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UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE
CHUQUISACA
TEMA: MÉTODOS AEROMAGNÉTICO
MATERIA: Geofísica y Prospección Sísmica 2D y 3D DOCENTE: Ing. Jhon Alex León S. INTEGRANTES
**_1. Rivera Ríos Mario
- Espada Iglesias Jhonathan
- Mamani Mamani Alexander
- Navarro Limache Jorge Luis
- Soliz Mamani Paul
- Mamani Solis Ariel
- Diaz Cayhuara yosselin
- Vega Calani Jhoel Marcelo
- Arenas Cruz Reynaldo Marcos_**
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. ASPECTOS GENERALES
3. CARACTERÍSTICAS ESPACIALES DE UN LEVANTAMIENTO
4. EL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS
5. HARDWARE Y SOFTWARE
6. TRATAMIENTO DE DATOS
7. INSTRUMENTACIÓN
8. APLICACIONES
9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
10. BIBLIOGRAFÍA
La aeronave normalmente vuela en un patrón de cuadrícula con altura y espacio entre líneas que determinan la resolución de los datos y el costo del levantamiento por unidad de área A medida que el avión vuela, el magnetómetro mide y registra la intensidad total del campo magnético en el sensor, que es la combinación del campo magnético deseado generado en la Tierra, así como pequeñas variaciones debidas a los efectos temporales del viento solar en constante variación y el campo magnético de la aeronave de reconocimiento. Al restar los efectos solares regionales y de la aeronave, el mapa aeromagnético resultante, muestra la distribución espacial y la abundancia relativa de minerales magnéticos más comunes, como el mineral de óxido de hierro, magnetita, en los niveles superiores de la corteza terrestre. Debido a que los diferentes tipos de roca difieren en su contenido de minerales magnéticos, el mapa magnético permite la visualización de la estructura geológica de la corteza superior, particularmente la geometría espacial de los cuerpos de roca y la presencia de fallas y pliegues.
Sin embargo, en la actualidad se realizan mediante magnetómetros transportados en avión. De esta forma es posible dibujar mapas del campo magnético de grandes extensiones de la superficie terrestre de forma más rápida, económica, y en algunas ocasiones de mayor precisión que los levantados desde la superficie Los levantamientos aeromagnéticos de alta precisión corresponden a vuelos a baja altura (80–150 m) con poco espaciamiento entre líneas (100–500 m) que se registran con un magnetómetro de alta sensibilidad (0.001– 0.005 nT) en altas tasas de muestreo (0.1– 0.25 s) utilizando un sistema de posicionamiento de alta precisión (generalmente un GPS diferencial)
2. HISTORIA La ciencia del magnetismo inició en el año 1600. En este año el inglés William Gilbert nacido en 1544 (fallecido en 1603) publicó el libro 'De Magnete', que es una compilación de todos los conocimientos ya existentes en el siglo 16 acerca del magnetismo. En esta publicación Gilbert estableció el concepto de un campo geomagnético general con una orientación definida en cada lugar de la superficie terrestre. A fines del siglo 16 la observación de anomalías locales en la orientación del campo geomagnético fue conocida y empleada en la prospección de minerales férricos. En 1870 Thalen y Tiberg construyeron un magnetómetro para determinaciones relativas, rápidas y exactas de las intensidades horizontal y vertical de la declinación por medio de los métodos del seno y de la tangente. El método magnético se empleó en gran escala en el estudio de estructuras geológicas, cuando en 1914 y 1915 Adolf Schmidt construyó la balanza de precisión vertical, también llamada variómetro del tipo Schmidt. Desde 1902 Adolf Schmidt, nacido 1860 en Breslau y fallecido 1944 en Gotha dirigió el observatorio magnético de Potsdam como director. La balanza vertical se constituye de una aguja magnética orientada horizontalmente en la dirección Este Oeste y oscilante sobre cuchillas de ágata o bien de cuarzo. Este variómetro permite la medición del campo vertical y su variación local en dimensiones de 1 gamma y por lo tanto este instrumento es suficientemente preciso para ser empleado en las exploraciones mineras. Las primeras medidas con este tipo de método fueron realizadas por EDELMAN EN 1910; aunque cabe recalcar que tales magnetómetros instalados en el avión contaban con una buena precisión.
Las primeras medidas del campo magnético realizadas desde una plataforma aérea, fueron realizadas por Edelman en 1910, quien diseñó una balanza vertical para ser usada en globo. Sin embargo, las medidas adquiridas de este modo no fueron aplicadas a la prospección geofísica hasta 1921, año en el que Lundberg midió el campo magnético sobre el yacimiento mineral de Kiruna (Suecia) desde un globo cautivo. Este equipo, denominado `magnetómetro de doble resonancia nuclear", fue desarrollado por la compañía Gram Service Ltd. de Grenoble (Francia), que es parte de la Comisión Francesa de Energía Atómica. La sensibilidad de dicho magnetómetro es de 0.01 nT cuando trabaja con un intervalo de muestreo de 1 segundo (Collin et al, 1973). Este magnetómetro, que además de su alta sensibilidad posee las ventajas de los demás magnetómetros atómicos, ha sido utilizado en el levantamiento aeromagnético del territorio peninsular de España durante los años 1986 y 1987, cuyo funcionamiento se describe más adelante. En un levantamiento aeromagnético el avión vuela siguiendo líneas paralelas atravesadas por otras, que suelen llamarse líneas de control o también líneas base, cuyo espaciado es un determinado número de veces mayor que el de las líneas de vuelo principales (Figura 1). En muchas ocasiones, las líneas de control son perpendiculares a las líneas de vuelo (Figura 2) surgiendo en las intersecciones de ellas diferencias en las medidas del campo magnético que se utilizan para eliminar los efectos de las variaciones temporales y los de la deriva instrumental.
Figura 1. Líneas de control y el espaciado con las líneas de vuelo. El espaciado óptimo de las líneas de vuelo depende del objetivo de la investigación, adoptándose una distancia superior a la mitad de profundidad a la que se encuentra la estructura geológica que se desea estudiar. Cuando los estudios se centran en el basamento, la profundidad sólo se conoce de forma muy somera o incluso es desconocida por ser ésta variable. En este caso, no es posible modificar el espaciado para ajustarse a una profundidad variable, por lo que éste se elige de forma empírica manteniéndose constante para todo el levantamiento o para una parte de] mismo. En exploración petrolífera los espaciados más frecuentes entre líneas de vuelo suelen ser de uno o dos kilómetros y el de las líneas de control aproximadamente seis veces el anterior.
dirección del strike y, como consecuencia de ello, conseguir que los cálculos de la profundidad sean de una precisión adecuada (Netleton, 1973). Un segundo aspecto de interés en un levantamiento aeromagnético está relacionado con la altitud del vuelo. Cuando la finalidad del levantamiento es la determinación de la profundidad del basamento, el vuelo se realiza aproximadamente paralelo al nivel del mar, controlándose mediante la altitud barométrica. El transporte del magnetómetro es también otro aspecto importante, especialmente en lo referente a la influencia de las partes metálicas del avión sobre el sensor y a la estabilidad que algunos de ellos requieren. La influencia de los circuitos eléctricos del avión y de las partes metálicas del mismo sobre el sensor del magnetómetro se reduce mediante métodos electromagnéticos de compensación (Nakatsuka et al., 1976), experimentalmente (Serson et al., 1957) y separando en lo posible el sensor del resto del avión. En este último caso existen varias soluciones: a) Remolcar el sensor mediante un cable largo y colocándolo en el interior de un contenedor en forma de proyectil (bird), (Figura 3). b) Situar el sensor al final de una estructura en forma de mástil horizontal unido rígidamente a la cola del avión (stinger), (Figura 4). c) Colocar el sensor en el extremo de un ala del avión. En el primer caso la influencia del avión sobre el sensor queda muy atenuada por la longitud del cable de remolque (entre 30 y 150 metros), mientras que en los dos últimos casos la influencia se minimiza con la colocación de tiras protectoras de permaloy situadas alrededor de la casilla que contiene el sensor y mediante corrientes eléctricas que atraviesan bobinas compensadoras.
La estabilización es un problema que afecta fundamentalmente a los magnetómetros de núcleo saturado o fluxgate ya que su sensor debe mantenerse en la dirección del vector B cuando se desea medir su módulo. Esto se logra mediante dos detectores fluxgate adicionales que se hallan orientados ortogonalmente con el primero, es decir, los tres elementos forman un triedro tri- rectangular. El conjunto completo se monta sobre una pequeña plataforma giro- estabilizada que puede girar libremente en cualquier dirección (Figura 5). Figura 3. Remolcar el sensor mediante un cable largo. Cuando el fluxgate de medida se mantiene paralelo al campo magnético la señal es nula en los otros dos. Cualquier desviación respecto de esta dirección produce una señal en uno o los dos elementos de control que una vez amplificada, es dirigida a un servomotor (uno para cada eje) que devuelven la orientación al sistema.
3 CARACTERÍSTICAS ESPACIALES DE UN LEVANTAMIENTO AEROMAGNÉTICO
En este apartado se estudian las características espaciales que definen un levantamiento aeromagnético, entendiendo como tales: La dirección de las líneas de vuelo. La separación entre las líneas de vuelo. La separación entre las líneas de control. La altitud del vuelo. los valores de estos parámetros, se fijan durante la fase de planificación, en función del objetivo que se persigue. 3.1. La dirección de las líneas de vuelo Por regla general, la dirección de vuelo se elige perpendicular a las líneas de nivel de las anomalías del campo magnético ya que la variación a lo largo de ella es máxima. No obstante, estas líneas de nivel se desconocen hasta una vez realizado el vuelo, por lo que se suele adoptar la dirección perpendicular al strike de algunas formaciones geológicas, en muchas ocasiones, suele coincidir con la dirección de tendencia de las anomalías magnéticas, especialmente con la producidas por masas de rocas del basamento, sin embargo, esta dirección puede diferir bastante del strike de las formaciones sedimentarias. Si no existe ninguna información del basamento, es necesario inferiría de las características tectónicas mayores y de áreas más próximas a la superficie terrestre del mismo. En tal caso, se suele volar algunas líneas de prueba antes de elegir la dirección definitiva. En ocasiones, el levantamiento aeromagnético se dirige al estudio de estructuras geológicas con una dirección especial, posiblemente fallas que poseen una orientación preferente. En ese caso, las líneas deben volarse perpendicularmente a dicha dirección. Entonces, el área del levantamiento puede dividirse en zonas de menor extensión para efectuar el vuelo en distintas direcciones. se elige una división del área de estudio en
zonas extensas. En los lugares donde se desea mayor detalle, se eligen zonas más pequeñas. En ocasiones es necesario añadir algunas líneas de vuelo para comprobar detalles particulares una vez que la parte principal del levantamiento 3.2. Separación de las líneas de vuelo Es coste (El coste directo de la operación de vuelo en la aviación ) total de un levantamiento aeromagnético está relacionado con la distancia volada y por lo tanto con el espaciamiento entre las líneas de vuelo. Cuanto menor es esta mayor es la resolución, pero también es mayor el coste del proyecto. Los levantamientos aeromagnéticos detallados, a diferencia de los vuelos de reconocimiento, permiten detectar y evaluar todas las anomalías del supra basamento. Para ello, es necesario espaciar las líneas de vuelo de manera que puedan detectarse anomalías que aun siendo suficientemente pequeñas no se confundan con las originadas por fuentes no geológicas. Una forma de estimar el espaciamiento de las lineas de vuelo, consiste en considerar que la anomalía más difícil de detectar posee una forma circular y está originada por una pequeña esfera que puede asimilarse con un dipolo magnético y tiene una anchura a medio pico igual a la profundidad a la que se halla dicho cuerpo. La anchura a medio pico, es la anchura total del perfil de la anomalía medida a la mitad de su máximo La anomalía será detectada incluso aunque no existan suficientes datos para evaluarla debidamente. Sin embargo, muchas anomalías poseen una longitud mayor que su anchura a medio pico y se ponen de manifiesto en más de una línea. La relación de la profundidad en la anchura a medio pico proporciona la base de una regla de uso frecuente en exploración petrolífera, que consiste en espaciar las líneas de vuelo menos que la profundidad al basamento.
Conforme aumenta la altitud del vuelo, las anomalías debidas a fuentes subterráneas adyacentes se confunden y atenúan, resultando imposible distinguir unas de otras. La altitud depende, en general, de la finalidad del vuelo. Cuando ésta es la exploración minera el levantamiento se realiza a altitud constante sobre el terreno, lo que facilita la comparación de un perfil con el siguiente. Sin embargo, esta condición no puede lograrse en la práctica. Incluso en condiciones óptimas de vuelo sobre terrenos llanos, un piloto tiene dificultades para mantener esta condición volando a una altitud de 15 metros. Sobre valles y colinas, el comportamiento del avión posee complicaciones adicionales. Por estos motivos, en la práctica se suele especificar una altitud media respecto al terreno. La altitud del vuelo sobre el terreno se controla con el radioaltímetro, de esta forma es posible mantener la altitud constante en regiones con pendientes escarpadas siguiendo las líneas de nivel. La elección de la altitud radiométrica media está relacionada con la separación entre las líneas de vuelo. Bajas altitudes proporcionan alta resolución, pero para interpretar las anomalías magnéticas éstas deben seguirse de un perfil al siguiente. De esta manera, un exceso de resolución puede ser un inconveniente. En exploración petrolífera el propósito es distinto ya que en muchos casos el objetivo consiste en cartografiar la profundidad del basamento para determinar el espesor de las capas de sedimentos. Por este motivo, el vuelo se realiza a altitud constante respecto al nivel del mar. Por otra parte, debido a las profundidades que posee el basamento, es preferible volar suficientemente alto para evitar la influencia de cuerpos magnéticos pequeños próximos a la superficie del terreno. Una altitud de 305 metros sobre el terreno suele considerarse aceptable para estos propósitos. Con ayuda de mapas topográficos de la región del levantamiento, puede fijarse la altitud barométrica del vuelo de manera que se mantenga una separación aceptable respecto al terreno. 3.5. Efecto de la variación de los parámetros espaciales Es innecesario señalar que ni la altitud del vuelo ni la separación entre las líneas de vuelo pueden mantenerse constantes durante todo el levantamiento. Estas irregularidades del vuelo pueden producir anomalías espúreas que, además de distorsionar las líneas de nivel del mapa final, también pueden introducir errores en su interpretación. Para discutir los errores producidos por este tipo de variaciones, Bhattacharyya (Bhattacharyya, 1970) supuso un vuelo realizado en dirección Norte- Sur a 305 metros de altitud, dimensiones horizontales 305 y 610 metros en direcciones Norte-Sur y Este-
Oeste respectivamente y susceptibilidad magnética 0.03. Calculando los valores del campo magnético sobre el perfil antes mencionado, obtuvo los siguientes resultados:
- Cuando el perfil pasa a 152 metros hacia el oeste del centro del prisma, si la altitud del avión varia de forma senoidal desde 305 a 335 metros y regresa de nuevo a 305 metros a lo largo de una distancia horizontal de 305 metros, se produce un decrecimiento máximo del campo de 135 nT. Cuando la altitud se incrementa 91, metros a lo largo de 762 metros, el pico se reduce un 36%.
- Si durante el vuelo de la línea antes indicada, se produce una desviación horizontal senoidal respecto de la línea de vuelo con un desplazamiento máximo de 30, metros hacia el Este para una distancia de 305 metros, la máxima variación del campo magnético es de 68 nT. Si la desviación máxima es de 61 metros hacia el Este en una distancia de 610 metros, la variación máxima se reduce en un 8% del valor máximo del campo magnético. Estos errores son particularmente significativos en el análisis de datos aeromagnético de alta sensibilidad. 4 EL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS O ADQUISICIÓN DE DATOS En un principio, los registros de datos magnéticos fueron realizados en forma analógica y, como consecuencia de ello, gran parte de las tareas de procesamiento de datos y representación de los resultados se realizaba de forma manual. Con la llegada de los magnetómetros de alta sensibilidad, como por ejemplo los de bombeo óptico, se hicieron necesarios los registros en forma digital. Ello permitió el acceso de los datos aeromagnético al ordenador e influyó en la modificación del procesamiento de los datos ya que muchas operaciones, como las de nivelación o las de dibujo de mapas, que en principio eran realizadas manualmente fueron automatizadas mediante el uso de software especializado. Las operaciones más importantes de un procesamiento de datos aeromagnético, tanto en forma manual como en forma automática, se muestra en la figura siguiente. Como en ella puede verse, los datos proceden de dos fuentes: ➢ Los registros del vuelo ➢ La reconstrucción de las trayectorias de las líneas de vuelo. Ambos conjuntos de datos están conectados mediante el número fiducia, que es asignado por el sistema automático de adquisición de datos.
Las trayectorias seguidas por el avión se reconstruyen sobre mapas a partir de los datos de posicionamiento proporcionados por el sistema de navegación, por fotografías aéreas o por ambos medios. Sobre el mapa, se sitúan puntos característicos de la trayectoria identificables tanto en las fotografías como en el registro del magnetómetro. A estos puntos se les llama marcas de correlación. Cuando los datos se registran en forma digital, se sitúan sobre la trayectoria algunos puntos de la misma junto con sus números fiduciales, especialmente en los tramos donde el avión varía su velocidad. De esta manera, puede establecerse una correlación entre su posición y la medida del campo magnético que les corresponde. Los mapas de las trayectorias son digitalizados y sus registros se guardan en un archivo para su posterior unión con los datos del magnetómetro y del resto de los instrumentos de vuelo. Los registros del magnetómetro y de los altímetros se representan sobre papel en forma de perfiles multicanal con una escala horizontal adecuada, teniendo presente que mientras el intervalo de muestreo de los datos se mantiene constante, no ocurre lo mismo con la velocidad del avión Estos perfiles sirven de ayuda en la investigación de errores de los datos y , cuando el procesamiento no se realizaba de forma automática los valores del magnetómetro en los puntos de correlación , una vez reducidos a un datum fijo eran transcritos al mapa base para servir de ayuda en el dibujo de las curvas de nivel Los errores de ambos tipos de datos se deben al ser humano y a la instrumentación que emplea, pudiendo ser distinto tipo y gravedad. Si por ejemplo bien el operador de los instrumentos de vuelo o de la digitalización equivoca un número de línea de vuelo, surgirá
entonces una falta de correspondencia entre ambos tipos de datos que se pondrá en manifiesto en el paso de unión y ordenación de los mismos. Una situación aún peor, tiene lugar cuando los números de línea se transponen de algún modo. Cada perfil del campo magnético le corresponderá una trayectoria y por lo tanto el error permanecerá escondido hasta el paso de nivelación o incluso hasta el dibujo final de las líneas de nivel. Además de estos errores groseros de tipo lógico pueden surgir muchos errores de tipo físico. Dentro de una línea de vuelo, un punto puede estar bien posicionado pero mal etiquetado. En estas ocasiones, existen medios para detectar casos graves producidos por dichos errores El principal método de detección de errores se conoce con el nombre de control de velocidad y se describe a continuación: El instante en que el avión pasa por cada uno de los puntos de la trayectoria es un dato conocido. A partir de esta información, el programa que realiza la comprobación calcula la velocidad aparente del avión entre cada par de puntos de la trayectoria. No obstante, la velocidad del avión entre dichos puntos puede variar, aunque esta debería ser suave y no presentar cambios bruscos. Si un punto de la trayectoria se halla mal situado a lo largo de la dirección de vuelo, si el segmento anterior a él se alargara y el posterior se acortara Como el tiempo de paso sobre esos puntos no cambia, se producirá un incremento de la velocidad aparente antes del punto y un decremento después de él .Si el error de posición es significativo la variación aparente de la velocidad en el punto mal situado es apreciable y el error queda detectado. Si no se efectuara una comprobación tal como está, las líneas de nivel se distorsionarían en los puntos mal posicionados Los errores físicos que se producen en el conjunto de datos adquiridos en el vuelo, como por ejemplo en los del magnetómetro, proceden de dos fuentes principales: ➢ Mal funcionamiento del sensor o del sistema de adquisición de datos. ➢ Descompensación del magnetómetro por los movimientos del avión.
