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Prospección magnética aplicada a la detección y caracterización de dolinas en el entorno de Zaragoza
Tania Mochales López Trabajo dirigido por los Drs. Antonio M. Casas Sainz (U.Z.) y Emilio L. Pueyo Morer (I.G.M.E.) Fac ultad de Cie ncias Depa rt ame nt o de Cie ncia s de la T ierra Áre a de Ge od inám ica Inte rna Universidad de Za rag oza
Memoria presentada por Tania Mochales López, para obtener el Posgrado de Iniciación a la Investigación en Geología, realizada en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Zaragoza, bajo la dirección de los Doctores Antonio M. Casas Sainz (Titular Universitario de la Universidad de Zaragoza) y Emilio Pueyo Morer (Estudios Geológicos, Unidad Geológica y Geofísica. IGME). Zaragoza, 28 de febrero, de 2006
A mis padres y mi hermano por toda una vida de amor
Angélica Monge.
Cuando me encontraba preso en el fondo de una celda yo te vi por vez primera en una fotografía en que apareces entera aunque no estabas desnuda sino cubierta de nubes. Tierra. El más distante, soy errante navegante que jamás, te olvidaré. Así vivo yo embrujado por esa chiquilla tierna signo de elemento tierra y en el mar tierra a la vista tierra para el pie firmeza para la mano caricia tras el astro que te guía. Tierra. El más distante, soy errante navegante que jamás te olvidaré. Yo soy un león de fuego sin ti me consumiría a mí mismo eternamente y de nada me valdría ir buscando entre la gente y la gente otra alegría diferente a las estrellas. Tierra. El más distante, soy errante navegante que jamás te olvidaré. Donde no hay tiempo ni espacio sólo nos queda el coraje de mantener tu cariño mientras dure nuestro viaje por encima del vacío a través del cual nos llevas en el nombre de tu carne. Tierra. Tierra, versión de Radio Futura de la canción Terra de Caetano Veloso.
Agradecimientos Me viene a la cabeza la palabra Aenmtiolniioo, que resulta de la fusión de Antonio y Emilio, Emilio y Antonio. Mis dos chamanes espirituales a lo largo de todo este estudio. Se me quedan cortas las palabras para expresaros todo el agradecimiento que siento por el enorme abrazo que ha sido llegar hasta aquí. Muchas gracias por el esfuerzo, el apoyo y las risas. Es una suerte recorrer con vosotros este intricado camino de la ciencia y la amistad. También te quiero agradecer, mi querida amiga Teresa, compañera infatigable durante esas largas horas de gravimetría, tu cariño y preocupación. A Pocoví, nuestro Leonardo Da Vinci particular, por todas las excursiones en las que eres indispensable y por ser la persona con más clase que me he encontrado en la vida, eres un ser entrañable. Así como a Óscar, por ser grande de tamaño y corazón, además de tener la paciencia de ayudarme con el georradar. A Luis Majoni, mi profesor de ordenador, sin ti este trabajo tendría una pinta horrible. A José Luis, por ese empujón inicial que tanto me ha ayudado. A Asun, por su experiencia dolinera y ayuda para aprender en la vida. A Agi, Liesa y Héctor que siempre han tenido palabras de aliento para mi. A Yolanda Sánchez y Javier Gracia, por la gran ayuda que nos habeis dado trabajando con vosotros, así como por la información prestada. No por estar en esta posición eres menos importante, mi Borja Matrix. Tengo que agradecerte toda la ayuda brindada, las risas, la comprensión y el gusto de compartir contigo un despacho. A Belen Maciza, por tu preciada compañía y cariño. Sivia y Tricas, ocupais un lugar muy especial en toda esta lista, porque sabeis darme una ración de alegría y apoyo, justo cuando la necesito, así como la valiosa ayuda que me habeis dado con la medición y preparación de muestras. A Barnolas e Inma, que siempre me hacen reir y me animan en este camino, ¿unas cigalas? A Ruth, Juan Cruz y Pedro del Río, por vuestros consejos en mi iniciación a la investigación. A Gelu mi naranjica, Paloma y Adriana, que tan llevaderos haceis los días de lluvia. Gracias a los bibliotecarios, Luis (¡ánimo!) y Marisa, que han sabido soportarme en mis primeras brazadas en el mar de los artículos. No sabré expresar mi gratitud a los integrantes de este párrafo, titulado: “Pon una física en tu vida” (en femenino, por llevar la contraria). A Juanjo Villalaín, por tu gran ayuda con las remanencias y sacarnos de muchas dudas. A Ana Arauzo, Enrique Guerrero y Conrado Rillo (ICMA), por vuestra ayuda con las medidas magnéticas. Me vienen a la mente esas tardes infinitas en las que intentábamos comprender unos ordenadores beatos, qué grata compañía. A J.J. Curto del Observatori, por la especial atención que tiene conmigo, tanto por los datos base, como por ciertos conceptos base que supo aclararme con sencillez. A Javier-Pérez Rivarés y Juan Cruz, por la información cedida para este trabajo y por los futuros encuentros. A Gonzalo Pardo, por esos consejos estratigráficos. Mis padres y mis hermano tienen la culpa de todo, sobretodo porque sabeis animarme y comprenderme en los momentos que más lo necesito; cada día aprendo de vuestra alegría y vuestra fuerza. Porque por vosotros cada día quiero ser mejor persona. Y al resto de la familia, que siempre estais ahí para darme una maravillosa sorpresa. Gracias a mi querida pandilla: mis Charlis (Leo, Rebe y Sil), protagonistas de aventuras y sueños, Irene por ser mi estrellita lucera, a mis queridas veterinarias y geólogas, por inspirarme tanta ternura y darme tantos días de emoción. Al loka y sus habitantes, creadores de un gran espacio donde la amistad sigue estando en la calle, aquí hay mucha ilusión compais ¡arriba loka! Al hermoso pueblo de mi padre, que lo adopto como mío, Riofrío del Llano (Guadalajara), que tanta paz y amor al monte me inspira. Miles de sueños y juegos y vida y felicidad que la gente de Riofrío me reparte, en especial Anje (artista creadora de la tercera hoja), Gachi, Raquel y Belén (mi querida alma), os llevo en el bolsillo. Gracias a Isabel Cólera y Óscar Laborda, que un día me hablaron de rocas. A ti Sergio, no puedo más que agradecerte la suave brisa de luz de tu cariño, estela de bondad que desprendes. Gracias por ayudarme a soñar que soy algo que casi, que casi vuela. Si me olvido de alguien que me perdone y llame al teléfono de aludidos. GRACIAS A TODOS Y TODAS, OS LLEVO SIEMPRE EN MI CORAZÓN. Nota. Desagradezco la beca de la D.G.A. y el Ministerio. Por no darme ni la oportunidad de acceder a una de ellas, colaborando así, a la existencia de sociedades elitistas en que para alcanzar algunas metas lo tienes que tener claro desde muy joven. Lo siento pero aún no me entrado el conocimiento.
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL TRABAJO. 1.2. OBJETIVOS E INTERÉS. 1.3. ANTECEDENTES.
2. CONTEXTO GEOLÓGICO. 2.1. MARCO GEOGRÁFICO. 2.2. MARCO GEOLÓGICO. 2.2.1. GEOMETRÍA Y EVOLUCIÓN DE LA CUENCA DEL EBRO. 2.2.1.1. PALEÓGENO: CUENCA ENDORREICA DE ANTEPAÍS. 2.2.1.2. NEÓGENO: EXORREISMO.
2.3. ESTRATIGRAFÍA DEL TERCIARIO. 2.3.1. LITOESTRATIGRAFÍA. 2.3.2. UNIDADES TECTOSEDIMENTARIAS (UTS) 2.3.3 LITOLOGÍA DEL TERCIARIO EN EL ENTORNO DE ZARAGOZA.
2.4. GEOMORFOLOGÍA. 2.4.1. TERRAZAS. 2.4.2. KARSTIFICACIÓN EN YESOS. 2.4.3. OTRAS DEFORMACIONES EN DEPÓSITOS CUATERNARIOS.
2.5. HIDROLOGÍA. 2.5.1. RÍO EBRO. 2.5.2. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE LA ZONA.
3. METODOLOGÍA DE LA PROSPECCIÓN MAGNÉTICA. 3.1. FUNDAMENTOS. 3.1.1. INTRODUCCIÓN. 3.1.2. TIPOS DE MÉTODOS DE PROSPECCIÓN. 3.1.3. LA AMBIGÜEDAD EN LA INTERPRETACIÓN GEOFÍSICA. EL PROBLEMA INVERSO. 3.1.4. CONCEPTOS BÁSICOS DE GEOMAGNETISMO. 3.1.4.1. HISTORIA. 3.1.4.2. FUNDAMENTO FÍSICO.
3.2. COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE LOS MATERIALES. 3.2.1. EN FUNCIÓN DE k. 3.2.2. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE HISTÉRESIS. 3.2.3. MAGNETIZACIÓN REMANENTE EN LAS ROCAS.
3.3. CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE. 3.3.1. ORIGEN DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE. 3.3.2. COORDENADAS GEOMAGNÉTICAS. 3.3.3. MAPAS MAGNÉTICOS. 3.3.3.1. ISÓGONAS. 3.3.3.2. ISOCLINAS. 3.3.3.3. ISODINÁMICAS TOTALES. 3.3.4. VARIACIONES DEL CAMP MAGNÉTICO. 3.3.4.1. VARIACIONES EXTERNAS. 3.3.4.2. VARIACIONES INTERNAS. 3.3.4.3. VARIACIONES SECULARES DEL CAMPO.
1 1 3 5
11 11 11 11 15 17
17 17 23 25
26 26 27 29
30 30 31
33 33 33 33 35 35 35 36
38 38 42 43
45 45 45 46 46 46 46 49 49 50 51
3.3.5. LEVANTAMIENTOS MAGNÉTICOS.
3.4. APARATOS PARA LA PROSPECCIÓN MAGNÉTICA. 3.5. CORRECCIONES. 3.5.1. VARIACIONES DIURNAS. 3.5.2. CORRECCIONES GEOMAGNÉTICAS. 3.5.3. CORRECCIONES DE ALTURA Y TOPOGRÁFICA.
3.6. INTERPRETACIÓN DE LAS ANOMALÍAS. 3.6.1. INTERPRETACIÓN DIRECTA. 3.6.2. INTERPRETACIÓN INDIRECTA.
51
52 54 54 54 55
55 56 56
3.7. APLICACIONES DE LA PROSPECCIÓN MAGNÉTICA. 57 3.8. APARATO UTILIZADO. ALCANCE Y LIMITACIONES DEL MÉTODO. 57 3.9. MODELIZACIÓN MAGNÉTICA. 59 3.9.1. RELLENO ANTRÓPICO. 3.9.2. MEDIO ESTRATIFICADO. 3.9.3. CUERPO DE BAJA SUSCEPTIBILIDAD. 3.9.4. DOLINAS DE SUBSIDENCIA.
4. CARACTERIZACIÓN MAGNÉTICA DE LOS MATERIALES INVOLUCRADOS. 4.1. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES. 4.2. MUESTREOS Y MEDIDAS EN CAMPO. 4.3. MEDIDAS DE LABORATORIO. 4.3.1. OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS. 4.3.2. SUS CEPTÓMETRO KLY-3. 4.3.3. MPMS-XL; SERVICIO DE MEDIDAS FÍSICAS ICMA (UZ-CSIC). 4.3.4. MAGNETÓMETRO CRIOGÉNICO 2G (UNIV. BURGOS).
4.4. RESULTADOS. 4.4.1. DENSIDAD. 4.4.2. SUSCEPTIBILIDAD EN SUPERFICIE. 4.4.2.1. CAIDERO. 4.4.2.2. ESTE DE ZARAGOZA. 4.4.2.3. PLAZA II. 4.4.2.4. VALMADRID. 4.4.3. SUSCEPTIBILIDAD EN SONDEOS. 4.4.3.1. OESTE DE ZARAGOZA. 4.4.3.2. ESTE DE ZARAGOZA. 4.4.3.3. NORTE DE ZARAGOZA. 4.4.3.4. CENTRO DE ZARAGOZA. 4.4.4. SUSCEPTIBILIDAD EN ZANJAS.
4.5. CALIBRACIÓN DEL KLY-3 Y SM-20. 4.6. SUSCEPTIBILIDAD FERROMAGNÉTICA: REMANENCIA. 4.6.1. SUSCEPTIBILIDAD A ALTO Y BAJO CAMPO (RATIO FERRO/PARAMEGNETISMO). 4.6.2. HISTÉRESIS. 4.6.3. MAGNETIZACIÓN REMANENTE NATURAL.
4.7. CONCLUSIONES SOBRE LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS.
5. ESTUDIO MEDIANTE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA DE LA DOLINA DEL CAIDERO. 5.1. EL EVENTO. 5.2. MALLA DE PUNTOS. 5.3. TOMA DE DATOS.
61 62 61 64
65 65 67 69 70 73 73 75
77 77 77 77 78 79 80 81 81 84 84 85 86
86 87 87 90 92
94
97 97 104 105
5.3.1. CORTES LONGITUDINALES: MALLA EXTERIOR CAIDERO. 5.3.2. CORTES LONGITUDINALES: MALLA INTERIOR CAIDERO. 5.3.3. CORTES TRANSVERSALES: MALLA INTERIOR CAIDERO. 5.3.4. CORTES TRANSVERSALES: MALLA DOLINA MARGINAL.
106 110 112 120
5.4. CORRECCIONES DE LAS VARIACIONES DIURNAS DEL CAMPO MAGNÉTICO. 5.5. ANOMALÍAS MAGNÉTICAS. 5.6. MODELIZACIÓN.
123 126 130
5.6.1. INTRODUCCIÓN. 5.6.2. MODELIZACIONES DE LAS ANOMALÍAS ASOCIADAS A LAS DOLINAS. DEL CAIDERO. 5.6.2.1. DOLINA PRINCIPAL DEL CAIDERO. 5.6.2.2. DOLINA MARGINAL. 5.6.2.3. DOLINA PEQUEÑA.
6. OTROS EJEMPLOS 6.1. INTRODUCCIÓN. 6.2. DESCRIPCIÓN DE PERFILES. 6.2.1. ZONA SUR OESTE DE ZARAGOZA. 6.2.2. ZONA ESTE DE ZARAGOZA. 6.2.3. ZONA SUR DE ZARAGOZA.
6.3. VARIACIÓN DIARIA DEL CAMPO MAGNÉTICO. 6.3.1. ZONA SUR OESTE DE ZARAGOZA. 6.3.2. ZONA ESTE DE ZARAGOZA. 6.3.3. ZONA SUR DE ZARAGOZA.
6.4. INTERPRETACIÓN DE LAS ANOMALÍAS ENCONTRADAS. 6.4.1. ZONA SUR OESTE DE ZARAGOZA. 6.4.2. ZONA ESTE DE ZARAGOZA. 6.4.3. ZONA SUR DE ZARAGOZA.
6.5. CONCLUSIONES.
7. CONSTATACIÓN MEDIANTE OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN. 7.1. INTRODUCCIÓN. 7.2. GRAVIMETRÍA. 7.2.1. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO. 7.2.2. APLICACIONES DE LA PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA. 7.2.3. PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA. 7.2.4. APLICACIÓN A LA DOLINA DEL CAIDERO. 7.2.5. RESULTADOS. 7.2.6. MOELIZACIÓN DE LA ANOMALÍA.
7.3. GEORRADAR (GPR). 7.3.1. INTRODUCCIÓN. 7.3.2. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO. 7.3.3. PROSPECCIÓN GPR. 7.3.4. PROCESADO DE LOS DATOS. 7.3.5. INTERPRETACIÓN. 7.3.6. APLICACIÓN A LA DOLINA DEL CAIDERO. 7.3.7. RESULTADOS.
7.4. COMBINACIÓN DE LOS MÉTODOS.
8. CONCLUSIONES. 9. BIBLIOGRAFÍA.
130 131 131 132 136
139 139 140 140 148 158
165 165 166 166
168 168 173 177
180
183 183 184 184 186 188 191 193 194
196 196 196 198 200 200 202 203
207
211 213
1. INTRODUCCIÓN producirá una subsidencia del suelo, que
1.1. PLANTEAMIENTO
puede prolongarse durante periodos
GENERAL DEL
variables
manifestación
TRABAJO.
disolución
relacionados de
diversos
con
la
tipos
de
Este
cobra
mayor
el caso del entorno de las ciudades de Zaragoza, Calatayud, área de La Litera,
haya superado el producto de actividad
etc.. En todas ellas se encuentran yesos,
iónica) y una diferencia de gradiente
fácilmente solubles, cuyo producto de
hidráulico que favorezca la circulación
solubilidad aumenta exponencialmente si
de la misma. En la cuenca del Ebro, las
existe una continua circulación de agua,
aguas subterráneas disuelven los yesos
como ocurre en las zonas de regadío. Las
del Terciario y arrastran mecánicamente
aguas subterráneas de la cuenca del
la cobertera aluvial cuaternaria. Con
Ebro, a su paso por las terrazas más
frecuencia esta evacuación de material
modernas (o bajas) en el entorno de
crea cavidades o conductos en el
Zaragoza, se encuentran subsaturadas en
subsuelo, cuya bóveda puede llegar a
sulfatos, factor que favorece el aumento
colapsar bruscamente, manifestándose
del producto de solubilidad del yeso
de
infrayacente.
depresiones en el terreno llamadas
En las zonas agrícolas, la disolución de
dolinas. Es posible que no lleguen a
estos materiales, provoca la desaparición
formarse oquedades subterráneas, pero la material
natural
subsecuente riesgo. Este es precisamente
ser disuelta, presencia de agua (que no
de
proceso
ser humano lleva a cabo, con el
coexistencia de una roca susceptible de
movilización
una
y construcciones de diverso tipo que el
de karst. Este proceso requiere la
forma
será
cuya
pobladas, interfiriendo en las actividades
sales, se conoce bajo el término genérico
en
superficial
y
importancia cuando se produce en áreas
materiales tales como carbonatos, yesos,
superficialmente
tiempo,
depresión cerrada.
El conjunto de trabajos procesos y estructuras
de
de tierras de cultivo, inundaciones de las
siempre
1
depresiones,
etc.
Sin
embargo,
el
métodos de detección, identificación y
impacto económico es mayor en las
predicción de dolinas, que aseguren la
áreas urbanas donde edificios, vías de
edificación
comunicación,
permitan
abastecimiento,
etc.
sobre zonas estables o conocer
con
exactitud
la
pueden verse afectados por la formación
morfología del terreno y tomar las
de dolinas, con el consiguiente deterioro
correspondientes
o destrucción de los mismos, suponiendo
geotécnicas antes de construir.
un gasto muy elevado que puede
La finalidad de este trabajo es el
estimarse en decenas de millones de
desarrollo de nuevos métodos para la
euros. Tampoco debe olvidarse el riesgo
detección de cavidades y zonas de
para las personas cuyas viviendas,
subsidencia, ligadas a procesos kársticos.
puestos de trabajo, carreteras, etc. se
Concretamente,
sitúan en estas zonas inestables y que
métodos
pueden
especialmente magnética, aplicados a la
sufrir
daños
personales
a
de
precauciones
la
utilización
prospección
de
geofísica,
consecuencia del desarrollo del karst.
detección y caracterización de dolinas.
En el entorno de Zaragoza, desde la
En este sentido, uno de los objetivos es
década de 1960, existe un desmesurado
comprobar el grado de resolución y
crecimiento de las zonas urbanas e
aplicabilidad de un método que no había
industriales, ocupando antiguas áreas
sido aplicado hasta el momento para este
rurales, situadas sobre las terrazas donde
tipo de problemas,
la aparición de dolinas es más frecuente
magnética. de esta forma, sería posible
(Fig. 1). Estas áreas rurales han sido
reconocer y sistematizar las variaciones
tradicionalmente regadas de manera
observadas en el campo magnético
intensiva, aumentando el riesgo de
terrestre, a partir de los materiales
aparición de dichas cavidades. En la
involucrados.
actualidad, las antiguas dolinas son
intentaría predecir la situación de otras
rellenas para construir edificaciones e
cavidades cuyo desarrollo no ha dado
infraestructuras sobre ellas, así como
lugar a manifestaciones superficiales, o
para continuar con las tareas de labranza.
incluso
Debido al alto riesgo para personas y
desarrollaron en el pasado y, bien por
bienes que este proceso supone, es
acciones antrópicas o naturales, han
necesario el desarrollo y la utilización de
quedado enmascaradas.
2
localizar
la
prospección
Posteriormente
aquellas
que
se
se
Figura 1. Evolución del casco urbano de Zaragoza desde 1769 hasta la actualidad. Se observa que en los últimos 10 años ha tenido lugar una gran urbanización de las áreas rurales que tradicionalmente han sido regadas intensivamente. estudio. El modo de detectar estas variaciones es que sean de suficiente magnitud como para ser detectadas por el magnetómetro y el susceptómetro.
Para ello se seleccionó un ejemplo tipo, la denominada dolina del Caldero. Se
1.2. OBJETIVOS E
trata de un colapso producido en el barrio de Miralbueno (Zaragoza), el 30
INTERES.
de
Objetivos
septiembre
del
2003,
cuyas
dimensiones fueron de 8 m de diámetro
1) Conocimiento de las características
y 15,5 m de profundidad. Semanas
magnéticas
después fue rellena con más de 1000 m3
conforman el ambiente en el que se
de escombros. Se realizó una exhaustiva
generan las dolinas.
prospección y recogida de muestras, con
2) Habituación al manejo de los aparatos
la finalidad de averiguar la magnitud de
relacionados
las
los
magnética: magnetómetro de protones
materiales del rellemo de la dolina, el
PMG1, susceptómetro portátil SM20,
anomalías
y
caracterizar
suelo vegetal y el encajante.
3
de
los
con
materiales
la
que
prospección
puente
susceptibilidad
KLY3
y
4) Utilización puntual de otros métodos
magnetómetro MPMS.
de prospección geofísica para contrastar
3) Establecimiento de rutinas de trabajo
y comparar los resultados obtenidos.
en
la
detección
de
cavidades
subterráneas; que incluyen:
Interés científico-social.
a) Obtención de resultados.
Los colapsos y subsidencia asociados a
b) Realización del procesado de
fenómenos kársticos constituyen un
datos.
problema social y económico presente c) Diseño de mallas de muestreo.
en la Comunidad Autónoma de Aragón,
tanto para la prospección en el campo,
y particularmente en la provincia de
como para las modelizaciones realizadas
Zaragoza. Es necesario conocer la
por ordenador.
vulnerabilidad del terreno para evitar elevados costes
Metodología 1)
de construcción
y
posibles daños personales, tratándose de
Realización
de
la
prospección
una inversión de futuro, en lo que a
magnética en la zona tipo seleccionada:
infraestructuras se refiere.
la dolina del Caidero. Realización de una
La detección de dolinas ya se había
malla de medidas y obtención de los
llevado a cabo mediante otras técnicas
datos durante una campaña de campo.
geofísicas, tales como la gravimetría, el
2)
cavidad
georradar, la tomografía eléctrica y la
dolina
sísmica de reflexión. Estos métodos han
Modelización
subterránea
de
asociada
la a
la
seleccionada a partir de los resultados
sido
ampliamente
obtenidos, por medio del programa
muchas partes del mundo, pero en
Gravmag de British Geological Survey.
Zaragoza
Adecuación de los modelos obtenidos a
utilizadas. La detección por medio de la
la geometría real de la cavidad del
prospección magnética es un método
subsuelo.
innovador en lo que respecta a la
3) Verificación de la aplicabilidad del
detección de cavidades, y de gran
método para la detección de dolinas,
eficacia. Su combinación con otros
probándolo en otras zonas y problemas
métodos posibilita una determinación
asociados al desarrollo del karst.
muy
han
precisa
desarrollados sido
de
escasamente
las
cavidades
subterráneas del entorno de Zaragoza.
4
en
Villamayor),
1.3. ANTECEDENTES. Distribución
regional:
Son
(1990) estudia de forma detallada las dolinas
Existen estudios regionales y específicos
así
(1995),
como
límite
diferentes
Zaragoza
corrientes
Lucha et al. (2003) realizan un estudio
importante
sobre
dolinas
los
riesgos
asociados
a
la
formación de dolinas de subsidencia en
cuaternario
el valle del río Cinca, originadas por disolución
(1988)
del
sustrato
yesífero.
Guerrero et al. (2004) diferencia cuatro
estudian los colapsos acontecidos en los de
y
dolinas de colapso.
recubre yesos, con una elevada actividad
alrededores
riego
principal (NW-SE) de formación de
central del Valle del Ebro, en sustrato
Gutiérrez
del
hidrológicos
et al. (2005a) establecen una dirección
reconoce dos tipos de dolinas en la zona
y
factores
bóveda y sinforme. Gutiérrez-Santolalla
cuaternarios del Ebro); Soriano (1986)
y
poco
paleokarst: tubular, en embudo, en
(plegada,
horizontal y cubierta por materiales
Benito
del
diferencian cuatro tipos diferentes de
comparan la disolución yesífera en tres
actual.
espaciales
de base regional. Soriano et al (2004)
Gutiérrez et al. (1985) estudian y
sustrato
(1995)
subterráneas cuya dirección sea el nivel
geomorfológico en el área de Zargoza;
cuyo
Simón
Mioceno-Cuaternario,
derivados
Zuidam (1976) realiza un amplio estudio
aluviales
y
modelos
cuaternario,
hace 40 años en la Cuenca del Ebro: van
tectónico
los
porcentaje de lutitas en el depósito
a ellas, se han ido desarrollando desde
condicionante
como
espesor de la cubierta cuaternaria, bajo
evaporítico, así como el riesgo asociado
un
así
dolinas: existencia de paleovalles en el
con la formación de dolinas del karst
con
margen
que contribuyen a la formación de
Los trabajos cartográficos relacionados
carbonatado
la
riesgo, en los que delimitan los factores
y los riesgos asociados éstas.
zonas
ebro,
Soriano
establecen
cartografías de la distribución de dolinas
tipos
del
en
modelados de la superficie; Benito et al.
geotécnicos, etc.),
encontradas
derecha
geomorfológicos,
hidrogeológicos,
grandes
los agricultores de la zona. Soriano
la geología de la Cuenca del Ebro.
geológicos,
de
tormentas y posteriormente rellenas por
muy
numerosos los trabajos realizados sobre
(geográficos,
después
zonas en el tramo del río Huerva
(Peñaflor-
5
próximo a Zaragoza: 1) depósitos de
temporal de los procesos de subsidencia,
terraza sin deformar, 2) y 3) disolución
existen numerosos trabajos en el sector
en la interfase terrazas cuaternarias-
Central de la Cuenca del Ebro. Benito y
sustrato yesifero, con engrosamiento
Pérez (1990) establecen un modelo de
local y colapsos, 4) depósitos de mas de
respuesta compleja de las terrazas del río
60 m de potencia debido a subsidencia a
Gállego, constituido por dos episodios
gran escala. Gutiérrez (2004) relacionan
(agradación
el riesgo de subsidencia en terrenos
autores defienden que se produce un
evaporíticos
que
engrosamiento aluvial a causa de la
favorecen su formación. Recientemente,
subsidencia ocasionada por la disolución
Gutierrez-Santolalla
(2005b)
de evaporitas. Benito et al. (1998)
encuentran una alineamiento preferente
defiende que la evolución de las terrazas
para el desarrollo de dolinas (N130-
fluviales del río Gállego es controlada
150E y N30-40E) en la zona de
por
Zaragoza, y concluyen que el espesor
subsidencia de la zona, estableciendo
aluvial no parece ser un factor definitivo
dos
para la formación de dolinas y sí la
paleomagnéticos: Matuyama y Brunes).
presencia de glauberita, que favorece el
Hidalgo-Ruiz y Rosino-Rosino (1992)
proceso de disolución de los sulfatos.
describen la génesis de colapsos por
Muchos
con
autores
los et
factores al.
consideran
los
y
encajamiento).
cambios
periodos
Estos
climáticos
susbsidentes
y
la
(pisos
un
karstificación de yesos en un sector de
comportamiento diferencial del material
La Rioja. En cuanto a la relación de la
aluvial cuaternario en función de su
evolución
cohesión,
que
procesos de disolución, para Gutiérrez
generalmente un material cohesivo da
(1996) la subsidencia controla el sistema
lugar a dolinas de colapso y el no
sedimentario,
cohesivo a dolinas de subsidencia:
influencia en el desarrollo de terrazas
Benito et al. (1995), Soriano y Simón
encajonadas. Por ejemplo el Barranco de
(1995), Gutiérrez-Elorza y Gutiérrez
Torrecilla
Santolalla. (1998), Guerrero, (2004).
deformadas y engrosadas a causa de la
estableciendo
subsidencia
geomorfológica
con
la
posee
dos
kárstica
con
los
consiguiente
unidades
sindedimentaria
Trabajos sobre subsidencia: Desde el
(Gutiérrez y Arauzo 1997). Benito et al.
punto de vista de la distribución espacio-
(2000)
6
explican
el
mecanismo
de
formación de dolinas en los sistemas
tratan de los riesgos que representan las
fluviales cuaternarios por medio de
dolinas que antiguamente fueron rellenas
subsidencia inducida por disolución y la
por los agricultores, en La Rioja. Benito
respuesta progradante del río Ebro. En
et al (1995) estudian la formación de
relación con análisis cuantitativos de
dolinas potenciada por cambios en las
subsidencia Soriano y Simon (2002),
aguas subterráneas inducidas por el
establecen
de
hombre (riegos, bombeos y fugas).
subsidencia en dolinas aluviales, con
Gutiérrez-Elorza y Gutiérrez-Santolalla
rangos entre 21 y 92 mm/año.
(1998) hablan de las dolina que afectan a
índices
y
perfiles
las terrazas, glacis y valles de fondo Trabajos sobre Modelos: Soriano y
plano, así como valles fluviales, que
Simón (1995) explican las estructuras de
adquieren
colapsos usando como ejemplo el área
asimetrica, con prominentes escarpes
de Calatayud. Soriano et al (1992) y
asimétricos que
Soriano y Simon. (1997) desarrollaron
numerosos deslizamientos.
una
geomorfologia. son
afectados por
modelos análogicos relacionados con la formación
de
aluviales
También son de especial interés los
(formadas a causa de interacción de
trabajos realizados en otros puntos del
varios mecanismos). Galve et al. (2005)
planeta, en relación con el karst
desarrollan un modelo espacial de
evaporítico.
análisis
de
aquellos que hacen hincapié en la
aparición de dolinas, incluyendo factores
importancia de la cohesión de la cubierta
como la naturaleza y ubicación de las
Cuaternaria para la formación de dolinas
dolinas
de
dolinas
zonas
aparecidas,
susceptibles
por
ejemplo,
litología,
la
de colapso (Yuan, 1988, en China;
aluvial,
la
Buttrick y van Schalkwyk, 1998, en
composición química de las aguas, datos
Suráfrica; Bruthans et al., 2000, en Irán;
de sondeos, geofísicos y red de drenaje.
Hyatt et al., 2001, en Georgia-USA). En
topografía,
el
la
Como
acuífero
Texas (USA) se han formado más de Riesgos: En este aspecto Soriano (1988)
400 dolinas de colapso a causa de la
especifica el impacto y la forma en que
disolución del sustrato evaporítico del
afecta la formación de dolinas aluviales.
Pérmico superior (Gustavson, 1982).
Hidalgo-Ruiz y Rosino-Rosino (1992)
Bosák et al. (1999) y Bruthans (2002 y
7
2003) estudian el desarrollo del karst
metodología específica, se modeliza la
evaporítico en en el diapiro salino de los
anomalía más espectacular encontrada y
Montes
se
se descubren dos nuevas dolinas sin
encuentran dos de los cinco conductos
evidencias superficiales. Las tres dolinas
más grandes del mundo.
caracterizadas de alinean
Otros autores describen los mecanismos
dirección 060N, hacia el nivel de base
que influyen en la formación de dolinas
regional.
de
Zagros
(Irán),
subsidencia
por
donde
disolución
según
la
del
sustrato evaporítico (Cooper, 1998, 1999
Desde el punto de vista
de la
y
prospección
existen
Lamont-Black
et
al.,
2002,
en
geofísica:
Inglaterra y Dogan, 2005, en Turquía).
abundantes trabajos relacionados con el
En
análisis
Inglaterra y
Lituania el
karst
de
cavidades.
Estas
evaporítico también representa un serio
exploraciones habitualmente representan
problema a la hora de edificar, así como
la forma más eficiente de detectar
el karst representa un rápido sistema
cavidades, cubriendo extensas áreas,
para
rápida y económicamente. El método
el
transporte
de
sustancias
contaminantes (Paukstys, 1999).
más antiguo es el aplicado por Cook (1965 y 1974) que por medio de la
Estudios geofisicos asociados al karst
sísmica de reflexión detectó numerosas
evaporítico en la Cuenca del Ebro:
dolinas, en áreas cuyo sustrato se
Benito et al. (1995) estudio geofísico de
disponía en capas, bien definidas, de
las terrazas aluviales. Establece que el
material evaporítico. Este método resulta
GPR es capaz de detectar dolinas cuyo
ser especialmente eficiente en zonas de
espesor no supera los 4-5 m profundidad
karstificación
natural
y la gravimetría detecta anomalías
metodología
ha
negativas en las zonas de colapso.
desarrollada
durante
Mochales et al. (2005) Realizan uno de
décadas por Chamon y Dobereiner.
los pocos trabajos existentes sobre la
(1988), así como por Miller y Steeples.
aplicación de la prospección magnética a
(1991), en diversas litologías.
la detección y caracterización de dolinas
Otros
y es el único en la Cuenca del Ebro. En
Georradar (GPR), como por ejemplo
este
en los trabajos de Ballard (1983),
estudio
se
desarrolla
una
8
métodos
sido
y
minas.
Su
ampliamente las
utilizados
siguientes
son
el
Chamberlain (2000), que localizó una
eléctrica. Van Schoor (2002) detecta
cavidad en calizas, en la cual tenía un
dolinas
interés arqueológico. Singh y Chauhan
Sudáfrica, en función de variaciones de
(2002) han conseguido saber a que
resistividad
profundidad se encuentran las cavidades
infrayacentes y establece que las dolinas
en
como
rellenas de agua presentan una mayor
complemento para realizar trabajos de
conductividad eléctrica que las rellenas
minería sin contaminar el acuífero
de
presente.
(2005)
detectables. Zhou et al. (2002) utiliza
consiguieron detectar el mecanismo que
este método para realizar tres tipos de
deterioraba una carretera en Slovenia,
modelizaciones digitales y realizar un
por medio de GPR, que se producía por
mapa de riesgo kárstico. Cooper y
una subsidencia entre un flysch y la
Saunders (2002) utilizan la tomografía
cobertera calcárea.
para verificar el asentamiento de una
Son
un
sector
de la India,
Knez
y
especialmente
Slabe
abundantes
los
en
aire,
medios de
y
dolomíticos los
son
de
materiales
más
fácilmente
carretera y un puente sobre un sustrato
trabajos relacionados con la prospección
yesífero.
gravimétrica, a causa de los éxitos
Existe un reducido número de estudios
conseguidos. Ejemplos de ello son:
realizados, durante los últimos años, por
Colley (1963), Neumann (1967) que
medio de la prospección magnética,
realizan
en
aplicados a la detección de cavidades.
Francia e Italia, y desarrollan una
Este es el caso de Armadillo et al.
metodología válida hoy en día. Butler
(1998), Shah et al. (1999), Alastruey
(1984) consigue diferenciar columnas
(2002) Xia y Williams (2003), Thierry et
calcáreas y bolsadas lutíticas a 6m de
al. (2005) y Mochales et al. (2005), que
profundidad y cavidades rellenas de aire
han caracterizado sistemas kársticos en
y agua, a 10 y 30 m profundidad,
diversas partes del mundo. Esta escasez
respectivamente. Buttrick y Schalkwyk
es debida a que el método requiere la
(1998) utilizan datos gravimétricos para
reducción de los ruidos magnéticos
definir zonas de elevada susceptibilidad
externos
de formación de dolinas.
carreteras,
Otra técnica especialmente utilizada es la
restringiendo
resistividad eléctrica o tomografía
urbanizar. En base al contraste de
diversas
prospecciones
9
(hormigón
armado,
viales,
líneas
eléctricas,
etc.),
su
uso
a
zonas
sin
susceptibilidad
entre
los
involucrados
(sistema
de
interrumpido
por
colapso
caracterizar
capas
cavidades
y
metales
enterrados, con resultados satisfactorios
o
en ambos casos, incluso utilizando
subsidencia), se ha realizado el presente
ambos métodos por separado. Beres et
trabajo. Para alcanzar este objetivo son
al. (2001) consiguen caracterizar una
necesarios
la
cavidad superficial de 10 X 10 m2 de
suficiente resolución y un procesado de
superficie en Suiza, poniendo en común
los datos adecuado (Pierce et al. 2001).
los
Recientemente se han realizado estudios
gravimétrica, GPR y modelizaciones de
geofísicos multidisciplinares, resultando
la topografía. Thierry et al. (2005)
ser el mejor medio para detectar
combinan
cualquier tipo de cavidades o colapsos
partir de sondeos, análisis espectral,
(Miller et al. 1984, Fenning et al. 2000,
microgravimetría y GPR con la finalidad
Matthews et al. 2000). Hinze (1991)
de
combina la prospección magnética con
calcáreos en Francia.
un
un
materiales
instrumental
con
la gravimétrica a fin de localizar y
10
resultados
de
análisis
localizar
la
prospección
geoestadísticos
conductos
a
kársticos
2. CONTEXTO GEOLÓGICO y la temperatura media es de 13ºC; la
2.1. MARCO
zona central de la depresión tiene unas
GEOGRÁFICO
condiciones áridas durante los tres meses
La zona de estudio se encuentra en los
de verano, el resto del año es semiárido.
alrededores de la ciudad de Zaragoza,
La zona estudiada es una pequeña
situada en el sector central de la
extensión de aproximadamente 30000
Depresión del Ebro (Fig. 2).
m2. Concretamente se sitúa en la llamada zona de El Caidero, a la que se accede por medio del camino de Bárboles, que parte del barrio de Miralbueno y posteriormente por el camino de El Caidero. Se encuentra incluida en la hoja M.T.N. 1:50000 número 383 (Zaragoza), y en la hoja 1: 25000 número 383 II (Zaragoza), donde puede encontrarse el camino anteriormente mencionado.
2.2. MARCO GEOLÓGICO Figura 2. En gris se señalan las hojas 1:50000 utilizadas y en la hoja 383 se sitúa la zona de trabajo.
2.2.1. GEOMETRÍA Y EVOLUCIÓN DE LA CUENCA
En la Depresión del Ebro la mayor altitud es de 862 m.s.n.m. y la mínima de
DEL EBRO.
120 m.s.n.m.. Se halla limitada por la
La depresión del Ebro es una gran
Cordillera Ibérica al SW, los Pirineos al
cuenca terciaria de forma triangular,
N
morfológicamente
y
las
Catalánides
al
SE.
La
deprimida
y
actualmente drenada por el río Ebro.
precipitación media anual es de 350 mm
11
Está
rellena
aportes
partir de finales del Eoceno (Fig. 3).
sedimentarios procedentes del Pirineo,
Éstos últimos abarcan desde facies de
Cordilleras Ibérica y Costero-Catalana,
abanicos aluviales en los márgenes
que
materiales
(sedimentos detríticos gruesos), hasta de
terciaria,
playa-lake en el centro de la cuenca. Las
sedimentados en ambientes marinos al
litofacies que se suelen encontrar (Riba
comienzo del Terciario y continentales a
et al., 1983) son:
la
por
delimitan.
aflorantes
son
de
los
Los edad
Litofacies:
Conglomerados → Areniscas → Margas →
Ambiente:
Abanicos aluviales
“bajada”
Mud flat
Calizas →
-Yesos →
laguna carbonatada
Yesos+Halita
laguna evaporítica
Playa lake
La cuenca terciaria del Ebro está
Oligoceno
caracterizada por una geometría de
inferior,
relleno donde el Terciario presenta una
frontales surpirenaicos alcanzaron su
sedimentación con tendencia solapante
emplazamiento definitivo (Pardo et al.,
en
los
2004). La Cuenca de divide en tres
cabalgamientos surpirenaicos y por el
sectores en función de la estructura,
margen ibérico. La disposición general
subsidencia y tipos de materiales (Fig.4):
muestra que los materiales eocenos se
- Muñoz-Jimenez y Casas Sainz (1997)
sitúan al N ; los oligocenos, discordantes
definieron
sobre el Paleozoico y Mesozoico, en el
dirección E-W (surco riojano) como
sector central; y los materiales miocenos,
cuenca de antepaís simétrica, afectada
también discordantes sobre el Paleozoico
por cabalgamientos activos hasta el
y Mesozoico, tan solo afloran en la parte
Mioceno superior. Este sector sufrió una
S de la cuenca (Fig. 3).
gran subsidencia durante el Paleógeno y
La Cuenca del Ebro representa la última
Neógeno,
fase evolutiva de la cuenca de antepaís
materiales terciarios que supera los
surpirenaica, y sus límites y estructura
5000m de espesor.
on-lap,
actuales
se
condicionada
establecieron
por
entre
el
12
superior cuando
un
con
y
el
Mioceno
los cabalgamientos
sector
un
occidental
espesor
de
de
los
Figura 3. Esquema Geológico del NE de la península Ibérica. En blanco y negro se representa la edad de los materiales aflorantes y en color las edades de la base del Terciario establecidas por Riba et al., 1983.
- El sector central presenta una menor
- El sector oriental no presenta registro
subsidencia,
y
de relleno neógeno, fue subsidente
la
durante el Paleógeno y presenta pliegues
sedimentación hacia el margen Ibérico
E-W y NE-SW en las proximidades del
(el cual evoluciona como margen pasivo
surco surpirenaico, ligados al despegue
de la cuenca).El sustrato preterciario está
sobre horizontes evaporíticos (Vergés et
afectado por cabalgamientos NW-SE,
al., 1992).
que
El relleno de la margen N de la Cuenca
geometría
desplazamiento
progresivo
condicionan
paleógena
y
tabular
la
neógena
de
sedimentación Sierras
del Ebro está constituido por unidades
Exteriores Pirenaicas y el anticlinal de
marinas y continentales, como puede
Barbastro
margen
observarse en la cobertera eocena y
pirenaico de la cuenca en este sector,
oligocena cabalgante sobre la Cuenca del
según Martínez-Peña y Pocoví, 1988;
Ebro (Cuencas de Jaca, Ainsa, etc., que
Senz y Zamorano, 1992.
funcionan como cuencas de Piggy Back).
constituyen
Las el
13
Figura 4. Mapa de isobatas y cortes sintéticos de los tres sectores de la Cuenca del Ebro. I Muñoz-Jiménez y Casas-Sainz (1997); II Martínez-Peña y Pocoví (1988), Senz y Zamorano (1992) y González (1989); III Vergés et al. (1992).
14
2.2.1.1. PALEÓGENO: CUENCA
et al. (2003) asume la existencia de un
ENDORREICA DE ANTEPAÍS.
único lago asimétrico, debido a la
La Depresión del Ebro comenzó a ser
evolución diferencial de las cadenas
una cuenca de antepaís en el Paleoceno,
montañosas
como
Arenas y Pardo (1998), a causa de un
consecuencia
de
la
flexión-
circundantes
según
subsidencia generada fundamentalmente
gran
por el levantamiento de los Pirineos
diferencias
durante la orogenia alpina. En el Eoceno
diferentes áreas. Los Pirineos y la
Superior tuvo lugar la emersión de la
Cordillera
cadena pirenaica, provocando el cierre
acortamiento mayor y aportaron mayor
definitivo de la cuenca del Ebro al
volumen
Atlántico, quedando representado por el
Catalánides,
Grupo Campodarbe. Este es el comienzo
depocentro de la cuenca hacia el SE.
de un largo periodo endorreico, en el
García-Castellanos et al. (2003) sugiere
cual existió una gran zona lacustre, de
que el endorreísmo fue mantenido
drenaje
desarrolló
durante 25 M.a. gracias a la situación
durante el Oligoceno y el Mioceno (Riba
intramontañosa, al clima árido que
et al., 1983). Este drenaje cerrado unido
imperaba en la zona, y una elevada tasa
a la fuerte subsidencia supuso una
de evaporación/precipitación. La barrera
trampa para los sedimentos aportados
SE constituida por las Catalánides sufrió
por
circundantes,
una inversión tectónica negativa en el
originando la singular arquitectura de la
Oligoceno Superior-Mioceno Inferior
Cuenca del Ebro y el enterramiento sin-
(Bartrina et al., 1992), por medio de una
y post-tectónico de estructuras frontales
reactivación
de los Pirineos y de la Cordillera Ibérica.
Mediterráneo
Las mayoría de los depósitos de este
Provenzal-Argelina), que generó el surco
medio sedimentario fueron facies de tipo
de Valencia, activo todavía. Dicha
clástico,
(principalmente
extensión también produjo la elevación
yeso y halita) y carbonatado (Muñoz et
de la hombrera occidental del rift y
al., 2002).
facilitó la prolongación del estado
El modelo de evolución de la Cuenca del
endorréico.
cerrado,
las
que
cordilleras
evaporítico
se
Ebro propuesto por García-Castellanos
15
contraste
y,
hidrológico
climatológicas Ibérica de
entre
sufrieron
por las un
sedimentos
que
las
desplazando
así
el
extensional occidental
en
el
(cuenca
Este sistema lacustre sufrió importantes
de escala kilométrica de la orilla del
fluctuaciones del nivel de agua en
lago. Arenas y Pardo (1999) justifican la
función de las condiciones climáticas,
formación de facies carbonatadas en
llegando a producirse desplazamientos
épocas húmedas con alto nivel de agua,
Figura 5. Modelo de topografía y drenaje de García-Castellanos et al (2003). Hace 50 M.a. la cuenca de antepaís E-W Comienza a formarse. Hace 40 M.a. el acortamiento tectónico de las Catalánides y la elevada tasa de evaporación/precipitación cierran la cuenca. Hace 23 M.a. la extensión de la cuenca de Valencia propicia el crecimiento pasivo de las Catalánides. Hace 11.5 M.a. una de las corrientes del nuevo escarpe captura el sistema endorreico. En la actualidad la incisión afecta a toda la cuenca.
16
y sulfatadas laminares en épocas
secas
condiciones húmedas imperantes en la
cuando el nivel era bajo; la transición
atmósfera miocena superior del NE
entre ambas se caracteriza por fases
Ibérico. El drenaje abierto al mar
salinas laminadas y estromatolíticas.
Mediterráneo produjo una gran incisión
Durante el Mioceno Superior tuvo lugar
en
una
afloramiento
transición
hacia
condiciones
la
cuenca,
que
dio
de
lugar
al
espectaculares
climáticas más húmedas, aumentando el
estructuras sin- y postectónicas.
nivel del lago, factor que favoreció la
La
apertura de la cuenca del Ebro al
abarca desde el Serravaliense Medio
Mediterráneo.
hasta el Tortoniense Medio, momento en
gran
progradación
siliciclástica
el que se interpreta el evento de apertura 2.2.1.2. NEÓGENO: EXORREISMO.
del lago endorreico de la Cuenca del
La apertura del lago endorreico del Ebro
Ebro, que generó un nuevo sistema de
fue previamente interpretada como el
drenaje al Mediterráneo. La diferencia
resultado de la erosión producida en el
de altura existente entre el lago y el mar
escarpe de las Catalánides y captura de
(aproximadamente 1000 m) dio lugar a
los cursos de agua miocenos por el mar
una incisión irreversible después de unos
Mediterráneo, inmediatamente posterior
pocos cientos de miles de años.
a la extensión de la cuenca de Valencia, en
el
límite
Oligoceno-Mioceno
(Mesiniense) (Riba et al., 1983). En cambio García-Castellanos (2003)
2.3.
propone en el modelo citado que la
ESTRATIGRAFÍA
DEL TERCIARIO
apertura tuvo lugar durante el Mioceno, entre hace 8,5 y 13,5 M.a. (esta última
2.3.1. LITOESTRATIGRAFÍA
edad la tomó de Pérez-Rivarés, 2002)
En el sector estudiado se distinguen las
por erosión remontante en el flanco
siguientes Formaciones (Fig. 6):
oriental de las Catalánides. Evento que
-Fm. Longares
fue
-Fm. Zaragoza
posible
gracias
a
una
gran
acumulación de sedimentos atrapados en
-Fm. Alcubierre
la cuenca, elevando el nivel de agua del lago, el cual se mantuvo gracias a las
17
bordeando la Sierra de Alcubierre. Se trata de yesos masivos y limos yesíferos, alternando
con
yesíferas.
La
margas U.
y
lutitas
Alfocea
pasa
lateralmente a la Fm. Alcubierre hacia el W y a la Fm Longares hacia el S. La extensión y profundidad actual de la Fm. Zaragoza es muy grande en Aragón occidental y la zona de las Bardenas (Navarra), pero en los Monegros fosiliza el
alto
estructural
oligoceno,
con
potencias mucho más reducidas (ver apartado 2.2.1.). En cuanto a la edad puede considerarse Figura 6. Distribución de las Formaciones definidas en el sector central de Cuenca del Ebro. Modificado de Quirantes (1978).
Ageniense
a
Aragoniense
Medio
Fm. Longares (Quirantes 1978): Se
exactamente situada pero Riba et al.
sitúa al S de la zona de estudio y está
(1983) realizó una aproximación por
constituida por materiales detríticos,
medio
gruesos en el S y finos en el N. Pasa
Oligoceno/Mioceno (Fig. 7), donde se
lateralmente a la Fm. Zaragoza y la Fm.
encontraría el Ageniense, piso a caballo
Alcubierre (normalmente situada por
entre el
encima).
Mioceno Inferior, y se solaparía con el
Fm. Zaragoza (Quirantes 1978): Ver
piso Rambliense tal y como plantean
Figs. 7, 8 9 y 10. En la zona de estudio
Arenas y Pardo (2000). Pérez-Rivarés
se puede diferenciar la Unidad yesos de
(2002-2004)
Retuerta (Quirantes 1978) que, junto con
magnetoestrtigráfico de cuatro perfiles
las Unidades de yesos de Mediana y
en los Montes de Castejón y la Sierra de
yesos de Alfocea, forma la mayor masa
Alcubierre, señala que el techo del
de yesos del centro de la cuenca. La U.
Mioceno Inferior sería el límite de las
Retuerta se extiende desde Bujaraloz
Unidades Tectosedimentarias T5 y T6.
hasta Zaragoza y continúa hacia el N
Este límite estaría situado en el cron
(Villena et al., 1992). La base no está
18
de
sondeos
Oligoceno
a
del
Superior
partir
del
límite
y
el
análisis
5Cn.2n en torno a 16,4 M.a. en la Sierra
- U. La Muela y La Plana de Zaragoza
de Alcubierre (Pérez-Rivarés et al.,
(Quirantes 1978): Relieves tabulares
2002) y en el cron C5nCn.1n, a 16.14
característicos, situados al S de Zaragoza
M.a. en los Montes de Castejón (Pérez-
y
Rivarés
quedando
Constituida por calizas masivas a techo,
confirmado en el trabajo de Pérez-
alternancia de calizas y margas en la
Rivarés y Garcés (2004b).
parte central, y margocalizas con yesos y
et
al.,
2004a),
separados
por
el
río
Huerva.
lignitos en la base. Fm. Alcubierre (Quirantes 1978): Ver
- U. calizas de Alcubierre (Quirantes
Fig. 7, 8 9 y 10. Forma la alineación
1978): Situadas al NE del área de
calcárea de la Sierra de Alcubierre al N
estudio. Unidad constituida por calizas
del área de estudio. Se diferencia el Mb.
que a muro alternan con bancos de
Castejón (Quirantes 1978) formado por
margas y yesos de poco espesor, y a
calizas potentes en alternancia con
techo son masivas y afloran lutitas y
niveles limo-margosos y yesos; se sitúan
areniscas. Dentro de la Fm. Alcubierre
sobre el Mb. Castellar (también situado
también se diferencia el Mb. Castellar
de la Fm. Alcubierre) y los yesos de
(Quirantes
Retuerta. Se distinguen además las
estratigráficamente
siguientes unidades:
Mb.Castejón. calizas
y
1978), Está margas
situado
debajo
del
constituido
por
con
frecuentes
intercalaciones de yesos y yesíferas.
19
margas
Fms. detríticas Fms. margo-calizas Fms. evaporíticas
Figura 7. Distribución vertical de las unidades litoestratigráficas del centro de la cuenca terciaria del Ebro. M/O: Límite OligocenoMioceno. Unidades litoestratigráficas: 1-Fm. Salina de Cardona. 2-Fm. Tárrega. 3-Yesos de Barbastro. 4-Fm. Molasa de Urgell. 5Fm. Molasa de Mequinenza. 6-Fm. Peraltilla. 7-Molasa de Caspe. 8-Molasa de sariñena. Fm. Alcubierre; 9-Mb. Cardiel; 10-Mb. Peñalba; 11-Mb. Sigena; 13-Mb. Alcubierre; 14-Mb. Castellar; 15-Mb. Castejón. 12-Fm. Yesos de Zaragoza. Modificado de Riba et al. (1983).
20
Figura 8. Panel de correlación del Paleógeno de la Cuenca del Ebro. Según Pardo et al. (2004). Unidades litoestratigráficas dentro de cada unidad tectosedimentarias: Unidad T1: 1- Fms. Mediona y Orpi; 2- Areniscas de la Pobla de Claramunt; 3- Brecha de Cairat; 4- Fm. Vilanova de Sau; 5- Conglomerados de Romagats; 6- Fm. Tavertet; 7- Margas de Banyoles-Coll de Maya; 8Complejo de Ulldemolins; 9- Yesos de Valldeperes. Unidad T2: 10- Fm. Cohíbas; 11- Margas de Igualada y Oliana; 12Conglomerados de Montserrat y Sant Llorenc de Munt; 13- Fm. La Salut, fc. De Vacarisses y Sant Llorenc Savall; 14- Fm. Tossa; 15- Fms. Cardona y Odena; 16- Fm. La Morera del Montsant; 17- Fm. Montblanc; 18- Conglomerados de Montserrat; 19- Unidad de areniscas y lutitas de Puigmoreno; 20- Fm. Belsué; 21- Evaporitas de Pamplona. Unidad T3: 22- Fm. Blancafort; 23- Fms. Flix y Margalef; 24- Fm. Artés; 25- Fms. Calaf y Sarral; 26- Conglomerados de Sant Miquel del Montclar; 27- Lutitas y areniscas del Salinar; 28- Yesos de Barbastro; 29- Fm. Peraltillo (y Solsona al E); 30- Conglomerados de Peralta y Calasanz; 31- Fm. Campodarbe; 32- Yesos de Puente la Reina; 33- Fm. Mués; 34- Sangüesa. Unidad T4: 35- Fm. Tárrega; 36- Fm. La Faratella; 37Fm. Mequinenza; 38- Fm. Torrente de Cinca; 39- Fm. Caspe; 40- Fm. Sariñena; 41- Conglomerados de Santa Cilia; 42- Fm. Uncastillo; 43- Yesos de Zaragoza; 44- Yesos de Falces = Tafalla; 45- Fm. Ujué; 46- Yesos de Lerín; 47- Fm. Nájera; 48Conglomerados del Perdón.
21
Figura 9. Panel de correlación del Neógeno de la Cuenca del Ebro. Unidades litoestratigráficas: 1- Conglomerados del Perdón; 2Fm. Ujué; 3- Fm. Nájera; 4- Fm. Alfaro; 5- Conglomerados de Fitero; 6- Fm. Uncastillo; 7- Fm. Sariñena; 8- Calizas de Miranda de Arga; 9- Yesos de Cerezo de Río Tirón; 10- Yesos de Ribafrecha; 11- Fm. Tudela; 12- Alcubierre; 13- Yesos de Zaragoza; 14Yesos de Ablitas; 15- Conglomerados de Serradero y Yerga; 16- Yesos de Perdiguera; 17- Calizas del Puerto de la Brújula; 18Calizas de la Muela de Borja. Según Pardo et al. (2004).
Figura 10. Cronoestratigrafía, evolución de las UTSs caracterizadas en cada sector, magnetoestratigrafía y actividad de las estructuras de los bordes de la Cuenca del Ebro. Leyenda: 1- Solapamiento expansivo (onlap); 2- Lámina de cabalgamiento; 3Lámina de zócalo; 4- Falla normal; 5- Falla de desgarre; 6- Anticlinal; 7- Discordancia angular; 8- Discordancia sintectónica; 9-
22
Idem. de carácter local; 10- Conglomerados; 11- Lutitas y areniscas; 12- Margas; 13- Carbonatos; 14- Evaporizas marginales; 15Evaporizas centrales (En gris, fc. marina). Estructuras: A- Lámina del Ampurdán (o Figueras-Montgrí); AB- Arco de Aguilón – Belchite; BA- Anticlinal de Barbastro; C- Lámina de Cotiella; CA- Anticlinal de Calanda; CD- Lámina de Cameros-Demanda; GULámina de Guarga; MO- Anticlinal de Montalbán; N- Láminas de zócalo de Nájera, Arnedo y Baños de Río Tobía; P- Lámina de Pedaforca; PULámina de zócalo de Puigmoreno; PV- Sistema de cabalgamientos de Portalrubio – Vandellós; SA- Sierra de Arcos; SC- Lámina de Sierra de Cantabria; SM- Láminas de las Sierras Marginales; VP- Fallas de desgarre del Vallés – Penedés, El Camp y Gandesa – Ulldemolins. Yacimientos (números con círculo): 1- Bergasa y Arrendó; 2- Autol; 3- Quel y Carretil; 4- Islallana y Fuenmayor; 5- Los Agudos; 6Miranda de Arga; 7- Cellórigo; 8- Las Torcas; 9- Barranco de Las Foyas, Ereta de las Monjas, Paridera del Cura, San Juan y La Galocha; 10- Tudela I y II; 11- Tarazona y Monteagudo; 12- Villanueva de Huerva; 13- Moyuela; 14- San Caprasio 214; 15- El Buste y La Ciesma; 16 y 23- Vidaliella Gerundensis y Carófitas; 17- Peraltilla; 18- Mina Pilar; 19- Torrente de Cinca 4, 7 y 18 y Fraga 4 y 6; 20- Fraga 7, Velilla de Cinca 5 y Ballobar 12; 21- Fraga 11, Torrente de Cinca 68, Clara, Ballobar 21 y Ontiñena; 22Santa Cilia; 24- Calaf; 25- Gandesa. Cronología de las biozonas de mamíferos, según Agustí et al. (2001). Magnetoestratigrafía según Agustí et al. (1994); Barberá et al. (2001) y Pérez-Rivarés et al. (2002 y 2004). Según Pardo et al. (2004).
2.3.2. UNIDADES
limitan
discordancias
Generalmente los materiales de la
distintos mediante
problema, el equipo de Estratigrafía de
se
criterios
ha
realizado
cartográficos,
evolución secuencial. Cada UTS posee
principios de los años 80 la definición de
una evolución, relacionada con las
unidades aloestratigráficas, denominadas
variaciones en la subsidencia y el aporte
Unidades Tectosedimentarias (Garrido,
sedimentario. Se han establecido ocho
1982; Riba et al. 1983; González et al., de
sectores
paleontológicos y por similitud en la
la Universidad de Zaragoza emprendió a
trata
a
La correlación de las UTSs de los
datación
bioestratigráfica. Para subsanar este
Se
pasan
cuenca.
contenido en restos paleontológicos, su
que
conformidades hacia el centro de la
Cuenca del Ebro presentan un escaso
1988).
cambios
los márgenes pueden reconocerse como
(UTS).
para
por
climáticos importantes (p.e. UTS 9). En
TECTOSEDIMENTARIAS
necesarios
la cuenca o
UTSs (a nivel del conjunto de la cuenca)
unidades
en función de criterios paleontológicos y
estratigráficas de rango elevado cuyos
magento-estratigráficos, las tres primeras
límites tienen un significado genético a
en el Paleógeno, la cuarta en la
escala de cuenca (Villena et al., 1992).
transición Paleógeno-Neógeno y las
Estas UTSs se encuentran delimitadas
cuatro restantes son miocenas (Pardo et
por rupturas sedimentarias de primer
al., 2004). La unidad UTS 5 aflora
orden y representan un cambio de signo
extensamente en los sectores central y
en la evolución secuencial a escala de
occidental (en éste último se sitúa el
cuenca, causadas por variaciones de la
depocentro de la cuenca en esta etapa).
actividad tectónica de las cadenas que
23
Figura 11. Cartografía de las Unidades Tectosedimentarias (T1 a T8) con litofacies de la Cuenca del Ebro. Modificado de AlonsoZarza et al. (2002).
Su
evolución
como
En la Fig. 11 se puede observar que
comportamiento
Zaragoza estaría situada en la UTS 5,
tectónico diferencial del Pirineo y la
cuya edad queda establecida desde el
cordillera Ibérica occidental, aún activos
Rambliense al Aragoniense, en lo que a
y el margen ibérico central que es pasivo
pisos continentales se refiere.
desde el Aragoniense Inferior. El límite
La
inferior de UTS 5 es una ruptura
expansión del sistema evaporítico del
sedimentaria, cambio de granocreciente
sector central de la cuenca (de menor
a granodecreciente en la evolución
magnitud
vertical, manifestada como discordancia
desplazamiento hacia el S. En este
sintectónica en los bordes de la cuenca.
momento la Fm. Zaragoza se encuentra
Está constituida por potentes series
rodeada
detríticas en los márgenes, que pasan
carbonatados,
debido
hacia el sector central a la formación
climáticos
al
evaporítica de los Yesos de Zaragoza,
hidrológico entre los márgenes lacustres
rodeada al N y W por las Fms.
N y S (Arenas y Pardo, 1999).
consecuencia
es del
compleja,
Carbonatadas de Alcubierre y Tudela.
24
UTS
5
representa
que
de y
la
una
UTS
depósitos
nueva
4)
y
lacustres a
factores
elevado
contraste
2.3.2. LITOLOGÍA DEL
más cercano a la zona de El Caidero está
TERCIARIO EN EL
totalmente integrada en la Fm Zaragoza, puesto que bajo el material aluvial, se
ENTORNO DE ZARAGOZA.
pueden observar los yesos y las margas
La serie estratigráfica, recogida en la
grises característicos de esta última. Se
bibliografía, más cercana a la zona de
diferencian claramente de las margas de
estudio es la situada en Remolinos. Por
la Fm. Longares porque las de esta Fm.
lo tanto para la caracterización de los
son de color rojizo, mientras las de la
materiales terciarios consideramos más
Fm. Zaragoza tienen un color más
fiable utilizar varios sondeos cedidos por
azulón. Además en la Fm. Longares
empresas de geotecnia y situados en los
deberíamos
alrededores de Zaragoza como columna
encontrar
pasadas
de
areniscas y capas de calizas, inexistentes
de referencia a lo largo de todo este
en la serie. Por tanto la columna del
trabajo (Fig. 12). La columna del sondeo
sondeo forma parte de la Fm. Zaragoza.
Figura 12. Columna litológica de un sondeo tipo de los alrededores de Zaragoza, mostrando la secuencia de los materiales terciarios.
25
cercanías de Zaragoza, en el sector
2.4. GEOMORFOLOGÍA
comprendido entre los valles de los ríos
2.4.1. TERRAZAS.
Jalón y Huerva. Hernández-Pacheco
Desde el comienzo del Cuaternario se
(1930) identifica cuatro niveles en la
produjo la instalación y jerarquización
zona de Zaragoza y van Zuidam (1976)
de la red fluvial actual. Esto produjo la
diferencia cuatro niveles divididos en
erosión de materiales terciarios, así
dos subniveles cada uno. Por otra parte
como una importante sedimentación
Mensua e Ibáñez (1977) diferencian seis
aluvial, ligada al Ebro y sus afluentes y
niveles en las terrazas del río Ebro,
controlada por los relieves circundantes
Las
(enlazándolos a los cursos fluviales por
terrazas
se
desarrollan
preferentemente en la margen derecha
medio de glacis).
del Ebro, mientras que en la izquierda
Como consecuencia de las diferentes
afloran sedimentos terciarios y las
etapas de erosión y aluvionamiento, se
terrazas más modernas, a causa de la
han desarrollado varios niveles de glacis
continua divagación del curso fluvial y
y terrazas escalonados. Soriano (1990)
una erosión muy activa en la margen
diferencia hasta un total de ocho niveles de terrazas, en la margen derecha en las
izquierda
del
confiere
al
río. valle
Esta
diferencia
una
clara
Figura 13. Mapa geomorfológico de zona situada al NW de Zaragoza a partir de las fotografías de 1957. T- niveles de terraza, P- niveles de glacis, Bars- barras actuales del río, Dolines- dolinas, Gully- incisión lineal (modificado de Soriano, 1990). Cuadrado- situación del área de estudio (El Caidero).
26
asimetría. Las terrazas T1, T2 y T3 (las
Vílchez (1984) realizan una datación
más
gran
arqueológica de ambas terrazas en
continuidad desde la desembocadura del
Zaragoza, estableciendo que el techo de
río Jalón hasta Zaragoza, con una altura
T2 es de aproximadamente 800 a.C. y la
relativa sobre el cauce actual del río
base de T1, contemporánea con el fondo
Ebro
m
del valle, de 50 a.C., donde los restos de
respectivamente (Fig. 13). La T4, tiene
cerámicas más modernos son de la Edad
una altura relativa de 64-73 m (Soriano,
Media. Desde la T3 en adelante tiene
1990).
lugar
En la zona de estudio los depósitos de
niveles
terraza
el
encontrarse frecuentes fallas normales e
fluviales
inversas, de origen diapírico y tectónico.
recientes)
de
3-6,
tienen
10-14
recubren
Terciario.
Los
una
y
29-34
completamente sedimentos
cuaternarios
están
alternancias
de
constituidos arenas,
limos
por
un
fuerte
encostramiento
carbonatados
y
de
pueden
En la T3 existe una única datación
y
paleontológica,
realizada
por
van
principalmente gravas. Los cantos son
Zuidam et al. (1975), que encuentra en
poligénicos de composición cuarcítica,
Garrapinillos
restos
de
calizas mesozoicas, calizas neógenas,
meridionales,
cuya
edad
areniscas, granitos y margas, cuya
Pleistoceno superior.
Elephas es
el
granulometría oscila de 2 a 25 cm. Los depósitos
presentan
estructuras
sedimentarias tales como estratificación
2.4.2. KARSTIFICACIÓN EN
cruzada planar y en surco, e imbricación
YESOS.
de cantos.
La karstificación en yesos es más rápida
En la terraza más moderna (T1) hay un
y simple que en carbonatos y depende
aumento importante del contenido en
del tiempo de contacto entre la interfase
limos y arcillas. Desde el punto de vista
roca-disolvente,
geomorfológico, en esta terraza se
Las estructuras más habituales son:
meandros abandonados. En la T2 se frecuentes
depósitos
de
solubilidad y temperatura del sistema.
pueden reconocer una gran cantidad de encuentran
coeficiente
Lapiaz: rillenkarren y solution pits,
de
desarrollados sobre estratos y bloques
conos de deyección, procedentes de
fragmentados de yeso sacaroideo.
vales y barrancos laterales. Rodríguez y
27
Dolinas: Las dolinas aluviales (Cramer
14). Existen cuatro tipos de dolinas en
1941) se producen cuando un material
función de su morfología: de cubeta si el
susceptible de ser disuelto está cubierto
diámetro y la profundidad es similar; de
por aluviones y se desarrollan las
embudo si el diámetro es dos o tres
depresiones
están
veces la profundidad, con vertientes a
La
30-40º de inclinación; de ventana si el
disolución del yeso se produce a través
diámetro es menor que la profundidad y
de la cubierta, agranda las fracturas
las vertientes son muy abruptas (Cvijic,
donde
1893); y en sartén si presentan un gran
formadas
el
cuyas por
estos
material
vertientes aluviones.
aluvial
subside,
formando depresiones en superficie (Fig.
Figura 14. Procesos relacionados con el desarrollo de dolinas aluviales (Gutiérrez y Gutiérrez, 1998).
28
diámetro y poca profundidad (Palmquist,
como a pequeña escala, ligadas al
1979). En las terrazas del Ebro las más
movimiento de material margoso o
abundantes son las dolinas en forma de
arcilloso en estado plástico dentro de las
cubeta y sartén. Las dolinas en forma de
terrazas (Simón y Soriano, 1986; Benito
embudo son menos frecuentes, y las
y Casas, 1987). En este último caso las
ventanas son muy escasas.
margas
En las T1, T2 T3 y T4 del valle del Ebro
cuaternarios pueden proporcionar el
es frecuente la formación de dolinas
material
aluviales en superficie, cuya densidad ,
condiciones saturadas.
de
Además,
mayor
a
menor,
es:
terciarias
y
susceptible existen
los
depósitos
se
fluir
en
otros
tipos
de
DT2>DT3>DT1>DT4. La densidad media
deformaciones, ligadas en algunos casos
es 2,14 dolinas/km2, pero en Casetas y
a la actividad tectónica (fallas) o a
Utebo
procesos
se
pueden
alcanzar
20
2
erosivos
(piping).
A
dolinas/km La relación d (diámetro) / h
continuación se describen cada uno de
(profundidad) es decreciente desde las
los tipos principales.
más modernas a las más antiguas
-DIAPIROS:
(Soriano, 1990). Los contornos suelen
Presentan
ser
función del mecanismo dominante en su
redondeados
o
elípticos,
pero
distintas
morfologías
en
también pueden ser irregulares por
deformación (Simón y Soriano, 1986)
coalescencia de varias dolinas pequeñas.
Domático: Se forma un domo laxo por
También es posible encontrar dolinas en
procesos halocinéticos en los que un
los pedimentos y en los abanicos
núcleo masivo, constituido por yeso, se
aluviales.
abomba y puede llegar a la superficie por medio de fracturas previamente
2.4.3. OTRAS
existentes en los depósitos cuaternarios.
DEFORMACIONES EN
Perforante: En este proceso el yeso tiene un comportamiento competente y son las
DEPÓSITOS CUATERNARIOS.
margas las que intruyen en los materiales
En la Cuenca del Ebro son relativamente
cuaternarios suprayacentes. La intrusión
frecuentes las deformaciones de origen
origina varias familias de fallas inversas
diapírico. Se producen tanto a gran
de elevado buzamiento (75-85º) y en su
escala, ligadas a la migración de los
ascenso las margas engloban gravas y
yesos terciarios (Casas et al., 1994),
29
yeso desmenuzado que encuentran a su
consolidados, cuya evolución da lugar a
paso.
conductos superficiales (Chorley, 1978;
-FALLAS:
García-Ruiz & Lasanta, 1995; García-
Sistemas
conjugados
magnitud
de
fallas
métrica-decamétrica
de
Ruiz et al., 1997). Su formación se ve
y
favorecida por la existencia de un
desplazamiento de centímetros a metros,
gradiente
afectando
en
dispersables, ausencia de vegetación,
disposición horizontal (Simón y Soriano,
actividad biológica, capas impermeables
1985).
y arcillas hinchables en el suelo (Selby,
a
glacis
Se
y
detectan
terrazas dos
familias
principales de fallas: N-S (direccionales y
normales)
Paleógeno
y
formada NW-SE
durante
el
(normales)
2.5. HIDROLOGÍA
Desde el punto de vista del campo de
2.5.1. RÍO EBRO.
esfuerzos existente en la zona Herraiz et
El caudal del río Ebro alcanza dos
al. (2000), así como Arlegui y Simón
máximos al año, en otoño y en
(2000 y 2001) establecen que existe una
primavera. A su paso por Zaragoza
continuidad en el régimen de esfuerzos
presenta
de la Península Ibérica desde el Mioceno
Ebro,
responsable de las familias de fallas N-S
meandriforme
aportando
gran
cantidad
de
materiales detríticos. El fondo del valle
y NE-SW. No obstante Arlegui y Simón existió
trazo
en tan sólo 25 km vierten sus aguas al
que existió un régimen compresivo,
que
un
anómalo, debido a los tres afluentes que
Superior hasta la actualidad y defienden
consideran
materiales
1982).
formadas en el Neógeno (Arlegui, 1996).
(2001)
hidráulico,
presenta una anchura de 6 a 10 km y se
un
encuentra
régimen extensional relacionado con la
limitado
en
la
margen
izquierda por los escarpes de Remolinos
apertura del surco de Valencia y que
y Juslibol, en la derecha por las propias
sería responsable de la formación de
terrazas del Ebro, adquiriendo una
fallas normales.
geometría asimétrica. Se trata de un río
-PIPING:
que sufre variaciones muy rápidas del
Formas de erosión subterránea, iniciadas
cauce,
por aguas percolantes que remueven las
cuya evolución
muestra un
desplazamiento progresivo al N y al E.
partículas sólidas de materiales poco
La llanura de inundación abarca de 500 a
30
2500 m, aunque en la actualidad el río se
como un acuitardo. La cota mínima de la
encuentra regulado por los abundantes
superficie freática se sitúa en 190
embalses existentes en el Pirineo. Se
m.s.n.m.
observan depósitos de barras centrales,
Zaragoza y la máxima a 225 m.s.n.m. en
longitudinales y laterales.
Garrapinillos, dirigiendo el flujo general
en
las
proximidades
de
de todo el acuífero cuaternario hacia el
2.5.2. CARACTERÍSTICAS
Ebro, nivel de base regional; hecho que
HIDROLÓGICAS DE LA
indica la cercanía a la superficie del nivel freático, si se tiene en cuenta la
ZONA.
topografía urbana.
Todos los materiales glacis y terrazas de la Cuenca del Ebro constituyen en conjunto un acuífero regional libre, denominado Acuífero Aluvial del Ebro (Bielza et al., 1993). Su espesor y permeabilidad es función del grado de cementación y granulometría y varía en cada
punto,
pudiendo
oscilar
la
permeabilidad de 100 a 1500 m/día. La porosidad eficaz, deducida a partir de ensayos
de
bombeo,
aproximadamente.
es
Los
del
10%
Figura 15. Mapa del NW de Zaragoza. El cuadro muestra la
caudales
localización de la zona de estudio. En verde contornos piezométricos y la flecha dirección del flujo (modificado de
específicos medidos varían de 40 l/s/m
Bielza et al., 1993)
en la zona de Casetas-Utebo (terrazas T1 y T2) a 20 l/s/m en Garrapinillos (T3)
El nivel freático sufre oscilaciones en
(Simón et al., 1998).
relación con los periodos de recarga y
Los materiales yesíferos y margo-
descarga, que en condiciones naturales
yesíferos
deberían estar controlados por las lluvias
de
la
Fm.
Zaragoza se
y las crecidas de los ríos. Sin embargo
encuentran saturados en agua (Bielza et
en Zaragoza, por debajo de la cota del
al., 1993). La permeailidad de este
Canal
sustrato es poco relevante en relación
habituales los excedentes de riego, que
con el acuífero aluvial, comportándose
hacen que el máximo se alcance entre
infrayacentes
al
Cuaternario,
31
Imperial
de
Aragón,
son
Figura 16. Estudio de la subsidencia en el entorno de Zaragoza (Jiménez et al., 20004).
finales de verano y principios de otoño,
estos humedales parece determinada por
y el mínimo entre el verano y la
la existencia de umbrales en el sustrato
primavera. Las variaciones máximas
terciario, cuya disposición es transversal
estacionales se sitúan entre 2 y 4 m,
a las trayectorias de flujo. Jiménez et al.
aumentando hacia las terrazas altas del
(2004) proponen que las zonas de
Ebro.
descarga
Existen zonas de descarga local en
Evaporítico Terciario, dentro de las
algunas depresiones que se convierten en
terrazas aluviales del Ebro y denotadas
terrenos pantanosos (Bielza et al., 1993)
por los cambios en la composición
(Fig.
estas
química de las aguas del Acuífero
depresiones suponían una superficie
Aluvial del Ebro, coinciden con zonas
importante, pero el intenso relleno
donde el fenómeno de subsidencia es
antrópico ha modificado su topografía,
especialmente intenso (Fig. 16).
15).
El
conjunto
de
llegando a desaparecer. La presencia de
32
no
difusa
del
Acuífero
3. METODOLOGÍA DE LA PROSPECCIÓN MAGNÉTICA. físicas y no geológicas. Presentan la
3.1. FUNDAMENTOS.
ventaja de ofrecer un registro continuo,
3.1.1. INTRODUCCIÓN.
permitiendo la identificación en tres
La Geofísica estudia las propiedades
dimensiones de los cuerpos causantes de
físicas de los materiales terrestres. En
las anomalías (frente a los sondeos de
una acepción general se encarga de
exploración mecánica).
estudiar las propiedades físicas del planeta y deducir a partir de ellas su
3.1.2. TIPOS DE MÉTODOS DE
estructura interna. Se
denomina
geofísica
a
PROSPECCIÓN
los
1) Los que aprovechan los campos
reconocimientos hechos con vistas a
naturales potenciales de la Tierra y
determinar dichas propiedades, bien a
buscan perturbaciones de dichos campos,
escala global, o bien enfocados a resolver
problemas
tales como el método gravitatorio,
concretos
(geológicos,
magnético, eléctrico y electromagnético.
geotécnicos,
Su
ambientales,…) en zonas próximas a la de
exploración
2) Los que introducen artificialmente algún tipo de energía en el subsuelo,
geofísica.
tales como: eléctrico, electromagnético y
Frente a la exploración geológica, la
sísmica. Se determinan sus velocidades
prospección geofísica permite identificar
de propagación, transmisión, etc. Suelen
materiales situados por debajo de la en
función
de
dar mayores detalles.
sus
Los distintos métodos pueden aplicarse
propiedades. Se trata de una metodología de
trabajo
alcanzar
hasta el manto superior (Tablas 1 y 2).
geofísica
(geophysical exploration) o prospección
superficie,
permite
información de grandes profundidades,
superficie. En este último caso se suele hablar
aplicación
“ciega”,
que
desde tierra, por medio de prospección
identifica
aérea o transportados en barco. Las
materiales en función de sus propiedades
33
medidas
realizadas
permiten
una
prospectar
mayor
grandes
Método Sísmica
Gravimetría Magnetismo Eléctrico: -Resistividad -Polarización inducida. -Potencial espontáneo. Electromagnetismo
desde
el
aire
precisión es menor que las realizadas
rapidez
para
desde tierra (Tablas 1 y 2).
áreas,
pero
su
Parámetro medido Tiempo de reflexión y sísmicas reflejadas.
Propiedad física ondas Densidad y módulo elástico, los cuales determinan la velocidad de propagación del as ondas sísmicas. Variaciones espaciales del valor del Densidad campo gravitatorio de la Tierra. Variaciones espaciales del valor del Susceptibilidad magnética y campo geomagnético de la Tierra. remanencia. Resistencia eléctrica. Conductividad eléctrica. Voltaje, frecuencia de polarización Capacitancia eléctrica. (fundión de la resistencia del suelo) Potencial eléctrico. Conductividad eléctrica. Respuesta a electromagnética
la
radiación Conductividad inductancia.
eléctrica
e
Tabla 1. Parámetros, medidas y propiedades utilizadas por los distintos métodos (Kearey & Brooks, 1984).
Aplicación
Métodos de prospección adecuados Exploración de combustibles fósiles (petróleo, gas, S, G, M, (EM) carbón). Exploración de depósitos minerales industriales. M, EM, E, SP, IP Exploración de depósitos minerales (arena, gravas). S, (E), (G) Exploración par reservas de agua subterráneas. E, S, (G) Ingeniería/estudios geotécnicos. E, S, (G), (M) Tabla 2. Aplicaciones de los distintos métodos de prospección geofísica. G: Gravimetría; M: Magnetismo; S: Sísmica; E: Resistividad eléctrica; SP: Potencial espontáneo; IP: Polarización inducida; EM: Electromagnetismo; Métodos secundarios entre paréntesis (Kearey & Brooks, 1984).
34
3.1.3. LA AMBIGÜEDAD EN
nombre procede del pastor Magnes (800
LA INTERPRETACIÓN
a.C.) que según la leyenda de quedó fijado al suelo por las tachuelas de sus
GEOFÍSICA. EL PROBLEMA
sandalias y la punta de su cayado. Desde
INVERSO.
entonces
Es posible calcular exactamente qué anomalía cuerpo
originará geológico
(problema directo).
un
determinado
en
un
En
cambio,
ser
el
causante
campo magnético terrestre, y aunque en
el
Asia era conocido desde mucho antes, hasta el S.XII no empieza a conocerse en
una
Europa el empleo de la aguja magnética
determinada anomalía, admite múltiples
como método de orientación. Gilbert, en
soluciones. Estas soluciones dependen
1600 fue el primer físico en estudiar los
de variaciones en la forma, tamaño,
fenómenos magnéticos, asimilando el
propiedad física en cuestión, etc. Por ello,
los
geofísica
métodos presentan
de
magnetismo
prospección
siempre
una
conocimiento
geológico
previo
a
una
esfera
Oersted, Volta y Ampère emitieron teorías relacionando el magnetismo con
ofrecen a los problemas geológicos, recomendableble
terrestre
uniformemente magnetizada. En 1820
ambigüedad en las soluciones que haciendo
los
magnetismo y con la existencia de un
campo
de
sucedieron
descubrimientos relacionados con el
problema inverso, es decir, qué cuerpo puede
se
la corriente eléctrica, válidas en la
un
actualidad. Gauss en 1839 encuentra que
del
a la magnetización regular de la esfera
terreno para reducir soluciones.
terrestre de origen interno se le sumaba otra magnetización irregular, también de
3.1.4. CONCEPTOS BÁSICOS
origen interno.
DE GEOMAGNETISMO
No sólo la magnetita posee propiedades
3.1.4.1. HISTORIA.
magnéticas. Frotando con magnetita una
El magnetismo es un fenómeno físico
barra de acero siempre en la misma
natural conocido desde la antigüedad,
dirección, se inducen
donde se hablaba de una de una piedra
propiedad de la magnetita, que perduran
que poseía la propiedad de atraer
durante mucho tiempo; así pueden
partículas de hierro. Se trataba de la
fabricarse imanes artificiales. Si se
magnetita (Fe3O4 = FeO+Fe2O3). El
coloca una barra de acero en el eje de un
35
en ésta las
solenoide y se hace circular una intensa
La componente del campo magnético en
corriente durante poco tiempo, también
cada punto viene dada por la derivada
se
manera
parcial del potencial en esa dirección. En
permanente (Fig. 17). Pero solamente un
el Sistema Internacional (S.I.), las
número limitado de metales pueden
unidades de los parámetros magnéticos
adquirir propiedades magnéticas, como
se definen en función del flujo de la
son el hierro, níquel, cobalto y ciertas
corriente eléctrica que genera el campo
aleaciones donde dicho metales entran
magnético. Cuando una corriente pasa
como elementos principales (de Miguel,
por una bobina, hay un flujo magnético
1974).
(Am2) a través de ella, que proviene de
imana
dicha
barra
de
una fuerza magnética H. H es la intensidad del campo magnético, que es proporcional a la corriente y al número de vueltas de la bobina e inversamente proporcional a la longitud del hilo (H=A/m). H es flujo/volumen = Am2/m3 = A/m, se expresa pues en A.m-1 (S.I.). La densidad del flujo magnético, medido
Figura 17. Flujo magnético entorno a una barra magnetizada artificialmente (Kearey & Brooks, 1984).
en un área perpendicular a la dirección
3.1.4.2. FUNDAMENTO FÍSICO.
del flujo es la inducción magnética o
La fuerza F entre dos polos magnéticos
campo magnético B, que es proporcional
de carga magnética m1 y m2 separados
a H y a la constante µ0 (permeabilidad
por una distancia r viene dada por la ley
magnética).
de Coulomb:
El campo magnético B es la fuerza por unidad positiva de polo en un punto:
µ mm F = 0 1 22 4!µ R r Donde µ0 y µR son la permeabilidad
B=
µ0 m 4 "µR r 2
magnética del vacío y la permeabilidad El potencial magnético V viene dado por: ! µm V= 0 4 "µR r
relativa respectivamente. La fuerza es atractiva en polos de signo opuesto y repulsiva entre polos del mismo signo.
! 36
Como la ley de Lenz permite relacionar el cambio en el flujo magnético de un circuito con el voltaje existente en si mismo, B puede expresarse en voltios. s. m-2 (Weber(Wb) m-2). Donde la unidad Wb m-2 es denominada Tesla (T). El Tesla es muy grande para expresar anomalías
causadas
por
las
rocas,
normalmente se emplea el nanotesla nT=10-9 T.
Figura 18. Representación de la alineación de los dipolos de un material en la dirección de del campo externo B, cuyo resultado es una magnetización inducida (Kearey & Brooks, 1984).
La permeabilidad magnética (µ), es el producto de µ0 (en el vacío) y µR, la
que resulta del alineamiento de dipolos
permeabilidad magnética relativa (µ =
elementales en la dirección del campo y
µ0 µR). Se expresa en:
se pierde una vez que el cuerpo es
Wb.A-1 .m1=Henry.m-1
alejado de dicho campo. La intensidad
En el sistema cgs la unidad de fuerza de
de la magnetización inducida Ji del
campo es el Gauss (G)=10-4Tesla. El
material se define como el momento
sistema cgs también se emplea el gamma
dipolar M, por unidad de volumen
(γ) =10-5 Gauss=nT. (ver Tabla 3).El
Ji=M/LA (L longitud y A área en corte),
momento de un dipolo magnético M
Ji se expresa en A/m. En el sistema cgs
viene dado por M=ml, donde m es la
la intensidad de la magnetización se
masa magnética de los polos y l su
expresa
distancia. En el caso de bobinas es
3
superficie en corte y la magnitud de la
=1000 A•m-1.
inducida es proporcional a la fuerza de
Al colocar un cuerpo en un campo adquiere
(emu=unidad
La intensidad de la magnetización
corriente, se expresa en A•m2 (Fig. 18). este
emu•cm-3
electromagnética), donde 1 emu•cm-
proporcional al número de vueltas, su
magnético
en
magnetización del campo que la induce
una
Ji=kH, donde k es la susceptibilidad
magnetización inducida o polarización,
37
Tabla 3. Unidades y transformación del c.g.s. al S.I.. Tomado de Butler, 1992.
magnética del material. Como Ji y H se
Ji=kH,
miden en A•m-1, la susceptibilidad no
B=µoH+µokH=(1+k)µoH=µrµoH, y la
tiene dimensiones, y es 4π vaces mayor
permeabilidad magnética del medio es
que su valor en el sistema cgs.
µ=µR. µ0, que en el aire y agua es
En el vacío la fuerza del campo
prácticamente 1. Entonces B = H.
magnético y la fuerza de magnetización se relacionan por B=µoH, donde µ0 es la permeabilidad del vacío (4π.10-7 H µ-1).
3.2.COMPORTAMIENTO
El aire y el agua tienen permeabilidades similares al vacío, así que esta relación
MAGNÉTICO DE LOS
puede representar el campo magnético
MATERIALES.
terrestre cuando no hay materiales
3.2.1. EN FUNCIÓN DE k.
magnéticos.
La susceptibilidad magnética (k) es una
Cuando se sitúa un material magnético en
este
resultante magnético
campo, da
la
lugar
adicional
propiedad tensorial de segundo orden
magnetización a
un
campo
en
la
región
que
relaciona
la
capacidad
de
magnetización de una sustancia (J) con la magnitud
ocupada por el material, cuya fuerza
del
campo
magnético
externo (H) en el que se encuentra.
viene dada por µ0Ji. En el cuerpo, el
En función de la susceptibilidad existen
campo magnético total o inducción
tres clases de sustancias:
magnética es B=µoH+µoJi, sustituyendo
38
a) A escala atómica todos los materiales
los dipolos correspondientes a los spin
son magnéticos, ya que cada átomo
desapareados giran para producir un
actúa como un dipolo, debido al giro de
campo en el mismo sentido, que es
los electrones en torno al núcleo y al
proporcional al campo aplicado. La
spin de éstos. En los materiales
susceptibilidad es positiva pero débil
diamagnéticos
huecos
(k>0). La susceptibilidad depende de la
electrónicos están llenos y no hay
temperatura (Ley de Curie-Weis) y del
electrones desapareados, de modo que al
campo
aplicarles un campo magnético las
dependencia es menor que la de los
trayectorias orbitales de los electrones
imanes permanentes (ferromagnéticos).
giran
hasta
todos
producir
los
un
a
la
que
se
mide,
esta
campo J=K•H
magnético que se opone al aplicado, pero es mucho más débil que este. Por
Los minerales de la arcilla, filosilicatos
tanto la susceptibilidad de los materiales
como biotita y la clorita, y otros silicatos
diamagnéticos es débil y negativa (k>>0), como por ejemplo el hierro, el
espontánea alta y alta susceptibilidad
cobalto y níquel.
(Fig. 20). La mayor parte de los
La relación entre la magnetización y el
minerales responsables del magnetismo
campo
de las rocas son de este tipo, debido a la
externo
en
los
minerales ferromagnéticos (s.s.) da una
tener
es
externo, y una susceptibilidad muy alta
magnético
pueden
el
magnetización
ubicuidad de la magnetita.
característica forma de lazo que se conoce como ciclo de histéresis (Fig. 19c). Bajo campos magnéticos muy altos la magnetización alcanza un
valor de
saturación (Js) en el cual los momentos magnéticos individuales están alineados con el campo magnético (Fig. 20). Al reducirse a cero el campo magnético el material conserva una parte de la magnetización, y a esa magnetización residual se le denomina remanencia o magnetización remanente (Jr), ver fig. 19. En
materiales
antiferromagnéticos
como la hematites el acoplamiento es antiparalelo con igual número de dipolos en cada dirección. Los campos magnéticos se cancelan y no hay efectos magnéticos externos (Fig. 20). Sin embargo los defectos en la estructura del cristal
dan
magnetización
lugar
a
llamada
una
cierta
parasita.
En
Tabla 4. Susceptibilidad magnética de los materiales geológicos en S. I.. Tomado de Telford et al. 1990.
materiales ferrimagnéticos como la
40
La magnetización remanente desaparece
son mayores, todas las paredes se
a partir de la temperatura de Curie
modifican y se produce la saturación
(transición
magnética Js (Fig. 19c).
ferro-paramagnético).
A
partir de ahí las distancias interatómicas aumentan
y
no
se
produce
a)
e
acoplamiento de electrones, puesto que la energía térmica es superior a la magnética En los granos gruesos la magnetización disminuye cuando existen dominios magnéticos con diámetros del orden del micrómetro, entre los cuales hay acoplamiento paralelo de dipolos. Cuando no hay campo externo los
b)
dominios se orientan para reducir las fuerzas magnéticas entre dominios. El límite entre dominios (Bloch wall) es una zona estrecha en que los dipolos pasan de la dirección de un dominio a la del otro. Cuando un grano multidominio se somete a un campo externo débil, la Bloch wall se amplía y produce un crecimiento
de
los
c)
dominios
magnetizados en la dirección del campo frente a los dominios magnetizados en otras
direcciones
inducida).
Esta
(magnetización desaparece
al
desaparecer el campo. Si el campo es mayor,
las
Bloch
wall
quedan
modificadas de forma irreversible, de modo
Figura 19. Comportamiento magnético de los materiales en función de la susceptibilidad. a) Diamagnetismo. b) Paramagnetismo. c) Ferromagnetismo, ilustración del ciclo de histéresis. J: magnetización, H: campo magnético externo.
que hay una magnetización permanente (remanente Jr, fig. 19c). Si los campos
41
Figura 21. Ciclo de histéresis (de Miguel, 1974).
Figura 20. Posibles componentes y orientaciones de dipolos elementales en los diferentes dominios ferromagnéticas.
La susceptibilidad de los materiales
Se ha llegado a la saturación. Si ahora
geológicos es una propiedad anisótropa. Esta
anisotropía
puede
disminuye H, la curva no sigue el mismo
ser
camino, sino que se obtiene la curva b,
magnetocristalina, debida a la simetría
que indica que los valores de J son
de la estructura de la red del mineral, de
superiores a los correspondientes de H
forma, debido al hábito del mineral, o
cuando éste era creciente. De esta
puede ser debida a cambios en la red
manera cuando H se hace 0, la sustancia
originados por el campo magnético. La Anisotropía
de
la
conserva
Susceptibilidad
una
cierta
magnetización,
llamada magnetización remanente (Jr).
Magnética (ASM o AMS) es una
Es necesario que el campo cambie de
propiedad estudiada para determinar la
signo y alcance el valor Hc para que la
orientación preferente mineral (Kearey
imanación remanente desaparezca. Al
& Brooks, 1984; Tarling & Hrouda,
valor Hc se la llama coercitividad (desde
1993; Bouchez et al., 1997).
10-7 a 5 T, dependiendo de la sustancia). Si sigue variando H en el mismo sentido
3.2.2. DESCRIPCIÓN DEL
se
alcanza
el
segundo
punto
de
CICLO DE HISTÉRESIS.
saturación Js2. Nuevamente al invertir el
Se representan en un sistema de ejes
sentido de H aparecerá la curva c,
cartesianos los valores de J (intensidad
simétrica a la anterior hasta llegar
de la magnetización) en función de H
nuevamente
(campo
Reproduciéndose así el llamado ciclo de
magnético),
ver
fig.
21.
al
al
punto
Js1.
Partiendo de 0, se obtiene la curva
histéresis.
ascendente a, alcanzando el punto Js1,
Los materiales magnéticos blandos
en el que al aumentar los valores de H,
presentan ciclos de histéresis estrechos y
no se aprecian aumentos de J.
altos, con muy baja densidad de energía
42
magnética almacenada; son fácilmente
o
magnetizables,
normalmente diagenética o metamórfica
apenas
presentan
deposicional
(DRM),
química,
magnetización remanente y su campo
(CRM), viscosa (VRM).
coercitivo es bajo (10-7 a 10-4). Se usan
En el caso de las rocas ígneas (ver tabla
como
4) la adquisición de la magnetización se
multiplicadores del
flujo
en
máquinas eléctricas y transformadores.
produce
Los
duros
(Thermal Remanent Magnetization o
poseen un alto campo coercitivo (0.1 a
TRM). Los minerales son magnéticos
10 T), sus ciclos de histéresis son bajos y
únicamente por debajo de su temperatura
anchos y almacenan una alta densidad de
de Curie (578ºC para la magnetita y
energía. Son difícilmente magnetizables
675ºC para la hematites). Cuando una
y se usan como imanes permanentes y
roca ígnea o metamórfica se enfría por
sistemas
de
debajo de esa temperatura los dominios
información, como medios de grabación
magnéticos de los minerales ferro o
magnética
ferrimagnéticos se orientan según la
materiales
de
magnéticos
almacenamiento
por
dirección
del
mecanismos
campo
térmicos
magnético
3.2.3. MAGNETIZACIÓN
dominante en ese momento y en ese
REMANENTE EN LAS ROCAS
punto del planeta, de modo que ese
Magnetización
remanente
campo magnético queda registrado en la
natural
roca. En caso de que no existiera un
(NRM) es la que queda registrada en una
campo magnético durante el tiempo de
roca que ha estado sometida a una
enfriamiento los dominios magnéticos
campo magnético externo durante un
estarían orientados de manera aleatoria.
cierto período de tiempo. Cuando la
Es importante hacer notar que los granos
magnetización se ha adquirido durante la
no rotan en la adquisición de la
formación de la roca se le denomina primaria,
y
si
ha
sido
magnetización, sino que únicamente los
adquirida
dominios magnéticos dentro de estos son
posteriormente a su formación por otro tipo
de procesos
secundaria.
El
los que registran la orientación del
se le denomina mecanismo
campo magnético. La TRM es muy
de
estable a lo largo de los tiempos
adquisición de esta magnetización nos
geológicos.
da los distintos tipos de magnetización remanente: térmica (TRM), sedimentaria
43
En el caso de las rocas sedimentarias la
precipitación de determinados minerales
magnetización
o
(que incluyen sobre todo a los óxidos de
Depositional Remanent Magnetization)
hierro) da lugar a una magnetización
se adquiere porque durante el depósito
remanente
las pequeñas partículas de sedimento
Normalmente es un mecanismo de
rotan, en condiciones de sedimentación
adquisición de componentes secundarias
tranquilas, orientándose como pequeñas
de
brújulas hasta alcanzar la dirección del
oxidación de los minerales existentes
campo magnético terrestre, del que
puede dar lugar a la adquisición de este
registran tanto su declinación como su
tipo de remanencia secundaria.
inclinación,
una
Finalmente, la magnetización adquirida
aproximación a su intensidad (el campo
en campos recientes se conoce como
es un vector). Las corrientes tractivas
magnetización
pueden desviar parcialmente los granos
(VRM). El análisis paleomagnético de
dando lugar a errores en la declinación.
distintos materiales permite obtener,
También la adaptación al lecho durante
además de los vectores magnéticos, las
la caída y reposo del grano puede dar
condiciones en las que se han producido
lugar a ligeras rotaciones y por lo tanto a
posibles reimanaciones a lo largo de la
errores en la inclinación. Durante la
historia geológica. La VRM disminuye
compactación y diagénesis las partículas
también logarítmicamente cuando el
también suelen seguir orientándose, en
campo
ausencia
mecánicas
Normalmente es una componente que se
importantes. Existe la posibilidad de que
elimina fácilmente durante el tratamiento
los minerales de grano fino se orienten
paleomagnético de las muestras.
también en los huecos dejados por las
Todos
partículas gruesas, dando lugar a una
ferromagnéticos
remanencia post-deposicional (pDRM).
magnetización
Esta puede adquirirse en tiempos que
magnetización
van desde los 100 años para sedimentos
magnetización resultante J es la suma de
lacustres a 10.000 años en sedimentos
las dos. El valor de J influye en la
pelágicos marinos.
magnitud de la anomalía y su orientación
Además,
primaria
además
de
durante
de
fuerzas
la
(DRM
diagénesis,
la
la
química
magnetización.
rocas
con
(s.l.)
cambia.
minerales
tienen
remanente inducida.
la
viscosa
o
en la forma de la anomalía.
44
También
remanente
desaparece
las
(CRM).
y
una una La
una unidad similar. En general, el campo
3.3.CAMPO MAGNÉTICO
magnético es más complejo que el
TERRESTRE.
campo gravitatorio, y tiene variaciones
3.3.1. ORIGEN DEL CAMPO
irregulares en orientación y magnitud en
MAGNÉTICO TERRESTRE.
función de la latitud, la longitud y el
El
considera
tiempo. El campo se puede representar
originado en el núcleo externo. La
en coordenadas cartesianas, referido a
composición de este núcleo es en su
tres ejes ortogonales, o en coordenadas
mayor
campo
magnético
se
hierro
líquido,
con
polares. Normalmente se utilizan los
menores
de
otros
ángulos de declinación e inclinación
elementos como sílice, azufre u oxígeno.
(Fig. 22) en relación a las coordenadas
El núcleo interno es hierro sólido puro.
geográficas.
La temperatura del núcleo externo
La
excede probablemente los 3000ºC, lo
cartesianas y los ángulos declinación e
cual supera la temperatura de Curie de
inclinación es:
parte
proporciones
relación
entre
las
coordenadas
los materiales más habituales (menos de 700ºC). Por lo tanto, no se puede aducir una magnetización en estado sólido para explicar el campo magnético, y debe estar
relacionado
con
corrientes
toroidales dentro del núcleo externo (teoría de la dinamo autoinducida). Las componentes inversiones
no de
dipolares polaridad
o
las
estarían
relacionadas con irregularidades en el patrón del flujo de corrientes del núcleo. Figura 22. Componentes del vector del campo magnético (Butler, R. 1992).
3.3.2.COORDENADAS GEOMAGNÉTICAS. El campo magnético terrestre en un
La declinación es el ángulo, medido en
punto es un vector, con magnitud y
el plano horizontal, en coordenadas
orientación. La magnitud suele medirse
locales, entre el meridiano magnético y
en nanotesla (nT), o en gamma que es
el meridiano geográfico de la Tierra. La
45
inclinación es el ángulo de inmersión del
(distinto del teórico ecuador geográfico).
vector del campo magnético (H) con
Divide la Tierra en dos hemisferios, el N
respecto a la horizontal.
de inclinación positiva y el S de inclinación negativa. Se observa cómo
3.3.3. MAPAS MAGNÉTICOS.
en estas curvas al acercase a los polos
3.3.3.1. ISÓGONAS.
aumenta el valor absoluto, terminando
Son líneas que unen puntos de igual
por
declinación (D) (Fig. 23 y 26). Son
determinan la posición de los polos de
complejas y convergen en los polos
inclinación. La inclinación en Zaragoza
magnéticos. Entre ellas se distingue la
es de 58ºN.
ser
círculos
concéntricos
que
línea agónica, que circunda la Tierra pasando por los polos magnéticos y
3.3.3.3. ISODINÁMICAS TOTALES.
Geográficos dividiéndola en dos zonas
Son líneas que unen puntos de igual
que
hemisferios
intensidad magnética total (J) (Fig. 25 y
magnéticos, uno atlántico de declinación
26). Su valor aumenta al aproximarse a
W y otro Pacífico de declinación E. En
los polos. Sin embargo, no se observa
cualquier punto de la línea agónica la
una
aguja de una brújula apunta exactamente
ecuatorial, sino más bien un foco de
al N Geográfico. La declinación varía a
valor mínimo situado al S del ecuador
medida que pasa el tiempo, en la
magnético en la parte oriental de
actualidad
América del Sur, en el S de Brasil
podrían
llamarse
Zaragoza
posee
una
declinación 2ºW.
línea
de
intensidad
mínima
(25000 nT). Puede observarse cómo las isodinámicas de mayor valor no son
3.3.3.2. ISOCLINAS.
concéntricas con las isoclinas próximas a
Son líneas que unen puntos de igual
los polos (60000 nT). La intensidad
inclinación (I) (Fig. 24 y 26). La línea de
media en Zaragoza es de 44.900 nT.
inclinación 0º es el ecuador magnético
46
Figuras 23. Mapa de isógonas. Tomado de Miguel (1974).
Figuras 24. Mapa de isoclinas. Tomado de Miguel (1974).
47
Figuras 25. mpa de isodinámicas totales. Tomado de Miguel (1974).
a
c
b
d
Figura 26. a) Isógonas, b) Isoclinas verticales, c) Isoclinas horizontales, d) Intensidad del campo total de la Península Ibérica. Tomadas del IGN.
48
3.3.4.
VARIACIONES
DEL
magnetosfera (Fig. 27). Las partículas de la ionosfera actúan como fuentes de
CAMPO MAGNÉTICO. El
campo
magnético
componentes
debidas
cuenta al
campos magnéticos externos, que son
con
más intensos en la parte soleada de la
campo
Tierra, donde hay más capas.
geomagnético de origen externo y otras
Las variaciones diurnas son causadas por
de origen interno.
el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje y son influenciadas
3.3.4.1. VARIACIONES EXTERNAS.
por las mareas atmosféricas, (las cuales
Periódicas: El campo externo está
se acentúan por el calentamiento de la
afectado por la actividad del sol y la luna,
y
son
apreciables
los
capa
dias
intensidad
tranquilos, en los que las perturbaciones
por
de estos
de un día y son máximas en las regiones
en torno a 6 nT, que interactúa con el la
producida
variación
la superficie de la Tierra, en un período
1986). El viento solar genera un campo terrestre en
La
fenómenos está en torno a 10-30 nT en
solares son pequeñas (Udías y Mézcua,
campo
gaseosa).
polares.
denominada
Figura 27. Representación de la interacción del viento solar con el campo magnético terrestre. Modificada de Yohsuke Kamida, National Geophysical Data Center (USA).
49
No
periódicas:
Los
días
D
hay
3.3.4.2. VARIACIONES INTERNAS.
tormentas magnéticas que producen
El campo magnético terrestre de origen
perturbaciones de hasta 1000 nT de
interno
amplitud en la intensidad y grandes
componentes. La mayor
incrementos
e
campo (95%) es causado por el núcleo
inclinación magnéticas. Su origen está
externo terrestre y puede expresarse
en
mediante un dipolo
las
en
la
partículas
declinación emitidas
durante
está constituido
por parte
que
varias del
forma un
erupciones
ángulo de 11.5° con el eje de rotación
cromosféricas solares, al chocar contra la
(dipolo geocéntrico axial, fig. 28). Si al
magnetosfera (Udías y Mézcua, 1986).
campo real se le quita este dipolo el
Estas perturbaciones duran horas e
campo residual se puede aproximar a un
incluso
es
segundo dipolo, y así sucesivamente. El
prácticamente simultáneo en todas las
efecto de cada dipolo puede aproximarse
partes de la Tierra En esos días es mejor
mediante el análisis armónico esférico
no hacer prospección.
(equivalente al análisis de Fourier en
días
y
su
comienzo
coordenadas esféricas).
Figura 28. El núcleo externo produce un dipolo que forma un ángulo de 15,5º con el eje de rotación.
50
Mediante este método se calcula el campo geomagnético internacional de
Las variaciones de la componente no
referencia (IGRF), y por tanto el campo
dipolar del campo muestran una deriva
teórico (figs. 23, 24, 25 y 26). Estos
lenta hacia el W, que está superpuesta a
mapas muestran que la intensidad del
la deriva hacia el W del campo dipolar.
campo terrestre es altamente dependiente
Las derivas hacia el oeste se consideran
de la latitud. Su formulación es bastante
una manifestación de la rotación de las
más compleja que en el caso de la
capas más externas del núcleo en
gravedad. El 5% restante del campo
relación al manto inferior.
magnético es la componente no dipolar., que decre de forma importante al alejarnos de la superficie de la Tierra.
3.3.5. LEVANTAMIENTOS MAGNÉTICOS. Debido a que las medidas instantáneas efectuadas en las diferentes estaciones
3.3.4.3.VARIACIONES SECULARES
no son simultáneas, sino que una
DEL CAMPO.
campaña de campo dura un periodo de
El campo magnético terrestre es variable
tiempo más o menos largo, y que el
en el tiempo y se manifiesta como
campo magnético es variable, es preciso
variaciones de las componentes dipolar y
referir los valores obtenidos a un tiempo
no dipolar del campo.
determinado.
El campo dipolar varía en intensidad y
Para
orientación. En la última época la
ello
debe
disponerse
de
un
observatorio próximo a la zona de
intensidad del campo tiene tendencia a
trabajo. El observatorio debe registrar la
disminuir: en torno al 3.2% en cada
variación diaria que depende de la hora
siglo, desde el año 1550 hasta el 1900.
local en cada punto, y una variación
Desde principios de siglo la disminución
debida a la actividad magnética, pequeña
está en torno al 5.8% por siglo. De
en relación a las anteriores, pero que
continuar la tendencia, en 2000 años la
debe tenerse en cuenta en los periodos
intensidad del campo será nula o
perturbados.
despreciable.
51
opuestos. Con corriente alterna de 50-
3.4. APARATOS PARA
1000 Hz en la espiral primaria se crea un
LA PROSPECCIÓN
campo magnético alternante. En ausencia de campo externo los
MAGNÉTICA.
núcleos se saturan cerca del pico del
El método de prospección magnética se
medio ciclo de cada corriente. El campo
basa en el estudio de las anomalías del
magnético alternante crea un campo
campo magnético Terrestre, causadas
eléctrico
por las variaciones de las propiedades los
primeros
tiempos
de
cuando
la
en el núcleo cuyo campo primario se
magnética. Los primeros magnetómetros
refuerza con el campo externo y después
que
en el núcleo que se opone a dicho
incluían los magnetómetros con cabeza
campo. Los voltajes inducidos están
de torsión y la balanza vertical de
fuera de fase y los núcleos alcanzan la
Schmidt, consistentes en imanes de barra en
el
saturación en tiempos diferentes. La
campo
salida ya no es cero y da pulsos de
magnético. Necesitaban nivelación de
voltaje, cuya amplitud es proporcional a
precisión y plataformas estables.
la componente del campo externo. El
A partir de los años 40 se desarrollaron los
magnetómetros
de
instrumento se puede usar para medir Z
fluxgate,
o H alineando los núcleos en esa
utilizados en la detección de submarinos
dirección, pero la precisión de la
desde el aire. Utilizan dos núcleos
orientación debe ser de 11 segundos de
ferromagnéticos de permeabilidad alta
arco para dar una precisión de ±1nT.
de modo que el campo terrestre los
Actualmente
satura. Llevan dos bobinas (primaria y secundaria)
enrolladas
en
más
núcleos), la saturación aparece primero
mayor de la necesaria en prospección
orientaban
cambia
(que tiene una componente paralela a los
con una precisión de ±1nT, mucho
se
campo
bien, en presencia de un campo externo
magnetómetros modernos sólo miden B,
que
el
contrario la salida conjunta es 0. Ahora
horizontal) y B (campo total). Los
magnéticos
espirales
dos núcleos están enrolladas en sentido
(componente vertical), H (componente
variómetros
las
rápidamente. Como las espirales de los
prospección magnética se medía Z
eran
en
secundarias que alcanza su máximo
magnéticas de las rocas subyacentes. En
alterno
se
utilizan
los
magnetómetros de protones (Fig. 29) o
sentidos
52
de precesión nuclear. Llevan una vasija
Los instrumentos de campo dan medidas
con un líquido rico en núcleos de
absolutas con una precisión de ±1 nT
hidrógeno, como agua o keroseno,
(Musset & Khan, 2000). Hay que
rodeado por un cable. Se basa en el
orientar los sensores respecto al N
fenómeno de precesión del spín, los
magnético, pero no exactamente, puesto
protones actúan como pequeños dipolos y se orientan paralelos al campo geomagnético Be. Se pasa entonces una corriente
para
generar
un
campo
magnético Bp, de 50 a 100 veces el campo geomagnético, y en distinta dirección, haciendo que los protones se realineen. Entonces se elimina el campo y los protones vuelven a su posición inicial
con
trayectoria
en
espiral
(precesión), que dura entre 1 y 3 segundos. La frecuencia de la precesión es:
f =
" p Be 2#
Figura 29. Magnetómetro de protones de precesión PMG-1, con gradiómetro, utilizado en la prospección del Caidero y en otros ejemplos (línea del AVE al fondo).
donde " p es la relación giromagnética
!
del protón, una constante bien conocida. ! Por lo tanto la medida de f, en torno a 2
que deben formar un ángulo apreciable con el vector campo total; en caso de que
kHz, da una medida muy exacta de la
las medidas se hagan desde barco o
fuerza del campo geomagnético total, proporcional
al
campo
avión deben contar con un mecanismo
magnético
de
(Breiner, 1973 y de Miguel, 1974). “f”
orientación.
Las
medidas
aeromagnéticas tienen la desventaja de
se determina midiendo los voltajes
que son discontinuas, ya que los
alternantes de la misma frecuencia
protones necesitan unos segundos para
inducidos en la espiral por los protones
reorganizarse, aunque en los modernos
que precesan. Se obtiene la intensidad
instrumentos este tiempo se reduce a 1 s.
del campo magnético en el lugar y
Cuando el magneómetro cuanta con el
momentos precisos de la medición.
efecto Owerhauser, tarda 0,2 s.
53
Los
aparatos
pueden
60% en el coste total de la campaña, y
medir
además se tiene acceso a lugares
gradientes magnéticos horizontales o
inaccesibles o remotos. Lo más difícil es
verticales. Los gradiómetros magnéticos
el posicionamiento, que suele hacerse
son magnetómetros diferenciales en los
mediante GPS o con fotografía aérea,
que el espaciado entre los sensores es
que se compara con fotografías tomadas
fijo y pequeño con respecto a la
desde el avión. En mar la técnica es
distancia
parecida, con un sensor que va detrás del
utilizarse
de
medida
combinados
del
cuerpo
para
causante
del
gradiente. También se puede determinar
barco.
el gradiente midiendo el campo con espaciados
cortos
horizontales
o
3.5. CORRECCIONES.
verticales. Como no hace falta nivelar los aparatos,
3.5.1.VARIACIONES
la prospección magnética en tierra es
DIURNAS.
más rápida que la gravimétrica o la
Pueden eliminarse midiendo varias veces
eléctrica. En tierra se suelen espaciar las
en el mismo punto a lo largo del día o
estaciones 1-100 m ya que solamente se
tomando los datos de una estación base y
utiliza cuando se trata de observaciones
restando
de detalle. Hay que tener cuidado y raíles,
metálicas).
Los
tomadas
en
Cuando se hace prospección en aire o
construcciones magnetómetros
medidas
tiempos iguales (circuitos de deriva).
evitar el ruido magnético antrópico (cables,
las
mar este método es inaplicable y lo que
de
se hace es una malla de modo que el
protones no tienen deriva, por lo que no
mismo punto es medido varias veces en
hay que realizar correcciones al respecto,
distintos tiempos. Esto permite eliminar
facilitando el procesado de los datos. En
las variaciones diurnas. Si hay tormentas
ocasiones los estudios magnéticos se
magnéticas los datos no sirven.
realizan desde el aire, con un stinger en la parte trasera del avión o helicóptero
3.5.2. CORRECIONES
donde va fijado el magnetómetro. Un
GEOMAGNÉTICAS.
dispositivo de cables elimina el campo
Equivalente a la corrección de latitud en
magnético creado por el avión. El ahorro
gravimetría. Se utiliza la fórmula del
frente a la prospección en tierra es de un
IGRF, que da el campo teórico en
54
función de la latitud. En cada zona esta
3.6. INTERPRETACIÓN
corrección se puede aproximar mediante los gradientes latitudinal y longitudinal,
DE LAS ANOMALÍAS.
que también varían con el tiempo. Estos
Salvo en los polos magnéticos, las
gradientes se pueden obtener aplicando
anomalías magnéticas siempre tienen
el dipolo simple de la tierra, y el
parte positiva y parte negativa, debido a
gradiente del dipolo para sacar los
la naturaleza dipolar del magnetismo, ya
gradientes locales:
que la magnetización es un vector. Por tanto, cuerpos iguales con
µ0 2M µ M cos " , H = 0 3 sin " 3 4! R 4! R #Z #H Z = $2H , = #" #" 2 Z=
distinta
orientación pueden dar lugar a anomalías muy diferentes. Estas anomalías no están
donde H y Z son las componentes
tan ligadas a la forma del cuerpo, sino
horizontal y vertical del campo, θ la
más bien a los materiales que lo
colatitud en radianes, R el radio de la
constituyen.
tierra, M el momento magnético de la tierra y ∂Z/∂θ y ∂H/∂θ la variación de Z y H con la colatitud. Otra posibilidad es eliminar el gradiente regional de modo similar a como se hace en gravimetría.
3.5.3. CORRECCIONES DE ALTURA Y TOPOGRÁFICA. El
gradiente
vertical
del
campo
geomagnético es 0.03 nTm-1 en los polos y la mitad en el ecuador. La corrección topográfica no es predecible porque depende de las propiedades magnéticas de
los
distintos
relieves,
así
que
normalmente no se aplica. Figura 30. Campo magnético creado por un dipolo enterrado. Tomado de Musset & Khan, 2000.
55
Además hay que tener en cuenta que la
material asociado a un colapso, sí que da
anomalía
lugar a una anomalía.
puede
depender
de
la
distribución y contenido de los minerales
Al igual que en gravimetría se trata de
ferrimagnéticos, que son una proporción
ajustar la anomalía observada con la
muy pequeña respecto al total.
calculada por iteraciones sucesivas. Las anomalías simples se pueden asimilar a
3.6.1. INTERPRETACIÓN
un dipolo simple y la anomalía total se
DIRECTA.
calcula sumando los efectos de los dos
La profundidad límite es el parámetro
polos. Los cuerpos complejos se pueden
más importante que se deriva de la
modelizar
considerando
que
interpretación directa, puesto que la
componen
de
dipolares
anomalía disminuye rápidamente con la
simples. Cada uno de ellos, de longitud l,
distancia a la fuente. Las técnicas de
área en corte δA con intensidad de
análisis
proporcionan
magnetización J y momento magnético
estimaciones de la profundidad, a partir
M dará M=JδAl. La fuerza del polo es µ,
de
la
µ=M/l y sustituyendo µ=JδA, y si δA' es
estén
la superficie del final de imán y θ el
los
espectral datos
prospección,
digitalizados siempre
de
que
espaciados regularmente (Fig. 30).
elementos
se
ángulo entre el vector de magnetización y una dirección normal a la superficie
3.6.2. INTERPRETACIÓN
δA=δA'cosθ. Sustituyendo µ=JδA'cosθ,
INDIRECTA.
la fuerza del polo por unidad de área es
Una consecuencia de la distribución de
Jcosθ.
igual número de polos positivos y
producida por todo el cuerpo se integran
negativos en la superficie de un cuerpo
las anomalías producidas por cada uno
magnético es que una lámina horizontal
de los dipolos. El problema principal es
infinita
que la modelización es más sensible a
no
produce
anomalías
Para
la
anomalía
magnéticas, ya que los polos de arriba y
los
abajo se eliminan. Por tanto los sills o
tridimensionales que la gravimetría. Para
coladas continuas horizontales no dan
poder considerar que el cuerpo es
anomalías. En cambio, donde el cuerpo
bidimensional y analizarlo en corte la
acaba, por ejemplo por una falla o el
relación longitud-anchura debe ser de
contacto lateral de una cavidad o de un
10:1, mientras que en gravimetría basta
56
cuerpos
calcular
bidimensionales
y
con que sea de 2:1. La modelización
importante cuando sólo se dispone de
tridimensional se suele hacer a partir de
afloramientos aislados, en cuyo caso el
prismas rectos rectangulares o series de
trazado de las anomalías sirve para trazar
láminas horizontales de forma poligonal.
los contactos entre unidades (Fig. 32).
Una forma de solucionar este problema es utilizar la modelización 2.5 D, que
3.8. APARATO
considera la dimensión perpendicular al corte.
UTILIZADO. ALCANCE
Una forma de simplificar el análisis es el
Y LIMITACIONES DEL
método que se conoce como reducción al polo, es decir, convertir las anomalías en
MÉTODO.
su forma equivalente en el caso de que estuvieran situadas en el polo norte. La
El aparato utilizado en este trabajo ha
existencia de magnetización remanente
sido un magnetómetro de protones,
puede interferir en este proceso
modelo PMG-1, GF Instruments (ver fig. 29), que permite la medida de la intensidad del campo magnético total
3.7. APLICACIONES
con una resolución de 0,1 nT y una precisión de 1 nT, así como la detección
DE LA PROSPECCIÓN
de posibles anomalías. Las dos botellas
MAGNÉTICA
de hidrocarburo se encuentran montadas sobre una barra de aluminio, situadas a
Las aplicaciones de la prospección son
1,5 y 2 m del suelo, con una distancia de
muchas, debido en parte al bajo coste y
0,5 m entre sí. Este magnetómetro
la rapidez de la exploración. Una de las
permite tomar una medida del campo
aplicaciones fundamentales es su ayuda
magnético cada 4 segundos.
en cartografía geológica, en zonas cubiertas.
Areniscas
y
Las estaciones realizadas en este trabajo
pizarras
se situaron a una distancia constante,
ferruginosas, tobas volcánicas y coladas dan
anomalías
que
pueden
medida con una cinta métrica, cada 2 m.
ser
La orientación
cartografiadas (Fig. 31). También da
de los perfiles
se
controlaron por medio de las ortofotos
idea de la profundidad del basamento
que proporciona el servicio SIGPAC
cristalino. Es también una herramienta
57
(http://www.sigpac.mapa.es/fega/visor)
producen anomalías detectables cuando
y se comprobaron lanzando visuales con
se encuentran relativamente cerca de la
brújula geológica.
superficie. Otro aspecto importante a
La
magnitud
de
las
anomalías
considerar,
cuando
se
realiza
una
magnéticas depende de las propiedades y
prospección magnética, es el ruido
volumen de los diferentes tipos de
ambiental
materiales presentes. El alcance en
construcciones humanas que contienen
profundidad de la prospección depende
materiales ferromagnéticos o altamente
de las propiedades magnéticas de los
paramagnéticos.
materiales y de su proximidad a la
tuberías o cercados metálicas, bidones
superficie, así
enterrados,
como de las posibles
producido
Éstas
por
incluyen
conducciones
las
las
eléctricas,
interferencias creadas por materiales
líneas de ferrocarril, balasto de viales,
cercanos. Por ejemplo, en condiciones
emisora de radio y televisión, vehículos,
de muy bajo ruido pueden detectarse
etc. Sin embargo la mayor parte de estas
cavidades
de
fuentes de ruido magnéticos suelen
dichas
presentar gradientes muy fuertes y las
suficientemente
anomalías que producen desaparecen a
grandes, aunque este valor puede ser
las decenas de metros. Por tanto estas
mayor
interferencias
situadas
profundidad, cavidades
siempre sean
cuando
contrastes
a
de
lo
30 que
existen
m
importantes
susceptibilidad.
Los
de
gravas,
fácilmente
reconocibles y si se desea filtradas.
cuerpos de poco volumen, como los lentejones
son
solamente
Figura 31. Anomalía magnética producida por un trinchera rellena de materiales metálicos. Tomado de Telford, 1990.
58
Figura 32. Anomalía magnética producida por un depósito de hierro enterrado. Tomado de Telford, 1990.
disposiciones geométricas de materiales
3.9. MODELIZACIÓN
o materiales de distintas propiedades
MAGNÉTICA.
combinados de diferente manera pueden
Se ha desarrollado una metodología
dar lugar a la misma anomalía) y por ello
propia, estableciendo ciertas anomalías
es habitual utilizar la modelización hacia
tipo, producidas por una serie de
adelante (forward modeling) como guía
materiales y estructuras comúnmente
en la interpretación de las anomalías
encontradas en el entorno de Zaragoza.
obtenidas.
Esta metodología se ha realizado en
2) La modelización de las anomalías se
función de los diferentes problemas
ha realizado por medio del programa
encontrados a lo largo del estudio que se
GravMag del British Geological Survey.
presenta en este trabajo. Consideraciones
Este
a tener en cuenta:
anomalías magnéticas y gravimétricas en
1) Debido a la naturaleza del problema,
2.5 D, es decir teniendo en cuenta la
la
extensión de los cuerpos modelizados en
interpretación
obtenidas
en
de
las
prospección
anomalías
programa
dirección
geofísica
presentado.
nunca es única (es decir, distintas
59
permite
perpendicular
modelizar
al
corte
3)
Los
parámetros
utilizados
para
N). Las propiedades de los distintos
modelizar anomalías magnéticas son: a)
materiales están indicadas en la ventana
La susceptibilidad (S.I.), que hace
principal del programa, visible en las
referencia a la magnetización inducida;
siguientes figuras.
b) El campo magnético actual; c) La
5) En todas las figuras se representan
remanencia, en caso de que exista; d) La
cortes de dirección S-N, en los que el
geometría de los diferentes cuerpos.
norte está situado a la derecha del
4) A la hora de interpretar las anomalías
dibujo.
magnéticas hay que tener en cuenta que
A
en las latitudes medias el campo
modelizaciones teóricas de anomalías
magnético tiene inclinación hacia el
tipo
norte, y por lo tanto las anomalías serán
continuación
se
relacionadas
describen con
las
medios
estratificados y estructuras asociadas a
en general asimétricas (con la parte
colapsos:
positiva hacia el S y la negativa hacia el
Figura 33. Anomalía magnética producida por un relleno de grandes dimensiones y con alta susceptibilidad.
60
N a la derecha de la imagen.
3.9.1. RELLENO ANTRÓPICO.
y dan lugar a una curva con suave
Anomalía producida por materiales de
pendiente hacia el norte. A esta tipo de
relleno
anomalía pueden superponerse las otras
antrópico
(escombros,
etc.)
descritas en este capítulo (Fig. 34).
incluyendo elementos con minerales ferromagnéticos
(ladrillo,
cerámica,
3.9.3. CUERPO DE BAJA
hormigón, etc.). En este caso la anomalía producida
se
debe
a
la
SUSCEPTIBILIDAD.
alta
susceptibilidad de los rellenos, que dan
Anomalía producida por la existencia de
lugar a un dipolo, con un par de
cuerpos horizontales discontinuos de
anomalías magnéticas (positiva al sur y
materiales con menor susceptibilidad
negativa
de
que el entorno (caso de las gravas
magnitud en muchos casos superior a
interestratificadas dentro de limos o
200 nT. La forma detallada de la
arcillas). En este caso la anomalía
anomalía depende de la geometría del
producida es también asimétrica, al igual
relleno y de la distribución en detalle de
que la descrita en el primer caso (Fig.
los elementos de alta susceptibilidad y
33), con la salvedad de que al estar
con
producida por un cuerpo de menor
al
norte)
asociadas,
componentes
ferromagnéticos
dentro de dicho relleno (Fig. 33).
susceptibilidad,
genera
un
dipolo
invertido, con la anomalía negativa en la
3.9.2 MEDIO
parte sur y la anomalía positiva en la
ESTRATIFICADO.
parte norte del perfil (Fig. 35). En general, salvo que el espesor sea muy
Anomalía de fondo producida por un medio láminas
estratificado
compuesto
horizontales
dimensiones
con
susceptibilidades.
Las
de
grande o se encuentren en una posición
por
muy superficial (Fig. 36), las anomalías
grandes
producidas por este tipo de cuerpos son
distintas láminas
de escasa entidad, y no suelen superar
son
las unidades de nT. En el caso de que
finitas tanto en dirección paralela como
existan varios lentejones a distintas
perpendicular al corte, ya que si fueran infinitas
no
producirían
profundidades las anomalías son más
ninguna
difíciles de interpretar (Fig. 37).
anomalía. En este caso las anomalías son de muy escasa entidad (en torno a 1 nT)
61
Figura 34. Anomalía magnética producida por cuerpos estratificados horizontales con distinta susceptibilidad que el material encajante (el bloque 2 presenta menor susceptibidad que el bloque 1). N a la derecha de la imagen
62
Figura 35. Anomalía producida por un lentejón de material estratificado horizontal a 8 metros de profundidad y con menor susceptibilidad que el entorno. N a la derecha de la imagen.
Figura 36. Anomalía producida por un lentejón de menor susceptibilidad que el entorno, con un sustrato de susceptibilidad algo mayor (polígono 2). N a la derecha de la imagen.
Figura 37. Anomalía producida por varios lentejones de menor susceptibilidad que el entorno, y situados a diferentes profundidades.
63
N a la derecha de la imagen.
3.9.4. DOLINAS DE
hacia el norte y la positiva hacia el sur.
SUBSIDENCIA.
A esta anomalía se le superpone el efecto debido al cambio de profundidad
Anomalías producidas por cuerpos con
de otros cuerpos infrayacentes, que
distinta susceptibilidad, que presentan
también podrían cambiar su espesor,
variaciones de espesor debido a la
dando en conjunto una anomalía bipolar
existencia de subsidencia diferencial. En
irregular con cierta pendiente general
este caso, si el material que aumenta de
hacia el norte. La magnitud de la
espesor presenta mayor susceptibilidad
anomalía depende, en este caso del
que el entorno (como por ejemplo el
contraste de susceptibilidades y del
caso de suelo vegetal sobre gravas o
espesor de los cuerpos anómalos (Fig.
sobre limos), aparece una anomalía
38).
bipolar normal, con la parte negativa
Figura 38. .Anomalía producida por cuerpos con distinta susceptibilidad que presentan variaciones de espesor debido a subsidencia diferencial. N a la derecha de la imagen.
64
4. CARACTERIZACIÓN MAGNÉTICA DE LOS MATERIALES INVOLUCRADOS. geomagnetismo.
4.1. INTRODUCCIÓN Y
Actualmente
existe
numerosa instrumentación para obtener
ANTECEDENTES.
estas
medidas
de
forma
rutinaria
Como se ha dicho en la introducción
(susceptómetros KLY-3 de AGICO,
metodológica,
hay
variables
SM20 de GF Instruments, Bartington,
fundamentales
de
materiales
etc…). Por otra parte los materiales
dos los
infrayacentes que condicionan el valor
ferromagnéticos,
del campo magnético medido en un
comentado, son capaces de mantener una
punto de la superficie; la magnetización
magnetización remanente en ausencia de
inducida y la remanente.
campo
La magnetización inducida es aquella
materiales son escasos en el medio
que presentan todos los cuerpos cuando
natural pero su magnetización remanente
se encuentran en el seno de un campo
puede llegar a ser muy intensa e incluso
magnético externo; en este caso el
generar un campo magnético superior al
campo magnético terrestre. Para unas
terrestre. Por ello la caracterización de su
condiciones
aportación total es fundamental en la
físicas
(temperatura
y
campo
constantes externo)
la
como
magnético
modelización
ya
se
externo.
de
las
ha
Estos
anomalías
magnetización inducida es proporcional
magnéticas.
el valor de la susceptibilidad magnética
Una
de los materiales paramagnéticos (que
propiedades magnéticas de las rocas del
siguen
entorno de Zaragoza (o al menos de su
la
ley
diamagnéticos.
de La
Curie-Weiss)
y
susceptibilidad
primera
sustrato
aproximación
terciario)
podrían
a
ser
las
los
volumétrica medida a 20°C y en un
numerosos datos paleomagnéticos que
campo magnético similar al terrestre
durante
(0,05 mT) es una magnitud adimensional
desarrollado en la Cuenca del Ebro con
(S. I.) y se considera una medición
el fin de refinar la cronoestratigrafía de
standard
su relleno (Turner et al., 1984; Friend et
en
paleomagnetismo
y
65
los
últimos
años
se
han
al., 1988; Parés et al., 1988; Parés, 1989;
polaridad
Burbank et al., 1992a y 1992b; Barberá
(magnetoestratigrafía) y prácticamente
et al., 1994, 1999 y 2001; Gomis et al.,
ninguno ha dado importancia a los
1997; Hogan y Burbank, 1996; Taberner
valores de Magnetización Remanente
et al., 1999; López-Blanco et al., 2000;
Natural (MRN) de inestimable valor
Pérez-Rivarés et al., 2002, 2004, 2005,
para
2006; Jones et al., 2004; Almar et al.,
magnético terrestre y especialmente para
2004; Larrasoaña et al., 2004, 2005,
la
2006; Pueyo et al., 2006). En la
anomalías. No obstante algunos datos
actualidad
que
puntuales han sido publicados; la MRN
abarcan más de 22 kilómetros de serie
del Mioceno inferior en las Bardenas
estratigráfica distribuidos por toda la
Reales de Navarra (Larrasoaña et al.,
Cuenca
datos
2004) oscilan entre 1,7 10-3 A/m (lutitas
existen
(con
58
casi
perfiles
5000
el
magnética
conocimiento
modelización
del
campo
geomagnética
de
paleomagnéticos
individuales).
Sin
rojas) y los 0,2 10-3 A/m (lutitas grises),
embargo
estudios
han
pasando por 0,4 10-3 A/m (lutitas ocres)
concentrado en la señal paleomagnética
y por los 0,9 10-3 A/m de las calizas
con el fin de obtener la secuencia de
(sector de Tudela) (Fig. 39).
estos
se
Figura 39. Mapa geológico de síntesis de la Cuenca del Ebro (según Alonso-Zarza et al., 2002) en el que se muestra la situación de los perfiles magnetoestratigráficos existentes (compilado por Pueyo et al., 2006).
66
En los Montes de Castejón (al Norte de
Castejón y de Muelas de Borja y
Zaragoza), Pérez-Rivarés et al. (2004)
Tarazona. Por ejemplo datos a los que se
han encontrado valores más altos en las
ha tenido acceso de la Tesis Doctoral de
calizas y margas del Mioceno medio
Javier Pérez Rivarés (2006) provenientes
(entre 1.5 10-3 A/m y 8.8 10-3 A/m);
del perfil magnetoestratigráfico de la
perfiles de San Esteban y Sora. Se trata
Sierra de Alcubierre (≈ 270 muestras
de
especimenes
estándar) indican que los valores de
estándar (10 cm ) como flujo magnético
susceptibilidad magnética de las facies
(Am2), en magnetómetros criogénicos
calcáreas lacustres (Fig. 40) oscilan entre
(2-G) y convertidos a magnetización
el
(A/m).
despreciable o muy baja de las calizas) y
datos
medidos
en
3
diamagnetismo
(susceptibilidad
70
el paramagnetismo moderado de las
60
margas y lutitas (de hasta 300 10-6 S. I.)
50
relacionado con la mayor proporción de
40
filosilicatos.
30
representar de forma aproximada a las
20
facies del sustrato de Zaragoza.
10
En este capítulo se describen las técnicas 50
100
150
200
250
300
valores
pueden
de laboratorio utilizadas y los datos
0 0
Estos
350
Susceptibilidad (E-6 S.I.)
obtenidos para la caracterización de la
Figura 40 Diagrama de frecuencia de los valores de susceptibilidad magnética en el perfil de San Caprasio de la Sierra de Alcubierre. La población presenta una distribución bimodal debido a la alternancia de calizas (valores moderados) y margas (valores mayores) Datos cedidos amablemente por Javier Pérez-Rivarés (2006), reproducidos con permiso.
magnetización inducida (a partir de la susceptibilidad volumétrica) y de la magnetización
remanente
de
los
De forma similar ocurre con los valores
materiales involucrados en el problema
de susceptibilidad magnética, sin bien
de la subsidencia y colapso kárstico del
existen actualmente algunos trabajos en
entorno de Zaragoza.
curso
sobre
Susceptibilidad
Anisotropía Magnética
de
la
(ASM);
4.2. MUESTREOS Y
Arlegui et al. (2005), Larrasoaña et al. (2006) y Pérez Rivarés (2006) que en
MEDIDAS EN CAMPO.
breve aportarán valores de las zonas de
Debido a escasez de información previa
Bardenas,
y
Monegros,
Montes
de
67
con
el
fin
de
obtener
una
caracterización inicial amplia de los
los problemas de superficie y de
materiales del entorno de Zaragoza, se
promediar la variabilidad natural de la
han
susceptibilidad.
realizado
numerosas
medidas
directas en superficie del valor de la
En total se han realizado doce perfiles de
susceptibilidad total (bulk susceptibility)
susceptibilidad en superficie; tres de
tanto en la zona de estudio del Caidero
ellos en el Caidero (Fig. 43), 6 al este de
como en otras zonas del entorno de
Zaragoza, dos en Valmadrid y otro al
Zaragoza (Fig. 41). Además también se
Oeste (Plaza II), en diferentes materiales
han realizado medidas de susceptibilidad
que incluyen suelos de diversos usos
en algunos sondeos disponibles.
(secanos, regadíos extensivos, huertas,
Para
ello
un
etc…) con un total de más 700 medidas
susceptómetro SM20 (GF Instruments
promedio (50 en el Caidero). Además se
s.r.o.,
han
figura
se
ha 42)
utilizado que
tiene
una
-6
obtenido
puntuales
adquirir una medida por segundo. El
antropogénicos
90% de la medida del SM20 se debe a
vallados, hormigones). Por otro lado se
los
de
han obtenido 500 medidas directas de
afloramiento por lo que el volumen total
susceptibilidad en 3 sondeos a lo largo
medido es muy similar al utilizado por
de más de 70 metros de testigo (360 en
otros susceptómetros (p.e. el KLY3 de
el Caidero).
AGICO).
Además se han realizado medidas a lo
Existe un efecto importante de la
largo de las paredes de tres zanjas de
superficie de contacto en la medida,
unos 2 m de profundidad cada una
cuanto más lisa, más fiable es el
situadas al SW de Zaragoza. Las
resultado (y mas comparable con otras
medidas de realizaron cada 10 cm en la
medidas; ver apartado de calibración),
pared de las zanjas, adquiriendo un total
no obstante en cada punto se tomaron
de 70 medidas de suelo y la parte más
entre 4 y 10 datos con el fin de suavizar
superficial de la serie estratigráfica.
primeros
centímetros
68
otros
medidas
sensibilidad de 1x10 S.I. y es capaz de
2
de
numerosas
materiales
(pavimentaciones,
Figura 41. Foto satélite del entorno de Zaragoza que muestra la ubicación de las zonas donde se han realizado medidas de susceptibilidad en superficie, tanto discretas como cortes detallados.
4.3. MEDIDAS DE 4.3.1. Obtención y preparación de
LABORATORIO.
muestras.
Fueron realizadas con el fin de precisar
4.3.2. Susceptómetro Kly-3 (Agico).
las medidas de susceptibilidad, así como
4.3.3. MPMS-XL, Servicio de Medidas
para
Físicas ICMA (UZ-CSIC).
diferenciar
minerales ferromagnéticos.
la
aportación
paramagnéticos Las
rutinas
de y
4.3.4. Magnetómetro criógenico 2G
de
(Universidad de Burgos).
laboratorio son las siguientes:
69
Figura 42 Imágen del susceptómetro portátil SM-20, de GF Instruments.
Se
obtuvieron
muestras
discretas
espaciadas entre 8 y 25 cm, con la finalidad de caracterizar suficientemente las diferentes litologías encontradas. El muestreo se realizó por medio de herramientas diamagnéticas (paletas de plástico y madera.) para evitar la contaminación magnética durante la manipulación
de
la
muestra.
La
disgregación se realizó situando la muestra entre planchas de madera. La cantidad de muestra recogida trató de Figura 43. Ubicación de los tres perfiles de susceptibilidad superficial realizados en el Caldero..
aproximarse al volumen estándar del susceptómetro KLY-3 (10,4 cm3). El
4.3.1. OBTENCIÓN Y
almacenamiento se realizó en pequeñas
PREPARACIÓN DE
bolsas de plástico herméticas, sigladas según la ubicación del sondeo y la
MUESTRAS
profundidad. Posteriormente se pesaron
a) Sondeos.
y al resultado total se restó el peso medio
Se contó con cinco sondeos, situados en
de la bolsa (0,92 g), calculado entre 10
el entorno de Zaragoza, denominados N,
bolsas, obteniendo así el peso real de la
S, E, W y Centro.
muestra.
70
En total se tomaron 850 muestras a lo
Posteriormente se pesaron y al resultado
largo de más de 100 de testigo, 360 de
total se restó el peso medio de la cápsula
ellas fueron del Caidero.
(0,0625 g), calculado entre 10 capsulas, obteniendo así el peso real de la muestra.
b) Superficie y relleno. Además de los sondeos se tomaron
d) Muestras enteras
muestras del entorno de la dolina del
Además se obtuvieron otras 20 muestras
Caidero, tanto del suelo vegetal como
sin disgregar tanto del sondeo (14) como
del relleno de la dolina. Se siguió el
de restos del relleno (6) para realizar
procedimiento anteriormente descrito, en
medidas de magnetización remanente
el
y
natural (NRM) en el laboratorio de
almacenado de las muestras se realizó
paleomagnetismo de la Universidad de
por
Burgos. En este caso es importante
que
la
toma,
medio
disgregación
de
herramientas
diamagnéticas.
mantener la integridad de la muestras ya que la remanencia se autocompensa y
c) Cápsulas.
elimina en las preparaciones de polvo.
Se utilizó el sondeo situado en la zona W de Zaragoza para tomar 18 muestras (3
e) Cálculo de la densidad
por tipo litológico, sin incluir el suelo
Con el fin de homogeneizar las medias
vegetal).
5
de susceptibilidad y remanencia se
muestras al azar del suelo vegetal de la
realizó el cálculo de a densidad. Este
zona del Caldero y trece del relleno de la
hecho nos permite recalcular todas las
dolina.
medidas de fragmentos o de cápsulas a
El volumen de muestra utilizado para las
un supuesto volumen estándar de 10
medidas
cm3. Además los valores de densidad
Además
se
recogieron
realizadas
en
los
magnetometros MPMS del ICMA es el
también
de una cápsula alimenticia (2 10-7 m3)
modelización gravimétrica realizada al
habitualmente
final de este trabajo. Se calculó la
portamuestras. realizó
utilizada La
situando
como
disgregación la
muestra
planchas de madera y
el
son
utilizados
para
la
se
densidad seca y saturada (en aquellas
entre
litologías que lo hicieron posible sin
residuo
disgregarse) para tomar un valor medio y
originado se introdujo en las cápsulas.
71
aproximar el estado de humedad del sustrato, tal y como se encuentra in situ. Seca: La densidad de la parafina (ρparafina) disponible en el laboratorio y calculada por nosotros es de 0.898 g/cm3. Primeramente se seca la muestra, después se pesa (Ms), se introduce en parafina (Fig 44) y se vuelve a pesar (Msp). De aquí se puede calcular el peso de la parafina en torno a la muestra
Figura 44. Muestras parafinadas y puestas a secar.
(Mp): Mp=Msp-Ms y el volumen de la misma que se queda unido a la muestra
f) Corrección de la susceptibilidad
Vp= Mp/ρparafina La muestra parafinada
volumétrica
se sumerge en agua destilada (ρagua=1) y
La medición de susceptibilidad en
se pesa (Ma) con una balanza de
fragmentos o muestras de polvo presenta
precisión. Como la densidad del agua es
un inconveniente añadido; el cálculo del
1,
que
volumen y la corrección de las medidas
Vdesalojado=Magua=Diferencia de pesadas
ya que los aparatos están preparados
(principio de Arquímedes). Por tanto el
para medidas estándar de 10 cm3,
volumen de la muestra es:
La susceptibilidad es la relación entre al
V=Ms-[Ma-(Mp/(ρparafina))] / ρagua
campo aplicado por la bobina (H) y la
Por tanto, la densidad de la muestra es:
magnetización inducida que genera la
ρmuestra=Ms/V.
muestra situada en su interior (J). El
se
deduce
susceptómetro, de hecho, mide el flujo magnético a través de la bobina (F: Am2)
Densidad Saturada: Se trata del mismo
y lo divide por una volumen prefijado
cálculo pero en lugar de pesar la muestra
(habitualmente el volumen estándar de
seca, se pesa saturada en agua y
las muestras paleomagnéticas; Fig. 45a).
posteriomente se parafina. Entonces
En el caso de los chips o fragmentos
realizaríamos las mismas operaciones
(Fig. 45b) es necesario una medida
pero en lugar de tratarse de Ms, sería
precisa de la densidad así como del peso
Msaturada.
exacto de la muestra, de esta forma se
72
puede calcular el volumen real y corregir
S.I. Rochette 1987), paramagnéticos y
adecuadamente el valor de K obtenido.
ferromagnéticos (s.l.). Si se miden especímenes
estándar,
el
equivalente
a
susceptibilidad
la
valor
es
volumétrica (S.I.) y si se desconoce el volumen exacto (muestras tipo chip) el valor de la susceptibilidad másica debe corregirse teniendo en cuenta la masa del chip
y
la
densidad
calculada).
La
(previamente susceptibilidad
volumétrica, medida (por convenio) a
Figura 45: Relación entre las medidas realizadas en muestras estándar (A) y las de fragmentos (B).
temperatura estándar y con un campo de intensidad equivalente el terrestre, es una
4.3.2. SUSCEPTÓMETRO
propiedad intrínseca de las rocas y puede
KLY-3 (AGICO)
utilizarse directamente para calcular la
El laboratorio de fábricas magnéticas del
magnetización
inducida
durante
grupo de investigación Geotransfer de la
modelización de las anomalías.
la
UZ cuenta con un susceptómetro KLY-3 de AGICO (s.r.o.) (Tabla 5, Fig. 46). Este instrumento permite medir la
4.3.3. MPMS-XL; SERVICIO
susceptibilidad másica de fragmentos de
DE MEDIDAS FÍSICAS ICMA
hasta 40 cm3, si bien rara vez se miden
(UZ-CSIC).
3
especímenes de más de 10 cm (tamaño estándar
de
las
paleomagnetismo
o
muestras de
El Servicio de apoyo a la investigación
de
de Medidas Físicas de la Universidad de
fábricas
Zaragoza
magnéticas; ASM) La susceptibilidad total
(bulk)
aportaciones
es de
la
suma los
de
dispone
de
un
amplio
equipamiento, parte del cual ha sido
las
adquirido
minerales
en
colaboración
con
el
Instituto de Ciencia de Materiales de
diamagnéticos (considerados constantes
Aragón (centro mixto CSIC-UZ).
negativos y de baja intensidad; -14 10-6
73
KLY-3S / KLY-3 Specifications Specimen Size Specimen Cylinder 0)
Spinning Specimen Diameter
25.4 mm (+0. 2 , -1. 5)
Static
25.4 mm (+1. 0, -1.
Length 22.0 mm (+0. 5 , -1. 5) 22.0 mm (+2. 0, 2. 0) Cube 20 mm (+0. 5 , -1. 5) 20 mm (+0.5 , -2. 0) Cube 23 mm (+0.5 , -2. 0) ODP box 26 x 25 x 19.5 mm3 3 Fragments (bulk. susc.) 40 cm Pick-up coil inner diameter 43 mm Nominal specimen volume 10 cm3 Operating frequency 875 Hz Field intensity 300 Am-1 Field homogeneity 0.2 % Measuring range 0 to 0.2 (SI) Sensitivity Bulk measurement 3 x 10-8 (SI) AMS measurement (spinning specimen) 2 x 10-8 (SI) Accuracy within one range 0.1 % Accuracy of the range divider 0.3 % Accuracy of the absolute calibration 3% HF Electromagnetic Field Intensity Resistance 1 Vm-1 Power requirements 240, 230, 120, 100 V ±10 % 50 / 60 Hz Power consumption 45 VA Operating temperature range + 15 to + 35 oC Relative humidity max. 80 % Tabla 5. Especificaciones técnicas del susceptómetro KLY-3 de Agico (s.r.o).
Figura 46. Imágenes del susceptómetro KLY-3, la unidad central y el ordenador. Se encuentra situado en el laboratorio de fábricas magnéticas del Grupo Geotransfer (UZ)
74
De la instrumentación existente, destaca
2) La obtención de ciclos de histéresis en
los magnetómetros SQUID de Quantum
algunos materiales que presentaron
Design Ltd., modelos MPMS-5S y
porcentajes
MPMS-XL (Fig. 47) que permiten
ferromagnetismo.
obtener
histéresis
medidas
de
magnetización
elevados Los
de
ciclos
(corregida
la
fracción
remanente e inducida entre 1.2- 350K,
paramagnética)
utilizando campos de hasta 5T. También
para estimar el tamaño del grano
dispone
de
magnético (y por ende su estabilidad
vibración PPMS (Quantum Design Ltd.)
temporal de la magnetización) a partir
de reciente adquisición.
de
de
un
magnetómetro
las
pueden
de
emplearse
relaciones
Mr/Ms
La versatilidad de estos aparatos ha
remanente/magnetización
de
permitido realizar dos tipos de medidas:
saturación) y Hcr/Hc (coercitividad
1)
la
de la remanencia/fuerza coercitiva)
(o
estos últimos valores se obtienen tras
diamagnética) de la ferromagnética.
realizar una curva de histéresis y el
Las
no
back field tras la saturación de una
un
muestra.
(magnetización
La
diferenciación
susceptibilidad
de
paramagnética
susceptibilidades
ferromagnéticas
exhiben
comportamiento proporcional con el campo externo (pendiente constante
4.3.4. MAGNETÓMETRO
para cualquier campo), sin embargo
CRIOGÉNICO 2G
los ferromagnéticos presentan ciclos
(Universidad de Burgos)
de histéresis por debajo de los valores
Los valores obtenidos tanto en el KLY3
de
como en el MPMS sólo permiten saber
saturación.
Por
comparación
entre
obtenidos
campos
a
tanto los
la
valores
el
magnéticos
porcentaje de la susceptibilidad
paramagnética
o
diamagnética
elevados (1 a 2 Tesla) con los
(eliminando si existe la ferromagnética)
reproducidos a bajo campo (similares
y por tanto permiten calcular con
condiciones
nos
precisión y seguridad los valores de
informará de la aportación relativa de
magnetización inducida. Sin embargo
los minerales ferromagnéticos (caso
cuando la aportación ferromagnética es
que existan).
importante, la magnetización remanente
que
el
KLY3)
75
puede jugar un papel importante en las
de
modelizaciones. Este valor debe medirse
(especialmente
en ausencia de campo magnético externo
porcentajes ferro apreciables) para medir
(lo que permite eliminar cualquier tipo
su remanencia en el magnetómetro
de
criogénico 2G
magnetización
inducida)
y
en
muestras enteras (no disgregadas). Con
20
muestras las
sin que
triturar
presentaron
de la Universidad de
Burgos (Fig. 48).
este fin se seleccionó un pequeño grupo
Figura 47. Magnetómetros SQUID MPMS-5S (izquierda) y MPMS-XL (derecha), situados en Servicio de apoyo de medidas físicas.
Figura 48. Magnetómetro criogénico 2-G (rodeado por la bobina de Helmholz) del Dep. Física de la Universidad de Burgos.
76
4.4. RESULTADOS.
4.4.2. SUSCEPTIBILIDAD EN
4.4.1. DENSIDAD
SUPERFICIE.
23 muestras en seco y 13 muestras
4.4.2.1. CAIDERO
saturadas en agua.
En
Las medidas de densidad fueron los
Los materiales que integran el relleno
g/cm3 para el yeso margoso; 1,7 g/cm3
alcanzan
para las margas (Fig 49). Las aparentes
medios
de
(pero exhibe valores individuales mucho
de
más altos). Estos datos contrastan con
disgregación e hinchamiento de los
los del suelo vegetal, cuyos valores
materiales lutíticos.
oscilan entre 100 y 300 10-6 S.I.. El
Densidad seca Densidad saturada
perfil paralelo al camino, de dirección 107 N, muestra grandes variaciones en
densidad
m
valores
susceptibilidad entorno a 1,9 10-3 S.I.
incongruencias de medidas de densidad efecto
realizado
susceptibilidad magnética, (Fig. 50a).
g/cm3 para las margas con arenas; 2,2
del
diagonal
observa un gran incremento de la
vegetal; 2,3 g/cm3 para las gravas; 1,9
provienen
corte
atravesando la dolina del Caidero se
siguientes: 2,1 g/cm3 para el suelo
saturada
el
los valores de susceptibilidad magnética
1
del suelo vegetal, de 230 a 420 10-6 S.I.
3 5
DIAGONAL 232N se encuentra (Fig. 50b). Ambos perfiles B
7
situados en la figura.Data 43.6
9 11
3000
13 15
2500
2000
19 21 B
Metro
17
1500
23 25 1000
27 29
500
31 33
0
3
g/cm
35
0
50
100
150
Figura 50A a. 1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
Figura 49. Contraste de densidades entre las muestras secas y Densidad saturadas, extraídas del sondeo del seca W de Zaragoza.
77
200
250
300
B
PARALELA 114 Data 4
Los perfiles 2 y 3 fueron realizados en
500
campos de regadío y cultivo de alfalfa
450
(género Medicago) y presentan una
400
variabilidad moderada, estando acotados
B
550
entre 200 y 600 10-6 S. I.. Sin embargo el
350
300
perfil
250
considerablemente mayores (cercanos a 4614145
4614140
4614135
4614129
4614123
presenta
valores
medios
700 10-6 S.I.) y de mayor variabilidad
200 4614150
1
4614118
(entre 450 y 1100 10-6 S.I.). Este perfil se
A Figura 50 b. Figuras 50 a y b. Perfiles realizados en el Caidero, se trata de medidas robustas de susceptibilidad (10-6 S.I.) realizadas a partir de 400 mediciones. Fig. 50 a: Perfil Diagonal en dirección N-S, el pico se corresponde con el centro de la dolina. Fig.50 b: Corte Paralelo a la dirección 107, (W-E). Nótese la diferente escala vertical de ambos perfiles .
realizó en una zona de cultivo intensivo de acelgas (género Beta) que requieren mayor
cantidad
de
agua
y
de
fertilizantes. La mayor variabilidad y los valores
4.4.2.2. ESTE DE ZARAGOZA. Se
han
realizado
varios
extremos
encontraron
perfiles
al
más final
altos del
se
perfil,
superficiales en la dolina de las acelgas
coincidiendo con el afloramiento de
(barrio de Miraflores) y en terrenos
restos cerámicos, vidrios etc.. Los
próximos a ésta (Fig. 51). En cada corte
perfiles 4 y 5 se realizaron en campos de
se tomaron estaciones cada 3-5 metros.
regadío y también presentan valores
En cada punto se obtuvieron entre 2 y 5
moderados (entre 200 y 700 10-6 S. I.),
medidas con el fin de obtener una media
en cambio el perfil 6 se realizó en una
y su error estándar. Las observaciones
zona que se encontraba sin cultivar y
realizadas (más de 300 medidas) revelan
presenta valores más bajos (de 100 a 200
que
10-6 S. I.).
la
susceptibilidad
magnética
depende en gran medida del uso del suelo.
78
PERFIL 1 Perfil-1
PERFIL 2 8-9) Perfil-(entre
1200
PERFIL 3 Perfil-10
1200
NW
1000
SE
1200
NE
1000
SW
800
800
800
600
600
600
400
400
400
200
200
200
0
0 0
50
100
150
200
250
20
40
PERFIL 4 Perfil-6
60
80
100
0
1000
1000
1000
NE
SW
E
800
W
800
600
600
600
400
400
400
200
200
200
0
0 10
15
20
25
10
30
35
40
15
20
25
30
35
PERFIL 6 Perfil-11 1200
5
5
PERFIL 5 Perfil-7 1200
0
E
0 0
1200
800
W
1000
SW
NE
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
10
20
30
40
50
Figura 51. Perfiles de susceptibilidad superficial realizados al E de Zaragoza, en las cercanías de la dolina de las Acelgas.
4.4.2.3. PLAZA II.
Figura 52 Panorámica W-E del perfil a través del cual se realizó la prospección magnética y toma de datos de susceptibilidad superficial.
También se realizó, en colaboración con
susceptibilidades (Fig. 53). La parte alta
Andrés Pocoví y Asunción Soriano
del talud es utilizada como suelo de
(UZ), un perfil de susceptibilidad en las
labranza (secano), en el que los
cercanías del polígono Plaza II debido a
fertilizantes
la
incrementen
existencia
de
una
dolina
de
han los
hecho
que
valores
se de
-6
subsidencia atravesada por un trinchera
susceptibilidad hasta 700 10 S.I.. En la
del polígono (Fig. 52). Los datos
parte baja afloran margas yesíferas,
obtenidos muestran un gran contraste de
cuyos valores son muy bajos, entorno a
79
longitud y unos 100 puntos de medida
Susceptibility (E-6 S.I.)
cada uno, lo que representa unas 700
1000 K
medidas de susceptibilidad (Fig. 54). 100
Los cortes se realizaron para observar la variación del valor de susceptibilidad en
10
función de la anchura de las vales y su relación con las laderas circundantes.
1 0
50
100
150
200
250
Ambos cortes seccionaron un total de 8
m
vales de fondo plano de anchuras
Figura 53. Valores de susceptibilidad, tomados en Plaza II, corte de orientación Este-Oeste.
variables (entre 15 y 120 metros). Susceptibilidad (E-6 Si.I.) Vales Valmadrid - Corte 1 (SE-NW)
30 10-6 S.I., e incluso diamagnéticos. El
200
relleno subsidente de la dolina presenta
K-Corte 1
valores intermedios y bien diferenciados
150
en torno a 80 10-6 S.I..
100
50
4.4.2.4. VALMADRID. Otro de los sectores en los que se ha adquirido
numerosos
datos
0
de -50
susceptibilidad,
también
en
0
colaboración con Andrés Pocoví, ha
100
200
300
400
500
600
Susceptibilidad (E-6 Si.I.) Vales Valmadrid - Corte 1 (E-W) 200
sido en la zona de Valmadrid. El
K-Corte 2
objetivo principal era adquirir datos de
150
susceptibilidad en suelos dedicados a labores
agrícolas
tradicionales
100
de
secano (a priori menos afectados por el uso
de
fertilizantes
o
50
pesticidas). 0
También era objetivo la adquisición de datos del sustrato terciario cercano a
-50 0
Zaragoza. Se realizaron dos cortes de
100
200
300
400
500
Figura 54. Susceptibilidades medidas en dos cortes de la zona de Valmadrid.. Eje de abcisas: distancia en metros. Eje de ordenadas; susceptibilidad (10-6 S.I.)
aproximadamente medio kilómetro de
80
Los
picos
de
susceptibilidad
se
La mayor
parte de las muestras
corresponden con las zonas de fondo
obtenidas de los sondeos se encuentran
plano (suelos pobres de secano), las
expresadas en kmásica, para facilitar su
zonas
susceptibilidad
comparación. Algunas muestras han
representan las laderas entre vales, es
sido convertidas, por medio de la
decir,
densidad, (Fig 45) a susceptibilidad
de
baja
donde
afloran
las
margas
yesíferas y las arcillas con yeso
volumétrica..
terciarias. Los valores más altos se
Por otra parte, se han encontrado
obtuvieron en las vales de mayor
valores negativos en los yesos y no se
anchura, hecho que probablemente debe
han podido representar en los gráficos
estar relacionado con la cantidad de
puesto que dichos valores no pueden ser
filosilicatos
mayor
expresados en escala logarítmica. En
evolución de estos suelos (mayor lavado
general se observará que los yesos
del yeso).
alcanzan las menores susceptibilidades
debida
a
la
de la columna.
4.4.3. SUSCEPTIBILIDAD EN
4.4.3.1. OESTE DE ZARAGOZA.
SONDEOS.
Las muestras discretas tomadas del sondeo de W de Zaragoza tienen masas
En el caso de los sondeos las muestras
de entre 10 y 20 g y fueron muestreadas
tomadas tienen masas diversas. Para comparar
sus
susceptibilidades
cada 10 cm, llegando a medirse 360
es
muestras. El sondeo corta a través de
necesario obtener un valor referido a la
rocas-tipo presentes en el área que
masa (susceptibilidad másica; S.I./Kg) o
presentan un claro contraste magnético.
al volumen (susceptibilidad volumétrica o
simplemente
expresa
en
S.
susceptibilidad I.).
Una
Las
se
diferentes
es
dividir
miocenas
(Fig.
55)
muestran una señal estable y moderada,
primera
cuyo valor es 137* 10-6 S.I. +/- 8*10-6
aproximación en el caso de muestras de masas
margas
S.I. muy similar a los valores obtenidos
la
por Larrasoaña et al., 2006 y Pérez-
susceptibilidad por la masa.:
Rivarés (2006) en las margas miocenas de las Sierras de Alcubierre, Montes de
kmásica (kg-1)= ktotal (S.I.) / mmuestra (kg)
Castejón y Bardenas Reales. Las margas
81
yesiferas y yeso puro, así como el aire y
S.I. +/- 59*10-6 S.I. (gravas aluviales).
el agua, dan una señal diamagnética (-
La parte más alta del sondeo corta una
1,5*10-6 S.I. +/- 3*10-6 S.I.). El aluvial
sección entera de suelo vegetal, cuyos
cuaternario y depósitos de terraza
valores son los más altos: 1550*10-6 S.I.
oscilan entre 96,2*10-6 S.I. +/- 25*10-6
+/- 380*10-6 S.I..
S.I. (margas con cantos) y 227,5*10-6
Figura 55. Susceptibilidad másica (asumiendo volumen estándar y dividiendo por la masa de cada espécimen), en un sondeo próximo a la dolina del Caldero (escala logarítmica para k).
82
Sin embargo es necesario transformar
puede calcularse a partir de la densidad,
estas unidades para la realización de la
que se ha medido en todos los tipos
modelización magnética, puesto que el
litológicos encontrados en el sondeo,
programa
para su introducción en la ecuación (Fig.
utilizado
requiere
susceptibilidades volumétricas (kvolumétrica =
Kv).
56): kv = kKLY·* Vstd (10,4 10-6 m3) *ρ muestra
Para calcularla será necesario
realizar la siguiente operación:
/ mmuestra -6
kv(S.I.) = kKLY·3 (S.I.) * Vstd (10,4 10
No se observan grandes variaciones
m3) / Vmuestra (m3)
comparando los valores de kmásica y
Ya que el KLY3 asume un volumen
kvolumétrica (S.I.). Simplemente se observa
estándar de 10,4 cm3 por defecto. Como
que los segundos han aumentado entre 2
no conocemos los volúmenes de las
y tres veces respecto a kmásica, Pero en
muestras, ya que en todos los casos son
ningún caso han superado el orden de
amorfas, la susceptibilidad volumétrica
magnitud.
Figura 56. Susceptibilidad volumétrica (S.I.) necesaria para la modelización magnética.
83
4.4.3.2. ESTE DE ZARAGOZA.
La figura 57 muestra que los valores de
Los datos adquiridos el un sondeo de 20
susceptibilidad obtenidos por medio del
metros situados al Este de Zaragoza
KLY-3 y el SM-20 difieren en dos
exhiben valores entre 300*10-6 S.I. y
órdenes de magnitud. Además de un
500*10-6 S.I. para el suelo vegetal. En el
problema menor de calibración entre
material
de
susceptómetros (ver calibración más
varían
adelante) es importante resaltar que en
considerablemente desde muy bajos
este caso, en el que no se dispone de
para las gravas y el mallacán, (entorno a
datos de densidad, se están comparando
80*10-6
medidas
aluvial
susceptibilidad
S.I.
los
valores
magnética
100*10-6
y
S.I.)
y
relativamente altos para los limos
diferentes;
susceptibilidad
volumétrica y másica.
(entorno a 300*10-6 S.I. y 350*10-6 S.I). El sustrato yesífero no alterado es diamagnético,
con
valores
de
4.4.3.3. NORTE DE ZARAGOZA.
susceptibilidad de –10*10-6 S.I.. El
Se
sustrato terciario alterado (margas con
geotécnico de 25 metros en el que se
mezcla de gravas) presenta valores de
obtuvieron casi 200 muestras de unos
100*10-6 S.I., aunque dependiendo de la
20 gramos cada una.
pudo
muestrear
un
sondeo
proporción de yeso que contengan la susceptibilidad
de
estos
materiales Susceptibilidad (KLY3)
puede bajar hasta 30*10-6 S.I. (Fig. 57).
-6
Zaragoza Norte (10 S. I.) 0
B ulk/mass SM20
0
mirsus.kld
m
5
10 5
Spec
15
10
20
15
25 1
10
100
1000
4
10
5
10
100
1000
104
Figura 58. Susceptibilidad volumétrica (KLY3) obtenida del sondeo situado al N de Zaragoza.
20 1
10
6
10
-6 ulk/mass Figura 57. Susceptibilidad B(10 S.I.) de un sondeo situado al E de Zaragoza. Se observa que los valores obtenidos por los susceptómetros KLY-3 (susceptibilidad másica) y SM-20 (susceptibilidad volumétrica) dan valores diferentes.
84
En la figura 58 se observa que el suelo
4.4.3.4. CENTRO DE ZARAGOZA.
(parte superior del perfil) presenta
Susceptibilidad (KLY3) Zaragoza Centro (10- 6 S.I.)
valores de hasta 1000*10-6 S.I. en la
0
-6
parte más superficial, y de 200*10 S.I. 2
en los horizontes más profundos de la cubierta edáfica. El aluvial cuaternario
4
también presenta un amplio rango de 6
susceptibilidades, con valores de de 50 a 100*10-6 S.I. para las gravas y de
8
200*10-6 S.I. para los limos. A la 10
profundidad de 16 m comienzan a
10
100
1000
104
105
encontrarse yesos con margas cuyos
Figura 59 Susceptibilidad volumétrica (KLY3) obtenida del sondeo situado en el Centro de Zaragoza.
valores oscilan de 50 a 10*10-6 S.I.. El
Sondeo de 10 metros con 113 muestras
sustrato
valores
discretas. El escaso contraste existente
próximos 1*10-6 S.I., e incluso llegan a
en los primeros metros del perfil es
ser negativos.
debido a la total ausencia de suelo
yesífero
presenta
vegetal.
Figura 60. Valores de susceptibilidad másica, obtenidos del sondeo situado al S de Zaragoza.
85
4.4.4. SUSCEPTIBILIDAD EN
eran entre 360 y 520*10-6 S.I., con una
ZANJAS.
media de 420*10-6 S.I.. Bajo dicha capa
Se analizaron tres zanjas próximas entre
se encontró poco más de un metro de
sí situadas en el S de Zaragoza, los
limos cuyos valores eran muy variables,
valores obtenidos se tomaron por medio
desde 40 a 600*10-6 S.I., con una
del susceptómetro portátil SM-20, en la
susceptibilidad media de 230*10-6 S.I..
pared de dichas zanjas. En la zanja 1 se encontró medio metro de suelo vegetal, cuyos valores de
4.5. CALIBRACIÓN DEL
susceptibilidad oscilaban desde 350 a 520*10-6 S.I. y cuyo valor medio era
KLY-3 Y SM-20.
450*10-6 S.I.. A continuación había
Puesto que los datos obtenidos por
metro y medio de limos cuyos valores
medio de ambos susceptómetos (KLY3
eran
y
muy
variables,
con
SM20)
presentan
diferencias
susceptibilidades entre 120 y 590*10-6
apreciables aunque nunca alcanzaron un
S.I., y de valor medio 325*10-6 S.I.. A
orden de magnitud, se ha realizado una
continuación se encontró una capa de
la calibración preliminar entre ellos. La
mallacán muy dura, cuyos valores de
calibración
-6
de
medidas
realizadas
susceptibilidad fueron de 85*10 S.I..
directamente en un sondeo con el SM20
La
con aquellas medidas sobre muestras
zanja
2
presentó
valores
susceptibilidad del suelo vegetal de 300
estándar
a 550*10-6 S.I., con un valor medio de
diámetro por 2.1 cm de altura) del
450*10-6
se
mismo sondeo en el KLY3 permite
encontró mallacán cuyos valores de
relacionar de forma cuantitativa ambas
S.I..
A
continuación -6
susceptibilidad variaban de 40*10 S.I.
(cilindros de 2,5
cm
de
medidas (Fig. 61). Esta calibración se
-6
a 200*10 S.I., cuyó valor medio fue de
pretende mejorar en el futuro incluyendo
12*10-6 S.I.. Bajo el mallacán se
un mayor número de muestras estándar y
encontraron lutitas de 80 a 130*10-6 S.I.,
hacer comparables las muestras del
con una susceptibilidad media de 90*10-
KLY-3, con aquellas de las que sólo se
6
pueda hacer medidas directas, por medio
S.I..
La zanja 3 también contaba con medio
del SM-20.
metro de suelo vegetal, cuyos valores
86
104
anteriormente. Este tipo de muestras son
Calibracion KLY-3 SM2
indispensables para trabajar en los magnetómetros MPMS-XL y MPMS-5S
1000
del Servicio de Medidas Físicas (ICMA;
K-KLY3
CSIC-UZ). Las medidas se tomaron en
100
colaboración con Ana Belén Arauzo, y = 12,748 + 0,84155x R= 0,81459
Enrique Guerrero y Conrado Rillo.
10 10
100
Se seleccionaron 18 muestras, tres por
104
1000
K-SM20
grupo litológico, donde se incluyeron las
Figura 61. Susceptibilidad (10-6 S.I.) comparada entre los dos susceptómetros utilizados y la regresión que los relaciona.
será
gravas aluviales (E2, E3 y E4), margas
suficiente con aplicar la fórmula de
con cantos (E6, E7 y E8), margas
calibración y=12,748+0,84155 X, donde
yesíferas (E12,2, E12,6 y E14), yeso
X representa el valor de susceptibilidad
terciario (E13,3, E13,6 y E13,9), margas
del SM-20 e y el valor correspondiente
con arenas (E15, E16 y E17) y margas
del KLY3.
miocenas
Para
realizar
la
calibración
(E21,
E27,
E33).
Se
encuentran ubicadas en la figura. 62; en la
4.6. SUSCEPTIBILIDAD
figura
63
son
las
muestras
representadas en color rojo. También se seccionaron al azar un total de cinco
FERROMAGNÉTICA:
muestras de suelo vegetal del área del
REMANENCIA.
Caidero, que en la figura 63 son las
4.6.1. SUSCEPTIBILIDAD A ALTO Y BAJO CAMPO
representadas en color rosa (S1, S5, S6,
(RATIO
relleno antrópico de la dolina del
FERRO/PARAMAGNETISMO)
Caidero y de allí se sacaron las
Con
las
siguientes muestras: R1 (conjunto del
y
relleno tomado el azar), R2 (asfalto), R3
ferromagnética se llevó a cabo una
(hormigón), R4 (ladrillo), R5 (baldosa),
selección de muestras representativas del
R6 (conjunto del relleno tomado al azar),
sondeo realizado al W de Zaragoza. Para
R7 (sección de valla de hierro muy
ello se siguió el procedimiento de
oxidada); en la figura 63 son las
preparación
muestras de color azul.
la
finalidad
contribuciones
de
separar
paramagnética
de
cápsulas
S7 y S10). Además se tomaron 4 kg de
descrito
87
paramagnética. Si los valores de alto y bajo campo difieren la diferencia será debida a la aportación ferromagnética en las medidas de bajo campo (aquellas similares a las obtenidas en el KLY3 o en el SM20). Para obtener estas medidas en los SQUID MPMS se procedió a medir las muestras una por una, según los siguientes pasos: -
Centrado DC sin campo
-
Medida de la susceptibilidad a bajo campo (LF) XAC (corriente alterna), a 4 Oe, 920 Hz, 4Teslas (T), en un punto (condiciones similares a las encontradas en el susceptómetro KLY3).
-
Medida susceptibilidad a alto campo
(HF)
XDC
(corriente
contínua) a 1T, 1,5T y 2T. Si KLF y KHF son similares (pendiente 1 del
gráfico
de
la
figura
63)
se
considerará que toda la contribución de Figura 62. Sondeo y ubicación de las muestras seleccionadas.
la muestra en paramagnética; en cambio,
La finalidad es comparar las medidas de
si las pendientes fuesen diferentes sería
susceptibilidad obtenidas en un campo
debido a que existe una contribución
bajo con las de alto campo. La mayor
ferromagnética importante en la medida
parte de los materiales ferromagnéticos
estándar (LF) del KLY3 o del SM20.
naturales se saturan por debajo de 1
Los resultados obtenidos (figura 63 y la
Tesla, lo cual implica que las medidas de
tabla 6) permiten discriminar varios
magnetización inducida por encima de
tipos de comportamiento. Los yesos y
estos campos son proporcionales al
alguna
campo aplicado, y de este modo se puede
aislar
la
muestra
de
marga
yesífera
mostraron relaciones LF/HF inferiores a
susceptibilidad
88
Ferromagnetismo LF/HF>1
Paramagnetismo LF/HF=1
Diamagnetismo LF/HF