Mapas de anomalías de gravedad y magnetismo de Venezuela generados a partir de datos satelitales
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Andreína García Reyes
2010-B
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A escala global, este trabajo presenta los mapas de anomalías gravimétricas y de campo magnético total de Venezuela generados a partir de datos satelitales a escala 1:2.000.000, los cuales han demostrado ser una herramienta de gran utilidad en el campo de la investigación geofísica; su acceso es libre, de alta resolución y cobertura homogénea, lo que garantiza el manejo de información aún en áreas de difícil acceso. Como valor agregado, se presentan los mapas de gravedad absoluta de Venezuela y de anomalía de campo magnético total reducido al polo.
A escala regional y con el objetivo de validar el producto principal de esta investigación, se generaron los mapas de anomalías gravimétricas y de campo magnético total de la Cuenca Oriental de Venezuela a escala 1:2.000.000, a su vez, se generaron sobre la subcuenca de Maturín, cuatro modelos geológicos regionales a partir de secciones geológicas propuestas en otras investigaciones, con el fin de calibrar los datos obtenidos. Se presenta el mapa de basamento cristalino generado a partir del modelaje.
This paper presents the Venezuela gravity and magnetic anomaly maps generated from satellite data to a 1:2.000.000 scale, which have proved to be a useful tool in the field of Geophysical Research; their access is free, their resolution is high and the coverage is uniform, thus ensures the management of information even in areas of difficult access. As an aggregated value of this research, we present the Venezuela absolute gravity map and the Venezuela total magnetic field map reduced to pole, to a 1:2.000.000 scale.
To a regional scale and with the objective of validate the main product of this research, were generated the Venezuela Eastern Basin maps of gravity anomaly and total magnetic field to a 1:2.000.000 scale, four regional geological sections were then modeled across the Maturín subbasin from the geological sections, the original sections were proposed by others research. We present the crystalline basement map generated from the modeling.
DEDICATORIA…………………………………………………………ii
RECONOCIMIENTOS Y AGRADECIMIENTOS……………………iii
RESUMEN………………………………………………………………iv
ÍNDICE GENERAL..……………………………………………………v
LISTA DE FIGURAS……………………………………………………xiii
LISTA DE TABLAS……………………………………………………xix
LISTA DE APÉNDICES…………………………………………………xx
CAPÍTULO I. PRESENTACIÓN………………………………………1
1.1 Introducción……………………………………………………2
1.2 Planteamiento del problema……………………………………4
1.3 Objetivos…………………………………………………………6
1.3.1 Objetivo general……………………………………………6
1.3.2 Objetivos específicos………………………………………6
1.4. Justificación……………………………………………………6
1.5. Ubicación del área de estudio…………………………………7
1.6. Metodología……………………………………………………9
CAPÍTULO II. SÍNTESIS GEOLÓGICA.………………………………14
2.1 Región Caribe……………………………………………………15
2.1.1 Límites tectónicos y movimiento relativo de la placa Caribe……………………………………………………………..15
2.1.2 Provincias tectónicas del Caribe……………………………16
2.1.2.1 Cuenca de Venezuela………………………………16
2.1.2.2 Cuenca de Colombia…………………………………17
2.1.2.3 Alto de Beata…………………………………………18
2.1.2.4 Alto de Nicaragua……………………………………18
2.1.2.5 Cuenca de Yucatán…………………………………18
2.1.2.6 Cuenca de Granada…………………………………18
2.1.2.7 Alto de Aves…………………………………………19
2.1.3 Evolución tectónica…………………………………………19
2.1.3.1 Síntesis del modelo Pacífico propuesto por Pindell y Kennan (2001)………………………………………………20
2.2 Venezuela………………………………………………………30
2.2.1 Provincias fisiográficas de Venezuela………………………30
2.2.2 Basamento del noreste de Venezuela………………………31
2.3 Cuenca Oriental de Venezuela…………………………………33
2.3.1 Límites y geometría………………………………………33
2.3.2 Geología y evolución geodinámica…………………………34
2.3.2.1 Geología……………………………………………34
2.3.2.2 Evolución geodinámica………………………………36
2.3.3 Rasgos geológicos y tectónicos importantes………………37
2.3.3.1 Rasgos geológicos……………………………………37
2.3.3.2 Rasgos tectónicos……………………………………42
2.3.4 Relleno sedimentario………………………………………46
2.3.4.1 Cretácico temprano…………………………………46
2.3.4.2 Cretácico tardío………………………………………47
2.3.4.3 Cenozoico……………………………………………48
2.3.4.4 Oligoceno……………………………………………49
2.3.4.5 Neógeno……………………………………………51
CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO……………………………………54
3.1 Breve reseña histórica de los modelos geopotenciales gravitacionales………………………………………………………55
3.2 Conceptos generales……………………………………………60
3.2.1 Potencial gravitatorio………………………………………60
3.2.2 Campo magnético terrestre…………………………………61
3.2.2.1 Consideraciones generales sobre el campo magnético terrestre (Pentz, 1974)……………………………………63
3.2.3 El geoide……………………………………………………64
3.2.4 El esferoide referencial……………………………………65
3.2.5 Tipos de sistemas de medición satelital……………………66
3.2.4.1 SST-hl (Rastreo satelital alto-bajo)…………………66
3.2.4.2 SST-ll (Rastreo satelital bajo-bajo)…………………66
3.2.6 Series de expansión de armónicos esféricos………………67
3.2.7 Resolución de un modelo de geopotencial a partir de la serie de expansión de armónicos esféricos………………………70
3.3 Modelo de geopotencial EGM2008……………………………71
3.3.1 Síntesis de la misión satelital GRACE……………………72
3.3.1.1 Generalidades………………………………………72
3.3.1.2 Objetivos……………………………………………73
3.3.1.3 Instrumentos…………………………………………73
3.3.1.4 Productos científicos standards………………………74
3.4 Modelo geomagnético EMAG2 (Maus et al., 2009)……………75
3.4.1 Síntesis de la misión satelital CHAMP……………………76
3.4.1.1 Generalidades………………………………………76
3.4.1.2 Objetivos……………………………………………77
3.4.1.3 Instrumentos…………………………………………77
3.4.1.4 Productos científicos standards………………………78
CAPÍTULO IV.
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS GRAVIMÉTRICOS Y MAGNÉTICOS……………79
4.1 Procesamiento de los datos gravimétricos de Venezuela………80
4.1.1 Reducciones aplicadas a los datos gravimétricos…………80
4.1.2 Características del mallado de datos gravimétricos y magnéticos………………………………………………………83
4.1.3 Análisis estadístico de los datos gravimétricos y magnéticos………………………………………………………84
4.1.3.1 Análisis estadístico de los valores de gravedad absoluta………………………………………………………84
4.1.3.2 Análisis estadístico de los valores de anomalía gravimétrica…………………………………………………89
4.1.3.3 Análisis estadístico de los valores de anomalía magnética……………………………………………………94
4.2 Procesamiento de los datos gravimétricos de la Cuenca Oriental de Venezuela…………………………………………………………99
4.2.1 Características generales de la reducción aplicada a los datos gravimétricos ………………………………………………99
4.2.2 Cálculo de la bondad de ajuste y el coeficiente de Pearson para las separaciones polinómicas de primer, segundo y tercer orden……………………………………100
4.2.2.1 Cálculo de la bondad de ajuste para las separaciones polinómicas de primer, segundo y tercer orden……………….100
4.2.2.2 Coeficiente de correlación de Pearson para las separaciones polinómicas de primer, segundo y tercer grado de la anomalía de Bouguer…………………………………….104
4.2.3 Determinación de profundidades en la Cuenca Oriental de Venezuela…………………………………………………………105
4.2.3.1 Determinación de profundidades a partir del análisis espectral………………………………………………………..105
CAPÍTULO V. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS..112
5.1 Análisis e interpretación de los mapas de anomalías gravimétricas y magnéticas de Venezuela……………………………112
5.1.1 Mapa de gravedad absoluta…………………………………112
5.1.1.1 Sistema insular…………………………………………112
5.1.1.2 Cadenas de montañas………………………………….112
5.1.1.3 Guayana………………………………………………..115
5.1.1.4 Llanos Centrales……………………………………….117
5.1.2 Mapa de anomalía gravimétrica…………………………….119
5.1.2.1 Sistema insular…………………………………………119
5.1.2.2 Cadenas de montañas………………………………….121
5.1.2.3 Guayana………………………………………………..123
5.1.2.4 Llanos Centrales……………………………………….123
5.1.3 Mapa de anomalía magnética de campo total de Venezuela..124
5.1.3.1 Sistema insular…………………………………………127
5.1.3.2. Cadenas de montañas…………………………………128
5.1.3.3 Guayana………………………………………………..129
5.1.3.4 Llanos Centrales……………………………………….130
5.2 Análisis e interpretación de los mapas de anomalías de gravedad polinómicos de tercer orden de la Cuenca Oriental de Venezuela…………………………………………………………….131
5.3 Perfiles gravimétricos-magnéticos y modelaje 2D………………133
5.4 Interpretación gravimétrico-magnética de los modelos geológicos obtenidos…………………………………………………138
5.4.1 Interpretación gravimétrico-magnética del modelo CD…….138
5.4.1.1 Relleno sedimentario…………………………………..138
5.4.1.2 Basamento cristalino…………………………………..140
5.4.1.3 Corteza inferior y manto………………………………140
5.4.2 Interpretación gravimétrico-magnética del modelo C’D’…..140
5.4.2.1 Relleno sedimentario…………………………………..140
5.4.2.2 Basamento cristalino…………………………………..142
5.4.2.3 Corteza inferior y manto………………………………142
5.4.3 Interpretación gravimétrico-magnética del modelo C’’D’’…142
5.4.3.1 Relleno sedimentario…………………………………..144
5.4.3.2 Basamento cristalino…………………………………..144
5.4.3.3 Corteza inferior y manto………………………………144
5.4.4 Interpretación gravimétrico-magnética del modelo AB…….145
5.4.4.1 Relleno sedimentario…………………………………..145
5.4.4.2 Basamento cristalino…………………………………..145
5.4.4.3 Corteza inferior y manto………………………………146
5.5 Análisis e interpretación del mapa de basamento cristalino de la Cuenca Oriental de Venezuela……………………………………….
146
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………….149
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS CITADAS………………………..154
APÉNDICE 161
Las conclusiones de este trabajo se basan en la interpretación global de los mapas del campo gravitatorio total, de los mapas de anomalías gravimétricas y magnéticas del campo total de Venezuela y del análisis estadístico aplicada a los valores de gravedad absoluta, anomalía gravimétrica y ACMT. Adicionalmente se resaltan, de manera general las áreas de interés regional observadas a partir del análisis espectral y el mapa de basamento cristalino realizado en la subcuenca de Maturín. Los tópicos antes señalados se describen categóricamente a continuación:
– Análisis estadístico
A partir del análisis estadístico, se observó que los valores de gravedad absoluta, anomalía gravimétrica y ACMT no provienen de una distribución normal, producto de los contrastes de densidad y magnetismo de las diferentes provincias geológicas que conforman el subsuelo venezolano.
– Mapa de gravedad absoluta
El mapa de campo total gravitatorio (gravedad absoluta) a escala 1:2.000.000 ha demostrado ser una herramienta de gran utilidad en el área de la investigación geofísica. En este mapa se observa que tanto las Antillas de Sotavento como las Antillas Menores se asocian a altos de gravedad, los cuales tienen continuidad lateral y reflejan los contrastes positivos de densidad asociados a la plataforma del arco. Se asocia la Península de la Guajira y la Península de Paraguaná al sistema insular. Algunos autores han considerado a la Península de Paraguaná como un bloque tectónico con afinidad oceánica (Mendi et al., 2005).
El Macizo El Ávila, las sierras de San Luis y Baragua, la Serranía del Interior y los Andes Venezolanos se asocian a bajos de gravedad, como es de esperar debido a la influencia de la topografía.
Los rasgos fisiográficos como la Cuenca del Lago de Maracaibo, la Cuenca de Cariaco, la Cuenca Oriental de Venezuela, el cañón de Los Roques y la Cuenca de Bonaire se asocian a bajos de gravedad absoluta. Se proponen tres sub-depocentros en la sub-cuenca de Maturín, los cuales son generados por el sistema de fallas oblicuos y atraviesan y seccionan la subcuenca.
Las fallas rumbo-deslizantes San Sebastián y El Pilar controlan la geometría de la línea de costa central y oriental de Venezuela, sin embargo, es la presencia de los sistemas de fallas oblicuas quien controla la distribución gravitacional del sistema montañoso del Caribe. La falla de Guri tiene expresión gravitacional en este mapa y marca el límite entre la Provincia Imataca y el Complejo Supamo.
La Cuenca Barinas-Apure, el Alto del Baúl y el Delta del Orinoco se asocian a altos de gravedad. El Macizo Guayanés se asocia a bajos de gravedad, y esto se debe a la influencia de la alta topografía propia del área.
– Mapa de anomalías gravimétricas
En este mapa se asocia al sistema insular con anomalías de Bouguer positivas, las cuales están en el rango de 57 mGal a 269 mGal. La Península de Paraguaná y el norte de la Península Guajira se asocian a altos de anomalía gravimétrica, mientras que el sur de la Península Guajira se asocia a bajos de anomalía gravimétrica cuyos valores oscilan entre 13 mGal y -58 mGal. La respuesta gravitacional de las islas Margarita y Los Testigos se asocia al Arco de Las Antillas Menores. El basamento del arco extinto de Aves se asocia a contornos de anomalía gravimétrica en el orden de 137-168 mGal.
Las serranías San Luis y Baragua se asocian a bajos de anomalías gravimétricas con valores entre -18 a -49 mGal y con orientación preferencial N59,3ºE. Igualmente se asocia la depresión del lago de Valencia a bajos de anomalías gravimétricas en el rango de -76 y -30 mGal. Los Andes Venezolanos se asocian de igual manera a bajos de anomalías de gravedad, cuyo rango es de -18 a 53 mGal y la orientación preferencial de sus contornos es de N43ºE aprox.
Se observa la expresión del sistema de fallas oblicuas, resultante del régimen tectónico transpresivo dominante al norte de Venezuela, tal es el caso del sistema de fallas de Urica, el cual corta oblicuamente la cuenca de Cariaco y la Cuenca Oriental de Venezuela, seccionando el eje de depositación de ambas cuencas y generando por consiguiente, depocentros en las direcciones oeste y este de la falla; la falla de San Francisco corta oblicuamente la Cuenca Oriental de Venezuela.
El Alto El Baúl se asocia a altos de gravedad en el rango de -15 a 17 mGal y genera una discontinuidad lateral entre la cuenca Oriental y la cuenca Barinas-Apure, se propone su ubicación entre los paralelos 8º y 10º norte y los meridianos 66º y 69º oeste. El mínimo observado en la parte central del Alto del Baúl, de magnitud aprox. -18 mGal se asocia a una posible expresión gravitatoria de estructuras de impacto.
La orientación preferencial de la respuesta gravitacional del graben de Espino es N68,7ºE aprox. Se propone una extensión de la paleoestructura Graben de Espino, desde el este del estado Guárico hasta la subcuenca de Maturín.
El escudo guayanés se asocia a bajos de gravedad, con anomalías gravimétricas en el orden de 0 mGal a -123 mGal. Existe una mayor concentración de los bajos de anomalías gravimétricas en la provincia Cuchivero.
– Mapa de anomalías magnéticas:
El sistema insular se caracteriza por la presencia de ACMT en el rango de -132 a 175 nT. La orientación preferencial de los contornos, permite la asociación de los bajos y altos de ACMT observados, a la respuesta magnética del basamento de las Antillas de Sotavento y al arco de las Antillas Menores respectivamente. A partir de esta observación, se tiene que el rumbo preferencial de la respuesta magnética del basamento de las Antillas de Sotavento es de aprox. N80ºW y la respuesta magnética del basamento del arco de las Antillas Menores tiene orientación preferencial N29ºE.
El nivel de referencia utilizado para las ACMT permite observar únicamente la respuesta magnética de las estructuras profundas, dado que las longitudes de onda corta asociadas a los efectos menos profundos y residuales, no son visibles a esta distancia.
Las costas central y oriental del sistema montañoso del Caribe se caracterizan por la presencia de valores de ACMT en el rango de -22 nT a 36 nT, y con una orientación preferencial N94ºW, los cuales se asocian al régimen tectónico transcurrente presente en el borde norte de la placa Suramericana.
La Serranía del Interior se distingue por tener contornos magnéticos en el orden de -3 a 34 nT, con orientación preferencial este-oeste. El corrimiento frontal de la Serranía del Interior está relacionado con la zona de deformación producto de la interacción placa Caribe-Suramericana. Sobre el área de la Fosa de Cariaco, se observan ACMT en el rango de 18 a 28 nT.
El contacto lateral de la provincia Imataca con el complejo Supamo está asociado a una zona de bajos de ACMT de orientación N54ºE.
La respuesta magnética del Alto del Baúl se asocia a las ACMT ubicadas entre los meridianos 65º y 67º oeste y los paralelos 8º y 10º, con valores en el rango de -47 a 88 nT.
– Análisis espectral:
A partir del análisis espectral realizado a los datos de gravedad absoluta, anomalía gravimétrica y anomalía de campo magnético total en la subcuenca de Maturín se determinó que la interfase corteza-manto se encuentra a una profundidad promedio en el rango de 44.5 y 38.5 Km. La interfase corteza superior-corteza inferior está en el rango de 22-24 Km y la base de la cuenca el rango de 10-13 Km.
– Mapa de basamento cristalino:
A partir del mapa de basamento cristalino, se determinó una profundidad máxima de 13121 m para la subcuenca de Maturín. La fosa de Cariaco se asocia a una depresión del basamento cristalino de orientación preferencial N32ºW y con valores de profundidad entre 5000 y 8000, esta depresión se prolonga al norte hasta la isla La Orchila.
La profundidad máxima del basamento cristalino en el Golfo de Paria es de aprox. 12086 m y se interpreta como un depocentro confinado (un sub-depocentro).