Inversión y modelo bidimensional de observaciones magnetotelúricas en el Chaco Argentino

      Se obtienen diversos modelos bidimensionales cuyas respuestas representan en mayor o menor medida las resistividades aparentes y fases de las impedancias corregidas de distorsión. Estos se obtienen de la síntesis bidimensional de la inversión 1D de Vozoff (1975), de las inversiones 1D de Occam (Constable et al., 1987) y RRI (Smith y Booker, 1991) con cálculo directo bidimensional, y de la inversión 2D de Occam (deGroot-Hedlin y Constable, 1990). Existen semejanzas entre los modelos de inversión 1D, aunque estos muestran dependencia de las condiciones iniciales. La inversión 2D está sujeta a inestabilidades que dificultan la convergencia debido a que los datos no corresponden completamente a una estructura bidimensional. El ajuste de la respuesta de los modelos con los datos es mejor en el sector CO-SSB, donde se encuentran los sondeos clasificados de representar una estructura regionalmente bidimensional. De acuerdo a las similitudes entre los modelos más confiables, se encuentra un modelo final mediante el método de elementos finitos (Wannamaker et al., 1987). También se compara la respuesta del modelo de elementos finitos con la de un modelo 2D de capas por funciones analíticas (Osella y Martinelli, 1993).

      Teniéndose en consideración una completa revisión de los estudios geofísicos y geológicos realizados en la región, se discuten las estructuras eléctricas obtenidas a través de los procedimientos anteriores. La corteza media es de baja resistividad (35-100 Ωm) en el sector Oeste del perfil (CO y SSB) mientras que la corteza inferior es generalmente conductora a lo largo de todo el perfil. Se define una zona de muy baja resistividad (ρ ≤ 10 Ωm) bajo los 80 km de profundidad en el extremo Oeste (CO) que desciende a 180 km bajo SSB y C. Este conductor es asociado a la astenósfera eléctrica, de temperatura superior a 1200 ºC, de acuerdo a estudios de flujo de calor en la zona, a resultados globales de sondeos MT profundos en continentes, y a estudios sobre las propiedades eléctricas y reológicos de las rocas. Además, el modelo se compara con el cuadro de atenuación sísmica obtenido en la región (Whitman et al., 1992), donde se identifican zonas de alta atenuación que se correlacionan en gran medida con la estructura eléctrica. La zona altamente conductora en el sector Oeste del modelo parece relacionarse con la cercanía, hacia la Puna, del arco volcánico activo.

      Several two-dimensional models are obtained, and their responses are compared with apparent resistivities and phases of the impedance tensor corrected for distortion. The modelling was undertaken following two-dimensional synthesis of 1D inversions carried out using Vozoff’s code (1975), 1D Occam’s inversions (Constable et al., 1987) and rapid relaxation inversions (RRI; Smith and Booker, 1991) adopting two-dimensional forward algorithms, and 2D Occam’s inversions (deGroot-Hedlin and Constable, 1990). The models obtained using 1D inversions are similar, but they are dependent on the initial parametrization. 2D inversion is subject to instabilities that cause difficulty for the convergence to be attained; this may be due to data that show departure from responses expected for 2D structures. Fitness between data and model responses is higher for soundings carried out between EC and SBS, where they classify as corresponding to a 2D regional structure. The most reliable modelling results are adopted to obtain a final model by using a finite-element code (Wannamaker et al., 1987). The responses of the finite-element model are compared with results from a 2D forward method based on the representation of multilayered structures by analytical functions (Osella and Martinelli, 1993).

      A review of the geophysical and geological studies regarding the Central Andes is presented and used to discuss the MT modelling results. The middle crust has low resistivity (35-100 Ωm) in the western area of the profile (EC and SBS); the lower crust is generally conductive all along the profile. A zone of low resisitivy (ρ ≤ 10 Ωm) is encountered beneath the western border (EC) at 80 km depth; the conducting layer is at about 180 km depth beneath the areas between SBS and C. The whole conductor is referred as being the electrical asthenosphere – where temperature may be higher than 1200ºC- according to surface heat flow studies in the area, to global results of deep MT soundings in continents, and by considering electrical and rheological studies of the properties of rocks. Also, the final electrical model is compared with models of seismic attenuation for the area of the MT soundings (Whitman et al., 1992), and it is observed a high degree of correlation between both geophysical studies. The high conducting zone in the western side of the model seems to be related to the neighbouring active volcanic arc in direction to the Puna.

CAPITULO I.- EL MÉTODO MAGNETOTELÚRICO 3

A.- El campo electromagnético natural
1.- Fuentes naturales de variaciones electromagnéticas 3
2.- Características espectrales del campo electromagnético natural 5

B.- Incidencia de ondas electromagnéticas armónicas planas en una tierra plana. 8
1.- Propagación de ondas electromagnéticas en semi-espacio homogéneo 9
2.- Modelo de capas horizontales
2.1.- Modelo con la ecuación de Lipskaya 12
2.2.- Modelo de Cagniard 13
3.- Modelo Bidimensional 16
4.- Modelo Tridimensional 18

CAPITULO II.- GEOLOGÍA Y GEOFÍSICA DEL AREA DE ESTUDIO Y DE SUS REGIONES ADYACENTES

A.- Ubicación de las estaciones de sondeos magnetotelúricos 21
B.- Descripción geológica de la zona de trasarco de los Andes Centrales 22
1.- Sierras Subandinas 24
2.- Sistema de Santa Bárbara 25
3.- Sierras Pampeanas 29
4.- Cordillera Oriental 30
5.- Altiplano y Puna 31
6.- Provincia del Chaco 32
C.- Principales resultados geofísicos en los Andes Centrales 33
1. Sismología y atenuación sísmica 33
2. Sísmica de refracción 38
3. Gravimetría 39
4. Magnetotelúrica y sondeos magnéticos profundos 42
5. Flujo de calor 47

CAPITULO III.- ADQUISICIÓN DE DATOS

1.- Instrumentación 49
2.- Adquisición de datos en terreno 49
3.- Análisis espectral 49

CAPITULO IV.- PROCESAMIENTO DE LOS DATOS

A.- Análisis de la bidimensionalidad del tensor de impedancia y del vector de transferencia magnética
1.- Rotación del tensor de impedancia paralelo a la estructura bidimensional 53
2.- Rotación del vector de transferencia magnética paralelo a la estructura
bidimensional 57
3.- Diagrama polar magnetotelúrico y magnético 60
4.- Vector de Inducción 71
B.- Distorsión del tensor de impedancia por características geológicas del medio 77
1.- Modelo de superimposición 77
2.- Descomposición del tensor de impedancia 79
3.- Las siete clases de distorsión telúrica según Bahr 87
4.- Clasificación del tipo de distorsión telúrica y ángulo regional con
descomposición de Bahr y Groom&Bailey 92
5.- Descomposición de Groom&Bailey aplicada a los datos 95
6.- Corrección de las resistividades aparentes de la distorsión de estática 101

CAPITULO V.- SOLUCIÓN DE MODELOS BIDIMENSIONALES

A.- Modelos directos
1.- Método de elementos finitos 106
2.- Método directo por funciones analíticas 114
B.- Modelos de inversión
1.- Inversión de Rápida Relajación (RRI) 119
2.- Inversión unidimensional de Occam 131
3.- Inversión bidimensional de Occam 136

CAPITULO VI.- MODELOS BIDIMENSIONALES REPRESENTATIVOS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO

A.- Modelos de inversión 141
1.- Inversión 1D 141
2.- Inversión RRI 142
3.- Inversión de Occam-1D y -2D 144
B.- Modelo final obtenido con métodos directo. 147
C.- Ventajas y desventajas de los diversos métodos de inversión y modelado.
Recomendaciones. 167
CAPITULO VII.- CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN

1.- Distorsión de los datos, inversión y modelado. 170
2.- Interpretación de las estructuras eléctricas obtenidas. 171

REFERENCIAS 176

ANEXO.- DISCO CON ALGUNOS PROGRAMAS COMPUTACIONALES