Y APROBADA POR EL SIGUIENTE COMITÉ · rift continental y posteriormente a un rift oceánico. Estos...
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TESIS DEFENDIDA POR Clemente German Gallardo Mata Y APROBADA POR EL SIGUIENTE COMITÉ ______________________________ Dr. Mario González Escobar Director del Comité ______________________________ ______________________________ Dr. Jesús Arturo Martín Barajas Dr. David Salazar Miranda Miembro del Comité Miembro del Comité ______________________________ ______________________________ Dr. Antonio González Fernández Dr. Hilario Covarrubias Rosales Coordinador del programa de Director de Estudios de Posgrado Posgrado en Ciencias de la Tierra 25 de Enero de 2013
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TESIS DEFENDIDA POR
Clemente German Gallardo Mata
Y APROBADA POR EL SIGUIENTE COMITÉ
______________________________
Dr. Mario González Escobar
Director del Comité
______________________________ ______________________________
Dr. Jesús Arturo Martín Barajas Dr. David Salazar Miranda
Miembro del Comité Miembro del Comité
______________________________ ______________________________
Dr. Antonio González Fernández Dr. Hilario Covarrubias Rosales
Coordinador del programa de Director de Estudios de Posgrado
Posgrado en Ciencias de la Tierra
25 de Enero de 2013
CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR
DE ENSENADA
Programa de Posgrado en Ciencias
en Ciencias de la Tierra
Sísmica de reflexión en Laguna Salada, Baja California, México.
TESIS
para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para obtener el grado de MAESTRO EN CIENCIAS
Presenta:
Clemente German Gallardo Mata
Ensenada, Baja California, México, 2013
i
Resumen de la tesis de Clemente German Gallardo Mata, presentada como requisito parcial para la obtención del grado de Maestro en Ciencias en Ciencias de la Tierra. Ensenada, Baja California, México. Enero de 2013.
Sísmica de reflexión en Laguna Salada, Baja California, México.
Resumen aprobado por: ____________________________________
Dr. Mario González Escobar
Director de Tesis
La evolución tectónica del noroeste de México está asociada con diferentes
procesos ligados con el cambio en el límite entre las placas de Norteamérica y
Pacifico, que inicialmente evolucionó de un régimen de subducción, seguido de un
rift continental y posteriormente a un rift oceánico. Estos cambios de régimen
tectónico originaron la Provincia extensional del Golfo. Dentro de esta provincia se
encuentra la cuenca Laguna Salada en el noreste de Baja California, México, un
semigraben activo con mayor subsidencia a lo largo del margen este. Este estudio
consistió en el procesado e interpretación de datos sísmicos de 5 perfiles
sísmicos de reflexión multicanal 2D de PEMEX, complementados con datos
geofísicos de gravedad, con la finalidad de interpretar la estructura y la
sismoestratigrafía de la cuenca. A través de un convenio PEMEX-CICESE se ha
tenido permiso para el uso de estos datos. La interpretación geológica de los 5
perfiles sísmicos, muestra la estructura de la falla Cañada David Detachment, la
cual controla la subsidencia de la cuenca y yuxtapone el relleno sedimentario
sobre el basamento cristalino en el margen oeste de la sierra El Mayor. En base a
esta interpretación, se estima un desplazamiento normal mínimo de ~10 km,
extensión mínima de ~9.7 km que representa el 53% del total de extensión
considerando la longitud entre el parteaguas de la Sierra Juárez y la cima de la
Sierra El Mayor y un desplazamiento vertical de ~2.8 km. El relleno de la cuenca
no contiene fallas mayores, la configuración del basamento acústico y geometría
de la cuenca es consistente con el semigraben asimétrico propuesto en estudios
geofísicos y geológicos anteriores y se estimó un relleno sedimentario de 2500 y
3000 metros en el depocentro.
Palabras claves: cuenca Laguna Salada, falla Cañada David, desplazamiento,
extensión, basamento acústico.
ii
Abstract of the thesis by Clemente German Gallardo Mata, presented as a partial requirement to obtain the Master of Science degree in Earth Sciences. Ensenada, Baja California, México, January 2013.
Seismic reflection in Laguna Salada, Baja California, México.
Abstract approved by: ____________________________________
Dr. Mario González Escobar
Thesis of Director
The tectonic evolution of northwestern Mexico is associated to definition of the
new boundary between the North American and Pacific plates, that originally
evolved from a subduction regime to a continental rift and then into an oceanic rift.
These changes in tectonic regimen led to the Gulf extensional province. Within this
province is the Laguna Salada basin in northeastern Baja California, Mexico, is an
active half-graben with subsidence principally occurring along the eastern margin.
This study consisted of data processing and interpretation of five 2D multichannel
seismic reflection profiles from PEMEX, complemented with gravity geophysical
data, in order to interpret the structure and sismoestratigraphy of this basin. A
PEMEX- CICESE agreement allowed for the use of these data. The geological
interpretation of five seismic profiles, indicates the David Cañada detachment
fault, controls the subsidence of the basin and juxtaposes the sedimentary fill over
the crystalline footwall block on the western side of Sierra El Mayor. Based on this
interpretation, estimated a minimum normal displacement of ~10 km, minimum
length of ~9.7 km which represents 53% of total extension considering the length
between the water divide in the Sierra Juárez and the summit of Sierra El Mayor,
with a vertical displacement of ~2.8 km. These filling indicate that this basin do not
contains any other major fault and configuration of the acoustic basament and
basin geometry is consistent with the asymmetrical half-graben proposed in
previous geological and geophysical studies and we estimated a sedimentary filled
2500 to 3000 meters in the depocenter.
Keywords: Laguna Salada basin, Laguna Salada fault, displacement,
extension, acoustic basament.
iii
Dedicatorias
A mis padres, Clemente Gallardo Cruz y Maura Mata Juárez, por todo el apoyo
incondicional, sus enseñanzas y consejos a lo largo de mi vida ya que sin ustedes
nunca podría ser lo que hasta ahora soy. Muchas gracias.
A mis hermanos Etelberto, Mirta y Sandra, que siempre me han apoyado en los
buenos y malos momentos, gracias hermanos por ser como son, se les quiere y
se les admira.
A toda mi Familia que de alguna manera siempre estuvieron conmigo.
A mis Amigos que siempre me han ayudado, pero sobre todo gracias por
hacerme pasar momentos inolvidables.
Gracias…
iv
Agradecimientos
A CONACYT por el apoyo económico que me brindó para realizar mis estudios de
posgrado. A CICESE por permitirme incrementar mi formación académica y por el
uso de sus instalaciones. A PEMEX por facilitarme los datos sísmicos de reflexión
que hicieron posible la realización de este trabajo de investigación. También a
Halliburton y OpendTect por el uso de sus software que hicieron posible el
procesado e interpretación de los datos y la relación educativa que se mantiene.
Un agradecimiento especial a mi director de tesis Dr. Mario González Escobar
por haber depositado su confianza en mí y haberme aceptado como su
estudiante. Quedo profundamente agradecido con usted.
A mis sinodales Dr. Arturo Martín Barajas y Dr. David Salazar Miranda por sus
valiosas recomendaciones y disposición en ayudarme en todo momento.
A Sergio Arregui Ojeda por su apoyo incondicional en la solución de problemas
de cómputo que se me presentaron en este trabajo y por haberme enseñado a
utilizar varios software que hasta antes de haber llegado aquí no los conocía.
A Martin Pacheco Romero por su ayuda invaluable y recomendaciones en la
interpretación geológica.
A Ramón Mendoza Borunda por sus sugerencias en el escrito de la tesis, así
como su vasta experiencia en el reconocimiento del área de estudio.
v
Un agradecimiento especial a Ana Cristina Sánchez García por todos los
momentos que hemos compartido, por dedicarme tiempo para escuchar mis
problemas y sobre todo por mostrarme una sonrisa en esos momentos. Gracias
por ser como eres, nunca cambies amiga.
A Nelly Lucero Ramírez Serrato porque en poco tiempo te convertiste en buena
amiga. Gracias por enseñarme que no debo tener miedo para hacer las cosas y
sonreírle a la vida. Los gigantes (problemas) de la vida son pequeños si los
vemos desde las alturas.
A mis amigos José Juan Chanes, Amalia Monzón, Dania Pasillas, Favio Cruz,
Jessica Salas, Néstor Ramírez, Usama Yarbuh, Anaíd Fragoso, Brenda Martín
por compartir momentos muy importantes en esta etapa de mi vida.
A mis amigos y compañeros de generación Alejandra Sánchez, Claudia
Quinteros, Florián Neumann, Javier González, Minerva Padilla, Nancy García,
Samuel Villareal y Viridiana Herrera. Siempre se les recordara.
Un reconocimiento a todo el personal del departamento de Ciencia de la Tierra,
en especial a Martha Barrera, Barbará Uribe, Guadalupe Martínez, María
Concepción González y Humberto Benítez por la buena disposición y apoyo
administrativo relacionado al posgrado.
vi
Contenido
Página
Resumen español. ................................................................................................. i
Resumen ingles .................................................................................................... ii
Dedicatorias ......................................................................................................... iii
Agradecimientos .................................................................................................. iv
Lista de figuras ..................................................................................................... x
Lista de tablas ................................................................................................... xvii
Capítulo 1. Introducción ....................................................................................... 1
1.2. Marco geológico y tectónico regional ............................................................... 3
1.2.1. Golfo de California ........................................................................................ 3
1.2.2. Estructura y evolución de la depresión de Salton ......................................... 5
1.2.3. Cuenca Laguna Salada................................................................................. 7
1.3. Estudios previos realizados en la cuenca Laguna Salada ............................. 10
1.3.1. Pozos exploratorios perforados por CFE .................................................... 11
1.4. Sismicidad histórica del área de estudio ........................................................ 14
1.5. Objetivos y metas .......................................................................................... 18
Capítulo 2. Metodología del procesamiento e interpretación de los datos de
sísmica de reflexión ........................................................................................... 20
2.1. Sísmica de reflexión ....................................................................................... 20
2.1.1. Adquisición de datos ................................................................................... 20
2.1.2. Procesamiento de datos sísmicos .............................................................. 22
2.1.2.1. Procesamiento pre-apilamiento (“pre-stack”) ........................................... 24
vii
Contenido
Página
2.1.2.1.1. Cintas de campo o almacenamiento de datos ...................................... 24
2.1.2.1.2. Geometría ............................................................................................. 25
2.1.2.1.3. Edición de registros............................................................................... 26
2.1.2.1.4. Estáticas de elevación .......................................................................... 28
2.1.2.1.5. Atenuación del “ground roll” .................................................................. 28
2.1.2.1.6. Deconvolución ...................................................................................... 32
2.1.2.1.7. Análisis y filtrado F-K (frecuencia-número de onda) ............................. 33
2.1.2.2. Procesamiento apilamiento (“stack”) ........................................................ 34
2.1.2.2.1. Ordenar trazas por CDP ....................................................................... 34
2.1.2.2.2. Análisis de velocidad............................................................................. 36
2.1.2.2.3. Corrección por NMO (“normal moveout”) .............................................. 37
2.1.2.2.4. Apilamiento (“stack”) ............................................................................. 38
2.1.2.3. Procesamiento post-apilamiento (“post-stack”) ........................................ 41
2.1.2.3.1. Divergencia esférica.............................................................................. 42
2.1.2.3.2. Control automático de ganancia (AGC) ................................................ 43
2.1.2.3.3. Filtro variable en tiempo ........................................................................ 43
2.1.2.3.4. Migración .............................................................................................. 44
2.1.2.3.5. Conversión a profundidad ..................................................................... 46
2.1.3. Interpretación de datos sísmicos ................................................................ 46
2.1.3.1. Fallas mayores ......................................................................................... 47
viii
Contenido
Página
2.1.3.2 Sismoestratigráfia ..................................................................................... 48
Capítulo 3. Resultados ....................................................................................... 50
3.1. Secciones sísmicas ....................................................................................... 50
3.1.1. Perfil sísmico 5076 ...................................................................................... 51
3.1.1.1. Sección 5076-a ........................................................................................ 52
3.1.1.2. Sección 5076-b ........................................................................................ 54
3.1.1.3. Sección 5076-c ........................................................................................ 56
3.1.2. Perfil sísmico 4949 ...................................................................................... 58
3.1.3. Perfil sísmico 4957 ...................................................................................... 60
3.1.4. Perfil sísmico 4965 ...................................................................................... 62
3.1.5. Perfil sísmico 4973 ...................................................................................... 64
3.2. Correlación de fallas ...................................................................................... 67
3.2.1. Falla Cañada David .................................................................................... 67
3.2.2. Falla Laguna Salada ................................................................................... 69
3.2.3. Falla Cañón Rojo ........................................................................................ 70
3.4. Configuración de basamento acústico ........................................................... 70
Capítulo 4. Discusión ......................................................................................... 73
4.1. Mapa de anomalías gravimétricas ................................................................. 73
4.1.1. Prospección gravimétrica ............................................................................ 73
4.2. Falla Detachment Cañada David ................................................................... 75
ix
Contenido
Página
4.3. Control estructural en la evolución de la cuenca Laguna Salada (CLS) ........ 79
4.4. Unidades sismoestratigráficas y delimitación de depocentros ....................... 81
Capítulo 5. Conclusiones ................................................................................... 85
Referencias bibliográficas ................................................................................. 87
Anexo ................................................................................................................... 92
x
Lista de figuras
Figura
Página
1 Marco tectónico de la región del Golfo de California y la Península de Baja California. Los elementos tectónicos que actualmente definen la frontera de placas Pacífico-Norteamérica son la Trinchera Mesoamericana –TM (en negro) con la subducción activa de la Placa Rivera. La dorsal del Pacífico oriental y el sistema de fallas transformes y centros de dispersión oceánica que se extienden a lo largo del Golfo de California y, en el continente con la Falla de San Andrés – FSA (en rojo). Los rasgos tectónicos inactivos (en colores tenues) al oeste de la Península de Baja California, son la paleotrinchera (en gris), el sistema de fallas laterales en borde continental (en rojo). También se muestran de manera esquemática las tres microplacas abandonadas: Magdalena, Guadalupe (MG) y Monterrey (MM). Otras abreviaturas: FI – Falla Imperial; FCP – Falla Cerro Prieto; STA – Sistema Tosco-Abreojos; PEG – Provincia Extensional del Golfo; STM – Sierra Transversal Mexicana. El recuadro blanco es un acercamiento al área de estudio (Figura 2)…………………………………………………….
4
2 Mapa del norte de Baja California, México y sur de California, E.U.A. Área de estudio en recuadro negro. Se muestra principales fallas activas (líneas rojas), Provincia de Salton (línea amarilla), y el Río Colorado (línea azul). Abreviaturas= ZFSJ: Zona de falla San Jacinto; FE: Falla Elsinore; FI: Falla Imperial; FCP: Falla Cerro Prieto; LS: Falla Laguna Salada; CDD: Falla Cañada David; FSJ: Falla Sierra Juárez; FSM: Falla San Miguel; FAB: Falla Agua Blanca; FSSPM: Falla Principal del Escarpe del Golfo; FIND: Falla Indiviso. Figura modificada de Suárez-Vidal, et al., 2008………………………………………..
6
xi
Lista de figuras
Figura
Página
3 Mapa geológico de la cuenca Laguna Salada. Muestra las principales fallas en la región (líneas negras), y los dos principales sismos históricos en el área de estudio (estrellas amarillas). Localización: 4 perfiles (A-A’, B-B’, C-C’ Y D-D’) realizados por Fletcher-Spelz (2009); perfil García-Abdeslem et al., 2001 (G(A)-G(A’)); perfil Cortez-Arroyo, 2011 (O(A)-(A’)). Localización de tres pozos exploratorios perforados por la CFE (ELS-1, ELS-2 y ELS-3). Abreviaturas= LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, CR: Falla Cañón Rojo, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores. Figura modificada de Fletcher y Spelz, (2009)…………………..
9
4 Sección transversal en la cuenca Laguna Salada. Muestra las dos principales fallas más importantes del área de estudio, LS: Falla Laguna Salada y CDD: Falla Cañada David; además de hipocentros de sismos (círculos azules y celestes). Figura tomada de Fletcher y Spelz, (2009)………………………………..
11
5 Registro litoestratigráfico de tres pozos exploratorios perforados por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en la cuenca Laguna Salada. Modificada de Álvarez-Rosales y González- López, (1995). Ver localización en la figura 3……...
13
6 Sismicidad histórica de los eventos mayores compilada por Ellsworth, 1990 (círculos rojos) indicando año y magnitud. Epicentro del sismo del 4 de abril de 2010, MW 7.2 (estrella). Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, FIND: Falla indiviso, B: Falla Borrego, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores…………………............................................
15
7 Sismicidad observada en la cuenca Laguna Salada registrada en dos periodos, 1991 (círculos verdes), 1992 (círculos rojos). Los triángulos en color naranja representan la localización de las estaciones sísmicas. Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, FIND: Falla indiviso, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores………………………...
16
xii
Lista de figuras
Figura
Página
8 Sismicidad reportada por RESNOM de 1979 al 3 de abril del 2010 (círculos rojos). En círculos verdes sismicidad después del sismo del 4 de abril de 2010 (estrella). Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores………………………...
17
9 Perfiles sísmicos de reflexión, propiedad de PEMEX (líneas en negro), procesados e interpretados en este trabajo. Se muestra la localización de tres pozos exploratorios perforados por la CFE (ELS-1, ELS-2 y ELS-3)……………………………………….
19
10 Esquema para el arreglo de geometría para la adquisición de datos de campo, utilizando dinamita como fuente emisora……..
21
11 Esquema generalizado de una geometría con arreglo central para un solo disparo…………………………………………………
22
12 Secuencia de procesamiento de datos sísmicos de reflexión multicanal 2D utilizada en este trabajo……………………………
24
13 Mapa original a partir del cual se recuperó la información de la geometría de los disparos y el arreglo de las líneas sísmicas procesadas en esta tesis……………………………………………
26
14 Registro de campo a) antes b) después de la edición para la eliminación de primeros arribos y trazas ruidosas……………….
27
15 Esquema generalizado para la aplicación de la corrección por estáticas de elevación (Modificada de ProMAX)…………………
29
16-a Esquema de relación señal-ruido, para un tendido lateral. Tomado de Barragán, (1991)……………………………………...
30
16-b Análisis de contenido de frecuencias. a). Registro de campo, dominio tiempo. b). Espectro en el dominio de frecuencias. El mayor contenido de frecuencias se encuentra entre 15-80 Hz. c). Registro sísmico después de aplicar filtro pasa-banda. d). Espectro mostrando las frecuencias después de aplicar el filtro definido por el suavizado 12-15-75-80 Hz………………………...
31
xiii
Lista de figuras
Figura Página
17 Registro de campo a) antes b) después de la aplicación de la deconvolucion, así, como otros tratamientos previos. Las reflexiones están comprimidas y se distingue mejor la señal-ruido…………………………………………………………………….
33
18 Análisis de frecuencias espaciales. a) Registro de campo y espectro en el dominio F-k en donde se observa la zona de concentración de energía y zona de alías b) Registro de campo atenuado y espectro en el dominio F-k donde se muestra el filtro que se aplicó, así como la zona que se atenuó………………………………………………………………….
34
19 Esquema de CDP. Las reflexiones que provienen de un mismo punto en el subsuelo son sumadas, para así poder obtener una mejor relación señal/ruido……………………………………..........
35
20 Muestra el tendido para el registro de CDP……………………….
36
21 Análisis de velocidad. a) Técnica de espectro de semblanza, los tonos de color rojizos representan los valores de semblanza más altas y son los que corrigen el efecto de NMO, y por ende la línea en color blanco se realiza en estos contrastes de semblanza más fuertes. b) Registro de CDP´S a corregir. c) Corrección dinámica por NMO. d) Técnica de velocidad constante; se muestra un grupo de 10 CDP´S repetidos 14 veces, en cada grupo se aplica una velocidad diferente que va de los 1000 a 5000 m/s……………………………………………...
39
22 Ordenamiento por CDP……………………………………………...
40
23 Muestra las trazas antes de aplicar la corrección por NMO, posteriormente se aplica la corrección y al finalizar se muestra el resultado de apilamiento de trazas……………………………...
41
24 Sección sísmica en la que se muestra la primera imagen coherente del subsuelo de área de estudio. La imagen consiste en un apilamiento de trazas corregidas por NMO……………….
42
25 Sección sísmica migrada en tiempo. Además se le aplico divergencia esférica, control automático de ganancia (agc) y filtro variable en tiempo……………………………………………...
45
xiv
Lista de figuras
Figura
Página
26 Nomenclatura de los tipos de terminación de los reflectores y patrones de reflexión. (Tomada de Mitchum, 1977)……………..
49
27 Línea 5076-a NW-SE. a) Línea sin interpretar, b) Línea interpretada. Las fallas interpretadas en rojo tienen poco desplazamiento vertical y en verde la falla que delimita el contorno del vaso de inundación. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. Se incluye mapa de ubicación de este perfil………………………………………………
53
28 Línea 5076-b NW-SE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. El pequeño depocentro al NW tiene un salto vertical de 500 m y está controlado por dos fallas normales que convergen a profundidad. Hacia él SE el basamento se pierde a profundidad pero se interpreta que asciende en el extremo de la línea debido a la presencia de la Sierra Las Tinajas. Se incluye mapa de ubicación de este perfil…………………………………………..
55
29 Línea 5076-c NW-SE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea punteada en amarillo representa el basamento acústico. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. Perfil 4983 trabajado por Chanes-Martínez (2012), representado por la línea azul en el mapa de ubicación……………………………..………………….
57
30 Línea 4949 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. En rojo falla que controla la caída del basamento acústico...……………………….
59
31 Línea 4957 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. El basamento de las rocas cristalinas de la Sierra Juárez profundiza hacia el este (línea en amarillo).En color verde delimita el contorno del vaso de inundación moderno. Notar el cambio de facies sísmicas al oeste de esta falla posiblemente asociado a depósitos aluviales al oeste y depósitos principalmente lacustres al este representado por los reflectores continuos y subparalelos. Se incluye mapa de ubicación de este perfil…………………………………………………………………....
61
xv
Lista de figuras
Figura
Página
32 Línea 4965 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. En color rojo se representa las fallas menores interpretada. En color negro la falla Cañada David. En color verde falla que delimita el contorno del vaso de inundación, además, delimita el cambio de facies de abanicos aluviales al oeste de depósitos lacustres en el centro y este de la cuenca. Se incluye mapa de ubicación de este perfil………………………………..………….....
63
33 Línea 4973 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. En color rojo se representa las fallas menores interpretadas. En color negro la falla Cañada David. En color verde falla que delimita el cambio de facies sísmicas. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. Notar a la altura del CDP 3550 el escalón en el basamento, el cual está controlado por una falla normal en color rojo…………………………………………………..
66
34 Proyección 3D de las líneas sísmicas procesadas e interpretadas en esta tesis y la posición del plano de falla de bajo ángulo de Cañada David, la única falla que fue posible correlacionar entre los perfiles sísmicos…………………………...
68
35 Mapa de configuración del basamento acústico. Color azul representa profundidades someras, en color rojo profundidades mayores a 1.5 km…………………………………………………….
71
36 Mapa de anomalía de Bouguer para el NW de México. Los colores azules representan bajos gravimétricos (-80 mgal) y los rojos altos gravimétricos (-20 mgal) Líneas negras representan los perfiles interpretados en este trabajo. Notar al oeste del mapa dos bajos gravimétricos separados por un alto gravimétrico de baja intensidad FCP: falla Cerro Prieto (línea roja). Estrella amarilla representa el epicentro del sismo del 4 de abril de 2010. ELS-1 y ELS-2 pozos exploratorios perforados por la CFE……………………………………………………………..
74
xvi
Lista de figuras
Figura
Página
37 Sección transversal de la cuenca Laguna Salada. Muestra las dos principales fallas más importantes del área de estudio, LS: Falla Laguna Salada y CDD: Falla Cañada David; además de hipocentros de sismos (círculos azules y celestes). Figura tomada de Fletcher y Spelz, 2009………………………………….
77
38 Sección transversal interpretada a partir del perfil 4965 para la estimación del desplazamiento mínimo de la falla Cañada David que muestra el desplazamiento mínimo y la extensión mínima. Línea color rojo representa el trazo de la falla interpretado a partir del perfil 4965, y la proyección del trazo a superficie es la línea punteada. La línea vertical discontinua indica el límite de la imagen sísmica hacia el este. Los reflectores sismoestratigráficos muestran la migración del depocentro (concavidad)…………………………………………………………..
78
39 Sección transversal propuesta por Axen et al., (1995) que muestra la interpretación de la geometría del detachment de Cañada David (CDD). Esta falla de bajo ángulo controla la subsidencia de la cuenca y el levantamiento de Sierra Juárez, la cual se interpreta como la charnela de la flexión del bloque superior de la falla CDD…………………………………………......
79
40 Modelo geofísico 2D construido a partir de datos aeromagnéticos y de mediciones terrestres de la gravedad (in situ). El perfil tiene una orientación W-E a través de la cuenca Laguna Salada. Muestra la localización de la falla Laguna Salada (LS) y la profundidad de 2404 m alcanzada por el pozo ELS-1 sin cortar el basamento (tomada de Abdeslem et al., 2001)…………………………………………………………………...
80
41 Figura 41. Muestra proyección de fallas a superficie (líneas en color negro perpendiculares a las secciones sísmicas). Estas proyecciones en superficie de las fallas definen el contorno del vaso de inundación de la cuenca Laguna Salada. En color rojo son los perfiles trabajados, en color amarillo se indica la frontera con Estados Unidos de Norteamérica, en negro las fallas maestras LS y CDD, en azul la proyección a superficie de la falla CDD interpretada de los perfiles. Abreviaturas= LS: Falla Laguna Salada, CDD: Cañada David………………………………
84
xvii
Lista de tablas
Tabla
Página
I Muestra los principales parámetros de adquisición de los datos del prospecto “Delta Río Colorado”…………………………………
23
II Parámetros utilizados para la aplicación del filtro variable en tiempo…………………………………………………………………...
43
Capítulo 1
1. Introducción
El método sísmico de reflexión constituye una herramienta geofísica de gran
capacidad resolutiva para el estudio del subsuelo en el rango comprendido entre
algunas decenas a miles de metros de profundidad. El método aplicado en tierra
emplea las ondas elásticas que se propagan a través del terreno, las cuales se
generan con una fuente artificial (dinamita o vibradores) y se registran en una
serie de sensores (geófonos) distribuidos sobre la superficie del terreno. A partir
del estudio de las distintas formas de ondas y sus tiempos de trayecto, se
obtienen imágenes del subsuelo que representan secciones geológicas
(secciones sísmicas, campos de velocidades, etc.). En este estudio, el método
sísmico de reflexión se aplica a la cuenca Laguna Salada en el norte de Baja
California, con el objetivo de delinear su geometría, profundidad, horizontes
sismoestratigráficos y las principales fallas geológicas que acomodan la
subsidencia.
La cuenca Laguna Salada (CLS) localizada al noreste de Baja California, México
(figura 1), es una depresión tectónica alargada que cubre un área aproximada de
700 Km², con ~20 km de ancho y ~100 km de longitud en dirección NNW*. Hacia
el norte se separa de la porción suroeste del Valle Imperial de California por un
alto de basamento que sobresale algunos metros por arriba del nivel del mar. La
topografía plana de la cuenca contrasta con las elevaciones de la Sierra Juárez al
oeste, las Sierras Cucapah y El Mayor al este. Hacia el sur la cuenca se hace más
estrecha y conecta hacia la planicie deltaica del Río Colorado y las planicies de
mareas del norte de Golfo de California (figura 2).
______________________
*W = Oeste. Se utilizará en todo el trabajo, con la finalidad de estandarizar el escrito con los mapas.
2
La cuenca Laguna Salada (CLS) fue originalmente interpretada como una
estructura de tipo “pull-apart” controlada por fallas destrales-oblicuas con
orientación NW (Mueller y Rockwell, 1991). Estudios estructurales posteriores
(Savage et al. 1994; Axen, 1995; Axen y Fletcher, 1998a; Axen et al., 1998b, y
1999) propusieron a la cuenca como un graben asimétrico con una mayor
subsidencia activa a lo largo de su margen este, frente a la Sierra Cucapah, como
resultado de la actividad de las fallas Laguna Salada y el sistema de falla de bajo
ángulo de Sierra El Mayor (Detachment de Cañada David). Estudios geofísicos
(García-Abdeslem et al., 2001; Martín-Atienza 2001; Cortez-Arroyo, 2011) y
estratigráficos (Dorsey y Martín-Barajas, 2001), reafirman la geometría de la
cuenca y, proponen un relleno sedimentario de ~ 3 km. La estructura de la corteza
con base en datos gravimétricos (García-Abdeslem et al., 2001) y con datos de
funciones receptor (Lewis et al., 2001) sugieren que la interface corteza-manto
para esta región se ubica alrededor de los 25 km de profundidad.
El levantamiento de la Sierras Cucapah y El Mayor y la subsidencia de la CLS se
debe a que las falla maestra buzan al oeste y acomodan más de 10 km de
desplazamiento desde el medio-tardío Mioceno (Fletcher y Spelz, 2009).
En el presente trabajo se procesaron e interpretaron ~150 km lineales de sísmica
de reflexión colectada por PEMEX en los años setenta. Una motivación de este
trabajo es ayudar a ubicar rasgos estructurales que pudieran generar riesgo
sísmico a la población. Además el estudio de las secuencias sismoestratigráficas
que rellenan la cuenca, puede arrojar información sobre nuevas áreas de
oportunidad para la generación de energía geotérmica. Los datos a utilizar se
obtuvieron a través de un convenio PEMEX-CICESE.
3
1.2. Marco geológico y tectónico regional
1.2.1. Golfo de California
El Golfo de California es un sistema de rift con extensión oblicua; una etapa de
transición de rift oceánico a rift continental en el norte, y forma actualmente el
límite entre las placas del Pacífico y de Norteamérica (Nagy y Stock, 2000). El rift
se localiza en la franja occidental de la Provincia Extensional del Golfo de
California (PEG), la cual comprende desde la región al oeste de la Sierra Madre
Occidental hasta el escarpe principal del golfo en la península de Baja California
(Martín-Barajas, 2000, figura 1).
El momento y las causas de inicio de la extensión es aún tema de discusión;
Stock y Hodges (1989) propusieron que la extensión oblicua fue precedida por un
periodo de extensión ortogonal conocido como la etapa de Proto-Golfo (12–6 Ma),
que ocasionó las primeras incursiones marinas (Stock y Hodges, 1989; Henry y
Aranda-Gómez, 2000; Oskin y Stock, 2003a). El fallamiento extensional que
dómino durante la etapa de Proto-Golfo se propuso como el resultado del
particionamiento de la deformación entre las fallas extensionales en la región
ahora ocupada por el Golfo de California y el sistema de fallas transformantes San
Benito-Tosco-Abreojos a lo largo del margen del Pacífico de Baja California
(Spencer y Normark, 1979; Londsdale, 1989, Stock y Hodges, 1989; Lee et al.,
1996).
4
Figura 1. Marco tectónico de la región del Golfo de California y la Península de Baja California. Los elementos tectónicos que actualmente definen la frontera de placas Pacífico-Norteamérica son la Trinchera Mesoamericana –TM (en negro) con la subducción activa de la Placa Rivera. La dorsal del Pacífico oriental y el sistema de fallas transformes y centros de dispersión oceánica que se extienden a lo largo del Golfo de California y, en el continente con la Falla de San Andrés – FSA (en rojo). Los rasgos tectónicos inactivos (en colores tenues) al oeste de la Península de Baja California, son la paleotrinchera (en gris), el sistema de fallas laterales en borde continental (en rojo). También se muestran de manera esquemática las tres microplacas abandonadas: Magdalena, Guadalupe (MG) y Monterrey (MM). Otras abreviaturas: FI – Falla Imperial; FCP – Falla Cerro Prieto; STA – Sistema Tosco-Abreojos; PEG – Provincia Extensional del Golfo; STM – Sierra Transversal Mexicana. El recuadro blanco es un acercamiento al área de estudio (Figura 2).
5
1.2.2. Estructura y evolución de la depresión de Salton
La depresión de Salton es una zona compleja de transición entre el sistema de la
falla San Andrés (transpresivo) y el límite del rift oblicuo (transtensivo) a lo largo
de un segmento del Golfo de California (figura 2).La depresión de Salton es la
cuenca más septentrional del sistema transtensivo del Golfo de California. Esta
región es una zona de intensa actividad tectónica, controlada por un conjunto de
fallas transformantes activas que existen, entre ellas, la falla Cerro Prieto,
Imperial, y fallas Brawley, así como también la extensión sur de la falla San
Andrés, todas estas constituyen el límite principal de placas entre Norte-América y
Pacifico en esta latitud (Suárez-Vidal, et al., 2008). Una zona de extensión de ~80
-100 km de ancho bordea las fallas transformantes principales.
Las fallas transformantes se presentan en un arreglo escalonado y que conecta
las sub-cuencas que constituyen centros de dispersión oceánica en formación
(Lonsdale, 1989). La cuenca de Salton es el último de los centros de dispersión
hacia el norte y está conectado con el sistema de fallas de San Andrés (Lonsdale,
1989).
La CLS, en el norte de Baja California, forma parte de la depresión de Salton,
constituida además por otras subcuencas como la cuenca Salton, la cuenca de
Coachela, la cuenca Imperial en el sur de California, cuenca Cerro Prieto, la
cuenca sur del delta del Río Colorado y la cuenca de Altar en Sonora, México
(figura 2).
6
Figura 2. Mapa del norte de Baja California, México y sur de California, E.U.A. Área de estudio en recuadro negro. Se muestran las principales fallas activas (líneas rojas), Provincia de Salton (línea amarilla), y el Río Colorado (línea azul). Abreviaturas= ZFSJ: Zona de falla San Jacinto; FE: Falla Elsinore; FI: Falla Imperial; FCP: Falla Cerro Prieto; LS: Falla Laguna Salada; CDD: Falla Cañada David; FSJ: Falla Sierra Juárez; FSM: Falla San Miguel; FAB: Falla Agua Blanca; FSSPM: Falla Principal del Escarpe del Golfo; FIND: Falla Indiviso. Figura modificada de Suárez-Vidal, et al., 2008.
7
1.2.3. Cuenca Laguna Salada
La evolución de la CLS está relacionada a una subsidencia temprana
probablemente en el Mioceno Tardío (<10 Ma.) producida por la extensión
acomodada por fallas de bajo ángulo (Siem y Gastil, 1994; Axen, 1995; Axen y
Fletcher, 1998). La sedimentación en la cuenca inició a fines del Mioceno Tardío
(Vázquez-Hernández et al,. 1996) y posteriormente el levantamiento de la Sierra
Cucapah, bloque de basamento cristalino de 700 m de altura, cortó la región de la
planicie del delta del Río Colorado y la Depresión Saltón al noroeste (Axen et al.,
2000; Martín-Barajas et al., 2001; Contreras et al., 2005) (figura 2).Esta nueva
configuración estructural favoreció la formación de un depocentro semi-cerrado
con una entrada en la parte sur que conecta la cuenca con la planicie deltaica del
Rio Colorado y las planicies de mareas del norte de Golfo de California. Esta
cuenca lacustre esta bordeada por el sistema de abanicos aluviales y la Sierra
Juárez al oeste, Sierra Cucapah y El Mayor al este. Estas sierras están
constituidas por afloramiento de basamento cristalino que corresponden a una
granodiorita del Cretácico Tardío (Axen et al., 2000). En los bordes de estos
sistemas de sierras afloran rocas volcánicas del Terciario que recubren el
basamento cristalino. El relleno de la cuenca esta entonces constituido por una
secuencia sedimentaria del Neógeno tardío y del Holoceno compuestos
predominantemente de sedimentos de grano fino transportadas por el Río
Colorado, intercalados con depósitos de grano grueso de abanicos aluviales
derivados de fuentes locales como la Sierra Juárez y la Sierra Cucapah(figura 3).
8
La estructura de la cuenca está controlada por la falla Laguna Salada y la falla de
bajo ángulo de Cañada David (Axen y Fletcher, 1998a; Axen et al., 1999; Chora-
Salvador, 2003). Ambas fallas resultan de extensión orientada hacia oeste-
suroeste. La falla Laguna Salada oblicua-dextral con un rumbo promedio de ~
135° y un echado entre los 60°-75° hacia el suroeste. Es una de las estructuras
más activas en la región y controla la mayor subsidencia de la cuenca en la
porción norte.
La falla Detachment de Cañada David (CDD) es de bajo ángulo (<20°) con una
traza curvilínea que se extiende ~ 55-60 km en el frente de la Sierra El Mayor
(figura 3). La ubicación del depocentro de la cuenca, así como el modelado de
datos gravimétricos, así como sismicidad histórica (Ellsworth, 1990), la gravedad y
los datos sísmicos (temblores) son consistentes y sugieren fuertemente que la
falla de bajo ángulo CDD adquiere una geometría de alto ángulo dentro de los 5-
10 km al frente a la Sierra Cucapah-El Mayor; esta falla buza hacia el oeste
yuxtaponiendo una secuencia sedimentaria sin tectónica contra el basamento
cristalino del Mesozoico(Siem y Gastil, 1994; Axen y Fletcher, 1998a; Dorsey y
Martín-Barajas, 1999; Martín-Barajas et al., 2001). Se considera que las fallas LS
y la CDD han estado vinculadas cinemáticamente durante la evolución de la CLS
hasta la actualidad (Dorsey y Martín-Barajas, 1999).
La falla Cañón Rojo (CR) es activa y conecta deformación entre la FLS y la CDD.
Es una falla normal de rumbo N30°-35°E con echado de 55-60° al NW. Su
conexión con la falla LS está muy definida y transfiere en gran parte el movimiento
de esta falla hacía la extensión que acomoda la falla de bajo ángulo. Se ha
propuesto que la falla CR rompió en el temblor del 1892 (Strand, 1980; Mueller y
Rockwell, 1991).
9
Figura 3. Mapa geológico de la cuenca Laguna Salada. Muestra las principales fallas en la región (líneas negras), y los dos principales sismos históricos en el área de estudio (estrellas amarillas). Localización: 4 perfiles (A-A’, B-B’, C-C’ Y D-D’) realizados por Fletcher-Spelz (2009); perfil García-Abdeslem et al., 2001 (G(A)-G(A’)); perfil Cortez-Arroyo, 2011 (O(A)-(A’)). Localización de tres pozos exploratorios perforados por la CFE (ELS-1, ELS-2 y ELS-3). Abreviaturas= LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, CR: Falla Cañón Rojo, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores. Figura modificada de Fletcher y Spelz, (2009).
10
La falla Borrego (B) es paralela a la FLS y se distingue a lo largo de ~ 27 km. Su
extremo sur parece interceptarse con la falla LS. El buzamiento de la falla es de
50 a 60° hacia el noreste, con un rumbo promedio de ~ 310° donde está expuesta,
pero gran parte de la falla está cubierta por aluvión del Holoceno (Axen y Fletcher,
1998). La falla Pescadores (P) es considerada una de las fallas mejores
expuestas pero la menos accesible de la Sierra Cucapah, esta falla se puede
trazar ~ 25 kilómetros y en la parte sur su trazo está bien definida por un valle
angosto que se une con el trazo de la falla LS.
1.3. Estudios previos realizados en la cuenca Laguna Salada
La estratigrafía del relleno de la cuenca se ha estudiado a partir del registro de
pozos. Un registro estratigráfico de alta resolución en los primeros 42 m indica que
la cuenca ha tenido periodos de inundación y desecación que están controlados
por las avenidas del Río Colorado (pozo LS04, figura 3). Esta alternancia de
inundación y desecación posiblemente está controlada por cambios climáticos
cíclicos (Aco-Palestina, 2006; Contreras et al., 2005). Tres pozos exploratorios de
CFE también proporcionan una idea del espesor y el tipo de relleno sedimentario
(Martín-Barajas et al., 2001).
El sistema de fallas LS–CDD ha sido estudiado con diferentes métodos geofísicos
y geológicos, cada uno dando diferentes rangos de desplazamiento vertical o
extensión. Savage et al., (1994), basado en dos transectos geodésicos con una
separación de 13 años entre cada uno cruzó la falla Laguna Salada obteniendo
una extensión horizontal de 4 mm/año; Mueller y Rockwell (1995) estimaron un
desplazamiento vertical de 1.9 +- 0.4 mm/año; Dorsey y Martin-Barajas (1999)
estimaron 2-4 mm/año de desplazamiento en la falla CR; y Axen et al. (1999)
encontraron una extensión de 2-4 mm/año deducidas de las edades de escarpes
de la falla CDD. El trabajo más reciente, por Fletcher y Spelz (2009), estudió la
morfología y edad de los escarpes de la falla CDD. Proponen que las fallas LS y la
11
CDD acomodan más de 10 km de desplazamiento vertical desde el Mioceno
medio-tardío (figura 4).
1.3.1. Pozos exploratorios perforados por CFE
Durante los años 90’s la Comisión Federal de Electricidad (CFE), llevó a cabo
varios estudios geológicos y geofísicos para evaluar recursos geotérmicos dentro
de la CLS. Dentro de estos estudios tres pozos fueron perforados indicando un
relleno sedimentario de espesor considerable hacia el este de la cuenca (figura 5).
Figura 4. Sección transversal en la cuenca Laguna Salada. Muestra las dos principales fallas más importantes del área de estudio, LS: Falla Laguna Salada y CDD: Falla Cañada David; además de hipocentros de sismos (círculos azules y celestes). Figura tomada de Fletcher y Spelz, 2009.
El pozo ELS-1 (figura 5), con una profundidad de 2404 metros, se sitúa cerca de
la falla LS y atraviesa tres secciones sedimentarias principales. De arriba hacia
abajo, inicia con una primera sección que comprende 980 metros de depósitos
fluviales y lacustres de granos finos constituidos por arenas, gravas y lodos. La
segunda sección de los 980 a 1830 metros, incluye varias secuencias de limos y
areniscas, interrumpidas por cuatro capas de unos 100 a 300 metros de espesor
de conglomerados y brechas de rocas graníticas. La tercera sección es una
12
secuencia de 570 metros de sedimentos fluviales feldespáticos de probable
correlación con la Fm Palm Spring del Plioceno. Aunque el basamento geológico
no se cortó en el pozo ELS-1, un mínimo de ~300 metros de espesor de depósitos
de la Fm Imperial posiblemente subyace a sedimentos de la formación Palm
Spring cortados en este pozo, ya que esta relación estratigráfica está expuesta al
este de la cuenca (Martín-Barajas et al., 2001). Las observaciones directas indican
un espesor mínimo de 2700 metros de sedimentos del Plioceno temprano al
reciente en el margen oriental de la cuenca. La temperatura de fondo reportado
para el pozo ELS-1 fue de 124° C.
En la parte central de la cuenca Laguna Salada el pozo ELS-2 (figura 5) atravesó
una sección sedimentaria aproximada de 1590 metros (García-Abdeslem, et al.,
2001). La unidad sedimentaria inferior consiste de 100 metros de brecha
conglomerática, arenisca y lodolitas con fragmentos de conchas. Unidad arriba se
reportó una sección de ~ 340 metros de arenisca feldespática, lodos, y cantidades
variables de grava alrededor del 10%. Un intervalo de aproximado 50 metros de
espesor de arenisca conglomerática es característico, debido a los depósitos de
areniscas y lodos que sobresalen en la mayoría de toda esta sección
sedimentaria. Este pozo cortó basamento alrededor de los 1590 metros; siendo su
profundidad final aproximadamente a los 1755 metros. Para este pozo se reportó
una temperatura de fondo de 74.3° C.
El pozo ELS-3 (figura 5) localizado en el lado suroeste de la cuenca, consiste de
una secuencia monótona de arenisca feldespática de grano fino a grueso, lodos y
depósitos de grava suprayaciendo al basamento cristalino, el cual se cortó a los
898 metros aproximadamente. La temperatura de fondo reportado para este pozo
exploratorio fue de 27.2° C, sugiriendo un gradiente geotérmico normal en este
sitio.
13
Figura 5. Registro litoestratigráfico de tres pozos exploratorios perforados por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en la cuenca Laguna Salada. Modificada de Álvarez-Rosales y González- López, (1995). Ver localización en la figura 3.
14
1.4. Sismicidad histórica del área de estudio
La sismicidad histórica en la región de la CLS es baja en el sector NW de la
cuenca (Frez, J. y V. Frías, 1998).Históricamente solo se tienen reportados dos
sismos importantes que se localizan dentro de la cuenca (1892, MW > 7 y 1934,
MW 6.5, Ellsworth, 1990) (figura 6). Cabe mencionar que existe una incertidumbre
de la localización epicentral y la magnitud del sismo del 23 de Febrero de 1892, ya
que no fue investigado en el momento en que ocurrió el sismo. Basado en la
distribución de efectos de los temblores, Strand (1980) concluyó que este sismo
se originó probablemente debido a la actividad de la falla LS. Observaciones
basadas en la longitud de rotura y escarpes con 3-4 m de desplazamiento vertical
en la FLS por Mueller y Rockwell (1995) sugieren una magnitud de momento de
7.1.
Estudios sismo-tectónicos se llevaron a cabo en la CLS en dos temporadas
(García-Abdeslem et al., 2001). Durante la primera temporada que comprendió del
08 de julio al 17 de diciembre de 1991 se instalaron 5 estaciones sísmicas
posicionadas en la parte norte de la cuenca. Para la segunda temporada, estas
estaciones se colocaron hacia el sur de la cuenca para un periodo que
comprendió del 27 de abril a 17 de septiembre de 1992. Aproximadamente 582
micro-sismos fueron detectados por las redes sísmicas con una magnitud menor
de 3.6 en escala de momento (figura 7). Los micros sismos detectados por las
estaciones sísmicas, indican claramente que la sismicidad registrada se concentra
en zonas que corresponden a zonas de debilidad. Estas concentraciones de micro
sismos se hace más notable a lo largo de la falla LS y hacia el sur-sureste del
Cañón de Guadalupe.
15
Figura 6. Sismicidad histórica de los eventos mayores compilada por Ellsworth, 1990 (círculos rojos) indicando año y magnitud. Epicentro del sismo del 4 de abril de 2010, MW 7.2 (estrella). Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, FIND: Falla indiviso, B: Falla Borrego, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores.
16
Figura 7. Sismicidad observada en la cuenca Laguna Salada registrada en dos periodos, 1991 (círculos verdes), 1992 (círculos rojos). Los triángulos en color naranja representan la localización de las estaciones sísmicas. Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, FIND: Falla indiviso, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores.
17
La actividad reportada por RESNOM-CICESE (Red Sismológica del Noroeste de
México) desde 1979 hasta mayo del 2012, indica que la mayor actividad sísmica
en la zona de estudio se concentra en los márgenes oeste y este de la cuenca
(figura 8), en un sector bien definido del Escarpe Principal del Golfo y a lo largo
del sistema de fallas Laguna Salada. Un agrupamiento de microsismos se ubica
en la parte sur del vaso de la cuenca y es posiblemente debido a la proyección de
la falla de bajo ángulo de Cañada David (CDD).
Figura 8. Sismicidad reportada por RESNOM de 1979 al 3 de abril del 2010 (círculos rojos). En círculos verdes sismicidad después del sismo del 4 de abril de 2010 (estrella). Principales fallas. FCP: Falla Cerro Prieto, FI: Falla Imperial, LS: Falla Laguna Salada, B: Falla Borrego, CDD: Falla Cañada David y CM: Falla Central Mayor, P: Falla Pescadores.
18
1.5. Objetivos y metas
El objetivo general de este trabajo es estudiar la estructura de la cuenca Laguna
Salada mediante el procesado e interpretación de cinco líneas sísmicas de
reflexión (figura 9). Se busca identificar fallas geológicas, secuencias
sismoestratigráficas, y la configuración del basamento. La meta es proponer un
modelo estructural de la cuenca y analizar su relación con la estratigrafía. Un
objetivo particular es identificar estructuras geológicas que pudiera representen
riesgo tomando en cuenta lo aprendido en el sismo Cucapah-EL Mayor de MW=7.2
ocurrido el 4 de abril de 2010.
Los datos de sísmica de reflexión, en la región de la CLS fueron tomados con
fines de exploración petrolera a finales de los 70`s y principios de los 80`s y para
este trabajo se localizaron cinco líneas sísmicas (figura 9).
19
Figura 9. Perfiles sísmicos de reflexión, propiedad de PEMEX (líneas en negro), procesados e interpretados en este trabajo. Se muestra la localización de tres pozos exploratorios perforados por la CFE (ELS-1, ELS-2 y ELS-3).
20
Capítulo 2
Metodología del procesamiento e interpretación de los datos de sísmica de
reflexión
La metodología se subdivide en dos etapas: 1) Procesamiento y 2) Interpretación
de datos sísmicos, cada una de las cuales implica procesos que serán descritos a
continuación con más detalle.
2.1. Sísmica de reflexión
El método sísmico de reflexión involucra la detonación de una fuente (dinamita o
vibrosismo), la cual se transforma en energía vibratoria y se transmite a través de
las interfaces del subsuelo. Posteriormente esta energía es detectada por
receptores (geófonos) los cuales se encuentran ubicados en la superficie y
alineados con la fuente emisora (figura 10).
Este método consiste en tres etapas fundamentales: Adquisición, Procesamiento
e Interpretación de datos sísmicos.
2.1.1. Adquisición de datos
Se cuenta con información de la adquisición de sísmica terrestre multicanal 2D. A
través de un convenio de cooperación entre PEMEX-CICESE para el estudio de
los datos del prospecto: Delta Río Colorado, realizados por la paraestatal a finales
de los 70' y principio de los 80'.
21
Figura 10. Esquema para el arreglo de geometría para la adquisición de datos de campo, utilizando dinamita como fuente emisora.
La adquisición de datos se realizó utilizando como fuente emisora dinamita, un
arreglo de tendido central (fuente al centro y a cada extremo 24 geófonos), cada
receptor espaciado cada 50 metros (figura 11). En la tabla I se muestra con más
detalles los parámetros de adquisición de datos.
22
Figura 11. Esquema generalizado de una geometría con arreglo central para un solo disparo.
2.1.2. Procesamiento de datos sísmicos
El objetivo fundamental del procesamiento es aislar las reflexiones de otros
eventos sísmicos que se superponen a ellas, con la finalidad de obtener una
sección sísmica “ideal” que muestre las reflexiones más claramente y con buena
calidad. Una causa importante de un mal procesado sísmico, es la elección de
algoritmos que no son adecuados para este tipo de datos de campo, de manera
que la mala aplicación de estos algoritmos arroja una sección sísmica de mala
calidad.
23
Para iniciar el procesamiento es necesario introducir los datos de campo a una
consola de sistema. Según Yilmaz (2001), hay tres etapas de procesamiento
básicas: 1) Pre-apilamiento (pre-stack); 2) Apilamiento (stack); y Post-apilamiento
(post-stack). En cada uno de estas etapas se aplican una serie de procesos, como
se muestra en el siguiente figura 12.
Tabla I. Muestra los principales parámetros de adquisición de los datos del prospecto “Delta Rio Colorado”.
PARÁMETROS VALORES
Fuente de energía Dinamita
Longitud del tendido 2900 m
Distancia entre fuentes 100 m.
Distancia entre receptores 50 m.
Offset inicial 300 m
Número de canal 48
Detectores por traza 24
Tiempo de grabación 6000 ms.
Intervalo de muestreo 2 ms.
El procesamiento de los datos sísmicos de reflexión multicanal 2D, se llevó a cabo
en el software ProMAX de la plataforma LandmarkTM, propiedad de la compañía
Halliburton, software al que se tiene acceso gracias a un Grant Universitario que
CICESE tiene con la compañía.
24
Figura 12. Secuencia de procesamiento de datos sísmicos de reflexión multicanal 2D utilizada en este trabajo. 2.1.2.1. Procesamiento pre-apilamiento (“pre-stack”)
2.1.2.1.1. Cintas de campo o almacenamiento de datos
Los datos de las cintas de campo están en formato SEG-Y (formato Y de
grabación de la Sociedad de Geofísicos de Exploración), ya que es un formato
estándar para los datos adquiridos con sísmica, los cuales se carga al módulo del
software ProMAX.
25
2.1.2.1.2. Geometría
En la geometría se indica la distancia entre fuentes – receptores (offset), el
número de trazas de cada registro sísmico, las coordenadas (longitud (X), latitud
(Y) y altitud (Z)) de cada fuente como de cada receptor, entre otras características.
La geometría es una etapa importante, porque es el primer paso del
procesamiento para llevar a cabo el ordenamiento de puntos comunes en
profundidad (“Common Depth Point o CDP”).
En virtud de que no se cuenta con las bitácoras de campo del observador ni del
topógrafo, es necesario georeferenciar el mapa en donde se tienen ubicadas las
líneas sísmicas (figura 13) y posteriormente digitizarlas. La georeferencia se
realizó utilizando el software ORIGIN 7.5, de OriginLab Co. Se utilizó con la
finalidad de asignar las posiciones geográficas a los puntos de tiro y geófonos.
La figura 13 muestra el mapa original en el que se ha trabajado y lo que se ha
estado recuperando de las geometrías. Lo importante de destacar es el control de
calidad de la asignación de la geometría para cada punto de tiro y geófono.
Posteriormente estos datos son trabajados en mapas de elevación para poder
tener el dato de altura de cada uno de los puntos de tiro y geófonos, ya que es
importante contar con la altura para la corrección de estática en el procesamiento
de los datos.
Una vez que ya se cuenta con la hoja de cálculo de la geometría correctamente,
se procede a importarlas a la base de datos de ProMAX (“spreadsheet”), con la
finalidad de cargar la geometría y como resultado obtener perfectamente ubicadas
tanto fuente como receptores (figura 9).
26
Figura 13. Mapa original a partir del cual se recuperó la información de la geometría de los disparos y el arreglo de las líneas sísmicas procesadas en esta tesis.
2.1.2.1.3. Edición de registros
Para visualizar la información sísmica de cada disparo, se desplegó cada uno de
los registros, con la finalidad de detectar trazas anómalas o muertas las cuales
son registros sin información de interés. Estas trazas presentan ruido o malas
conexiones, y se realizó la eliminación de trazas (“Kill trace”).
27
También las señales de las primeras llegadas deben eliminarse o de lo contario se
incorporaran a las verdaderas reflexiones, este tratamiento se realizó con el
picado de los primeros arribos (“tope mute”) (figura 14).
a) b)
Figura 14. Registro de campo a) antes b) después de la edición para la eliminación de primeros arribos y trazas ruidosas.
28
2.1.2.1.4. Estáticas de elevación
Las correcciones estáticas son pequeñas correcciones de tiempo aplicadas a
datos sísmicos, son debido a la topografía (desniveles entre las fuentes y
receptores), así como a variaciones de velocidad y espesores de la capa
meteorizada (capa compuesta de roca suelta debido a la acción de la
meteorización). El objetivo de corregir estáticas de elevación es determinar los
tiempos de arribo de las reflexiones, como si fuentes y receptores estuvieran en
una superficie plana sin material de baja velocidad (figura 15).
La correcta aplicación de las estáticas de elevación conlleva a obtener un buen
resultado al finalizar la etapa del procesado, es por eso que se debe tener un
estricto cálculo en la aplicación de esta corrección.
2.1.2.1.5. Atenuación del “ground roll”
En el campo, se hace la adquisición de datos sísmicos y se pretende recabar toda
la señal proveniente del subsuelo sin ninguna perturbación que afecte a la onda.
En la figura 16-a se muestra la señal-ruido de un disparo; las líneas rectas
continuas representan la señal, mientras que las líneas punteadas al ruido.
El “ground-roll” es caracterizado por viajar horizontalmente desde la fuente hasta
el receptor a través de toda la superficie. Tiene un comportamiento lineal con
respecto a la distancia y contiene frecuencias alrededor de los 10 Hz, aunque en
ocasiones pueden llegar hasta los 12 Hz y poseer altas amplitudes.
29
Figura 15. Esquema generalizado para la aplicación de la corrección por estáticas de elevación (Modificada de ProMAX).
30
Para la atenuación del “ground-roll” se llevó a cabo la aplicación de un tratamiento
adecuado delimitando la zona donde está presente, acompañado con la aplicación
de un filtro pasa-bandas donde se eliminaron frecuencias inferiores a los 12 Hz. El
filtro pasa-banda es definido por el trapecio 12-15-75-80 Hz (figura 16-b). De esta
manera se eliminaron frecuencias inferiores a 12 Hz y superiores a 75 Hz y se
atenuaron las frecuencias comprendidas de 12-15 Hz y de 75-80 Hz. El resultado
se muestra en la figura 16-b en la que se puede observar una atenuación de las
amplitudes de la onda superficial (“ground-roll”).
Figura 16-a. Esquema de relación señal-ruido, para un tendido lateral. Tomado de Barragán, (1991).
31
Figura 16-b. Análisis de contenido de frecuencias. a). Registro de campo, dominio tiempo. b). Espectro en el dominio de frecuencias. El mayor contenido de frecuencias se encuentra entre 15-80 Hz. c). Registro sísmico después de aplicar filtro pasa-banda. d). Espectro mostrando las frecuencias después de aplicar el filtro definido por el suavizado 12-15-75-80 Hz.
32
2.1.2.1.6. Deconvolución
Se emplea en la restauración de señales para la recuperación de datos que han
sido modificados por un proceso llamado convolución. Este proceso involucra
encontrar un filtro inverso a la tierra y luego aplicarlo a cada traza y regresarla en
una delta de Dirack (pulso perfecto). Para ello fue necesario aplicar la técnica de
autocorrelación para calcular el operador del filtro.
La deconvolución utilizada fue la predictiva, por lo cual fue necesario calcular la
longitud del operador, la distancia predictiva y el ruido blanco (se tomó por default
0.1%), dichos parámetros fueron obtenidos de autocorrelogramas.
Los autocorrelogramas son diagramas gráficos de ondículas de fase cero y
simétricas; los cuales son una excelente herramienta para detectar
reverberaciones y múltiples en la ondículas. La longitud del operador fue de 120
ms, la distancia predictiva de 40 ms. Lo que se espera al aplicar la deconvolución
es que las trazas se asemejen a una delta de Dirack que es función generalizada
en forma de integral sobre un cierto espacio de funciones.
La deconvolución es un proceso importante del procesado ya que aumenta la
resolución temporal, eliminando la ondícula fuente de la señal de salida para así
poder obtener el resultado de la reflectividad (figura 17).
33
a) b)
Figura 17. Registro de campo a) antes b) después de la aplicación de la deconvolución, así, como otros tratamientos previos. Las reflexiones están comprimidas y se distingue mejor la señal-ruido. 2.1.2.1.7. Análisis y filtrado F-K (frecuencia-número de onda)
Es también conocido como filtro de velocidades y se basa en representar los
datos sísmicos de reflexión en espectros (frecuencia-número de onda). Esta
transformación se logra por la aplicación de la transformada de Fourier, primero
de amplitud-tiempo a amplitud-frecuencia y luego la representación en un espectro
de F-K (figura 18). Esto nos permite eliminar el ruido lineal coherente como el
“ground-roll”, la atenuación de alias espacial, las refracciones, etc.
La aplicación del filtro F-K, se puede utilizar antes y/o después del apilamiento, lo
cual depende de la persona que está procesando.
34
2.1.2.2. Procesamiento apilamiento (“stack”)
2.1.2.2.1. Ordenar trazas por CDP
Su característica se basa en registrar las señales sísmicas provenientes de un
mismo punto del subsuelo para diferentes combinaciones entre los puntos de tiros
y los receptores (figura 19). Con este procedimiento es posible sumar todos los
registros que tengan el punto de reflejo común y así mejorar la relación
señal/ruido.
La forma de ejecutar esta técnica por CDP (“Common Depth Point”), consiste en
registrar mediante un tendido lineal de receptores situados sobre la superficie las
señales que corresponden a un determinado punto de tiro y a una cierta distancia
(“offset”) de uno de los receptores extremos (figura 20).
a)
35
b)
Figura 18. Análisis de frecuencias espaciales. a) Registro de campo y espectro en el dominio F-k en donde se observa la zona de concentración de energía y zona de alías b) Registro de campo atenuado y espectro en el dominio F-k donde se muestra el filtro que se aplicó, así como la zona que se atenuó.
Figura 19. Esquema de CDP. Las reflexiones que provienen de un mismo punto en el subsuelo son sumadas, para así poder obtener una mejor relación señal/ruido.
36
2.1.2.2.2. Análisis de velocidad
El análisis de velocidad es uno de los factores más influyentes dentro del
procesamiento de datos sísmicos de reflexión. Su objetivo es obtener las
velocidades del medio en el que se propaga la onda de la forma más exacta
posible. Para ello se realizó sobre un grupo de 10 CDP´S en intervalos de 1000 m.
El resultado de este proceso es un modelo de velocidades que posteriormente se
utiliza en el apilamiento, para obtener una sección sísmica lo más real posible del
subsuelo. Cuando no hay un modelo de velocidades de reflexión adecuado, la
sección símica final es de mala calidad, debido a que las reflexiones no
concuerdan correctamente.
En este estudio se utilizaron dos métodos para obtener una estimación del modelo
de velocidades: 1) un espectro de semblanza y 2) un panel de CDP apilados por
velocidad constante. El método de espectro de semblanza o coherencia consiste
en realizar un estudio de coherencia lateral de la señal para las diferentes
trayectorias hiperbólicas posibles. Los valores de la energía resultante para las
diferentes estimaciones se representan en espectros de velocidad que consisten
en una serie de mínimos y máximos que corresponden a las reflexiones de mayor
impedancia acústica en cada CDP considerado.
Figura 20. Muestra el tendido para el registro de CDP.
37
Este método da buen resultado donde la relación señal/ruido es muy buena, pero
donde la relación señal/ ruido es mala, se hace complicada la correcta ejecución
de esta técnica.
Así mismo, se aplica el método de velocidad constante. Esta técnica consiste en
generar grupos de CDP y aplicar una velocidad constante a cada grupo; el
resultado es la corrección de algunos de los reflectores. Repitiendo esta operación
para diferentes velocidades, observamos en los paneles de velocidades el efecto
que cada velocidad produce sobre cada reflector. Por lo tanto, si el reflector
muestra horizontalidad indica que la velocidad es la adecuada para corregir por
NMO (normal moveout, por sus siglas en ingles). Las velocidades que se tomaron
para el análisis de velocidad fueron de 1000 m/s como inicial y 5000 m/s como
final con un aumento de 50 m/s (figura 21).
2.1.2.2.3. Corrección por NMO (“normal moveout”)
La corrección por NMO es fundamental en el proceso de agrupamiento y suma de
trazas, ya que es la corrección que se aplica debido a la diferencia de tiempos de
arribos de las ondas entre un “offset” dado y un offset cero (figura 22). Para un
reflector horizontal la velocidad NMO es la velocidad del medio que está por
encima del reflector. Para un reflector inclinado es la velocidad del medio dividida
por el coseno del ángulo de inclinación. Esta corrección permite que las trazas
sean equivalentes, y por lo tanto puedan sumarse.
38
Para llevar a cabo esta corrección es necesario utilizar el modelo de velocidades
obtenido del análisis que se realizó anteriormente; si el modelo es correcto se
observara una horizontalidad en los reflectores; si los reflectores mantiene una
hipérbola cóncava hacia abajo nos indica que las velocidades aplicadas son
valores elevados; por el contrario si se observa una hipérbola cóncava hacia
arriba, indica que las velocidades utilizadas son valores bajos.
2.1.2.2.4. Apilamiento (“stack”)
Teniendo los datos ordenados por CDP, y después de haber corregido por NMO,
se lleva a cabo el apilamiento, que es la suma de las trazas pertenecientes a un
mismo punto en profundidad (figura 23).
39
a) b) c) d)
Figura 21. Análisis de velocidad. a) Técnica de espectro de semblanza, los tonos de color rojizos representan los valores de semblanza más altas y son los que corrigen el efecto de NMO, y por ende la línea en color blanco se realiza en estos contrastes de semblanza más fuertes. b) Registro de CDP´S a corregir. c) Corrección dinámica por NMO. d) Técnica de velocidad constante; se muestra un grupo de 10 CDP´S repetidos 14 veces, en cada grupo se aplica una velocidad diferente que va de los 1000 a 5000 m/s.
40
Al realizar este proceso, los eventos en fase se suman constructivamente en traza
CDP, mientras los eventos desfasados o hiperbólicos, la suma resulta destructiva.
Es muy importante este paso ya que se suprimen ruidos o eventos aleatorios que
no se habían podido eliminar anteriormente, cuando se aplicaban tratamientos a
cada traza individualmente; además, genera la primera imagen coherente del
subsuelo donde se podrá observar con claridad los reflectores de interés, sus
variaciones laterales como verticales, y por lo tanto, se podrá realizar una
interpretación geológica preliminar (figura 24).
Figura 22. Ordenamiento por CDP.
41
Figura 23. Muestra las trazas antes de aplicar la corrección por NMO, posteriormente se aplica la corrección y al finalizar se muestra el resultado de apilamiento de trazas.
2.1.2.3. Procesamiento post-apilamiento (“post-stack”)
El objetivo final del procesamiento de datos símicos de reflexión, es obtener una
sección final que se asemeje lo más real posible a la disposición de los estratos
geológicos de la zona de estudio y que posea contrastes de impedancia acústica
que permita interpretar esta disposición geológica. Para ello es necesario aplicar
algoritmos o tratamientos post-stack que permitan obtener una mejor resolución y
sobretodo ubicar los reflectores en su posición real.
42
2.1.2.3.1. Divergencia esférica
Este tratamiento se aplica a los datos para reconstruir las amplitudes debido a la
absorción de los materiales y al decaimiento de la energía de las frentes de onda
con la distancia.
Figura 24. Sección sísmica en la que se muestra la primera imagen coherente del subsuelo de área de estudio. La imagen consiste en un apilamiento de trazas corregidas por NMO.
43
2.1.2.3.2. Control automático de ganancia (AGC)
Es uno de los algoritmos más utilizados en el procesamiento de datos sísmicos de
reflexión. Se obtiene calculando el valor promedio de la amplitud dentro de una
ventana específica de tiempo, posterior se obtiene la relación RMS deseado y el
promedio de la amplitud anteriormente calculado. Este valor escalar es aplicado a
cada traza CDP dentro de la ventana de tiempo elegida.
2.1.2.3.3. Filtro variable en tiempo
Con el fin de modular la energía de cada banda de frecuencias y tener coherencia
en los datos de la sección sísmica se realiza un balance en las frecuencias de la
sección apilada. Para llevar a cabo este procedimiento se aplica un filtro variable
en tiempo, un filtro pasa-banda de tipo Ormsby para realizar el balanceo de las
frecuencias comentado anteriormente. En la tabla II se muestra los parámetros de
los filtros que se utilizaron.
Tabla ll.- Parámetros utilizados para la aplicación del filtro variable en tiempo.
Tiempo doble (s) Banda de frecuencias (Hz)
0-2 5-10-65-70
2-3 5-10-55-60
3-6 5-10-45-50
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Al aplicar el filtro variable en tiempo, las frecuencias altas que persisten a tiempos
relativamente grandes se atenúan. Esto es necesario ya que tomando en cuenta el
efecto de absorción de las frecuencias elevadas por el subsuelo, a medida que se
incrementa la profundidad, estos componentes (altas frecuencias) deben
corresponder a ruidos (Yilmaz, 2001).
2.1.2.3.4. Migración
El apilamiento de trazas representa la primera imagen coherente de la disposición
de las capas geológicas del área de estudio, sin embargo si un reflector tiene un
buzamiento determinado, en la realidad lo más probable es que no esté ubicado
correctamente en la sección previamente apilada. Para evitar este tipo de
problemas al momento del procesamiento, que en escasas ocasiones se presenta,
se realiza un tratamiento conocido como migración.
La migración es un proceso que se aplica para corregir las difracciones que se
producen en una sección sísmica debido a un relieve brusco de algún reflector. Su
objetivo es, pues, reubicar esta energía a su posición verdadera y para ello se
provoca el colapso de estas difracciones actuando en sentido opuesto (Teixidó,
2000) (figura 25).
Existen diversos algoritmos para llevar a cabo la migración y cada uno de ellos
proporciona diferentes resultados los cuales dependen de las velocidades del
medio, de la calidad del modelo de velocidades que se utilizó y también de la
calidad de los datos que se procesaron.
45
En este trabajo se utilizó el algoritmo de la migración de Kirchhoff, el cual se basa
en que la respuesta de todo punto difractor es una hipérbola definida por una
determinada velocidad, y que la suma sobre su inversa coloca en fase a la
difracción. Por consiguiente, esta migración trabaja realizando la suma de la
energía a lo largo de las hipérbolas para sí recolocar el punto difractor en su
posición verdadera. Para llevar a cabo la migración se utilizó el modelo de
velocidades que se obtuvo a partir de la aplicación de la corrección de NMO.
Figura 25. Sección sísmica migrada en tiempo. Además se le aplico divergencia esférica, control automático de ganancia (agc) y filtro variable en tiempo.
46
2.1.2.3.5. Conversión a profundidad
Las secciones sísmicas están en tiempo doble de recorrido de la señal, esto nos
indica que el rayo reflejado ha hecho viaje de ida (incidencia) y vuelta (reflexión).
La parte fundamental de esta conversión es tratar de dar una referencia en
profundidad a las secciones sísmicas finales. Para llevarla a cabo se utilizó el
modelo de velocidades de apilamiento, utilizado para generar la imagen. Sin
embargo, para tener una conversión de profundidad más confiable es necesario
contar con datos de pozos que nos proporcionen las velocidades reales de los
estratos geológicos del área de estudio.
2.1.3. Interpretación de datos sísmicos
El propósito básico de la interpretación de secciones sísmicas es extraer de una
imagen del subsuelo obtenida del procesamiento, toda la información geológica
disponible, esto incluye estructura, estratigrafía, propiedades de las rocas y
posiblemente presencia de fluidos en el depósito en espacio y tiempo.
Es primordial partir de un procedimiento adecuado para obtener una interpretación
acorde a la geología del subsuelo del área de estudio:
Marcar reflectores continuos. Las ondas al atravesar medios con
propiedades físicas similares, dan como resultado señales
características que definen un horizonte en particular.
Marcar interrupciones en los reflectores. La señal al atravesar
materiales con propiedades físicas distintas, presenta diversos
cambios, como interrupciones, flexiones en los horizontes, cambios
laterales o simplemente un cambio lateral producido naturalmente
por un cambio de facies sedimentarias.
47
Agrupar varios horizontes en una serie, formación o grupo. Cabe la
posibilidad de agrupar varios horizontes en un grupo tal que se
pueda diferenciar de otro. Con este agrupamiento se puede
interpretar la estratigrafía del área de estudio.
2.1.3.1. Fallas mayores
Con la interpretación sísmica del área de estudio se trata de identificar fallas
geológicas que pudieran representar algún riesgo sísmico a la población, como
ocurrió durante el temblor Cucapah-El Mayor del 4 de abril del 2010 de magnitud
7.2 (figura 9).
Según Liner (2004), estas estructuras mayores pueden ser identificadas dentro de
las secciones sísmicas por medio de los siguientes patrones:
a) Discontinuidad de los reflectores
b) Cambios abruptos en los buzamientos de los reflectores
c) Amplitudes pequeñas alineadas, llamadas dim-out o sombras de fallas
d) Reflexiones en el plano de falla.
Tomando en cuenta estos criterios para reconocer las estructuras se identificaron
las fallas principales que se aprecian en las secciones sísmicas, además las fallas
se correlacionaron entre las secciones donde están presentes y pudieron
establecer los rasgos estructurales (fallas, rumbos de fallas, dirección de
esfuerzos, etc.), en la zona de estudio.
Cabe mencionar que en algunas secciones sísmicas la resolución de los datos es
baja y por ende no permitió interpretar claramente dichas estructuras. En estos
casos las fallas y horizontes sísmicos de las secciones se infirieron.
48
2.1.3.2 Sismoestratigráfia
La sismoestratigráfia aplicada al estudio de cuencas nos permite subdividir,
correlacionar y mapear la estratigrafía de las rocas sedimentarias. Bally (1987)
indica que las secuencias depositacionales y sistemas encadenados poseen
patrones de estratificación y litofacies predecibles, lo que permite establecer un
marco de correlación cronoestratigrafíca en base de criterios físicos.
Una secuencia sísmica es una serie de reflexiones truncadas tanto en la cima
como en la base por superficies discontinuas, marcadas por las terminaciones de
las reflexiones interpretadas como discordancias (figura 26).
Las terminaciones de los reflectores se dividen en dos grupos:
1) Truncamiento erosional y “toplap” como discordancias a la cima de la
secuencia.
2) “Downlap” y “Onlap” como discordancias a la base de la secuencia.
Las terminaciones de la reflexiones en “onlap” se asocian a transgresiones, las
“downlap” a progradaciones, las de truncamiento erosional a hiatus sedimentario y
a progradaciones sedimentarias, mientras los “toplap” se asocian a procesos de
tectonismo.
49
Figura 26. Nomenclatura de los tipos de terminación de los reflectores y de los patrones de reflexión sísmica. (Tomada de Mitchum, 1977).
50
Capítulo 3
Resultados
En este capítulo se presentan las características y la interpretación general de las
secciones sísmicas obtenidas mediante el procesamiento de los datos sísmicos.
Se realizan descripciones estructurales y sismoestratigráficas, en donde la
resolución de los datos permitió seguir los horizontes sísmicos y ubicar las
principales fallas. De estas secciones se pudo estimar la profundidad, la
disposición de los reflectores sísmicos y posibles unidades litoestratigráficas
(difusas). Se interpretaron la geometría de la cuenca y las principales fallas
presentes.
Los resultados de este trabajo inician con la descripción de los perfiles sísmicos,
posteriormente la interpretación sismoestratigráfica y estructural se compara con
modelos gravimétricos, columnas estratigráficas de tres pozos de CFE y con
modelos geológicos-estructurales publicados en la misma zona.
3.1. Secciones sísmicas
El análisis se realizó en 5 líneas sísmicas procesadas en este trabajo. La línea
5076 para objeto de procesamiento e interpretación se dividió en tres secciones
5076-a, 5076-b y 5076-c tienen una orientación NW-SE. Las líneas 4949, 4957,
4965 y 4973 tienen una orientación SW-NE (figura 9). Todas las líneas fueron
migradas en tiempo y posteriormente convertidas a profundidad utilizando un
modelo de velocidades de apilamiento. También se utilizaron como referencia las
profundidades de los pozos ELS-1, ELS-2 y ELS-3 perforados por la Comisión
Federal de Electricidad (CFE) en la década de los 90´s (Álvarez-Rosales y
González-López, 1995; Martín-Barajas et al., 2001). La separación máxima de las
líneas transversales 4949, 4957, 4965 y 4973 es de ~20 Km. La mejor resolución
se obtuvo a partir de los 500 m de profundidad en adelante; en las secciones
51
donde el basamento acústico interpretado somero, es de baja calidad, por lo que
la interpretación en esos segmentos es muy general.
La descripción de la interpretación sísmica inicia con las tres secciones de la línea
longitudinal 5076 y posteriormente con las secciones transversales.
3.1.1. Perfil sísmico 5076
El análisis de este perfil sísmico longitudinal se realizó en tres secciones: 5076-a,
5076-b y 5076-c, porque en las partes intermedias (figura 9) no se cuenta con
datos sísmicos. Tiene una orientación NW-SE y una longitud total de ~54.7 Km.
Una característica sobresaliente de estos perfiles es que se observan que el
basamento acústico y el relleno sedimentario se mantienen paralelos y con pocos
rasgos estructurales mayores. Esto indica que este perfil atraviesa la cuenca
Laguna Salada de forma paralela u ligeramente oblicua a las estructuras
principales que controlan la cuenca Laguna Salada.
A continuación se describe este perfil sísmico por separado de las tres secciones
arriba mencionadas, para poder llevar un análisis más a detalle.
52
3.1.1.1. Sección 5076-a
Esta sección se localiza en la porción norte de la Cuenca Laguna Salada, tiene
una orientación N57°W y una longitud aproximada de 28 Km. En la figura 27 se
muestra la sección interpretada donde se incluyen fallas, horizontes
sismoestratigráficos y la configuración de basamento acústico.
En esta sección se puede observar que la resolución de la sísmica en la parte
superior no es buena, debido a que los datos obtenidos por PEMEX son de ámbito
petrolero y su interés fue sólo conocer la estructura a profundidad. Cercano al
CDP 7850 se puede observar la pendiente del flanco de un depocentro que
profundiza ~1.2 Km. Este depocentro continúa en la sección 5076-b más adelante
descrita; el límite de este depocentro sigue al contorno del vaso de inundación de
la cuenca moderna, que en los años 80´s se llenó con las descargas del Rio
Colorado que naturalmente alcanzaba hasta esta zona.
En el perfil no se observan una densidad considerable de fallas geológicas, y las
pocas que se puede observar, ninguna de ellas corta hasta superficie, por efecto
de los datos, porque están sepultadas por los depósitos lacustres. Estas fallas se
localizan entre los CDP´s 7550-7250 (líneas color rojo en figura 27), y no
presentan un desplazamiento vertical muy evidente.
Debido a que los reflectores sísmicos son muy caóticos en la parte NW de la
sección y la pobre calidad de los datos sísmicos, no fue posible interpretar
horizontes sismoestratigráficos.
53
a)
b)
Figura 27. Línea 5076-a NW-SE. a) Línea sin interpretar, b) Línea interpretada. Las fallas interpretadas en rojo tienen poco desplazamiento vertical y en verde la falla que delimita el contorno del vaso de inundación. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. Se incluye mapa de ubicación de este perfil.
54
Se interpretó el basamento acústico mediante un reflector fuerte, alrededor de los
500 metros de profundidad en la parte noroeste de esta sección. Este reflector
profundiza suavemente hacia el centro de la cuenca. Por debajo del basamento
acústico la energía sísmica se atenúa y no permite interpretar reflexiones
coherentes, se interpreta la presencia de rocas cristalinas posiblemente cubiertas
de rocas volcánicas del Mioceno medio que impiden parcialmente el paso de la
energía.
3.1.1.2. Sección 5076-b
Sección intermedia (b) del perfil 5076, se localiza en la parte central de la cuenca,
tiene una orientación N57°W y tiene una longitud ~ 32 Km. Esta sección se
muestra en la figura 28 en donde están incluidas las fallas, horizontes
sismoestratigráficos y configuración del basamento acústico interpretado. El
espacio en blanco en la sección es debido a la ausencia de información sísmica.
En toda la sección se observó el basamento acústico, aunque a partir de los
CDP´s 6200 hasta 5750 el trazo del basamento se hace más difícil de interpretar
debido a la baja resolución sísmica; al NW el basamento se encuentra a ~1200
metros de profundidad, hacia el CDP 6750 se interrumpe por la presencia de una
falla geológica que a su vez flanquea el depocentro que continua en esta sección.
Al centro de la sección se puede observar otro depocentro que alcanza una
profundidad ~1500 metros y una extensión de ~14 Km. El trazo amarillo de
basamento al SE va siendo más superficial, alcanzando la profundidad ~ 500
metros al final de la sección. Este levantamiento progresivo del basamento hacia
él SE en el perfil posiblemente continúa hasta la Sierra Las Pintas.
55
a)
b)
Figura 28. Línea 5076-b NW-SE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. El pequeño depocentro al NW tiene un salto vertical de 500 m y está controlada por dos fallas normales que convergen a profundidad. Hacia él SE el basamento se pierde a profundidad pero se interpreta que asciende en el extremo de la línea debido a la presencia de la Sierra Las Tinajas. Se incluye mapa de ubicación de este perfil.
56
Se considera que las fallas principales que controlan la subsidencia de la cuenca
se encuentra a los márgenes de las sierras que bordean a la cuenca Laguna
Salada ya que se interpretaron pocas fallas con desplazamiento vertical. No se
interpretaron horizontes sismoestratigráficos en esta sección debido a lo caótico
de los reflectores sísmicos.
3.1.1.3. Sección 5076-c
Es la sección sur del perfil sísmico 5076, que muestra el extremo sur de la cuenca
Laguna Salada; tiene una orientación N57°W, una longitud de ~ 12 Km. En este
perfil la calidad de los datos no permitió correlacionar los horizontes y fallas, sin
embargo, se interpretó el trazo del basamento acústico (difuso); el cual se ubica a
una profundidad entre 600 y 1000 metros a lo largo de esta sección que es la más
cercana a la Sierra las Pintas (figura 29).La interpretación de la profundidad del
basamento acústico concuerda con la de Chanes-Martínez, (2012), ya que esta
sección 5076-c es cruzada por el perfil 4983 procesado e interpretado por él. Sin
embargo la resolución sísmica no permitió interpretar fallas geológicas, ni
horizontes sismoestratigráficos.
57
a)
b)
Figura 29. Línea 5076-c NW-SE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea punteada en amarillo representa el basamento acústico. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. Perfil 4983 trabajado por Chanes-Martínez (2012), representado por la línea azul en el mapa de ubicación.
58
3.1.2. Perfil sísmico 4949
Este perfil transversal está ubicado en la parte norte de la cuenca Laguna Salada.
Aproximadamente 13 Km del límite internacional entre México y Estados Unidos.
Tiene una orientación S25°W y una longitud de ~8.5 Km (figura 30). Este perfil, al
igual que los demás que son transversales (descritos más adelantes) nos permite
conocer más a detalle la geometría, las estructuras y los horizontes
sismoestratigráficos de la cuenca Laguna Salada.
El reflector sísmico interpretado como basamento acústico se observa ~350 m al
SE del perfil, posiblemente debido a la cercanía de la Sierra Juárez, cuyo
basamento cristalino aflora unos cientos de metros al SW (Figura 9). El reflector
del basamento se observa en toda la sección, y profundiza hacia el NE hasta
alcanzar ~1.5 km en el extremo del perfil.
A la altura del CDP 3620 se observa el incremento progresivo del espesor de
sedimentos y muestra hacia qué dirección se encuentra el depocentro el cual no
se puede observar en su totalidad hacia el oriente de la cuenca debido a lo corto
del perfil.
No se realizó el trazo de horizontes sismoestratigráficos, ni de fallas geológicas en
el perfil, debido a la baja calidad de la imagen sísmica.
59
a)
b)
Figura 30. Línea 4949 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. En rojo falla que controla la caída del basamento acústico.
60
3.1.3. Perfil sísmico 4957
Este perfil se localiza en la parte central de la cuenca, tiene una orientación
S25°W, y una longitud de 11.45 Km (figura 31). El perfil se encuentra a una
distancia de 1650 metros del pozo ELS-2, pero debido a la poca confiabilidad de la
información que proporcionan los registros del pozo, se decidió no integrar los
registros de RG y SP en la interpretación sísmica y solo se utilizó la profundidad al
basamento en el pozo.
La resolución de la imagen sísmica permitió el trazo de la configuración del
basamento acústico a lo largo del perfil, con excepción del sector SW donde los
reflectores son muy caóticos y no permitieron continuar el trazo. A la altura del
CDP 320 se observa que el basamento acústico se ubica a una profundidad de
~550 m. y el cual va profundizándose hacia el NE alcanzando la profundidad de
1500 m en el extremo SE de la sección. La profundidad somera en el extremo SW
de este perfil refleja la cercanía de la Sierra Juárez.
Por arriba del basamento acústico, se observan reflectores sísmicos coherentes
estos soy menos evidentes al SW de la sección, pero debido a la falta de
resolución de la sísmica se decidió no trazar los horizontes sismoestratigráficos, a
pesar de que el perfil es el más cercano al pozo ELS-2 y el cual corto basamento a
una profundidad aproximada de 1590 m. Si se considera la distancia entre el perfil
y la localización del pozo se puede observar que el modelo de velocidad utilizado
para la conversión a profundidad de los perfiles es aceptable.
En esta sección se observa parte del depocentro de lo que conocemos como
cuenca Laguna Salada, el buzamiento de los sedimentos tiene un basculamiento
hacia el este sugiriendo que la mayor subsidencia de la cuenca se localiza en esa
dirección. Sin embargo, también se observan poca presencia de fallas geológicas
menores.
61
a)
b)
Figura 31. Línea 4957 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. El basamento de las rocas cristalinas de la Sierra Juárez profundiza hacia el este (línea en amarillo). En color verde delimita el contorno del vaso de inundación moderno. Notar el cambio de facies sísmicas al oeste de esta falla posiblemente asociado a depósitos aluviales al oeste y depósitos principales lacustres al este representado por los reflectores continuos y subparalelos Se incluye mapa de ubicación de este perfil.
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3.1.4. Perfil sísmico 4965
Perfil localizado al sur de la parte central de la cuenca Laguna Salada, tiene una
orientación S25°W, y una longitud de 14 km. El perfil (figura 32), muestra la mayor
y mejor expresión de la estructura que controla cuenca.
En esta línea sísmica se observa una falla de bajo ángulo (figura 32, línea en color
negro) que controla la subsidencia de la cuenca en la parte este hacia el margen
de la sierra El Mayor. La falla acomoda de forma asimétrica un espesor ~2500 m
de sedimentos en el depocentro, y los estratos definen una flexión cóncava hacia
la zona de falla. En el paquete sedimentario se pueden interpretar 4
sismoreflectores continuos y de alta amplitud que limitan paquetes de mayor y
menor amplitud y continuidad lateral (figura 32). También se observa un fuerte
sismoreflector en toda la sección, que se asocia al basamento acústico. El
basamento hacia al SW de la sección se tiene ~1350 m de profundidad y continua
profundizándose hacia la parte central de la línea en donde alcanza los 2500 m de
profundidad. Hacia el este el basamento acústico se interrumpe por la presencia
de la falla de bajo ángulo. En el margen de la Sierra El Mayor esta falla es
reportada por Fletcher y Spelz (2009) como la falla de Detachment Cañada David.
En el sector este del perfil, en contraste con el sector oeste; no se observan
reflexiones coherentes, y no se propone una posible continuidad lateral de los
reflectores identificados en la parte central y oriental de la sección. Esto también
puede depender de factores no relacionados con la estratigrafía como las
características de la señal de la fuente sísmica, los parámetros de adquisición, el
procesamiento de los datos, varios tipos de ruidos, estática de la fuente,
reflexiones múltiples, la estructura y las variaciones de fluido en los poros. Sin
embargo, con el análisis cuidadoso de la secciones sísmicas, podemos inferir
aspectos sobre la estratigrafía y los ambientes depositacionales utilizando los
atributos combinados de la reflexiones, si los datos no son muy ruidosos.
63
Se realizó la interpretación de algunos horizontes sismoestratigráficos en esta
sección, y se identificaron 4 horizontes continuos de fuerte amplitud casi en toda la
sección (líneas en color azul), excepto en la parte SW donde los reflectores son
muy caóticos. Para esta línea se tomó la litoestratigrafía del pozo exploratorio
ELS-1 (figura3 y 5) reportada por Álvarez-Rosales y González-López (1995).
Aunque la localización de este pozo está lejos de este perfil, se consideró
apropiado extrapolar la litología del pozo debido a que no se observa mucha
deformación en la parte central de la cuenca. Además las principales fallas que
controlan la cuenca se localizan al pie de las Sierras El Mayor y Cucapah (Fletcher
y Spelz, 2009; Spelz et al., 2009).
a)
64
b)
Figura 32. Línea 4965 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. En color rojo se representa las fallas menores interpretadas. En color negro la falla Cañada David. En color verde falla que delimita el contorno del vaso de inundación, además, delimita el cambio de facies de abanicos aluviales al oeste de depósitos lacustres en el centro y este de la cuenca. Se incluye mapa de ubicación de este perfil.
3.1.5. Perfil sísmico 4973
Este perfil está localizado en la parte sur de la cuenca, tiene una orientación
S25°W, y una longitud de 17 km. (figura 33). En este perfil también se puede
observar la falla de bajo ángulo que controla el depocentro de la cuenca
(Detachment de Cañada David en rojo). La falla tiene caída al SW, y produce una
cuña sedimentaria y limita la cuenca al oriente.
65
El basamento acústico se observa claramente como un reflector de fuerte amplitud
a lo largo de toda la sección. En la porción SW del perfil el basamento asciende a
~ 300 m de profundidad, posiblemente debido a la presencia de la Sierra Las
Tinajas. Hacia el este el basamento acústico profundiza hasta el CDP ~3310 en
donde es interrumpido por la falla de bajo ángulo de Cañada David, que en esta
parte tiene un echado aparente de 16° La configuración del basamento permitió
definir el depocentro inicial de la cuenca altura del CDP 3580, con una profundidad
actual de ~2200 m.
En dirección poniente, el basamento presenta un relieve posiblemente controlado
por una falla con caída al este que produce un escalón de 300 a 400 m (en CDP
~3550). Los reflectores difusos que se observan por arriba de este escalón en el
basamento parecen buzar hacia el oeste y posiblemente están basculados por la
falla que controla este escalón.
Se interpretaron 4 horizontes de buena resolución sísmica al NE de la sección, ya
que al SW del perfil los reflectores sísmicos son más caóticos y no permitió
continuar con el trazo de ellos. Estos horizontes muestran claramente que los
sedimentos tienen un basculamiento hacia el NE producidos por el
desplazamiento vertical de la falla Cañada David, la cual buza hacia el SW.
Esta línea al igual que la 4965, son de mucha importancia, ya que proporcionan
información de la geometría de la cuenca Laguna Salada y demuestran
claramente el control estructural de la falla de bajo ángulo Cañada David; la cual
es la responsable de la actividad tectónica reciente reflejada también en la
sismicidad histórica.
66
a)
b)
Figura 33. Línea 4973 SW-NE. a) Sin interpretar, b) Interpretada. Línea en amarillo representa el basamento acústico interpretado. En color rojo se representa las fallas menores interpretada. En color negro la falla Cañada David. En color verde falla que delimita el cambio de facies sísmicas. Se incluye mapa de ubicación de este perfil. Notar a la altura del CDP 3550 el escalón en el basamento, el cual está controlado por una falla normal en color rojo.
67
3.2. Correlación de fallas
En los perfiles sísmicos interpretados la falla de bajo ángulo claramente controla la
estructura de la cuenca. Esta falla solo se logró observar y correlacionar en dos
secciones sísmicas (figura 34) y se correlaciona a su vez con la falla de bajo
ángulo Cañada David (Siem y Gastil, 1994; Fletcher y Spelz, 2009). No se pudo
observar la proyección en subsuelo de la falla Laguna Salada que bordea el flanco
oeste de la Sierra Cucapah debido a que los perfiles no muestran el depocentro de
la cuenca en su parte norte. Para la correlación de estructuras y horizontes
sismoestratigráficas se utilizó el software OpendTect versión 4.2.0 y SeisWorks
de la plataforma de Landmark propiedad de Halliburton. A continuación se hará
una descripción de la falla Cañada David, así mismo se hará una breve
descripción de fallas ya reportadas en la literatura y que se encuentran dentro del
marco tectónico regional.
3.2.1. Falla Cañada David
La falla CDD se interpretó en dos perfiles sísmicos (4965 y 4973). Presenta un
buzamiento aparente promedio de 16° hacia el oeste, este ángulo para la falla
Cañada David se realizó a 2 km de profundidad asumiendo una velocidad sísmica
de 2 km/s. Se observó deformación de los reflectores en la vecindad del trazo de
la falla CDD, que corta al reflector de mayor amplitud interpretado como
basamento acústico a ~2500 m y cuyo trazo continua hasta ~2700 m.
La falla Cañada David es una falla de bajo ángulo que yuxtapone una secuencia
sedimentaria sinrift contra el basamento cristalino del Mesozoico y Paleozoico
(Siem y Gastil, 1994; Axen y Fletcher, 1998; Dorsey y Martín-Barajas et al., 2001).
El margen oeste de la sierra El Mayor es controlado por esta falla, así mismo la
subsidencia de la cuenca Laguna Salada. En este trabajo se demuestra que la
falla de bajo ángulo que observamos es la falla CDD descrita en superficie.
68
Figura 34. Proyección 3D de las líneas sísmicas procesadas e interpretadas en esta tesis y la posición del plano de falla de bajo ángulo de Cañada David, la única falla que fue posible correlacionar entre los perfiles sísmicos.
69
3.2.2. Falla Laguna Salada
La falla Laguna Salada (FLS) es una de las fallas de un arreglo de orientación NW
que cortan el bloque cristalino de la Sierra Cucapah (figuras 3, 6 y 7). Es una falla
oblicua-dextral con rumbo promedio de ~S45E° y un echado entre 65°-75° hacia el
suroeste (Chora-Salvador, 2003).
En las líneas sísmicas del norte de la cuenca (4949 y 4957) los horizontes
estratigráficos y el basamento cristalino profundizan hacia el este. Esto sugiere
que la falla maestra se ubica en esa dirección. Aunque no observamos el plano de
falla interpretamos que la falla Laguna Salada se ubica al este del extremo de
estas líneas.
La falla Laguna Salada es una de las fallas más activas del área y se tiene
registrada actividad histórica (Mueller y Rockwell, 1991). Se extiende por más de
57 km de longitud y Chora-Salvador (2003) reconoce tres segmentos: la parte
norte no está expuesta, pero se infiere por el cambio topográfico a lo largo del
margen oriental de la cuenca Laguna Salada; el segmento central que es el más
destacado debido a que define el margen de la Sierra Cucapah con el relleno
sedimentario de la cuenca Laguna Salada y el segmento sur que separa los
bloques cristalinos de las sierras Cucapah y El Mayor al sur. Se infiere que la FLS
inicio su actividad desde el Plioceno ya que el pozo ELS-1 cortó una unidad de
areniscas cuarzosas asociadas al delta del Río Colorado (Axen et al, 1998a; Axen
y Fletcher, 1998; Dorsey y Martín-Barajas, 1999).
70
3.2.3. Falla Cañón Rojo
Otra falla activa en la zona es la falla Cañón Rojo (figura 3, 6 y 7), que
aparentemente rompió con el sismo de 1892 con Mw> 7.1 (Strand, 1890; Mueller y
Rockwell, 1991). Aparentemente esta falla transfiere mucho del movimiento de la
falla Laguna Salada en el lado oeste de la Sierra El Mayor. Tiene una orientación
hacia el SW. Al este de la Falla Cañón Rojo la falla Cañada David está inactiva y
las relaciones cortantes entre estas dos fallas permanece incierta. Sin embargo,
es posible que la Falla Cañón Rojo converja a profundidad con la Falla CDD y
separe segmentos activos e inactivos de la falla de bajo ángulo, en una manera
similar a la forma en que la Falla Cañón Rojo separa segmentos activos e
inactivos de la Falla Laguna Salada (Spelz, 2008).
3.4. Configuración de basamento acústico
El basamento acústico en profundidad se observó en todos los perfiles que fueron
procesadas en este trabajo, aunque en el perfil 5076-C es difuso el reflector que
define el basamento. No obstante con el apoyo del perfil 4985 que cruza el perfil
5076-c fue posible ubicar la posición del basamento acústico (figura 35). El perfil
4985 fue procesado e interpretado por Chanes-Martínez (2012).
En la parte norte de la cuenca la configuración del basamento es somero y se
ubica ~400 m de profundidad en la porción SW de la línea 4949, debido a la
cercanía de la Sierra Juárez. El basamento profundiza hacia el NE de esa sección
hasta una profundidad de 1400 m. En la línea 4957 el trazo del basamento tiene el
mismo comportamiento. En la línea 4965 la configuración del basamento acústico
nos define el depocentro y la geometría de la cuenca Laguna Salada alcanzando
la profundidad ~2500 m a la altura del CDP 3460. El horizonte que define al
basamento de la cuenca es interrumpido por la falla de bajo ángulo de Cañada
David que se proyecta en superficie a la parte norte de la Sierra El Mayor.
71
Figura 35. Mapa de configuración del basamento acústico. Color azul representa profundidades someras, en color rojo profundidades mayores a 1.5 km.
72
En la línea 4973 el basamento presenta el mismo comportamiento, con la
diferencia de que la profundidad máxima que alcanza fue de ~2200 m, y también
es interrumpido por la falla de bajo ángulo de Cañada David.
La profundidad máxima interpretada de la cuenca Laguna Salada oscila ~2.5-3
km. según la configuración del basamento acústico.
73
Capítulo 4
Discusión
4.1. Mapa de anomalías gravimétricas
El análisis de anomalías gravimétricas en la región, nos proporciona una imagen
independiente de la forma de la cuenca. La estructura de las anomalías
posteriormente se comparó con la configuración regional del basamento de la
cuenca obtenido con las líneas sísmicas y el control de profundidad que
proporciona los pozos de CFE.
4.1.1. Prospección gravimétrica
La prospección gravimétrica mide las variaciones de la gravedad (anomalías) que
ejercen las rocas en el subsuelo. El fundamento de esta técnica consiste en que
las rocas poseen diferentes densidades, a mayor densidad, mayor es la atracción
gravitacional para una misma profundidad. A los valores obtenidos de las
variaciones se le aplica correcciones para eliminar influencias de cuerpos
celestes, y de la rotación y forma de la tierra, la finalidad es de obtener solamente
las variaciones de densidad que produce el subsuelo.
En mapa de anomalía de Bouguer producido con datos propiedad de Petróleos
Mexicanos (figura 36), utilizado para correlacionar la estructura general de la
cuenca interpretada en los perfiles sísmicos. Sin embargo, solo se cuenta con los
datos de la anomalía, pero no con datos originales, y no se conoce que tipo de
corrección se les aplicó.
74
En la parte oeste del mapa se observa que la cuenca Laguna Salada (área de
trabajo) se caracteriza por dos bajos gravimétricos separados por un alto
gravimétrico angosto de baja intensidad. Al norte se define la cuenca Laguna
Salada y al sur la cuenca Las Tinajas (Chanes-Martínez, 2012). En la parte
central tenemos el alto gravimétrico que se ubica al oeste de la Sierra El Mayor.
Figura 36. Mapa de anomalía de Bouguer para el NW de México. Los colores azules representan bajos gravimétricos (-80 mgal) y los rojos altos gravimétricos (-20 mgal). Líneas negras representan los perfiles interpretados en este trabajo. Notar al oeste del mapa dos bajos gravimétricos separados por un alto gravimétrico de baja intensidad. FCP: falla Cerro Prieto (línea roja). Estrella amarilla representa el epicentro del sismo del 4 de abril de 2010. ELS-1 y ELS-2 pozos exploratorios perforados por la CFE.
75
Regionalmente el mapa de anomalía de Bouguer muestra 5 bajos gravimétricos:
Laguna Salada, las Tinajas, Montague, Cerro Prieto y Altar. El bajo gravimétrico
asociado a la cuenca Laguna Salada tiene su mínimo gravimétrico (-80 mgal)
hacia el oeste del perfil 4965, y en este perfil se muestra claramente toda la
geometría de la cuenca, por lo que sería de esperarse que el mínimo gravimétrico
estuviera en las inmediaciones de este perfil (figura 32).
Otro punto a resaltar es la ubicación del pozo ELS-1, donde la profundidad es de
2404 m, y no corto el basamento, además varios estudios realizados en esta zona
hacen énfasis que la mayor profundidad es hacia el este, por lo que resulta
sorprendente que la anomalía gravimétrica no muestre el mínimo gravimétrico
cercano a esta zona.
4.2. Falla Detachment Cañada David
El área de estudio se encuentra en el límite entre las placas Norteamericana y
Pacífico, y registra abundante actividad sísmica. Mucha de esta sismicidad se
localiza al este de la Sierra Cucapah y El Mayor; las cuales son cortadas
internamente por intensas fallas de alto y bajo ángulo que generalmente acomoda
deformación con ejes de extensión orientados hacia el oeste-suroeste-este-
noreste (Axen y Fletcher, 1998; Axen et al., 1999; Chora-Salvador, 2003).
La falla Cañada David fue reconocida por primera vez por Siem y Gastil (1994) en
el flanco norte de la Sierra El Mayor. Estudios posteriores de Axen et al., (1995) y
Axen y Fletcher (1998), Axen et al., (1999; 2000), Martín Barajas et al., (2001),
García-Abdeslem et al., (2000) proponen un modelo de medio graben asimétrico,
controlado por la falla de bajo ángulo actualmente activa (Fletcher y Spelz, 2009).
Esta falla yuxtapone una secuencia sedimentaria del Plioceno y Pleistoceno
contra un basamento cristalino del Mesozoico Paleozoico (Siem y Gastil, 1994;
Dorsey y Martín- Barajas, 1999; Martín-Barajas et al., 2001). Se estima que esta
76
falla acomodó ~10-12 km de extensión horizontal y una denudación tectónica de
5-7 km desde hace ~12 Ma (Axen et al., 2000).
Los resultados de las secciones sísmicas obtenidas a partir del procesamiento e
interpretación de los datos sísmicos muestran una estructura geológica que
genera una interrupción en los reflectores coherentes y de buena amplitud y la
cual se está asociando a la presencia de la falla Cañada David. El ángulo de
echado aparente de esta falla es de ~16° (calculado a 2 km de profundidad con
una velocidad de 2 km/s).
La interpretación del plano de la falla en los perfiles (4965 y 4973) permite acotar
la geometría del plano de falla a profundidad. Si bien la geometría del detachment
propuesta por Fletcher y Spelz, (2009) (figura 37) es consistente, la profundidad
de la cuenca en el depocentro controlado por el detachment es de 2500 a 2700 m.
La localización de hipocentros proyectada en los perfiles muestra sismicidad a 15
km de profundidad en la proyección de la falla Cañada David. Numerosos sismos
se localizan en el bloque superior a profundidades.
77
Figura 37. Sección transversal de la cuenca Laguna Salada. Muestra las dos principales fallas más importantes del área de estudio, LS: Falla Laguna Salada y CDD: Falla Cañada David; además de hipocentros de sismos (círculos azules y celestes). Figura tomada de Fletcher y Spelz, 2009.
Considerando el trazo de la falla Cañada David interpretado del perfil 4965, se
calculó la extensión mínima, desplazamiento total y desplazamiento vertical
(figura 38). Para ello el trazo de la falla se proyectó a superficie (línea roja
punteada) hasta una altura de 285 m.s.n.m (no se consideró la altura máxima de
la Sierra El Mayor, ni erosión). Previamente se había realizado el cálculo del
echado aparente de la falla que fue de 16 ° ángulo calculado a una profundidad
de 2 km tomando una velocidad sísmica de 2 km/s. A partir de estos datos se
estimó que la falla ha tenido un desplazamiento mínimo de ~10.1 km, una zona de
extensión mínima de ~9.7 km que representa el 53% del total, si se considera
como punto de flexión la Sierra Juárez y un desplazamiento vertical de ~2.785
km. El valor de extensión de la falla Cañada David calculado coincide
aceptablemente a lo reportado por Fletcher y Spelz, (2009).
78
Figura 38. Sección transversal interpretada a partir del perfil 4965 para la estimación del desplazamiento mínimo de la falla Cañada David que muestra el desplazamiento mínimo y la extensión mínima. Línea color rojo representa el trazo de la falla interpretado a partir del perfil 4965, y la proyección del trazo a superficie es la línea punteada. La línea vertical discontinua indica el límite de la imagen sísmica hacia el este. Los reflectores sismoestratigráficos muestran la migración del depocentro (concavidad).
Con el fin de ver si existe relación entre la actividad sísmica y esta estructura
geológica se acudió a los datos de la Red Sismológica del Noroeste de México
(RESNOM, catálogo de eventos: periodo de 1976 – 1 de Julio de 2012), sin
embargo se observa poca actividad sísmica importante en la zona de la falla
Cañada David (figura 8). La continuación del trazo de la falla hacia la superficie
no se pudo continuar debido a la corta longitud de la sección.
79
4.3. Control estructural en la evolución de la cuenca Laguna Salada (CLS)
Diferentes modelos estructurales de evolución de la CLS han sido desarrollados.
Inicialmente fue interpretada como un modelo pull-apart con geometría similar a
los centros de extensión de Cerro Prieto y Sea Saltón (Mueller y Rockwell, 1991,
1995).
Modelos estructurales más recientes (Siem y Gastil, 1994; Axen et al., 1995,
1999, 2000, García-Abdeslem et al., 2001) sugieren fuertemente que la
geometría de la CLS es un medio graben con mayor subsidencia hacia el este,
con espesor del relleno sedimentario del orden de 3 km (figura 39 y 40),
controlado por fallamiento de bajo ángulo con dirección al oeste.
Figura 39. Sección transversal propuesta por Axen et al., (1995) que muestra la interpretación de la geometría del detachment de Cañada David (CDD). Esta falla de bajo ángulo controla la subsidencia de la cuenca y el levantamiento de Sierra Juárez, la cual se interpreta como la charnela de la flexión del bloque superior de la falla CDD.
80
Figura 40. Modelo geofísico 2D construido a partir de datos aeromagnéticos y de mediciones terrestres de la gravedad (in situ). El perfil tiene una orientación W-E a través de la cuenca Laguna Salada. Muestra la localización de la falla Laguna Salada (LS) y la profundidad de 2404 m alcanzada por el pozo ELS-1 sin cortar el basamento (tomada de Abdeslem et al., 2001).
La profundidad de los tres pozos exploratorios (ELS-1, ELS-2 y ELS-3) indica que
el basamento es más profundo hacia el este en donde ha ocurrido la mayor
subsidencia. Las interpretaciones obtenidas en este trabajo, acotan la geometría
del medio graben propuestos en otros trabajos y la cuenca Laguna Salada tiene
un relleno sedimentario del orden de 2.5 a 3 km de espesor máximo. Finalmente
este trabajo es consistente con los modelos estructurales ya propuestos
anteriormente pero además muestra la falla de detachment en la base de la
cuenca por primera vez.
81
4.4. Unidades sismoestratigráficas y delimitación de depocentros
En el área de estudio la interpretación de la distribución y espesores de los
horizontes sísmicos, permitió localizar el depocentro de la cuenca y el área de
mayor subsidencia de la cuenca Laguna Salada. La configuración del basamento
(figura 35) muestra en las líneas 4965 y 4973 un depocentro de ~2.5 km de
profundidad posiblemente de forma elongada NW-SE. Se considera que esta
profundidad puede ser mayor hacia proximidades de la falla Laguna Salada en
donde se ubica la anomalía gravimétrica más baja. La falla Laguna Salada
controla la subsidencia en la parte norte de la cuenca. El ángulo en superficie
varía de 50° a 70° y se infiere una posición subvertical que favorece una mayor
subsidencia al pie de la sierra Cucapah. La profundidad de 2404 m del pozo ELS-
1 es consistente con un depocentro muy cercano a la falla, mientras que en la
parte sur de la cuenca, el depocentro se encuentra más alejado de la falla CDD
en superficie (figura 9).
De acuerdo a la interpretación de registros litoestratigráficos de tres pozos
perforados por la Comisión Federal Electricidad (CFE) en los años de los 90 `s
(Álvarez-Rosales y González-López, 1995) y contenido microfósil se definieron
tres unidades sedimentarias principales (Martín Barajas et al., 2001) cortadas por
el pozo ELS-1.
Las unidades sedimentarias iniciando de la base hacia la cima son las siguientes:
1) Formación Imperial (Inferida en base a secciones documentadas del
Cerro Colorado)
2) Correlacionado con la Formación Palm Spring consta de
sedimentos fluviales feldespáticos (1800-2404 m)
82
3) Incluye varias secuencias de limos y areniscas, interrumpidas por
cuatro capas bloques de conglomerados graníticos y brechas de espesor
entre 100-300 m (980-1800 m)
4) Depósitos fluviales y lacustres de grano fino constituidos por arena,
grava y lutitas (0-980 m)
y se muestran en la figura 5.
La estratigrafía reportada por este pozo es una estimación indirecta de la
subsidencia total inducida por esta falla que posiblemente inicio en el Plioceno ya
que la unidad en la base de la columna son areniscas cuarzosas del río Colorado
(Martín-Barajas et al., 2001) que subyace a los primeros depósitos lacustres.
Contreras et al., (2005) consideran que las variaciones litológicas en el pozo están
fuertemente controladas por ciclos climáticos que afectaron la cuenca alta del rio
Colorado y posiblemente con influencia del clima local.
No se realizó la correlación de horizontes sismoestratigráficos debido a la
confiabilidad de información de los pozos perforados por la CFE. Sin embrago se
trazaron 4 horizontes sismoestratigráficos de buena amplitud en dos perfiles
sísmicos (4965 y 4973), los cuales se correlacionan aceptablemente al modelo de
densidad de García-Abdeslem et al., (2001). El trazo hacia el W de los horizontes
sismoestratigráficos resulto difícil debido a lo caótico de los reflectores. Se
interpreta que las facies sísmicas caóticas de los reflectores pueden estar
asociadas a la pobre estructura interna de los depósitos de abanicos aluviales
provenientes de la Sierra Juárez.
83
Los perfiles que se pudieron interpretarse reflectores coherentes por arriba del
basamento acústico fueron el 4965 y 4973 (figura 32 y 33). En ellos se observan 4
horizontes correlacionables entre estas dos secciones, sin embargo se decidió no
correlacionarlos con lo reportado por Martin Barajas et al., (2001), debido a lo
mencionado ya en el párrafo anterior. Lo más visible entre ellas es que se observa
en los extremos de las líneas reflectores caóticos muy probable asociados a la
presencia de abanicos aluviales provenientes de la Sierra Juárez al oeste y las
Sierras Cucapah y El Mayor al este, en la parte central se observan reflectores
coherentes y planos quizás asociados a los depósitos lacustres ,los cuales más
hacia el NE se observan que estos reflectores son afectados por el sistema de
arrastre debido a la presencia de la falla de bajo ángulo de Cañada David, que es
el límite estructural hacia la porción este de la cuenca Laguna Salda.
En los perfiles se puede observar un rasgo sobresaliente. Si se realiza una
proyección a superficie de las fallas interpretadas en estos perfiles (figuras 27, 28,
31, 32 y 33, en color verde) estas coinciden con el límite del contorno del vaso de
inundación que también separa los sedimentos lacustres de los depósitos de los
abanicos aluviales que progradan hacia la cuenca desde la Sierra Juárez (figura
41).
84
Figura 41. Muestra proyección de fallas a superficie (líneas en color negro perpendiculares a las secciones sísmicas). Estas proyecciones en superficie de las fallas definen el contorno del vaso de inundación de la cuenca Laguna Salada. En color rojo son los perfiles trabajados, en color amarillo se indica la frontera con Estados Unidos de Norteamérica, en negro las fallas maestras LS y CDD, en azul la proyección a superficie de la falla CDD interpretada de los perfiles. Abreviaturas= LS: Falla Laguna Salada, CDD: Cañada David.
85
Capítulo 5
Conclusiones
El procesado e interpretación de datos sísmicos de ~150 km de cobertura lineal
propiedad de PEMEX permitió generar secciones sísmicas en las cuales estimó la
profundidad de la cuenca Laguna Salada, y se obtuvieron imágenes de la falla
maestra que controla la geometría de la cuenca. Las principales conclusiones de
este trabajo de son:
Las líneas sísmicas reafirman que estructuralmente la cuenca Laguna Salada es
como un medio graben con mayor subsidencia hacia el este controlada por la falla
de bajo ángulo (Detachment) Cañada David en las márgenes de la sierra El
Mayor y por la falla Laguna Salada en el margen de la Sierra Cucapah.
La falla Cañada David buza hacia el oeste con una inclinación aparente de 16°,
ángulo estimado a una profundidad de 2 km y utilizando una velocidad sísmica de
2km/s. Esta falla de bajo ángulo tiene un desplazamiento mínimo de 10.1 km
entre la base del basamento y la cima de la Sierra El Mayor. La componente de
extensión mínima es de ~9.7 km, lo que representa una extensión de 53% entre el
punto de flexión en la Sierra Juárez y la cima de la Sierra el Mayor.
La profundidad máxima de la cuenca es de ~2500 a 2800 m, con base en la
configuración del basamento acústico interpretado en las secciones y utilizando el
modelo de velocidades de apilamiento. Esta estimación de la profundidad al
basamento coincide con el modelo gravimétrico de García Abdeslem et al., (2001)
y es consistente con la profundidad de los pozos ELS-1 y ELS-2 de la Comisión
Federal de Electricidad.
86
Las facies sísmicas muestran el cambio lateral de facies sedimentarias. En el
margen de la Sierra Juárez son sismofacies de reflectores caóticos y difusos que
pasan lateralmente a sismofacies subparalelos alternados entre reflectores de alta
amplitud e intervalos de baja amplitud. Este cambio lateral corresponde al cambio
de depósitos de abanicos aluviales a depósitos lacustres. La zona de transición
entre estas facies también coincide con la proyección en superficie de una de las
fallas identificadas y coincide con el contorno del vaso de inundación moderno.
Los reflectores sismoestratigráficos muestran la migración del depocentro
(concavidad) principal de la cuenca debido a la presencia de la falla de bajo
ángulo Cañada David.
En base a datos de la Red Sismológica del Noroeste de México (RESNOM), no se
observa actividad sísmica importante durante los últimos 30 años en la CDD, sin
embargo se sugiere que potencialmente es peligrosa y puede producir un sismo
de gran magnitud.
87
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92
ANEXO
93
Glosario
Abanico aluvial: Acumulación de materiales, con forma de abanico o de
segmento de cono, depositada por una corriente, que se apoya en una zona de
relieve y se expande y termina en otra llana.
Afloramiento: Parte de un terreno visible en la superficie de la tierra.
Arenisca feldespatica: Conocidas también como arcosas, arcósicas o areniscas
arcósicas, son aquellas areniscas que contienen menos del 90% de cuarzo y más
porcentaje de feldespato que de fragmento de roca.
Autocorrelación: Es una herramienta matemática utilizada frecuentemente en
el procesado de señales. La función de autocorrelación resulta de gran utilidad para
encontrar patrones repetitivos dentro de una señal, como por ejemplo, la
periodicidad de una señal enmascarada bajo el ruido o para identificar la frecuencia
fundamental de una señal que no contiene dicha componente, pero aparecen
numerosas frecuencias armónicas de esta.
Brecha tectónica: Fragmentación de las rocas en un contacto tectónico,
habiendo cementado los fragmentos en el mismo lugar.
Brecha volcanica: Roca formada por fragmentos de rocas volcánicas y
fragmentos de las rocas encajantes a veces, cementados por cenizas y lapillis.
Buzamiento o echado: Ángulo que forma la superficie de un estrato con la
horizontal, medido en el plano que contiene la línea de máxima pendiente.
Conglomerado: Son rocas formadas por fragmentos de otras de distintos tipos,
depositados después de una fase de transporte y cementados.
94
Convolución: Es un operador matemático que transforma dos funciones f y g en
una tercera función que en cierto sentido representa la magnitud en la que se
superponen f y una versión trasladada e invertida de g.
Cronoestratigrafía: Rama de la estratigrafía que se ocupa del conocimiento de la
edad y la ordenación de las unidades estratigráficas, así como del establecimiento
de la escala estratigráfica mundial.
Cuenca pull-apart: Son estructuras limitadas por dos fallas transformantes cuya
geometría en relevo deja una depresión intermedia que sirve de área de depósito.
Son fallas de dirección o de desgarre.
Deconvolucion: Se refiere a las operaciones matemáticas empleadas en
restauración de señales para recuperar datos que han sido degradados por un
proceso físico que puede describirse mediante la operación inversa a
una convolución.
Desplazamiento vertical: Es la distancia vertical y direccion en que se ha movido
un bloque respect al otro.
Downlap: La terminación de fuerte buzamiento de estratos suprayacentes contra
una superficie o estratos subyacentes que tienen menores caídas aparentes; un
término usado para describir una geometría particular de reflexiones en los datos
sísmicos en estratigrafía secuencial.
Epicentro: Es el punto de la superficie terrestre, directamente arriba del
hipocentro, donde se origina un temblor.
Falla destral: Falla con desplazamiento horizontal con un dezplasamiento en
sentido del reloj.
95
Falla geológica: Fractura del terreno con desplazamiento relativo de las partes
separadas.
Graben: Es una larga depresión limitada en ambos lados por fallas paralelas
levantadas (horst) entre las cuales el terreno se ha hundido por efecto de fuerzas
internas.
Gravimetría: Consiste en la medición del campo de gravedad. Se suele emplear
cuando el objeto de estudio es el campo de gravedad o las variaciones de
densidad responsables de su variación.
Hiato sedimentario: El periodo de tiempo que ha transcurrido sin sedimentación.
Holoceno: Una división de la escala temporal geológica, es la última y actual época
geológica del período Cuaternario. Comprende los últimos 11 784 años, desde el fin
de la última glaciación.
Litofacies: 1. Conjunto de propiedades litológicas que definen a unos materiales.
2. Cuerpo rocoso delimitado por sus características litológicas.
Lutita: Roca sedimentaria detrítica cuyos componentes tienen un diámetro
inferior a ~ 62 µm. Ciertos autores reservan este término a las rocas no
consolidadas, llamando pelitas a las correspondientes rocas consolidadas.
Neógeno: Es una división de la escala temporal geológica que pertenece a la Era
Cenozoica; dentro de ésta, el Neógeno sigue al Paleógeno y precede al Cuaternario.
Pleistoceno: Una división de la escala temporal geológica, es una época
geológica que comienza hace 2,59 millones de años y finaliza aproximadamente
10.000 años a.c., precedida por el Plioceno y seguida por el Holoceno.
96
Rift: 1. Rift continental, o fosa de hundimiento (graben), limitado por bordes
elevados, con actividad volcánica más o menos intensa. 2. Rift oceánico o fosa de
hundimiento en medio de las dorsales.
Roca cristalina: Término libremente utilizado para distinguir una roca ígnea o
metamórfica, en oposición a una roca sedimentaria.
Sismoestratigrafía: Estudio de la estratigrafía en base a secciones sismicos.
Subduccion: Proceso geológico asociado a la convergencia de placas litosféricas
según el cual una placa se hunde bajo otra.
Suprayacente: Que se ubica en la parte superior de una estructura similar.
Toplap: Terminación echado arriba, de estratos originalmente inclinados, contra
otros sobreyacentes, más jóvenes, comúnmente resultantes de un salto
sedimentario. Indica un límite de secuencia.
Truncamiento esrosional: Es una terminación cima-discordante de estratos,
contra otros más jovenes como resultado de erosion.
Unidad litoestratigráfica: Volumen de materiales diferenciado por sus
características litológicas.
Yuxtaponer: Poner una secuencia sedimentaria en contacto con otra.
