MÉTODO MAGNÉTICO - GEOFÍSICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA


METODO MAGNETICO

CURSO:

GEOFISICA

DOCENTE:

ING. GERMÁN SANCHEZ

ALUMNOS:

AGUILAR PÉREZ, David Jonathan AGUILAR PÉREZ, Melquisedec AGUILAR LLATAS, Henri ALIAGA MEJIA, Alfredo ASTOPILCO VALIENTE, Jhon

METODO MAGNETICO

1 Cajamarca, Septiembre del 2014


AGRADECIMIENTO Primordialmente dar las gracias a dios ya que sin él no podríamos hacer nada ya que él es nuestra gira en este camino llamado vida y por poner a las personas que nos ayudan a ser mejores personas, también dar gracias a nuestros padres los cuales nos dan su apoyo incondicional en las decisiones que tomamos, también dar gracias a nuestros docentes que son como unos padres para nosotros y que nos ayudan brindándonos sus conocimientos.

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AGRADECIMIENTO Primordialmente dar las gracias a dios ya que sin él no podríamos hacer nada ya que él es nuestra gira en este camino llamado vida y por poner a las personas que nos ayudan a ser mejores personas, también dar gracias a nuestros padres los cuales nos dan su apoyo incondicional en las decisiones que tomamos, también dar gracias a nuestros docentes que son como unos padres para nosotros y que nos ayudan brindándonos sus conocimientos.

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DEDICATORIA El presente trabajo está dedicado a todas las personas que hicieron posible la culminación del presente informe ya que sin el apoyo de ellas no hubiera sido posible su elaboración.

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Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 7 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 8 OBJETIVO GENERAL: ........................................................................................................................ 8 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ................................................................................................................. 8 RESEÑA HISTORICA DEL METODO MAGNETICO ................................................................................. 9 DEFINICIÓN.......................................................................................................................................... 9 CLASIFICACION DEL METODO MAGNETICO .................................................................................. 10 Polo Magnético: ........................................................................................................................ 10 Fuerza magnética: ..................................................................................................................... 10 Campo Magnético: flujo, inducción .......................................................................................... 11 Campo Interno: ......................................................................................................................... 11 Campo Externo: ......................................................................................................................... 11 Campo No Potencial: ................................................................................................................. 11 PRINCIPIO .......................................................................................................................................... 11 PRINCIPIO DE INDUCCION MAGNETICA ........................................................................................ 12 ORIGEN Y FORMACION DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE ..................................................... 13 VARIACIONES DEL CAMPO MAGNETICO ....................................................................................... 13 PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LAS ROCAS ..................................................................................... 14 SUCEPTIBILIDAD MAGNETICA ....................................................................................................... 14 COMPORTAMIENTO DE DISTINTOS MATERIALES SITUADOS EN UN CAMPO EXTERNO .............. 15 UNIDADES DE MEDIDAS ................................................................................................................ 20 EL CAMPO GEOMAGNÉTICO ............................................................................................................. 21 ORIGEN DEL CAMPO GEOMAGNETICO ......................................................................................... 21 EL EFECTO DINAMO ...................................................................................................................... 21 COMPONENTES DEL CAMPO GEOMAGNETICO ............................................................................ 22 TEORIA DE LOS CAMPOS MAGNETICOS SUPERPUESTOS .............................................................. 24 VARIACIONES DEL CAMPO GEOMAGNETICO ................................................................................ 25 INSTRUMENTOS DE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA .............................................................................. 26 MAGNETOMETRO ......................................................................................................................... 26 METODO MAGNETICO

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RESONANCIA MAGNETICA ............................................................................................................ 27 MEDIDOR DE ESPESOR DE RECUBRIMIENTO MT3100 .................................................................. 27 Magnetómetros y métodos para determinar los componentes del campo geomagnético como la intensidad total F, la intensidad horizontal H y la intensidad vertical Z (o V) o sus variaciones .. 28 Método de Gauss para determinar la intensidad horizontal .................................................... 28 Brújula de inclinación ................................................................................................................ 28 Superbrújula de Hotchkiss ........................................................................................................ 28 Variómetro del tipo Schmidt ..................................................................................................... 28 Variómetro de compensación ................................................................................................... 29 'Flux-gate magnetometer' ......................................................................................................... 29 Magnetómetros nucleares ........................................................................................................ 31 LAS ANOMALÍAS MAGNÉTICAS ......................................................................................................... 34 Diseños de una anomalía .............................................................................................................. 34 Ejemplos de anomalías .................................................................................................................. 35 APLICACIÓN ....................................................................................................................................... 35 MODELO DE UN DIPOLO MAGNÉTICO .......................................................................................... 37 MAGNETÓMETROS ....................................................................................................................... 37 REALIZACIÓN DE MEDICIONES MAGNÉTICAS EN EL CAMPO Y CORRECCIONES NECESARIAS PARA LAS MEDICIONES MAGNÉTICAS .................................................................................................... 38 EJEMPLOS DE APLICACIONES DEL MÉTODO MAGNÉTICO ............................................................ 39 Exploración magnética para menas de Fe ................................................................................. 39 Exploración magnética para otros minerales ............................................................................ 40 Exploración magnética para hidrocarburos .............................................................................. 40 REDUCCIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS ............................................................................... 40 EFECTO MAGNÉTICO VERTICAL SOBRE CUERPOS DE MODELO POLARIZADOS VERTICALMENTE Y ENTERRADOS EN EL SUBSUELO ..................................................................................................... 40 EFECTO MAGNÉTICO TOTAL SOBRE CUERPOS MAGNÉTICOS ENTERRADOS EN EL SUBSUELO ... 43 DISEÑO DE UN MAPA DE ISOLÍNEAS ................................................................................................. 43 Características de las isolíneas/líneas de isoflujo magnético ....................................................... 43 En un mapa de isolíneas se emplea tres tipos de líneas: .............................................................. 44

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Construcción de una isolínea por interpolación ........................................................................... 45 El intervalo mínimo razonable, que se emplea en el mapa depende de los factores siguientes: 45 Propuestas prácticas para el diseño de un mapa de isolíneas magnéticas .................................. 46 CONCLUCIONES ................................................................................................................................. 47 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 47

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INTRODUCCION El método magnético es el método geofísico de prospección más antiguo aplicable en la prospección petrolífera, en las exploraciones mineras y de artefactos arqueológicos. Ciertas menas en especial los yacimientos de sulfuros que contienen magnetita, ilmenita o pirrotina producen distorsiones en el campo magnético de la tierra, las cuales pueden utilizarse para la localización de yacimientos con la ayuda de los métodos magnéticos Los métodos magnéticos figuran entre los más baratos de la geofísica y desde el punto de vista operacional también entre los más rápidos y sencillos .por otra parte , el campo de aplicación de los métodos magnéticos es tan amplio que puede utilizarse en descubrimientos de yacimientos de hierro magnético , en la prospección de yacimientos de magnesio y cromita , accidentes geológicos (fallas , contactos , intrusiones ,etc. ). En general es una buena política la inclusión de una prospección magnética en toda campaña geofísica de cierta importancia.

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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: DEFINIR el método magnético

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Dar a conocer las aplicaciones de los métodos magnéticos Mostrar ejemplos de las aplicaciones del método magnetico

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RESEÑA HISTORICA DEL METODO MAGNETICO 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 recopilación 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 la gamma y por lo tanto este instrumento es suficientemente preciso para ser empleado en las exploraciones mineras.

DEFINICIÓN La magnetometría es como la gravimetría un método geofísico relativamente simple en su aplicación. El campo magnético de la tierra afecta también yacimientos que contienen magnetita (Fe). Estos yacimientos producen un campo magnético inducido, es decir su propio campo METODO MAGNETICO

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magnético. Un magnetómetro mide simplemente los anomalías magnéticas en la superficie terrestre, cuáles podrían ser producto de un yacimiento . 

Se basa en la medida de las variaciones del campo magnético terrestre.



Está relacionado con el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje N-S.



Está producido por el núcleo que se comporta como una geodinamo.







Los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los geográficos. La distancia a la cual se encuentran dichos polos se denomina declinación magnética. Para su estudio se usa el magnetómetro

CLASIFICACION DEL METODO MAGNETICO Polo Magnético: Una simple barra imantada puede utilizarse para explicar el concepto de polo magnéticos. Si se espolvorea limadura de hierro sobre una hoja de papel que se apoya sobre este imán, tienden a alinearse a lo largo de la orientación que designa generalmente la líneas de fuerzas. Cada una de estas líneas va de un punto cercano a uno de los extremos de la barra a otro cercano en el otro extremo, donde estos extremos son denominados polos. Fuerza magnética: Si dos polos, de fuerza P0 y P, respectivamente están separados por la distancia r, la fuerza magnética F entre ambos estará expresada por la relación F= P0·P/m ·r2. La constante m conocida como la permeabilidad, depende de las propiedades magnéticas del medio en que los polos están situados. La unidad de fuerza de un polo se define en el supuesto de que F es una DINA cuando dos polos unidad están situados a un centímetro de distancia en un medio no magnético tal como el aire. METODO MAGNETICO

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Campo Magnético: flujo, inducción El campo magnético es la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias líneas de fuerzas; estas son el camino que sigue la fuerza magnética. Se define flujo magnético que pasa por una superficie dada como el numero de líneas que lo atraviesan. Campo Interno: Por medio de los análisis del campo terrestre se ha deducido que el 94% de él depende, de fuentes internas de la tierra, mediante la aplicación de armónicos esféricos que pueden expresar el campo interno observado como el efecto de una serie de dipolos magnéticos teóricos, cada uno de orientación diferentes, situados en el centro de la tierra. Campo Externo: Se establece mediante el análisis matemático del campo terrestre que ha demostrado la existencia de otra fuente de magnetismo fuera de la tierra, pero solo podría explicarse a pequeños porcentajes del campo terrestre. Muchas teorías propuestas por investigadores para explicar esta componente externa, proponen un efecto inductivo de corrientes eléctricas que circulan en la ionosfera. Otros no creen en la existencia de este campo exterior y atribuye esta componente del campo terrestre, a defectos de los datos de observación. Campo No Potencial: Los campos interno y externo pueden ser descritos por expresiones matemáticas deducidas en el supuesto de que cada tipo de campo deriva de un potencial. Algunos autores opinan que cuando se compra la teoría con los datos de observación hay un pequeño residuo de intensidad magnética (aproximadamente el 3%), el cual representa un componente "no potencial"del campo magnético terrestre, que puede ser explicado admitiendo corrientes eléctricas que circulan del interior al exterior de la Tierra y viceversa. El campo magnético en los polos es I=90º (+ en el polo Norte) y Z=0.65 oersted aproximadamente, en el Ecuador es I=0º y H=0.33 oersted aproximadamente.

PRINCIPIO La tierra genera un campo magnético en el rango de aproximadamente 0,30000 a 0,65000G (Gauss, u Oersted). Este campo se puede comparar con el campo correspondiente a un dipolo (como un imán de barra) situado en el centro de la Tierra, cuyo eje está inclinado con respecto al METODO MAGNETICO

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eje de rotación de la Tierra. El dipolo está dirigido hacia el Sur, de tal modo en el hemisferio Norte cerca del polo Norte geográfico se ubica un polo Sur magnético y en el hemisferio Sur cerca del polo Sur geográfico se ubica un polo Norte magnético. Por convención se denomina el polo magnético ubicado cerca del polo Norte geográfico polo Norte magnético y el polo magnético situado cerca del polo Sur geográfico polo Sur magnético. El campo geomagnético no es constante sino sufre variaciones con el tiempo y con respecto a su forma. La imantación inducida depende de la susceptibilidad magnética k de una roca o de un mineral y del campo externo existente. La imantación remanente de una roca se refiere al magnetismo residual de la roca en ausencia de un campo magnético externo, la imantación remanente depende de la historia geológica de la roca.

Fig. 1: Principio de la magnetometría

PRINCIPIO DE INDUCCION MAGNETICA La inducción magnética o densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y en algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real. La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el tesla. Está dado por:

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ORIGEN Y FORMACION DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE •



El movimiento de rotación del planeta Tierra es responsable directo de la creación de su propio campo magnético.

El campo magnético terrestre presente en la Tierra no es equivalente a un dipolo magnético, sino más bien presenta otro tipo especial de magnetismo. Es un fenómeno natural originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo del planeta.

VARIACIONES DEL CAMPO MAGNETICO El campo magnético de la Tierra varía en el curso de las eras geológicas, denominado variación secular. Según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre. Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geológicos distintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas eras. METODO MAGNETICO

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PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LAS ROCAS Los materiales pueden ser clasificados como ferromagnéticos, paramagnéticos, diamagnéticos y no magnéticos, según rechacen, atraigan o sean neutrales a la presencia de las líneas magnéticas de fuerza.

SUCEPTIBILIDAD MAGNETICA La susceptibilidad magnética es el grado de magnetización de un material, en respuesta a un campo magnético. Este número se representa con el símbolo χ, y es adimensional.

La susceptibilidad magnética de una sustancia es la relación que existe entre la intensidad magnética que posee dicha sustancia y el campo magnético. M = k.H Si k es positivo, el material se llama paramagnético Si k es negativa, el material es diamagnético Si k es mayor igual 1 es un material ferromagnético.

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COMPORTAMIENTO DE DISTINTOS MATERIALES SITUADOS EN UN CAMPO EXTERNO Se distingue los materiales siguientes según su comportamiento poniéndolos en un campo externo: 1. Materiales diamagnéticos 2. Materiales paramagnéticos 3. Materiales ferromagnéticos ferromagnéticos verdaderos antiferromagnéticos  

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ferrimagnéticos

1. Los materiales diamagnéticos están caracterizados por susceptibilidades magnéticas negativas, lo que significa, que la imantación inducida en ellos está orientada en sentido opuesta con respecto al campo externo aplicado. Las susceptibilidades magnéticas de la mayoría de los materiales diamagnéticos no dependen de la temperatura. Solo las susceptibilidades magnéticas de antimonio y bismuto varían a T = -180ºC. Materiales diamagnéticos son entre otros las sales, la anhidrita, cuarzo, feldespato y grafito. El diamagnetismo se basa en el movimiento de un electrón alrededor de su núcleo generando una corriente de poca intensidad. El momento magnético (o espín) es un vector, que en presencia de un campo magnético externo toma un movimiento de precesión alrededor de este campo externo. Este movimiento periódico adicional del electrón produce un momento magnético orientado en sentido opuesto con respecto al campo aplicado. El diamagnetismo puro sólo aparece si los momentos magnéticos de los átomos son nulos en ausencia de un campo exterior como en los átomos o iones que poseen capas electrónicas completas. 2. Los materiales paramagnéticos son ligeramente magnéticos, caracterizados por susceptibilidades magnéticas pequeñas positivas. En los materiales paramagnéticos la susceptibilidad magnética es inversamente proporcional a la temperatura absoluta según la Ley de Curie. La mayoría de los componentes formadores de las rocas como por ejemplo los silicatos comunes son para- o diamagnéticos. Los granos de materiales para- y diamagnéticos tienden alinearse con sus ejes longitudinales transversal- u oblicuamente con respecto al campo externo aplicado. Los átomos o las moléculas de los materiales paramagnéticos están caracterizados por un momento magnético en ausencia de un campo externo y por una interacción magnética débil pasando entre sus átomos. Normalmente sus átomos están distribuidos al azar, pero aplicando un campo externo tienden alinearse paralelamente a la dirección del campo. Esta alineación es una tendencia, que se opone a su agitación térmica. El paramagnetismo se basa en los espines (momentos magnéticos) no compensados de los electrones, que ocupan capas atómicas incompletas como los subpisos 3-d de los elementos escandio y manganeso por ejemplo. Minerales paramagnéticos son olivino, piroxeno, anfibol, granate y biotita. En un separador magnético dependiendo de sus susceptibilidades magnéticas respectivas estos minerales son imantizados a distintas intensidades del campo magnético engendrado por el separador magnético . 3. Los materiales ferromagnéticos tienen susceptibilidades positivas y relativamente altas. Sin aplicar un campo magnético externo la interacción de los momentos magnéticos de sus átomos resulta en un comportamiento colectivo de grupos de átomos, llamados dominios. En los elementos hierro, cobalto y níquel esta interacción es característica para los espines no compensados de los subpisos 3-d de sus átomos. Estos elementos pueden lograr un estado de imantación espontáneo consistente en la configuración ordenada de los momentos METODO MAGNETICO

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magnéticos de todos los átomos. Aplicando un campo magnético los dominios se alinean en configuraciones paralelas y con sus ejes longitudinales paralelas a la dirección del campo externo de tal modo generando una susceptibilidad magnética alta. A los cuerpos ferromagnéticos corresponden ciclos de histéresis típicos.

Fig. 3: Orientación de los momentos magnéticos en las sustancias ferromagnéticas 



En los materiales antiferromagnéticos los momentos magnéticos de los átomos vecinos son de la misma magnitud, pero antiparalelos. Cada una de estas subredes recuerda un estado de un cuerpo ferromagnético. Las dos subredes ordenadas orientadas en sentido opuesto entre sí se anulan mutuamente resultando en un momento magnético total igual a cero. La susceptibilidad magnética de un material antiferromagnético es relativamente baja a temperaturas debajo del punto de Curie, sube con la temperatura acercándose a la temperatura de Curie característica para el material en cuestión, alcanza su máximo a la temperatura de Curie y encima de la temperatura de Curie su susceptibilidad decrece. A los materiales antiferromagnéticos pertenecen entre otros la hematita (Fe 2O3, TCurie = 675ºC), los óxidos de manganeso, de hierro, de cobalto y de níquel. Los materiales ferrimagnéticos tienen dos subredes de iones metálicos con momentos magnéticos orientados antiparalelamente, pero de magnitud diferente dando lugar a un momento resultante desigual a cero, incluso en ausencia de un campo exterior. La magnetita Fe3O4 es un material ferrimagnético y el mineral más importante en contribuir al magnetismo de las rocas. Otros minerales ferrimagnéticos son la ilmenita FeTiO 3, Titanomagnetita Fe(Fe,Ti)2O4, la pirotina Fe1-xS y los óxidos de la formula general XOFe 2O3, donde X puede ser ocupado por Mn, Co, Ni, Mg, Zn y Cd. El magnetismo de las rocas se debe a magnetita y a otros minerales del sistema ternario FeO - Fe2O3 - TiO2. La composición de cada cristal mixto

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junto con su temperatura de Curie se presenta en el triángulo siguiente. Además la pirotina contribuye apreciadamente al magnetismo de las rocas.

Para un campo magnético homogéneo externo H y un material capaz de ser imantado y situado en este campo externo de tal modo, que la normal a su superficie forman un ángulo que con el campo externo, se definen la intensidad de magnetización I del m aterial como sigue: I = kappa x H x cosq donde kappa = constante de proporcionalidad denominada susceptibilidad magnética del material, es cero en el vacío. En el caso que el campo externo está normal a la superficie la formula se reduce de la manera siguiente: I = kappa x H. Valores de la susceptibilidad magnética se presenta en lo siguiente. Tabla de valores de la susceptibilidad magnética kappa para algunos minerales y rocas de DOBRIN (1988), p.650: Sustancia

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kappa x 106 en unidades cgs

H (intensidad magnética del campo externo) en Oersted

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Magnetita

300000 - 800000

0,6

Pirrotina

125000

0,5

Ilmenita

135000

1

Franklinita

36000

sin información

Dolomita

14

0,5

Arenisca

16,8

1

Serpentina

14000

30,5

Granito

28 - 2700

1

Diorita

46,8

1

Gabro

68,1 - 2370

1

Pórfido

47

1

Diabasa

78 - 1050

1

Basalto

680

1

Diabasa de olivino

2000

0,5

Peridotita

12500

0,5 - 1,0

Nótese, que los valores de la intensidad magnética del campo externo aplicado varían para las distintas muestras de la tabla. El promedio de la intensidad total del campo geomagnético es aproximadamente 0,5Gauss o 0,5Oersted respectivamente. Como supuestamente el magnetismo de la mayoría de las rocas se debe a su contenido en magnetita SLITCHER propuso calcular la susceptibilidad magnética de una roca multiplicando el porcentaje de volumen de la magnetita en la roca con la susceptibilidad magnética de magnetita (k = 0,3 en unidades cgs). STEARN (1929) ha publicado el contenido en magnetita e ilmenita en % de varios tipos de rocas y sus susceptibilidades magnéticas aportadas por magnetita e ilmenita y calculadas según el método de SLITCHER. Los promedios de porcentaje de volumen en magnetita e ilmenita y de las susceptibilidades magnéticas de varios tipos de rocas están expuestos en la tabla siguiente según SLICHER, L.B. & STEARN, H.H. (1929): Geophysical Prospecting. - Am. Inst. Mining Met. Engrs., Trans. en DOBRIN (1988), p.651. Tipo de roca

Promedio de % de kappa x 106 volumen en magnetita

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Promedio de % de volumen en ilmenita

kappa x 106

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Pórfidos de cuarzo

0,82

2500

0,3

410

Riolitas

1,00

3000

0,45

610

Granitos

0,90

2700

0,7

1000

Sienitas traquíticas

2,04

6100

0,7

1000

Nefelitas eruptivas

1,51

4530

1,24

1700

Nefelitas abisales

2,71

8100

0,85

1100

Piroxenitas

3,51

10500

0,40

5400

Gabros

2,40

7200

1,76

2400

Latitas monzoníticas

3,58

10700

1,60

2200

Rocas con leucita

3,27

9800

1,94

2600

Diorita dacítica de cuarzo

3,48

10400

1,94

2600

Andesita

4,50

13500

1,16

1600

Dioritas

3,45

10400

2,44

4200

Peridotitas

4,60

13800

1,31

1800

Basaltos

4,76

14300

1,91

2600

Diabasas

4,35

13100

2,70

3600

En esta tabla se aprecia claramente el aporte de la magnetita a la susceptibilidad magnética de una roca. Comparando los valores calculados y medidos de la susceptibilidad magnética de los mismos tipos de rocas (véase las dos tablas anteriores) se nota pocas coincidencias. En el caso de las dos tablas faltan informaciones sobre la cantidad de muestras calculadas y medidas y los errores inherentes lo que se opone a una evaluación de la calidad de los datos. La susceptibilidad magnética de una roca depende en primer lugar de su contenido en magnetita y/o pirrotina, ilmenita juega un papel menos importante, aun puede influir la susceptibilidad magnética de una roca.

UNIDADES DE MEDIDAS Unidades de la intensidad magnética

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En la magnetometría se emplean varias unidades: 1Oersted = 1Gauss = 105gamma = 105nT (T = Tesla). 1gamma = 10-9T = 1 nT. La unidad Gauss se introdujeron en honor al matemático alemán Carl Friedrich Gauss, nacido 1777 en Braunschweig, fallecido 1855 en Göttingen. Gauss desarrolló el método para la determinación absoluta del campo geomagnético y inició la observación del campo geomagnético en intervalos regulares. Las unidades Gauss y gamma son las unidades del sistema cgs, la unidad nT es la unidad del sistema SI. Los geofísicos prefieren emplear el parámetro 'intensidad del campo magnético H' en vez del parámetro 'inducción o densidad del flujo B'. Se puede sustituir uno de estos parámetros por el otro, porque la permeabilidad del aire varía solo poco de la permeabilidad del vacío. La densidad del flujo B de un campo magnético está relacionada con la intensidad magnética H como sigue: B = µ0 x H, donde µ0 = permeabilidad del vacío = 1,25 x 10-6 Vs/Am. La permeabilidad se refiere a la facilidad, que ofrece un cuerpo al paso del flujo magnético. A partir del año 1930 la unidad cgs de la intensidad magnética del campo H se debería denominar Oersted (1Oersted = 1cm-1/2g1/2s-1), pero los geofísicos siguen empleando la unidad Gauss para la intensidad magnética. La unidad comúnmente empleada es gamma, introducida 1896 por M. ESCHENHAGEN como esta unidad es útil para expresar las variaciones pequeñas del campo magnético.

EL CAMPO GEOMAGNÉTICO ORIGEN DEL CAMPO GEOMAGNETICO Aproximadamente el 95 por ciento del campo magnético de la Tierra es producido en su interior. La explicación parece estar en las propiedades y movimientos del núcleo de la Tierra, un cuerpo esférico de material metálico, probablemente de una composición níquel-hierro, cuya parte externa se encuentra en estado líquido. El diámetro del núcleo es de alrededor de 6 920 km, poco mayor que el radio terrestre. El magnetismo interno de la Tierra se explica por la llamada teoría del dínamo.

EL EFECTO DINAMO En este mecanismo dínamo según la cual el núcleo líquido está dando vueltas lentamente, con respecto al manto sólido, generando de esta manera corrientes eléctricas que rodean al núcleo. Estas corrientes generan a su vez un campo magnético, parte del cual escapa a la superficie de la

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Tierra, dándonos el campo magnético que observamos, en la fig. y otra parte interacciona con el núcleo líquido que está en movimiento, sosteniendo de esta manera la acción del dínamo.

Estas corrientes eléctricas responsables del campo geomagnético de origen externo que se caracteriza por variaciones periódicas y no periódicas.  

Las variaciones periódicas: variaciones solares tranquilas, Sq, y lunares tranquilas. Las variaciones no periódicas: son producidas por la emisión por parte del Sol de un aporte mayor de partículas ionizadas que interaccionan con la magnetosfera.

COMPONENTES DEL CAMPO GEOMAGNETICO El campo geomagnético, es una magnitud vectorial y por lo tanto lo podemos descomponer en una serie de componentes según un determinado sistema de ejes coordenados ,puede ser localmente representado por el vector del campo total F y ser igualmente definido por uno de sus componentes horizontales H o vertical Z. El campo magnético puede ser definido en todo punto (x,y,z) por: F2 = H2 + Z2 = X2 + Y2 + Z2 Donde

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Donde la declinación D es el ángulo de la componente horizontal y el norte geográfico X y la inclinación I es el ángulo entre el campo total F y la horizontal H. Las unidades utilizadas para medir la intensidad del campo F son: gammas ( ) y nanoteslas (nT). 1 = 1nT = 10-5 Oersted. El Oersted es la intensidad del campo en un punto donde se ejerce una fuerza de una dina sobre un polo magnético unitario. La intensidad total del campo terrestre varía según nuestra posición sobre el globo: F = 30 000 nT en el ecuador magnético (I = 0°) F = De 60 000 a 70 000 nT en los polos magnéticos

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(I = 90°) F > 50 000 nT en Canadá F = 56 000 nT en Montreal F = 23 000 nT en Uruguay

TEORIA DE LOS CAMPOS MAGNETICOS SUPERPUESTOS Gauss, ha demostrado en su teoría sobre el potencial del campo magnetico terrestre, que este se puede considerar dividido en otros dos, uno interno y otro externo, cada uno de los cuales tiene su potencial propio. el magnetismo permanente de nuestro globo es debido a la superposición de dos campos distintos, al núcleo de hierro, que llamaremos campo del núcleo, que corresponde al conjunto de capas situadas entre el núcleo y la corteza exterior y al que llamaremos campo intermedio.

El campo del núcleo de un radio aproximado de 3.500 kilómetros, posee el 52% del momento magnético total. Esta imantado paralelamente al eje de rotación de la tierra, es decir, que su imantación es longitudinal. Causa originaria de su magnetismo, es la influencia del movimiento terrestre de rotación, sobre el núcleo de hierro. En apoyo de esta hipótesis podemos citar las investigaciones de Einstein, que han demostrado que las masas de hierro no magnéticas, se imantan paralelamente al eje alrededor del cual se les

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imprime un movimiento de rotación. Por el contrario, sabemos que a una temperatura de 700 a 900° los minerales de hierro pierden sus propiedades magnéticas y es del todo seguro que en el núcleo de hierro reina una temperatura extraordinariamente mayor, por lo cual no debía estar imantado El campo intermedio, que se extiende desde el núcleo, a la superficie de compensación isostática, situada a la profundidad de 120 kilómetros, posee el 40% del valor total del momento magnético terrestre. El campo de la corteza, perturbado por las distintas propiedades magnéticas del mosaico de elementos pétreos que la constituyen posee el 2% del momento total. Es el que produce las anomalías magnéticas, que pueden ser regionales o locales.

VARIACIONES DEL CAMPO GEOMAGNETICO Tipo de variación

Origen

Dipolar

Interior de la Desciende Tierra lentamente

Aproximadament e dipolar

Secular

Núcleo de la 1-100a Tierra

irregular, +/10migrando hacia el 100nT/a W

Diurna

Exterior, 24 hrs, 27 días, Depende de * y 10 - 100nT relacionado 12 meses, 11 a de la actividad de con manchas manchas solares solares

Micropulsaciones

Exterior

Frecuencia: 0,002 -0,1 Hz

Exterior

Frecuencia: 1 - Depende de * y 0,01nT/s 1000Hz de la actividad de manchas solares y de tornados

'Audio frecuency magnetics'

1

Efectos de corrientes telúricos

METODO MAGNETICO

Variación función tiempo

en Forma espacial del

Interior en Frecuencia: baja 0,002 - 1000Hz profundidad

Depende de * y de la actividad de manchas solares y de tormentas magnéticas

Geología

Amplitud típica 25.000 70.000nT

-

Normal: 1 10nT, máximo: 500nT

Hasta 0,01nT/s

25


Imantación inducida de las rocas

Imantación remanente de las rocas

Interior en secular baja profundidad hasta la geoterma del punto de 2 Curie Interior en baja profundidad hasta la geoterm a del punto de 2 Curie

Se descompon e durante tiempos geológicos

Geología, varía, Hasta 0,05 3 depende en emu/cm primer lugar del contenido en magnetita en las rocas Geología

Hasta 0,2 emu/cm 3

1: Depende de variaciones espaciales en el campo electromagnético introducido en corteza terrestre por descarga troposférica (troposfera 0-10km). 2: El gradiente geotérmico depende del lugar. En una zona de subducción en la zona del hundimiento de la placa el gradiente es mucho menor en comparación al gradiente geotérmico establecido en el arco magmático, donde el gradiente geotérmico puede alcanzar a T = 100°C/km. El gradiente geotérmico causado por un metamorfismo de soterramiento en una cuenca sedimentaria es alrededor de 10°C/km. Un valor medio es 30°/km. La temperatura de Curie para magnetita es T = 573°C.

INSTRUMENTOS DE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA MAGNETOMETRO El magnetómetro se ha utilizado ventajosamente para detectar estructuras, fallas e intrusiones

METODO MAGNETICO

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RESONANCIA MAGNETICA Es utilizada principalmente en medicina para observar alteraciones en los tejidos y detectar cáncer y otras patologías. También es utilizada industrialmente para analizar la estructura de materiales tanto orgánicos como inorgánicos.

Los métodos magnéticos se basan en la detección de variaciones del campo magnético local debidas a la presencia de estructuras subsuperficiales. Las anomalías que se miden son debidas a la imanación inducida o remanente de los materiales. •

Disponemos de un clásico magnetómetro de protones Geometrics que puede actuar como gradiómetro. Consta de dos sensores con un disparador que los activa secuencialmente y controlado por una única consola. •

Actualmente usamos un magnetómetro de potasio GEM GSMP40 de alta sensibilidad para prospección de gradiente, que permite explorar una superficie del orden de media ha por día. •

MEDIDOR DE ESPESOR DE RECUBRIMIENTO MT3100 Medidor de espesor de revestimiento MT3100 Este instrumento ha adoptado el método magnético y el método de corrientes de Foucault. Además, se puede medir el espesor de los recubrimientos no magnéticos (por ejemplo, zinc, aluminio, cromo. cobre, caucho, pintura, etc) en la base magnética metálicos (tales como acero, hierro, aleación y acero duro magnético, etc) puede medir el todo el recubrimiento de aislamiento eléctrico espesor de las capas (como laca, barniz, pintura, anodización) recubrimiento de metales no ferrosos (como el cobre, Al, zinc y etc) Mediciones del gradiente magnético vertical realizadas a lo largo de un perfil en el yacimiento arqueológico de El Caño con un magnetómetro de vapor de cesio G-858

METODO MAGNETICO

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Magnetómetros y métodos para determinar los componentes del campo geomagnético como la intensidad total F, la intensidad horizontal H y la intensidad vertical Z (o V) o sus variaciones Los métodos y instrumentos, que se basan en principios mecánicos son los siguientes.

Método de Gauss para determinar la intensidad horizontal Se determina el valor absoluto de la intensidad horizontal H a través de dos experimentos: El experimento de oscilación define el producto M x H, en donde M = momento magnético de un imán y H = intensidad horizontal. •

•

El experimento de desviación define el cociente M/H.

Brújula de inclinación Este instrumento mide la variación de la intensidad vertical Z (o V respectivamente). Se constituye de una aguja imantada que puede moverse libremente en un plano vertical y que lleva fijada a un lado del eje un peso ajustable. Un par de torsión gravitatorio (peso ajustable) es equilibrado por un par de torsión magnético (imán). Cualquier variación del componente vertical del campo terrestre cambia el momento de la fuerza magnética y por tanto el ángulo de inclinación de la aguja. Se debe orientar el imán en un plano vertical y los polos del imán paralelos a la dirección del componente total del campo.

Superbrújula de Hotchkiss Esta brújula mide la variación de la intensidad total F de un campo magnético. Su construcción es semejante a la de la brújula de inclinación, además tiene una barra auxiliar no magnética, que lleva un contrapeso regulable. Para medir la variación de F se orienta los polos del imán paralelamente a la dirección del campo total, la medición se realiza orientando la superbrújula en una dirección perpendicular al meridiano (longitud) magnético.

Variómetro del tipo Schmidt Este instrumento mide la variación de la intensidad vertical Z (o V respectivamente) y un variómetro modificado mide la variación de la intensidad horizontal H de un campo magnético. El variómetro consiste en un imán pivotado cerca, pero no directamente en el centro de su masa, de tal modo que el campo geomagnético origine un par de torsión magnético en torno del pivote opuesto al par de torsión de la atracción gravitatoria sobre el centro. El ángulo para el cual se alcanza el equilibrio depende de la intensidad del campo. El imán pivotado tiene que ser orientado horizontalmente y en la dirección este-oeste geomagnético para medir la variación de Z. METODO MAGNETICO

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La construcción del variómetro para la medición de la variación de la intensidad horizontal H es parecida salvo que el sistema magnético (imán pivotado) tiene por posición inicial la vertical y la dirección norte-sur geomagnético.

Variómetro de compensación Este instrumento mide la variación de la intensidad vertical Z y un variómetro modificado mide la variación de la intensidad horizontal H. La construcción del variómetro de compensación es semejante a aquella del variómetro del tipo Schmidt, pero en vez de medir la inclinación del sistema con respecto a la horizontal (variómetro vertical) se mide la fuerza necesaria para devolverlo a la horizontal. El imán pende de finos hilos y la fuerza restauradora se obtiene mediante el desplazamiento de imanes compensadores. En el caso del magnetómetro de torsión por ejemplo de 'Askania' según Haalck la aguja magnética tiene que ser orientada horizontalmente.

Un instrumento, que se basa en principios eléctricos (saturación), se presenta en lo siguiente.

'Flux-gate magnetometer' Este magnetómetro mide la variación de la intensidad vertical V de un campo magnético y se lo orienta horizontalmente. Su principio se basa en el fenómeno de que campos magnéticos tan pequeños como el terrestre inducen en materiales de gran permeabilidad µ densidades de flujo, que representan una fracción apreciable de la densidad de saturación. La forma de onda de corriente resulta distorsionada si se superpone un campo magnético estacionario y esta distorsión se utiliza para medir dicho campo. Se produce el campo magnético estacionario cíclico por medio de una bobina, que rodea un imán y que está alimentada por una corriente alterna suficientemente intensa. Superponiendo el campo magnético cíclico inducido al campo terrestre el campo magnético resultante saturará el imán o es decir el núcleo. El lugar en el ciclo energizante en que se llegue a la saturación da una medida del campo magnético ambiental. En detalle este tipo de magnetómetro se constituye de dos imanes o núcleos respectivamente, cuyos ejes están alineados paralelamente a la dirección del campo terrestre (véase fig. 13-17 en construcción). En un campo externo variándose cíclicamente el comportamiento de los imanes resulta en típicas curvas de histéresis (en un diagrama B en función de H). Cada uno de estos núcleos se ubica en el centro de una bobina con un arrollamiento en sentido opuesto en comparación a aquel de la otra bobina. Las dos bobinas primarias están conectadas en serie y generan en los dos núcleos densidades de flujo magnético de la misma intensidad, pero de signos opuestos, es decir que los momentos magnéticos de los dos núcleos se orientan en direcciones opuestas por el arrollamiento en sentido opuesto de las dos bobinas. Cada bobina posee un METODO MAGNETICO

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arrollamiento secundario, cuyas dos secciones están conectadas con un voltímetro para indicar la diferencia entre las dos salidas. En un instante discreto el campo terrestre refuerza el campo engendrado por una de las bobinas y se opone al campo producido por la otra bobina. Primero se considera la magnetización de un solo núcleo en ausencia de un campo ambiental natural, como sucede cuando el eje del núcleo está normal a la dirección del campo terrestre. •

El campo de la excitación H, correspondiente al campo magnético inducido tiene una forma sinusoidal (curva a de fig. 13-17 en construcción). •

Este campo sobresatura el núcleo en el alto y en el fondo de cada ciclo, como se expresa por los altos y bajos truncados de la curva b. •

•

El volta je secundario es proporcional a la variación de la densidad del flujo magnético y en

consecuencia se acerca a cero durante la parte del ciclo, en que el núcleo está saturado, como se ve en la curva c. Introduciendo un campo natural que ayude a (superpone) la magnetización de la corriente de excitación, se llega antes al punto de saturación en el ciclo (indicado por el descenso en el voltaje secundario), que sí están en oposición el campo natural y el de la excitación. Esto está representado por las curvas d y e. •

Si las salidas de voltaje de ambas bobinas están conectadas en oposición, la salida resultante (curva f) consiste en pares de crestas, cuya altura es dentro de límites razonables proporcional al campo magnético. •

Algunos magnetómetros del tipo 'flux-gate' alcanzan una precisión entre 0,5 a 1,0gamma. El 'flux-gate magnetometer' fue el primero magnetómetro, que se utilizaron para mediciones magnéticas desde el aire (fixed wing aircraft), en la guerra en particular para hallar submarinos. Hoy día en primer lugar se los emplean para las mediciones magnéticas en pozos/sondeos. Otros instrumentos de saturación son el magnetómetro aéro 'Gulf' y el detector magnético aéreo AN/ASQ-3A descritos en DOBRIN (1975).

La intensidad magnética total es la magnitud del vector del campo geomagnético independiente de su dirección o es decir el campo total es una cantidad escalar. En el caso de una perturbación del vector regional del campo geomagnético F el vector perturbador P se suma al campo no

METODO MAGNETICO

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estorbado por adición vectorial. Los magnetómetros, que miden el campo magnético total, miden solo la magnitud del vector resultante o es decir la porción del vector perturbador, que está dirigida en la misma dirección como el campo magnético regional. En consecuencia para campos magnéticos perturbadores pequeños con respecto al campo geomagnético la variación del campo magnético medida comFP es de valor muy similar al valor de la componente del vector perturbador dirigido en la misma dirección como el campo magnético regional. Para campos anómalos pequeños con respecto al campo geomagnético vale F + P = +/- (F + comFP).

Magnetómetros nucleares Magnetómetro protónico de precesión

Este magnetómetro mide la intensidad total absoluta del campo magnético a tiempos discretos. El instrumento se basa en la mecánica cuántica, específicamente en el fenómeno de la resonancia magnética nuclear. Aproximadamente los dos tercios de todos los núcleos atómicos (protones) tienen un momento magnético. Estos núcleos pueden ser considerados como diminutos imanes en forma de esferas, que giran alrededor de sus ejes magnéticos. Se aplica repentinamente un campo magnético intenso en una dirección en ángulo recto con la del campo terrestre a una botella de agua o de una otra sustancia, que contiene una gran cantidad de protones H+ y que está polarizada solamente por el campo terrestre. Los protones se orientan hasta que apunten en la dirección correspondiente a la resultante de los dos campos. Si el campo exterior es 100 o más veces mayor que el campo terrestre en la estación de observación, el campo resultante en el interior del agua apuntará aproximadamente en la misma dirección que el campo aplicado. Al desaparecer el campo magnético exterior, el momento magnético recobrará su valor y dirección primitivos en el campo terrestre H por 'precesión' en torno de ese campo a una velocidad angular w = gp x F, en donde gp es la razón giromagnética del protón y una constante de proporcionalidad (23,4873826 g/Hz) y F es el campo terrestre. La frecuencia de la 'precesión' es directamente proporcional al valor del componente total del campo magnético. Se obtiene la intensidad total del campo terrestre midiendo la frecuencia de este voltaje inducido con la precesión necesaria METODO MAGNETICO

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y modificándola. Debido al proceso de la inducción electromagnética la amplitud de la señal es proporcional a F. Por esto la sensibilidad del magnetómetro es alta en un campo magnético intenso, mientras que en un campo magnético débil la sensibilidad se disminuye. En un campo terrestre de 50000gamma la frecuencia de precesión medida con contadores digitales tiene valores alrededor de 2000Hz y el magnetómetro logra una precisión de 0,1gammas. Una medición se puede realizar en un cuarto de un segundo, pero con una sensibilidad reducida. Las limitaciones de los magnetómetros nucleares son gradientes muy grandes (mayor a 300 a 1000gammas cada metro) debido al tamaño relativamente grande de la botella con el líquido de protones e interferencias debidas a corrientes eléctricas alteradas. En el primero caso de un campo m agnético de gradiente muy alto la intensidad del campo variaría adentro de la unidad de medición como la botella con el liquido de protones y por consiguiente el magnetómetro no podría determinar un valor constante. Magnetómetro protónico del tipo Overhauser

Un otro tipo de magnetómetro nuclear, denominado magnetómetro protónico basándose en el efecto Overhauser fue desarrollado al principio de la década sesenta. En lo que sigue se explica el efecto Overhauser en forma sencilla en términos mecánicos como lo fue hecho en el caso del magnetómetro protónico de precesión. Una explicación más detallada requiere conocimientos de la mecánica cuántica. Los magnetómetros de este tipo usan una solución rica en protones y iones paramagnéticos. Bajo la influencia de la llamativa frecuencia propia del electrón no perturbado, que está en el rango de las frecuencias muy altas (VHF) de radio, los iones paramagnéticos muestran una resonancia. Al aplicar una señal de muy alta frecuencia (VHF) a la solución de protones e iones paramagnéticos (dominada por la frecuencia propia del electrón no perturbado) el espín nuclear ubicándose en el protón está polarizado en consecuencia de la interacción entre los electrones y los núcleos atómicos. La polarización es continua y la señal cambia instantáneamente con el campo magnético ambiental. Con este método se logra un aumento de la intensidad de la señal en el rango de 100 a 1000 veces resultando en señales de precesión con magnitudes entre 1 y 10mV (las señales de precesión producidas por el magnetómetro protónico de precesión varían alrededor de 1mV). Por esto la razón 'señal a ruido' se reduce apreciadamente y en consecuencia se reduce la incertidumbre de la medición. El magnetómetro protónico del tipo Overhauser requiere un intervalo de tiempo de medición de 8 a 10 s como mínimo, midiendo un intervalo de tiempo mayor se puede aumentar la sensibilidad de medición. En la tabla siguiente se compara las características de los dos magnetómetros nucleares: Característica

Magnetómetro de precesión

Componente magnético

F = total

Razón giromagnética protón METODO MAGNETICO

del

Constante

protónico Magnetómetro Overhauser F = total

del

tipo

Constante

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Campo aplicado

Polarizante

Electromagnético, frecuencia de radio

Solución

De protones

De protones paramagnéticos

Precesión de protones

Por magnética

Señal de precesión

Discreta

Continua

Intensidad de la señal

Alrededor de 1µV

1 - 10mV

Mayor

Menor

Razón fondo

señal/ruido

Presición

del

polarización

de y

iones

Por estimulo de resonancias paramagnéticas

0,1gammas, en casos En el mismo rango especiales 0,01gammas

Intervalo de tiempo 0,25s mínimo de medición

8-10s

Magnetómetro con célula de absorción

Este instrumento se funda en la separación de líneas espectrales (absorción óptica) por la influencia de un campo magnético. Este fenómeno fue descubierto en 1896 por el holandés P. ZEEMAN (efecto Zeeman) y empleado en los magnetómetros desde el principio de la década setenta de este siglo. Un magnetómetro de este tipo se compone de una célula con una sustancia gaseiforme como He o vapor de álcalis como Rb, Cs o K y excitada por un rajo de luz emitida por una fuente de la misma sustancia gaseiforme. La luz incidente se ajusta por medio de un polarizador circular antes de entrar en la célula de absorción del vapor. Los álcalis metálicos gaseiformes de poca cantidad en la célula son excitados por la luz polarizada. En los átomos resulta una elevación de su estado energético fundamental a varios niveles ópticos. En presencia de un campo magnético externo como el campo geomagnético los niveles fundamentales y elevados se separan en niveles magnéticos estrechamente espaciados. A este se llaman efecto de ZEEMAN según su descubridor. La absorción óptica se basa en el fenómeno que las probabilidades de transición de electrones desde un subnivel magnético fundamental no son iguales para cada nivel de la luz circularmente polarizada y bombeada, mientras que la transición o descomposición respectivamente desde los niveles excitados hacia el nivel fundamental es a menudo completamente el resultado de una emisión espontánea, o es decir la transición es igual para todos los subniveles. Los electrones siempre llegan a los subniveles fundamentales en cantidades iguales, pero debido a la absorción óptica los electrones se van en cantidades distintas a otros niveles energéticos. En consecuencia se obtiene diferentes grados de ocupación para los distintos subniveles fundamentales. En esta fase de absorción óptica el gas en la célula es más transparente para la luz incidente en comparación al

METODO MAGNETICO

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gas no afectado por bombeo óptico. La modulación de la transparencia se toma como medida para el campo magnético ambiental. El magnetómetro de absorción óptica mide la intensidad total del campo magnético continuamente, con sensibilidad alta y una exactitud hasta 0.01gamma. El magnetómetro más común de este tipo emplea Cesio como sustancia gaseiforme.

LAS ANOMALÍAS MAGNÉTICAS El contenido en minerales magnéticos no es el mismo en todas las rocas de la corteza terrestre. En general, depende de su composición química, su historia geológica, la temperatura, etc. Por esta razón, las diferentes estructuras geológicas presentan distintas magnetizaciones, y son los contrastes de magnetización los que originan variaciones en el campo magnético cortical. Estas variaciones se conocen con el nombre de anomalías magnéticas. La forma más cómoda y rápida de medir las anomalías magnéticas es el Aero magnetismo.

Diseños de una anomalía En la exploración magnética realizada en la corteza terrestre generalmente se mide continuamente y completamente o se mide a lo largo de un perfil y en perfiles paralelos con un espaciamiento constante, es decir se mide en intervalos regulares. En el último caso la posición y la forma de una anomalía magnética levantada se aproxima a la posición y la forma de la anomalía real. El procedimiento de acercarse a los parámetros reales de una anomalía o es decir de diseñar una anomalía puede ser mecánico empleando partes proporcionales o por METODO MAGNETICO

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interpolación o extremadamente interpretativo utilizando isolíneas paralelas o equidistantes. A menudo la diferencia entre estos dos tipos de diseñar una anomalía es graduada. Utilizando isolíneas paralelas y equidistantes se debe enfocar su atención a la existencia de anomalías atractivas no completamente definidas por la información disponible, que se basa en una red de estaciones de observación con cierto espaciamiento. Por medio de otros datos geofísicos y/o geológicos se podría comprobar la interpretación de los datos magnéticos. Tales evaluaciones sucesivas se aplican comúnmente en la prospección geofísica minera.

Ejemplos de anomalías En el caso que no se puede definir claramente la forma de una anomalía magnética y en presencia de conductividad ya detectada y diseñada se orienta el eje de la anomalía magnética en la misma dirección como el eje de la anomalía conductiva o como otras estructuras geofísicas o geológicas ya conocidas. Las estructuras causantes de anomalías magnéticas a menudo están paralelas entre sí como un sistema de diques paralelos con alto contenido en magnetita por ejemplo. Frecuentemente se puede localizar una anomalía conductiva al mismo lugar, en la misma orientación y de forma parecida como la anomalía magnética. En el caso de varias estructuras paralelas causantes de anomalías magnéticas se trata distinguir estas y diseñarlas separadamente. En el caso que los conductores eléctricos se ubican en los flancos de una anomalía magnética, se distingue entre la anomalía magnética central y las anomalías magnéticas asociadas con anomalías conductivas formando los flancos de la anomalía magnética central. Por ejemplo un cuerpo de peridotita (roca plutónica de olivino y piroxeno) está rodeado por sulfuros de alto contenido en pirrotina (Fe1-xS). El cuerpo de peridotita genera la anomalía magnética central y los sulfuros producen las anomalías magnética y conductiva ubicadas en el hombro de la anomalía magnética central. En áreas de gradientes de intensidad magnética bajos se trata de delinear tendencias lógicas delineando la anomalía a partir de los valores más altos presentes. Este método se emplea especialmente en el caso que un cuerpo conductivo está orientado en la misma dirección como el alto magnético y se utiliza isolíneas intermedias.

APLICACIÓN El método magnético es el método geofísico de prospección más antiguo aplicable en la prospección petrolífera, en las exploraciones mineras y de artefactos arqueológicos. En la prospección petrolífera el método magnético entrega informaciones acerca de la profundidad de las rocas pertenecientes al basamento. A partir de estos conocimientos se puede

METODO MAGNETICO

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localizar y definir la extensión de las cuencas sedimentarias ubicadas encima del basamento, que posiblemente contienen reservas de petróleo. Aún no siempre con éxito se lo aplica en el levantamiento de la topografía del basamento, que puede influir la estructura de los sedimentos superpuestos. Se lo emplea en la delineación de depósitos magnéticos intrasedimentarios como rocas subvolcánicas e intrusiones emplazadas en somera profundidad, que cortan la secuencia sedimentaria normal. Como las rocas sedimentarias generalmente ejercen un efecto magnético desapreciado en comparación con el efecto magnético generado por las rocas ígneas la mayoría de las variaciones de la intensidad magnética medidas a la superficie terrestre resulta de cambios litológicos o topográficos asociados con rocas ígneas o con rocas del basamento. El desarrollo reciente de magnetómetros de alta precisión posibilita ahora la definición de pequeñas repuestas magnéticas de alta frecuencia y la detección de variaciones muy pequeñas de la intensidad magnética, que podrían ser relacionadas con variaciones diminutas en el carácter magnético de rocas sedimentarias yacentes en profundidad somera con respecto a la superficie terrestre. Las variaciones magnéticas muy pequeñas en el contenido en minerales magnéticos se refieren a valores alrededor de 0,1 gamma. En las exploraciones mineras se aplica el método magnético en la búsqueda directa de minerales magnéticos y en la búsqueda de minerales no magnéticos asociados con los minerales, que ejercen un efecto magnético mensurable en la superficie terrestre. Además el método magnético se puede emplear en la búsqueda de agua subterránea. Por medio de estudios aeromagnéticos se puede localizar zonas de fallas, de cizallamiento y de fracturas, que pueden albergar una variedad grande de minerales y dirigir a una mineralización epigenética, relacionada con estress de las rocas adyacentes. El conocimiento de sistemas de fracturas y de acuíferos en rocas solidificadas cubiertas por una capa de depósitos aluviales puede facilitar la búsqueda y explotación de agua subterránea. A través del método magnético se pueden levantar las discordancias y las superficies terrestres antiguas ahora cubiertas por rocas más jóvenes con el fin de explorar minerales detríticos y/o minerales de uranio relacionados con discordancias. Hasta el medio de la quinta década de este siglo prácticamente solo se llevaron a cabo los métodos magnéticos de exploración en la superficie terrestre. Hoy día en la prospección petrolífera se emplean casi exclusivamente magnetómetros instalados en aviones y en barcos. En los estudios de reconocimiento de depósitos minerales se emplean magnetómetros aeroportados.

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MODELO DE UN DIPOLO MAGNÉTICO El campo geomagnético se describe en una aproximación por un dipolo magnético ubicado en el centro de la tierra, cuyo eje está inclinado con respecto al eje de rotación de la tierra. El dipolo está dirigido hacia el Sur, de tal modo en el hemisferio Norte cerca del polo Norte geográfico se ubica un polo Sur magnético y en el hemisferio Sur cerca del polo Sur geográfico se ubica un polo Norte magnético. Por convención se denomina el polo magnético ubicado cerca del polo Norte geográfico polo Norte magnético y el polo magnético situado cerca del polo Sur geográfico polo Sur magnético. Una aproximación satisfactoria a la forma del campo geomagnético es un dipolo ubicado en el centro de la tierra con las coordenadas geográficas siguientes correspondientes a las intersecciones del eje dipolar con la superficie: La intersección boreal del eje dipolar con la superficie terrestre: latitud = 79ºN, longitud = 290ºE (=70ºW). La intersección austral del eje dipolar con la superficie terrestre: latitud = 79ºS, longitud = 110ºE.

Fig.2: Esquema del dipolo magnético

MAGNETÓMETROS Existen varios métodos de medición y varios tipos de magnetómetros, conque se puede medir una componente del campo magnético. El primero método para determinar la intensidad horizontal

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absoluta del campo geomagnético desarrolló el matemático alemán Carl Friedrich Gauss (desde 1831). Los magnetómetros, que se basan en principios mecánicos, son entre otros la brújula de inclinación, la superbrújula de Hotchkiss, el variómetro del tipo Schmidt, el variómetro de compensación. El primero magnetómetro útil para la prospección minera fue desarrollado en los años 1914 y 1915 .El llamativo variómetro del tipo Schmidt mide variaciones de la intensidad vertical del campo magnético con una exactitud de 1g, que es la dimensión de las variaciones locales de la intensidad magnética. El 'flux-gate-magnetometer' se basa en el principio de la inducción electromagnética y en la saturación y mide variaciones de la intensidad vertical del campo magnético. El magnetómetro nuclear se basa en el fenómeno de la resonancia magnética nuclear y mide la intensidad total absoluta del campo magnético a tiempos discretos. El magnetómetro con célula de absorción se funda en la separación de líneas espectrales (absorción óptica) por la influencia de un campo magnético. Este instrumento mide la intensidad total del campo magnético continuamente, con sensibilidad alta y una exactitud hasta 0.01gamma.

REALIZACIÓN DE MEDICIONES MAGNÉTICAS EN EL CAMPO Y CORRECCIONES NECESARIAS PARA LAS MEDICIONES MAGNÉTICAS Aplicando el método magnético en la prospección minera se quiere delinear variaciones del campo geomagnético o es decir anomalías magnéticas relacionadas con un depósito mineral con un cierto contenido en magnetita o pirotina por ejemplo. Generalmente las mediciones magnéticas se realizan a lo largo de perfiles en estaciones de observación en distancias regulares. Combinando perfiles paralelos se obtiene un mapa de observaciones magnéticas. La mayoría de los magnetómetros disponibles para la prospección minera mide variaciones de la intensidad vertical (interpretación más clara en comparación a la medición de variaciones en las intensidades total y horizontal). Por lo tanto se trata de mediciones relativas, cuya precisión es más alta en comparación a las mediciones absolutas. El campo geomagnético sufre variaciones con respecto al tiempo y a su forma como la variación diurna por ejemplo. Estas variaciones, que no están relacionadas con un depósito mineral con un cierto contenido en magnetita por ejemplo superponen los valores medidos. Por esto se debe corregir los valores medidos. La variación diurna se corrige repitiendo la medición de la variación de la intensidad vertical en una estación de base en intervalos de tiempo regulares desde el principio hasta el fin de la campaña de medición. Los valores medidos en la estación de base se presentan en función del tiempo, que permite calcular el valor de corrección correspondiente a cada medición en una estación de observación. Los valores reducidos se presentan en perfiles y/o mapas.

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EJEMPLOS DE APLICACIONES DEL MÉTODO MAGNÉTICO Una aplicación geológica es el levantamiento de tendencias estructurales del basamento cubiertas por una capa de sedimentos sueltos o compactados y el levantamiento de rocas ígneas y metamórficas ubicadas en una profundidad somera cubiertas por la vegetación o una capa aluvial. Una lineación delineada por los contornos de isolíneas magnéticas puede reflejar por ejemplo el rumbo del eje de un cuerpo intrusivo longitudinal o los planos de fallas grandes en la topografía del basamento. En un área caracterizada por una geología superficial bien expuesta se puede elaborar un mapa geológico con un esfuerzo mínimo, de modo que se combinan los datos geológicos obtenidos de algunos pocos afloramientos distribuidos irregularmente en terreno con las tendencias aeromagnéticas observadas. En este caso los datos magnéticos pueden justificar una interpolación de los pocos datos geológicos. Sin informaciones adicionales normalmente no es posible distinguir si una anomalía magnética observada se debe a un relieve estructural o a una variación litológica lateral. Principalmente el método magnético se aplica en las exploraciones mineras con los objetivos siguientes: •

La búsqueda de minerales magnéticos como magnetita, ilmenita o pirotina.

La localización de minerales magnéticos asociados con minerales no magnéticos, de interés económico como minerales indicadores. •

La determinación de las dimensiones (tamaño, contorno, profundidad) y estructuras de zonas mineralizadas cubiertas por capas aluviales o vegetales. •

Exploración magnética para menas de Fe La mayoría de la producción de Fe (aproximadamente 90%) se explota de depósitos de origen sedimentario de composición primaria oolítica y silícea. Lo demás se extrae de depósitos de origen magmático con minerales de Fe de origen magmático o con minerales de Fe residuales después de la meteorización de las demás componentes de las rocas magmáticas. Los depósitos de Fe asociados con rocas magmáticas frecuentemente están caracterizados por un cociente magnetita/hematita alta y en consecuencia pueden ser detectados directamente por las mediciones magnéticas. Las taconitas son depósitos de Fe de origen sedimentario. Su carácter magnético depende de su estado de oxidación, puesto que la magnetita se descompone por la oxidación. Las taconitas oxidadas son mucho menor magnéticas en comparación con las taconitas no oxidadas. Con el método magnético se podían ubicar las zonas de taconitas no o poco oxidadas, que por su procesamiento más fácil son más favorables para la explotación.

METODO MAGNETICO

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Por el método magnético se puede localizar depósitos de Fe cubiertos por otras formaciones geológicas y situados en cierta profundidad en la corteza terrestre como por ejemplo los rellenos hidrotermales de fracturas cerca de Pea Ridge Mountain, Missouri, que se descubrieron por medio de sondeos realizados a lo largo de una anomalía magnética de forma longitudinal.

Exploración magnética para otros minerales Por su asociación con minerales magnéticos como magnetita y pirotina minerales no magnéticos como los metales básicos níquel, cobre y oro por ejemplo pueden ser detectados por el método magnético. Frecuentemente se emplea el método magnético en la exploración para diamantes, que ocurren en chimeneas volcánicas de kimberlitas o lamprófidos . Por su contenido en magnetita e ilmenita se puede localizar estas chimeneas con el método magnético. Se han encontrado las chimeneas de kimberlitas en los Estados Unidos, en la república soviética antigua y en Africa del Sur, Este y Oeste.

Exploración magnética para hidrocarburos En la búsqueda de petroleo y gas natural se emplea el método magnético para determinar la geometría (extensión, dimensión y potencia) de cuencas sedimentarias, que pueden atrapar los hidrocarburos. En base de los resultados magnéticos se puede planificar y colocar más precisamente los perfiles sísmicos mucho más costosos en comparación al método magnético. Exploración magnética para fuentes termales El método magnético contribuye a la localización de la isoterma de Curie, que debajo de áreas con actividad termal está elevada en comparación a otras áreas.

REDUCCIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS EFECTO MAGNÉTICO VERTICAL SOBRE CUERPOS DE MODELO POLARIZADOS VERTICALMENTE Y ENTERRADOS EN EL SUBSUELO A través de algunas formulas relativamente sencillas se puede describir el efecto magnético vertical de cuerpos de modelo verticalmente polarizados y enterrados en el subsuelo. Los diagramas siguientes presentan el efecto magnético vertical ejercido por distintos cuerpos y mensurables en la superficie terrestre en función de la distancia horizontal. Los cuerpos tienen distintas composiciones (basalto y granito), diferentes contenidos en magnetita (basalto de 7% de magnetita y granito de 1,5% de magnetita), diferentes radios (r = 250m y r = 100m) y están situados en distintas profundidades (p = 400m y p = 150m). Los dos diagramas superiores muestran el efecto magnético vertical de cuerpos esféricos de la misma dimensión (r = 250m), METODO MAGNETICO

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situados en la misma profundidad (p = 400m), pero de distintas composiciones y distintos contenidos en magnetita. Las curvas resultantes tienen la for ma de una campana (curva de Gauss), el mismo ancho (= distancia entre los flancos) pero diferentes máximos. Al cuerpo basáltico corresponde una curva con un máximo mucho mayor en comparación a la curva generada por el cuerpo granítico. La diferencia en los máximos de las curvas se debe a la susceptibilidad magnética más alta del cuerpo basáltico con un contenido de 7% en magnetita en comparación a aquella del cuerpo granítico, que contiene solo1,5% de magnetita. SLICHER & STEARN (1929) mencionan las susceptibilidades magnéticas siguientes para basaltos y granitos: % de magnetita

kappa x 10 en cgs

% de magnetita

kappa x 106 en cgs

Basalto

2,3

6900

8,6

26000

Granito

0,2

600

1,9

5700

6

Tipo de roca

SLICHER, L.B. & STEARN, H.H. (1929): Geophysical Prospecting. - Am. Inst. Mining Met. Engrs., Trans. en DOBRIN (1988).

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Los próximos dos diagramas muestran, que un cuerpo situado en alta profundidad con respecto a la superficie terrestre produce un efecto magnético vertical menos intenso en comparación a un cuerpo de la misma dimensión y composición ubicado en menor profundidad.

A partir de las curvas de Gauss (de forma de campana), que caracterizan el efecto magnético vertical de algunos cuerpos polarizados verticalmente y enterrados como de los cuerpos esféricos, cilíndricos y de placas de extensión vertical mayor en comparación a su extensión horizontal se puede deducir parámetros como la potencia del cuerpo y la profundidad de su limite superior. En el caso de una placa de extensión horizontal relativamente alta como un manto por ejemplo la semianchura de la curva correspondiente a su efecto magnético vertical indica la potencia horizontal de la placa. •

En el caso de una placa de extensión vertical mayor como un dique por ejemplo la semianchura media de la curva correspondiente a su efecto •

magnético vertical da la profundidad del límite superior de la placa.

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EFECTO MAGNÉTICO TOTAL SOBRE CUERPOS MAGNÉTICOS ENTERRADOS EN EL SUBSUELO Hoy día en la prospección magnética comúnmente se miden la componente total del campo magnético. En el caso de un cuerpo magnético enterrado en el subsuelo la componente total del campo magnético se constituye de las magnitudes correspondientes al campo geomagnético y al campo magnético anómalo generado por el cuerpo magnético enterrado y superponiendo el campo geomagnético. El efecto magnético total ejercido por este cuerpo enterrado en el subsuelo y mensurable en la superficie depende de la dirección del campo geomagnético en el lugar de observación y de la imantación inducida en este cuerpo paralela al campo geomagnético. Los modelos numéricos de los datos de la intensidad total se diseñan usualmente por medio de computadores. Dependiendo de los problemas geológicos en cuestión y de la capacidad del computador disponible se realiza modelos de dos, de dos y media y de tres dimensiones.

DISEÑO DE UN MAPA DE ISOLÍNEAS Procedimiento recomendable para diseñar un mapa de isolíneas o de líneas de isoflujo magnético modificado según un propósito de ARONEC, W de Exploration Geophysics Field Manual, Cambrian College, Spring (1982).

Características de las isolíneas/líneas de isoflujo magnético Una isolínea es la línea, que une varios puntos del terreno (varias estaciones de observación) del mismo valor o de la misma intensidad. •

El intervalo entre dos isolíneas es la diferencia en el valor o en la intensidad entre dos isolíneas adyacentes. •

El espaciamiento de las isolíneas es una medida del gradiente. Las isolíneas con espaciamiento pequeño y denso (espaciadas densamente) expresan un gradiente alto, las isolíneas con espaciamiento grande entre sí representan un gradiente pequeño (véase fig. A). En este contexto gradiente se refiere a una variación de un valor de una intensidad con respecto a la distancia. •

Las isolíneas cerradas ilustran extremos como altos (los valores incrementan hacia el centro de la forma cerrada de las isolíneas) y bajos (los valores •

decrementan hacia el centro de la forma cerrada de las isolíneas). Los bajos se destacan por medio de dientes dirigidos hacia el centro de la forma cerrada. •

Una isolínea no puede cruzar otra.

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En un mapa de isolíneas se emplea tres tipos de líneas: •

Una línea puntada ancha para un intervalo de 5000gammas (véase fig. B).

•

Una línea sólida ancha para los intervalos intermedios de 1000gammas.

•

Una línea sólida fina para los intervalos de 200gammas.

En el caso de una distribución regular de los intervalos no se debe asignar a cada línea su valor. Se destaca las líneas de valores más altos y más bajos. En el caso de los bajos se marca las líneas con dientes dirigidos hacia la dirección, en que tienden a bajar los valores (véase fig. C).

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Construcción de una isolínea por interpolación La construcción de una isolínea por interpolación está ilustrada en la figura D.

El intervalo mínimo razonable, que se emplea en el mapa depende de los factores siguientes: La diferencia en el valor o la intensidad de dos líneas adyacentes debe sobresalir el error inherente en los datos. •

•

La escala.

•

Los gradientes máximo y mínimo del área en cuestión.

Por ejemplo se mide con un magnetómetro con una precisión de 20gammas a lo largo de perfiles paralelos con espaciamiento de 50m con respecto a las direcciones Norte y Este y en un área con un gradiente medio de 100gammas/100m. Se presenta los resultados en un mapa de escala 1:10000. ¿Qué intervalo entre dos isolíneas usted elegiría? Repuesta: 50gammas o más. Con un intervalo de 50gammas y un gradiente de 100gammas/100m se obtiene 2 isolíneas en 1cm de la mapa (= 100m de la naturaleza). Por ejemplo se mide con un magnetómetro con una precisión de 20gammas a lo largo de perfiles paralelos con espaciamiento de 50m con respecto a METODO MAGNETICO

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las direcciones Norte y Este y en un área con un gradiente medio de 200gammas /100m. Se presenta los resultados en un mapa de escala 1:10000. ¿Qué intervalo entre dos isolíneas usted elegiría? Repuesta: 100gammas o más, para evitar un espaciamiento demasiado denso. Con un intervalo de 100gammas y un gradiente de 200gammas /100m se ubican 2 isolíneas en 1cm de la mapa (=100m de la naturaleza). Por ejemplo se mide con un magnetómetro con una precisión de 20gammas a lo largo de perfiles paralelos con espaciamiento de 50m con respecto a las direcciones Norte y Este y en un área con un gradiente medio de 20gammas/100m. Se presenta los resultados en un mapa de escala 1:100000. ¿Qué intervalo entre dos isolíneas usted elegiría? Repuesta: 100gammas o más, para evitar un espaciamiento demasiado denso. Con un intervalo de 100 gammas y un gradiente de 20gammas/100m 2 isolíneas caen en 1 cm de la mapa (=1km de la naturaleza). En las exploraciones mineras se cuenta con instrumentos apenas ajustados y errores humanos resultando en errores mínimos de 20 a 40gammas. Por esto la diferencia de la intensidad entre dos isolíneas debería ser igual o mayor a 100gammas.

Propuestas prácticas para el diseño de un mapa de isolíneas magnéticas Un mapa de isolíneas magnéticas debe ser construido nítidamente y claramente y simplificado para entregar la cantidad más alta posible de informaciones sin generar confusiones o ambigüedades. Si el mapa de anomalía es bien legible e interpretable en ausencia de isolíneas intermedias, se recomienda no presentar las isolíneas intermedias. En el caso que las distancias entre las isolíneas intermedias son tan pequeñas que no se puede distinguir una de la otra y que no se puede identificar sus valores, se debe renunciar a las isolíneas intermedias.

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MÉTODO MAGNÉTICO - GEOFÍSICA

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