la biblia de la geofisica

Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofsica

Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009.

El cuadro adjunto sintetiza la fuerza relativa y el alcance de los cuatro campos de fuerza fundamentales del Universo. En el caso de la gravedad y el electromagnetismo (campos potenciales ambos), como es sabido, la fuerza disminuye en relacin inversa con el cuadrado de la distancia. Las fuerzas Nuclear Fuerte y Dbil slo actan a escala del ncleo atmico: la primera mantiene unidos a los protones y neutrones (formados por quarks) contrarrestando al electromagnetismo, y la segunda es responsable de fenmenos como la desintegracin beta, que acta sobre los leptones (electrones, positrones, neutrinos). Tras la unificacin de las fuerzas electromagntica y nuclear dbil, hecha por el paquistan Abdul Salam y el estadounidense Steven Weinberg en 1964, muchos fsicos han estado trabajando para hallar el vnculo entre stas y la Nuclear Fuerte y, objetivo ms complejo an, el vnculo con la gravedad para unificar en una nica gran teora a toda la fsica del universo. Al momento del Gran Estallido o Big Bang, inicio del espaciotiempo y de la entropa, se presume que todas las fuerzas estaban indiferenciadas. Teoras como la de las Supercuerdas con supersimetra intentan comprender estos conceptos fundamentales de toda la fsica. En lo que a nosotros atae, la geofsica se las arregla bien con las cuatro fuerzas principales disjuntas. De hecho, en algunos mtodos estudiamos magnetismo y electricidad como fenmenos separados, o analizamos las perturbaciones ssmicas en forma separada de la gravedad, a la cual en ltima instancia se remite, o la radioactividad sin reparar en las fuerzas electromagntica y nuclear dbil, y a la geotermia sin analizar que en esencia es tambin un fenmeno electromagntico. Vayamos entonces al abordaje de la geofsica. La propuesta es navegar virtualmente la Tierra buscando el impulso de favorables fuerzas fsicas. Desde el espacio, por aire, agua y sumergindonos en el interior slido del planeta que habitamos. 1



Standing on the shoulders of Giants Isaac Newton

LA CIENCIA GEOFSICALa Geofsica (etimolgicamente, del griego, naturaleza de la Tierra) es la ciencia que estudia los campos fsicos vinculados a nuestro planeta. Es decir, que estudia la Tierra mediante mtodos de la fsica, de carcter indirecto, a fin de conocer su evolucin y caractersticas actuales (geofsica pura) y tambin como herramienta de prospeccin de recursos (geofsica aplicada). Pueden medirse directamente los campos fsicos naturales (gravedad, magnetismo, radioactividad, geotermas, etc.) o generarse campos artificiales por emisin de electricidad, energa ssmica, etc., para as obtener mediciones ms efectivas a los fines exploratorios.

Algo de Historia:En la antigua Grecia encontramos los primeros estudios rigurosos sobre la Tierra y el cielo, que aparecen tambin despus en otras civilizaciones (Chinos, Mayas, etc.), destacndose Eratstenes de Cirene quien a finales del siglo III a. C. calcul con escaso error el radio terrestre, as como la distancia de la Tierra al Sol y la inclinacin del eje planetario. El conocimiento de la Tierra se aceler desde el Renacimiento. El trmino geofsica es empleado inicialmente por Julius Frbel en 1834 y otros autores en aos siguientes, pero aparece publicado por vez primera en Alemania gracias a Adolf Mhry en 1863: Beitraege zur Geophysik und Klimatographie, y luego nuevamente en 1887 en el Handbuch der Geophysik de S. Gnther. Si bien hubo algunas exploraciones geofsicas informales ya desde la alta Edad Media, el primer aparato especfico de prospeccin geofsica data de 1879, el magnetmetro de los alemanes Thalen y Tiberg, con el que exitosamente buscaron yacimientos de hierro. Y la primera ctedra de geofsica se debe a Emil Wiechert, en 1898 en Gttingen, Alemania. 2



Observatorio Maya en Chichn Itz (Mxico) y primera pgina de Mundus Subterraneus. de A. Kircher, publicado en 1664, libro que tuvo gran influencia en las primeras teoras sobre el interior de la Tierra.

DESARROLLO DE LA GEOFSICA: Muchos de los contenidos cientficos de la Geofsica son tan antiguos como la ciencia misma. Esto no es de extraar, ya que la Tierra es el primer laboratorio en el que se realizan observaciones y al que se aplican las teoras cientficas. Muchas de las disciplinas que componen hoy la Geofsica extienden sus races hasta los orgenes de las ciencias en la Antigedad. Entre los antiguos griegos de los siglos III y IV a. de C., como, por ejemplo, Eratstenes y Aristteles, por slo citar a dos, se encuentran ya clculos geodsicos del tamao de la Tierra y discusiones sobre el origen de los terremotos. La Geofsica moderna se desarrolla a la par de la ciencia en los siglos XVI Y XVII con Galileo, Gilbert, Newton, Halley, etc., y progresa juntamente con ella en los siglos XVIII y XIX. Sin embargo, el trmino Geofsica, de acuerdo con W. Kertz, aparece por primera vez en 1863 en el tratado de Adolf Mhry Beitraege zur Geophysik und Klimatographie. Georg van Neumayer, en 1871, define la Geofsica como el conocimiento de las relaciones fsicas de la Tierra. En 1880, el profesor de Geografa de Knisberg Karl J. Zoeppritz define ms concretamente la Geofsica como aquella parte de las ciencias de la Tierra que trata del estudio de la actividad de las fuerzas fsicas responsables del origen, evolucin y estructura de la Tierra. La Geofsica para l llena un vaco existente en las ciencias de la Tierra que entonces constituan la Geografa y la Geologa Antes de la generalizacin del trmino Geofsica, los contenidos de esta ciencia se designaron con otros nombres. A. G. Werner, que proceda de la minera y geologa, utiliza en 1755 el trmino Geognosia, y mucho antes, en el siglo XVII, J. Zahn y A. Kircher utilizaron el de Geoscpica. Alejandro von Humbolt, al que se le considera como uno de los padres de la Geofsica moderna y cuya influencia en esta ciencia fue muy grande, utiliz el trmino Physikalische Geographie (Geografa Fsica) y Franz Neumann el de Physik der Erde (Fsica de la Tierra). A finales del "siglo XVIII v principios del XIX, fuera del mbito germano, en Francia, encontramos el uso del trmino Theorie de la Terre (Teora de la Tierra) por De la Metherie y el de Physique du Globe (Fsica del Globo) por Saigey, trmino este ltimo que sigue usndose en la actualidad. En Inglaterra, el profesor de Cambridge W. Hopkins introduce en 1838 el trmino "Physical Geology (Geologa Fsica) para designar la ciencia que trata de los aspectos fisicomatemticos de la Geologa Como resume Kertz, al final del siglo XIX, la Fsica haba perdido el inters por la Tierra, para la Geologa los mtodos de la Geofsica le eran extraos y sus temas demasiado generales y algo parecido le suceda a la Geografa. Esta situacin justificaba el nacimiento de una ciencia separada con un nombre y contenido especfico, la Geofsica. Esta ciencia queda consagrada definitivamente a finales del siglo XIX

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con el texto de S. Gnther Handbuch der Geophysik, publicado en 1887, con la primera revista especializada creada en 1893 por G. Gerland, Beitrge zur Geophysik, y con la primera ctedra de Geofsica establecida en 1898 en la Universidad de Gottingen y que ocup Emil Wiechert. La tendencia a unificar en una sola ciencia, a la que finalmente se dio el nombre de Geofsica, los aspectos fisicomatemticos de los fenmenos relacionados con la Tierra encuentra desde sus principios el problema de establecer su relacin con dos ciencias ms antiguas, la Geografa y la Geologa. Ya Gnther en el prlogo de su obra se extiende en este sentido sobre el significado de la Geofsica y su carcter fsico en contraste con el carcter ms descriptivo de la Geografa y el limitado a los materiales directamente observables en la superficie de la Tierra y en pequea escala de la Geologa. Sin embargo, la separacin entre Geologa y Geofsica no es tan clara al principio, como lo demuestran la obra de E. Suess Das Anlitz der Erde, y M. Neumayr y E. Suess, Erdgeschichte. que tratan igualmente temas de ambas ciencias. Otro problema es la relacin entre la Geofsica y la Geodesia, ciencia con una larga tradicin y vinculada en muchos aspectos a la Astronoma. Sobre este asunto hay muchas opiniones, aunque se suele vincular a la Geofsica la parte de la Geodesia fsica y Gravimetra. Hemos visto que el inicio de la Geofsica como una ciencia independiente se realiza en la tradicin alemana desde la Fsica y las Matemticas y de una manera un tanto desligada de la Geologa. Esta desconexin se agudiza en cierta manera durante la primera mitad de este siglo, durante la cual las interrelaciones entre ambas disciplinas fueron escasas. Esta situacin es algo distinta en Estados Unidos, al estar en muchas universidades la Geofsica integrada en un mismo departamento junto con la Geologa. El contacto entre ambas disciplinas es, en efecto, muy necesario. La parte de la Geofsica que trata de la Tierra slida necesita del conocimiento detallado de las capas superficiales que aporta la Geologa, y su interpretacin de la evolucin temporal de las estructuras, y la Geologa a su vez necesita de la Geofsica, si no quiere anclarse en una interpretacin meramente cualitativa y descriptiva de los fenmenos geolgicos. El gelogo, que estudia una regin muy concreta, necesita relacionar sus observaciones con procesos tectnicos y estructuras ms amplias y profundas cuya informacin le aporta la Geofsica. Afortunadamente, la tendencia actual es la de un acercamiento de ambas disciplinas, al acentuarse la matematizacin y el empleo de mtodos fsicos en el estudio de los problemas geolgicos. Baste mencionar, entre otros, la determinacin de las edades de estratos y fsiles por mtodos radiactivos, el uso del magnetismo remanente de las rocas para determinar el movimiento relativo de bloques de la corteza terrestre y el empleo, cada vez ms frecuente, de los mtodos geofsicos al estudio de los estratos y formaciones geol6gicas. Por otra parte, al enfrentarse la Geofsica con problemas cada vez ms concretos de la estructura y dinmica de la corteza terrestre, necesita para la interpretacin de sus observaciones la informacin de los estudios geolgicos, un gran impulso a esta cooperacin interdisciplinar se ha logrado con los proyectos internacionales Geodinmico y de la Litosfera en los que entre 1970 y 1990 se aunaron esfuerzos de todas las disciplinas de las ciencias de la tierra para abordar problemas relacionados con la estructura y dinmica de litosfera, corteza y manto superior de la Tierra. Es muy posible que con el tiempo la separacin tan rgida entre Geofsica y Geologa desaparezca en beneficio de unas ciencias de la Tierra unificadas, en las que las distintas metodologas cientficas tengan su aplicacin al estudio de los fenmenos relacionados con la Tierra. (texto extrado de Udas y Mezca, 1997, p. 19-22)

Ciencias Afines:Lgicamente, la Geologa y la Fsica son las ciencias ms estrechamente vinculadas con la Geofsica. En menor grado, tambin la Geoqumica es una ciencia afn. Ahora bien, en su definicin en sentido amplio estn includas en la geofsica disciplinas a veces consideradas independientes, como Aeronoma, Meteorologa, Oceanologa, Hidrologa u otras que se vinculan con la geologa como Geodinmica y Tectonofsica. La Planetologa y la Astrofsica pueden, a su vez, considerarse emparentadas o hasta todava ms amplias, inclusivas de la Geofsica. En su definicin en un sentido ms restringido estn comprendidas la Gravimetra (conectada con la Geodesia), la Magnetometra (con Geomagnetismo y Paleomagnetismo), la Geoelectricidad, la Sismologa y dos disciplinas tambin vinculadas con la geologa: Radiometra (incluyendo Geocronologa) y Geotermia (relacionada a la Vulcanologa). 4



En todas ellas existen vertientes puras y prospectivas, a veces de difcil discernimiento, las cuales se comparan a continuacin: Geofsica Aplicada Prospeccin Gravimtrica Prospeccin Magnetomtrica Prospeccin Geoelctrica Prospeccin Radiomtrica Prospeccin Geotrmica Prospeccin Ssmica (Refraccin y Reflexin) El Perfilaje de Pozos es una subdisciplina comn a cada metodologa geofsica, y ha tenido un enorme desarrollo principalmente a partir de los requerimientos de la exploracin y explotacin de hidrocarburos.DIVISIN DE LA GEOFSICA: Uno de los problemas de una ciencia tan amplia como la Geofsica es el de establecer un criterio racional para su divisin. Si en un principio era fcil el considerarla como una nica ciencia, el desarrollo de los ltimos aos hace cada vez menos posible el abarcar tanto los campos en los que se ha ido subdividiendo como la diversidad de los mtodos que en cada uno de ellos se utilizan. No solamente los distintos campos de la Geofsica se van independizando cada vez ms, sino que se van creando otros nuevos, necesitndose as de nuevas divisiones, como es el caso del Paleomagnetismo, la Geocronologa y la ciencia del interior de los planetas. Este ltimo tema, el estudio del interior de los planetas, su estructura y dinmica, su atmsfera y su sismicidad, posibles ya gracias a los viajes espaciales, ha planteado la cuestin de hasta qu punto la Geofsica se refiere slo a la Tierra. Mantenindonos de momento en el estudio de la Tierra, su mismo objeto impone sobre la Geofsica una cierta unidad. Todos los procesos y estructuras localizadas desde el centro de la Tierra, hasta el lmite exterior de la Magnetosfera, son objeto de estudio de la Geofsica. Una de las primeras divisiones propuestas por Gutenberg en el prlogo del libro Lehrbuch der Geophysik, publicado en 1929, se basa en los distintos campos de la Fsica que se aplican a la Tierra slida, los mares y la atmsfera. La Geofsica queda de esta forma dividida en captulos de Mecnica, Gravitacin, Electricidad, Magnetismo, ptica. Calor y Composicin de la Materia. Ms extendida que esta divisin es la que se basa en una serie de distintas disciplinas que se han ido formando en el seno de la Geofsica. No existe unanimidad de criterios para esta divisin, y algunas disciplinas forman ciencias con entidad propia, como la Geodesia y la Meteorologa. Una divisin incluyendo estas materias es la siguiente: Geodesia y Gravimetra. Sismologa. Geomagnetismo y Aeronoma. Oceanografa fsica. Meteorologa. Geodinmica. Geoqumica y Volcanologa. Planetologa Prospeccin Geofsica Parecida a esta divisin es la propuesta por la Unin lnternacional de Geodesia y Geofsica (IUGG) para sus secciones: Geodesia. Sismologa y Fsica del interior de la Tierra. Meteorologa y Fsica de la atmsfera. Geomagnetismo y Aeronoma. Ciencias fsicas de los ocanos. Hidrologa cientfica. Volcanologa y Qumica del interior de la Tierra.

Geofsica Pura Gravimetra (con Geodesia) Magnetometra (con Geo y Paleomagnetismo) Geoelectricidad Radiometra (con Geocronologa) Geotermia (con Vulcanologa) Sismologa

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Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofsica Corte esquemtico de la envoltura gaseosa de la Tierra.


La Unin Geofsica Americana (AGU) aade a estas divisiones las de Paleomagnetismo, Tectonofsica, Planetologa y Fsica solar e Interplanetaria. Es difcil, por tanto, el dar una divisin nica y algunas de estas disciplinas, como la Geoqumica o la Fsica interplanetaria, parecen quedar un poco fuera del mbito de la Geofsica. Por otro lado, algunas disciplinas se han desarrollado hasta formar casi ciencias separadas, como pueden serlo la Oceanografa y la Meteorologa Una parte importante de la Geofsica la constituye su aplicacin a la bsqueda de recursos minerales, es decir, lo que se suele llamar Geofsica aplicada o Prospeccin geofsica. La existencia de esta rama ha llevado a establecer una primera divisin de la Geofsica en pura y aplicada. Tanto la divisin como los trminos empleados no son muy afortunados. No est claro por qu el solo inters econmico hace de una ciencia que sea pura o aplicada. Este planteamiento lleva a situaciones un tanto absurdas. Por ejemplo, la refraccin ssmica para el estudio de la estructura de la corteza terrestre pertenece a la Geofsica pura, mientras que si se aplica a la bsqueda de petrleo, pertenece a la aplicada. Naturalmente, no se puede ignorar que la Geofsica aplicada a la bsqueda de minerales se ha convertido en una disciplina en s misma con sus revistas especializadas y sus asociaciones internacionales Otra divisin de tipo muy general y que se ha utilizado, sobre todo en Francia, es la de Geofsica interna

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y externa. La primera trata de los fenmenos relacionados con la Tierra slida., dejando para la segunda los de la atmsfera, ocanos, campo magntico externo, medio interplanetario. etc. En realidad, todas las divisiones tienen un poco de arbitrarias, ya que es muy difcil poner lmites a unas disciplinas con respecto a otras. No se puede buscar. por tanto, una racionalidad completa en la definicin di todo lo que se ha de incluir en la Geofsica y cmo se ha de dividir sta. Por ejemplo es difcil decidir si el estudio del medio interplanetario o de la actividad del Sol debe pertenecer a la Geofsica o a la Astrofsica. Muchas veces las inclusiones y divisiones tienen un peso histrico y no corresponden a una clasificacin puramente metodolgica. El problema, adems, no es excesivamente importante y podemos dejarlo a la interminables discusiones de los congresos de las asociaciones cientficas. (texto extrado de Udas y Mezca, 1997, p. 22-23)

La Anomala:Es el concepto central de la geofsica prospectiva (del latn prospicere, examinar). De lo que se trata es de registrar, procesar y graficar la respuesta dada por distintos campos fsicos en las reas de potencial inters exploratorio o de desarrollo de recursos. Y entonces buscar los sectores de valores anmalos respecto al fondo local o regional e interpretarlos en trminos geolgicos a fin de determinar los sitios de inters econmico. La bsqueda de anomalas se har, antes que nada, evaluando informacin previa de las potenciales reas a prospectar, para comenzar all donde las condiciones geolgicas y/o de factibilidad econmica sean a priori ms promisorias. Cuando se ha definido el rea, se establece el mallado de mediciones, sea que tales mediciones se hagan a lo largo de trayectorias predefinidas (paralelas entre s, o formando una cuadrcula, o cualquier otra figura que se considere oportuna) o bien si son puntos ms o menos distantes ubicados segn las facilidades geogrficas de la zona. Usar una malla ms fina o ms gruesa -es decir, hacer mediciones ms cercanas o ms lejanas entre s- depender indirectamente de la escala del trabajo -por cuestiones prcticas y de costospero fundamentalmente depender del tamao mnimo de las anomalas de inters. En otras palabras, la red es ms cerrada o abierta segn sea el tamao del pescado que queremos capturar. Una vez hecho el registro o adquisicin de los datos de campo (mediciones fsicas, posicionamiento y eventualmente otros) se harn los clculos correctivos que constituyen el procesamiento necesario para homogeneizarlos, es decir hacerlos comparables, y poder entonces graficarlos para finalmente hacer su interpretacin en trminos geolgicos y eventualmente de recursos potencialmente explotables. Los datos pueden presentarse en forma de perfiles de pozo (datos esencialmente unidimensionales en el eje z 1D, salvo componentes de desviacin horizontal del pozo), cortes (tambin llamados secciones verticales, transectas, calicatas o perfiles, en este caso bidimensionales en x, z, 2D), mapas (o secciones horizontales, que tambin son datos 2D pero llevados a un plano horizontal x,y en lugar de vertical), o volmenes de informacin (tridimensional 3D, en x, y, z). Y tambin cualquiera de los anteriores incorporando la variable de cambio temporal, esencialmente all donde se est explotando un recurso y los registros fsicos se modifican en funcin de la disminucin de dicho recurso, por lo que en todos los casos se agrega la dimensin temporal: por ejemplo un volumen (3D) pasa a un delta de volumen (4D, con x, y, z, t). Las curvas que unen puntos de igual valor de la magnitud fsica relevada se denominan isoanmalas, aunque no necesariamente estemos en presencia de una anomala significativa. Y los perfiles o cortes o mapas o volmenes son denominados genricamente grficas de anomala gravimtrica, magntica, radiomtrica, de velocidades ssmicas, etc. La prospeccin geofsica suele hacerse sobre la superficie terrestre, pero tambin dentro de pozos, o puede ser marina (o lacustre o fluvial), area e incluso satelital, dependiendo de las limitaciones inherentes a las magnitudes fsicas a medir -por ejemplo, la radioactividad medida sobre el mar es casi nula o las ondas ssmicas pierden sus propiedades distintivas al entrar al aire- y tambin segn sean las tecnologas disponibles y sus costos. 7

Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofsica Prospeccin aeromagntica y mapa resultante en perspectiva.


Es muy importante tener en cuenta que distintas realidades del subsuelo pueden producir semejantes anomalas geofsicas, lo que hace indispensable la cuidadosa evaluacin de todos los antecedentes geolgicos, geoqumicos, de pozos, de otros mtodos geofsicos, etc.PROSPECCION GEOFSICA: La tecnologa geofsica, es decir, la aplicacin de los conocimientos que brinda la Geofsica en favor de la humanidad, es lo que se denomina "prospeccin geofsica". Esta sera, a primera vista, un conjunto de tcnicas fsicas y matemticas aplicadas a la exploraci6n del subsuelo; para la bsqueda y posterior estudio de yacimientos, de sustancias tiles (petrleo, aguas subterrneas, minerales, carbn, etc.) por medio de observaciones en la superficie de la Tierra de las propiedades fsicas de los materiales en el interior de la misma. Los mtodos geofsicos pueden detectar solamente discontinuidades o sea regiones donde las propiedades fsicas de las rocas difieren considerablemente de las otras zonas. Esto, que parecera ser una desventaja, resulta una limitacin universal ya que el hombre no puede percibir lo que es homogneo en su naturaleza, sino que reconoce nicamente lo que tiene alguna variaci6n o discontinuidad en el tiempo y en el espacio. Esas variaciones, denominadas "anomalas" son las que evidencian estructuras o acumulaciones de sustancias tiles que tienen valor econmico. Por eso, el objetivo de los mtodos geofsicos es ubicar las anomalas ms que descubrir el mineral buscado. Para el geofsico tienen ms inters las desviaciones respecto al valor normal de las propiedades que el valor absoluto de las mismas. La mayora de las interpretaciones geofsicas se llevan a cabo con el propsito de determinar la geologa profunda por el anlisis de las anomalas, pero en muy pocas ocasiones se busca el mineral directamente. Si se considera a la Geofsica como el estudio de los campos fsicos ligados a la Tierra, resulta evidente que la Prospeccin habr de apoyarse en la primera, que le brindar la informacin que necesita sobre tales campos. Pero a su vez, la primera necesita aplicar los mtodos de la segunda para la resolucin de problemas puramente tericos. El primer paso en el uso de la Geofsica con fines prcticos se dio en 1843 cuando se postul que el teodolito magntico; un instrumento de laboratorio usado para medir variaciones de la declinacin (ngulo que forma la direccin al norte magntico con el norte geogrfico), poda usarse en el descubrimiento de vetas de minerales magnticos. Hace poco ms de un siglo (1879) se construy el primer instrumento para ser usado en la prospeccin de mineral de hierro. Pero, si bien la prospeccin minera fue la primera aplicacin prctica de los conocimientos brindados por la geofsica, los avances ms espectaculares y rpidos son producto de la prospeccin petrolera. Desde que en 1924 se descubri petrleo por primera vez en un pozo ubicado por medios geofsicos (ssmica de refraccin), la actividad en la prospeccin geofsica se ha expandido a una velocidad extraordinaria. Esto es un resultado lgico de la competencia creciente como as tambin del desafo cada vez ms fuerte que representan los depsitos que faltan descubrir ya que los yacimientos ms fciles de hallar son progresivamente descubiertos y explotados. La demanda del petrleo y minerales ha llegado a su pico y como las nuevas fuentes que pueden ser halladas con medios geolgicos convencionales son cada vez ms escasas, salvo en los rincones ms alejados de la Tierra, la carga principal de hallar las futuras reservas descansa sobre los geofsicos.

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RESUMEN DE LOS MTODOS DE PROSPECCIN GEOFSICA Los mtodos de exploracin geofsica usados en la bsqueda de minerales o fluidos en el interior de la Tierra pueden c1asificarse segn los siguientes grupos principales, de acuerdo a cul sea: GRAVIMTRICO MAGNETOMTRICO ELCTRICO SSMICO RADIOACTIVO PERFILAJES EN POZOS Si bien este 1timo grupo combina una serie de tcnicas cuyos fundamentos residen en alguno de los otros grupos, merece ser considerado como punto separado por la importancia que reviste. La e1ecci6n de una tcnica o de un conjunto de las mismas para localizar un determinado mineral est condicionada por su naturaleza y la de las rocas que lo rodean. En muy pocos casos el mtodo que se haya e1egido puede indicar directamente la presencia del mineral buscado. Por lo general, lo que se consigue, aun con un buen programa de exp1oraci6n, son indicios si se dan o no las condiciones para la existencia del mismo. El rango de problemas que pueden ser encarados con estos mtodos es muy amplio y va desde los estudios de carcter regional que cubren grandes reas, a los trabajos de detalle que pueden requerir diferentes mediciones en un mismo punto. Por otro lado, considerando que diferentes condiciones geo1gicas estn asociadas a los yacimientos metlicos y a los yacimientos de hidrocarburos, resulta 1gico que la exp1oraci6n minera se 11eve a cabo en reas favorables a la existencia del mineral que se est buscando. As, 1a bsqueda de minerales metalferos se concentra generalmente en reas en las que se sabe que hay rocas gneas y metamrficas. A su vez, la exploracin para carbn, petrleo y gas se confina a las cuencas sedimentarias, excepto en las raras situaciones en que el petrleo y el gas pueden migrar a rocas gneas y metamrficas fracturadas. Los costos son tambin muy variados. Por lo general, los mtodos ms econmicos son aquellos que permiten la registracin en un avin o barco, con lo que se consigue rpidamente un recubrimiento areal grande. En trminos generales puede decirse que del total invertido en exploracin geofsica, el 90 % se invierte en prospeccin petrolfera, mientras que el 10% restante se invierte en proyectos mineros o de ingeniera. (texto extrado de Apuntes del I.S.E.P., 1982, p. 15-18)

Conformacin del interior de nuestro planeta, a la luz de la geofsica.

Utilizacin de los Mtodos Geofsicos:Para alcanzar los objetivos, adems de los medios disponibles, es fundamental basarse en todo el conocimiento previo (geologa superficial, datos de pozos, geoqumica, etc.), en la objetividad y en el trabajo interdisciplinario. 9



Las condiciones que favorecen o aconsejan el empleo de los mtodos geofsicos tienen que ver, en primer lugar, con la insuficiente informacin obtenida por mtodos ms directos, como la geologa de superficie, la informacin desde perforaciones o la geoqumica, entre otros, insuficiencia que puede deberse a escollos tcnicos o bien a costos excesivos. En segundo lugar, con la existencia de respuestas fsicas medibles en funcin de los prospectos de inters geolgico, sean stos de ndole econmica o puramente acadmica. En tercer lugar, con la factibilidad de resolucin tcnica prctica en la ejecucin de el o los mtodos potencialmente tiles. Y naturalmente, en cuarto lugar, en las ecuaciones de costos (gastos o inversiones) y de los potenciales beneficios, o sea la relacin costo/beneficio. Ahora bien, dadas la primera condicin general y la segunda para varios mtodos con respuestas comparables, sern las posibilidades de abordaje prctico de la problemtica a resolver y las diferentes alternativas de costos versus beneficios las que permitirn tomar la decisin de emplear uno u otro mtodo geofsico, con tal o cual modalidad, o varios de ellos en forma complementaria, o ninguno. La relacin costo/beneficio estar siempre presente, incluso cuando el beneficio no sea netamente econmico sino ms bien cualitativo en trminos de un conocimiento buscado por su importancia cientfica o el prestigio acadmico. Gastamos ms (recursos tcnicos, mano de obra, esfuerzos, tiempo) cuando creemos poder ganar ms, apostamos ms cuando el premio es mayor o bien mayor es la probabilidad de ganarlo. Actualmente ms del 95% de la inversin mundial en estudios geofsicos est vinculada con actividades petroleras y cerca del 90% del gasto en geofsica corresponde a prospeccin ssmica y acstica. Estos porcentajes son atinentes tambin al impacto ambiental de los distintos mtodos geofsicos, mucho ms crtico en el caso de la ssmica dado su mayor despliegue de recursos.EL PAPEL DE LA GEOFSICA EN LA PROSPECCIN DE MINERALES: () El estudio de la interrelacin tanto en espacio como en tiempo de las diferentes rocas, el comportamiento en el pasado de stas, segn deducciones, el estudio de los minerales en las rocas ordinarias y en las menas -dicho ms brevemente, la aplicacin de la geologa y de la mineraloga- pueden restringir an ms la zona de prospeccin. Sin embargo, el rea puede ser todava demasiado grande para que las labores de exploracin o cateo, tales como excavaciones y perforaciones, sean prcticas y econmicas, por lo que son deseables nuevas restricciones. Adems, tanto la geologa como la mineraloga dependen de la existencia de afloramientos de rocas, pero no siempre se dispone de stos. Si existen, puede que no sean 10 suficientemente abundantes para que la situacin de los yacimientos pueda predecirse con certeza razonable. Por otra parte, aunque las formaciones metalizadas sean bien conocidas, los yacimientos pueden hallarse ocultos a profundidad menor o mayor por debajo de la superficie accesible para el estudio directo geolgico o mineralgico. En realidad, este caso se da muy frecuentemente en la prospeccin moderna, ya que los yacimientos aflorantes han sido descubiertos desde hace mucho tiempo y en muchos casos estn agotados. El papel del examen geo16gico de la superficie, pierde importancia con el desarrollo de la industria minera. Este es el momento en que la Geofsica -la aplicacin de la Fsica al estudio de la Tierra- entra en escena. Los yacimientos suelen diferir en sus propiedades fsicas (susceptibilidad magntica, conductividad elctrica, densidad, etc.) respecto de las rocas que los rodean. Observando adecuadamente las variaciones de las propiedades fsicas del terreno, y mediante cuidadosa interpretacin de los resultados, podremos eliminar extensas zonas como de escasa probabilidad para contener menas de ciertos tipos especficos, y encauzar investigaciones ms detalladas sobre zonas reducidas y concretas. La eleccin de la zona inicial para el estudio geofsico, se hace frecuentemente tomando como gua consideraciones geolgicas. Las porciones que la Geofsica puede eliminar son, en trminos muy generales, aquellas dentro de las cuales la propiedad fsica relevante del terreno no presenta variaciones significativas (anomalas), mientras que deben escogerse para ulterior investigacin las zonas que muestran variaciones apreciables que puedan atribuirse razonablemente a cuerpos del subsuelo que difieren en dicha propiedad respecto de las rocas encajantes. En este sentido, la prospeccin de menas es una prospeccin directa, en contraste con la prospeccin petrolera, que es indirecta. En la prospeccin de petrleo no podemos aprovechar ninguna propiedad fsica del mismo petrleo, sino que hemos de buscar estructuras geo16gicas capaces de actuar como almacenes petrolferos.

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Con slo datos geofsicos no puede decidirse si los cuerpos por ellos sealados corresponden o no a yacimientos mineros. No obstante, la combinacin de estos datos con datos geo1gicos e informacin de otro tipo, as como con la experiencia previa, permite con frecuencia escoger algunas de las indicaciones como las que presentan mayor probabilidad de estar causadas por la mena buscada. Las costosas labores de exploracin, tales como perforaciones, calicatas y pozos, nicas capaces de dar la prueba definitiva de la existencia del mineral, pueden concentrarse en esos pocos lugares. Adems, la interpretacin detallada de las anomalas geofsicas suministra frecuentemente estimaciones confiables acerca de la profundidad, longitud, anchura, posicin, etc., ms probables, de los cuerpos anmalos. Estos datos proporcionan ayuda para el establecimiento de programas de explotacin racionales y econmicos para la estimacin del tonelaje y valor del posible yacimiento y para la toma de decisiones sobre su explotacin. As, la finalidad primaria de la Geofsica en la prospeccin es la de separar zonas que aparecen como estriles de las que presentan posibilidades de contener yacimientos. Puesto que los yacimientos mineros son accidentes relativamente raros, las zonas estriles son naturalmente ms abundantes que las prometedoras, y los resultados de la mayora de las prospecciones geofsicas sern negativos (correctamente) como ocurre tambin con la mayor parte de las prospecciones geolgicas. Por consiguiente, el xito de una prospeccin geofsica bien ejecutada no puede medirse por el nmero de metalizaciones que ha descubierto, ni por el nmero de sondeos mecnicos que han cortado mineral, sino por el tiempo, esfuerzo y dinero que la prospeccin ha ahorrado al eliminar terrenos que, en caso contrario, habran debido ser desechados por el empleo de mtodos ms costosos. () Una prospeccin puede ser considerada como satisfactoria, aunque no se haya obtenido ninguna indicacin geofsica, o aunque en caso afirmativo, no se haya encontrado mineral despus de perforacin o calicateo. El criterio y medida del xito es simplemente el ahorro estimado en los costes, conseguido por la eliminacin de terreno estril efectuada por medio de la prospeccin geofsica. (Al estimar este ahorro, el coste de las labores efectuadas especficamente para comprobar los resultados de la prospeccin, como por ejemplo, perforaciones, debe incluirse, como es natural, en el coste de la prospeccin.) () (texto extrado de Parasnis y Orellana, 1971, p. 19-22)

Por ltimo, una definicin de autor no identificado, en algn grado verdica, publicada por la revista de la American Association of Petroleum Geologists (contraparte natural de la Society of Exploration Geophysicists): A Geophysicist is a person who passes as an exacting expert on the basis of being able to turn out with prolific fortitude infinite strings of incomprehensible formulae calculated with micrometric precision from vague assumptions which are based upon debatable figures taken from inconclusive experiments carried out with instruments of problematic accuracy by persons of doubtful reliability and questionable mentality for the avowed purpose of annoying and confounding a hopeless group of fanatics known as Geologists who are themselves the lunatic fringe surrounding the hard-working Oil Operator.

Plataforma petrolera en alta mar.

Intentaremos no molestar demasiado, ni seguir contribuyendo a la confusin del lector, sea ste estudiante de Geologa, de Ingeniera en Petrleo o cualquiera otra fuese su formacin previa. En el peor de los casos, esperamos poder ayudar a conciliar el sueo

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CUESTIONARIO BSICO- Dar una definicin de geofsica. - Cules ciencias le son afines? - Comentar brevemente los antecedentes histricos. - En qu se fundamenta la separacin en geofsica pura y aplicada? - Definir anomala geofsica. - De qu depende la densidad del muestreo de datos? - Qu condiciones favorecen el empleo de estos mtodos?

BIBLIOGRAFA- Cantos Figuerola, J., 1972. Tratado de Geofsica Aplicada (p.18-34). Librera de Ciencia e Industria. - Parasnis y Orellana, 1971. Geofsica Minera (p.19-35). Editorial Paraninfo. - Udas y Mezcua, 1997. Fundamentos de Geofsica (p.19-35). Alianza Editorial.

- Varios Autores, 1982. Apuntes del Instituto Superior de Exploracin Petrolera (p.15-18). Yacimientos Petrolferos Fiscales.

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Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 2 Prospeccin Gravimtrica


Eppur si muoveGalileo Galilei

PROSPECCIN GRAVIMTRICA

La gravimetra estudia las variaciones del campo de la gravedad (del latn gravitas) debido a una desigual distribucin de masas en el interior de la Tierra. Consiste en medir e interpretar las anomalas que las variaciones de la densidad en el subsuelo generan sobre el campo gravitatorio terrestre. La densidad de los posibles minerales del subsuelo ha de ser tenida en cuenta, pero es sabido que stos conforman rocas que slo raramente tienen pesos especficos ms o menos homogneos (el caso de los carbones, con 1-1,7, calizas con 2,7-2,8 o evaporitas con unos 2,1 g/cm3) mientras que lo ms frecuente es que se combinen en litologas heterogneas. Rocas muy densas (por ejemplo metamrficas e gneas, esta ltimas con unos 2,7 si son granticas y cerca de 3 g/cm3 si son baslticas) han de provocar mayor atraccin gravitatoria, y menor las que tienen baja densidad (en general las sedimentarias, que en el caso de las clsticas promedian los 2,2-2,4 g/cm3 y de 2 menos si son sedimentos inconsolidados). Adems, una misma litologa incrementa su densidad con la profundidad de soterramiento y consecuente aumento de la carga litosttica. Es necesario obtener los valores real y terico de la aceleracin de la gravedad (g) para, por diferencia, establecer las anomalas. En ese valor terico deben considerarse los efectos geogrficamente variables debidos a la forma general del planeta (elipsoide de revolucin) y su fuerza centrfuga de rotacin. En el valor real entran en consideracin tambin las variaciones de densidad locales que son el objetivo de la gravimetra prospectiva. Ese valor real puede ser medido en forma absoluta, respecto al centro de la Tierra y con la mayor precisin posible, o bien en forma relativa respecto a una referencia local (tantas unidades mayor o menor que el valor existente en tal sitio). Esferoide o Elipsoide de Revolucin: modelo bsico que supone la tierra formada por capas homogneas concntricas y sometida a las fuerzas de la gravedad que tienden a hacerla esfrica y a la fuerza centrfuga que tiende a ensancharla en el ecuador, donde sta es mxima (siendo nula en los polos). Geoide: superficie de equilibrio de los mares de la tierra si stos pudieran extenderse a travs de los continentes mediante canales imaginarios. Superficie equipotencial correspondiente al nivel de los mares. Se aparta en ms o en menos del elipsoide de revolucin segn las variaciones de densidad de la corteza y manto a gran escala. 1



Respecto al elipsoide de revolucin de referencia, el geoide se aparta un mximo de unos 60 m en el Atlntico Norte y un mnimo de 90 m al sur de la India.

Una aproximacin intuitiva al concepto de gravedad lo encontramos en la obra de Lucrecio (60 a.C.): De Rerum Natura, siendo la idea del heliocentrismo incluso anterior: de Aristarco de Samos en el 270 a.C. Pero, como sabemos, fue el britnico Isaac Newton quien defini las leyes de la gravedad. Parti de las observaciones y conclusiones del polaco Mikolaj Kopernik (en latn Nicolaus Copernicus, que en 1543 public De Revolutionibum Orbium Caelestium), del alemn Johannes Kepler (con sus tres leyes de movimientos planetarios de 1609-1619 en Epitome Astronomiae Copernicanae), del italiano Galileo Galilei (inercia, cada de cuerpos, pndulo, observaciones telescpicas, en Discorsi di Due Scienze, 1633, y otras obras), as como de otros grandes estudiosos, como reconociera el propio Newton cuando erigi su Principia Mathemtica (1687) donde expres la primera ley: F = G.m1.m2 / r2 y la segunda: F = m2.g En 1897 otro britnico, Henry Cavendish, invent la primera balanza de torsin y con ella midi el valor de la constante G (Gravitacin Universal): 6,67.10-11N m2 Kg2. 2



Adems se defini el Potencial Gravitacional terrestre U(r) = G.mT / r, o sea el valor del campo potencial de la gravedad (independiente del camino realizado) cuyo cero de referencia es la superficie del geoide (es decir que vale lo mismo en los polos que en el ecuador). Y tambin un Potencial Gravitatorio que toma en cuenta el efecto de la fuerza centrfuga: -mT.w2.r.cos (siendo w la velocidad angular y el ngulo de latitud). La derivada del Potencial Gravitacional respecto al radio es la aceleracin de la gravedad: dU =g o, escrito con una notacin diferente: dU = Uz dr dz donde en realidad tambin debemos calcular un valor neto que tome en cuenta la fuerza centrfuga. De modo que resulta g = (G.mT / r2) -mT.w2.r.cos (que naturalmente no es igual en los polos que en el ecuador). En rigor stas son expresiones simplificadas, ya que deberamos incorporar el trmino del irlands James Mac Cullagh (1839) que resta el pequeo efecto causado por los momentos de inercia axial y ecuatorial del planeta, irrelevante en actividades prospectivas. El valor de g, que es la magnitud generalmente utilizada para medir la gravedad, se expresa en gal (cm/s2). La gravedad media de la Tierra (9,81m/s2) corresponde a 981 gal. En la figura se indican los valores en los polos y el ecuador, as como la razn de sus diferencias, que se explican luego. La unidad habitualmente usada en prospeccin es el miligal (en ese caso la media terrestre es de 981000 mgal) o bien la unidad gravimtrica (u.g.) que es una dcima del miligal.

Otra magnitud medible es el gradiente de g, esto es la derivada de la aceleracin en las direcciones x, y z, valores que se miden en etvs (mgal/km). Tenemos entonces: dg = dUz =Uzz; dUz =Uzx; dUz =Uzy dz dz dx dy ADQUISICIN DE LOS DATOS Metodologa de trabajo: Ubicacin del rea a partir de la evaluacin de toda la informacin previa y de la definicin de los objetivos del relevamiento, sean stos puramente cientficos o de prospeccin de recursos o ambos. Determinacin y estaqueo de los puntos tomados como bases (en los que las lecturas 3



gravimtricas se harn dos o tres veces) y las estaciones en torno a esas bases (donde las mediciones se harn una sola vez). La ubicacin de estos puntos ha de conformar una malla lo ms regular posible, ms factible en trabajos de pequea escala y ms improbable en relevamientos regionales donde cerros, lagunas y otros rasgos geogrficos pueden obligar a desplazar u omitir puntos del mallado ideal de datos. En trabajos areos o marinos (o lacustres o fluviales) se definirn las lneas de navegacin y el intervalo de muestreo a lo largo de tales lneas, adems de los puntos de atadura entre lneas, en los que las lecturas habrn de repetirse generando as los puntos base del rea de cateo. Las restricciones podrn deberse a islas, corredores vedados a la navegacin, etc. Relevamiento topogrfico, en el que se realiza la determinacin de cotas y distancias entre las estaciones. Los errores de cierre de los polgonos (altimtricos y planimtricos) deben ser bien controlados y distribuidos. Su precisin estar ajustada con la precisin de las lecturas gravimtricas del aparato. Planimetra, para ubicar las estaciones. Debe considerarse el margen de error en las mediciones para as calcular a su vez el error probable de g en las correcciones por latitud. Altimetra, para la ubicacin en z. Tambin se calcula el rango de error probable en las mediciones que se traducir en errores de g en las correcciones vinculadas con la altitud. Relevamiento gravimtrico: es la adquisicin de los valores de g (componente vertical de la gravedad, obtenido con gravmetros) o ms raramente de valores de gradiente de la gravedad (con aparatos llamados gradimetros). Si existe cerca alguna base de una red de gravedad absoluta (por ejemplo en Argentina del IGM o el MOP en la provincia de Buenos Aires, o la red internacional IGSN) existe la posibilidad de colgar el trabajo de ese valor de precisin geodsica. Sin embargo esto no es necesario en los trabajos netamente prospectivos, en los que basta con mediciones de gravedad relativa. Tampoco es condicin sine qua non que la base de arranque sea un punto no anmalo, ya que en cualquier caso la condicin de anomala de gravedad relativa quedar en evidencia al completar la serie de correcciones de los datos adquiridos. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN Es el conjunto de las correcciones que nos permitirn homogeneizar los datos y hacerlos comparables para su correcta graficacin, a fin de poder interpretarlos geolgicamente. Se efectan segn el siguiente ordenamiento. Correcciones Temporales: El objetivo es tener valores corregidos que se aproximen a los que hubiramos obtenido si todas las estaciones las hubisemos realizado simultneamente (y con el mismo instrumento). Las causas de que las mediciones de g cambien con el tiempo son dos. o Efecto de Mareas Terrestres (como mximo 0.05 mgal/hr, o sea unos 0,3 mgal en seis horas). Este cambio en el valor de g es producto de las deformaciones temporales del geoide (mximo unos 75 cm) causadas por la atraccin del sol y la luna (efecto lunisolar), cuyos valores se pueden obtener de tablas publicadas. Se registran pleas y bajas cada seis horas, como en el mar. o Deriva Instrumental: cambio en la lectura del aparato de medicin (gravmetro, en esencia una balanza) debido a la fatiga del resorte -lo que provoca un comportamiento parcialmente plstico, no completamente elstico- y la eventual influencia de la temperatura ambiente en su respuesta. 4



Para efectuar la correccin temporal puede construirse una grfica con los datos crudos de campo y tratar de reconstruir la curva de variacin de los dos efectos sumados, como se ve en la figura de arriba. O bien se suprime primero el efecto de marea terrestre, obtenido de tablas, para despus corregir grficamente por deriva instrumental, la cual sigue un comportamiento casi lineal. Entonces, en una grfica con g en ordenadas y tiempo en abscisas, se construyen segmentos conectando los datos correspondientes a las lecturas en cada punto base, que se han ledo dos o tres veces (cada vez en un horario distinto), para luego proyectar a dicho segmento los datos de las estaciones que se han hecho en horarios intermedios en torno a la base de referencia. A su vez el g entre bases se obtiene calculando la diferencia entre cada segmento y el siguiente. Cuando se cuenta con datos repetidos de muchas bases puede recurrirse a alguna aproximacin de la deriva por el mtodo de los mnimos cuadrados. Compensacin por el mtodo de los polgonos: si luego de corregir por Deriva los valores de cada estacin, al calcular el error de cierre no nos diera cero, lo que se hace es compensar el error en las diferentes estaciones de forma que cierre al llegar a la primera. Se divide el error por el nmero de estaciones.

Correcciones Espaciales: En este caso el objetivo es tener valores en los que se busca cancelar los efectos latitudinal y altimtrico sobre las mediciones realizadas. Veamos cada causa y su correccin. o Latitud: se define el valor de gravedad terico segn el modelo del elipsoide de revolucin -usualmente no se requiere la precisin de un modelo geoidal- debido principalmente al efecto combinado de fuerza centrfuga (que no es gravitatoria pero la contrarresta, tendiendo a minimizar el valor de g en el ecuador) y del achatamiento axial terrestre y su ensanchamiento ecuatorial (originado por la fuerza 5



centrfuga) que provoca en los polos una menor distancia y una menor masa interpuesta entre la superficie y el centro de la Tierra (y lo contrario en el ecuador). Donde menor sea el radio terrestre mayor ser el valor de g, pero tambin donde menor masa interpuesta haya menor ser ese valor. En el balance, el efecto de menor radio es ms significativo que el de menor masa interpuesta (como lo indica la frmula de Newton, donde el radio est al cuadrado), o sea g resulta mayor en los polos y esto se magnifica todava ms porque en los polos no hay fuerza centrfuga que contrarreste el valor de g, resultando en unos 983,2 gal contra 978,0 en el ecuador. Vase la figura de la pgina 3. Esta es la frmula que da la gravedad terica para una latitud en base al elipsoide de revolucin que mejor ajusta el geoide: g (gal) = 978,0327 (1+0,0053024sen2-0,0000058sen22) Para corregir tenemos presente que la gravedad en ambos hemisferios crece a medida que nos acercamos a los polos y por lo tanto existe una diferencia normal de gravedad entre las estaciones y la base debido a las diferencias de latitud entre ellas. En el hemisferio sur la correccin ser positiva para todas las estaciones al norte de la base y negativa para las que estn al sur. En prospeccin suele bastar con la siguiente aproximacin grosera de correccin por latitud: CL (mgal/km) = 0,8122 sen2 En la grfica siguiente se ve los valores que va tomando CL (K) segn la latitud.

o Altitud: se modifica el valor de gravedad terico a nivel local segn la altimetra, lo cual se manifiesta con dos efectos opuestos, llamados de Aire Libre y Bouguer, ms un efecto fino vinculado al segundo (por irregularidades topogrficas). Tenemos entonces: -Correccin de Aire Libre: de altura o cota respecto a un plano de referencia establecido, sea el nivel medio del mar (superficie del geoide o nivel equipotencial cero) o cualquier otra altitud de referencia elegida para uniformar las magnitudes medidas dentro del rea de trabajo. Si el punto medido est por encima del plano de referencia se le suma al valor de la correccin por aire libre, ya que el campo gravitatorio terrestre decrece con la altura de la estacin y h es mayor que cero en la frmula. Si el punto est por debajo del plano de referencia se le resta la correccin por aire libre. Un clculo aproximado es: CAL = 0,3086 mgal/m -Correccin de Bouguer (estudiada por Pierre Bouguer, 1740): debido al efecto gravitacional de la masa interpuesta entre el punto de medicin y el plano de referencia y suponiendo para el clculo una losa horizontal infinita de espesor h igual a la diferencia de cotas. Debe tenerse en cuenta tambin la densidad media de dicha losa ideal. Esta correccin debe restarse del valor de g medido si la estacin est situada por encima de la base y sumarse si est por debajo. El signo de la CB es opuesto al de la CAL. Aproximamos CB = 0,0419 mgal/m (siendo la densidad en gr/cm3) 6



De modo que para calcular la CB se debe conocer la Densidad de la Roca entre cada punto estacin y el Plano de Referencia (Datum), que se puede obtener por: Mtodos directos: *Midiendo peso y volumen de muestras de material no consolidado colocado en un cilindro de volumen conocido. *Pesando en el aire y en el agua la muestra, recubierta con parafina, aplicando la frmula de Arqumedes, donde: = Peso en el aire / Empuje (es decir, peso del fluido desplazado) Las muestras pueden ser de afloramientos o pozos, pero pueden dar valores algo distintos que los de roca virgen soterrada y en general no son representativos de la densidad media en el conjunto de roca considerado, por lo cual raramente se emplean slo estos mtodos y ms bien se recurre a ellos como modo de cotejar con los mtodos indirectos. Mtodos indirectos: *el mtodo ms utilizado es el del estadounidense Lewis Nettleton (1939). Consiste en seleccionar en la zona de trabajo un rea que involucre un alto y un bajo, medimos valores de g en cada uno de los puntos y los corregimos altimtricamente, asignndole distintos valores tentativos de densidad. (Previamente ya hemos corregido por deriva y por latitud.) Con valores bajos de densidad la correccin resulta deficiente y la curva acompaa la forma de la topografa; el efecto de la cota es predominante y el de la masa es despreciable. Si la densidad elegida es alta la correccin resulta excesiva, la g est influenciada por la masa interpuesta antes que por la cota, y se invierte el diagrama. Para un valor prximo al real se elimina por completo el efecto del relieve, se utiliza un valor de densidad que tiende a hacer lineal la anomala gravimtrica. En el grfico adjunto es el caso de 2,5 g/cm3. *Un mtodo alternativo es el de Siegert (1942), con relieve ondulado, el cual se resuelve mediante aplicacin de mnimos cuadrados entre diferencias de cotas y de gravedades observadas. 7



*Y otro mtodo menos usado es el de Legge (1939), tambin mediante mnimos cuadrados. Se denomina Correccin Altimtrica a la suma (con su signo) de la correccin de Bouguer y la de Aire Libre. Siempre que elijamos un plano de referencia por debajo del punto estacin la correccin altimtrica es positiva. CALT = CAL - CB -Correccin Topogrfica: se debe a un efecto menor relacionado con el de Bouguer, tomando en cuenta la influencia lateral respecto al punto de medicin, funcin de los excesos o deficiencias de masa dados por las irregularidades de la topografa local. Ac tambin debe considerarse la influencia de la densidad media.

Cuando existe una elevacin lateral al punto corregido, la componente vertical (z) del tirn lateral ascendente desde el centro de masa de la elevacin no haba sido considerada en la correccin de Bouguer (losa horizontal infinita), de modo que ahora lo consideraremos sumando una magnitud de correccin, ya que la elevacin lateral nos disminuy el valor medido. Cuando existe una depresin lateral, durante la correccin de Bouguer hemos asumido que all haba masa -depresin rellena-, es decir que, como parte del efecto de la losa horizontal infinita, hemos restado la componente vertical (z) de ese tirn lateral descendente. Pero tal tirn no exista porque all no hay masa, o sea que la CB fue implcitamente sobredimensionada, por lo cual restamos de ms y ahora tenemos que devolver la diferencia, es decir sumar una magnitud de correccin volviendo las cosas a como fue originalmente medido. 8



La correccin topogrfica resulta siempre positiva. Para calcularla recurrimos a plantillas como la ilustrada en la grfica de arriba, tomando la cota promedio de cada compartimiento, calculando el h respecto al punto central (que se corresponde con un dato gravimtrico) y aplicando una frmula de ajuste o bien resolviendo mediante el uso de bacos. CT = G [(r2-r1) + (r12 +h2)1/2 (r22 +h2)1/2], donde es el ngulo de cada sector en radianes. Determinacin de la g observada corregida de todas las estaciones: es el resultado de aplicar la suma de las correcciones aplicadas, tambin denominada reduccin de la gravedad al elipsoide. Podr ser un valor de gravedad absoluto o bien relativo a una referencia de trabajo local. gc = gob + Deriva + CL + CAL + CB + CT Determinacin de valores de anomala de Bouguer: si hemos trabajado con valores de gravedad absoluta, ser la diferencia entre la g observada (y corregida, o sea gc) y la g terica que se obtiene de la frmula que hemos visto para un elipsoide de referencia (pgina 6). Es el objetivo de los estudios geodsicos y su origen se encuentra en las variaciones de densidad de la corteza terrestre, sobre todo en su porcin ms superficial. g = gc gT Pero tambin llamamos anomala de Bouguer a los g de gravedad relativa respecto de alguna referencia local que consideremos normal, situacin tpica en la inmensa mayora de los trabajos de prospeccin, donde no se han medido valores absolutos de g. Confeccin del Mapa de Isoanomalias o de Anomala de Bouguer: graficacin de curvas que unen puntos interpolados de iguales valores de anomala de Bouguer (curvas isoanmalas), que permite visualizar arealmente las anomalas encontradas durante la prospeccin. Tambin pueden construirse Perfiles de Anomala de Bouguer a partir de datos mapeados o bien desde datos registrados directamente a lo largo de cortes o transectas individuales. INTERPRETACIN GRAVIMTRICA Se trata de poner en trminos de significado geolgico -y eventualmente econmico- los datos graficados. Debe tenerse siempre presente la importantsima dependencia de la distancia vertical y lateral entre el punto de medicin y la masa anmala, y tambin que hay infinitos diferentes modelos del subsuelo que pueden producir similares respuestas gravimtricas, tal como se ilustra.

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Por esto es fundamental la evaluacin de toda la informacin geolgica conexa, as como de pozos, de otros mtodos geofsicos, etc. Y pueden considerarse dos encuadres: Interpretacin Cualitativa: descripcin de anomalas, relacin con estructuras. Interpretacin Cuantitativa: volumen, profundidad, masa. Filtrado y separacin de las componentes residuales y regionales de gravedad Las anomalas observadas son la suma de los potenciales de anomalas someras, intermedias y profundas. La interpretacin deber iniciarse separando los diferentes efectos. El procedimiento de separacin de anomalas consiste en la separacin del efecto regional (ms suave y de mayor amplitud o baja frecuencia). De acuerdo a lo que nos interese prospectar separamos lo regional de lo residual; por ejemplo si slo nos interesa conocer la distribucin del basamento no nos importa el efecto residual, por lo tanto lo filtramos.

La separacin de anomalas puede hacerse por: -Mtodos grficos: que se basan en el conocimiento de las anomalas locales y de la

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geologa regional por parte del intrprete. Una forma es el mtodo de suavizacin de curvas y otro es la construccin de perfiles de gravedad. -Mtodos analticos: donde se elimina el efecto regional por anlisis de la derivada segunda, media aritmtica, mnimos cuadrados, mtodo de Griffin, transformada de Fourier, etc. g residual = g Bouguer - g regional Mtodo de la derivada segunda: mediante la aplicacin de la segunda derivada de la gravedad sobre los datos mapeados o en perfil logramos resaltar significativamente todo aquello que sea de origen somero o residual, respecto a los efectos regionales o profundos.

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Mtodo de Griffin: desarrollado por el estadounidense Carroll Griffin (1949) parte de tomar, dentro de un mapa de anomala de Bouger, un punto del que naturalmente conocemos el valor de la g de Bouguer (es decir la g observada con todas las correcciones ya vistas). Trazamos un crculo con centro en dicho punto y se considera que el regional es el promedio de los valores de la gravedad en los alrededores de la estacin. Una vez obtenido el regional, el residual es la diferencia entre la gravedad de Bouguer y la gravedad regional. El tamao del crculo ha de ser funcin de lo que interpretamos por regional y residual. Un crculo demasiado chico nos dar una g regional casi igual a la g de Bouguer que ya tenemos y por lo tanto la g residual ser prcticamente nula. Un crculo excesivamente grande producir una g regional casi nula y en consecuencia la g residual ser semejante a lo que nos muestra el mapa de anomala de Bouguer desde donde partimos.

Mtodo de Continuacin: se basa en plantear matemticamente la medicin del campo potencial gravitatorio de un rea ya relevada a niveles sucesivamente ms elevados (continuacin ascendente) o ms profundos (continuacin descendente), en este ltimo caso slo vlido por encima de las masas anmalas. Los resultados son mapas de anomalas ms suaves en el primer caso o ms agudas en el segundo, asimilables a componentes regionales o residuales, respectivamente. Este mtodo analtico es muy bueno para mejorar la resolucin de anomalas de Bouguer resultantes de la interseccin de los efectos de dos masas rocosas del subsuelo. Mtodo de la Transformada de Fourier: emplea el instrumento matemtico desarrollado en la Francia napolenica por Joseph Fourier (1822). Mediante su aplicacin aproximamos el perfil o mapa de anomalas mediante una serie de funciones armnicas (seno, coseno) de distintas longitudes de onda y distinta amplitud cada una, transfiriendo as la informacin al dominio de los espectros de amplitudes. All separamos con algn criterio prctico lo que vamos a considerar componentes regionales o profundas (de larga longitud de onda o pequeo nmero de onda) y residuales, someras o locales (de corta longitud de onda o gran nmero de onda), para finalmente volver al dominio original -haciendo la antitransformada de Fourier- representando datos separados (ya sea regionales o bien residuales) en mapas o cortes segn los criterios aplicados. Esto se esquematiza en la siguiente pgina. 12



Anomala Isosttica: Es un clculo especial, no de rutina, slo aplicado en casos de estudios regionales de la gravedad, donde el conjunto de la corteza terrestre queda involucrado en un objetivo de investigacin geofsica profunda. Se compara la gravedad medida (con todas las correcciones previas aplicadas) con aquella que correspondera a una situacin de corteza equilibrada isostticamente segn un modelo elaborado particular (basado en el modelo conceptual del britnico George Airy, 1855). La diferencia entre ambos conjuntos de datos es la correccin isosttica, o sea el grado de desequilibrio isosttico (flotacional) de la regin en el sentido del estadounidense Clarence Dutton, 1889. La grfica de anomala isosttica se asemeja en parte a la de anomala de Aire Libre (producto de aplicar todas las correcciones hasta la de cota, pero no la de Bouguer). Cuando esta ltima es aplicada a escala de la corteza se est desequilibrando el clculo, al quitar las antirraces (el relieve sobre el nivel del mar) que tiende a equilibrarse isostticamente con las races corticales profundas. Las causas del desequilibrio isosttico en la naturaleza pueden ser muy variadas: sobrecargas corticales todava no compensadas por races, como por ejemplo en grandes acumulaciones deltaicas o estructuras volcnicas recientes como los puntos calientes (hot spots). O tambin cortezas descargadas rpidamente -en trminos geolgicos- por fenmenos erosivos o por deglaciacin, tal el caso de la Patagonia, actualmente en ascenso isosttico. La frmula general de Airy es: Z(s c) = H. c (Z es la profundidad bajo el nivel de compensacin, H la cota sobre el nivel del mar, c la densidad media de la corteza terrestre y s la densidad subcortical)

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Interpretacin y comparacin de las anomalas observadas con formas sencillas: Algunos de los criterios de interpretacin son la intensidad, agudeza, resolucin y forma de las anomalas. La intensidad est dada por el contraste de densidades con las rocas del entorno, as como por el tamao y la profundidad de la masa anmala. La agudeza suele vincularse a la profundidad del rasgo geolgico, tanto ms agudo el mapa o perfil cuanto ms somero es el emplazamiento anmalo. La resolucin tiene que ver con la capacidad de la informacin graficada para definir la separacin en subsuelo entre dos anomalas parcialmente superpuestas en mapas o cortes. La forma nos da informacin sobre la configuracin geolgica de las anomalas, como el caso de pliegues o diques alargados, chimeneas volcnicas o diapiros ms o menos circulares, etc. El objetivo es la determinacin de las dimensiones, forma y profundidad de emplazamientos gravimtricamente anmalos. Una estimacin sencilla, aunque no precisa, de la profundidad del techo de la masa de densidad anmala se basa en medir el ancho medio (el ancho medido en la mitad del g anmalo) y multiplicarlo por 0,6. Es decir, Z w 0,6 ancho medio. A veces los valores altos de g estn asociados con los ncleos de los anticlinales o bloques elevados (pilares), ambas alternativas representan una aproximacin de rocas densas a la superficie. En otros casos los valores altos estn relacionados con la presencia de cuerpos intrusivos gneos (que pueden tener distintas mineralizaciones) o de coladas yacentes en el subsuelo. Las zonas con gradientes fuertes se deben al contacto entre rocas con distinta densidad, como ocurre en los planos de falla. Tambin existen anomalas negativas debidas a la presencia de rocas poco densas, como los ncleos de los sinclinales, diapiros halo o tectocinticos, etc. El conocimiento de la geologa regional y la estructura del rea ayuda a desechar alternativas que podran dar una solucin a la respuesta gravimtrica obtenida. 14



Por otro lado, si sabemos que la anomala se debe a un cuerpo que, por ejemplo, fuera ms o menos cilndrico verticalmente y conocemos el contraste de densidades con las rocas que lo rodean, es posible determinar su profundidad y el radio y longitud de esa masa que se puede asimilar a una chimenea volcnica u otras formas de emplazamiento geolgico. Es lo que se llama inversin del mtodo. Igual procedimiento se aplica a otras formas geomtricas simples (esferas, prismas y otros como puede verse en la figura adjunta, algunas resolubles mediante bacos, como el de abajo), o bien a geometras ms complejas, recurriendo a mtodos de integracin de volmenes de formas polidricas ms o menos elaboradas, como se ejemplifica en la grfica de la siguiente pgina.

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Finalmente, un mtodo de inversin avanzado es el de la Deconvolucin: serie de operaciones matemticas empleadas en restauracin de seales, para recuperar datos que han sido alterados por un proceso fsico. Proceso que, en nuestro caso, representa al portador de la informacin del subsuelo, esto es, el campo fsico (en este caso gravitatorio) que se convolucion con la anomala de densidad. La deconvolucin es la operacin inversa a la convolucin que realmente ocurri en la Tierra, es decir, la modificacin del campo de gravedad por la masa rocosa anmala. De manera que con el proceso matemtico de deconvolucin -que veremos con ms detalle en ssmica- intentamos construir el modelo de aquella estructura geolgica que se convolucion con la gravedad para dar la anomala de Bouguer medida y graficada. CUESTIONARIO BSICO- En qu se diferencian campo y potencial gravitatorio? - Qu es la gravedad terica y qu la gravedad absoluta? - Fundamentar las diferencias entre la gravedad en el ecuador y en los polos del planeta. - Qu efecto astronmico aparece includo en las mediciones para deriva instrumental? - Explicar la correccin altimtrica. - Puede la correccin topogrfica ser positiva o negativa?, por qu? - Cmo se aplica el mtodo de Nettleton? - Qu mtodos separan gravedad regional de local? - Explicar por qu las anomalas residuales son las ms agudas. - Qu es la anomala isosttica? - Cul es la utilidad de los modelos gravimtricos?

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BIBLIOGRAFA- Cantos Figuerola, J., 1972. Tratado de Geofsica Aplicada (p.35-100). Librera de Ciencia e Industria. - Fowler, C., 1990. The Solid Earth (p.169-189). Cambridge University Press. - Griffiths y King, 1972. Geofsica Aplicada para Ingenieros y Gelogos (p.148-179). Editorial Paraninfo. - Lowrie, W., 1997. Fundamentals of Geopysics (p.29-81). Cambridge University Press. - Parasnis y Orellana. 1971. Geofsica Minera (p.227 -281). Editorial Paraninfo. - Sheriff, R., 1991. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists. - Udas y Mezca, 1997. Fundamentos de Geofsica (p.37-139). Alianza Editorial.

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Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 3 Gravimetra, Instrumental y Aplicaciones


INSTRUMENTAL Y APLICACIONES GRAVIMTRICAS

Mediciones de Gravedad Relativa: Los primeros trabajos de prospeccin fueron realizados con balanzas de torsin, como la de Etvos, que medan el gradiente de la gravedad -por lo cual eran aparatos llamados gradimetrosy tambin en esos tiempos se utilizaron pndulos, si bien de operacin lenta -ms apropiados para mediciones absolutas-, de los cuales el ms utilizado fue el de Henry Katter (1917). Pero desde principios de la dcada de 1930 se han utilizado los gravmetros, que miden directamente pequeas variaciones de la componente vertical (z) de la gravedad relativa, respecto a una referencia o base principal, sobre la base de que m.g = k.h (k es la constante del aparato y h el desplazamiento vertical). En verdad la prestacin de las balanzas de torsin era superior, pero la mayor rapidez de los gravmetros, con aceptables resultados, pes especialmente en las actividades de exploracin hidrocarburfera. Gravmetros Estables: En stos el cambio de la longitud del muelle se mide directamente por medio de una amplificacin (ptica, mecnica o elctrica), ajustndose nuevamente al punto central mediante un tornillo y leyendo las divisiones debidas a la variacin de la longitud del muelle, es decir al cambio de g. Prcticamente dejaron de usarse hace dcadas. Algunos ejemplos son el Hartley, con un sistema de amplificacin mecnico-ptica, y el Gulf, con amplificacin de tipo ptica. Gravmetros Inestables o Astticos: Desarrollados en 1934 por Lucien La Coste y Arnold Romberg (pero comercializado en escala slo despus de la Segunda Guerra Mundial) consta de una masa suspendida inestablemente a travs de un brazo lateral, tal que para determinado valor de g la masa se encuentra en equilibrio. Basta un pequeo cambio de g para que se abandone el equilibrio y esto se traduzca en desplazamientos relativamente grandes. Posee dos resortes principales, uno para los ajustes de las mediciones como en los estables y otro para suspender el sistema, el cual es llamado resorte cero (zero length spring) ya que no se modifica su posicin durante la operacin. Algunas marcas conocidas, cada una con varios modelos, son Thyssen, La Coste-Romberg, Worden, Sodin, Canadian y otras. Como se mencion antes, el material de los resortes (inicialmente metlicos, actualmente de cuarzo) genera una deriva (en ingls, drift) que es necesario determinar. La deriva es la variacin que experimentan las lecturas en una misma estacin con respecto al tiempo. Se debe a deformaciones no perfectamente elsticas del sistema (fatiga), inevitablemente variante respecto al 1



resorte ideal, ms otras variaciones por la temperatura y perturbaciones que eventualmente sufre un instrumento durante su trabajo. Aqu podemos ver ilustraciones de distintos tipos de gravmetros.

Existen diseos de gravmetros adaptados para ser bajados a fondos marinos (La Coste, 1952, con mando remoto), tambin para trabajar desde barcos o tambin desde aviones (ya desde los aos 60), o para pozos petroleros (Gilbert, Edcon, etc., que se mantienen verticales sin importar la inclinacin del pozo), todos construidos segn el principio de los gravmetros astticos. Existen asimismo versiones avanzadas para mediciones satelitales, y hasta fue enviado a la Luna un diseo especial de La Coste, en 1972. Tambin han surgido recientemente gravmetros de Resorte Vibrante con un sistema de registro electromagntico y otros que funcionan por Levitacin Magntica de un imn sobre un campo 2



inducido a travs de una bobina, los que constituyen la base de los modernos desarrollos en curso. A la derecha se ilustra el diseo bsico de cada uno de ellos.

Gradimetros: Empleados tambin para mediciones de gravedad relativa. Los ms antiguos, desde fines del siglo XIX, fueron las Balanzas de Torsin, modificadas de la balanza original de Cavendish, siendo la ms utilizada la desarrollada por el hngaro Lorand von Etvs (1886), para medir directamente la pendiente o gradiente de la gravedad. sta consta de dos masas iguales suspendidas de brazos a distintas alturas y con posibilidad de rotar en conjunto para situarse en la direccin de mximo gradiente horizontal de la aceleracin gravitatoria.

A partir de 1970 empezaron a usarse Gradimetros Modernos, conformados por tres pares de gravmetros ensamblados en las direcciones x, y, z, inicialmente para navegacin submarina, reemplazando al sonar durante la Guerra Fra. Posteriormente comenzaron a ser empleados tambin para prospeccin marina principalmente petrolera ya que, si bien muy costosos, brindan respuestas superiores a la de los gravmetros que slo miden la componente z de la gravedad. Van montados sobre plataformas girocontroladas y con acelermetros que permiten corregir los efectos provocados por los movimientos de la embarcacin. La aplicacin ms habitual se relaciona con la presencia de diapiros halocinticos que entrampan hidrocarburos en los reservorios de sus flancos. Estas figuras ilustran sobre la gradiometra moderna. 3



Mediciones de Gravedad Absoluta: Pndulos: Basados en el sincronismo de su perodo descubierto por Galileo Galilei, fueron los primeros instrumentos usados y an se los emplea. El perodo T = 2/L/g (siendo L la longitud del pndulo ideal, aproximadamente igual a k, constante del sistema real). (Como se mencion, algunos pndulos tambin fueron utilizados hace un siglo para prospeccin.) Aparatos de Cada Libre: Desarrollados en las ltimas dos dcadas, miden la gravedad por cada de un cuerpo en un receptculo en vaco (otra idea original de Galileo), haciendo las determinaciones mediante instrumental electrnico de alta precisin y recordando que la distancia vertical h = (1/2)g.t2 (siendo t el tiempo de cada). 4



Gravmetro Superconductor o Criognico: De desarrollo reciente, consiste en una esfera hueca suspendida en un campo magntico generado por un toroide superconductor enfriado por un compresor de helio. Usado para mediciones absolutas y monitoreo fino de mareas y sismos.

APLICACIONES GRAVIMTRICAS Como ya fue en parte mencionado, existen anomalas de Bouguer negativas -siempre en trminos relativos respecto a una referencia zonal- all donde hay sinclinales, domos evaporticos, etc. Los altos gravitacionales, en cambio, pueden presentarse si hay rocas gneas intruyendo una secuencia sedimentaria, o bien donde tengamos anticlinales -porque en su ncleo las rocas ms antiguas, generalmente ms densas, se acercan a la superficie-, o bien en otras diversas conformaciones geolgicas. Los objetivos pueden vincularse al estudio de la geologa regional con variados fines prospectivos y aun investigaciones corticales de gran magnitud, como el siguiente ejemplo alpino.

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En algunos casos la adquisicin de los datos es un mallado terrestre de gran escala, o bien transectas generalmente perpendiculares a los principales rasgos tectnicos. Desde hace ya muchos aos, como se dijo, la gravedad puede ser registrada tanto desde barcos como aviones, si bien con alguna disminucin en su precisin pero til a los fines regionales, a veces con gravmetros y otras veces con gradimetros, que son ms costosos pero brindan informacin de excelente calidad. Desde barcos o aviones es importante tener una navegacin lo ms pareja posible y evitar aceleraciones que generaran ruidos en las lecturas, si bien es posible recurrir a acelermetros que permiten compensar esto. Desde el aire se trata de seguir lneas de vuelo rectas a altura constante, ms o menos paralelas entre s y, como en otras modalidades, aproximadamente normales a las estructuras, con algunas lneas de atadura en sentido perpendicular al antedicho. Finalmente, como tambin se mencion, existen registros satelitales con fines fundamentalmente geodsicos.

Arriba tenemos los mapas de anomala de Bouguer y residual de los Estados Unidos, generados a partir de la integracin de muchos relevamientos individuales. Se pueden apreciar los valores negativos sobre el orgeno que est actualmente activo (las Rocky Mountains) y 6



valores positivos sobre las races exhumadas de un orgeno antiguo (los Apalaches). Puede verse que el mapa residual quita estos elementos regionales muy profundos y realza rasgos relativamente ms someros. Abajo un relevamiento tpico, en una cuenca sedimentaria del noroeste argentino.

El primera figura a la izquierda en la pgina siguiente es la interpretacin de una transecta a escala cortical, desde las Sierras Cuyanas de Argentina al Pacfico en Chile. La anomala de Bouguer est descompensada por la ya citada eliminacin metodolgica de las antirraces (el relieve) y la anomala de Aire Libre -sin supresin de la masa interpuesta que configura las antirraces- da, en cambio, un resultado ms semejante al de la anomala Isosttica, de modo que se la puede tomar como una primera aproximacin si no se tiene la oportunidad de calcular el desbalance isosttico. 7



Los mapas a la derecha muestran precisamente la relativa similitud entre la anomala de Aire Libre y la Isosttica modelada a escala continental (D.Chapin,1996; Geophysics).

Pero adems existen otras diversas aplicaciones de la gravimetra a menores escalas, como el ejemplo de la figura de aqu arriba, en la cuenca Austral: un maar (crter freatomagmtico) con una intrusin gnea subvolcnica visible en la ssmica de reflexin y en el perfil de detalle de la anomala de Bouguer generada por el contraste de densidades. 8



Otras aplicaciones de escala reducida son las hidrogeolgicas (basamentos de acuferos, etc.), las medioambientales (como ser la deteccin de piletas de petrleo o basurales tapados), tambin las referidas a trabajos de exploracin arqueolgica (por ejemplo construcciones con bloques densos yaciendo bajo sedimentos ligeros) o para fundaciones en ingeniera civil (rocas de base para diques, puentes, etc.), en algunos casos con mediciones de altsima precisin en un rea muy reducida, como el ejemplo siguiente.

Gravimetra Aplicada a la Prospeccin de Hidrocarburos: La prospeccin gravimtrica ha sido muy utilizada en las primeras etapas exploratorias de las cuencas sedimentarias, dado que brinda buenas imgenes de la forma de las cuencas, sus variaciones de espesor y la conformacin de sus principales estructuras que pueden eventualmente configurar trampas de hidrocarburos, tal como se ve en el ejemplo de la Fosa de Tucumn. La mayor proximidad a la superficie del basamento -o de rocas densas en general- se expresa en aumentos de la aceleracin de la gravedad y por lo tanto de la anomala de Bouguer observada en mapas y cortes. A la inversa, con mayor profundidad del basamento -o rocas someras de baja densidad- tenemos anomalas de Bouguer negativas respecto a la referencia regional. En cuencas exploratoriamente ms maduras, ya sea marinas o continentales, la gravimetra puede ayudar a resolver modelos del subsuelo all donde la ssmica de reflexin u otros mtodos geofsicos no dan buena respuesta, por ejemplo bajo domos salinos relativamente complejos o bajo intrusiones gneas o coladas de gran espesor. Tambin puede ser una ayuda -siempre econmica- si existen sobrecorrimientos de rocas densas sobre otras ms modernas y los altos buzamientos 9



dificultan la iluminacin de la ssmica. Como asimismo han sido utilizadas las mediciones de gravedad en reas donde no se ha podido registrar ssmica, por ejemplo reas pobladas o zonas de reserva, tanto sea mediante adquisicin terrestre como en la variante area. O tambin con mediciones terrestres pero con facilidades de transporte por helicptero, tal como se ilustra a la derecha. A escala local, con mediciones de precisin, tambin se pueden obtener resultados afinados que pueden ser muy tiles si se los interpreta mediante modelos apropiados, recurriendo siempre a la separacin de componentes someras, profundas y eventualmente intermedias de la gravedad, conceptos que son relativos segn la escala que estemos manejando. La componente profunda de un estudio de impacto ambiental (ejemplo piletas de petrleo mal tapadas) puede ser la ms somera posible a nivel del estudio de una cuenca. Perfilaje Gravimtrico de Pozos: Como ya se coment, la gravedad puede medirse directamente a travs de un perfilaje en un sondeo petrolero, como tambin minero o para otros fines. Existen las herramientas apropiadas (gravmetros de pozo) si tal informacin se considera de inters para la exploracin o el desarrollo de yacimientos. Pueden emplearse en pozos incluso horizontales y son muy tiles en cuencas con presencia de rocas con densidades sensiblemente contrastantes, las cuales se pueden obtener con mayor precisin que con otras herramientas geofsicas, como el perfil radiactivo de Densidad. Abajo, foto y esquema de un gravmetro de pozo, y comparacin de un perfil de pozo con otro de gravimetra superficial.

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La siguiente grfica muestra esquemticamente los registros gravitatorios de cada de la densidad en perfil debido a un emplazamiento lateral evaportico a diferentes distancias:

CUESTIONARIO BSICO- Sealar instrumental usado para mediciones absolutas - Qu tipos de gravmetros existen y dnde se los puede utilizar? - Cules son las ventajas y desventajas de los gradimetros? - Qu informacin brindan los gravmetros de pozo? - Dar ejemplos de aplicaciones petroleras y no petroleras de la gravimetra, a escalas regional y de detalle.

BIBLIOGRAFA- Cantos Figuerola, J., 1972. Tratado de Geofsica Aplicada (p.35-100). Librera de Ciencia e Industria. - Fowler, C., 1990. The Solid Earth (p.169-189). Cambridge University Press. - Griffiths y King, 1972. Geofsica Aplicada para Ingenieros y Gelogos (p.148-179). Editorial Paraninfo. - Lowrie, W., 1997. Fundamentals of Geophysics (p.29-81). Cambridge University Press. - Parasnis y Orellana. 1971. Geofsica Minera (p.227 -281). Editorial Paraninfo. - Sheriff, R., 1991. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists. - Udas y Mezca, 1997. Fundamentos de Geofsica (p.37-139). Alianza Editorial.

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Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 4 Prospeccin Magnetomtrica

Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009

"In the discovery of secret things and in the investigation of hidden causes, stronger reasons are obtained from sure experiments and demonstrated arguments than from probable conjectures and the opinions of philosophical speculators of the common sort."William Gilbert

PROSPECCIN MAGNETOMTRICAEl campo magntico terrestre, cuyo origen reside en el ncleo, es modificado por cambiantes componentes externas a la masa slida del planeta, pero tambin existe una componente muy menor de la corteza, que puede ser significativa a una escala relativamente local. La prospeccin magnetomtrica se basa en evaluar esa desigual distribucin de fuerzas magnticas dentro de la corteza terrestre. El contenido alto en minerales de hierro produce anomalas positivas y su defecto anomalas negativas. Las anomalas magnticas detectadas a travs de estudios magnticos en el 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 slo existen a temperaturas debajo de la Temperatura de Curie. En consecuencia los generadores de las anomalas magnticas pueden hallarse hasta una profundidad mxima de 30 a 40 km, dependiendo del gradiente geotrmico, esto es esencialmente, como qued dicho, dentro de la corteza terrestre. La magnetita o piedra imn fue conocida desde la antigedad, especialmente en China (desde 2,6 milenios antes de nuestra era) y tambin en Egipto. Los griegos la llamaron magnetita por ser comn en la regin de Magnesia. Como sabemos, la brjula fue inventada en China cerca del ao 100. rabes y Persas la utilizaban en el siglo XI para navegacin y lleg a Europa en el siglo XIII. Un militar francs, Pierre de Maricourt fue el primero en emplearla para hacer un carteo de un yacimiento de magnetita -o es al menos el testimonio ms antiguo del que disponemos-, un trabajo autodidacta en el norte de Italia que no fue utilizado luego. El alemn Georg Hartmann en1510 estudi la declinacin y en 1544 la inclinacin magntica, variables con las coordenadas. El britnico Williams Gilbert en 1600 public De Magnete, Magneticisique Corporibus donde defini el campo magntico como un imn orientado con el eje terrestre. En 1635, tambin en Gran Bretaa, Henry Gellibrand observ su variacin con el paso de los aos. La primera balanza para medir fuerzas magnticas se debe al britnico John Mitchell (1750) que observ su variacin con la inversa del cuadrado de la distancia. Por lo que el francs Charles Coulomb, que vena estudiando fuerzas elctricas, aplic la misma ecuacin general para el campo magntico. Su ley de 1784 expresa en magnetismo que: F = p1.p2 / .r2 (en el S.I. la magnitud de los polos se da en A.m, la distancia r en metros y la constante , permeabilidad magntica, es en el vaco 0 = 2 .10-7 A.m/V.s = A2/N) 1

Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 4 Prospeccin Magnetomtrica

Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009

Otros conceptos bsicos, anlogos a los de gravimetra, son: el Potencial Magntico V = p1 / .r y su derivada, el Campo Magntico H = F / p2 = p1 / .r2 El dans Hans Oersted document en 1819 la desviacin de una aguja magntica por una corriente elctrica y el britnico Michael Faraday observ en 1831 (al igual que el alemn H. Lenz) que el movimiento de un imn cerca de un cable induce una corriente elctrica. Karl Gauss concluy en 1838 en Alemania que el campo principal definido por Gilbert tiene su origen en el interior de la Tierra. La unificacin de los campos magntico y elctrico se debe al britnico James Maxwell en 18

la biblia de la geofisica

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