Estudios de los elementos del campo magnético en la España peninsular a partir de datos aeromagnéticos

Los objetivos finales eran, por una parte, obtener un mapa de la intensidad total del campo magnético con el fin de aportar un mayor conocimiento de la distribución de este para la realización de una red magnética mundial; por otra parte, obtener un mapa de anomalía de intensidad, para un mayor conocimiento de la corteza y manto superior del territorio español.

La ejecución y procesamiento de los datos del levantamiento se presentaron de forma muy resumida en la memoria de los mapas aeromagnéticos que se publicaron al término del proyecto (Ardizone et al., 1989), por lo que en este trabajo el primer capítulo está dedicado a describir con mayor detalle todo el desarrollo del mismo.

El segundo capítulo aborda, de forma general, el segundo objetivo mencionado, es decir el estudio de la corteza a partir del mapa de anomalías magnéticas. El basamento de la Península Ibérica no ha sido estudiado de forma global a partir de datos magnéticos, únicamente se han realizado algunos trabajos más enfocados a la explotación minera, queriendo dar aquí una interpretación cualitativa y cuantitativa general de la corteza. Se presentan algunos modelos, que cubren en general cientos de kilómetros, dándole el enfoque general que ya hemos mencionado. Cualquier estudio de detalle precisa de información de otras ciencias de la tierra, como son la sismología, gravimetría, geología, etc,… por lo que quedan fuera del propósito de este trabajo.

El Instituto Geográfico Nacional tiene en Geomagnetismo entre otras misiones la de confeccionar la cartografía magnética completa de España, realizadas hasta la actualidad a partir de observaciones en tierra. El levantamiento aeromagnético solo midió la intensidad del campo y no sus componentes, desde este punto de vista se puede considerar incompleto. La búsqueda de una representación vectorial completa ha sido una de los objetivos principales de esta tesis, con el fin de poder dar comienzo a una nueva era de la cartografía magnética, en la cual solo será necesario observar unas pocas estaciones seculares.

La segunda parte describe los estudios efectuados con el fin del cálculo de las componentes del campo magnético total. Comenzando en el capítulo tres con un estudio del campo cortical o anómalo, y del campo profundo o normal, cuyo origen está en el núcleo de la Tierra, y en particular del Campo Internacional de Referencia. El problema del cálculo de las componentes se reduce al cálculo de las componentes de estos dos campos.

El capítulo cuarto estudia de forma general las transformaciones que pueden ser aplicadas a la distribución de anomalías de intensidad, tanto las que sirven como ayuda a la interpretación, como las que mas adelante nos permitirá calcular las componentes del campo anómalo.

El capítulo quinto aborda directamente el problema del cálculo de las componentes del campo magnético terrestre, realizando el estudio tanto por el método desarrollado por Le Mouel (1969) como por Miranda(1989), para los levantamientos francés y portugués respectivamente, en los cuales el primero utiliza un campo normal ajustado directamente a los datos, mientras que el segundo utiliza directamente el campo mundial. Finalmente, con el fm de comparar los resultados obtenidos con los mapas clásicos de tierra, se trasladan todos a la época 1990.0, presentando la cartografía magnética completa para esta época y para una altitud de 3.000 m, altitud a la que fue realizado el levantamiento.

CAPITULO 1. LEVANTAMIENTO AEROMAGNÉTICO DE ESPAÑA PENINSULAR.
1.1.ADQUISICIÓN DE DATOS 10
1.1.1. Parámetros y tolerancias 10
1.1.2.Períodos de realización del vuelo 14
1.1.3 . Instrumentación 15
1.2. PRUEBAS Y CALIBRACIONES 16
1.2.1.Intercomparación de los magnetómetros 17
1.2.2. Posicionamiento del avión : 21
1.2.3. Corrección de retardo 22
1.2.4.Efecto de direccionalidad 24
1.3. CORRECCIONES Y PROCESAMIENTO 25
1.3.1. Corrección de altitud 27
1.3.2. Filtrado 28
1.3.3.Eliminación de la variación secular 29
1.3.4.Eliminación de la variación diurna 30
1.3.5. Proceso de nivelación 37
1.4. DETERMINACIÓN DEL DATUM 40
1.5. SUSTRACCIÓN DEL IGRF 43

CAPITULO 2.INTERPRETACIÓN DEL MAPA AEROMAGNÉTICO.
2.1. ESTRUCTURA GEOLÓGICA 48
2.1.1.El Macizo Ibérico 48
2.1.2. Las Cuencas Terciarias 53
2.1.3. La Orogenia Alpina 54
2.2.ELEMENTOS PARA LA INTERPRETACIÓN 56
2.2.1.Interpretación cualitativa 56
2.2.2.Interpretación conceptual 58
2.2.3.Interpretación cuantitativa 60
2.2.4.Profundidad del basamento 61
2.3.MODELOS CONCEPTUALES EN ESPAÑA 62
2.3.1.Respuestas de cuerpos tabulares estrechos 62
2.3.2.Respuesta de cuerpos tabulares anchos 65
2.3.3.Respuestas de fallas 67
2.3.4.Resolución horizontal y vertical 69
2.3.5.Topografía del basamento 74
2.4.INTERPRETACIÓN CUALITATIVA 76
2.4.1. Estudio geofísico global 77
2.4.2.Lineamientos y zonas magnéticas 82
2.5.INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA 95
2.5.1.Investigaciones previas 96
2.5.2.Filosofia de la modelización 97
2.5.3.Discusión de las secciones individuales 100
2.4.4.Resumen 126

CAPITULO 3. CAMPOS NORMALES Y CAMPOS ANÓMALOS.
3.1.CAMPO GEOMAGNÉTICO 132
3.2.REPRESENTACIÓN ANALÍTICA DEL CAMPO FUNDAMENTAL 133
3.3.CAMPO MUNDIAL DE REFERENCIA 135
3.4.PROPIEDADES ESTADÍSTICAS DE LA DISTRIBUCIÓN DE ANOMALÍAS 139
3.5.DETERMINACIÓN DEL CAMPO NORMAL 140

CAPITULO 4. MAPAS TRANSFORMADOS.
4.1.ELECCIÓN DEL MÉTODO 150
4.2.MÉTODO DE CONVOLUCIÓN 153
4.3.OPERADORES DE TRANSFORMACIÓN 155
4.4.DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA DE CÁLCULO 158
4.5.MAPAS TRANSFORMADOS.
4.5.1.Prolongación hacia arriba 159
4.5.2. Reducción al polo 160
4.5.3.Derivadas verticales 163
4.6.EVALUACIÓN DE LA PROFUNDIDAD DE LAS FUENTES 165

CAPITULO 5. MAPAS DE COMPONENTES.
5.1.OBSERVACIONES EN ESTACIONES SECULARES …. 180
5.2.COMPARACIÓN DEL VALOR DEL CAMPO OBSERVADO Y DEL CAMPO CALCULADO 182
5.3.COMPONENTES DEL CAMPO TOTAL 184
5.3.1.Componentes del campo anómalo 184
5.3.2.Compontes del campo normal 187
5.3.3.Aproximación con el campo mundial 191
5.4.CÁLCULO DE LAS COMPONENTES DEL CAMPO AEROMAGNÉTICO 191
5.4.1.Resultados con el campo normal 192
5.4.2.Resultados con el IGRF 192
5.4.3.Método propuesto 193
5.5.MAPAS DE COMPONENTES PARA 1990.0 194
5.5.1.Ecuación isopórica para la declinación 195
5.5.2.Otras componentes 203

CONCLUSIONES 229

BIBLIOGRAFÍA 235

– Referente al levantamiento aeromagnético.

La atención prestada tanto en la fase de adquisición de datos como en la del procesamiento de los mismos, han dado como resultado un levantamiento de gran precisión. Gracias al estricto control en todas las operaciones ha sido posible obtener por primera vez una cartografía del campo total en valor absoluto de todo el territotrio español peninsular. Esto ha permitido realizar el trabajo de interpretación y el cálculo de las componentes del campo magnético, a partir del conjunto total de datos, y dar esta visión general de una forma uniforme.

– Referente a la interpretación.

La interpretación presentada puede considerarse por el momento uno de los pocos trabajos de investigación geofísica regional de los elementos estructurales que constituyen el área Española de la Península Ibérica. Este estudio de interpretación, tal como se ha presentado, es la base para cualquier otro estudio de detalle y de él se pueden sacar muchos aspectos regionales destacables, unos confirmando conocimientos anteriores, otros introduciendo nuevas ideas.

Estos se enumeran y se discuten brevemente a continuación:

(i) El núcleo central de la Meseta en el oeste del centro de España es una hipótesis fundamental del aspecto estructural, en la cual se basa toda la interpretación, tanto cualitativa como cuantitativa. Para poder establecer el grado de validez de los modelos se debería estudiar con mayor detalle esta región, realizando más modelos de secciones en esta zona, medidas de susceptibilidad y perfiles gravimétricos.

(ii) La zona intermedia entre las zonas de Ossa-Morena y la Ibérica central, denominada en el trabajo «zona de Transición», un rasgo estructural fuertemente desarrollado, que se extiende sobre unos cientos de kilómetros a lo largo de la dirección regional.

(iii) El fuerte contraste aeromagnético que tiene lugar a través de la alineación L16 en el sur de España y la discrepancia aparente entre las interpretaciones geológicas y geofísicas existentes quedan bien patentes en este estudio. La convergencia de diferentes direcciones magnéticas en este área confirma tanto la importancia como la complejidad estructural de la zona.

(iv) Las anomalías aisladas que aparecen sobre determinados puntos del país (Sevilla, Bilbao y oeste de Granada) deberían ser objeto de más modelización para establecer tanto su geometría como su profundidad.

(v) La zona magnética M11, al este de Madrid muestra una complejidad estructural que no resulta evidente en los mapas geológicos y estructurales existentes. Esta zona se incluye en los mapas como perteneciente a la depresión de Madrid y las variaciones estructurales profundas que aparecen en este lugar podrían tener importancia para la exploración de hidrocarburos.

(vi) Los principales elementos estructurales del sudeste de España (tal y como se definen en el mapa geofísico 2.2 y 2.3) se han definido por el momento, únicamente en términos cualitativos, pudiendo resultar posible seleccionar secciones magnéticas adecuadas que permitieran investigar su naturaleza.

(vii) El carácter magnético del Arco Asturiano es particularmente importante y sugiere una importante componente estructural uniforme para la cual no existe una explicación geológica equivalente.

(viii) La disminución aparente de la profundidad del basamento magnético en la parte oriental de la depresión del Ebro también puede tener implicaciones para la exploración de hidrocarburos.
La segunda parte del trabajo aborda un problema más práctico desde el punto de vista del trabajo encomendado al Instituto Geográfico Nacional, y va todo él, capítulos 3, 4 y 5, encaminado a confeccionar por primera vez en España, la cartografía magnética española a partir de datos aeromagnéticos de una forma precisa.

– Referente a los campos normales.

Del estudio realizado para determinar la mejor representación analítica del campo fundamental, o campo normal, se deduce que el IGRF es una buena representación de este campo de origen profundo, es decir al restarlo del campo observado, elimina toda la contribución interna, obteniendo únicamente anomalías locales de origen cortical.

Obtenemos en el trabajo otra representación del campo fundamental, en forma de un polinomio de segundo orden. Este campo obtenido mediante ajuste por mínimos cuadrados a nuestros datos, lógicamente se adapta mejor al territorio, sin embargo, las diferencias son mínimas y por tanto, tanto para dar homogeneidad con la red mundial, como por la sencillez de los cálculos es más conveniente utilizar el IGRF.

– Referente a las transformaciones

Los mapas trasformados obtenidos mediante el producto de convolución de operadores clásicos con los datos del levantamiento general, a la escala de trabajo, son precisos y útiles, tanto para la interpretación como para la obtención de las componentes.

El mapa de prolongación vertical hacia arriba va mostrando las grandes estructuras que existen en profundidad, eliminando cualquier distorsión debida a fuentes superficiales. El mapa de reducción al polo, elimina la distorsión debida a la inclinación del campo,’ situando las anomalías sobre las fuentes causantes. Las derivadas verticales separan unas anomalías de otras, aislando las fuentes, y en particular Ios mapas de la función «resto», permiten determinar la profundidad de las fuentes. Este operador, introducido en los años 80, ha sido poco utilizado en estudios estructurales, en este trabajo se comprueba su utilidad al confirmar en gran medida aspectos importantes de la interpretación, tales como:

i) Los afloramientos de Gredos, Ossa-Morena y Galicia.

ii) La profundidad de más de 20km de la zona de Sevilla.

iii) La homogeneidad y a su vez profundidad de la zona de Alicante.

iv) La disminución de la profundidad del basamento en la parte oriental de la depresión del Ebro.

Si bien, como hemos resaltado, este estudio da una profundidad en el área de Bilbao que no se corresponde a resultados anteriores y que por el momento no hemos podido determinar la causa.

– Referentes al cálculo de las componentes del campo magnético.

La conclusión más importante de todo el trabajo, es sin duda alguna, la posibilidad de obtener la cartografía magnética completa de España a partir de los datos aeromagnéticos, con una menor interpolación y por tanto con mayor precisión, fundamentalmente en zonas anómalas, si bien esta precisión podría incrementarse mediante un estudio más preciso de la variación secular.

Reafirma este cálculo de componentes, los buenos resultados que se obtienen empleando el IGRF-85. Los errores son del mismo orden que los obtenidos mediante el campo normal calculado y los cálculos mucho más simples.

La comparación de la declinación magnética obtenida a partir de las observaciones en tierra y en aire, demuestra que los resultados son satisfactorios. En los mapas 5.5 vemos como las isolíneas se mantienen próximas en zonas poco anómalas, como por ejemplo las correspondientes a los valores de 3.5°, donde solo en la zona sur correspondiente a la zona de Murcia aparecen diferencias significativas. En el mapa 5.6 se destacan las diferencias en las zonas de Galicia y de Ossa-Morena, siendo estas las zonas más anómalas y donde las diferencias son mayores. También se observa en el mapa 5.5 la gran diferencia que aparece en la anomalía de Bilbao. Si observamos nuevamente los mapas de la función Resto (mapas 4.4-4.12) vemos que estas tres zonas anómalas, Galicia, Bilbao y Ossa-Morena, corresponden a los valores mayores de esta función, es decir a las fuentes más superficiales y por consiguiente las medidas en tierra deben estar muy afectadas por estas fuentes tan superficiales, mientras que las medidas aéreas lo estarán en menor medida. Pudiendo ser esta también la razón de las discrepancias en los valores, junto con las ya mencionadas anteriormente: la interpolación y las anomlías de corta longitud de onda.

La obtención de ecuaciones isopóricas a partir de los datos de tierra da unos resultados buenos para la declinación, al compararlos con los mapas de tierra, mientras que la variación secular del IGRF, va introduciendo errores, que aumentan al aumentar el periodo de traslación de los mapas. De las otras componentes no se pueden dar resultados comparativos por carecer de los mapas de Tierra.