Introducción
⌅El empleo de la geofísica en apoyo a la cartografía geológica es muy antiguo. Tradicionalmente, los datos aeromagnéticos han sido el principal parámetro aerogeofísico utilizado. Sin embargo, su empleo combinado con los datos de resistividad aparente (levantamiento aéreo electromagnético-AEM) y de espectrometría gamma aérea (EGA) logra un producto mucho más útil para este propósito. Potencialmente, otros métodos geofísicos pueden ser empleados para resolver problemas geológicos específicos, en particular los estructurales (detección de contactos y fallas y delimitación de cuerpos geológicos), tal es el caso de la gravimetría.
Como regla, las observaciones geológicas de
campo complementadas con la información de sensores remotos resultan
insuficientes a los fines de la cartografía geológica subsuperficial de
un territorio, en particular, cuando su cuadro estructural es muy
complejo. En estos casos, es imprescindible la asistencia de la
interpretación geofísica-morfométrica. En tal sentido, es conocido que
los campos potenciales ayudan, básicamente, al desciframiento
estructuro-tectónico del territorio y en menor medida a la cartografía
litológica de las diferentes unidades geológicas presentes, resultando a
la inversa la contribución de la espectrometría gamma aérea (Pardo Echarte y Cobiella Reguera, 2017Pardo Echarte, M.E. y Cobiella Reguera J. L. (2017): Oil and Gas Exploration in Cuba: Geological-Structural Cartography using Potential Fields and Airborne Gamma Spectrometry. Springer Briefs in Earth System Sciences. DOI 10.1007/978-3-319-56744-0.
).
Según Dobrin y Savit (1988)Dobrin, A. y Savit, M. (1988): Introduction to geophysical prospecting. McGraw-Hill International Editions 4ta Ed.
,
el método gravimétrico resuelve los problemas del estudio de la
constitución geológica regional, con mejores resultados para los
cinturones plegados, lo que permite hacer la regionalización tectónica,
con la caracterización de grandes elementos estructurales bajo la
cubierta sedimentaria. Los mismos autores exponen, que el levantamiento
aeromagnético es muy útil para la cartografía geológica de extensas
regiones con una cubierta sedimentaria donde las características
estructurales son reveladas a partir de la existencia de horizontes
magnéticos, como ofiolitas, tobas, flujos de lava, areniscas y lutitas
ferruginosas presentes dentro de la secuencia sedimentaria.
Con relación a la EGA, desde los años 80 (Duval, 1983Duval, J. S., 1983, Composite color images of aerial gamma-ray spectrometric data. GEOPHYSICS, 48: 722-735.
)
se comienzan a utilizar las composiciones de color, hoy llamados mapas
ternarios, que hacen uso de las gamas de colores RGB (rojo, verde, azul)
y CMY (cian, magenta, amarillo). Estos mapas son muy utilizados porque
permiten delimitar unidades litológicas diferentes a partir de su
expresión espectrométrica. En particular, la imagen compuesta de
radioelementos ofrece muchas ventajas en términos de discriminación
litológica basada en las diferencias de color y trama. Las imágenes
destacan las áreas donde cada radioelemento tiene una absoluta o
relativa concentración más alta.
La I.A.E.A. (2003)I.A.E.A.-INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY (2003): Guidelines for radioelement mapping using gamma ray spectrometry data. Vienne, TECDOC-1363.
,
subraya la necesidad de integración de diferentes métodos geofísicos y
su complementación con el Modelo de Elevación Digital (MED) e imágenes
satelitales a fin de ayudar a la interpretación geólogo-cartográfica.
Para ello se utilizan en la actualidad modernas técnicas de
procesamiento y Sistemas de Información Geográfica (Elton, Moreira y Silva, 2003Elton,
L. D., Moreira A. y Silva T. A. (2003): Old Geophysical Data Applied to
Modern Geological Mapping Problems: A Case-Study In The Seridó Belt, NE
Brazil. Revista Brasileira de Geociências, 33(2-Suplemento): 65-72.
).
Con relación al empleo del MED, Rasemman (2004)Rasemman, L. (2004): Análisis Morfométricos a partir del Modelo de Elevación Digital. Texto básico. México, 1ra Ed. 1ra Ed. Sánchez Cruz, R. 66 p.
,
plantea que este es la pieza clave de los análisis morfométricos,
equivalente informatizado de la cartografía clásica de elevaciones,
tradicionalmente representada mediante curvas de nivel.
En la
región de estudio (norte de Mayabeque-Matanzas), los datos gravimétricos
(Gb) y aeromagnéticos (DT) potencialmente permiten identificar
diferentes rasgos geólogo-estructurales: por mínimos o valores bajos,
los asociados a depresiones estructurales (D) y a levantamientos de
rocas del Margen Continental Norteamericano (MCN); por máximos, los
vinculados con la presencia del Terreno Zaza (Hatten et al., 1988Hatten, C.W., Somin, M.L., Millán Trujillo, G., Renne, P., Kistler, R.W., y Mattinson, J.M. (1988): Tectonostratigraphic units of central Cuba En: Barker, L., (Editor) Transactions of the 11th Caribbean Geological Conference, Barbados, 1986: 35.1-35.
),
esto es, volcánicos+ofiolitas (V). De otra parte, el Modelo de
Elevación Digital (MED) 90x90m pudiera reflejar algunos rasgos
geólogo-estructurales sobresalientes heredados en el relieve. En tanto,
los alineamientos de campos potenciales como morfométricos permiten
trazar los principales límites tectónicos del territorio.
El objetivo de la investigación consiste, por ende, en apoyar la cartografía geológica del área con una interpretación integrada geofísico-morfométrica.
En la investigación se utiliza un enfoque
que considera la aplicación de los métodos gravi-magnético y la
morfometría no-convencional para cartografiar la estructura geológica
subsuperficial (hasta ~ 500 m de profundidad), (Pardo Echarte, Morales González y Rodríguez Morán, 2024Pardo
Echarte, M., E., Morales González, J., Rodríguez Morán, O. (2024):
Panorámica de los bloques petroleros terrestres 21A-21 y su entorno en
Cuba Central sobre la base de la reinterpretación de métodos no sísmicos
de exploración: Geociencias UO. v. 14, núm. 2, diciembre. pp. 110-121.
),
mientras que, para cartografiar la composición litológica superficial a
partir de la naturaleza radioactiva de los suelos residuales, se emplea
la EGA.
Ubicación Geográfica
⌅La región de estudio (Hoja cartográfica 3885-II a escala 1: 50 000, Matanzas) se muestra en la Figura 1. Sus límites en coordenadas Lambert, Cuba Norte, son: X: 423000-449000; Y: 352000-371000.
Premisas físico-químico-geológicas
⌅La
alta densidad de los volcánicos y las ofiolitas permite distinguir, por
máximos gravimétricos, las elevaciones estructurales de los mismos.
Igualmente, su correspondiente elevada susceptibilidad magnética permite
cartografiarlos sin dificultad por la aeromagnetometría y hasta
diferenciarlos en algunos casos. (Pardo Echarte, Delgado López y Morales González, 2023Pardo
Echarte, M.E., Delgado López, O., Morales González, J. (2023):
Caracterización tectono-estructural y sectores favorables para
hidrocarburos de las cuencas occidentales del sur de Cuba a partir de
métodos no sísmicos de exploración. Boletín de Geología, 45(2), 115-130. https://doi.org/10.18273/revbol.v45n2-2023007.
).
La caracterización litológica se ofrece en términos radioactivos: predominio de variedades potásicas-presencia de feldespato potásico (en rojo); predominio de variedades urano-toríferas- presencia de calizas arcillosas (en azul-carbonatos fosfatados, predominantes y en verde-arcillas, predominantes) y ausencia de elementos radioactivos-serpentinitas (en carmelita oscuro- negro).
Materiales y métodos
⌅Información y sus fuentes
⌅Los materiales utilizados y sus fuentes son las siguientes:
- Mallas
del campo gravimétrico y aeromagnético a escalas 1: 50 000 y de
espectrometría gamma aérea (canales: U, Th y K) a escala 1:100 000 de la
República de Cuba (Mondelo Diez et al., 2011Mondelo Diez, F., Sánchez Cruz R. y otros (2011): Mapas
geofísicos regionales de gravimetría, magnetometría, intensidad y
espectrometría gamma de la República de Cuba, escalas 1:2000000 hasta
1:50 000. Inédito. Archivo Técnico IGP, La Habana, 278pp.
). - El MED (90x90 m) (Sánchez Cruz et al., 2015Sánchez Cruz, R., Mondelo Diez, F. y otros (2015): Mapas morfométricos de la República de Cuba para las escalas 1:1 000000-1:50000 como apoyo a la Interpretación Geofísica. Memorias VI Convención Cubana de Ciencias de la Tierra, VIII Congreso Cubano de Geofísica. Fuente: http://www.cgiar-csi.org/data/srtm-90m-digital-elevation.
), con fuente en: http://www.cgiar-csi.org/data/srtm-90m-digital-elevation. - Mapa
Geológico Digital de la República de Cuba a escala 1: 100 000 del
Instituto de Geología y Paleontología-Servicio Geológico de Cuba
(IGP-SGC) (Colectivo de Autores, 2010Colectivo de Autores (2010): Mapa Geológico Digital de la República de Cuba a escala 1:100 000. Inédito. Instituto de Geología y Paleontología-Servicio Geológico de Cuba, La Habana.
).
Métodos y Técnicas
⌅Los métodos utilizados en la investigación son:
- Gravimetría (Gb)
- Aeromagnetometría (DT)
- Morfometría no-convencional (MED)
- Espectrometría Gamma Aérea (EGA).
El procesamiento de la información geofísica-morfométrica se llevó a cabo con el software Oasis Montaj de GeoSoft versión 7.01.
Gravimetría
⌅Para la cartografía geólogo-estructural por datos gravimétricos se utilizó la primera derivada vertical (GbDV), equivalente a una residual a 500 m. La derivada horizontal total (GbDHT) se empleó para el trazado de los alineamientos tectónicos.
Aeromagnetometría
⌅La litología magnética (volcánicos+ofiolitas) se puede distinguir directamente sobre la base de las observaciones del campo aeromagnético reducido al polo (DTrp) y su primera derivada vertical (DTrpDV). Los alineamientos tectónicos fueron trazados a partir de ambos campos.
Morfometría no-convencional
⌅El
MED (90x90 m) se sometió a la separación regional-residual a partir de
la Continuación Analítica Ascendente (CAA) a 500 m, según la experiencia
del autor (Pardo Echarte, Reyes Paredes y Suárez Leyva, 2018Pardo Echarte M. E., Reyes Paredes O. y Suárez Leyva V. (2018): Offshore Exploration of Oil and Gas in Cuba using Digital Elevation Models (DEMs). SpringerBriefs in Earth System Sciences. DOI 10.1007/978-3-319-77155-7.
). Para trazar los alineamientos tectónicos se utilizó la derivada horizontal total (MEDDHT).
Espectrometría Gamma Aérea
⌅Para la EGA se confeccionó el mapa ternario RGB (red, green, blue) de los tres radioelementos (K, Th y U, respectivamente). La cartografía litológica se realizó bajo el presupuesto de la presencia básica de suelos residuales, estableciendo los límites de las áreas con igual trama y color.
Resultados y discusión
⌅Gravimetría
⌅Los resultados de la cartografía geólogo-estructural por datos gravimétricos se presentan en la Figura 2. En general, los máximos están asociados a la presencia de rocas volcánicas y ofiolitas del Terreno Zaza y los mínimos o valores bajos a depresiones estructurales o a levantamientos de rocas del MCN.
Aeromagnetometría
⌅Los resultados de la cartografía geólogo-estructural por datos aeromagnéticos se presentan en la Figura 3. En general, los máximos están asociados a la presencia de rocas volcánicas y ofiolitas del Terreno Zaza y los mínimos o valores bajos a depresiones estructurales o a levantamientos de rocas del MCN.
Morfometría no-convencional
⌅Los resultados de la cartografía morfométrica por datos del MED (90x90 m) se presentan en la Figura 4. En la misma han sido trazados los alineamientos tectónicos por morfometría.
Estructura geológica de la región de estudio por datos gravi-magnéticos y morfométricos
⌅Un esquema de la estructura geológica del territorio en base a la interpretación integrada de los datos geofísicos y morfométricos se presentan en las Figuras 5 y 6. En él se ofrecen las principales áreas de desarrollo de las rocas volcánicas y ofiolíticas (Terreno Zaza) y las posibles depresiones estructurales.
En la Figura 5 se observan dos principales macro-estructuras deprimidas del Terreno Zaza de dirección cubana (SE-NO) donde se corresponden, espacialmente los máximos gravimétricos y magnéticos. Ambas están separadas por una zona de mínimo o valores bajos de los dos campos, la cual pudiera corresponder, probablemente, con un levantamiento de rocas del MCN o, en su defecto, con una depresión estructural. Una importante depresión estructural de rumbo sublatitudinal separa, al norte, otro cuerpo del Terreno Zaza. Las restantes depresiones (3) están asociadas a la estructura hundida del sur de la bahía de Matanzas complicada por la transcurrencia de una zona de fallas de rumbo SO-NE.
La Figura 6 pone de manifiesto la no correspondencia del relieve con la estructura geológica del área (solo algunos alineamientos tectónicos principales, como la zona de transcurrencia de la bahía de Matanzas y la falla que separa, al norte, la macro estructura deprimida septentrional principal del Terreno Zaza de las rocas sedimentarias).
Espectrometría Gamma Aérea
⌅Los resultados de la cartografía litológica por datos de la EGA se presentan en la Figura 7. En esta figura (Mapa Ternario) han sido trazados los límites de los principales campos litológicos (suelos residuales) con expresión radioactiva (rojo-naturaleza potásica-presencia de feldespato potásico, fundamentalmente, en la Fm. Vía Blanca; verde-naturaleza torífera - presencia de arcillas y azul-naturaleza uranífera-presencia de fosfatización en carbonatos, fundamentalmente en las Fms. Güines, Vedado y Canímar y sedimentos fosfatados costeros al NE; carmelita oscuro-negro-ausencia de radioelementos-presencia de serpentinitas. En el mapa ternario en base a la trama y color del campo radioactivo han sido reconocidas 9 variedades litológicas, las cuales no tienen toda su correspondencia en el mapa geológico con formaciones específicas (Figura 8).
La cartografía geofísico-morfométrica integrada ofrecida en esta investigación resulta, sin dudas, de utilidad para la cartografía geológica del área de estudio en elaboración ya que permite:
- Cartografiar la estructura geológica subsuperficial (~ 500 m) del territorio partir de la interpretación integrada gravi-magnética y morfométrica no-convencional, donde se reconocen depresiones estructurales, límites tectónicos, presencia de volcánicos+ofiolitas en macro estructuras deprimidas y un posible levantamiento de rocas del MCN.
- Establecer y cartografiar la composición litológica superficial a partir de la naturaleza radioactiva de los suelos residuales, donde se reconoce la presencia de rocas con contenidos de feldespato potásico, de arcillas, de carbonatos con fosfatización, de sedimentos costeros fosfatados y de serpentinitas.
Conclusiones
⌅Se cartografió la estructura geológica subsuperficial (~ 500 m) del territorio partir de la interpretación integrada gravi-magnética y morfométrica no-convencional. Además, se estableció y cartografió la composición litológica superficial a partir de la naturaleza radioactiva de los suelos residuales. Así se reconocen: depresiones estructurales, un posible levantamiento de rocas del MCN, límites tectónicos, presencia de volcánicos+ofiolitas en macro estructuras deprimidas y la presencia de rocas con contenidos de feldespato potásico, de arcillas, de carbonatos con fosfatización, de sedimentos costeros fosfatados y de serpentinitas.