Magnetometría

Magnetometría

Magnetometría. Magnetometría es el método geofísico relativamente simple en su aplicación. El campo magnético de la tierra afecta también yacimientos que contienen magnetita. Estos yacimientos producen un campo magnético inducido, es decir su propio campo magnético. Un magnetómetro mide simplemente las anomalías magnéticas en la superficie terrestre, cuáles podrían ser producto de un yacimiento.

El campo magnético terrestre, cuyo origen reside en el núcleo, es modificado por cambiantes componentes externas a la masa sólida del planeta, pero también existe una componente muy menor de la corteza, que puede ser significativa a una escala relativamente local. La prospección magnetométrica se basa en evaluar esa desigual distribución de fuerzas magnéticas dentro de la corteza terrestre. El contenido alto en minerales de hierro produce anomalías positivas y su defecto anomalías negativas. Las anomalías magnéticas detectadas a través de estudios magnéticos en el terreno se explican con variaciones en las propiedades físicas de las rocas como la susceptibilidad magnética y/o la imantación remanente de las rocas. Estas propiedades físicas sólo existen a temperaturas debajo de la Temperatura de Curie. En consecuencia los generadores de las anomalías magnéticas pueden hallarse hasta una profundidad máxima de 30 a 40 km, dependiendo del gradiente geotérmico, esto es esencialmente, como quedó dicho, dentro de la corteza terrestre. La magnetita o piedra imán fue conocida desde la antigüedad, especialmente en China (desde 2,6 milenios antes de nuestra era) y también en Egipto. Los griegos la llamaron magnetita por ser común en la región de Magnesia. Como sabemos, la brújula fue inventada en China cerca del año 100. Árabes y Persas la utilizaban en el siglo XI para navegación y llegó a Europa en el siglo XIII. Un militar francés, Pierre de Maricourt fue el primero en emplearla para hacer un carteo de un yacimiento de magnetita -o es al menos el testimonio más antiguo del que disponemos-, un trabajo autodidacta en el norte de Italia que no fue utilizado luego. El alemán Georg Hartmann en1510 estudió la declinación y en 1544 la inclinación magnética, variables con las coordenadas. El británico Williams Gilbert en 1600 publicó “De Magnete” donde definió el campo magnético como un imán orientado con el eje terrestre. En 1635, también en Gran Bretaña, Henry Gellibrand observó su variación con el paso de los años. La primera balanza para medir fuerzas magnéticas se debe al británico John Mitchell (1750) que observó su variación con la inversa del cuadrado de la distancia. Por lo que el francés Charles Coulomb, que venía estudiando fuerzas eléctricas, aplicó la misma ecuación general para el campo magnético. Su ley de 1784 expresa en magnetismo que: F = p1.p2 / µ.r 2 (en el S.I. la magnitud de los polos se da en A.m, la distancia r en metros y la constante µ, permeabilidad magnética, es en el vacío µ0 = 2Π .10-7 A.m/V.s = A2 /N)

La prospección magnética es una técnica basada en la medida y estudio de las variaciones del campo magnético terrestre, obteniéndose medidas del valor total del campo magnético o bien, opcionalmente, del gradiente de dicho campo magnético. Estas variaciones, son debidas a la presencia de cuerpos susceptibles de ser magnetizados y que, por tal motivo, contribuyen a modificar el campo magnético terrestre en su entorno

Otros conceptos básicos, análogos a los de gravimetría, son: el Potencial Magnético V = p1 / µ.r y su derivada, el Campo Magnético H = F / p2 = p1 / µ.r 2 El danés Hans Oersted documentó en 1819 la desviación de una aguja magnética por una corriente eléctrica y el británico Michael Faraday observó en 1831 (al igual que el alemán H. Lenz) que el movimiento de un imán cerca de un cable induce una corriente eléctrica. Karl Gauss concluyó en 1838 en Alemania que el campo principal definido por Gilbert tiene su origen en el interior de la Tierra. La unificación de los campos magnético y eléctrico se debe al británico James Maxwell en 1861, con cuatro ecuaciones que incluyen las leyes de Gauss, Ampère y Faraday. Unidades de la intensidad magnética: Se mide la intensidad de magnetización. La unidad de campo magnético es el Oersted (Wb/m2). Muchos expresan las unidades en Gauss, que es exactamente la misma magnitud con otro nombre. =10-5 Oe o G Otra unidad del S.I. es el γ En el sistema cgs la unidad principal es el Tesla (Maxwell/cm2 ), y el nT = 10-9T En prospección se emplean el γ y el nT, que valen lo mismo: 1γ = 1nT. Los geofísicos prefieren emplear el parámetro ‘intensidad del campo magnético H’ en vez del parámetro ‘inducción o densidad del flujo B’. Se puede substituir uno de estos parámetros por el otro porque la permeabilidad del aire varía muy 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 .H + J (siendo J la polarización magnética, que vale cero en el vacío y el aire) y B = µ.H en medios isótropos También podemos escribir que: B = H + H’ (siendo H’ el campo magnético inducido en los minerales magnéticos del subsuelo)

Principio

La tierra genera un campo magnético en el rango de aproximadamente 0,30000 a 0,65000G (= Gauss, o 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 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.

COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE LA MATERIA

Susceptibilidad Magnética k: al someter una sustancia a un campo magnético H, ésta se magnetiza. Adquiere intensidad de imantación M proporcional al campo exterior aplicado. Se tiene por lo tanto: M = k .H (donde la constante de proporcionalidad k es la susc. magn.) y además: M = m /volumen = p /área (donde m es el momento magnético = p. longitud) La medición de k se realiza en laboratorio mediante un puente de inductancia o una balanza magnética, o bien multiplicando el porcentaje de magnetita u otros minerales magnéticos presentes en la roca por la susceptibilidad de éstos, obtenida de tablas. La utilidad práctica de su medición radica en la diferenciación entre rocas sedimentarias (k baja) e ígneas y metamórficas del basamento (k altas). Fenómenos magnéticos en la materia sometida a un campo exterior: hay que considerar que la materia esta formada por cargas eléctricas en movimiento  Diamagnetismo: consiste en la variación del momento magnético de los átomos, el cual se opone levemente a un campo magnético exterior, se produce debido a la simetría de los átomos causada por la alineación de momentos magnéticos asociados a electrones orbitales en presencia de un campo magnético externo, la cual hace que el momento magnético del átomo sea pequeño y negativo. Este fenómeno es independiente de la temperatura. El valor que adopta k es negativo.

Ejemplos son grafito, halita, anhidrita, cuarzo, feldespato, petróleos, agua, Ag, Au, Cu, Bi, Sb, etc.  Paramagnetismo: debido a una simetría deficiente de los orbitales de los átomos se produce un momento magnético del átomo no nulo (en los elementos que tienen un número impar de electrones en las capas electrónicas externas) y en presencia de un campo exterior se ordenan de manera que refuerzan la accion de éste. Depende de la agitación térmica de las moléculas. El valor de k es levemente positivo. Ejemplos son blenda, galena, pirita, limonita, olivino, granate, piroxenos, anfíboles, biotita, Pt, Al, Ti, Ir, etc.  Ferromagnetismo: se presenta sólo en el estado sólido, las fuerzas interatómicas producen un paralelismo de los momentos de los átomos próximos (recintos o dominios de Weiss). En presencia de un campo exterior se ordenan de forma similar al paramagnetismo, pero a nivel de recintos y con mucha mayor intensidad. El valor de k es altamente positivo. Caso de los metales nativos como el hierro, níquel y cobalto, presentes en meteoritos.  Ferrimagnetismo: se producen dos series de momentos atómicos, paralelos y antiparalelos, pero dominan los primeros. Se da en la magnetita, pirrotina, ilmenita, titanomagnetita, cromita, etc. La respuesta magnética disminuye con el incremento de temperatura hasta casi cero a la llamada Temperatura de Curie, que es de 580º para la magnetita, desde donde sólo se comporta paramagnéticamente, fenómeno que también sucede en los minerales ferromagnéticos. El valor de k es altamente positivo. Por ejemplo, tomando k.106 en unidades cgs, es de 300.000 a 700.000 para la magnetita, de cerca de 130.000 para la ilmenita y la pirrotina y mucho menor para otros minerales (por ejemplo, 10.000 la cromita), variando según el valor de H

 Antiferromagnetismo: como en el caso anterior, pero las dos series de momentos son del mismo orden y se cancelan mutuamente, dando respuesta prácticamente nula. El valor de k es cero. Ejemplos son la hematita, óxidos de manganeso, de cobalto, de níquel, de hierro, etc. Permeabilidad magnética µ: puede imaginarse como la facilidad que ofrece un cuerpo al paso del flujo magnético. Usualmente se toma adimensionalmente, como la relación entre el flujo magnético inducido en un material respecto del que circula por el aire. Se relaciona con k de la siguiente manera: µ = µ0 (1 + k)

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Ciclo de Histéresis y Remanencia Magnética: El ciclo de histéresis muestra el comportamiento real de una sustancia magnética que experimenta magnetizaciones y desmagnetizaciones cíclicas. Se produce sólo en los materiales ferro o ferri magnéticos, cuyo comportamiento se aleja de la simple relación lineal B = µ0 .H, llegándose a un máximo de respuesta B del material ferromagnético cuando se aplica un campo magnético creciente H, nivel de saturación, y desmagnetizándose, al ir reduciendo el campo aplicado, más gradualmente que cuando se magnetizó, para quedar al final un valor remanente de respuesta magnética del material. Es la base de los estudios paleo y arqueo magnéticos o de Magnetismo Remanente, donde el campo inductor es el campo geomagnético de la Tierra y cuando éste cambia, una parte del campo inducido en la roca no cambia sino que permanece fijo en una dirección, documentando así la orientación del campo magnético terrestre en el momento en que se formó la roca.

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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 localizar y definir la extensión de las cuencas sedimentarias ubicadas encima del basamento, que posiblemente contienen reservas de petróleo.

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.

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 absoluta del campo geomagnético desarrolló el matemático alemán Carl Friedrich Gauss (desde 1831).

Tipos

·         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 primer 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.

Mediciones realizadas

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.

Usos

El uso de métodos magnetométricos permite establecer el efecto de ciertos tipos de minerales que alcanzan a perturbar el campo magnético terrestre en algunos nanoTeslas. En los tipos de depósitos que estén asociados a magnetita (Óxido de Hierro con alta susceptibilidad magnética) y algunos otros óxidos de hierro pueden ser detectados gracias a este tipo de mediciones.

·         Adquisición Terrestre, Procesamiento, Mapeo y Modelamiento de anomalías magnéticas.

·         Exploración de Oro Aluvial (Asociado a Magnetita) y Depósitos de Hierro.

·         Modelamiento de Basamento Magnético.

·         Interpretación de datos magnetométricos.

·         Toma de datos de susceptibilidad magnética.

Ventajas

·         Determina anomalías de tipo magnético en regiones con mineralizaciones asociadas a minerales magnéticos (óxidos de hierro).

·         Permiten interpretar el tipo de fallas que afectan el basamento magnético, así como su dirección y posible desplazamiento.

·         Método de campos potenciales económico.

Geomagnetismo

Geomagnetismo. El magnetismo es la propiedad natural que tienen algunos cuerpos de atraer el hierro. El globo terráqueo, lo mismo que un imán, engendra un campo magnético. Este fenómeno se denota con el término de geomagnetismo, el cual incluye tanto la imanación propia de la tierra como la ciencia consagrada a su estudio. Se prefiere en la actualidad al antiguo de magnetismo terrestre.

Campo geomagnético

Si se coloca una aguja de acero imantado sobre un corcho, que se deja flotando en un recipiente lleno de agua, se verá que gira hasta que uno de sus extremos apunta hacia el norte. Es un ejemplo bastante elemental del principio en que se basa la brújula, instrumento usado para determinar la situación. Los dos lugares hacia los que se orientan las puntas de la brújula se llaman polos magnéticos.

Si se suspende una aguja imantada por su centro de gravedad, de modo que pueda moverse libremente alrededor de él, su polo norte apuntará siempre en el hemisferio boreal hacia el suelo, no de manera pendicular, sino formando respecto a la horizontal cierto ángulo que varía de un lugar a otro y que recibe el nombre de inclinación magnética. En las regiones australes el polo sur es el que se dirige a la tierra. Ello se debe a que el globo terráqueo se porta como un gigantesco imán natural, dotado de fuerza de atracción lo mismo que los de menor tamaño. Se ignora a que obedece esta propiedad.

Nife

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Geomagnetismo

Una vez se hubo descubierto que la Tierra posee un núcleo central rico en hierro, el nife, se creyó lógico suponer que estaba dotado de naturaleza magnética. Pero la hipótesis se descartó, porque el nife se haya en estado de fusión, y si un imán se somete a temperaturas tan elevadas, que llegue a derretirse, pierde la facultad de atraer a otros cuerpos.

Como los campos magnéticos se originan a causa de la presencia de cargas eléctricas en movimiento, la teoría más reciente consiste en imaginar que la Tierra en su rotación, crea electricidad en forma de corrientes, que circula por el nife y dan lugar al magnetismo terrestre.

Polos magnéticos terrestres

La Tierra tiene polos magnéticos como todos los imanes. El norte está situado hoy día aproximadamente entra Canadá y Groenlandia, en las cercanías de la isla de Bathurst, a más de un millar de kilómetros de su homónimo geográfico. El sur se encuentra en las inmediaciones de la costa antártica, al mediodía de Tasmania, a unos mil quinientos kilómetros del establecido geográficamente. Conviene recargar que tales son sus posiciones al presente puesto que sufren un lento y continuo desplazamiento. Además, no se hayan emplazados en los antípodas, o sea en lugares diametralmente opuesto respecto al centro de la Tierra. Si fuera posible trazar una línea que los uniera, o eje magnético, no pasaría por aquel.

El campo magnético terrestre sufre perturbaciones regulares e irregulares. Las primeras dependen de la posición diurna y anual del Sol con referencia a la Tierra; las segundas, a la actividad y alteraciones que ocurren en el astro. Durante las anomalías y erupciones solares, la multitud de corpúsculo se adensa hasta multiplicarse por cien y se verifican fenómenos luminosos en las latitudes magnéticas, y solo en ellas, es decir, en los polos norte y sur: las auroras polares una boreal y otra austral, la producción de las cuales ha merecido diversas interpretaciones.

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