Los cortes geológicos
Representación gráfica de la intersección de los cuerpos geológicos en el subsuelo con un plano vertical
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).
Figura 1: A partir de les observacions en superfície es poden construir talls geològics per extrapolació directa d'aquestes. La interpretació geològica del paisatge proporciona tot sovint prou informació per a construir un tall geològic, especialment en els engorjats. La figura mostra l'extensió en el subsòl i per damunt de la superfície topogràfica d'un tram calcari i de les roques que afloren per sota i per damunt d'aquest. L'abast en fondària és relativament limitat.
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: Aquestes figures mostren esquemàticament els “estils estructurals” més comuns. a) planar horitzontal o amb els estrats poc inclinats, b) plecs, c) falles normals, extensives, d) encavalcaments, falles contractives e) plecs amb clivatge associat. Tot sovint en una mateixa zona es reconeixen diversos “estils estructurals”, com ara estructures de plegament en el substrat al qual se superposen materials sedimentaris amb estructura planar i tot el conjunt pot trobar-se afectat per falles extensives (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 recuperació de testimoni continu en els sondatges permet conèixer de primera mà la constitució i el gruix de les unitats rocoses en el subsòl.
Figura 3: Les tècniques geofísiques proporcionen informació sobre les propietats físiques de les roques en el subsòl. La figura mostra un perfil sísmic (a) en el qual s'observen els que s'anomenen reflectors: aquests són la resposta a les ones sísmiques d'horitzons que les reflecteixen. Proporciona una imatge similar a la d'una ecografia clínica. L'escala vertical dels perfils sísmics es refereix al temps que tarden les ones sísmiques a anar des d'una font d'emissió situada en la superfície del terreny, fins a un horitzó que les reflecteix i tornar per a ser enregistrades per un receptor; el temps d'aquesta escala vertical, graduada en mil·lisegons, és doncs un temps de doble recorregut (two way traveltime, TWT, en la seva denominació anglesa). Per a poder transformar l'escala vertical en TWT de les ones sísmiques a una escala vertical en metres cal conèixer la densitat del medi pel qual van les ones i la velocitat amb què es desplacen. Per determinar aquests paràmetres s'utilitzen altres tècniques geofísiques, generalment sísmica de refracció o gravimetria, recolzades, sempre que és possible, en dades de sondatges. El dibuix de línies (b) (line drawing) identifica els reflectors que s'observen en els perfils sísmics i mostra l'arranjament de les formacions rocoses en el subsòl. Finalment es construeix el perfil interpretat (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: L'extrapolació de les dades, tant de superfície, com de subsòl, és limitada per l'estil estructural; la figura il·lustra models geomètrics de falles extensives (a) i contractives (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:
Aquest, en concret, mostra els travertins i els fangs carbonàtics de l'Estany de Banyoles (Mapa geològic de Catalunya 1:25.000).
Figura 6: Tall geològic d'un projecte d'obra subterrània en subsòl urbà. L'escala vertical i en conseqüència l'alçada de tots els objectes és exagerada verticalment.
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 situació dels sondatges d'exploració petroliera, a terra i a la plataforma marina. Les dades que aporten els sondatges són fonamentals per a la construcció de talls geològics en qualsevol àmbit.
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: L'estructura i la constitució interna de la Terra es coneixen a través de la interpretació de dades geofísiques. La divisió clàssica fa referència a la composició dels diversos embolcalls; la divisió dinàmica es refereix al comportament mecànic d'aquests. A dalt, detall de l'estructura de la part més externa de la Terra (modificat de Kearey i 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: Tall geològic, tall compensat i tall geològic restituït a l'estat indeformat. En ells es mostra la situació i la relació entre els volums rocosos en diferents moments de llur història geològica, després i abans d'haver estat deformats i erosionats.
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.