Algunos Aspectos de la Gravimetría

El método gravimétrico está basado en la medición sobre la superficie de la tierra de pequeñas variaciones del campo gravitacional terrestre, causadas por alguna variación “lateral” de la distribución de masas de la corteza, entre el nivel de referencia sobre el nivel del mar y el instrumento de medición (gravímetro), para llegar al famoso resultado del mapa de Bouguer, el cual muestra la suma de todos los efectos debidos a todas las masas o efectos presentes (rocas sedimentarias, basamento ígneo, magma, etc.) tanto en profundidad (regional) como en superficie (residual).

Cabe recordar que las rocas sedimentarias son en general, menos densas que las rocas ígneas y metamórficas, pero presentan mayor margen de variación. Las densidades en las rocas no varían mucho (hasta 2 gr/cm3), estando entre 1.6 y 3.5 gr/cm3. En geofísica es de interés la densidad de las rocas in-situ, siendo un punto a considerar al trabajar con muestras de laboratorio (petrofísica). En el caso de las rocas ígneas, las básicas son más densas que las ácidas (composición), las intrusivas son más densas que las extrusivas. En las metamórficas, las que provienen de roca original son menos densas que las que ya han sido remetamorfizadas, o bien, las que han sido sometidas a mayor presión litostática. En las sedimentarias, las que son de origen químico son más densas que las clásticas. De ahí, aplicando la lógica, las que tienen mayor porosidad son más densas que las que tienen menor porosidad y mayor fracturamiento, las que tienen mayor humedad son más densas que las que no, y así sucesivamente, en características de la diagénesis de su formación.

En las aulas aprendemos principalmente la teoría, y lo básico en la práctica y el proceso del método gravimétrico hasta llegar a la Anomalía de Bouguer Simple (BS) y si da tiempo, Bouguer Corregido (BC) o Anomalía Completa de Bouguer, sin embargo, es común que no se aterrice la interpretación, así se pueda llegar a dicho proceso, porque sólo se sabe que es debido a los contrastes de densidad ¿pero es igual dependiendo el objetivo? Nos explican la anomalía de aire libre (corrección por latitud, corrección por rugosidad y corrección de Aire Libre), la Anomalía de Bouguer (corrección por latitud, corrección por rugusidad, corrección de Aire Libre y placa de Bouguer) y Anomalía Completa de Bouguer (corrección por latitud, corrección por rugusidad y corrección de Aire Libre, placa de Bouguer y corrección por topografía). Esto sin considerar que hay efectos temporales que causan cambios que dependen del tiempo y que causan desplazamientos en el resorte de medición del equipo (efecto de mareas (Sol y Luna) y deriva del instrumento (mGal/minuto)), así como variaciones espaciales que causan cambios relacionados al lugar de medición (latitud, elevación, efecto de la loza, efectos topográficos) y a los efectos geológicos.

Medir datos de gravedad, no es tan simple como ir a medir una línea de resistividad eléctrica, o una línea de refracción sísmica, que son estudios que podrías comparar con diferentes equipos, en donde con cualquier equipo, seguramente saldrá el mismo resultado (considerando que sea en la misma época, ej. estiaje) y en donde solo podrían presentarse ligeras variaciones dependiendo si es temporada de estiaje o de lluvias, lo cual no es así con la gravimetría, porque no sería lo mismo medir con un equipo que tenga un resorte con un desgaste alto a un gravímetro nuevo y con desgaste bajo o casi nulo, o bien, con otro tipo de equipo ya sea digital (Scintrex) o analógico (L&R), o bien, continuar un estudio incompleto con un equipo distinto y en otro año distinto, o que durante un día de trabajo aumente la temperatura o que por el trajin del traslado del equipo, no tenga mucha estabilidad y se pierda un día de trabajo (si es que se lleva un control de calidad, porque existen casos en los que los datos se toman y se procesan así, e incluso sin tomar dato de base ligada).

Para esto, los estudios deben enlazarse a lo que se llama, una Red Terrestre, la cual consiste en el establecimiento de la diferencia entre los valores de gravedad relativa, que mide el gravímetro y el valor de la gravedad absoluta obtenido en una base terrestre (Gi=gi-gbase+Gbase); siendo que, con estas correcciones, se eliminan los efectos de la atracción del Sol y la Luna en las mediciones, y en donde los datos de gravedad relativa se enlazan con la Red Terrestre para que las mediciones realizadas puedan ser comparadas en diferentes días y/o equipos y para tener los datos en Campo Total, evitando que estén flotantes. Cuando se trata de realizar un trabajo de reconocimiento en donde no es un estudio bien realizado, en donde no hubo por ejemplo un buen control de bases, o ligue de bases internacionales, para aplicaciones de ingeniería, cuando los datos son muy regionales, podría no ser tan importante que los datos estén aterrizados a una red, o bien, bastaría que estén flotantes.

La forma, longitud y amplitud de las variaciones del campo gravitaciones, nos dan indicio de la existencia de los cuerpos originados por cambios o contrastes de densidad y sus características. El aumento en amplitud, implica mayor masa (densidad y volumen) o menor profundidad; cambios de amplitud, implican cambios laterales de densidad (mayor densidad en cambios positivos y menor densidad en cambios negativos). Los cambios de longitud también son importantes, por ejemplo, a mayor amplitud implicaría mayor extensión horizontal, o bien, mayor profundidad, sin embargo, no siempre es así, por tal motivo, uno de los objetivos de este método, consiste en aislar en lo más posible el efecto de los cuerpos de interés, reduciendo el efecto gravitacional de otras masas y los ruidos inherentes en las mediciones, enfatizando algunos aspectos de las anomalías gravitacionales que nos den información de los cuerpos fuente (tendencias, gradientes), y para ello lo conveniente es hacer una separación residual y regional del mapa de anomalía de campo total (Anomalía Completa de Bouguer (BC)). En un residual se pueden encontrar correlaciones entre puntos de inflexión de las anomalías o de los bordes de los cuerpos (principalmente someros) que las producen. Para ellos se separan las grandes longitudes de ondas mediante filtros digitales, u otras técnicas espectrales en 2D. Posteriormente se procede a sustraer dicha anomalía regional de la Anomalía de Bouguer Total (Anomalía de Bouguer = Anomalía Residual + Anomalía Regional). Por un lado, porque una de las preguntas comunes son ¿qué profundidad tiene la anomalía? En primer lugar no se conoce si es de carácter superficial o profundo, aunque se podría considerar conociendo la resolución del estudio o bien, la escala y frecuencia de estaciones en la zona de estudio.

Y la gran pregunta, ¿cómo separamos el residual o el regional? existen varias formas o caminos para separar estas tendencias, lo más común son los ajustes polinómicos (tercer orden), regresiones lineales, etc., siendo las más realistas y objetivas aquellas basadas en la Transformada de Fourier y en el análisis espectral de las diferentes longitudes de onda (Blakely, 1995), obteniendo finalmente un residual, que restándose del original (BC), se obtiene el regional; otra alternativa es hacer una continuación de campo a la altura que se necesite, el cual, se le resta a BC, para finalmente obtener el residual. De esta misma manera, restándole una continuación descendente de BC se obtiene un regional, o aplicando una primera o segunda derivada vertical a BC se podría obtener un tipo residual.

Con el espectro de potencia, es posible obtener el residual y el regional. En el espectro de potencia es una gráfica en donde se plasman todos los números de onda en X y el Log de Potencia en Y, de un GRD. Las longitudes de onda mayor son las de baja frecuencia y se relacionan a bajas profundidades. Por el contrario las longitudes de onda menor son las de alta frecuencia y se relacionan a las profundidades someras. El espectro de potencia es una gráfica de amplitud contra número de onda, con el cual, por el método de tangentes defines las diferentes tendencias de frecuencias de señal o de los datos a filtrar; esto es, que al obtener los rangos de número de onda que se desean filtrar (como los bajos, los altos o las bandas que se quieran resaltar). Considerando que se utilizan frecuencias de corte, lo recomendable es siempre trabajar en metros (UTM), aunque la escala sea grande y se sobreponga en dos zonas UTM.

Cabe resaltar que es común que en los estudios se presente ruido de alta frecuencia, y por lo tanto, para definir mejor los objetivos y mejorar la visualización de los rasgos anómalos para la interpretación, lo ideal (y como está de moda en las fotos de celular) es aplicar filtros, como un suavizado (para evitar el fenómeno de Gibbs) con Butterworth + Downward (“x” m) dependiendo que tan regional sea el estudio. Después del suavizado, lo ideal es crear un realce con Señal Analítica, Coseno Direccional y Tilt para obtener lineamientos preferenciales, y en todo tipo de topografías. La señal analítica se puede utilizar para ver el comportamiento de los gradientes en las direcciones de (X,Y,Z), o bien, esta señal no es otra cosa que la suma cuadrática de los gradientes en 3 direcciones, siendo la dirección vertical, la dominante, y en donde se resaltan los bordes de un cuerpo anómalo, ayudando a definir el mismo y facilitando la exploración en la delimitación del mismo. Entendemos que la primera derivada vertical y el residual de un GRID de campo total (BC), no son lo mismo, pero dependiendo la resolución, generalmente son casi idénticos, esto es, porque probablemente tienen el mismo orden de derivación. En la primera derivada vertical se aplica fórmula directamente, y al variar el orden de la derivada, se realiza el parámetro a diferentes profundidades (residuales).

Manejar los tipos de mapas una vez procesados, facilita el álgebra entre ellos, para después identificar cuáles mapas nos sirvan para obtener residuales y regionales. La representación de espacial permite una primera interpretación cualitativa, que se refinada mediante la separación de las tendencias en comento. Este tipo de separación permite discriminar la señal gravimétrica producida por las grandes unidades y contactos geológicos (grandes longitudes de onda) de las variaciones asociadas a cuerpos o cavidades de menores tamaños y más próximos (menores longitudes de onda), en función de la separación entre estaciones.

No es lo mismo buscar respuestas a fallas que a cuerpos, y a veces cuando se hace exploración, podría pasar que anomalías queden abiertas, e incluso de respuestas que no son nuestro objetivo. Cabe aclarar que por ejemplo, en el caso de buscar fallas que pudieran ayudar a identificar zonas de interés cortical, son del orden de entre 2-20 km, y que pueden contener comportamientos estructurales muy complejos, a diferencia de cuando se buscan comportamientos de intrusivos, siendo respuestas con profundidades menores a 5 km (la máxima profundidad que se tiene registrada es menor a 2 km). En campo total, lo ideal es interpretar las anomalías, asociándolas a cuerpos simples, como un cubo, un círculo, un cilindro, etc., sin embargo, se debe tener cuidado en las ambigüedades, las cuales arrojan una respuesta que se podría interpretar mal, orientando otros estudios (polarización inducida, resistividad, CSAMT, barrenación, etc.), llevando al fracaso en la exploración y agotando los recursos financieros, y para ello, es importante llevar a cabo una interpretación conjunta de procesos descritos anteriormente, así como otro tipo de mapas de magnetometría y radiometría (potenciales), dependiendo el objetivo de exploración. Y cabe aclarar, que aunque existan anomalías, no significa que sean de carácter económico, o bien, que exista el objetivo buscado, porque, aunque tristemente no se encuentre algo deseado, porque finalmente por eso se explora una zona de interés.