Introduccion a la Cartografia Geologica

Cartografía Geológica Introducción:

Con este trabajo se presenta una herramienta diseñada para ayudar al alumno a evaluar, interpretar y sintetizar información geológica elemental obtenida sobre el terreno y sobre mapas geológicos, y así, poder identificar y valorar las características geológicas básicas del planeta Tierra. Ello implica la necesaria adquisición de visión espacial, es decir, de la habilidad de reproducir e imaginar la estructura tridimensional de los diferentes componentes geológicos, así como de las relaciones espaciales entre ellos. Para ello, esta guía comienza mostrando los conceptos y principios geológicos básicos que rigen la geometría, orientación espacial y relaciones de la mayoría de las estructuras geológicas y su representación en los mapas geológicos, utilizando el mapa topográfico y, por tanto, la interacción con la superficie topográfica, como base de la representación. A continuación se dedica un apartado a la explicación pormenorizada de los diferentes cálculos geométricos que se aplican a la obtención de parámetros de orientación espacial de estas estructuras. Se suministran ejemplos sobre cada tipo de problema planteado, desglosando cada uno paso a paso con visión en dos y tres dimensiones.

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Finalmente se explica la construcción de cortes geológicos a partir de la representación en mapas geológicos de las diferentes estructuras mostradas inicialmente. Conceptos Básicos:



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Estrato o Capa:



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Dirección de un plano, d: El valor de la dirección puede darse según varias notaciones: Desde el Norte, de 0° a 360° (ejemplos: N74°, N165°, N225°) Desde el Norte 0° a 180° e indicando la dirección hacia la que se mide, Oeste (O) o Este (E) (ejemplos: N37°E, N14°E, N150°O)



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Ángulo que forma con el Norte geográfico una línea horizontal contenida en dicho plano. Medida de la dirección sobre una capa o estrato. Transformación 1



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Transformación 2



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Buzamiento de un plano, ß: Ángulo entre la línea de máxima pendiente en dicho plano (perpendicular a la dirección del plano) y un plano horizontal, medido sobre un plano vertical. Se califica como buzamiento real frente al buzamiento aparente.

Medida del buzamiento sobre una capa o estrato Buzamiento aparente de un plano, ß’: El buzamiento de un estrato es el ángulo de inclinación de su línea de máxima pendiente. Cualquier otra línea contenida en el plano de la capa tendrá un ánglo de inclinación menor que el buzamiento. Si se hace un corte vertical en una zona en la que existe un plano inclinado (ABCD), el buzamiento que la capa aparentará tener será el de la línea de intersección con el plano del corte.



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Si este plano no contiene la línea de máxima pendiente, ejemplo: plano AEC (oblicuo de oblicuidad a) el buzamiento que se observa es un buzamiento aparente ß’. Sentido de buzamiento de un plano: Ángulo que forma con el Norte geográfico la proyección horizontal de la línea de máxima pendiente contenida en dicho plano.



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El valor del sentido de buzamiento se indica según notación de 0° a 360° y se corresponde, al tratarse de la línea de máxima piendiente perpendicular a la dirección del plano, con el valor de la dirección sumando o restando los 90° ó 270° correspondientes a la perpendicularidad. Notación 1 Partiendo de una notación de la dirección desde el Norte hacia el Este (0-180°), si el buzamiento se dirige hacia el hemisferio Sur, se sumarán90°. Ejemplo: plano de dirección N 50° E y buzamiento hacia el SE => sentido de buzamiento: 50° + 90° = 140°



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Notación 2 Si el buzamiento se dirige hacia el hemisferio Norte y la dirección está comprendida entre N0°E y N90°E, se sumarán 270°. Ejemplo: plano de dirección N 50° E y buzamiento hacia el NO => sentido de buzamiento: 50° + 270° = 320°



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Notación 3 Si el buzamiento se dirige hacia el hemisferio Norte y la dirección está comprendida entre N90°E y N180°E, se restarán 90°. Ejemplo: plano de dirección N 100°E y buzamiento hacia el N => sentido de buzamiento: 100° - 90° = 10°



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Espesor (potencia) de un estrato: Distancia existente entre el muro y el techo de un estrato medida perpendicularmente a ambos planos. La superficie de afloramiento de un estrato depende del espesor y del buzamiento del mismo, y de la topografía de la zona.



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Espesor (potencia) aparente de un estrato: Distancia existente entre muro y techo del estrato medido en la superficie de afloramiento del estrato. Depende del propio espesor, del buzamiento y de la topografía.



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AB: Espesor aparente CB: Espesor real sen = CB/AB



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CB = AB sen Principios Básicos: Base del Mapa Geológico: mapa topográfico

Es la representación de una serie de planos horizontales a cotas diversas y con un intervalo constante entre dichos planos, los cuales cortarán a la superficie topográfica según una serie de curvas cerradas más o menos irregulares; estas curvas, que son el lugar geométrico de todos los puntos de la topografía que están a igual cota, reciben el nombre de curvas de nivel, siendo la equidistancia la diferencia de cota entre dos curvas de nivel consecutivas. Las curvas de nivel se proyectan punto a punto sobre el plano de proyección que se sitúa en cota 0 y se obtiene así la representación de la superficie topográfica en planos acotados.

En 3D:



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La escala del mapa indica la relación entre las distancias en el mapa y en la realidad. Ejemplos: A escala 1:50000 1 cm en el mapa son 1 cm x 50000 = 500m en la realidad 1 mm en el mapa son 1mm x 50000 = 50m en la realidad La escala puede indicarse numéricamente (ej. 1:10000) o gráficamente. La escala gráfica es un símbolo lineal dividido en tramos que indican la distancia real en el terreno que corresponde a la distancia en el mapa.



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Intersección: Intersección de capas geológicas planas con la topografía

Símbolos utilizados en el mapa geológico:

Capas horizontales (ß=0°) Una capa o estrato horizontal será paralelo a los planos que determinan las curvas de nivel, y, por tanto, la intersección del estrato con la topografía, la traza, será paralela a las curvas de nivel.



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En 2D:

Capas verticales (ß=90°) Independientemente de la superficie topográfica, la intersección del estrato con la topografía quedará siempre representada por dos líneas rectas (techo y muro de la capa) separadas por el espesor del mismo medido perpendicularmente a la capa.



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En 2D:



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Capas inclinadas (0°<ß<90°) Si los estratos, o cualquier otro plano, poseen un cierto buzamiento, cortarán a la topografía según líneas curvas irregulares que darán proyecciones de líneas curvas irregulares, que determinarán, según sea su trazado, el sentido de buzamiento de los estratos mediante lo que se conoce en cartografía como "Regla de la V*".



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* Este criterio sólo es válido si el estrato tiene un ángulo de buzamiento mayor que el ángulo de la pendiente del valle o colina; en caso contrario puede ofrecer conclusiones erróneas. En la realidad esta regla puede aplicarse casi siempre ya que, excepto series postorogénicas, normalmente las pendientes suelen ser más suaves que los buzamientos de los estratos plegados.

Buzamiento opuesto a la pendiente:



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Buzamiento a favor de la pendiente:



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Regla de la V La "Regla de la V" determina que si el plano inclinado corta con una superficie topográfica de valle, el contacto del plano con el relieve dibuja una "V" cuyo vértice apunta hacia donde buza el estrato. Asimismo, si el plano inclinado corta con una superficie topográfica de loma, el contacto del plano con el relieve dibuja un arco amplio con la parte cóncava situada hacia donde buza el plano.



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Capa con sentido de buzamiento opuesto a la pendiente:



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Capas horizontales:

Capas con suave buzamiento a favor de la pendiente:



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Capas con buzamiento similar a la pendiente (a favor de la pendiente)



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Capas con mayor buzamiento que la pendiente (a favor de la pendiente)



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Capas verticales:



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Capas Plegadas. Intersección de los pliegues con la topografía.

Definiciones Básicas: Pliegue: Estructura planar curvada que se origina cuando los materiales se deforman dúctilmente, es decir, sin fracturarse. Pliegue anticlinal. Pliegue convexo hacia su parte superior, con los materiales más antiguos en el núcleo. Pliegue sinclinal: Pliegue cóncavo hacia su parte inferior, con los materiales más modernos en el núcleo.



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Cuando las pacas o estratos son plegados, lo que habitualmente se observa en superficie es una repetición simétrica de los estratos a partir del eje del pliegue (línea que marca la intersección del plano axial con la superficie del terreno) Se representan mediante la línea que representa el eje del pliegue y unos símbolos (normalmente flechas) que nos indican hacia dónde buzan los flancos de la estructura plegada y, por lo tanto, el tipo de pliegue.



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=> Pliegue anticlinal: las flechas divergen desde el eje del pliegue (traza del plano axial) => Pliegue sinclinal: las flechas convergen en el eje del pliegue Si los flancos del pliegue buzan en el mismo sentido, uno de ellos estará en posición normal (muro en la parte inferior y techo en la superior) y otro en posición invertida (muro en la parte superior y techo en la inferior), con buzamiento invertido. De esta forma se puede diferenciar pliegue anticlinal con flanco invertido (anticlinal tumbado) y pliegue sinclinal con flanco invertido (sinclinal tumbado) y sus símbolos son diferentes.



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Orden cronoestratigráfico (de más antoguo a más moderno)

Pliegues con inmersión El eje del pliegue no siempre es horizontal. El ángulo que forma este eje con un plano horizontal medido sobre un plano vertical que lo contenga, se denomina inmersión. El valor de la inmersión de una línea varía entre 0° y 90°. El sentido de inmersión de una línea es el ángulo que forma con respecto al Norte el plano vertical que contenga esa línea (0°-360°).

Pliegue Anticlinal con Inmersión: 20° según 120°



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En cartografía, al cortar el pliegue al plano horizontal sobre el que es representado, los pliegues con inmersión se distinguen por delinear líneas concéntricas. Según sean más antiguos o más modernos los materiales que ocupan el núcleo del pliegue serán anticlinales o sinclinales.

Orden cronoestratigráfico (de más antiguo a más moderno)

Cartografía Geológica de Pliegues en Valles La cartografía Geológica de una zona de estratos plegados (con inmersión) da como resultado proyecciones horizontales (mapa geológico sin topografía). Los pliegues situados en los valles se muestran en el mapa geológico de forma diferente según sean de un tipo u otro. Si la erosión del valle del anticlinal dibuja un núcleo donde aparecen los estratos más antiguos con los contornos (o bordes) cerrados. Sin embargo, la erosión del valle del sinclinal deja aflorar un núcleo carente de estratos más modernos y con contornos abiertos.



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Anticlinal



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Sinclinal



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Capas fracturadas. Intersección de las fallas con la topografía

Falla. Estructura planar que se origina cuando el material se deforma de manera frágil generándose un plano de rotura. Falla normal. El buzamiento del plano de falla se dirige hacia el bloque hundido. Capas fracturadas. Intersección de las fallas con la topografía



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Falla inversa. El buzamiento del plano de falla se dirige hacia el bloque levantado.

Falla en dirección o de desgarre. Sólo desplazamiento en la horizontal.

Tras el levantamiento del bloque, o de forma simultánea, la simple erosión se encarga de igualar el relieve. Por tanto, tras la erosión, el reconocimiento de las fallas en el terreno y, por lo tanto, en el mapa geológico que lo representa, se basa fundamentalmente en la detección del desplazamiento relativo de una o varias capas, o la total desaparición de las mismas, y la repetición asimétrica de las capas (frente a la repetición simétrica en los pliegues). Falla (normal) + erosión



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Falla (inversa) + erosión



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Distribución de capas



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Falla sobre Capas Plegadas Anticlinal: las capas son desplazadas hacia afuera en el bloque levantado, aflorando la capa más antigua del núcleo. Falla (perpendicular al eje) + erosión.



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Falla (paralela al eje) + erosión

Sinclinal: las capas son desplazadas hacia adentro en el bloque levantado, produciéndose disminución (casi pérdida) de la capa más moderna del núcleo.



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Falla (perpendicular al eje) + erosión

Falla (paralela al eje) + erosión



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Concordancia y discordancia entre capas. Intersección con la topografía

Contacto normal o concordante. Separa dos materiales paralelos entre sí, que pueden suponerse consecutivos en el tiempo geológico. (Se representa por una línea de puntos)

Contacto discordante. Separa dos materiales no paralelos entre sí, que no tienen continuidad temporal. (Se representa por una línea discontinua)

Contacto mecánico. El plano de contacto es una falla.

Los planos discordantes se caracterizan por falta de conformidad entre estratos encontrándose en series discordantes sobre otras series (suprayacente sobre infrayacente). Características de las discordancias. • El elemento discordante se encuentra suprayacente sobre varios elementos distintos • El elemento discordante carece de todas o de algunas de las estructuras geológicas de la serie infrayacente • El elemento discordante tiene dirección y buzamiento diferente de la serie infrayacente



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Intrusiones Cuando el contacto se produce entre rocas ígneas no estratificadas (plutónicas) y rocas estratificadas, se denomina INCONFORMIDAD y el contacto se representa por una línea continua (como los contactos mecánicos), siendo discordante el caso de intrusión de plutones y diques, y concordante en el caso de intrusiones tipo sills.

Los intrusiones pueden atravesar determinadas secuencias de roca y, sin embargo, no hacerlo sobre las suprayacentes discordantes.



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Diques instruyendo sobre la Serie A y no en la Serie Discordante B

Cálculos Geométricos en zonas con capas inclinadas (0°<ß>90°) Cálculo del buzamiento real a partir del buzamiento aparente

El buzamiento de un estrato es el ángulo de inclinación de su línea de máxima pendiente. Cualquier otra línea contenida en el plano de la capa tendrá un ángulo de inclinación menor que el buzamiento. Si se hace un corte vertical en una zona en la que existe un plano inclinado (ABCD), el buzamiento que la capa aparentará tener será el de la línea de intersección con el plano del corte.



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Pueden darse tres situaciones: • Buzamiento real Si este plano contiene la línea de máxima pendiente, AD, el buzamiento que se observa es el buzamiento real, ß



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Siguiendo la construcción geométrica de la figura:

Por tanto, el buzamiento aparente viene dado por:

Es decir,

Despejando el buzamiento real, ß:



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La representación gráfica de esta expresión permite conocer el buzamiento aparente a cualquier ángulo de oblicuidad, partiendo del buzamiento real de la capa.

• Buzamiento aparente



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Si este plano no contiene la línea de máxima pendiente, ejemplo: plano AEC (oblicuo al ABCD, con ángulo de oblicuidad a) el buzamiento que se observa es un buzamiento aparente ß’. Siguiendo la construcción geométrica de la figura:


Es decir:



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Despejando el buzamiento real, ß’:

La representación gráfica de esta expresión permite conocer el buzamiento aparente a cualquier ángulo de oblicuidad real de la capa.

• Buzamiento nulo



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Si el plano de corte vertical fuse paralelo a la línea que determina la dirección del plano, AB, el buzamiento parecería ser de 0°, o lo que es igual, la capa aparece como si fuera horizontal. Siguiendo la construcción geométrica de la figura:


Es decir,



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Despejando el buzamiento real, ß:

La representación gráfica de esta expresión permite conocer el buzamiento aparente a cualquier ángulo de oblicuidad, partiendo del buzamiento real de la capa.

Proyección de las capas en el plano. Problema de los tres puntos.

Si las curvas de nivel se proyectan punto a punto sobre el plano de proyección que se sitúa en cota 0 y se obtiene así la representación de la superficie topográfica en planos acotados, igualmente, en geología, donde se estudian elementos situados en un espacio tridimensional, es necesario representarlos en un mapa bidimensional. Por tanto, en geología es necesario utilizar algún sistema de proyección y se utiliza también la proyección en planos acotados. En ella, una recta queda definida por dos puntos y un plano por tres puntos no alineados.



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Así, siendo un plano determinado por tres puntos A, B y C, contenidos en él, podemos calcular la dirección y buzamiento del plano sabiendo que la dirección del plano es una línea horizontal contenida en el mismo. Este problema se conoce como el problema de los tres puntos.

1.- Conocida la cota de los tres puntos de partida del problema: A (cota 0), B (cota -100) y C (cota -50), proyectamos los tres puntos en el plano de cota 0.



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2.- Si la cota de A es 0 y la cota de B es -100, en la línea que determinarán habrá un punto medio D que esté a la misma cota que C (50). Se busca, por tanto, el punto intermedio entre A y B y se dibuja en el plano de proyección.



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3.- Uniendo el punto D con el C se obtiene la horizontal de cota -50 del plano buscado.



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4.- Se mide el ángulo que forma esta horizontal con el Norte y se obtiene así la dirección del plano (cualquier horizontal de un plano determina la intersección del mismo con un plano horizontal, es decir, la línea sobre la que se determina la dirección del mismo).



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5.- Se traza una perpendicular a la dirección por el punto B y se obtiene la línea EB que representa la proyección de una línea de máxima pendiente (perpendicular a la dirección).



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6.- Para determinar el buzamiento se calcula la inclinación de la recta EB: se abate el plano vertical EFB (figura tridimensional) en torno al eje horizontal que pasa por E, pasando el punto B a la posición B' de forma que B-B' sea la diferencia de cotas entre B y E (100-50 = 50); uniendo con B' obtenemos el ángulo BEB' que es el buzamiento del plano (ß).



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Visualización Tridimensional de las horizontales de un plano:



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Determinación del trazado cartográfico de una capa inclinada. Una vez determinados las direcciones de buzamiento y el buzamiento a partir de tres puntos, puede determinarse el trazado cartográfico de la capa mediante el método de las horizontales siguiendo los 4 pasos siguientes:



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Paso 1: Conocida la cota de los tres puntos de partida del problema, proyectados en el mapa topográfico (A (1600), B (1500) y C (1200)): Si la cota de A es 1600 y la de C es 1200, habrá un punto entre A y C, que corresponde a la cuarta parte de este segmento, 1600-1200, que posea la misma cota que el punto B (1500). Uniendo estos puntos se obtiene la horizontal de cota 1500 del plano buscado.



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Paso 2: La distancia entre las distintas horizontales está determinada por las divisiones del segmento AC, 1600-1200, que marcan los puntos de cota determinada, por los que obligadamente deben pasar estas horizontales (H1200-H1300-H1400-H1500-H1600). Se lleva, a lo largo de la línea de máxima pendiente, la distancia entre los puntos, para obtener sobre ella los puntos cuyas cotas coincidan con las de todas las curvas de nivel del mapa. A continuación se trazan las correspondientes horizontales del plano.



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Paso 3: Se determinan los puntos de intersección entre cada horizontal del plano y la curva de la misma cota ya que son puntos que pertenecen a la vez al plano y a la superficie topográfica por lo que forman parte del trazado cartográfico buscado.



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Paso 4: Finalmente, para obtener el trazado cartográfico, se unen todos los puntos obtenidos. Esta unión debe hacerse siempre entre puntos de una misma curva de nivel o curvas adyacentes, y no debe cortar a las curvas de nivel de más puntos que los que resultan de la intersección de éstas con las horizontales del plano de la misma cota.



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Determinación de la dirección y el buzamiento de una capa inclinada a partir de su trazado cartográfico Si se dispone del tazado cartográfico de un plano en un mapa geológico, para la determinación de su dirección y buzamiento basta con elegir tres puntos del mismo no alineados, que sean intersecciones del trazado con curvas de nivel, y resolver el problema de los tres puntos. Si en el trazado cartográfico del mapa geológico existen dos intersecciones del trazado con curvas de nivel que son de la misma cota, la propia línea que los une será una horizontal del plano y la línea de máxima pendiente será la perpendicular a ella. Al tratarse de un plano inclinado, se pueden trazar todas las horizontales de este plano posibles uniendo todos los puntos de igual cota del contacto, que correspondan a cotas de curvas de nivel. Las horizontales trazadas serán paralelas y equidistantes. Si no lo fueran, se trataría de una superficie curva.



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Detallando este último procedimiento por pasos: 1.- Se selecciona un plano (marcado en rojo) dentro de la representación de los distintos trazados cartográficos de capas de una zona.



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2.- Se determinan al menos dos puntos sobre ese plano que se encuentren a la misma altitud (determinada en las intersecciones con las curvas de nivel).

3.- Se unen los puntos de igual altitud dibujando así la horizontal del plano de esa altitud.



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4.- Utilizando la misma técnica, dibujar otra horizontal del plano



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5.- Se mide el ángulo que forma esta horizontal con el Norte y se obtiene así la dirección del plano.



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6.- Se determina el buzamiento de la capa (se dirige desde las horizontales más altas hacia las más bajas, es decir, hacia el SE) trazando una perpendicular a la dirección que representa la proyección de una línea de máxima pendiente. Sobre esta línea (500 m a escala) se abate el plano vertical que determina el buzamiento de forma que el otro cateto sea la diferencia de cotas entre 400 y 300 (a la misma escala).



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Cortes Geológicos:

Construcción de cortes geológicos a partir del mapa geológico Corte geológico. Representación gráfica vertical de la disposición en profundidad de las unidades y estructuras geológicas, utilizándose el perfil topográfico como base de la representación. Este proceso conlleva una serie de pasos:



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Orden cronoestratigráfico (de más antiguo a más moderno) Cámbrico (C) Ordovícico (O) Silúrico (S) Devónico (D) Carbonífero (M) Cretácico (K) Escala cronoestratigráfica internacional 1.- Planteamiento del problema: Dato un mapa geológico, construir el corte geológico según la línea AB.



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2.- Se proyectan los datos topográficos a un perfil marcando los puntos de intersección de las curvas de nivel con la línea de trazado del corte geológico (AB) y cualquier otro dato topográfico principal. Para realizar el perfil topográfico se lleva el punto de intersección de cada curva de nivel a una escala vertical que bien puede ser la misma que la escala horizontal indicada en el mapa o bien puede exagerarse, indicándose, en este caso, la escala vertical utilizada.



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3.- Se identifican los elementos geológicos que son cortados por la línea de perfil y se proyectan sobre el mismo marcando los puntos de intersección de los datos geológicos del mapa a las alturas correspondientes.



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4.- Se interpretan, extrapolan y representan, tanto en superficie como en profundidad, los elementos geológicos del corte, según el mapa. Concretamente, el muro de la capa de rocas del Crerácico (K) se dibujan en el corte geológico como un plano horizontal ya que interpretamos que sus contactos tienen una altitud constante sobre el mapa geológico.



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5.- A partir de este punto, con el conocimiento de que la capa de rocas del Cretácico cubre el resto de las rocas, se procede a la proyección de las rocas infrayacentes.



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6.- Se proyectan el resto de los datos geológicos, interpretando donde se sitúan estos contactos, sabiendo, por su buzamiento, que si perforáramos en las rocas carboníferas (M) encontraríamos cada vez más antiguas.



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7.- Las rocas más antiguas (C-M) se encuentran plegadas. Siguiendo la interpretación del mapa geológico, se determina que el pliegue, que presenta rocas del Cámbrico (las más antiguas) en su núcleo, es un anticlinal.



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8.- Se completa el corte geológico siguiendo los datos estructurales básicos de buzamiento del mapa geológico.



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Indicaciones para la representación del buzamiento en el corte geológico:

1.- Si la dirección es oblicua a la línea de corte geológico, se debe utilizar buzamiento aparente mejor que el real.



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En este ejemplo, si el buzamiento real = 45° y el ángulo entre la dirección y la línea de corte = 45°, el buzamiento aparente = tg(45) sen(45) = 35.2°

2.- Si los datos que refleja el mapa geológico son variables, es mejor utilizar un valor medio que intentar representar literalmente cada dato.

3.- Si se exagera la escala vertical del corte geológico frente a la escala del mapa (para visualizar mejor el relieve), se debe exagerar igualmente el buzamiento. Considerenado que tg(buzamiento exagerado) = factor de exageración x tg(buzamiento aparente), en este ejemplo, si el buzamiento aparente es igual que el buzamiento real = 45° y el factor de exageración = 2, el buzamiento exagerado = 2 tg(45) = 63,4°.



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4.- Se debe evitar extrapolar los datos superficiales a profundidades excesivas. Cortes geológicos en mapas con estratos horizontales



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Se pintan los contactos corcondantes 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 cruzan en un corte geológico deben tener "estilo geológico", es decir, es conveniente trazarlas a mano alzada y evitar los trazos completamente rectos. Despues se deben rellenar con tramas y colores las superficies definidas en el corte en función del tipo lotológico y edad correspondiente.



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Cortes geológicos en mapas con pliegues Caso 1:



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Caso 2:



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Cortes geológicos en mapas con fallas Falla Vertical:



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Falla con buzamiento (falla inversa)



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Cortes geológicos en mapas con discordancias



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Fuente:

Innova (Universidad Nacional de Educación a Distancia)



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Introduccion a la Cartografia Geologica

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