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LABORATORIO Nº 3 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

LABORATORIO Nº 3 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL DISEÑO DE AFLORAMIENTOS Y CONTORNO DE ESTRUCTURAS

I. OBJETIVOS 1234-

Determinar la actitud general de un plano a partir de su patrón de afloramiento. Confeccionar mapas de contorno. Solucionar problemas de tres puntos. Construir diseños de afloramientos de estratos inclinados, no plegados

II. INTRODUCCIÓN En esta sesión aprenderemos a confeccionar mapas de contorno y a construir diseños de afloramiento de estratos inclinados, no plegados. Ambas herramientas son de gran utilidad en estudios de exploración petrolífera para identificar trampas estructurales; también puede constituirse en una herramienta útil en la exploración y explotación metálica. Debido a que la superficie de la Tierra es irregular, los rasgos planares, tales como estratos, diques y fallas forman diseños de afloramiento también irregulares, en algunos casos por ejemplo, en una quebrada, el diseño de un estrato que la atraviesa puede servir de excelente guía para obtener cualitativa y cuantitativamente su actitud, por lo que estos diseños son claves para obtener la orientación de los planos.

III. MATERIALES • • •

Calculadora Regla y Transportador o Geoflex Papel Transparente (1 hoja)

IV. RELACIONES ENTRE LA TOPOGRAFÍA Y LOS ELEMENTOS PLANARES El patrón de afloramiento de un estrato o de cualquier elemento planar depende de la relación entre su actitud y del diseño de la topografía. Esta relación se ha formalizado mediante una regla conocida como “regla de las V”, por medio de la cual se puede estimar, a partir del diseño de afloramiento, la actitud de cualquier elemento estructural planar. Estratos horizontales: Se horizontales: Se puede considerar que las curvas de nivel son las trazas de planos horizontales imaginarios. Luego las trazas de planos horizontales reales siguen exactamente las curvas de nivel topográfico, fig. (a).

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Estratos verticales: Cuando el manteo de un estrato es de 90°, sea cual sea la topografía, el patrón de afloramiento es una recta cuya dirección es paralela al rumbo de los estratos, fig. (c).

Estratos inclinados río arriba: en este caso, el patrón de afloramiento del estrato, observado en una quebrada, es una “V” abierta con el vértice apuntando río arriba, fig. (b). Cuanto más fuerte es el manteo del estrato, más abierta es la “V”.

Estratos inclinados río abajo: Según la relación entre el manteo de la capa y el gradiente del valle, se pueden dar tres casos: 1. Cuando el manteo de la capa es mayor que el gradiente del valle, la “V” apunta aguas abajo, como se muestra en la fig. (d). 2. Cuando el manteo de la capa y el gradiente del valle es exactamente el mismo, la traza del afloramiento no cruza de manera continua el valle, no hay “V”, fig. (e). 3. Si el manteo es menor que el gradiente del valle, el patrón será una “V” con el vértice río arriba, fig. (f).

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V. MÉTODO DE LOS TRES PUNTOS Este método permite obtener la actitud de un plano conociendo la altura de tres puntos, ya sea de la base o del techo de un estrato (tres puntos de diferente cota en un plano). Ejemplo 1: Dada la elevación y localización de tres puntos de un plano se pide su actitud. Considere la figura 2-a, la que muestra los puntos A, B y C sobre un mapa topográfico. Solución 1: Usando combinación de técnicas gráficas y trigonométricas. Procedimiento para el cálculo del manteo: 1) Dibuje una línea que una el punto más alto con el más bajo CA (figura 2-b). 2) Interpole el punto B’ en la recta CA a la misma altura del punto B (figura 2-b). 3) Trace una recta BB’ que representará el rumbo del estrato (figura 2-c). 4) Perpendicular al rumbo está la dirección de manteo. Por método trigonométrico y/o gráfico encuentre el manteo real. (figura 2-d).

Solución 2: Por métodos trigonométricos. Solución 3: Otra forma de solucionar el problema de los tres puntos es convertirlo en un problema de dos manteos aparentes. Figura 3. 1) Dibuje líneas desde el punto más bajo a los otros dos puntos. Estas dos líneas representan direcciones de manteos aparentes desde B a A y desde C a A. 2) Mida la longitud de las líneas BA y CA sobre el mapa. 3) Luego, por proyección ortográfica o trigonométrica obtenga la solución.

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Figura 3. Problema de los tres puntos convertido en un problema de dos manteos aparentes. (a) Tres puntos coplanares. Las líneas se dibujaron desde el punto más bajo a los otros dos puntos. (b) Direcciones de manteos aparentes ? 1 y ?2.

VI. CONTORNOS DE ESTRUCTURAS Un contorno de estructura es una línea imaginaria que conecta puntos de igual elevación, sobre una superficie única, tal como el techo de una formación. Un mapa de contorno de estructuras es análogo a un mapa topográfico: uno muestra la superficie de un horizonte geológico, el otro muestra la superficie terrestre. Los mapas de contorno de estructuras normalmente se construyen a partir de datos de sondajes. La figura 9 es un mapa de contorno que muestra el límite superior de un domo salino, cortado por una falla normal en su extremo suroriental. Note que las líneas de contorno se interrumpen abruptamente. Estas interrupciones, algunas veces representan la existencia de quiebres estructurales, normalmente fallas. En el caso de fallas inversas las líneas de contornos se interceptan.

Figura 4. (a) bloque diagrama, (b) mapa de contorno de estructuras de un domo fallado.

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VII. CONSTRUCCIÓN DEL DISEÑO DE AFLORAMIENTO DE UNA CAPA NO PLEGADA Anteriormente se discutió que los mapas de contorno de estructuras derivan de datos de sondajes, pero también pueden ser construidos a partir de datos de superficie. Para dibujar patrones de afloramiento es necesario contar con un mapa topográfico, conocer la actitud de un estrato y la ubicación de un afloramiento del mismo. El diseño del estrato se representa por líneas estructurales que son trazas dadas por la intersección entre el plano y la topografía.

Método 1: Ejemplo 2: Suponga que un importante estrato aflora en tres puntos distintos A, B y C, ver figura 2-a. Si este estrato es planar podemos determinar su patrón de afloramiento sobre el mapa a través de la siguiente técnica: 1. Dibuje el contorno de estructura que pasa por el punto de elevación media (B, en la figura 2b y 2-c). 2. Encuentre el manteo real como se procedió en el problema de los tres puntos. 3. Dibuje contornos de estructura paralelos a la línea BB’. Para determinar el patrón de afloramiento, estos contornos de estructura deben tener un intervalo de contorno igual (o un múltiplo de) al intervalo de contorno del mapa topográfico. Ellos también deben representar la misma elevación. Como asumimos que se trata de un estrato planar (no plegado), los contornos de estructura serán una serie de líneas paralelas y equidistantes. El espaciamiento puede ser calculado trigonométricamente:

Espaciamiento = Intervalo de contorno topográfico / tan µ µ = Manteo real En este ejemplo el espaciamiento es de 17,5 pies en planta (fig. 5.a). Los puntos de elevación conocida (A y C en este ejemplo) deben servir como puntos de control, y se debe marcar la elevación que corresponde a cada contorno de estructura (fig. 5-b). 4. Superponga el mapa de contornos de estructura y el mapa topográfico (Fig. 5.c). Cada punto en donde un contorno de estructura corta una curva de nivel de igual elevación en el topográfico es un punto del afloramiento. Los puntos de intersección se unen para mostrar el patrón de afloramiento en el mapa topográfico (Fig. 5.d). Esta misma técnica debe ocuparse para localizar una superficie paralela a la primera. Suponga que el contacto que se muestra en la Fig 5.d es el techo de la capa y también se quiere determinar el patrón de afloramiento de la base. Si se conoce un único punto del afloramiento en el mapa topográfico se puede encontrar fácilmente el mapa de contorno de estructura construido para la superficie superior de la capa. (i) Coloque el mapa de estructura de contorno sobre el mapa topográfico de manera que el o los puntos del afloramiento de la base se posicionen en la elevación apropiada en el mapa de estructura de contornos. Con la estructura de contornos paralela a su posición inicial, proceda como antes. En la Fig. 5.e el punto Z (a una elevación de 200 ft) es un punto conocido del afloramiento ubicado en la base de la capa. El mapa de estructura de contorno se ha movido de manera que el contorno 5


de estructura de 200 ft pasa a través del punto Z y los puntos de afloramiento se han determinado con el mismo procedimiento que se utilizó en el techo. (ii)

Una vez que los contactos superior e inferior han sido dibujado en mapa topográfico, el patrón de afloramiento de la capa puede ser achurado o coloreado (Fig. 5.f) Esta técnica se puede usar para localizar la intersección de una superficie geológica con la superficie de la tierra aún cuando la superficie no sea plana.

Figura 5. Desarrollo del ejemplo 2.Método 2:

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Método 2: Ejemplo 3: En el punto Z del mapa (fig. 6), aflora la base de un conglomerado, de rumbo EW y manteo de 20° hacia el norte. Su espesor es de 125 m., diseñar el patrón de afloramiento. 1 Trazar una línea paralela a la dirección de la capa que pase por el punto de afloramiento conocido. Esta es la primera isohipsa estructural. El espaciado cartográfico s de las demás isohipsas paralelas se puede obtener mediante la expresión s =i/tg δ, siendo i el intervalo de las curvas de nivel del mapa, o bien, como aquí gráficamente. 2 Establecer un corte vertical con la línea de doblado LD1, perpendicular a esta primera línea de dirección de la capa. En este corte: a Situar convenientemente en el corte el punto de afloramiento conocido, Z , a lo largo de la línea de proyección de la dirección de la capa. b Con la altura de este punto (1150m) trazar una serie de líneas de altura horizontales que mantengan el mismo intervalo y estén a la misma escala que las curvas de nivel del mapa. c Dibujar una traza del plano inclinado que buza 20º de modo que también pase por el punto Z . 3 Los puntos donde esta línea de buzamiento corta las líneas de altura establecen la posición de las isohipsas estructurales en el plano. Entonces éstos se vuelven a proyectar en el mapa. 4 Cada intersección de una isohipsa estructural con la curva de nivel topográfica correspondiente representa un punto del afloramiento situado en la línea de intersección, y hay que destacarlo. 5 Completar el patrón de afloramiento uniendo los puntos del afloramiento sucesivos. Esta traza debe tocar las curvas de nivel solo en estos puntos establecidos. Si el espaciado de las curvas de nivel es ancho, la traza del afloramiento a veces se puede esbozar en la zona sin puntos, recordando cual es la relación entre buzamiento y pendiente del terreno. 6 Si se tiene que predecir el patrón de una capa, en el corte vertical se marca el espesor t , con lo cual queda establecido el plano limítrofe superior. El patrón de este segundo plano se traza exactamente igual que el del primero.

Figura 6. Desarrollo del ejemplo 3. 7


VIII.- EJERCICIOS PROPUESTOS Ejercicio 1: En los puntos A, B y C de la figura 7 existen sondajes de petróleo (verticales), cuyas plataformas de perforación de encuentran en un plano subhorizontal. Todos los sondajes tocan una capa de arenisca a distintas profundidades. Suponer que esta capa no se encuentra plegada. 1) Determine la actitud de la capa de arenisca. 2) Si en el punto D se instala otro sondaje. ¿A qué profundidad pinchará el estrato de Arenisca?. Puntos A B C Profundidad en pies 5115 6113 5485 Ejercicio 2: Resuelva como un problema de dos manteos aparentes el ejercicio 1 Ejercicio 3: Dibujar contornos de estructura sobre la figura 8. Usar un intervalo de contorno de 400 pies (incluyendo 0, 400, 800, 1200, etc.). Si usted no tiene claro como empezar, A continuación se entregan algunas sugerencias. Encontrar un punto cuya altura esté cerca de la elevación de una línea de contorno, por ejemplo el punto 799. Se sabe que el contorno de 800 pies pasa muy cerca de este punto, pero ¿por donde lo hace?. Al este y al noreste hay dos puntos con elevación de 516 pies y 1013 pies. Los 800 pies yacen entre estas dos elevaciones, así el contorno de 800 pies debe pasar entre estos dos puntos, más cerca de los 1013 pies. Una vez que se han dibujado unas pocas líneas, las otras serán evidentes. Los contornos serán líneas subparalelas suaves. Usar un lápiz grafito, ya que esta construcción normalmente induce a errores de operación. Problema 4: Para los datos del problema 1 determinar el mapa de contorno estructural, de la capa de arenisca, cada 300 pies. Tomando como línea de contorno inicial la que pase a 6000 pies de profundidad.

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Figura 7. Mapa a usar en los problemas 1, 2 y 4.

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Figura 8. Mapa a usar en el problema 3.

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