APLICACIONES DEL MÉTODO DE EXPLORACIÓN GEOMAGNÉTICA (METODO DE SEMIANCHURA)

Hola amigos de Steemit, les comparto un método para la detección de estructuras minerales en el subsuelo a través del método geomagnético, utilizando perfiles que se deducen de los levantamientos magnéticos en el área de estudio

INTRODUCCIÓN

El método magnético es el método geofísico de prospección más antiguo aplicable en la prospección petrolífera, en las exploraciones mineras, arqueológicas y agua subterránea.
Las mediciones del campo magnético terrestre muestran variaciones en la superficie de la susceptibilidad magnética. La susceptibilidad magnética es una propiedad que poseen los materiales magnéticos o no magnéticos al resistir o expresa el grado de magnetización de un campo magnético externo. Las mediciones se realizan con magnetómetros (figura 1) y registran la suma del campo de la Tierra y los campos inducidos en materiales magnéticos (figura 2). Más materiales magnéticos (es decir, susceptibles) tienen campos magnéticos inducidos más fuertes. Si el campo natural se puede eliminar de forma que solo queden campos inducidos en los datos, los resultados revelan dónde está el material magnético y, hasta cierto punto, qué tan magnético es. En estas medidas es necesario tomar en cuenta la variación diurna campo magnético terrestre y como las perturbaciones de vehículos, metales alrededor y efectos ambientales. Los resultados se presentan generalmente como mapas o perfiles y son interpretados por modelos gráficos o de simulación.

Figura 1. Magnetometro modelo GSM 19 Tipo Overhouser. Para medir el campo total. Foto original tomada de un cámara LG. propiedad de @germanmontero

Figura 2. Medición con el magnetómetro. Figura original propiedad de @germanmontero

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

El campo magnético de la tierra es similar al campo que genera un gran imán cerca de su centro en el interior de la Tierra. El origen del campo todavía no ha sido bien entendido. Cuando hablamos de un imán de barra que tiene un polo norte y uno sur, debemos decir más propiamente que tiene un polo que “busca el norte” y uno que “busca el sur”. Por eso decimos que dicho imán se emplea como brújula, un extremo buscará o apuntará hacía el polo geográfico norte de la Tierra. Así concluimos que un polo magnético norte se localiza cerca del norte geográfico sur, y que polo magnético sur se localiza cerca del norte geográfico norte. Se puede hacer una prueba colocando un hilo en el medio de una barra de imán y haciéndola girar, se observa que el polo norte del imán busca el norte geográfico. En la realidad la configuración de las líneas de flujo del campo magnético se muestra en la figura 3.

Figura 3. Campo magnético Terrestre. Figura original propiedad de @germanmontero
El campo magnético se mide en Gauss (G) y en Tesla (T). El Gauss es una diezmilésima de 1 Tesla, pero la unidad que se utiliza para el campo magnético terrestre es el Gamma. El campo en la Tierra varía entre aproximadamente 25 000 Gammas cerca del ecuador y 65 000 Gammas en los polos magnéticos, equivalente a (0,25-0,65 G). En comparación el imán de una nevera tiene un campo de 100 Gauss.

En la figura 3 se puede observar que la dirección del campo es vertical en los polos norte y sur magnéticos, y es horizontal en el ecuador magnético. Entender esta geometría es importante para obtener una mejor interpretación de anomalías magnéticas. La intensidad del campo está en función de la densidad de las líneas del flujo.

Coordenadas del campo magnético Terrestre

El campo magnético es vector: posee magnitud y orientación. La diferencia entre la orientación y el norte es la declinación, y la diferencia entre la orientación y la horizontal es la inclinación (figura 4).

Figura 4. Componentes del campo magnético terrestre. Figura original propiedad de @germanmontero

Donde:
F= intensidad total del campo magnético
H= intensidad horizontal
Z= intensidad vertical
D= Declinación magnética
I = inclinación magnética

El grupo de ecuaciones para calcular el campo magnético vertical y horizontal de la tierra son expresadas de la siguiente forma:

H= (M/R´) x cos = 0,31 cos
Z= (2M/R) x sen = 0,62 sen
F=H+Z
M= Momento dipolar de la Tierra= 8x10^11Gammas x cm^2
R = radio de la Tierra= 6367 Km
Por trigonometría tenemos que tg I = Z/H = 2 tg
= latitud geomagnética, es positiva hacia el Norte, depende de la posición geográfica.

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UN LEVANTAMIENTO MAGNÉTICO

• Escoger la zona de estudio, una zona geológica de interés.
• Utilizar dos magnetómetros como el que se muestra en la figura 1. Un magnetómetro medirá el campo magnético variante con el tiempo en un lugar fijo. El otro magnetómetro medirá el campo magnético local en los diferentes puntos del área de estudio.
• Se recogen los datos y se procesan para obtener posteriormente los valores de las anomalías magnéticas presentadas en el área de estudio. En este proceso se realizan mapas geomagnéticos que se pueden realizar en Surfer.
• Al obtener los mapas geomagnéticos en 2D y en 3 D, se localiza los lugares con los mejores contornos y se traza un perfil magnético y que posteriormente se graficará para realizar su análisis.
• Se interpretan los resultados con el método grafico propuesto para determinar la forma geometría de las anomalías magnéticas y su respectiva profundidad. En el siguiente punto se explica la interpretación magnética

PASOS PARA REALIZAR LA INTERPRETACIÓN MAGNÉTICA

El producto final del procesamiento de datos geomagnéticos es el de realizar mapas de anomalías magnéticas que nos permite obtener una interpretación de lo que existe en el subsuelo. A partir de estos mapas de anomalías se trazará un grupo de perfiles donde serán aplicados los cálculos pertinentes según el método gráfico (método de los perfiles o semi-anchura), esto con el fin de obtener los valores de profundidad. Indudablemente no se debe esperar en ningún momento que dichos perfiles coincidan con la forma regular y simétrica que se presentan en los textos, pues a la hora de explicar la teoría del método, los resultados no coinciden exactamente.
Se debe tomar en cuenta los perfiles más simétricos y observar especialmente las discordancias o coincidencia que presente dos perfiles en diferentes direcciones en el punto donde se interceptan; de manera que sólo la información coherente sea aceptada. Se puede enumerar los pasos elementales que se utilizan con este método, para interpretar un perfil magnético:
1) Después de visualizar los mapas (hechos en surfer), se observan si presentan anomalías magnéticas en cada área de estudio. Una vez que se obtienen el mapa de anomalías magnéticas, se procede a trazar varios perfiles para garantizar que los valores de profundidad que se obtengan nos permitan definir la localización, forma y profundidad del cuerpo causante de la anomalía magnética reflejada en la superficie.
Los perfiles se trazan perpendiculares a las curvas de máxima variación. Las curvas igualmente espaciadas no indican nada especial, por lo que hay que buscar los cambios de espaciamiento entre las curvas para trazar el perfil.
2) Luego se construye la tabla de datos (Campo magnético Gamma () vs Distancia) tratando de no mover el escalimetro para no introducir en lo posible errores de escala.
3) Se plotea o gráfica los datos, obteniendo la curva en forma de campana, como se muestra en la figura 5. En este procedimiento se puede utilizar el software Origin 6.0 o Microsoft Excel.
4) Se aplica el “Método de la Semianchura”, para el caso de anomalías de la componente vertical o el campo total. Cabe mencionar que esta regla es valida para las formas de anomalías simples similares a la esfera (dipolo), el cilindro vertical (monopolo), el borde de un filón o un dique (líneas de monopolos). En las curvas obtenidas del mapa de anomalía, se calcula el valor de 2X1/2 o también se puede calcular la diferencia entre Xmax y Xmax/2 en lo que respecta al campo máximo (max ), que es simplemente la proyección del punto más alto y el que se encuentra en el punto medio de la campana, respectivamente. A continuación se presenta el método con sus respectivas formulas para cada forma simple [referencia magnetometro, Astier].
Esfera (Dipolo): Z=2X1/2
Cilindro Vertical: Z=1.3 X1/2
Borde de un Dique: Z= X1/2
Cilindro Horizontal: Z=2 X1/2

Figura 5. Curva en forma de campana. Método de la Semianchura para el Campo Vertical. Figura original propiedad de @germanmontero
5) También se aplica el método para el campo horizontal, donde las formulas son un poco diferentes que en el caso anterior. En este proceso se toma en cuenta las formas simples de esfera y cilindro, así como también la forma del borde de un dique. Ver figura 6.

Esfera (Dipolo): Z=2.5X1/2
Cilindro Este-Oeste:Z=2 X1/2

Cilindro Norte –Sur: Z = 1.3 X1/2
Borde de un Dique: Z= X1/2
Figura 6. Método de la Semi-anchura para el Campo Horizontal. Figura original propiedad de @germanmontero

DATOS Y RESULTADOS DE UN LEVANTAMIENTO MAGNÉTICO

Luego de obtener datos de los campos magnéticos vertical y horizontal en relación a la posición geográfica, se construyen los mapas de anomalías magnéticas del campo magnético vertical y horizontal. En las siguientes figuras 7,8 y 9, se muestran los mapas bidimensionales y tridimensionales de campo magnético vertical y horizontal para un área en estudio.
En los mapas se observan una cantidad de contornos cerrados, lo cual se asumen como anomalías magnéticas de mayor importancia. Se traza un perfil a lo largo de todas las anomalías (ver figura 10), para el campo vertical.

Figura 7. Mapa de anomalía magnética. Campo Vertical Perfil AA´. Figura original propiedad de @germanmontero

Figura 8. Mapa de anomalía magnética en 3 D. Campo Vertical. Figura original propiedad de @germanmontero

Figura 9. Mapa de anomalía magnética. Campo Horizontal. Figura original propiedad de @germanmontero

RESULTADOS DE LA INTERPRETACIÓN DEDUCIDA DE LOS GRÁFICOS

Luego de haber realizado el trazado de los perfiles, se extraen los datos y se procede a la curva de valores de anomalía magnética () versus distancia (m) en una hoja de cálculo (software Origin 6.0), el cual permitirá tener una relación directa entre estas variables. Una vez que se tienen las gráficas se realiza la interpretación usando el método rápido (Semi-anchura). En la figura 10, se muestra la gráfica obtenida del mapa campo vertical con su respectiva interpretación utilizando dicho método.
Al obtener el cálculo de 2X1/2 se puede aplicar el método que se aproxime a las figuras simples como la esfera, el cilindro vertical, el cilindro horizontal y el dique, cuyo objetivo es el de hallar la profundidad de la anomalía magnética. En realidad la curva representada no tienen la propiedad de ser simétricas es por ello que se puede ajustar el modelo más cercano a cada anomalía.

Figura 10. Gráfica representando la curva de campo magnético versus distancia (Perfil AA*), del campo magnético total. Figura original propiedad de @germanmontero

Valores Obtenidos Por El Método De La Semianchura

En la Tablas 1 se exponen los resultados de las formulas aplicadas en la interpretación geológica para cada para el perfil presentado. En esta interpretación se utilizaron todas las formulas de las figuras simples tales como esferas, cilindros verticales y horizontales y diques [Breiner. S:1999].

Tabla 1 Resultados del perfil A A* Dirección Noreste – Suroeste

Fórmulas usadas
Esfera (Dipolo): Z=2X1/2 Cilindro Vertical: Z=1.3 X1/2
Borde de un Dique: Z= X1/2 Cilindro Horizontal: Z=2 X1/2

CONCLUSIONES

Este método gráfico es sencillo y fácil de calcular, debido a que se realiza mediante la gráfica o perfil obtenido del mapa geomagnético. De manera que el investigador puede hallar un modelo del subsuelo que esté estudiando, para encontrar minerales de interés o bien sea agua subterránea. De la prospección geomagnética se puede obtener estructuras geológicas con diferentes figuras como el cilindro vertical y diques en diferentes posiciones encontrados en las anomalías presentes, representadas en los mapas de anomalías magnéticas.

REFERENCIAS

1 . Astier, J. L. Geofísica Aplicada a la Hidrogeología. Editorial Paraninfo. 1975
2 . Braga, AC, Métodos Geoeléctricos Aplicados, Modulo: Hidrogeología, Universidade Estadual Paulista-UNESP/Campus de Rio Claro. [email protected]. 1999.
3 . Breiner. S,. Applications manual for portable magnetometers, pag 28, 1999
4 . Freddy Fernández, Campo Geomagnético de Venezuela y sus variaciones, PDVSA Intevep. Congreso Venezolano de Geofísica. 2002.
5 .Germán Montero. Caracterización Geomagnetica Y Geoeléctrica En La Ciudad Universitaria De La Universidad Del Zulia . Tesis de Maestria para optar al titulo de Magister en Geofisica. Postgrado de Ingenieria. Universidad del Zulia.
6 . Germán Montero y José Naranjo. 2008. Caracterización geomagnética y geoeléctrica en la ciudad universitaria de la Universidad del Zulia. OMNIA. Año 14 . N° 1. Pp 155-172. Universidad del Zulia.
7 . Gonzalez de Juanas y otros, www.pdvsa.com./ lexico estratigrafico/ Formación El Milagro. Tercera Edición. 1997.
8 . Gosh, D.P. Inverse filter coeficients for computation of apparent resistivity Standard curves for horizontally stratified earth- Geoph Prospectig 19,769-775, 1971,
9 . Serway. Física para ciencias e Ingeniería volumen 2 Sexta Edición. Editorial Thomson, pag. 249, 2006.
10 . Magnetometers for Land, Air and Space. Instruction Manual. GSM – 19 v 5.0. 2000
11 . Venancio, M Sosa, D y otros. Estudio de fuentes para la provisión de agua potable a la localidad de Las Bandurrias. Dpto. San Martín. Informe CFI 1999.