método gravimetrico

UNIDAD: IV Método gravimétrico

Objetivos Generales:1. Interpretar mapas de componente residual y componente regional. 2. Relacionar mapas de espesores con mapas de isoperiodos obtenidos en una misma área de estudio.

Objetivos Específicos1. Comprender los principios básicos del método gravimétrico. 2. Conocer las diferentes etapas a considerar durante un estudio gravimétrico

Método Gravimétrico

Método GravimétricoIntroducción

El campo gravitatorio terrestre, o gravedad no es mas que un caso particular de la Ley de atracción universal por lo que se puede decir que el peso de un cuerpo es igual a la atracción de la tierra sobre dicho cuerpo.

La unidad mas utilizada en prospección gravimétrica es el miligal

Si la tierra fuese homogénea, perfectamente esférica e inmóvil, la gravedad sería constante sobre toda la superficie.

La prospección gravimétrica consiste en medir la gravedad o la variaciones de ella, para luego aplicarle a los valores crudos un cierto número de correcciones para eliminar la influencia de la rotación y forma de la tierra, con el fin de obtener las anomalías cuyo origen se deba únicamente a variaciones de densidad en el subsuelo

Método GravimétricoIntroducción

La medida y análisis de la variación de la gravedad sobre la superficie terrestre es una reconocida técnica en la investigación de estructuras subsuperficiales a diferentes profundidades. En estudios medioambientales y en ingeniería civil presentan un alto interés las variaciones de gravedad, las cuales reflejan:

Contrastes laterales en densidad

IntroducciónMétodo Gravimétrico

Detección de la frontera existente entre dos formaciones geológicas de densidad diferenciada.

La Técnica gravimétrica presenta un gran paralelismo con la prospección magnética. Ambos son campos potenciales del campo natural de la Tierra y ambos comparten técnicas de interpretación. La diferencia estriba en la propiedad física medida. El método gravimétrico presenta una gran sensibilidad al cambio de densidades.El método magnético presenta una gran sensibilidad al cambio de las propiedades magnéticas.

Método GravimétricoHistoria

El método gravimétrico fue aplicado inicialmente en la prospección petrolífera en los Estados Unidos y en el golfo de México, con el objetivo de localizar domos de sal, que potencialmente entramparan hidrocarburos.

Luego se buscaron estructuras anticlinales con este método. A finales del siglo XIX, el húngaro Roland von EÖTVÖS desarrolló la balanza de torsión, que medía las distorsiones del campo gravitatorio causadas por cuerpos de densidades anómalas, enterrados en el subsuelo como por ejemplo, domos de sal.

Entre 1915 y 1916, se empleó la balanza de torsión de EÖTVÖS en el levantamiento de la estructura de un campo petrolífero ubicado en Egbell, en la antigua Checoslovaquia.

En 1917, SCHWEIDAR prospectó un domo de sal, ya conocido, ubicado cerca de Hanigsen en Alemania por medio de una balanza de torsión, y la estructura deducida a partir de esos estudios fue confirmada luego por sondeos (pozos).

Sobre 1937 se estima (Mott-Smith 1937) que el noventa y ocho por ciento de los levantamientos gravimétricos realizados hasta la fecha, se habían obtenido mediante balanzas de torsión. Sin embargo también se comenzó a notar la alta influencia que sufrían las variaciones de la gravedad medidas por las balanzas ante una topografía abrupta

Método GravimétricoHistoria

Balanza de Torsión de Eotvos-Schweydar

(1923).

Método GravimétricoPrincipios

Ley de gravitación de NEWTON.

El potencial y el campo gravitatorio de la Tierra.

La forma teórica y la forma geométrica de la Tierra.

La gravedad normal “go”.

Ley de gravitación de NEWTON.

Principios Método Gravimétrico

Para el método gravimétrico se emplea el principio expuesto por NEWTON en su Ley de Gravitación Universal, donde se dice que la aceleración de la gravedad se debe a la aceleración gravitatoria que la Tierra ejerce en cada cuerpo, menos la fuerza centrífuga causada por la rotación de la Tierra y dirigida en dirección perpendicular al eje de rotación de la Tierra y hacia afuera. La fuerza total, que actúa en el cuerpo, es igual al producto de su masa “m” y de la aceleración de gravedad. Por consiguiente, la atracción gravitatoria en cualquier lugar de la superficie terrestre tiene numéricamente el mismo valor como la fuerza gravitatoria ejercida a una masa unitaria en el mismo lugar


La forma teórica y la forma geométrica de la Tierra.Forma geométrica:Elipsoide o esferoide: Esta superficie tiene una ecuación matemática bien definida basada en su definición geométrica. Es la superficie más conveniente para proyectar detalles de la superficie terrestre debido a que provee una figura relativamente simple y por tanto es apta para realizar cálculos geodésicos, tales como transporte de coordenadas, distancias, direcciones, etc.

La esfera: Esta superficie matemática con radio constante (a = b 6370 Km) puede ser utilizada para:

• Representar la superficie terrestre a escalas pequeñas (1:5.000.000).

•Realizar las consideraciones necesarias en la deducción de los modelos matemáticos usados en topografía (conocida también como geodesia común).


Forma teórica o forma física:Las superficies matemáticas de referencia para representar la Tierra son necesarias para medir y representar la posición horizontal de puntos en el mapa. Sin embargo, para medir las alturas de los puntos se usa una superficie natural equipotencial (igual potencial gravitatorio en todos sus puntos) llamada geoide.



El Geoide:

Se le conoce como la figura física de la Tierra, es una superficie que:•Es perpendicular a la línea de la plomada (dirección de la gravedad).• Su potencial es la suma de un potencial gravitatorio y de un potencial centrífugo, constante en todos sus puntos.• Coincide aproximadamente con el nivel medio del mar. El geoide es materializado a través de lecturas promediadas en un período extendido de tiempo sobre mareógrafos.• Es continua, cerrada y convexa, representativa de la distribución de la densidad de la Tierra.• Presenta una curvatura variable, cuya determinación analítica es imposible, por lo que no es una superficie de referencia útil para efectos de posicionamiento horizontal.• Es conveniente para referir las alturas de puntos de la superficie terrestre (datum vertical). Las alturas sobre el nivel medio del mar (n.m.m.) son materializadas en una serie de puntos fijos que conforman la Red de Nivelación Nacional .

Superficie física y superficie geométrica de la Tierra.

Ondulaciones de geoides para algunas ciudades


Las variaciones entre el geoide (forma teórica) y el elipsoide de rotación (forma geométrica) se denomina, ondulaciones del geoide, y son una medida para la distribución irregular de las masas con respecto al elipsoide de rotación.

Superficie del mar

Ondulación del geoide (N)

Superficie real de

la tierra

Geoide

Elipsoide

Altura ortométrica

Método Gravimétrico

Superficie física y superficie geométrica de la Tierra.



Relación entre el geoide y el elipsoide

Metodo Gravimétrico:

METODO GRAVIMÉTRICO DE PROSPECCIÓN:

Este método aprovecha la diferencia de la gravedad en distintos sectores; mide las anomalías en el campo gravitatorio de la Tierra, las cuales son causadas por cambios en la densidad entre distintos materiales, y hace uso de campos de potencial natural. El campo de potencial natural se compone de dos contribuyentes: de las formaciones geológicas y de la corteza terrestre (la profundidad se determina por el alcance del método gravimétrico). Las variaciones laterales de la atracción gravitatoria se mide de un punto a otro; siendo la comparación más fácil con las mediciones del campo gravitatorio absoluto. Los datos reducidos reflejan la variación de la gravedad. Para la exploración gravimétrica se usa el “Gal” como unidad principal y universalmente aceptada, tal como se muestra a continuación:

Método Gravimétrico:CORRECCIONES DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO:

Los valores de la gravedad se ven afectados por una amplia variedad de fuentes de amplitudes, períodos y longitud de onda, que pueden ser ocasionados por diversos factores como: latitud, altitud, topografía, mareas terrestres, deriva instrumental y variaciones de la densidad en el subsuelo, lo que generalmente oculta la variaciones gravimétricas de interés geológico y geofísico; esto conlleva a que se realice un ajuste o corrección de los mismos para obtener los valores más relativos posibles; estos a su vez estarán referidos a una superficie equipotencial conocida como valor del geoide. Las mediciones que se realizan se ven afectadas por el clima, el lugar y la hora del día debido a que el instrumento que se emplea, es decir el gravímetro, es sensible ante cualquier cambio en temperatura, presión atmosférica, a altos voltajes de energías, entre otros; es por ello que se debe tomar las precauciones. Una de las correcciones más importantes es la de Bouguer la cual elimina los efectos que generan las rocas, producidos por la atracción del material rocoso situado entre el nivel del mar y la estación situada a una altura “h”. Esta corrección se resta porque se elimina el material.


•Variaciones de la gravedad con respecto a la latitud.•Variaciones de la gravedad por el tiempo: Deriva instrumental. Efectos de Marea.

•Variaciones de la gravedad por la altura Correcciones de aire libre. Correcciones con la Losa de Bouguer. Correcciones topográficas

• Anomalías gravimétricas: Anomalía de aire libre Anomalía de Bouguer Separación regional – residual.


•Variaciones de la gravedad con respecto a la latitud:

La gravedad presenta una variación de un punto a otro, fenómeno que fue explicado por Newton y Huygens, indicando que se debía a que la Tierra no era de forma esférica. Este cambio en la simetría de la forma de la Tierra genera que la distancia máxima al centro de la misma, es en el Ecuador, donde se consiguen los valores mínimos de gravedad y con respecto a los polos, la distancia al centro por el contrario es mínima generando un valor máximo de gravedad. A esta variación se suma la del efecto de rotación de la Tierra, donde la fuerza centrífuga (en realidad axífuga), es máxima en el ecuador y nula en los polos, y siempre opuesta a la fuerza de la gravedad. Como consecuencia de ambos efectos, la aceleración de la gravedad varía aproximadamente de 978 cm/seg2 en el ecuador a 983 cm/seg2 en los polos. Por lo que se concluye, que la aceleración de la gravedad está en función de la latitud. Desde hace muchos años los científicos han ido proponiendo una seriede fórmulas que daban la gravedad teórica o normal sobre la superficie terrestre considerando la Tierra primeramente como un elipsoide de revolución y últimamente como un esferoide (Cantos, F., 1974).


•Variaciones de la gravedad con respecto a la latitud:

Entre las fórmulas internacionales de la gravedad se encuentra la correspondiente al elipsoide de referencia de 1984, la cual fue adoptada en la Asamblea de la IAG (Asociación Internacional de Geodesia) y es la utilizada en este trabajo.Donde go (GRS84) es la gravedad a la latitud θ y al nivel del mar. El factor 9,78033 es el valor de la gravedad en el ecuador (θ = 0). Con esta fórmula se calcula el valor normal o teórico de la gravedad en cualquier latitud.

Método Gravimétrico:CORRECCIONES DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO:•Variaciones de la gravedad por el tiempo: Deriva instrumental. Efectos de Marea.

Deriva Instrumental:

Cuando se repite una medición por un gravímetro en el mismo lugar y bajo las mismas circunstancias varias veces en el día se obtiene distintas lecturas, variando unos 0,001mgal, estas variaciones se deben a los resortes y fibras de torsión no perfectamente elásticos de los gravímetros, al efecto de la temperatura y a la influencia de las mareas. La deriva del instrumento se corrige observando los valores de gravedad correspondientes a la estación de base en intervalos discretos de tiempo, por ejemplo cada media hora y durante el intervalo de tiempo, en que se realiza todas las mediciones; la primera y la última medición se deben realizar en la estación base. Se delinea las variaciones observadas en la estación de base construyendo una curva de las variaciones de gravedad en la estación de base en función del tiempo. Se elige un valor como valor de referencia, por ejemplo el primero valor observado en la estación de base.


Deriva Instrumental:

Para corregir los valores observados, se toma las variaciones de la gravedad con respecto al valor de referencia en los instantes de medición en las estaciones de observación.

Efectos de Mareas:

Debido a su alta sensibilidad los instrumentos de medición de la gravedad aptos para la prospección responden a la atracción gravitatoria del sol y de la luna y registran las variaciones periódicas en la atracción causadas por los movimientos de la Tierra con respecto al sol y a la luna. Estas fuerzas regularmente alzan y bajan las aguas terrestres no rígidas en ciclos mareales previsibles. Las mismas fuerzas actúan en la superficie terrestre sólida deformándola en la misma manera como el agua, aún en dimensiones más pequeñas.


Efectos de Mareas:

El movimiento actual mareal de un punto ubicado en la superficie terrestre firme alcanza solo unos centímetros. Este desplazamiento mismo causa pequeñas variaciones en la gravedad debido a la variación de la distancia con respecto al centro de la Tierra y debido a la distribución nueva de las masas en el interior de la Tierra. Estos cambios están superpuestos a las variaciones causadas por las fuerzas atractivas de los cuerpos del sistema Tierra, Sol y Luna.La magnitud de estos cambios varía con la latitud, con el día y el mes. El ciclo entero de las mareas está caracterizado por variaciones iguales y menores a 0,2 a 0,3 mGal. Su variación media es +/-0,1 mGal.La corrección para la influencia de las mareas se puede realizar recurriéndose a tablas publicadas regularmente y con anticipación para cada año por el servicio francés llamado ‘Service Hydrographique de la Marine y Compagnie General deGéophysique: Tidal Gravity corrections.



Corrección de aire Libre:

Esta corrección tiene en cuenta el efecto de la altura “h”; el hecho de que se observe la gravedad alejada de la superficie del geoide genera un valor de la gravedad más bajo que el que se observaría sobre el geoide, por ello al alejar una masa que generan el campo de la gravedad se produce una disminución del valor de la gravedad. Cada punto en la superficie de la Tierra tiene una variación de la gravedad debido a que varía inversamente con el cuadrado de la distancia, donde las alturas en cada medición son relativas y deben ser llevadas a una superficie de referencia, conocida como corrección por altura o aire libre, debido a que no toma en cuenta el material rocoso presente entre la diferencia de niveles




Con una altura “h” en metros, la corrección por aire libre estará dada por:

Para mejorar el desarrollo de esta fórmula, el segundo orden de aproximación es usado para corregir la gravedad teórica en una altura “h” en metros, relativa al elipsoide, usada en el procesamiento a partir de los nuevos estándares, la cual se presenta a continuación:

Método Gravimétrico:CORRECCIONES DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO:•Variaciones de la gravedad por la altura Correcciones de aire libre. Correcciones con la Losa de Bouguer. Correcciones topográficas


La variación de la gravedad estará dada por la posición de la estación de medición con la superficie de referencia; para tener el nivel de referencia se emplea la variación de la gravedad al modelo esférico de la Tierra en reposo, éste dista 6371 Km (igual al radio de la Tierra) con respecto al centro de la Tierra. Si las estaciones están por encima presenta un valor positivo, y negativo cuando se encuentran por debajo del nivel de referencia.

Corrección con la Losa de Bouguer:

Como el punto no se encuentra en el aire, si no que existe una capa de terreno entre el punto y el geoide, se debe realizar la corrección por Bouguer, ya que esta masa al realizar la medición sobre el terreno, se halla presente ejerciendo además



una influencia sobre los valores de la gravedad medidos. Lo que se requiere es saber el valor de la gravedad sobre el geoide, sin interferencia de ningún tipo de masa que se halle por encima del geoide, por tanto, esto implica eliminar la influencia que ejerce esta capa. La corrección con la Losa de Bouguer descarta el efecto de las masas de rocas ubicadas entre el nivel de referencia y la estación de observación. Las masas de rocas ejercen una atracción gravitatoria extra a una estación de observación situada en una altura mayor a aquella de la estación de base, siempre y cuando sea considerado en nivel de referencia. El incremento esperado de la atracción gravitatoria debido a las rocas ubicadas entre el nivel de referencia y el nivel de la estación de observación a menudo se modela asumiendo que la roca se comporta aproximadamente como una losa horizontal de dimensiones infinitas y de densidad uniforme.



Donde “h” es la altura en metros, NR viene siendo el nivel de referencia y “ρ” es ladensidad.

Corrección topográfica:

Se ha realizado correcciones por la altura a la cual se encuentre el punto a conocer, así como la masa de influencia entre el punto y el nivel de referencia; lo que no se ha tomado en cuenta hasta ahora es el efecto que generan el resto de las masas que se hallan alrededor del punto sobre el cual medimos la gravedad; esto también influirá sobre esta medida, con lo cual se busca eliminar esta influencia.

Método Gravimétrico:CORRECCIONES DEL MÉTODO GRAVIMÉTRICO:•Variaciones de la gravedad por la altura Correcciones de aire libre. Correcciones con la Losa de Bouguer. Correcciones topográficasCorrección topográfica:

La atracción de un accidente de terreno, sea de cota menor o mayor se disminuyerápidamente con la distancia. Generalmente solo las estaciones de observación muy cercanas o situadas directamente en una irregularidad topográfica requieren una corrección topográfica. Es por ello que la forma del terreno genera una variación, el material encontrado por encima de la estación, atrae a la masa en el sentido opuesto a la fuerza de la gravedad, mientras el material por debajo actuará en sentido contrario. La corrección topográfica (CT) tiene en cuenta el efecto de la topografía alrededor de la estación, cuanto mayor es la distancia a la estación, mayor es la zona de igual efecto topográfico. Esta siempre lleva un signo positivo. Actualmente se utiliza una gran variedad de programas especializados para realizar este tipo de corrección. Lo que busca es eliminar el efecto del relieve irregular, luego de la aproximación de la placa plana de Bouguer y toma en cuenta el efecto gravitatorio de las masas por encima y por debajo


Corrección topográfica:

Lo que busca es eliminar el efecto del relieve irregular, luego de la aproximación de la placa plana de Bouguer y toma en cuenta el efecto gravitatorio de las masas por encima y por debajo del nivel de “h” de la estación. El material por encima de la estación atrae a la masa en el sentido opuesto a la fuerza de la gravedad, mientras el material por debajo actuará en sentido contrario. En áreas montañosas, la anomalía de Bouguer puede tener un error significativo.

Para corregir este error se puede modelar el efecto del terreno que rodea al punto de observación y se puede agregar una corrección a la anomalía de Bouguer.



Una de las herramientas principales en gravimetría, son las anomalías de la gravedad, las cuales constituyen un dato básico para el análisis y resolución de la forma de la Tierra, teniendo también una amplia aplicación en el campo de las prospecciones gravimétricas, en el estudio de la corteza terrestre principalmente.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 de la estación se denomina anomalía gravitatoria, y va a depender de la situación de la estación. El tipo de anomalía depende de las correcciones que se hayan hecho al valor observado.

Anomalía de Aire Libre:



Anomalía de Aire Libre:

Donde:

Gobs = Gravedad ObservadaCal = Corrección Aire LibreGteo = Gravedad Teórica



Anomalía de Bouguer:

Donde:Gobs = Gravedad ObservadaCal = Corrección Aire Libre

Cbou = Corrección de BouguerCtopo = Corrección Topográfica

Gteo = Gravedad Teórica



Separación: Regional – Residual:

Existen dos efectos de atracción que se encuentran dentro de cada punto de lasanomalías de Bouguer, lo cual es ocasionado por diversas estructuras presentes en el subsuelo del área que se estén estudiando, el primero de estos efectos es definido por las anomalías residuales (Ares) que son las pequeñas longitudes de onda, y el otro efecto tomado en cuenta es el definido por las anomalías regionales (Areg) causados por grandes longitudes de onda, las cuales son el resultado de la atracción gravitatoria provocada por cuerpos y estructuras muy extensas y profundas. La suma de ambos efectos corresponde a la anomalía de Bouguer (AB).



Separación: Regional – Residual:

Las anomalías gravimétricas residuales son producidas por pequeñas estructuras geológicas localizadas a profundidades relativamente pequeñas, suelen ser de longitud de onda corta y sólo perceptible en una distancia corta alrededor del punto, generalmente son causadas por la presencia de cuerpos someros de pequeñas dimensiones respecto a su entorno; el problema que se plantea es la obtención de esta anomalía de una forma pura. En contraste, las anomalías producidas por estructuras geológicas con mayor entidad y localizadas a grandes profundidades son observables o se hacen evidentes en largas distancias, conocidas como anomalías regionales.

Método GravimétricoMetodología de adquisición

Recopilación de información

Adquisición de los datos: Nivelar el gravímetro. Copiar la lectura en la planilla de campo.

Metodología de adquisición Método Gravimétrico

ResultadosMétodo Gravimétrico

Método GravimétricoResultados

método gravimetrico

Documents