PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN MATERIA DE AGUAS ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV Ciudad de la Habana, Cuba ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS

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1 PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN MATERIA DE AGUAS ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV Ciudad de la Habana, Cuba ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS

2 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.

3 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.

4 9,83 m. seg -2 9,80665 m. seg -2 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. 9,7799 m. seg -2

5 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/m 3 ). Densidad de las rocas mas comunes LIMITES DENSIDAD MEDIA ROCA (g/cm 3 ) Limos secos Limos saturados Arenas y gravas secas Arenas y gravas saturadas Arcillas Sal y yeso masivos Margas Areniscas Calizas y dolomias Esquistos Granito Gneis Lavas Anhidrita

6 Densidad de algunas sustancias SUSTANCIA DENSIDAD (kg/m 3 ) Aire ~0 Petróleo 800 Benceno 880 Agua Aluminio Sal (NaCl) 2.17 Hierro Cobre Plomo Mercurio Oro Osmio Densidad del agua a distintas temperaturas TEMPERATURA (ºC) DENSIDAD (kg/m 3 ) 0 999, , , , , , , , , , , , , , ,3

7 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.

8 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.

9 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 kilómetros del centro de la Tierra, en el que las fuerzas se compensan y el peso es nulo.

10 Isaac Newton ( ). 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:

11 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, Nm 2 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, newtons. Esta fuerza es extremadamente pequeña: es igual al peso en la superficie de la Tierra de un objeto de aproximadamente 1/ kilogramos. La fuerza gravitatoria es la más débil de las cuatro fuerzas de la naturaleza. Aún así, mantiene unido al sistema solar.

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13 Capaces de medir cambios en la fuerza gravitacional de 1 parte en 100 millones. Esto equivale a una precisión de 0.01 mgal.

14 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.

15 FACTORES QUE AFECTAN LA ACELERACION GRAVITACIONAL 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. Las Variaciones temporales Efectos de las mareas (Tidal): Cambios en la aceleración observada causada por la atracción gravitatoria del sol y luna.

16 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: Sonlos Cambios en la aceleración observada causada por la forma elipsoidal de la tierra y su movimiento de rotación sen 2φ mgal por km

17 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 mgal por cada m

18 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 ρ mgal por cada m Si ρ =2.3, ~0.2 mgal por cada m

19 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.

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28 EQUIVALENCIA INDETERMINACION SOLUCION NO UNICA

29 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

30 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.

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35 GRAVIMETRÍA: TAREAS QUE RESUELVE. Está siendo utilizada para: 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). 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. Determinar la posición y evaluar el salto de falla (conocida la densidad). Cartografía de horst.