Discriminación potencial de facies arrecifales por métodos geofísicos: aplicación a los pináculos arrecifales del

Kimmeridgiense de Jabaloyas (Teruel)

Potential discrimination of reefal facies by means geophysical methods: studied case of the Kimmeridgian pinnacle reefs of Jabaloyas (NE Spain)

Óscar Pueyo Anchuela, Galo San Miguel, Víctor Martínez, Marcos Aurell y Beatriz Bádenas

Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza, c/ Pedro Cerbuna, nº12, 50009 Zaragoza, España. opueyo@unizar.es, galo.sanmiguel@gmail.com, vicmartinezgarcia@hotmail.com, maurell@unizar.es, bbadenas@unizar.es

ABSTRACT

A group of geophysical techniques has been applied at a structural plat-form to analyze the sensitivity and potential availability of discrimination ofUpper Jurassic (Kimmeridgian) pinnacle reefs at Jabaloyas (Iberian Chain.NE Spain). The obtained results show distinctive signatures at magnetic sus-ceptibility (changes at Earth magnetic field and vertical magnetic gradient),apparent conductivity and Ground Penetrating Radar refraction style be-tween pinnacles and inter-reef facies. These results and their meaning sup-port that the described integrated geophysical methodology is able to unravelthe 3D structure of these types of rocks.

Key-words: Pinnacle reefs, Ground Penetrating Radar, magnetometry, EMbroadband multifrequency survey, Iberian Chain.

RESUMEN

Un grupo de técnicas de prospección geofísica se ha aplicado a unaplataforma estructural para analizar la sensibilidad y capacidad potencial dediscriminación de pináculos arrecifales del Jurásico Superior (Kim-meridgiense) en Jabaloyas (Cordillera Ibérica, NE España). Los resultadosobtenidos muestran diferencias entre los cuerpos arrecifales y el medio en elque se incluyen atendiendo a la susceptibilidad magnética (cambios de la in-tensidad del campo magnético terrestre y el gradiente magnético vertical),a la conductividad aparente y al estilo de los patrones de reflexión en los per-files de georradar. Estos resultados y su significado soportarían la posibilidadde realizar reconstrucciones tridimensionales de los cuerpos arrecifales através del análisis integrado de las técnicas geofísicas propuestas en los ma-teriales analizados.

Palabras clave: Pináculos arrecifales, georradar, magnetometría,prospección electromagnética multifrecuencia, Cordillera Ibérica.

Geogaceta, 51 (2012), 95-98. Fecha de recepción: 28 de junio de 2011ISSN:2173-6545 Fecha de revisión: 3 de noviembre de 2011

Fecha de aceptación: 25 de noviembre de 2011

Copyright© 2012 Sociedad Geológica de España / www.geogaceta.com 95

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Introducción

En las proximidades de la localidad de Ja-baloyas (Teruel) los materiales de la Fm To-rrecilla (Kimmeridgiense Superior) mues-tran un sistema de crecimientos arrecifalescon morfología de pináculo, que han sidoanalizados en numerosos trabajos estrati-gráficos y sedimentológicos (Aurell y Báde-nas, 2004; Fig. 1A)

Estos crecimientos arrecifales represen-tan desarrollos verticales de escala deca-métrica (hasta 16 metros), contactos lateralessubverticales y distintos episodios de creci-miento (Fig. 1B). Los pináculos arrecifalesmuestran texturas de tipo framestone, con di-ferente proporción de formas coloniales(corales y estromatopóridos), costras micro-

biales, y sedimentos internos. Las zonas inter-arrecifales están compuestas principalmen-te por facies de micrita y en menor medidapor facies granosostenidas peloidales y bio-clásticas.

La estructura de la zona de estudio estácompuesta por pliegues laxos con flancos debajo buzamiento y de amplio desarrollo. Porotro lado, se identifican varios sistemas de frac-turas con movimiento normal y asociados apequeños desplazamientos verticales (en al-gunos casos de escala métrica) Los espléndi-dos afloramientos a lo largo de las inmedia-ciones de la localidad de Jabaloyas a travésde distintos barrancos y una estructura generalsimple y bajos buzamientos, permiten por unlado el análisis directo de las relaciones y cam-bios de facies entre las distintas unidades y por

otro lado, pueden permitir un análisis geofí-sico a través de plataformas estructurales debajo buzamiento donde el espesor de la co-bertera cuaternaria es, en general, baja.

La zona de estudio, por otro lado, ha sidorecientemente recreada tridimensionalmen-te a partir de la integración de secciones bi-dimensionales de la zona (San Miguel et al.,2011).

Con el objetivo de analizar la posibilidadde obtener datos indirectos de la estructu-ra de dichos sistemas arrecifales, se ha ele-gido una plataforma estructural localizada alS de la localidad de Jabaloyas (2.7 Ha; Fig.1C) para el establecimiento de un campo depruebas donde analizar la potencialidad dedistintas técnicas para discriminar los cuer-pos arrecifales.

Fig. 1.- A) Cartografía geoló-gica y localización de la zonade estudio. B) Aspecto de lospináculos arrecifales en lasproximidades de Jabaloyas(Teruel). C) Modelo topográ-fico oblicuo de la zona de es-tudio.

Fig. 1.- A) Geological cartogra-phy and location of the stud-ied area. B) Reefal pinnaclesaspect in the proximities of Ja-baloyas (Teruel) and C)Oblique aerial photographfrom the studied area.

El análisis de fotografía aérea muestratambién una serie de estructuras circulares-elípticas que han sido identificadas en cam-po como correspondientes a cortes en su-perficie de los pináculos arrecifales (Fig. 2A).Este aspecto puede permitir también una con-trastación directa de los resultados geofísi-cos obtenidos con datos directos de aflora-miento.

Técnicas de prospección y metodología

La prospección geofísica ha consistido enmagnetometría (medida de intensidad ygradiente vertical del campo magnético te-rrestre), prospección electromagnética de fre-cuencia variable (frecuencias entre 0.5 a 65KHz) y georradar (GPR; antenas con fre-cuencias centrales de 50, 100 y 250 MHz).

La prospección por magnetometría (me-dida de la intensidad de campo magnéticoterrestre y gradiente vertical de campox=0.5m) se ha realizado con un equipoGSM-19 geoposicionado y un equipo PMG-01 como base durante la prospección. Laprospección se ha realizado con el objetivode obtener un mallado denso con repre-sentatividad métrica con perfiles paralelosy en dos direcciones perpendiculares(12388 puntos de medida). Se ha realizadola corrección diurna y cálculo de la anoma-lía residual de campo para la realización demapas de intensidad residual y gradientevertical de campo.

La prospección geofísica electromagné-tica de frecuencia variable se ha realizado através de perfiles paralelos geoposicionadosy para 5 frecuencias de análisis diferentes(GEM-02, 18351 puntos de medida). Elcambio de la frecuencia de muestreo produce

una variación del recorrido de la onda emi-tida, siendo mayor el intervalo de profundi-dad analizado para las frecuencias menores(prospección de 0.5 a 65 KHz). Los datos ob-tenidos de la prospección (onda en fase y cua-dratura) han sido utilizados para el cálculode la conductividad eléctrica y susceptibili-dad magnética aparentes para los distintosintervalos de profundidad (frecuencias).

Tanto los datos de magnetometría y deprospección EM de frecuencia variable se hanutilizado para la confección de mapas de ano-malías.

La prospección por georradar se ha rea-lizado a lo largo de la superficie de pros-pección con antenas no apantalladas (50MHz) y apantalladas (100 y 250MHz) de lacasa Ramac. La prospección lineal representa6524 metros.

Con los equipos de 50 y 100 MHz se harealizado un mallado denso de perfiles pa-ralelos a lo largo de la superficie de pros-pección con dos configuraciones de pros-pección (variando los intervalos de toma dedatos y los intervalos temporales verticalesde prospección). Puntualmente se han rea-lizado perfiles con los equipos de mayor fre-cuencia en la zona de estudio. El procesadode los datos ha consistido en aplicación deganancias (lineal y exponencial), filtro de fre-cuencias fuera de rango y suavizado de losperfiles (medias progresivas de disparosconsecutivos -running average- y suavizado–stacking).

El cálculo de la constante dieléctrica y lapropagación de las ondas en el medio se harealizado a partir del ajuste de hipérbolas dedifracción en los perfiles. Estos datos han sidoutilizados también para la migración poste-rior de algunos de los perfiles. No se han iden-tificado variaciones significativas de la ve-

locidad de propagación de las ondas a lo lar-go de los medios analizados. Se ha utiliza-do en el cálculo de profundidades una ve-locidad de propagación media de 9.8 m/ns.

Resultados

Magnetometría

Los mapas residuales de anomalíasmagnéticas de la zona muestran variacionesde hasta 4nT. En algunos casos estos cam-bios se presentan según alineaciones de di-polos magnéticos a lo largo de toda la zonaprospectada.

Se identifican también algunos sectorescon valores relativos menores (2nT respec-to la media de la zona) que muestran mor-fologías circulares a elípticas en planta.

Los mapas de gradiente vertical de cam-po magnético muestran pequeñas anomalí-as de signo negativo que bordean zonas congradiente vertical positivo (entre 0.3 a 0.7nT/m; Fig. 2B). Los mapas de gradiente tam-bién muestran alineaciones con correlaciónlineal de dipolos magnéticos tanto de tiponormal como inverso.

Estas anomalías de intensidad y gradientevertical de campo son compatibles con la pre-sencia de cuerpos de menor susceptibilidadmagnética relativa, que generan descensosde campo magnético y una orla externa dedipolos negativos de gradiente de campo.

EM de frecuencia variable

Las mayores variaciones de conductivi-dad se suceden para las mayores frecuenciasde muestreo y se encuentran asociadas a ali-neaciones con correlación lateral a lo largode toda la zona prospectada (Fig. 2C). Con

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independencia de estas anomalías, el restode la zona muestra variaciones de entre 3 y5 mS/m que desarrollan anomalías conmorfología circular-elíptica mejor definidasen los rangos de frecuencias más superficiales(Fig. 2D).

Georradar

Los perfiles de georradar muestran com-portamientos similares para los distintos equi-pos utilizados, permitiendo definir a nivel ge-neral dos tipologías de comportamiento delas ondas en el subsuelo (Fig. 2E).

Un medio A de comportamiento hete-rogéneo y asociado a multitud de anomalí-as puntuales, comportamiento más reflecti-vo y ecos verticales en los perfiles frente a unmedio B de tipo mucho más homogéneo, quese acomoda superficialmente al medio A oque presenta disposición horizontal o para-lela. El contacto entre ambas unidades sue-le ser neto y desarrolla contactos de tipo sub-vertical. Esta separación en dos medios esmás evidente en los equipos de prospecciónde mayor frecuencia (Fig. 2E).

En los perfiles, con independencia de losequipos utilizados, se identifican una serie deagrupaciones de anomalías con geometría hi-perbólica. Estas anomalías se disponen a lolargo de planos subverticales o ligeramenteinclinados hacia el W. En el caso de los equi-pos de menor frecuencia el buzamiento deestas alineaciones se incrementa y en lo per-files migrados representan interrupciones sub-verticales de la estructura de los materialesanalizados.

Estas agrupaciones de anomalías o con-tactos laterales se correlacionan entre dis-tintos perfiles paralelos y afectan a toda lasuperficie prospectada.

Discusión

El análisis comparado de la distribuciónen planta de las anomalías identificadas a lolargo de la zona de prospección junto con lacartografía geológica realizada a partir delanálisis de ortofotografías aéreas y contras-tación en campo, permite establecer una se-rie de correlaciones. En asociación con las evi-dencias superficiales de facies arrecifales encampo (o en fotografía aérea) se identificananomalías de pequeño desarrollo de campomagnético compatibles con cuerpos de me-nor susceptibilidad media y que desarrollandipolos de gradiente negativo en su entor-no, ascenso local del gradiente magnético en

el interior (gradiente positivo) y anomalías ne-gativas de intensidad de campo magnéticoresidual.

En el entorno de estas anomalías ycoincidiendo con los descensos de campomagnético se identifican descensos localesde la conductividad aparente. Esos cambiosestán mucho más desarrollados en los in-tervalos de prospección electromagnéticosmás someros.

En el caso de los perfiles de georradar,los medios arrecifales se correlacionan concuerpos inhomogéneos asociados a multitudde anomalías puntuales definiendo cuerposdelimitados lateralmente por contactos dealto buzamiento (Fig. 2E).

Para los equipos de prospección de me-nor frecuencia, aunque el contraste de re-flectividades está presente, suele ser más evi-dente la localización de estas facies a par-tir de ecos verticales aparentes en los perfi-

les de georradar o mayor profundización apa-rente (Fig. 3A)

Las alineaciones identificadas en foto-grafía aérea e interpretadas como compati-bles con estructuras frágiles tienen su im-pronta en las técnicas de prospección geo-física a través de: i) alineaciones de dipolosmagnéticos en intensidad y gradiente, ii) ali-neaciones de picos de conductividad aparentey iii) agrupación de anomalías con geome-tría hiperbólica o contactos laterales sub-verticales en los perfiles de georradar mi-grados y con correlación directa entre per-files paralelos.

La comparación entre los elementosidentificados en fotografía aérea y las ano-malías geofísicas muestra la correlacióndescrita. Sin embargo, existen anomalías desimilares características sin evidencias su-perficiales que representan las mismas ca-racterísticas que los edificios arrecifales o ano-

Fig. 2.- A) Cartografía geológica desarrollada sobre ortofotografía. B) Mapa de gradiente magnéticovertical de campo. C) Mapa de susceptibilidades aparentes para la frecuencia de 0.5KHz. D) Mapa deconductividades aparentes para la frecuencia de 65 KHz. E) Perfil de georradar realizado con el equipode 250 MHz (la localización del perfil está marcada en el resto de las figuras).

Fig. 2.- A) Geological cartography developed over orthopho. B) Vertical magnetic gradient map. C) Ap-parent susceptibility map developed for 0.5 KHz frequency. D) Apparent conductivity map for 65 KHzfrequency. (E) GPR profile with 250 MHz device (location of profile is marked in the rest of figures).

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malías compatibles con pequeñas fallaspero sin impronta significativa en las foto-grafías aéreas analizadas.

Conclusiones

Se ha realizado un análisis de contras-tes físicos y de la sensibilidad de distintas téc-nicas geofísicas en la identificación y discri-minación de cuerpos arrecifales con morfo-logía de pináculo en la localidad de Jabalo-yas.

Las condiciones de prospección sobre unaplataforma estructural de bajo buzamientoy con superficie de prospección directa-mente sobre las bioconstrucciones ha per-mitido analizar la sensibilidad de distintas téc-nicas con un espesor de aluvial mínimo o casiinexistente.

Las técnicas utilizadas presentan ano-malías identificables sobre los distintos edi-ficios identificados y estructuras frágiles de

la zona. Sin embargo, en algunas ocasiones,no presentan resultados inequívocos por loque su interpretación no es directa. Por otrolado, la correlación entre distintas técnicasaplicadas y su diferente significado, sí pare-cen permitir discernir el origen de las distintasanomalías.

Cambios del gradiente vertical de cam-po magnético (compatibles con cuerpos debaja susceptibilidad), descensos de la con-ductividad aparente de los materiales y me-dios de comportamiento heterogéneo en elgeorradar (medios de tipo A) parecen ser loscriterios para la cartografía en planta de losdistintos cuerpos arrecifales.

En el caso de los perfiles de georradar,los equipos de mayor frecuencia muestranuna alta posibilidad de identificación de losedificios arrecifales, pero presentan profun-didades de prospección limitadas. La inte-gración de equipos de alta y baja frecuenciajunto con otras de las técnicas descritas, pue-

de ayudar a disminuir la incertidumbre del ori-gen de algunas de las anomalías identifica-das en los perfiles de georradar.

A modo tentativo preliminar, a partir dela integración de los distintos datos obteni-dos y los perfiles de georradar con antenasde 50 MHz, se ha realizado una delimitaciónde cuerpos arrecifales (medios de tipo A) enlos distintos perfiles. A partir de esta deli-mitación se ha realizado un modelo de co-rrelación entre perfiles para obtener una vi-sión en perspectiva del desarrollo de los dis-tintos sistemas arrecifales (Fig. 3B).

Las principales conclusiones de dicho mo-delo son que algunos de los afloramientosidentificados en la zona parecen formar par-te de distintos afloramientos del mismocuerpo arrecifal en profundidad. Esta inter-pretación permite analizar el origen de al-gunas de las anomalías en la zona sin aflo-ramiento o la ausencia de una correlación di-recta en los bordes de algunas de las ano-malías y los materiales identificados en su-perficie.

Las pequeñas fallas identificadas, aún evi-dentes en las distintas técnicas, no parecenpresentar saltos apreciables en la zona de es-tudio.

Es esperable que a lo largo de la conti-nuación de los trabajos en la zona y a la luzde estos resultados preliminares, sea posiblerealizar un modelo tridimensional más de-tallado donde analizar también la sensibili-dad de los cambios de facies y no sólo loscontactos entre unidades arrecifales (piná-culos) y medios interarrecifales.

Agradecimientos

Este trabajo forma parte de los objetivos delos Grupos de Investigación consolidados del Go-bierno de Aragón: subvencionados por el FondoSocial Europeo: “Reconstrucciones Paleoam-bientales” y “Geotransfer” de la Universidad deZaragoza. Los autores agradecen las sugerenciasde Antonio M. Casas Sainz, un revisor anónimoy los editores de Geogaceta.

Referencias

Aurell, M. y Bádenas, B. (1997). Cuadernos de Geo-logía Ibérica, 22,37-64.

Bádenas, B. y Aurell, M. (2001) Paleogeography,palaeoclimatology, palaeoecology, 168, 291-310.

San Miguel, G., Martínez, V., Aurell, M., Bádenas,B., Caline, B., Pabian-Goyheneche, C., Rolan-do, J.P. y Grasseau, N. (2011) En: 28th IAS Me-eting of Sedimentology, Abstracts, 253.

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Fig. 3.- A) Perfil de georradar realizado con el equipo de 50 MHZ y utilizado para el desarrollo del mo-delo. B) Modelo en falso relieve obtenido de la interpretación de los perfiles de georradar y recons-trucción preliminar de la geometría de los pináculos.

Fig. 3.- A) GPR section developed with 50 MHz device along the area and used for the model devel-opment. B) Shaded relief map from the interpretation of GPR sections along the studied zone and pre-liminary model of reconstruction of pinnacle geometries.