Universidad Simn Bolvar

Departamento de Ciencias de la Tierra Mtodos Gravimtricos y Magnticos

GC-3311

GENERACIN Y CONTROL DE CALIDAD DE MAPAS

Realizado Por : Campos Canata Claudia Colmenares ,Romulo Santoyo Daniela Schwarck Carlos

OCTUBRE 2014

INTRODUCCION

La gravedad de la Tierra no es constante, sino que vara a lo largo de su superficie. El valor de la gravedad depende de mltiples factores, entre ellos: la latitud, la altura, los efectos de las mareas, la topografa de los territorios circundantes, la distribucin de la densidad por debajo de la superficie, entre otros.

La distribucin de las anomalas gravimtricas es un reflejo de las variaciones de densidad en las rocas de la corteza, de su estructura y de las discontinuidades existentes, para su representacin, los mapas gravimtricos son de gran utilidad ya que nos permiten plasmar el conjunto de datos obtenidos en nuestros estudios, hacer anlisis y comparaciones. Adems, nos sirven como herramientas complementarias en los estudios geolgicos permitindonos obtener informacin sobre el significado geolgico de las anomalas gravimtricas.

OBJETIVOS

Entre los objetivos principales de esta prctica de Generacin y control de calidad de Mapas podemos mencionar:

Aprender a utilizar el programa Surfer 10 como herramienta para generar mapas geogrficos. Generar mapas de contorno de la Anomala de Bouguer Simple sobre el Jardin Cromo-Vegetal y el terreno cercano de la Universidad Simn Bolvar, empleando Surfer 10 y con su respectiva interpretacin. Generar mapas pseudo-topogrficos sobre el Cromo Vegetal y el terreno cercano de la Universidad Simn Bolvar, utilizando Surfer 10 junto con su respectiva interpretacin. Estudiar cmo afectan a la respuesta de la anomala de Bouguer la densidad y la altura de referencia. Ubicacin de la zona de estudio El estudio topogrfico se realiz en la Universidad Simn Bolvar, sede Sartenejas, Baruta, Estado Miranda, Venezuela, en los alrededores del Jardin Cromo-Vegetal. La cual es una regin comprendida por los edificios de Mecnica y Urbanismo, La Biblioteca, la calle frente al rectorado, el edificio de Comunicaciones y Anfiteatro.

MARCO TEORICO Deriva instrumental del gravmetro:

Los gravmetros, por su construccin y los componentes tienden a modificar

sus lecturas con el tiempo. Si se realiza una lectura con un gravmetro en un sitio determinado y luego de un tiempo (1 hora) se retoma la lectura, esta habr variado en algunas centsimas de miligal.

La derivada de los gravmetros es en general lineal con el tiempo .Esta se corrige al tomar los valores de gravedad correspondientes a la estacin de base en intervalos discretos de tiempo as como durante el intervalo de tiempo, que toma realizar todas las mediciones. La primera y la ltima medicin se deben realizar en esta estacin.

Se construye una curva de las diferencias de gravedad en la estacin de base en funcin del tiempo. Se elige un valor como punto de referencia, por ejemplo el primer valor observado en la estacin de base. Los valores para corregir los datos observados son las variaciones de la gravedad con respecto a la medicin de referencia en los instantes de evaluacin en las estaciones de observacin. Se toma la variacin valor interpolado - valor de referencia' correspondiente a la estacin de base en el instante de medicin en la estacin de estudio.

Correccin de las observaciones gravimtricas

Posterior a la correccin de deriva instrumental y de haber transformado

todas las lecturas del gravmetro en miligales, se procede a realizar las correcciones:

Correccin por altitud o de aire libre: El campo gravitatorio decrece con la altura.

Correccin de Aire Libre=0.3086(Hreferencia(observada) Hestacion(base)

(mgal), H en metros

La correccin ser sumada si la estacin observada est a mayor cota que la estacin base, y restarse si est a menor altura.

Dependiendo de la precisin deseada deben considerarse incluso diferencias de alturas de pocos centmetros.

Correccin de Bouguer

El terreno que se encuentra entre el nivel de la estacin observada y la estacin base, ejerce una atraccin gravitatoria adicional sobre las estaciones situadas por encima de la base, y por lo tanto aumenta la diferencia de gravedades entre ellas. La correccin de Bouguer toma en cuenta la parte del terreno entre la estacin observada y la base. El material se considera como una losa de gran extensin y de espesor h

CB = 0.04191 h mgal (h en metros)

: es la densidad de la losa en g/cm3 h: espesor de la losa imaginaria, igual a la diferencia de cota Correccin topogrfica

La correccin topogrfica es necesaria cuando hay elevaciones o depresiones muy cercanas (comparadas con su altitud relativa a la estacin). La idea es calcular la atraccin de las masas tericas necesarias para rellenar las depresiones y de la que habra que suprimir de las montaas para originar una superficie plana que tenga la misma altitud que la estacin La correccin topogrfica siempre se suma a la gravedad observada. En este caso el valor de correccin topogrfica no ser calculado

Anomala gravimtrica

Se denomina as, a aquellas diferencias entre el valor de la gravedad corregida y el valor terico de la gravedad, dependiendo de las correcciones que se hayan hecho en el valor observado. En el caso de la Anomala de aire libre es:

Gravedad Observada. + Correccin de aire libre gravedad terica

= + En el caso de la Anomala de Bouguer es: AB= + + Por encima del nivel de referencia: (+) ; () Por debajo del nivel de referencia: ( ) ; (+)

Software Surfer

Surfer es un programa para hacer mapas y trazar lneas de contorno en 3D para Windows nicamente. Con facilidad y rapidez, convierte todos los datos en mapas con contorno, superficie, wireframe, vector, imagen y sombras.

Virtualmente todos los aspectos de los mapas pueden ser personalizados para que produzcan exactamente la presentacin deseada.

SURFER es escencialmente un programa para la interpolacin y la cartografa en 2D y 3D, en modo RASTER o IMAGEN. La cartografa y anlisis se hacen por lo esencial sobre una matriz o retcula, de ah que el mdulo Grid sea uno de los ms importantes. Grid-Data lee un archivo ASCII con formato (X,Y,Z1,Z2, ...Zn) e interpola un archivo imagen (*.GRD), utilizando el algoritmo de interpolacin especificado (p.e., Inverso de la Distancia, Regresin Polinomial, Mnima Curvatura, etc.). Funtion permite interpolar una imagen a partir de una funcin matemtica de tipo Z=f(X,Y).

Math se usa para operacionar dos archivos imagen GRD, o un archivo GRD con una constante. Calculus calcula diversas derivadas espaciales de una imagen en formato GRD (p.e. pendiente, orientacin de relieve, curvatura, etc.).

Kriging

Es un mtodo de redes geo estadstico que trata de expresar las tendencias sugeridas en los datos de origen; Por ejemplo, puntos altos pueden ser conectados para formar una cresta en lugar de ser representado como picos aislados. Es un mtodo muy flexible de cuadriculacin por lo que los parmetros por defecto pueden ser aceptados para producir una red precisa de los datos de origen. Puede ser adaptado a un conjunto de datos mediante la especificacin de un modelo de variograma apropiado. Puede ser exacto o un interpolador de suavizado dependiendo de los parmetros especificados por el usuario. El mtodo puede extrapolar valores de elevacin ms All de los lmites que se encuentran en el origen de datos.

MARCO METODOLOGICO

Mediante las mediciones de diversos puntos tomados de la Universidad Simn Bolvar, los cuales fueron proporcionadas por los preparadores, se procedi al clculo de las respectivas correcciones y anomalas con el objetivo de obtener la gravedad en diversos puntos.

A partir de los datos obtenidos con el gravmetro se realizaron diversos clculos a travs de la tabla de conversin para hallar los valores UTM , X y Y que nos permitiran realizar las grficas en el software Surfer. PRIMERA PARTE Primeramente para la conversin de coordenadas se utiliz lo siguiente:

Sexas Decimales: En Radianes Clculo Huso: Meridiano Huso: Delta Lambda A Xi Eta

Lambda (longitud) -66 52 ########## W 65.11873941 1.136536407 41 63 0.036978979 0.036361955 0.036377994 0.000121581

Fi (latitud) 10 24 ########## N 10.41050716 0.181697627

UTM Este X =

UTM Norte Y =

Huso

DATOS DE ENTRADA:

COORDENADAS CONVERTIDAS:

731956.7042

1151575.408

41

Ni Zeta A1 A2 J2 J4 J6 Alfa Beta Gamma B(fi)

6376282.67 4.31378E-06 0.355449804 0.343843545 0.359422529 0.355527783 0.70341839 0.005054623 4.2582E-05 1.67406E-07 1150800.169

a (semieje mayor) b (semieje menor) Excentricidad 2 Excentric. ( e' ) e' c (radio polar de curvatura)

6378137 6356752.314 0.081819191 0.082094438 0.006739497 6399593.626

Seleccin de Elipsoide:

22

Fi' Ni a A1 A2 J2 J4 J6

UTM Este X = 0.180953629 6376277.035 0.036386138 0.354058588 0.342591204 0.357982922 0.354134993 0.700723399

UTM Norte Y = Meridiano Central: Y al sur del Ecuador:

Huso Hemisferio N -3 1151525.784

Lambda (longitud) 0 -52 ' -50.86 '' En Sexas Decimales: -0.880794451

Fi (latitud) 10 24 ' 36.2 '' En Sexas Decimales: 10.41005556 Fi en Radianes: 0.181689745

1151525.784

30

COORDENADAS CONVERTIDAS:

DATOS DE ENTRADA:

732008.0936

Alfa Beta Gamma B(fi) b Zeta Xi Eta Sen h Xi Delta Lambda Tau

0.005054623 4.2582E-05 1.67406E-07 1146086.961 0.000852978 4.31688E-06 0.036386085 0.181806603 0.036394115 0.036987114 0.181684976

DE GEOGRAFICAS A UTM

DE UTM A GEOGRAFICAS

GRID es un formato (.GRD) de interpolacin de datos cuya principal objetivo es transformar datos experimentales o adquiridos en campo mapendolos y ubicndolos geogrficamente en una zona de estudio previamente establecida para convertirlos en un mapa de contorno ms manejable (colocar archivo Imagen Satelital, zona_estudio.jpg). En pocas palabras el GRID tiene como valores de entrada (INPUT) datos en Excel y arroja como resultado (OUTPUT) un mapa de contorno. Para nuestro estudio se realizaron 5 GRIDs (Enumerados respecto al orden de realizacin y anexados a este informe)

Se gener en Surfer un mapa de contornos con los valores obtenidos de

Anomala de Bouguer Simple. Mediante la opcin Map- New - Contour Map se

importaron de la hoja de clculo Excel los datos de las coordenadas X (Se tom la columna X de la hoja Excel), coordenadas Y (con los datos de la columna Y) y coordenadas Z (Anomalia de Bouger). Fue Utilizado para ello el mtodo de interpolacin: KRIGING

Luego se realiz una especie de mapa topogrfico en tres dimensiones (Map- New - 3D Surface) usando el GRID#1 y a este se aadi el mapa de contornos de los valores de Anomala de Bouguer (Map- Add - Contour Layer).

Posteriormente, se gener otro mapa pseudo-topogrfico tridimensional, as como un mapa de la imagen satelital empleando el botn New Base Map, adems se agregaron las ubicaciones de las estaciones a travs de la opcin New Post Map y finalmente se superpusieron los mapas anteriormente realizados con la respectiva ubicacin de cada una de las estaciones mediante la opcin Map- Overlay Maps

As como tambin un mapa tridimensional que presentaba la ubicacin de los mencionados puntos de estudio gravimtricos (estaciones) junto a una imagen satelital orientativa de la zona.

TABLA PARTE 1

MAPAS Y ANLISIS PARTE I

Parte 1 a) MAPA DE CONTORNO DE ANOMALIA DE BOUGUER SIMPLE

1a)Mapa de contornos con los valores de Anomala de Bouguer Simple. Correccin del mapa de contorno eliminando puntos considerados errneos Al analizar el mapa de contorno se tom la decisin de eliminar de los datos iniciales los siguientes estaciones consideradas errneas: la estacin GI1 ya que no se ajusta a la tendencia de sus puntos vecinos, estacin GI9 debido a que no se corresponde a los valores de relieve, estacin GI12 por tener valor elevado en

comparacin a los dems valores cercanos y estacin GI13 ya que presentaba un

valor muy bajo con respecto a los dems valores vecinos.

Parte 1 b) MAPA PSEUDO TOPOGRAFICO 3D CON LAS

ANOMALIAS DE BOUGUER Y LAS ESTACIONES DE MEDICION

1 b)Contiene superpuestos el mapa de contorno de Anomala de Bouguer Simple indicado en el punto anterior y la ubicacin de las estaciones gravimtricas. Este mapa nos permite una mejor observacin de la zona de estudio. Se puede observar que a medida que aumenta la altura del relieve disminuyen los valores de Anomala y viceversa.

PARTE 1 C.) MAPA PSEUDO TOPOGRAFICO DE IMAGEN SATELITAL Y

ESTACIONES DE MEDICION

1 C.)Contiene superpuesto la imagen satelital de la zona y la ubicacin de las estaciones gravimtricas Finalmente se hizo un mapa en el que se unieron la imagen satelital con las estaciones de medicin, para as, ubicar espacialmente las estaciones. Se pudo confirmar lo analizado en mapas anteriores y apreciar que las estaciones con los mayores valores de Anomala son las que estn ubicadas en el Jardn Cromo-Vegetal, valor que va disminuyendo en las estaciones a medida que incrementa la

pendiente del jardn. Por otro lado, las estaciones con valores menores se hayan en la parte superior.

SEGUNDA PARTE:

Se realizaron dos mapas de Anomala de Bouguer Simple. Para ello, se vari la densidad de Bouguer alrededor de 2.58gr/cc y se tomaron los siguientes valores de densidad por encima: 2,7 gr/cc y por debajo: 2,3 gr/cc. Se hicieron las modificaciones en los clculos de la hoja del archivo Excel Se realizaron los mapas de contornos: Para los GRID#2 y 3 respectivamente los datos en X eran los correspondientes a la coordenada X, los datos en Y pertenecan a la coordenada Y, y los datos en Z correspondan a la Anomala de Bouguer. Se les aplic el mismo mtodo de interpolacin KRIGING.

Despus, de la misma manera, se realizaron otro par de mapas de Anomala de Bouguer pero en este caso, variando la altura referencial por encima y debajo del elipsoide de referencia, se crearon los GRID#4 y 5 tomando los valores - 1000m y 1000m respectivamente se elaboraron los mapas y se realizaron los correspondientes anlisis y comparaciones que se presentan a continuacin.

TABLA 2-A (MAYOR DENSIDAD)

TABLA 2-A (MENOR DENSIDAD)

TABLA 2-B (MAYOR ALTURA)

TABLA 2-B MENOR ALTURA

MAPAS Y ANLISIS PARTE II

Parte II a) MAPAS DE ANOMALA DE BOUGUER SIMPLE, VARIANDO LA DENSIDAD DE BOUGUER POR ENCIMA Y POR DEBAJO DE 2.58gr/cc a.1) AUMENTANDO LA DENSIDAD A 2,8 gr/cc

a.1) El mximo es 6,8 mGal observado en la esquina superior izquierda del mapa entre 1151620 y 1151580 del eje de coordenadas Y, mientras que el mnimo es 5,75 mGal y se halla en el rea media izquierda aproximadamente entre los valores 1151500 y 1151480 del eje de coordenadas.

a.2) DISMINUYENDO LA DENSIDAD A 2,4 gr/cc

a.2)El mximo de anomala es 26,35 mGal y el mnimo es 25,32 mGal, con los mximos y mnimos en la misma ubicacin que en el mapa a.1) Los valores obtenidos en ambos mapas nos permiten comparar y deducir que una mayor densidad produce menores valores en la Anomala de Bouguer y una densidad menor ocasiona valores ms altos de dicha Anomala.

Parte II b) MAPAS DE ANOMALA DE BOUGUER SIMPLE, VARIANDO LA ALTURA DE REFERENCIA POR ENCIMA Y DEBAJO DEL ELIPSOIDE DE REFERENCIA. b.1) AUMENTANDO LA ALTURA 1000m

b.1)En la regin de colores fros hay baja anomala de Bouguer, lo que implica que existe exceso de masa en esa zona. Caso contrario ocurre en la zona de colores clidos (rojo, rosado). El mximo es 31,35mGal observado aproximadamente entre 1151573 y 1151587 del eje de coordenadas Y, mientras que el mnimo es 30,35 mGal y se halla en el rea media izquierda aproximadamente entre los valores 1151495 y 1151500 del eje de coordenadas

b.2) DISMINUYENDO LA ALTURA (-1000m)

b.2) El mximo de anomala es 217,9 mGal y el mnimo es 216,95 mGal, con los mximos y mnimos en la misma ubicacin que en el mapa b.1) Una diferencia que podemos observar al comparar ambos mapas, es que en el mapa donde la altura es menor, (-1000m) los valores elevados de anomala abarcan un rea mayor en comparacin al abarcado en el mapa donde la altura es mayor (+1000). Los valores obtenidos en ambos mapas nos permiten comparar y deducir que una mayor altura produce menores valores en la Anomala de Bouguer y una altura menor ocasiona valores ms altos de dicha Anomala

CONCLUSIONES

Las mediciones gravimtricas resultan influenciadas por varios factores, por lo tanto es necesario realizar correcciones para poseer una buena precisin de los datos obtenidos o de las mediciones realizadas para la correcta interpretacin de estos y la consecuente obtencin de resultados fiables.

Mediante este trabajo prctico aprendimos el manejo bsico del software Surfer, un programa de suma utilidad para la generacin de Mapas de contorno, superficies, entre otros. Que sern de gran importancia, no slo para la materia Mtodos Gravimtricos y Magnticos, sino para toda carrera.

Con los mapas de contorno de Anomala de Bouguer Simple generados fue posible analizar la respuesta de anomalas gravimtricas del rea estudiada e identificar que entre los datos proporcionados haba estaciones erradas, por lo que fueron eliminadas para generar mapas con una mayor exactitud, que permitieran realizar un mejor anlisis de la zona.

En los resultados, la mayor anomala se presenta en el jardn cromo vegetal de la Universidad Simn Bolvar, por lo que decidimos dirigirnos a esta parte del campus a observar dicha zona para estudiar la veracidad de los resultados, de esta visita pudimos concluir que en efecto existe una diferencia considerable en la altitud y el relieve que hace que los valores de la Anomalia de Bouguer sean mayores en el jardn y disminuyan a medida que aumentamos la altitud.

A pesar de que para este informe utilizamos datos proporcionados, la realizacin del mismo nos permiti familiarizarnos con los clculos y comprender las razones e importancia del estudio las diferentes correcciones y anomalas, adems de facilitarnos la comprensin y anlisis de las medidas y datos obtenidos. Aprendizaje que nos servir para nuestra experiencia en campo y posteriores prcticas.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Chin-Shung, Yang Szu-Pyng,, Kao Fen-Bin, Lee Pen-Shan Hung. TWELVE DIFFERENT INTERPOLATION METHODS: A CASE STUDY OF SURFER 8.0. National Chung Hsing University, Taichung, Taiwan.

Surfer. User`s Guide. 809 14th Street, Golden, Colorado 80401-1866,

U.S.A.