Columna estratigrafica de Arequipa
Columna estratigráfica
Una columna estratigráfica es una representación utilizada en geología y sus subcampos de estratigrafía para describir la ubicación vertical de unidades de roca en una área específica. Una típica columna estratigráfica muestra una secuencia de rocas sedimentarias, con las rocas más antiguas en la parte inferior y las más recientes en la parte superior. En áreas que son geológicamente más complejas, como las que contienen rocas intrusivas, fallas o metamorfismo, las columnas estratigráficas indican la posición relativa de esas unidades con respecto a las demás. Sin embargo, en estos casos, la columna estratigráfica debe ser una columna estructural, en la que las unidades se apilan tomando en cuenta la manera en que se han movido por las fallas, de acuerdo con lo observado en el campo, o una columna de tiempo en el que las unidades son apiladas en el orden en que se formaron.
CORTE , SECCION O PERFIL Un perfil geológico es la reconstrucción en profundidad de la estructura geológica de una zona. Un perfil o corte geológico puede definirse como una sección vertical o perfil interpretativo de la geología superficial, para cuya realización se utilizan los datos obtenidos en el terreno. Es decir, un corte geológico es la interpretación de la información geológica disponible de una zona, representada en un corte o sección. Geométricamente un corte geológico puede definirse como la intersección de los elementos y estructuras geológicas en un plano vertical que contiene a la línea de corte considerada. El corte geológico tiene como base el perfil topográfico, es decir el corte geológico está limitado por la parte superior por el corte topográfico por donde pasa a realizar.
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I.- Introducción Un perfil geológico es la reconstrucción en profundidad de la estructura geológica de una zona. Un perfil o corte geológico puede definirse como una sección vertical o perfil interpretativo de la geología superficial, para cuya realización se utilizan los datos obtenidos en el terreno. Es decir, un corte geológico es la interpretación de la información geológica disponible de una zona, representada en un corte o sección. Geométricamente un corte geológico puede definirse como la intersección de los elementos y estructuras geológicas en un plano vertical que contiene a la línea de corte considerada. El corte geológico tiene como base el perfil topográfico, es decir el corte geológico está limitado por la parte superior por el corte topográfico por donde pasa a realizar. II. Elementos de un corte o perfil geológico
Un corte geológico debe estar acompañado de una serie de elementos que permita su correcta interpretación. Debe presentar una escala tanto vertical como horizontal, generalmente estas escalas son iguales. El corte debe estar orientado, es decir se tiene que referenciar sus dos extremos. Debe presentar una leyenda, en la que se especifique los diferentes colores y tramas utilizados para representar la edad y la litología de los materiales que aparecen en el corte. Normalmente esta leyenda se construye de forma que los materiales estén ordenados cronológicamente, en la parte inferior los más antiguos y en la parte superior los más modernos. Debemos identificar el corte en referencia al mapa, estableciendo alguna identificación alfanumérica de sus extremos que permita su rápida localización en el mapa. III. Cómo se realiza un corte o perfil geológico Para realizar un corte geológico se emplea la misma técnica que para realizar un perfil topográfico. Partimos de un mapa geológico en el que se traza el corte a realizar: 1)
Realizar el perfil topográfico de la línea de corte. Este perfil es el límite superior del corte geológico.
2) La línea del perfil corta los diferentes elementos estructurales representados en el mapa, ya sean contactos entre materiales, planos de falla, o planos axiales de pliegues. 3) Se proyecta sobre el perfil topográfico las intersecciones de nuestra línea de corte con los diferentes elementos estructurales. 4) En primer lugar se deben pintar los elementos estructurales más importantes como plano de fallas, discordancias o planos axiales de pliegues. Normalmente, estos elementos son planos, así que en nuestro corte estarán representados por líneas. Estas líneas deben pasar por los puntos de intersección correspondientes definidos sobre el perfil topográfico, y deben dibujarse con el ángulo de buzamiento correspondiente a cada una de esas estructuras. 5) En segundo lugar se pintan los contactos concordantes entre los diferentes materiales (planos de estratificación). Se sigue el mismo proceso utilizado en el trazado de las estructuras: se traza una línea , con el ángulo de buzamiento adecuado, que pase por la intersección definida en el perfil topográfico. Todas las líneas que se trazan en un corte geológico deben tener estilo geológico, es decir es conveniente trazarlas a mano y evitar los trazos completamente rectos. 6) Después se deben rellenar con tramas y colores las superficies definidas en el corte en función del tipo litológico y edad correspondiente. 7) Y por último, recordar que el corte, siempre debe presentar la orientación del mismo, la escala tanto vertical como horizontal y la leyenda donde se muestren los colores y símbolos utilizados. IV. Por dónde realizar un corte o perfil geológico Para obtener mayor información posible de un corte éste debe realizarse según una dirección lo más perpendicular posible a las orientaciones de los materiales y estructuras geológicas. Si se realiza un corte perpendicular a la dirección de los materiales, el corte muestra la verdadera
estructura de los materiales, en cambio si se realiza paralelo a la orientación de las capas, el corte muestra las capas aparentemente horizontales, es decir se representa en el corte geológico buzamientos aparentes de las capas. Por lo tanto, siempre que se realice un corte geológico debemos tener en cuenta cual es la orientación elegida para realizar ese corte. Normalmente siempre se busca la orientación que más información proporcione de la estructura geológica, y por lo tanto, se suelen elegir las orientaciones que presenten una dirección lo más perpendicular posible a las estructuras. V. Las tramas en los cortes o perfiles geológicos Las tramas suelen seguir la estructuras de las capa, es decir la trama debe amoldarse al buzamiento de las capas en todo momento. VI. Características de los materiales Cuando se va a realizar un corte debemos tener en cuenta el origen y características de los materiales que aparecen en el mapa geológico. En muchos casos, este origen va determinar su geometría en el corte geológico. Por ejemplo, un material cuaternario de origen fluvial es un material depositado por el río en el cauce por el que discurre, estos materiales normalmente se depositan discordantes y horizontales, rellenando pequeñas depresiones del terreno. VII. Orientación del perfil geológico En la construcción de un corte, es muy importante realizar correctamente la proyección, sobre el perfil topográfico, de las intersecciones de la traza del perfil geológico con los diferentes elementos estructurales. Esta proyección debe realizarse siempre perpendicularmente a la traza del perfil geológico sobre el mapa; de forma que el perfil geológico que vamos a realizar tenga la misma longitud que la traza de ese perfil sobre el mapa geológico. A la hora de realizar un corte geológico, se debe tener en cuenta que la información que debe utilizar, es toda aquella que se encuentra en el mapa., y no sólo la que se localiza en la zona más próxima al trazado de nuestro corte. Toda la información disponible para realizar el perfil está condicionada por la profundidad y por los límites laterales arbitrarios considerados para la realización de nuestro perfil geológico. VIII. Limitaciones del perfil geológico en profundidad Cuando se realiza un corte geológico se debe considerar su límite en profundidad. En la mayoría de los casos, la limitación de la estructura geológica en profundidad está condicionada por el conocimiento y la interpretación de la estructura geológica que podemos inferir del mapa geológico. En ningún caso se puede limitar el corte en profundidad, si no conocemos los datos suficientes como para poder definir la estructura. En algunos casos se pueden establecer un área determinada para la realización del corte geológico limitando su desarrollo en profundidad. IX. Limitaciones laterales del perfil geológico Se debe tener en cuenta que un mapa geológico está limitado en sus extremos. Estos límites son arbitrarios, y por tanto no debemos considerarlos como representativos a la hora de definir la estructura geológica.
X. Simbología en los cortes o perfiles geológicos En los cortes geológicos se utilizan los mismos colores y tramas que se utilizan en los mapas geológicos. No obstante, la simbología utilizada en los mapas geológicos no es la misma que se utiliza en los cortes. Gran parte de la simbología utilizada en los mapas geológicos para definir la orientación y estructura de los materiales resulta redundante en un corte geológico, ya que el perfil es el resultado directo de la interpretación de esa simbología. En general, un perfil o corte geológico es en realidad un diagrama que muestra una vista lateral de un bloque de la corteza terrestre como se vería si pudiéramos levantarlo para observarlo mejor. Hasta donde sea posible, la sección geológica transversal se dibuja perpendicular al rumbo general de las rocas. En el caso de que las proyección se haga sobre un perfil topográfico en el que se ha exagerado la escala vertical, entonces el ángulo de la inclinación o echado de las rocas se exagera proporcionalmente. Referencias bibliográficas Pozo Rodríguez, M. et. al. (2,004). Geología Práctica: Introducción al reconocimiento de materiales y Análisis de Mapas. Editorial PEARSON EDUCACIÓN, S. A. Madrid. 352pág. Datos aportados de estudios realizados cortesía de T. Obando. 2008, y 2,009. Don Leet, L., y Judson, S. (2,000). Fundamentos de Geología Física. Editorial LIMUSA/NORIEGA EDITORES. México. 450pág.
Los cortes geológicos Un corte geológico es una representación gráfica de la intersección de los cuerpos geológicos en el subsuelo con un plano vertical de una orientación determinada. Es una sección del terreno donde se representan los diferentes tipos de rocas, su constitución y estructura interna y las relaciones geométricas entre ellas. Es un modelo aproximativo de la distribución real de las rocas en profundidad, coherente con la información disponibles sobre superficie y subsuelo. También puede representar la extensión de los materiales y de las estructuras que ya hayan sido erosionados por encima de la superficie topográfica. Los cortes son un complemento indispensable de los mapas geológicos; mapas y cortes son fruto de la interpretación de la disposición de las rocas a partir de varios tipos de datos, normalmente incompletos y con diferentes grados de incertidumbre. Ambos son representaciones bidimensionales de la realidad geológica y conjuntamente permiten comprender la estructura tridimensional de los volúmenes rocosos y, en consecuencia, la historia geológica de una zona. Los cortes geológicos tienen una importancia económica y social muy relevante. Son la base para planificar obras de ingeniería, fundamentalmente las obras lineales que afectan la superficie y el subsuelo (carreteras, túneles, canalizaciones) y para la exploración y la producción de los recursos geológicos hídricos, pétreos, minerales y energéticos.
Construcción de un corte geológico La construcción de un corte geológico implica interpretar la disposición de las rocas, tanto en profundidad, como sobre la superficie topográfica. Consiste en interpolar todos los datos disponibles, de superficie y de subsuelo, con el objetivo de construir un modelo geológico coherente. Por esta razón, la construcción de los cortes geológicos requiere aplicar todo el conocimiento de las características geológicas de la región, interpretado en el marco de los conocimientos teóricos del momento. Los datos de superficie se obtienen directamente sobre el terreno (dirección y buzamiento de los estratos o de otras estructuras, tipos de contactos, potencia de las unidades estratigráficas, relaciones laterales entre estas, etc.) (Figura 1) o se extraen de un mapa geológico efectuado previamente (formación
geológica o unidad cartográfica, tipo de roca, ángulo de intersección con la superficie topográfica, datos puntuales).
Los datos de superficie se obtienen directamente sobre el terreno (dirección y buzamiento de los estratos o de otras estructuras, tipos de contactos, potencia de las unidades estratigráficas, relaciones laterales entre estas, etc.) (Figura 1) o se extraen de un mapa geológico efectuado previamente (formación geológica o unidad cartográfica, tipo de roca, ángulo de intersección con la superficie topográfica, datos puntuales).
Figura 1: A partir de las observaciones en superficie se pueden construir cortes geológicos por extrapolación directa de éstas. Con frecuencia, la interpretación geológica del paisaje proporciona suficiente información para construir un corte geológico, especialmente en los desfiladeros. La figura muestra la extensión en el subsuelo y por encima de la superficie topográfica de un nivel calizo y de las rocas que afloran por debajo y por encima de éste. El alcance en profundidad es relativamente limitado. Sin duda, la calidad y la precisión de un corte geológico están directamente unidas a una buena cartografía geológica de base que permita deducir la disposición tridimensional de las rocas, las relaciones temporales entre ellas y la geometría y la edad de las estructuras que las afectan. El mapa geológico permite conocer y delimitar las áreas caracterizadas por el mismo tipo de estructuras, lo que se denomina el "estilo estructural" (figura 2).
Figura 2: Estas figuras muestran esquemáticamente los “estilos estructurales” más comunes. a) planar horizontal o con los estratos poco inclinados, b) pliegues, c) fallas normales, extensivas, d) cabalgamientos, fallas contractivas e) pliegues con clivaje asociado. Con frecuencia, en una misma zona se reconocen varios “estilos estructurales”, como por ejemplo estructuras de plegamiento en el sustrato al cual se superponen materiales sedimentarios con estructura planar y pudiendo estar todo el conjunto afectado por fallas extensivas (f). También es necesario el máximo número de datos del subsuelo para restringir las posibles interpretaciones y aplicar sistemáticamente conceptos geológicos básicos. Los datos del subsuelo se obtienen directamente de la recuperación de testigos de sondeos realizados en un punto (foto 1), o indirectamente, a partir de métodos geofísicos que analizan la distribución de las propiedades físicas de las rocas, medidas desde la superficie (figura 3) o desde el interior de pozos. Entre los más comunes están los sondeos eléctricos verticales (SEV) que registran las diferencias de conductividad eléctrica y son muy utilizados en la prospección de aguas subterráneas.
Foto 1: La recuperación de testigo continuo en los sondeos permite conocer de primera mano la constitución y el grosor de las unidades rocosas en el subsuelo. Otras técnicas complementarias facilitan, entre otros datos, la orientación de las superficies de estratificación u otras discontinuidades.
Figura 3: Las técnicas geofísicas proporcionan información sobre las propiedades físicas de las rocas del subsuelo. La figura muestra un perfil sísmico (a) en el cual se observan lo que se denominan reflectores: éstos son la respuesta a las ondas sísmicas de horizontes que las reflejan. Proporciona una imagen similar a la de una ecografía clínica. La escala vertical de los perfiles sísmicos se refiere al tiempo que tardan las ondas sísmicas en ir desde una fuente de emisión, sita en la superficie del terreno, hasta un horizonte que las refleja y volver para ser registradas por un receptor; el tiempo de esta escala vertical, graduada en milisegundos, es un “tiempo de doble recorrido” (two way traveltime, TWT, en su denominación inglesa). Para poder transformar la escala vertical en TWT de las ondas sísmicas en una escala vertical en metros es preciso conocer la densidad del medio por el cual se desplazan las ondas y su velocidad. Para determinar estos parámetros se utilizan otras técnicas geofísicas, generalmente sísmica de refracción o gravimetría, apoyadas, siempre que sea posible, en datos de sondeos. El line drawing (b) () identifica los reflectores que se observan en los perfiles sísmicos y muestra la disposición de las formaciones rocosas en el subsuelo. Finalmente se construye el perfil interpretado (c). La calidad y el coste de realización de los cortes geológicos están muy vinculados al conocimiento geológico regional; a su vez, como ya se ha comentado en el capítulo dedicado a la cartografía geológica, de la construcción de cortes geológicos se deduce también teoría geológica. La construcción de un corte geológico requiere la consecución de una serie de pasos y la aplicación de técnicas específicas para su validación. Para reducir al máximo los grados de libertad en la interpretación de la disposición de las rocas en profundidad y asegurar la fiabilidad del corte se utilizan técnicas geométricas que permiten integrar correctamente el mayor número posible de datos, (figura 4), puesto que es preciso evitar la acumulación de errores en las diversas etapas de construcción del corte, especialmente en las iniciales. Así, en áreas con estructura simple, planar y con buzamientos bajos y constantes de la estratificación, el alcance de la extrapolación de los datos es más amplio. En cambio, en zonas con pliegues, fallas normales o cabalgamientos será preciso aplicar un conjunto de restricciones de acuerdo con los modelos geométricos propios de cada estilo estructural.
Figura 4: La extrapolación de los datos, tanto de superficie, como de subsuelo, está limitada por
el estilo estructural; la figura ilustra modelos geométricos de fallas extensivas (a) y contractivas (b). La proyección de los datos de superficie y de subsuelo sobre el plano de corte es el estadio más crítico durante la construcción de un corte geológico. Para hacerlo, hay que definir un modelo geométrico tridimensional que se ajuste a la orientación de las diversas superficies, dado que los datos sólo pueden ser proyectados en el plano del corte paralelamente a las estructuras. La escala vertical de un corte geológico debe ser siempre igual que la escala horizontal para evitar la representación deformada de los cuerpos geológicos. En los cortes que acompañan un mapa geológico es todavía más importante que ambas escalas sean iguales para facilitar la comparación e integrar la información. Hay casos en que la representación gráfica de la configuración geológica en mapa y en corte es muy similar, por ejemplo cuando las estructuras geológicas se encuentran fuertemente inclinadas. Así, la imagen de un corte geológico de cualquier objeto inclinado 45º, como un pliegue con el eje inclinado, es la misma que la de un corte según un plano horizontal y muy similar a su representación cartográfica. Cuando se quiere representar la sección en corte de depósitos recientes, o de grosor relativamente pequeño, es necesario exagerar la escala vertical de los cortes (figura 5). Este sistema de representación es el que se utiliza en los proyectos de obras lineales (figura 6), en los cuales todos los objetos del subsuelo, naturales o construidos por el hombre, se muestran exagerados para facilitar su lectura.
Figura 5: En las áreas con depósitos recientes, pleistocenos y holocenos, los cortes específicos de éstos se construyen con la escala vertical exagerada. Éste, en concreto, muestra los travertinos y los lodos carbonatados del lago de Bañolas ("Mapa geològic de Catalunya 1:25 000").
Figura 6: Corte geológico de un proyecto de obra subterránea en subsuelo urbano. La escala vertical y en consecuencia la altura de todos los objetos está exagerada verticalmente. La profundidad hasta la que se construyen los cortes depende de la escala de trabajo, las características geológicas de la zona, los objetivos del corte y los datos disponibles del subsuelo. Así por ejemplo, los cortes geológicos que acompañan los mapas geológicos generales, hechos a partir de datos de superficie, tienen una profundidad que oscila entre algún centenar y algún millar de metros. En zonas dónde se dispone de información proveniente de campañas de exploración de hidrocarburos, fundamentalmente sondeos (figura 7) y sísmica de reflexión (figura 3), la profundidad de los cortes llega hasta 6 o 7 km.
Figura 7: Mapa de situación de los sondeos de exploración petrolífera, en tierra y en la plataforma marina. Los datos que aportan los sondeos son fundamentales para la construcción de cortes geológicos en cualquier ámbito. En cambio, en zonas estructuralmente complejas afectadas por varios sistemas de pliegues, como las que a menudo se observan en materiales hercínicos, el alcance vertical de los cortes acostumbra a ser mucho menor, por la dificultad de extrapolar datos en profundidad. En el caso de materiales recientes, como depósitos fluviales, la profundidad de representación difícilmente supera las pocas decenas de metros (figura 5). A medida que avanza el conocimiento de la constitución y el comportamiento de la corteza terrestre y de la litosfera (figura 8), se ha convertido en rutinaria la construcción de cortes hasta profundidades superiores a los 100 km, a escala cortical o litosférica, debido a la disponibilidad creciente de datos de subsuelo profundo, tales como sísmica de reflexión, magnetotelúrica, gravimetría y tomografía sísmica.
Figura 8: La estructura y la constitución interna de la Tierra se conocen a través de la interpretación de datos geofísicos. La división clásica hace referencia a la composición de las diversas capas; la división
dinámica se refiere al comportamiento mecánico de éstas. Arriba, detalle de la estructura de la parte más externa de la Tierra (modificado de Kearey y Vine, 1990).
Los cortes compensados y los cortes restituidos El método más usual para evaluar y validar un corte geológico de una zona con determinados estilos estructurales (estructuras de plegamiento, fallas extensivas o cabalgamientos) es comprobar lo que se denomina su “retrodeformabilidad”. Esto significa que debe ser posible deshacer la deformación para poder interpretar cómo estaban dispuestas las diferentes unidades geológicas antes de deformarse. Un corte retrodeformable se denomina corte compensado si el corte o cortes que deshacen progresivamente la deformación son los cortes parcialmente o totalmente restituidos (figura 9).
Figura 9: Corte geológico, corte compensado y corte geológico restituido al estado no deformado. En ellos se muestra la situación y la relación entre los volúmenes rocosos en diferentes momentos de su historia geológica, después y antes de haber sido deformados y erosionados. El corte restituido mantiene la cohesión de las rocas antes y tras la deformación sin que haya superposiciones o vacíos entre los dos estadios. La interpretación de las estructuras en un corte compensado debe ser siempre coherente con las estructuras observadas en la región, esto es, con el estilo estructural. El paso entre el corte restituido y el deformado tal y como ha sido interpretado en la actualidad debe ser congruente cinemática y mecánicamente. El objetivo fundamental de la construcción de cortes compensados es evitar la introducción de errores geométricos durante la construcción de los cortes geológicos. Esta técnica también permite calcular los valores del acortamiento o del estiramiento asociados a la formación de las estructuras tectónicas y realizar reconstrucciones palinspásticas, es decir,
aquellas en las cuales los materiales geológicos se sitúan en las posiciones que ocupaban en momentos determinados de la historia geológica. En los últimos años los avances en la informática están permitiendo desarrollar métodos de construcción de modelos geológicos directamente en tres dimensiones. En un futuro inmediato, el trabajo y la visualización en un entorno informático tridimensional serán rutinarios, y los mapas y los cortes formarán parte de una misma realidad vista desde diferentes perspectivas.
http://www.igc.cat/web/es/mapageol_atles_talls.html
