arturo jesús lorenzo ferrás programa de formación iberoamericano

PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN
MATERIA DE AGUAS
ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV
Ciudad de la Habana, Cuba
ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS
EL METODO GRAVIMETRICO.
Prospección Gravimétrica
El método esta basado en el estudio la variación del componente vertical del
campo gravitatorio terrestre.
El campo gravitatorio terrestre o gravedad, no es más que un caso particular
de la ley de atracción universal.
EL METODO GRAVIMETRICO.
La aceleración de la gravedad se expresa en cm. seg-2 o en gales (unidad en
honor a Galilei).
La unidad utilizada en prospección es el miligal (10-3 gal).
Los geofísicos norteamericanos han utilizado también la unidad u.g que es
equivalente a 0.1 mgal.
EL METODO GRAVIMETRICO.
La Prospección Gravimétrica consiste en medir la gravedad g (o sus
variaciones) para a continuación, aplicar a los valores observados, toda una
series de correcciones con el fin de eliminar la influencia de otros cuerpos
celestes y de la rotación y forma de la tierra, con el objeto de obtener la
anomalías cuyo origen de deba únicamente a variaciones de densidad en el
subsuelo.
Se realiza mediciones relativas, es decir, se miden las variaciones laterales
de la atracción gravitatoria de un lugar a otro puesto que en estas
mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en
comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto.
9,83 m. seg-2
9,80665 m. seg-2
9,7799 m. seg-2
Densidad. (Del lat. densĭtas). f. Cualidad de denso. Magnitud que expresa la
relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema
Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3).
Densidad de las rocas mas comunes
LIMITES
ROCA
DENSIDAD MEDIA
(g/cm3)
Limos secos
1.4-1.8
1.6
Limos saturados
1.8-2.2
2
Arenas y gravas secas
1.4-2.2
1.8
Arenas y gravas saturadas
1.8-2.4
2.1
Arcillas
1.7-2.5
2.1
Sal y yeso masivos
2.1-2.3
2.2
Margas
1.8-2.6
2.2
2-2.6
2.3
Calizas y dolomias
2.2-2.8
2.5
Esquistos
2.0-2.7
2.6
Granito
2.5-2.8
2.7
Gneis
2.6-3
2.8
Lavas
2.8-3
2.9
Anhidrita
2.8-3
2.9
Areniscas
Aire
~0
Petróleo
800
Benceno
880
Agua
1.000
Aluminio
2.700
Sal (NaCl)
2.17
Hierro
7.860
Cobre
8.900
Plomo
11.340
Mercurio
13.500
Oro
19.300
Osmio
22.610
Densidad del agua a distintas temperaturas
Densidad de algunas sustancias
SUSTANCIA
DENSIDAD
(kg/m3)
TEMPERATURA
(ºC)
DENSIDAD
(kg/m3)
0
999,8
2
999,9
4
1.000,0
6
999,9
8
999,8
10
999,7
20
998,2
30
995,6
40
992,2
50
988,0
60
983,2
70
977,7
80
971,8
90
965,2
100
958,3
Se supone que Galileo estaba dejando caer objetos en la Torre Inclinada de
Pisa., y encontró que la aceleración de la gravedad que estos
experimentaban era independiente de sus masas. Se dice que de esta forma
Galileo estimo el valor de la aceleración gravitacional en sus experimentos.
Todos los cuerpos caen hacia la Tierra
con la misma aceleración,
independientemente de su masa.
Otra forma de medir la aceleración de la
gravedad es mediante la observación de las
oscilaciones de un Péndulo, como esos que
encontramos en los antiguos relojes de pared.
Contrariamente a la creencia popular, Galileo
Galilei hizo sus famosas observaciones de la
gravedad usando un péndulo, no dejando caer
objetos de la Torre Inclinada de Pisa.
Periodo de Oscilación es el tiempo
requerido por el péndulo para completar un
ciclo en su movimiento. Este se puede
determinar, midiendo el tiempo en que el
péndulo demora en ocupar de nuevo una
posición determinada.
Fuerzas gravitatorias
Como la Luna tiene bastante menos masa que la Tierra, el peso de un cuerpo en
su superficie es seis veces menor que el peso en la superficie terrestre. Esta
gráfica muestra la variación del peso de un cuerpo (de peso w en la superficie de
la Tierra) según su posición entre la Tierra y la Luna. Como los dos astros lo
atraen en sentidos opuestos, hay un punto, situado a 346.000 kilómetros del
centro de la Tierra, en el que las fuerzas se compensan y el peso es nulo.
Isaac Newton (1642-1727).
Matemático y físico británico.
La ley de la gravitación, formulada por vez primera por el físico británico
Isaac Newton en 1684, afirma que la atracción gravitatoria entre dos
cuerpos es directamente proporcional al producto de las masas de
ambos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
entre ellos.
En forma algebraica, la ley se expresa como:
El físico británico Henry Cavendish fue el primero en medir el valor
de esta constante en 1798, mediante una balanza de torsión.
El valor más preciso obtenido hasta la fecha para la constante es de
(6,67 × 10-11 N m2 kg-2).
La fuerza gravitatoria entre dos cuerpos esféricos de un kilogramo de
masa cada uno y separados por una distancia de un metro es, por
tanto, de 0,0000000000667 newtons.
Esta fuerza es extremadamente pequeña: es igual al peso en la
superficie de la Tierra de un objeto de aproximadamente
1/150.000.000.000 kilogramos.
La fuerza gravitatoria es la más débil de
las cuatro fuerzas de la naturaleza.
Aún así, mantiene unido al sistema solar.
Capaces de medir cambios en
la fuerza gravitacional de 1
parte en 100 millones.
Esto equivale a una precisión
de 0.01 mgal.
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL
Como las variaciones en la aceleración gravitacional son tan
pequeñas, nosotros debemos considerar otros factores que pueden
afectar las mediciones.
Éstos factores pueden subdividirse en dos categorías: aquéllas que
dan lugar a variaciones temporales y aquéllos que dan lugar a las
variaciones espaciales en la aceleración gravitatoria.
Las Variaciones temporales: Éstos son los cambios en la aceleración
observada en el tiempo. En otros términos, estos factores causan las
variaciones en la aceleración que se observaría aun cuando nosotros
no movimos nuestro gravímetro.
Las Variaciones temporales
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL
¾ La
Variación
del
instrumento (Drift): Son los
cambios en la aceleración
observada,
que
son
causados por cambios en la
respuesta del gravímetro con
el tiempo.
¾ Efectos de las mareas (Tidal):
Cambios
en
la
aceleración
observada causada por la atracción
gravitatoria del sol y luna.
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL (Cont.)
Las Variaciones espaciales: Éstos son los cambios en la aceleración
observada que dependen de una ubicación espacial. Es decir, éstos
cambian la aceleración gravitatoria de un lugar a otro tal y como lo
hacen los cambios en la geología, pero ellos no se relacionan a la
geología.
Las Variaciones de latitud: Son los
Cambios en la aceleración observada
causada por la forma elipsoidal de la
tierra y su movimiento de rotación.
0.81 sen 2φ mgal por km
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL (Cont.)
Las Variaciones de Altitud: Cambios en la aceleración observada
causada por las diferencias de elevación de los puntos de la
observación.
0.3086 mgal por cada m
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL (Cont.)
Exceso de masa (slab): Cambios en la aceleración observada
causada por el exceso de masa subyacente a puntos en condiciones
de alturas topográficas elevadas.
0.0419 ρ mgal por cada m
Si ρ =2.3, ~0.2 mgal por cada m
FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL (Cont.)
Los Efectos topográficos: Son los cambios en la
aceleración observada que esta relacionada con la
topografía cerca el el punto de la observación.
EQUIVALENCIA – INDETERMINACION – SOLUCION NO UNICA
El método gravimétrico se
emplea como un método de
reconocimiento general en
hidrología subterránea para
definir los limites de los
acuíferos (profundidad de las
formaciones
impermeables,
extensión de la formación
acuífera,
naturaleza
y
estructura de las formaciones
del subsuelo). Es un método
rápido y económico para
determinar las áreas de mayor
espesor del acuífero, el eje de
un antiguo canal enterrado y
localizar los sectores elevados
del basamento que pueden
impedir el flujo del agua
subterránea.
PROFUNDIDD DEL BASAMENTO
MAPA RESIDUAL DE LA GRAVEDAD
Un mapa Gravimétrico puede darnos
valiosas informaciones acerca de las
variaciones de densidad en la corteza
terrestre y en el manto superior.
En el mapa mostrado, correspondiente
al área de la bahía de San Francisco,
los máximos valores de densidad
tienden a presentarse sobre los
afloramientos del Franciscan Complex
y sobre afloramientos de rocas
plutónicas (Colores rojos y azules).
Valores mínimos ocurren sobre
sedimentos de rocas cenozoicas
(amarillos y castaños).
Los
gradientes
de
gravedad
generalmente ocurren donde las fallas
yuxtaponen rocas de diferentes
densidad. En caso contrario no
podemos observar ninguna anomalía.
GRAVIMETRÍA: TAREAS QUE RESUELVE.
Está siendo utilizada para:
¾ Reconocimiento general en hidrología subterránea para
definir los limites de los acuíferos (profundidad de las
formaciones impermeables, extensión de la formación
acuífera, naturaleza y estructura de las formaciones del
subsuelo).
¾ Método rápido y económico para determinar las áreas de
mayor espesor del acuífero, el eje de un antiguo canal
enterrado y localizar los sectores elevados del basamento
que pueden impedir el flujo del agua subterránea.
¾ Determinar la posición y evaluar el salto de falla (conocida la
densidad).
¾ Cartografía de horst.