Desarrollo de un método de restitución de superficies plegadas utilizando datos paleomagnéticos (Pmag3Drest). Objetivos planteados y problemas encontrados
Resumen Abstract Índice Conclusiones
María José Ramón Ortiga
2011-B
Premio Opción B 2011
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Restituir, pasar del estado deformado al estado no deformado, es la herramienta clave para validar la reconstrucción de una estructura geológica. Concretamente se desarrolla un método de restitución para horizontes estratigráficos que han sido deformados bajo mecanismos de plegamiento flexural y que dan lugar a superficies de partida globalmente desarrollables: tienden a conservar el área pero han podido sufrir deformación en zonas puntuales. El criterio básico utilizado en los métodos de restitución es la horizontalidad de las capas en el estado no deformado. En este trabajo se ha añadido el paleomagnetismo (marcador estructural conocido antes y después de la deformación) para contar con una mejor referencia. El paleomagnetismo además se comporta como un marcador pasivo de la deformación.
Se implementa el método que incorpora el paleomagnetismo tomando como referencia Gratier et al. 1991. Se parte de una superficie definida mediante una malla de triángulos, los triángulos se abaten a la horizontal con la S0 y después son traslados y rotados con el fin de minimizar las distancias entre vértices comunes y el error paleomagnético. El paleomagnetismo sirve para anclar la superficie desde diversos puntos puesto que la rotación de los triángulos ya no es libre sino con respecto a una referencia. Para que la superficie final sea continua se cosen los vértices comunes en su punto medio. Finalmente se mide la deformación y cambio de área (dilatación) que sufren los triángulos en este proceso. La deformación obtenida en la restitución puede ser debida a una reconstrucción defectuosa o a deformación real de la superficie.
Se ha llevado a cabo la restitución de varios ejemplos teóricos, tanto de superficies desarrollables (cilindro) como de superficies con un poco de deformación (domo y cono deformado), utilizando y no información paleomagnética. Es necesario probar el método con modelos naturales, pero su implementación es costosa y el conocimiento de la estructura es siempre limitado. Es por ello que se han desarrollado también modelos a escala en los que se conoce la superficie en el estado deformado y no deformado. La digitalización de estos modelos se ha hecho gracias a un TAC de Rx con el que se obtienen secciones transversales de la estructura a partir de las cuales se reconstruye la superficie. Los modelos se llevan a cabo con mallas de plástico y neopreno y el paleomagnetismo se obtiene a partir de las lineaciones de la malla.
To test a reconstruction of a folded stratigraphic horizon it must be restored to its original unfolded stage with geological sense. Structural markers that can be known in both stages are needed. The basic assumption is the horizontality of the initial surface and in this work we add the paleomagnetism as a second reference. A stratigraphic horizon folded under flexural conditions leads to an almost developable surface, thus the restoration algorithm preserves areas and longitudes. The folded surface is defined with a triangular net. Each triangular element is laid flat to the horizontal and then fitted together: translated and rotated in order to minimize distances between common vertices and paleomagnetic error. After the fitting process, the triangles are welded to build a continuous surface where deformation and change of area are measured. Maximum deformation correspond with a mistaken reconstruction or with real deformation of the surface. Besides the theoretical examples, analog models, in which deformed and undeformed stages are known, are carried on. Models built with plastic nets and neoprene are digitalized using a CT scanner.
1.INTRODUCCIÓN…4
1.1.Fundamentos sobre restitución…4
1.2.Mejora: paleomagnetismo…7
2.DESARROLLO DEL MÉTODO DE RESTITUCIÓN…8
2.1.Métodos de restitución de superficie utilizados como referencia…8
2.1.1.Método de la Universidad de Grenoble (J. P. Gratier y colaboradores)…8
2.1.2.Método de la Universidad de Keele (G. D. Williams y colaboradores)…9
2.2.Incorporación del paleomagnetismo…11
2.2.1.Calidad y credibilidad de los datos paleomagnéticos…12
2.2.2.a95…13
2.2.3.Densidad de los datos…13
2.3.Otras modificaciones del método…13
2.3.1.Capas invertidas, polaridad…14
2.3.2.Cosido de la superficie restituida final (5º paso)…14
2.3.3.Optimizaciones. Simulated Annealing…14
2.4.Cuantificación de errores y deformación…14
2.4.1.Error paleomagnético…14
2.4.2.Dilatación…14
2.4.3.Deformación…15
3.DESARROLLO DE EJEMPLOS TEÓRICOS…16
3.1.Domo…16
3.2.Cono con deformación en la charnela…19
3.2.1.Comparación de los resultados obtenidos sin y con paleomagnetismo…20
3.2.2.Proceso de optimización…21
3.2.3.Precisión en los datos paleomagnéticos…23
3.2.4.Paleomagnetismo definido de manera puntual…24
4.DESARROLLO DE MODELOS EXPERIMENTALES…26
4.1.Modelos con TAC…26
4.2.Modelos con láser escáner…31
5.DESARROLLO DE MODELOS NATURALES…32
5.1.Situación geológica…32
5.1.1.Estratigrafía…33
5.1.2.El anticlinal de Sto. Domingo y su terminación occidental (cierre periclinal de San Marzal)…33
5.2.Datos disponibles para la realización de un modelo 3D…34
5.3.Metodología de la Reconstrucción 3D…37
5.4.Plan de Trabajo…37
6.CONCLUSIONES Y SIGUIENTES PASOS…39
6.1.Plan futuro…40
6.1.1.Desarrollo del método…40
6.1.2.Desarrollo de ejemplos…40
Anexo 1: Ecuaciones utilizadas para la implementación del método de restitución…41
Anexo 2: Cálculo del elipsoide de deformación…44
Anexo 3: Programa de procesado integral de datos paleomagnéticos…45
Bibliografía…46
Añadir el paleomagnetismo a los métodos de restitución existentes reduce el número de variables y por tanto limita las posibles soluciones. Cuanto mayor es la densidad y precisión de los datos paleomagnéticos más certero es el resultado.
Si la superficie de partida es completamente desarrollable y los datos paleomagnéticos son correctos, la superficie restituida no presenta deformación alguna y tiene la misma forma para la restitución con y sin paleomagnetismo. El paleomagnetismo sirve en este caso para corregir rotaciones de eje vertical.
En el caso de que la superficie haya sido parcialmente deformada, el paleomagnetismo puede en algunos casos ayudar a localizar las zonas de máxima deformación. Al tener anclada la superficie por más puntos se evita la propagación de errores y la restitución es más independiente del punto por el que se empieza a desplegar.
Los modelos experimentales son imprescindibles para probar el método puesto que permiten conocer la superficie en el estado deformado y no deformado. Se ha encontrado dificultad en la reconstrucción de los modelos a partir de las secciones del TAC, es necesario por tanto seguir trabajando para obtener una mejor precisión.