales no magnticos, de inters econmico como minerales indicadores. La determinacin de las dimensiones (tamao, contorno, profundidad) y estructuras de zonas mineralizadas cubiertas por capas aluviales o vegetales.

Exploracin magntica para menas de Fe La mayora de la produccin de Fe (aproximadamente 90%) se explota de depsitos de origen sedimentario de composicin primaria ooltica y silcea. Lo dems se extrae de depsitos de origen magmtico con minerales de Fe de origen magmtico o con minerales de Fe residuales despus de la meteorizacin de las dems componentes de las rocas magmticas. Los depsitos de Fe asociados con rocas magmticas frecuentemente estn caracterizados por un cociente magnetita/hematita alta y en consecuencia pueden ser detectados directamente por las mediciones magnticas. Las taconitas son depsitos de Fe de origen sedimentario. Su carcter magntico depende de su estado de oxidacin, puesto que la magnetita se descompone por la oxidacin. Las taconitas oxidadas son mucho menor magnticas en comparacin con las taconitas no oxidadas. Con el mtodo magntico se podan ubicar las zonas de taconitas no o poco oxidadas, que por su procesamiento ms fcil son ms favorables para la explotacin. Por el mtodo magntico se puede localizar depsitos de Fe cubiertos por otras formaciones geolgicas y situados en cierta profundidad en la corteza terrestre como por ejemplo los rellenos hidrotermales de fracturas cerca de Pea Ridge Mountain, Missouri, que se descubrieron por medio de sondeos realizados a lo largo de una anomala magntica de forma longitudinal. Exploracin magntica para otros minerales Por su asociacin con minerales magnticos como magnetita y pirotina minerales no magnticos como los metales bsicos nquel, cobre y oro por ejemplo pueden ser detectados por el mtodo magntico. Frecuentemente se emplea el mtodo magntico en la exploracin para diamantes, que ocurren en chimeneas volcnicas de kimberlitas o lamprfidos . Por su contenido en magnetita e ilmenita se puede localizar estas chimeneas con el mtodo magntico. Se han encontrado las chimeneas de kimberlitas en los Estados Unidos, en la repblica sovitica antigua y en Africa del Sur, Este y Oeste.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA Exploracin magntica para hidrocarburos En la bsqueda de petroleo y gas natural se emplea el mtodo magntico para determinar la geometra (extensin, dimensin y potencia) de cuencas sedimentarias, que pueden atrapar los hidrocarburos. En base de los resultados magnticos se puede planificar y colocar ms precisamente los perfiles ssmicos mucho ms costosos en comparacin al mtodo magntico. Exploracin magntica para fuentes termales El mtodo magntico contribuye a la localizacin de la isoterma de Curie, que debajo de reas con actividad termal est elevada en comparacin a otras reas.

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MTODO DE PROSPECCIN GRAVIMTRICALa gravimetra es un mtodo muy importante en la bsqueda de depsitos minerales. Este mtodo aproveche las diferencias de la gravedad en distintos sectores. La gravitacin es la aceleracin (m/s2)de un objeto qu est cayendo a la superficie. La gravitacin normal (promedia) en la tierra es 9,80665 m/s2 . Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitacin en una regin determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleracin. El gravmetro es un equipo que puede medir diferencias muy finas en la gravedad. Principalmente cada balanza es un "gravmetro" porque una balanza mide el peso de un objeto. Peso significa la potencia que aplica la aceleracin a un objeto: El objeto quiere bajar. La manzana en la mano tiene un peso porque quiere caer hacia al piso, solo la fuerza del brazo y de la mano no lo permite. El peso de la manzana que siente la persona realmente es la atraccin de la manzana haca la tierra.

Fig. 4: Esquema de prospeccin gravimtrica

Arriba de un sector con mayor gravedad la balanza marca a un valor elevado, porque el objeto sufre una mayor fuerza para caerse al suelo. El equipo de un gravmetro es entonces una balanza muy sensible con un peso definido (m= masa) que sufre las diferencias de la gravedad.

Fig. 5: Principio de un gravmetro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA El mtodo gravimtrico hace uso de campos de potencial natural igual al mtodo magntico y a algunos mtodos elctricos. El campo de potencial natural observado se compone de los contribuyentes de las formaciones geolgicas, que construyen la corteza terrestre hasta cierta profundidad determinada por el alcance del mtodo gravimtrico (o magntico respectivamente). Generalmente no se puede distinguir las contribuciones a este campo proveniente de una formacin o una estructura geolgica de aquellas de las otras formaciones o estructuras geolgicas por el mtodo gravimtrico, solo en casos especiales se puede lograr una separacin de los efectos causados por una formacin o estructura geolgica individual. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atraccin gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisin satisfactoria ms fcilmente en comparacin con las mediciones del campo gravitatorio absoluto. Los datos reducidos apropiadamente entregan las variaciones en la gravedad, que solo dependen de variaciones laterales en la densidad del material ubicado en la vecindad de la estacin de observacin. HISTORIA El mtodo gravimtrico fue aplicado inicialmente en la prospeccin petrolfera en los Estados Unidos y en el golfo de Mxico con el objetivo de localizar domos de sales, que potencialmente albergan petroleo. Luego se buscaron estructuras anticlinales con este mtodo. El fin del siglo 19 el hngaro Roland von ETVS desarroll la balanza de torsin llamada segn l, que mide las distorsiones del campo gravitatorio causadas de cuerpos de densidades anmalas enterrados en el subsuelo como de domos de sal o cuerpos de cromita por ejemplo. En 1915 y 1916 se emplearon la balanza de torsin de ETVS en el levantamiento de la estructura de un campo petrolfero ubicado en Egbell en la Checoslovaquia antigua. En 1917 SCHWEIDAR levant un domo de sal ya conocido ubicado cerca de Hanigsen en Alemania por medio de una balanza de torsin y la estructura deducida y predicha a partir de esos estudios fue confirmada luego por sondeos. PRINCIPIO Ley de gravitacin de NEWTON Si cualquier cuerpo inicialmente estando en reposo cae sin ser estorbado despus un segundo tendr una velocidad de 9,80m/s en la direccin vertical. Despus de un segundo ms su velocidad ser: 9,80m/s + 9,80m/s = 19,60m/s. El aumento de la velocidad vertical de 9,80m/s de un cuerpo cayendo sin ser estorbado durante cada segundo se denomina aceleracin de gravedad o slo gravedad y se la expresa como 9,80m/s2. El primero trmino por segundo indica la velocidad medida como distancia pasada durante un segundo, el otro por segundo indica la variacin de la velocidad de 9,80m/s, que corresponde a un intervalo de 1s. La aceleracin de la gravedad g se debe a la aceleracin gravitatoria, que la tierra ejerce en cada cuerpo, menos la fuerza centrfuga causada por la rotacin de la tierra y dirigida en direccin perpendicular al eje de rotacin de la tierra y hacia afuera. La fuerza total, que acta en el cuerpo, es igual al producto de su masa m y de la aceleracin de gravedad g. Por consiguiente la atraccin gravitatoria en cualquier lugar de la superficie terrestre tiene numricamente el mismo valor como la fuerza gravitatoria ejercida a una masa unitaria en el mismo lugar.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA La unidad de la aceleracin a es 1cm/s2 = 1 Gal (nombrado segn Galileo) y 0,001cm/s2 = 1mgal = 10gu (unidades de gravedad). CORRECIONES DE DATOS (REDUCCIONES) Con el fin de comparar los valores de gravedad medidos a la superficie terrestre con la gravedad normal se corrige los valores de gravedad observados. En lo siguiente se introduce las reducciones comnmente aplicadas a los datos gravimtricos tomados en terreno. Un valor reducido es igual al valor observado de la gravedad menos el valor previsto de la gravedad basndose en el modelo terrestre elegido. En consecuencia una anomala es la diferencia entre lo observado y lo previsto de acuerdo con el modelo terrestre aplicado. Las siguientes reducciones se aplican a los valores gravimtricos observados en terreno:

Reduccin de la deriva del gravmetro Reduccin para las mareas Reduccin para la latitud Reduccin para la altura Reduccin topogrfica Reduccin con la losa de Bouguer

ANOMALAS DE GRAVEDAD Una anomala de gravedad se define como la variacin de los valores medidos de la gravedad con respecto a la gravedad normal despus de haber aplicado las correcciones necesarias. La anomala de aire libre resulta de las correcciones de la influencia de las mareas, de la derive del instrumento de medicin, de la latitud y de la altura. La anomala de Bouguer se obtiene aplicando todas las correcciones mencionadas. LA BALANZA DE ETVS La balanza de ETVS est equipada con dos pesos iguales situados a distintas alturas y unidos solidariamente. Este conjunto est suspendido de un hilo de torsin de tal manera que la construccin puede girar libremente en torno del hilo en el plano horizontal. En su disposicin ms comn el soporte es una barra ligera. Una de las masas reposa en uno de los extremos de la barra, la otra masa suspende del otro extremo de la barra. La barra gira solamente cuando acta una fuerza diferencial horizontal en ella o es decir cuando el campo gravitatorio terrestre de las proximidades del instrumento est distorsionado de tal manera que las componentes horizontales en los extremos de la barra difieren. En un campo gravitatorio que pudiera representarse por superficies equipotenciales planas y paralelas no habra ninguna rotacin de la balanza puesto que las componentes horizontales actuando en los dos extremos de la balanza seran iguales. Una deformacin de las superficies equipotenciales como puede originarse por la atraccin de una masa enterrada hara girar la balanza con una magnitud de rotacin, que depende de la magnitud de la fuerza horizontal no compensada y de la rigidez del hilo de torsin. El par de fuerzas opuestas ejercido por el hilo de torsin es proporcional al ngulo de rotacin medido con respecto a su posicin no

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA torsionada. Las masas de la balanza de torsin se desplazan paralelamente a la superficie terrestre y mediante un movimiento giratorio desde una zona de potencial gravitatorio alto hacia una zona de potencial gravitatorio ms bajo. La variante de la balanza de torsin estndar de ETVS empleada en trabajos de campo se constituye de dos barras paralelas de unos 40cm de largo con dos pesos sujetados en los dos extremos de cada una de las barras. Los dos pesos superiores estn apoyados en una de las barras, los dos pesos inferiores suspenden a unos 60 a 70cm por debajo de la otra barra. Cada peso tiene una masa de 25g. Las rotaciones pequeas causadas por el efecto de una fuerza diferencial horizontal se amplifican por medio de un sistema ptico. En una estacin de observacin se debe tomar por lo menos seis lecturas: se orienta el par de barras en tres direcciones separadas entre s 120 y se realiza por lo menos una lectura para cada barra en cada una de las tres distintas direcciones. Estas lecturas posibilitan la determinacin del gradiente de gravedad y la curvatura. En reas favorables la balanza de torsin puede alcanzar una precisin semejante a aquella de gravmetros modernos. No obstante hoy da la balanza de torsin no est ms en uso por la cantidad de lecturas necesarias para una estacin de observacin y por el tiempo gastado en estas lecturas. EJEMPLOS Domos de sal Generalmente un domo de sal ubicado en profundidad somera en la corteza terrestre est rodeado por rocas ms densas. En consecuencia en la superficie se detectan un mnimo o bajo de gravedad. Como frecuentemente los domos de sal tambin estn cubiertas con una formacin rocosa ms densa a veces se produce un aumento local de la gravedad dentro del mnimo de extensin ms amplia causado por el domo de sal (vese fig. 11-10: perfil gravimtrico del domo salino de Damon Mound, Texas). Anticlinales Una sucesin estratificada y plegada de formaciones con diferencias apreciables en su gravedad se reflejar en diferencias de la intensidad de la gravedad en la superficie terrestre. En el caso que las capas de densidad superior a la media de la sucesin estn cerca de la superficie, como en la charnela de un anticlinal, esta lnea marcar el eje del alto gravimtrico. En el caso que las capas de densidad inferior a la media de la sucesin estn cerca de la superficie el eje del anticlinal est asociado con un bajo gravimtrico. Arrecifes de caliza Los arrecifes de caliza son prometedores para la prospeccin petrolfera. Su localizacin a travs del mtodo gravimtrico depende en primer lugar del contraste de densidad entre las rocas formadores del arrecife de caliza y las rocas, que rodean el arrecife. Las variaciones de la intensidad gravitatoria son del orden de aproximadamente 0,3mgal a unos 0,1mgal ms.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAINGENIERA GEOLGICA GEOFSICA Masas metlicas En el caso de un depsito de cromo la densidad alta del cromo (rcromo = 0 3,99g/cm3) favorece la localizacin de un depsito de este tipo aplicando el mtodo gravimtrico. En Cuba en la provincia Camaguey se realiz un levantamiento gravimtrico con el objetivo de ubicar un depsito de cromo. Se estableci una red de estaciones de observacin con un espaciamiento de 20m y se midi la variacin de la gravedad con un error probable en el orden de 0,016mgal para cada medicin (vase fig. 11-14). De esta manera se poda detectar anomalas gravimtricas del orden de 0,05mgal interesantes desde el punto de vista prctica. Aplicaciones Por medio del mtodo gravimtrico se puede detectar contrastes de densidad existentes en la corteza terrestre debido a los distintos tipos de rocas, que constituyen la corteza terrestre. La mayora de las rocas sedimentarias por ejemplo es menos densa en comparacin a las rocas, que forman el basamento. En consecuencia con el mtodo gravimtrico se puede delinear la interfase o el lmite entre las rocas sedimentarias y las rocas del basamento subyacentes o las dimensiones de cuencas sedimentarias formando lechos o otras depresiones en las rocas del basamento. El mtodo gravimtrico es muy til en la exploracin inicial de reas cubiertas por una capa uniforme, que esconde los afloramientos y la estructura del subsuelo. La cubierta puede componerse de vegetacin densa, de agua somera o de aluviones por ejemplo. Los fines de la dcada sesenta un gravmetro portado por barco fue desarrollado, lo que empuj la exploracin gravimtrica de los mrgenes continentales de cubierta somera de agua. Combinando los datos gravimtricos con los resultados de la exploracin ssmica el geofsico puede identificar ms claramente estructuras y formaciones geolgicas como domos de sal o de rocas gneas por ejemplo en comparacin con la aplicacin de solo uno de estos mtodos geofsicos de exploracin. En la exploracin minera se aplica el mtodo gravimtrico en la bsqueda de minerales pesados como la cromita por ejemplo. Debido al contraste alto de densidad entre los minerales pesados y las rocas adyacentes ms livianas se puede delinear la distribucin y dimensin de las rocas de diferentes densidades por medio del mtodo gravimtrico. Los canales antiguos son prometedores para acumulaciones de menas de oro y de uranio. Frecuentemente ellos estn hundidos y escondidos debajo de una cubierta de otras rocas. Debido al contraste de densidad entre el relleno menos denso de estos canales, que hacen incisiones en rocas de mayor densidad, el mtodo gravimtrico est capaz de delinear la forma de estos canales. Los estudios de reconocimiento regional por medio del mtodo gravimtrico pueden resultar en el levantamiento de estructuras geolgicas de importancia regional tales como fallas o lineamientos, que son prometedores para acumulaciones de minerales y mineralizaciones. Adems se emplea el mtodo gravimtrico para distinguir anomalas electromagnticas causadas por sulfuros macizos de aquellas causadas por grafitos de densidad relativamente pequea, por ejemplo en el escudo canadiense se realizaron tales estudios.