Levantamiento gravimetrico de Lanzarote

Levantamiento gravimetrico de Lanzarote
por
M. J. Sevilla y R. Parra (*)
PRESENTADO POR EL ACADÉMICO NUMERARIO D. JOSÉ M.a TORROJA
1.
INTRODUCCIÓN
Las características vulcanológicas de la isla de Lanzarote, la más
septentrional de las islas del archipiélago canario y la ausencia en
-ella de una red gravimetrica, movió a la Cátedra de Astronomía y
Geodesia de la Universidad Complutense de Madrid a realizar, durante los meses de junio y julio de 1973, una campaña de medidas
de gravímetro con dos fines primordiales : establecimiento de una
red de estaciones gravimétricas convenientemente repartidas por la
isla y construcción de perfiles gravimétricos con mayor densidad de
puntos según ciertos itinerarios, para completar las investigaciones
.que se vienen realizando sobre los recursos geotérmicos de la isla.
La isla de Lanzarote está situada entre los paralelos 29°14'05" y
28°40'55" de latitud Norte y los meridianos 13°52'48" y 1S°28'07" de
longitud Oeste. Su forma es alargada en el sentido NE-SW con una
longitud máxima de 60 kilómetros en esta dirección.
En la orografía podemos distinguir al NE el macizo de Famara
«con una altitud máxima en Peñas del Chache (671 m.), que se extiende hasta Teguise formando al W un acantilado de unos 500 m. de
altitud. De iguales características (serie I) es el macizo de los Aja•ches en el SE con picos como el Hacha Grande (561 m.). Al NE de
este macizo existe una serie de volcanes (serie II) tales como Calde(*)
Cátedra de Astronomia y Geodesia, Universidad Complutense de Madrid.
— 258 ~
rã Riscada, Montaña Bermeja, etc. ; la mayor parte de la isla está
ocupada por volcanes de la serie III como Caldera Bianca, Tinajo...
y otros paralelos a la costa como Atalaya de Femes (508 m.), Guardilana (603 m.) y Montaña Blanca (596 m.).
Al N de la isla se alza el volcán de la Corona (609 m.), de la serie más reciente (serie IV), junto a la Quemada de Orzóla (355 m.) y
los Heléchos (582 m.). Las lavas al extenderse han creado un malpaís 'abrupto.
El núcleo principal de las erupciones históricas lo constituye el
Timanfaya o Montañas de Fuego (510 m.) y la cadena volcánica
orientada ENE-WSW. Estas erupciones produjeron un malpaís que
se extiende en 200 km 2 . Presenta esta zona de Montañas de Fuego
una notable anomalía térmica, razón por la que la densidad dé las
estaciones gravimétricas en esta zona es muy superior a la del resto
de la isla.
Sobre una plataforma de unos 100 a 200 m. de profundidad se
asientan al NW la isla Graciosa de unos 27 km2, Montaña Clara de
sólo 1 km2, el Roque del Oeste de 0,07 km2 y la isla Alegranza de
unos 10 km2 al N de la Graciosa.
La topografía presenta pues grandes constrastes entre la aspereza de barrancos, acantilados y formaciones volcánicas, con las coladas basálticas más suaves del centro de la isla.
2.
GRAVÍMETRO
Se utilizó en la campaña un gravímetro ASKANIA GS 15 (fig. 1}
propiedad de la mencionada Cátedra cuya descripción damos a continuación por creerla de interés al no encontrarse en la bibliografía
actual dada su reciente aparición en el mercado.
El GS 15 es un gravímetro de muelle espiral no astático que representa un diseño mejorado de sus antecesores desde el GS 4 a!
GS 12. Su diseño se basa en el principio de la torsión de un muelle.
Dos resortes helicoidales están dispuestos horizontalmente con sus
extremos exteriores fijos a la cabeza de torsión y los otros extremos
a la suspensión. Las cabezas de torsión están fijadas con sus soportes al armazón, y la masa, el sistema de calibración interno y los
compensadores van unidos a la suspensión. En el interior de cada
— 259 —
resorte helicoidal va otro muelle para la compensación de temperatura.
La masa en el extremo del brazo, está sometida a la fuerza de
la gravedad y la horizontalidad de éste se logra mediante la fuerza
torsional del muelle, quedando el conjunto resorte-masa desplazado
a una nueva posición de equilibrio que difiere de la anterior en un
Fig. 1.
pequeño ángulo de deflexión que es proporcional a la variación de
la gravedad y que se compensa por un resorte auxiliar que va sujeto
a la suspensión y al mando exterior de medida. Fijada a éste hay
una escala de precisión con micròmetro y ocular de aumento, escala
que calibrada nos expresa la variación de la gravedad en mgals.
Como indicador de cero existe un traductor capacitivo que consiste en un condensador de tres placas. La placa central está conectada al brazo de masa y es una parte del puente capacitivo. Al variar
la gravedad las capacidades de las tres placas son influenciadas por
— 200 —
la deflexión de la placa central, con lo que el puente se desequilibra.
Se genera una corriente proporcional a la deflexión de la placa central que es amplificada, rectificada en fase y enviada a un galvanómetro, que debe ponerse a cero en cada medida, pero para mayor
rapidez en la operación puede prescindirse de ello con tal que las
desviaciones de la posición cero sean de unas pocas divisiones de
la escala.
La linealidad del dispositivo permite una determinación muy precisa (20 divisiones de escala del galvanómetro por mgals). Estas variaciones del galvanómetro se usan principalmente para el registro
de variaciones de la gravedad con el tiempo —componente vertical
de marea—. El instrumento está dotado de un buen aislamiento térmico y equipado con dos termostatos que de acuerdo con la temperatura exterior pueden ser ajustados a los distintos rang'os de temperatttra 25'°, 35°, 40° y 45°, con lo que se garantiza la constancia de
los resortes compensadores de temperatura así como los componentes usados en el indicador de cero.
El sistema de calibración, unido a la suspensión, consiste en una
esfera de masa conocida que por balanceamiento puede desplazarse
entre dos muescas situadas a distancia perfectamente conocida una
de otra. Este desplazamiento de la esfera provoca una variación en
el momento de masa. La deflexión así obtenida se compensa mediante el sistema de medida y se expresa en mgals. Si E0 es el valor
de la calibración para un valor de la gravedad g0 para otro punto
de gravedad g el valor de calibración es
E = E.
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La nivelación del aparato se consigue mediante dos niveles cruzados
situados en su parte superior, apoyándose en un trípode de casquete
esférico con su propio nivel.
Las características del GS 15 puede resumirse en :
1. Sensibilidad de 20 div. esc. galv./mgal.
2. Precisión en la medida 0,01 mgal y en registro 0,001 mgal.
3. No tiene deriva apreciable y los efectos de presión y de acimut son prácticamente inexistentes.
— î6i —
4. Margen de unos 700 mgãls en medida directa y de unos 6.000
en medida indirecta.
5. Velocidad de medida = 3 minutos por estación.
Completa el equipo un módulo ASKANIA GMBH para el calibrado
electromagnético y un registrador SIEMENS KOMPENSOGRAPH.
La alimentación es por bateria de 24 voltios y 4 pilas de 1,5 voltios en trabajo de campo. En estación se conecta directamente a la
red a través del módulo.
Mediante la supresión de un filtro el equipo puede ser usado como
sismógrafo registrador.
3.
MÉTODO DE MEDIDA Y REDUCCIÓN
Para conseguir una termostatización adecuada del instrumento
éste deberá estar conectado a una fuente de alimentación doce horas
antes de realizarse la medida. Por ello nuestro gravímetro funcionó
en régimen continuó durante toda la campaña, alimentándose durante los itinerarios de una batería de 24 voltios y durante la noche de
la red, intervalo que se aprovechaba para cargar la batería.
En la estación se sitúa el trípode nivelado y sobre él se asienta
el gravímetro procediéndose a su nivelación usando sus propios niveles e independientemente de la nivelación del trípode. Se conectan
las lámparas de iluminación. Después se coloca el galvanómetro en
posición «insensitive», se suelta lentamente el sistema de bloqueo girando hacia la derecha la palanca correspondiente. Si la aguja del
galvanómetro se desplaza de cero más de 6 divisiones de escala, con
el mando de medida se la llevará a las proximidades del cero. A continuación se pone el galvanómetro en posición «sensitive» y se aproxima la aguja a la posición cero con el mismo mando de medida. No
es necesario ajustar en el cero la aguja del galvanómetro, puede dejarse en el intervalo de + 6 divisiones de escala.
Realizada esta operación, que se hará con sumo cuidado, se mueve el mando de la lectura hasta situar la línea de la graduación de la
escala de cristal en el interior de las líneas índices que se mueven
paralelamente a dicha escala cuando se mueve el mando de lectura.
El campo de visión del ocular de lectura se muestra en la figura 2.
Efectuada la lectura, el galvanómetro se pone en situación «off»
y se bloquea el gravímetro con la palanca correspondiente girándola
202 —
a tope hacia la izquierda. Se desconectan las lámparas de iluminación.
La reducción de las unidades de la escala de cristal y del galvanómetro a mgals se realiza por la fòrmula :
Lm = (4.9385 + 5.0625 x IO-4 x L,) Le + 0,05 L,
lecTURA : 41.828
diV.CSC.
Fig. 2.—Campo de visión del ocular de lectura.
siendo L,m lectura en mgals, L, lectura de la escala de cristal y L¿,
lectura del galvanómetro que es positiva si la aguja está a la derecha
del observador.
El valor de la gravedad en la estación gE vendrá dada por la relación :
SE
=
Su + (Lm
LB)
•donde ^B es el valor de la gravedad adoptado para la estación base
y LB la lectura en mgals del gravímetro en la estación base.
-
4.
î6 3 -
DISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES. ITINERARIOS
La base fundamental se fijó en el edificio de la antigua torre de
mando del aeropuerto de Arrecife (fig. 3), adoptando como valor de
la gravedad en este punto el de gt = 979.45278 gals dado por el Instituto Geogràfico y Catastral.
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Fig. 3.
Las estaciones de la red gravimetrica se situaron en puntos significativos de la isla atendiendo a las necesidades geodésicas por una
parte y de prospección por otra.
La figura 4 muestra la distribución de la densidad de estaciones
variando ésta desde 20 estación por km 2 (zona 1) a una estación por
km2 (zona 3), con un total de 226 estaciones.
Los itinerarios seguidos fueron cerrados en las estaciones Aeropuerto, Yaiza e Hilario, las cuales fueron perfectamente enlazadas.
Las derivas del gravímetro contrastadas fueron nulas en su mayoría, precediéndose a rechazar y repetir los itinerarios en los que la
•deriva no fue cero, por interpretar que adolecía de equivocaciones
dado el comportamiento general del gravímetro, como pudo compro-
- z64 -
barse posteriormente. Además al principio, en el medio y al final de
la campaña el gravímetro estuvo registrando continuamente durante
veinticuatro horas para corregir el efecto de marea.
LANZAROTE
DISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES GRAVIMETRÍAS
Fig. 4.
Las coordenadas de los puntos estación se obtuvieron por interpolación del mapa a escala 1/25.000 proyección Lambert. Las altitudes asignadas a las diferentes estaciones varían en su procedencia
de unas a otras ; por una parte existen estaciones cuya altitud fue
dada por la red de nivelación ejecutada por el Instituto Geográfico
y Catastral al coincidir con aquélla ; por otra parte, para otras esta-
-
2&S -
clones se interpolaron de la cartografía y se comprobaron con un
altímetro de precisión. La precisión pues en las altitudes no es homogénea, pudiendo decir que varía entre 0,15 m. para las primeras y
0,50 para las segundas, incluso pudieran sobrepasar esta cifra para
las estaciones situadas en malpaís de difícil acceso, localización y observación.
5.
CÁLCULO DE ANOMALÍAS
El cálculo de anomalías gravimétricas se efectuó tomando como
base la fórmula de la gravedad normal
7 = 978.0319 (1 + 0.0053024 sen^ cp — 0.0000059 sen2 2 9)
sistema 1967 obtenida para
a = 6.378.160 m.
GM = 398.603 x 10«
J 2 = 10.827 x IO-'
siendo <p la latitud geográfica de la estación considerada.
Las anomalías calculadas fueron :
Anomalías al aire libre
Por la expresión
kgf. = e — r + F x A
siendo
g
y
F
h
= gravedad media
= gravedad teórica
= 0.308551 + 0.000227 cos 2 cp
= altitud en metros sobre el nivel del mar
Anomalía Bouguer
Por • la expresión
A SB = A g F — B + T
— ató —
Siendo
B = 0.11189688 Ã.
T = correcció« 'topográfica utilizando loa compartimentos
de las tablas Hammer con altitudes medias tomadas de la cartografía.
Los coeficientes utilizados para los diversos compartimentos fueron los indicados en la tabla de corrección topográfica de la página,
siguiente.
Para el cálculo de la corrección topográfica se procede como sigue
para cada compartimento.
Sea
he la altitud de la estación
hf la altitud del compartimento
Si hc > O la corrección es C — /, siendo t el valor dado por la.
tabla para el compartimento considerado, correspondiente a la.
altitud
Si hc < O la corrección es
C = íl — 0.3846442 ^
siendo ía y ía los valores dados por la tabla para el compartimentoconsiderado correspondientes a las altitudes
!*,+ *„
y
1 hc I
respectivamente.
Hemos preferido utilizar las tablas Hammer en vez de las clásicas
de Hayford por ser más apropiadas a la prospección y por ser la.
zona observada una isla de pequeña extensión.
No se han utilizado fórmulas más completas dado el orden de
precisión con que se conocen las altitudes.
Todos los cálculos han sido efectuados por el ordenador IBM
360/65 del Centro de Cálculo de la Universidad Complutense, mediante los correspondientes programas Fortran IV del cual se adjunta,
un listado.
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Los datos de entrada de este programa «LANZAROT» son :
IN, NU, índice y número de la estación.
DES, CRI, PCI, variables alfanuméricas para el nombre.
LAG, LAM, LAS, LOG, LOM, LOS, coordenadas geográficas.
IH, GM, altitud y gravedad observadas.
TA, matriz de los compartimentos de las tablas de Hammer.
MA, MF, MG, MH, MI, MJ, MK, MU, altitudes de los compartimentos de Hammer para cada estación.
La Subrutina COR realiza la corrección topográfica.
La Subrutina EROS calcula Ia medida de la precisión.
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En el listado adjunto de las estaciones figura :
Columnas :
1. Número de orden.
2. ' Número de estación.
3. Nombre.
4. Latitud.
5. Longitud.
6. Altitud.
7. Gravedad teórica.
8. Gravedad observada.
9. Corrección aire libre.
10. Anomalía aire libre.
11. Corrección lámina Bouguer.
12. Corrección topográfica.
13. Anomalía Bouguer completa.
Mapa de anomalías
El mapa de anomalías Bouguer de 5 en 5 mgals que se presenta
muestra claramente las cuatro series de la isla. Puede observarse un
máximo de 220 mgals en la zona de San Bartolomé (zona antigua)
y un mínimo de 150 en la zona del Timanfaya (zona reciente). En
conjunto puede afirmarse que la isla está gravimetricamente «inclinada» en la dirección NW-SE.
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