Prospección magnética aplicada a la detección y caracterización de dolinas en el entorno de Zaragoza

Prospección magnética aplicada a la detección y caracterización de dolinas en el entorno de Zaragoza Tania Mochales López Trabajo dirigido por los Dr

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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

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