Interpretación de anomalías de gravedad en Geofísica

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¿Qué es una anomalía de gravedad?

En geofísica, una anomalía de gravedad se define como una ubicación en la superficie de la Tierra donde el valor de gravedad medido difiere del valor de gravedad predicho. La gravedad se define como la fuerza de atracción universal que actúa entre todas las piezas de materia del universo. Sin embargo, cuando los geofísicos analizan las anomalías de la gravedad, lo que definen como gravedad es en realidad la aceleración gravitacional que se siente en ese punto de la superficie de la Tierra. Si la Tierra fuera realmente una esfera uniforme, este valor se llama geoide. El geoide se define como el potencial gravitacional constante, y el nivel de referencia se establece como el nivel medio del mar. En una esfera, este valor sería una constante, ya que el radio es uniforme. Sin embargo, la Tierra es un esferoide achatado, lo que significa que el radio no es uniforme. Los factores que pueden cambiar el valor de gravedad incluyen:

• Latitud y rotación
• Topografía y elevación de la superficie
• Efectos de marea
• Geología subyacente

Los efectos de las mareas pueden ignorarse ya que tienen un efecto mínimo en el valor de gravedad observado.

Correcciones de términos

La latitud, la rotación, la topografía y la elevación se pueden determinar con base en ecuaciones estándar.

Latitud y rotación

Hay diferencias en la gravedad medida en diferentes latitudes, que surgen debido a dos factores de rotación diferentes.

1. La fuerza centrífuga es mayor en el ecuador que en los polos. Esto se debe a que los polos están más cerca del centro de rotación y se mueven a mayor velocidad. La diferencia es del 0,3%.
2. La rotación de la tierra provoca un abultamiento cerca del ecuador. Esto hace que la aceleración gravitacional sea menor en el ecuador, ya que el radio es mayor.

El valor de la gravedad se corrige en cada latitud norte y sur por cada km por encima o por debajo del ecuador que se toma la medición. Esto se llama gravedad normal.

Topografía y Elevación

Tanto la topografía como la elevación juegan un papel en la gravedad medida. Para corregir ambos, los geocientíficos usan algo llamado anomalía de Bouger y anomalía isostática. La anomalía de Bouger fue desarrollada por Pierre Bouger y corrige tanto la elevación a la que se toma la medición como la atracción del terreno o topografía. Los términos son los mismos independientemente de si se trata de un valle o una montaña por lo que se debe corregir. La corrección por elevación también se denomina anomalía de gravedad en aire libre. Cuando la elevación está sobre el nivel del mar, la medida será más baja que la gravedad real. Lo contrario también es cierto. Los otros términos en la anomalía de Bouger son la corrección de Bouger y la corrección del terreno. El primero corrige por las rocas que se encuentran sobre el nivel del mar. La masa de las rocas aumentará la gravedad medida. La corrección del terreno corrige las variaciones en la gravedad causadas por cambios localizados en la topografía. Debido a las suposiciones realizadas en el cálculo de la corrección de Bouger, este valor siempre es positivo. La anomalía isostática se define como la anomalía de Bouger menos la anomalía causada por la compensación del subsuelo o la desviación del equilibrio isostático. Como se mencionó anteriormente, todas estas correcciones se realizan asumiendo que el nivel del mar es estándar.

Geología subyacente y la anomalía de la gravedad

Cuando se han agregado las correcciones del término anterior, la diferencia restante entre la gravedad predicha y la corregida es la verdadera anomalía de gravedad causada por la geología subyacente. Si la densidad de un cuerpo subterráneo es menor que la de la roca circundante, la gravedad medida será menor para esa región que para las demás. Lo contrario también es cierto; si la densidad es mayor, la gravedad también será mayor. Por ejemplo, un domo de sal en el subsuelo exhibiría una anomalía baja, ya que la sal tiene una densidad más baja que la mayoría de las rocas circundantes. En contraste, el mineral de hierro metálico tiene una densidad más alta que muchas otras rocas y exhibiría un alto. Sin embargo, la anomalía de la gravedad por sí sola no es suficiente para determinar verdaderamente los tipos de rocas subyacentes.

Interpretación de anomalías de gravedad

Se deben usar más datos para interpretar las características observadas, tales como:

• Sismología
• Magnetotelúricas (medidas electromagnéticas del campo terrestre)
• Registro de pozos
• Observaciones de afloramientos

Los datos sísmicos a menudo se correlacionan con anomalías de gravedad, particularmente en partes más profundas de la Tierra. Las altas velocidades sísmicas corresponden a anomalías de alta gravedad y viceversa. Estos resultados son consistentes con la idea de que los valores altos equivalen a densidades más grandes, ya que las velocidades de ondas sísmicas más rápidas se asignan a materiales más densos. Agregar datos magnetotelúricos también permite imágenes de mayor resolución que la gravedad sola. El método para integrar estos múltiples tipos de datos es la inversión conjunta, donde se crean modelos numéricos con múltiples tipos de datos, creando resultados más consistentes y confiables. Los datos de afloramientos y registros de pozos también se pueden usar con datos de gravedad para estructuras de la corteza superficiales. El proceso típico incluye el uso de estos datos para crear una sección transversal que se correlacione con los perfiles de gravedad, lo que permite a los científicos determinar dónde se encuentran las características estructurales.

Resumen de la lección

Una anomalía de gravedad en la Tierra es la diferencia entre la aceleración gravitatoria prevista de una ubicación y el valor medido. Si la Tierra fuera una esfera perfecta, el geoide, o potencial gravitacional constante, sería la verdadera medida en cada punto de la superficie. En última instancia, varios factores afectan la medición de la gravedad en cualquier lugar de la superficie de la Tierra. Estos incluyen efectos de latitud y rotación, elevación y topografía, efectos de marea y geología subyacente. Algunas ecuaciones se pueden usar para corregir la latitud, la rotación, la elevación y la topografía. Para la elevación y la topografía, las anomalías isostáticas y de Bouger se utilizan para la corrección. La anomalía de Bouger se descompone aún más en laanomalía de aire libre que corrige la elevación, y las correcciones de Bouger y Terrain que corrigen la topografía. La anomalía isostática corrige la compensación del subsuelo. La geología subyacente es específica de la región en la que se realiza la medición. Las anomalías más altas significan que la densidad es más alta y las anomalías bajas significan que la densidad es más baja. Los datos sísmicos, magnetotelúricos, de registro de pozos y de afloramientos se pueden combinar con la anomalía para mejorar la interpretación general de las características subyacentes. Los dos últimos se usan solo para características superficiales de la corteza.

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