Geoffs. Colomb. .Santafe de BogotA D.C ISSN - 0121-2974

ESTUDIO GEOMAGNETICO EN EL VOLCAN GALERAS

LUZ AMALIA ORDONEZ B.
Ffsica - MSc. Geoffsica U.N.

Ord6iiez L. A.: Estudio geomagnetico en el Volcan Galeras. Geoffs. Colomb. 2:3-8, 1993. ISSN 0121-
2974

RESUMEN

Se presenta un resumen de la metodologfa y los resultados de los modelos
bidimensionales de anomalfa rnaqnetica de campo total y estimativos de la profundidad
de la isoterma de Curie. EI estudio se realiz6 a partir del analisis, en el dominio de la
frecuencia, de datos geomagneti'cos tomados en inmediaciones del volcan Galeras, en
el mes de julio de 1989, epoca de reactivaci6n del mismo.

ABSTRACT

Geomagnetic data takes in the Galeras Volcano, during its reactivation in July 1989,
allows to present a bidimensional model of the Total Field magnetic anomaly. An
approach to the Curie isothermal is also presented. Methodology and results has been
worked out in the frequency domain.

1. INTRODUCCION

En areas volcanicas se aplican ampliamente los
estudios geomagneticos, para el seguimiento
temporal de la actividad volcanica, como uno de
los metodos de predicci6n de erupciones.
La base que posibilita su aplicaci6n es el hecho
de que la temperatura geotermica sobre y en
regiones cercanas a los volcanes, cambia de
acuerdo al estado de actividad particular,
generando alteraciones de las propiedades
maqnsticas de las rocas, que pueden ser
detectadas en la variaci6n de la intensidad del
campo Geornaqnatico.
EI estudio realizado en el Galeras, se presenta
como un aporte al reconocimiento de su
estructura, mediante la presentaci6n de los
modelos bidimensionales de fuentes individuales
de las anomalfas mas relevantes por su
intensidad y determinaci6n de la profundidad de
la corteza litol6gica maqnstlca, profundidad de la
Isoterma de Curie. Por otra parte, como inicio de
posibles trabajos futuros que permitan hacer
seguimientos temporales.
En este trabajo se utilizaron fundamentalmente
las tecnicas del analisis espectral, con el fin de
resolver: a) algunas operaciones en el dominio
de la frecuencia: filtros de alta frecuencia y
reducci6n al polo norte rnaqnetico, para extraer
las anomalfas generadas por fuentes
superficiales y para facilitar los mecanismos de

interpretaci6n, respectival'nente; b) mediante el
anallsis de los espectros de potencia reducidos
al polo, estimar los pararnetros de las fuentes
individuales, como aproximaci6n a la soluci6n
del problema directo de la teorla de campos de
potencial; c) estimar la profundidad de la
isoterma de Curie.

2. INFORMACION

Se realizaron 175 estaciones localizadas sobre
perfiles independientes circundantes y radiales
al crater principal (Galeras), de acuerdo a las
condiciones de acceso terrestre, a intervalos
aproximados de 500 m, entre puntas de
observaci6n consecutivos, cubriendo un area
aproximada de 100 Km2 (Fig.1); se establecieron
cinco estaciones principales y como estaciones
secundarias se tomaron los puntas de cruce de
perfiles independientes.
La incertidumbre total de las mediciones es de
16 gammas, equivalente a un 0.05% del
promedio de la intensidad de los valores de
campo medidos.
De la comparaci6n relativa de estos perfiles, se
escogieron aquellos mas relevantes por mostrar
fuertes contrastes de anornalla, picos maxirnos
negativos del orden de mil Gammas y se
analizaron en el dominio de la frecuencia, para
obtener modelos bidimensionales de las fuentes
que los generan.



4 Ord6i\ez: Estudio geomagneticoen el Volcan Galeras

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61 3 -+-r-,~.,..,--..,.--r--r-r""'-ITI-r-r""""rrT..--rrrT-rr-r-rn

948 978953 958 963 968 973
KILOMETROS

Figura 1. Distribuci6n de estaclones. Coordenadaagausslanas. GALERAS,crater principal.

La magnitud de las anomalfas (Fig.2)
corresponde al perfil extendido que circunda el
edificio volcanico. Los puntos de maxima
anomalfa correspondientes geogn3ficamente a
las vecindades de "Las Cuadras" y "Santa
Rosa", concuerdan con la ubicaci6n de maxima
anomalfas de otros perfiles y, en consecuencia,
son seleccionados sectores .del perfil para
establecer los modelos de fuente bidimensional
e individual.
La intensidad de picos de anomalla negativa se
explica por el hecho de que las rocas del volcan
Galeras son predominantemente andesitas
oroqenicas (Cepeda, 1985). Estas rocas
presentan un valor medio de susceptibilidad
maqnetica alta [0.135 unidades c.g.s., medida
en laboratorio (Dobrin, 1960)] y magnetismo
remanente practicarnente despreciable
(Logachev & Zajarov, 1978).
Una representaci6n bidimensional de anomalfa
de campo total se muestra en la Fig.3, en la que

se pueden apreciar dos zonas de anomalfa
negativa: una localizada alrededor de las
coordenadas 974;631, que por su ubicaci6n se
interpreta como expresi6n del crater principal y
la otra alrededor de 960;631, que podrla
corresponder a la presencia de un crater
secundario, no apreciable en la superficie.

3. ANALISIS ESPECTRAL

La interpretaci6n de los datos geomagneticos es
util para contribuir a estudios geol6gicos
regionales. Sin embargo, en algunos casos se
obtienen anomalfas muy claras, que pueden ser
separadas de los efectos de fuentes vecinas y
que siendo simples en apariencia, pueden ser
modeladas como fuentes individuales y los
metodos de anafisis utilizados para infbrir sobre
sus formas y dimensiones.



Geofisica Colomblana N° 2, Abril de 1993

1'1'1'1

'1
(j)
«
L
L«
l')

-1'10'1

L: s C odros
S't.e . Roso

-2'100 9010 40
KILOMETROS

Figura 2. Perfil circundando el edificio volcanlco. Las Cuadras-Sta Rosa: Puntos de maxima anomalia.

Para el analisis cuantitativo, ante la imposibilidad
de obtener relaciones analiticas que describan la
anomalfa generada por fuentes reales, se
adoptan modelos de forma geomatrica regular
que pueden representar estructuras geol6gicas.
Pero, las relaciones analiticas aun para estas
formas simples involucran funciones no lineales
que dificultan su soluci6n.
EI analisis espectral, reduce el problema a la
soluci6n de ecuaciones lineales y es esta la
raz6n por la cual se uliliza en el analisis e
interpretaci6n de datos geomagnalicos.
La descomposici6n espectral, transformada de
Fourier para un conjunto de datos discrete y
finito, haciendo consideraciones estadfsticas
adecuadas, es equivalente a la transformada
discreta de Fourier. Para la determinaci6n de los
coeficientes se utiliza en muchos casos
practices. en particular en aste trabajo, el
algoritmo denominado transformada rapida de
Fourier, cuya eficiencia es sustenlada en el
tratamiento de datos geotrsicos por varios

autores, entre otros Davis (1973), Kanasewich
& Agarwal (1970), Kanasewich (1981).

Figura 3. Anomalla magn6t1ca de campo total.



6 Ord6i'\ez: Estudio geomagn6tleo en el Volean Galeras

la importancia de la descomposici6n espectral,
radica en el hecho de definir funciones que
representen un hecho ffsico representativo del
proceso.

los coeficientes de la expansion representan la
importancia relativa de cad a terrnino 0 arm6nico
y de estos es posible obtener el espectro de
potencia, como expresi6n de la energfa
contenida en un intervalo y cuyas caracterfstica
dependen del proceso mismo.

Para un proceso arm6nico y estacionario,
representado por un conjunto de datos discrete
y finito, el espectro de potencia "E" es discreto,
y ssta dado por:

Con AI Y B, coeficientes de la expansi6n y
sumatoria extendida de 1 a n, siendo n el
nurnero de arm6nicos representative para el
proceso (Pryestley, 1981).

4. ESPECTRO DE POTENCIA DIQUE FINITO

Del anal isis de perfiles independientes pueden
obtenerse modelos de fuente bidimensionales.
Un modelo bidimensional que puede representar
unidades geol6gicas reales es el modele de
dique, cuyas caracteristicas geometricas
fundamentales son: el espesor, su extensi6n en
profundidad y el angulo de inclinaci6n con
respecto a la direcci6n de la linea 0 perfil de
observaci6n.

Para estudios maqnetometricos, el dique es
caracterizado por el valor de su susceptibilidad
rnaqnatica y el angulo con respecto a la
direcci6n del campo inductor, orientado con
respecto al polo norte maqnetico.

Para el analisis de perfiles cuyo modelo de
fuente puede representarse por un dique vertical
finito y cuyo campo inducido ssta orientado
fundamentalmente en la misma direcci6n del
campo inductor (esto es el magnetismo
remanente resulta despreciable frente al
magnetismo inducido). el espectro de potencia
reducido al polo norte magnetico ha side
deducido analilicamente y puede darse por la
relaci6n (Pedersen. 1978):

E(K)= 4M2exp(-2Kh){sen(Ka)/Ka}{1-exp(-kt)} (2)

M = susceptibilidad magnetica/unidad de
volumen, dada en unidades c.g.s.

K = 2 nIL. numero de onda dado en
rad/unidad de longitud,

l = longitud del perfil,
n= 1,2.3 ...
h, t = Profundidad tope superior e inferior,
a = espesor del dique.

5. ANALISIS CUANTITATIVO DEL
ESPECTRO DE POTENCIA

Tomando el logaritmo natural a la relaci6n (2),
los termlnos de la expresi6n pasan a ser
sumandos independientes. representando
funciones en tsrminoe de los para metros
fundamentales de cuyas respectivas soluciones
es posible determinar los parametres de la
fuente, haciendo las siguientes aproximaciones:

1) el termino fundamental del decaimiento
exponencial del espectro, para ios primeros
arm6nicos, define la profundidad del tope
superior de la fuente. Asl, si m es la
pendiente del decaimiento y con h
profundidad del tope superior:

(1)
m = 2h [3]

2) el efecto combinado de la profundidad del
tope superiory la extensi6n vertical. introduce
un pica maximo, para los primeros armonicos.
que decae rapidarnente y de la determinaci6n
del nurnero de onda K, correspondiente al
pica maximo, se obtiene la profundidad del
tope inferior t, en la forma:

I<c = log (h/t)/(h-t) [4]

En este punta es necesario tener en cuenta
que la maxima profundidad discernible en el
espectro, esta determinada por la longitud del
perfil v, en consecuencia, no siempre aparece
el pica maximo.

En este caso, la profundidad del tope inferior
queda indeterminada y sola mente es posible
deducir que se encuentra a una profundidad
mayor que U2.

3) determinando dos arm6nicos consecutivos (K1
y K2) para los cuales el espectro es igual 0
aproximadamente igual a cero, como unica
soluci6n no trivial de (2), se tiene el espesor
del dique, en la forma:

(5)

4) tomando el limite (P) cuando K tiende a
cero, en (2), se define la susceptibilidad
magnetica M en la forma:

M = 2/Po (6)

En esta forma se estimaron los parametros
fundamentales para los modelos de dique
vertical finito reducido al polo norte magnetico.
en perfiles independientes. cuyo patr6n
representa clara mente la posibilidad de modelar
fuentes individuales.

Co~ . los paramet~os as! obtenidos y
?pli~lzandolos, rrye.dlante proceso de ajuste
Iteratlvo en el domlnlo del espacio. se definieron
los mejores valores para los para metros de la
fuente. presentados en la Tabla 1 y en las
correspondientes graficas de las Figs.4-5.



Geofislca Colombiana N° 2, Abril de 1993 7

Tabla 1

Perfil h a M d

Las Cuadras • 0.5 2.0 0.8 -0.12 90
0.7 2.0 0.9 -0.12 132

Sta. Rosa· 1.4 3.3 1.28 -0.12 90
1.6 3.3 1.28 -0.12 90

Parametros de 105 modelos de fuente individuales: h=
profundidad tope superior en km; t= profundidad tope
inferior en km; a= espesor en km; M= susceptibilidad
(c.g.s); d= angulo con respecto al campo inductor en
grados .• Valores obtenidos medianle el analisis de
espectros de polencia, •• ajustados en el dominio del
espacio.

(f)
«
L
L«
L')

-212J(21(il -.-.-.1 I I I I I I I
-7 3

KILOMETROS
Figura 4. Modelo perfil correspond/ente a Las

Cuadras

* *
200

(f)
«
L
L«
D

- 800 -+-,-,.......-r-r---r-.,-,.......-r-r---r---r
-9 2

KILOMETROS
Figura 5. Perfil clrcundando el edlflcio volc6nlco.

Las Cuadras-Sta Rosa.

6. PROFUNDIDAD DE LA ISOTERMA DE
CURIE

Toda fuente de anomalia maqnetica liene
extensi6n vertical Iimitada, si no por otra raz6n,
por el hecho de que las rocas pierden sus
caracterfsticas maqnsticas a la profundidad
donde se alcanza la temperatura de Curie.

Esta profundidad se manifiesta en el espectro de
potencia, por la presencia de un pico maximo
para los primeros arm6nicos que decae
rapidarnente, cuando la longitud del perfil
alcanza la profundidad del tope inferior de la
fuente.

La frecuencia, Wmax., correspondiente a este pico
maximo esta inversamente relacionada con la
extensi6n en profundidad de la fuente "d"
mediante la relaci6n [6] dada por Boler (1978),
relaci6n previamente probada para su
aplicaci6n, obteniendo desviaci6n menor del
10% en los modelos analizados, constituidos por
conjuntos de diques de para metros dados.

d = 1IWmax [7]

En el Galeras, se analizaron los espectros de
potencia reducidos al polo, correspondientes a
cuatro perfiles independientes representando:
toda el area estudiada (global), areas norte, sur
y centro de la misma (Figs.6-9).

Los valores obtenidos se muestran en la Tabla
2, que refleja valores relalivamente superficiales,
si se tiene en cuenta que este en general se
encuentra entre 20 y 30 km de profundidad,
hecho que se explica por el regimen tsrrnlco del
area, ocasionado fundamentalmente por la
actividad del volcan, en cuyo crater es de
esperar temperaturas del orden de los 750"C,
temperatura de fusi6n de las lavas (Leet &
Judson, 1968) que supera la temperatura de
Curie para rocas andesfticas, predominantes en
el Galeras, que es del orden de los 500°C.
(Delgado, 1983).

Las diferencias correspondientes a las zonas
establecidas, concuerdan con la proximidad de
los perfiles al crater principal.

Tabla 2

REGION NORTE SUR CENTRO GLOBAL

PROFUNOIDAD
DE CURIE (km) 1.6±10% ~-5.8 -O.9±10% -5.8±10%

Profundidad dada con respecto al nivel del mar, siendo
negativo por debajo de este. EI espectro
correspondienle a la regi6n sur, no muestra el pico
maximo (profundidad indeterminada).



8 Ord6i\ez: Estudio geomagnetico en el Volcan Galeras

3.50

<{ « 19.00
t---l t---l

U U
Z Z
W W
f- 1.50 f-a a
G.- G.-

o 200
NUMERO DE OND/)

Figura 6. Espectro de patencia. Perfil
representando toda la regi6n.

4

<{
t---l

U
Z
W
f--
a
G.-

9.00

o 200
NUMERO DE ONDA

Figura 7. Espectro de patencia. Perfil
representando la regi6n norte.

7. CONCLUSIONES

La realizaci6n de estudios maqnetometricos. en
particular, y geoflsicos, en general, contribuye
efectivamente en el establecimiento de modelos de las
estructuras volcanicas, como contraste entre intrusiones
rnaqmaticas recientes y rocas consolidadas, como se
aprecia claramente en los perfiles trazados en el
Galeras.

EI anal isis espectral de datos de campos de potencial
es confiable y util como mecanisme de interpretaci6n
cuantitativa.

Serra pertinente dar continuidad al trabajo retomando
los puntas de observaci6n, para dar inicio a estudios de
seguimiento temporal y realizar un cubrimiento de
informaci6n bidimensional, que permita establecer
modelos tridimensionales, que daran una mejor
aproximaci6n en el establecimiento de modelos
adecuados.

o 100
NUMERO DE ONDA

Figura 8. Espectro de potencia. Perfil
representando la regi6n central.

<{
t---l

U
Z
W
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Q..

0.5

e 50 100
NUMERO DE ONDA

Figura 9. Espectro de potencia. Perfil
representando la regi6n sur

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