VOL. XXXIV, NUM. 1, 1982.

METODO DE INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DE MAPAS GRAVIMÉTRICOS Y SU APLICACIÓN EN LA ZONA SUR DE PETRÓLEOS MEXICANOS

Roberto Moreno Castillo *

R E S U M E N

S e desarrolla un método de análisis cualitativo, con base en la experi­mentación con modelos gravimétricos, de áreas en las que se conoce la geología del subsuelo. Este método permite:

— L a separación de las diferentes anomalías que aparecen en un mapa de Bouguer, de acuerdo con sus dimensiones y que se cla­sifican en dos tipos: regionales y residuales.

— Obtener en ese mapa, una visión más amplia de otras caracterís­ticas, como son zonas de gradientes fuertes, cambios en los ejes, etc., pueden relacionarse con rasgos estructurales del subsuelo, como fallas y/o cambios de facies.

— Extraer más información sobre la naturaleza de las rocas del sub­suelo, que originan las anomalías .

—Integrar otros datos geofísico-geológicos, para la interpretación óptima del área, regional y local.

— Elaborar modelos geológicos bi y tridimensionales, que se acer­quen más al modelo estructural real del área en estudio.

Probablemente este método de análisis pueda aplicarse a mapas m á g netométricos.

S u aplicación se realizó en el área San Juan Evangelista, en la Zona Sur de Petróleos Mexicanos.

A B S T R A C T

An analytic method for gravimetric models is developed in areas where the subsurface geology is known from previous studies.

This method allows for the separation of the Bouguer Gravity Map into its different components (regional and residual) .

Suptcia. Gral. Dttos. Exploración. Zona Sur. Petróleos Mexicanos.

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BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.

I. I N T R O D U C C I Ó N

L a prospecc ión gravimetr ica involu­cra la mediación de las var iac iones del c a m p o gravi tac ional terrestre. L a s mediciones se efectúan sobre la superficie o sobre aviones , o sobre barcos . L a gravimetr ia es un método cuya fuente es natural y en la que las var iac iones locales de la d e n s i d a d y de la pro fund idad de enterramien­to de l a s rocas , c a u s a cambios con­s iderables en el c a m p o grav i ta tor io medio de la tierra.

Cua lqu ier m a p a de a n o m a l í a s de B o u g u e r ( F i g . 1) es el re su l tado final del levantamiento gravimetr ico y sobre él, se aprec ian numerosos eventos o a n o m a l í a s que son de d o s c la se s : máx imos y mínimos.

L o s primeros corresponden a a n ­ticlinales en o cerca de la superficie o a cuerpos d e n s o s ( cambios de f a ­c ies) y los mínimos a sinclinales o a cuerpos de menor dens idad como d o m o s s a l i n o s , d iapiros arci l losos , etc.

E s t a s anomal ía s se caracter izan por su ampl i tud ( A ) y longitud de o n d a ( Л ) . p u d i e n d o di ferenciarse entre ellas, de a c u e r d o con estos p a ­rámetros . Por e jemplo , en la gráf i ca de la f igura 2 se aprec ian tres a n o ­

mal ías que tienen ampl i tudes d i f e ­rentes y longi tudes de o n d a A., > A : ; > A , . , .

C o m ú n m e n t e se utiliza el término frecuencia, en lugar de número de o n d a ( inverso de la longi tud d e on­d a ) y se indica que las a n o m a l í a s de b a j a frecuencia corresponden a longitud de o n d a l a r g a , las d e f r e ­cuencia media a longitud de o n d a media y las de a l ta frecuencia a lon­gitud de o n d a corta .

L a s a n o m a l í a s de b a j a frecuen­cia se denominan anomalías regio­nales y l a s de media a a l ta frecuen­cia son las anomalías residuales.

L a s a n o m a l í a s reg iona les es tán re lac ionadas comúnmente con even­tos geo lóg icos que ocurren a g r a n p r o f u n d i d a d (pueden ser del orden o m a y o r e s de 8 k m ) , y las r e s i d u a ­les es tán o c a s i o n a d a s por r o c a s a menor p r o f u n d i d a d ( d e 1 a 8 kms a p r o x i m a d a m e n t e ) .

L a s a n o m a l í a s res idua les r e g u l a r ­mente es tán o c a s i o n a d a s por eventos geo lóg icos dentro de la co lumna s e ­dimentaria , pud iendo corresponder a rocas suscept ib les de a l m a c e n a r hi­d r o c a r b u r o s .

E s de no tarse que al describir el regional como el efecto de " g r a n d e s e s t ruc turas p r o f u n d a s " , debe cons i -

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The method provides a large vision of zones with s trong gradients , ax is changes, etc. The data is related to subsurface structural characters, like faults, facies changes, etc.

Its application was carried out in the San J u a n Baut i s ta area, of the southern part of Mexico.

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Fig. 1. Anomalías de Bouguer. 1«

BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.

d e r a r s e en términos de la e sca la uti­l i zada en la prospecc ión e ind icada en el m a p a ; lo mismo es và l ido p a r a el efecto residual ( e s to es, el t a m a ­ño de una anomal ía residual en la prospección petrolera, puede corres ­ponder a un efecto regional en Ir exploración m i n e r a ) .

II . S E P A R A C I Ó N R E G I O N A L -

R E S I D U A L

Exi s ten d iversos métodos p a r a remover o s e p a r a r el efecto reg ional de un m a p a de B o u g u e r , pero casi todos se c las i f ican en d o s c a t e g o ­r í a s : grá f i cos y anal í t icos .

M u c h a s veces ocurre que las a n o ­mal ías reg ionales predominan sobre un m a p a de B o u g u e r y dif icultan el reconocimiento de los efectos m á s pequeños , sobre todo en el c a s o en que tienen dimensiones y or ientacio­nes diferentes .

L a s a n o m a l í a s re s idua le s r e g u l a r ­mente se aprec ian sobre un m a p a de

B o u g u e r , como inflexiones de las cur­v a s i s o a n ó m a l a s , s u p e r p u e s t a s a las a n o m a l í a s reg ionales . Por ejemplo, en el c a s o del m a p a de la F i g u r a 3, en el que la anomal ía res idual , C l a p a r e c e s u p e r p u e s t a a un mínimo regional .

E l método de interpretación que se desarro l la aquí , cons idera la s e ­parac ión de las a n o m a l í a s reg ionales y res iduales sobre el propio m a p a de Bouguer , t o m a n d o en cuenta sus carac ter í s t i cas pr inc ipales como son la frecuencia y la ampl i tud.

A , te de e s t a s caracter í s t i ca una an lal ía, ex is te otro p a r á m e t r o que di nde d e a m b a s y que se uti-'iza p a r a carac ter i zar la . E s t e p a r á -

etro se def ine como la d i s tanc ia ( p r o y e c t a d a sobre el e je X ) que s e ­p a r a los puntos de a m b o s f lancos de una anomal ía , d o n d e ella tiene la mitad de su ampl i tud y se denota por X y , .

Al medir este p a r á m e t r o a lo lar ­go d e una anomal ía , se pueden en­contrar los límites de s e p a r a c i ó n entre m á x i m o s y mínimos como se aprec ia en la grá f i ca de la F i g u r a 4.

E n a l g u n o s c a s o s se dif iculta o b ­tener los límites de las a n o m a l í a s res idua les , y a s e a p o r q u e ex is te b a j a d e n s i d a d en las l íneas o b s e r v a d a s o p o r q u e no se l o g r a n definir total ­mente en el á r e a , p e r o es pos ib le , aún en este caso , indicar los límites en forma tentat iva y p r o p o n e r n u e ­vos t r a b a j o s de prospecc ión g r a v i ­metrica p a r a def inir las mejor .

A h o r a , t o m a n d o el m a p a de B o u ­guer ( F i g . 3 ) como un e jemplo , se p u e d e indicar que exis ten v a r i a s a n o ­mal ías reg iona le s ( F i g . 5 ) .

E n la porción central del á r e a se d e s t a c a un mínimo reg ional y s i ­t u a d o s p a r a l e l a m e t n e en a m b o s f lan­cos de e s ta anomal ía , se local izan d o s m á x i m o s reg iona les .

H a c i a la porción S W de la re ­gión se logra definir también un f lan­co d e otro mínimo.

L o s e je s de e s t a s a n o m a l í a s se indican en forma interrumpida , p e r o más a d e l a n t e se les re lac iona con

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Fig. 2. Anomalías gravimétricas.

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Fig. 3. Anomalías de Bouguer.

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Fig. 4. Definición de X 1/2.

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Fig. 5. Anomalias regionales.!

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r a s g o s estructurales como fal las y / o cambios de facies.

S u p e r p u e s t a s a las anomal ías re ­gionales , sobre el m a p a de Bouguer . se a p r e c i a n numerosas anomal ías que se indican s e p a r a d a m e n t e en el m a p a de anomal ías res iduales ( F i g . 6 ) .

L a s anomal ías res iduales , m á x i ­mos y mínimos, de esta región tienen dimensiones similares y sus ejes d i s -continu se orientan en dirección S W - N L

L a s interrupciones de los ejes de las anomal ías res iduales se anal izan m á s ade lante y se relacionan tam­bién, como en el caso de las a n o ­mal ías regionales , con la presencia de posibles fal las y / o cambios de facies .

III. I N T E R P R E T A C I I O N

C U A L I T A T I I V A

A partir de los m a p a s regional y

res idual es posible establecer una in­

terpretación cualitativa del área en

estudio.

E n principio, a partir del mapa regional se construye otro, al que se denomina Interpretación R e g i o n a l ( F i g . 7 ) ; en él so lamente se indican los límites de las anomal ías regio­nales y, de acuerdo con las bases de la teoría gravimetrica y con los modelos o b s e r v a d o s en o tras áreas , se puede des tacar lo s iguiente:

1. E l mínimo regional de la por­ción central del área puede estar ori­

g inado por una "cuenca sedimenta­ria" asimétrica de origen terciario y los máximos parale los sólo son con­secuencia de la asimetría de la cuen­ca, o bien,

2. L o s m á x i m o s gravimétricos indican la presencia de un b a s a m e n ­to alto o denso en e sas zonas y un basamento más bajo o de meno.-- den­s idad en el mínimo.

E s t a s dos hipótesis son las más comunes en la interpretación geoló­gica de los da tos gravimétricos y no son excluyentes una de la otra, por­que pueden suceder también que a m ­bos, m á x i m o s y mínimos, tengan también un signif icado geológico in­dependiente c a d a uno.

S e puede señalar que, cuantitati­vamente, e s tas anomal ías , sin distin­ción entre máximos y mínimos, de acuerdo con las dos hipótesis verti­d a s anteriormente, podrían ser oca­s i o n a d a s por c u e r p o s rocosos que pueden tener distinta dens idad, pero local izados a profundidades muy se ­mejantes .

E s importante, en este punto, in­tegrar con esta interpretación los d a ­tos p r o v e n i e n t e s de o tras fuentes como geología, s ismologia, magneto ­metría, etc., y así presentar la inter­pretación m á s a d e c u a d a posible del área , d e s d e un punto de vista re­gional.

A partir del m a p a residual, se construye, en forma similar al caso anterior, otro m a p a que se denomi­na "estructuras gravimétricas". ( F i g . 8 ) , en el que sólo se indican los

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Fig. 6. Anomalías residuales.

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Fig. 8. Estructuras gravimétricas.

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límites de las anomal ías res iduales de máximos y mínimos.

L o s máx imos gravimétricos res i ­duales constituyen, en la mayoría de los casos , zonas de interés económi­co-petrolero, p o r q u e pueden estar ocas ionados por estructuras anticli­na les o bien, indican la presencia de cuerpos densos , y los mínimos, qui­zás , sólo correspondan a los flancos de e s tas es tructuras .

T a m b i é n , se puede presentar el c a s o de que los mínimos constituyan sinclinales o indiquen la presencia de rocas l igeras , como sal o arcilla, y los máximos , sólo sean consecuencia de ellos.

T a m b i é n aquí , los d a t o s adic io­nales geof ís icos y geológicos ex i s ­tentes, in tegrados a la interpretación gravimetr ica , pueden util izarse p a r a establecer la hipótesis más a d e c u a ­da, p a r a c a d a anomal ía por s e p a ­r a d o o en su conjunto.

L Q S d a t o s de dens idad de los af loramientos , de muestras de pozos y, aún más , de los regis tros de den­s idad , permiten establecer en un área , cuál es la roca o rocas d e n s a s que predominantemente originan las ano­mal ías gravimétr icas . Por ejemplo, el máx imo " C a c t u s " ( F i g . 9 ) , está ori­g inado principalmente por c a l i z a s cretác icas de a l ta dens idad (2 .70 g / cm^) .

L a frecuencia, el gradiente y la intens idad de una anomal ía residual son las caracter ís t icas principales que permiten conocer la profundidad y

dens idad de las rocas que las ori­ginan.

A p a r t e de la interpretación es­tructural y / o estrat igráf ica de l a s anomal ías , sobre un m a p a de Bou­guer, aparecen a lgunas característ i ­cas como la presencia de fuertes gradientes , cambios bruscos de má­ximo a mínimo parale los y discon­t inuidades de los ejes, que se rela­cionan directamente con la presen­cia de r a s g o s estructurales como se menciona a continuación:

A ) E n el mapa Bouguer ( F i g . 3 ) se localiza en la porción S W un fuerte gradiente, que separa a un máximo de un mínimo regional, ca­racterística que se extiende por varios kilómetros y que en el mapa de in­terpretación regional ( F i g . 7 ) , se relaciona con una posible falla ( F -1 ) , que indica la caída de la estruc­tura anticlinal hasta un posible sin-clinal. E s factible también que esta falla sólo indique un cambio de com­posición química del basamento .

B ) Coincidiendo con un mode­lo teórico de falla ( loza semi-infini­t a ) , se pueden postular var ias fal las como F - 2 y F - 3 , a las que, inclusive, se les puede calcular el espesor de su caída.

E n este caso , las fal las F - 2 y F - 3 definen a la estructura C l como un anticlinal fal lado. ( F i g . 8 ) . E s t a s fal las también pueden ser inversas .

C ) S e postula también la exis­tencia de una falla y / o cambio de facies cuando se tiene un cambio la-

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Fig. 9. Máximo H r a v i m ' * •

gravimetrico Cactus.

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teral de máximo a mínimo, como en el caso de F - 4 . ( F i g . 8 ) .

D ) L a s discontinuidades en los ejes de las anomal ias pueden corre­lacionarse a través de varios kilóme­tros, e s tando o c a s i o n a d a s por el p a s o de posibles fal las de desplazamiento y / o normales , como se ejemplifica en la figura 9, con la posible falla F - 5 .

I V . A P L I C A C I Ó N E N E L A R E A

S A N J U A N E V A N G E L I S T A

E l a r e a : S a n Juan Evange l i s ta se localiza en la planicie costera del Go l f o de M é x i c o , al S u r franco de S a n A n d r é s T u x t l a , Ver . , y al S W de C oat z ac oa l cos , V e r . ( V e r mapa índice, F i g . 1 0 ) .

E l levantamiento gravimetrico del área S a n Juan E v a n g e l i s t a ( F i g . 1 1 ) , data de la d é c a d a de los años 50's y constituye una fuente impor­tantísima p a r a evaluar y localizar zonas de i n t e r é s económico-petro­lero.

Al apl icar el método en esta área , se construye en primer lugar, el m a p a regional ( F i g . 1 2 ) , y en él sólo se logran definir parcialmente dos anomal ias :

El mínimo "Cuenca de V e r a c r u z " y el máximo "Los T u x t l a s " .

A partir de es tas anomal ías y en forma s e p a r a d a , sólo indicando sus límites, se construye la interpreta­ción regional ( F i g . 1 3 ) , donde se considera que el mínimo está a s o ­ciado a una cuenca sedimentaria.

E n esta región se han per forado varios pozos y se ha comprobado la existencia de una gran depresión ( C u e n c a Terc iar ia de V e r a c r u z ) , que está relacionada con el mínimo gravimetrico.

E l máximo L o s T u x t l a s coincide con la presencia de una zona vol­cánica en la superficie, pero por su frecuencia y amplitud similar al mí­nimo, quizás esté relacionado más con la presencia de un basamento de mayor d e n s i d a d que el de la b a s e de la cuenca.

L a zona volcánica local izada en esta área , sólo evidencia la presen­cia de grandes f isuras, desde la zona magmàt ica hasta la superficie.

Sobre ambos flancos del mínimo regional "Cuenca de V e r a c r u z " , se localizan var ias anomal ias , que se ca ­racterizan por su semejanza en fre­cuencia y amplitud, pero que no tienen en general una orientación definida y sus ejes sufren numerosas interrupciones. ( F i g . 1 4 ) .

A partir del conocimiento de la litologia y de las dens idades de las rocas del área , obtenidas de la per­f o r a c i ó n de pozos del área (por ejemplo, Ateponta 1, F i g . 1 4 ) , se puede inferir, que en general existe un contraste de dens idad de 0.20 g/cm*, entre las cal izas arci l lo-are­nosas del Terc iar io (2 .50 g/cm^) y las ca l izas b iógenas del Mesozoico; lo que permite suponer que la ma­yoría de las anomal ías res iduales del área S a n Juan Evange l i s ta , corres ­ponden a estructuras mesozoicas; sin

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BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.

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Fig. 10. Mapa indice.

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Fig. 11. Anomalias de Bouguer. San Juan Evangelista.

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BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

Fig. 12. Anomalías de Bouguer-Regional. San Juan Evangelista.

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Fig. 13. Anomalías de Bouguer-Residual. San Juan Evangelista.

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BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

C O V A R R U B I A S

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L O C A G U A P i n C L -

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A C A Y U C A N

C U E N C A T E R C I A R I A D E

V E R A C R U Z

Fig. 14. Interpretación regional. San Juan Evangelista.

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descartar , que parcial o totalmente, a lgunas de ellas acusen la presencia de conglomerados o cuerpos intru­sivos de origen volcánico muy fre­cuentes en el área .

A partir del mapa residual se construye el m a p a de "estructuras gravimétr icas" ( F i g . 1 5 ) , donde se indican los límites de las anomal ías y se muestran como "estructuras", sobre todo los máximos .

D e acuerdo con las indicaciones hechas en el anáhs i s efectuado a n ­teriormente, se interpretan a l g u n a s fal las como F - 1 y F - 2 , que hacen suponer que existe un anticlinal f a ­l lado, l imitado por a m b a s fallas; lo cual lo convierte en una estructura sumamente atract iva y en la cual se propone la perforación de la locali­zación Aguapino l 1, con el fin de invest igar el contenido de hidrocar­buros en las rocas mesozoicas , que se suponen l evantadas y originan la anomalía .

T a m b i é n se interpreta otra posi­ble falla, F - 3 , que parece coincidir con el borde de un anticlinal y donde se perforó el pozo Covarrub ias 1, que penetró has ta los 4,000 m, cor­tando sólo sedimentos arci l lo-areno­s o s d e l T e r c i a r i o ( E o c e n o 3,835 m. b .n .m.) .

E s posible que al N E del pozo, sobre la "estructura C o v a r r u b i a s " y cerca de la población del mismo nombre, existan mayores posibi l ida-d a d e s de a lcanzar los sedimentos ca lcáreos del Mesozoico , de acuerdo

con la interpretación indicada en la F ig . 15.

V . C O N C L U S I O N E S Y R E C O M E N D A C I O N E S

Con este método de análisis se pueden separar casi todas las ano­malías regionales y residuales sobre un mapa de Bouguer, lo que p c . n i -te su interpretación en conjunto, para obtener conclusiones generales acer­ca de su comportamiento regional, así como del marco geotectónico del área en estudio; o si se analiza una o var ias de ellas en forma s e p a r a d a , se obtiene una interpretación más fina, que tiende a lograr su mejor definición estructural y que permite situar a las localizaciones con fines económico-petroleros en los lugares de la estructura, con mayores posi ­bi l idades de constituir una trampa de hidrocarburos.

L a anomalía regional o residual que se s e p a r a sobre el mapa de Bouguer, de acuerdo con el método, no está representado comúnmente a los límites del cuerpo que ocasiona la anomalía y sólo puede concluirse tentativamente, del anális is de diver­sos modelos reales, que esa super­ficie corresponde a la parte más alta ( m á x i m o s ) a la parte más b a j a (mí­n imos ) , cuando se trata de estruc­turas.

La obtención de las anomal ías de un mapa de Bouguer por me­dio de este método, también permite evaluar los m a p a s residuales , que se

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BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

Fig. 15. Estructuras gravimétricas. San Juan Evangelista.

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V O I , . XXXIV, NUM. 1, 1982.

obtienen con métodos gráf icos у a n a ­líticos у se establece el criterio de que un m a p a residual s erá el mejor si logra s e p a r a r mayor cant idad de anomal ías , sin d is tors ionarlas ni a l ­terarlas en amplitud y frecuencia.

L a aplicación del método a cual­quier área , permitirá extraer con­clusiones que apoyen las hipótesis geo lóg icas existentes o desechar las en parte o totalmente proponer otras nuevas .

L a separac ión de anomal ías como se efectúa con este método y su in­terpretación cualitativa, permite tam­bién construir mejores modelos geo ­lógicos bidimensionales , que pueden someterse a geoprocesos por compu­tadora como T a l w a n i , reduciéndose en gran proporción los cambios que se tengan que efectuar al modelo, p a r a a jus tar la anomal ía ca lculada con la o b s e r v a d a .

E s conveniente, p a r a una mejor aplicación del método, evaluar cada

anomal ía por s eparado , con métodos de cálculo tridimensional, porque de esta forma se puede obtener una solución para la estructura.

B r a L I O G B A F I A

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