Interpretacion Cualitativa Gravimetria

VOL. XXXIV, NUM. 1, 1982.

METODO DE INTERPRETACIN CUALITATIVA DE MAPAS GRAVIMTRICOS Y SU APLICACIN EN LA ZONA SUR DE PETRLEOS MEXICANOS

Roberto Moreno Castillo *

R E S U M E N

S e desarrolla un mtodo de anlisis cualitativo, con base en la experimentacin con modelos gravimtricos, de reas en las que se conoce la geologa del subsuelo. Este mtodo permite:

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

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

Extraer ms informacin sobre la naturaleza de las rocas del subsuelo, que originan las anomalas .

Integrar otros datos geofsico-geolgicos, para la interpretacin ptima del rea, regional y local.

Elaborar modelos geolgicos bi y tridimensionales, que se acerquen ms al modelo estructural real del rea en estudio.

Probablemente este mtodo de anlisis pueda aplicarse a mapas m g netomtricos.

S u aplicacin se realiz en el rea San Juan Evangelista, en la Zona Sur de Petrleos Mexicanos.

A B S T R A C T

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

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

Suptcia. Gral. Dttos. Exploracin. Zona Sur. Petrleos Mexicanos.

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BOL. ASOC. . GEOL. PETR.

I. I N T R O D U C C I N

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Fig. 1. Anomalas de Bouguer. 1

BOL. ASOC. . GEOL. PETR.

d e r a r s e en trminos de la e sca la uti-l i zada en la prospecc in e ind icada en el m a p a ; lo mismo es v l ido p a r a el efecto residual ( e s to es, el t a m a -o de una anomal a residual en la prospeccin petrolera, puede corres -ponder a un efecto regional en Ir exploracin m i n e r a ) .

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

R E S I D U A L

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

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

L a s a n o m a l a s re s idua le s r e g u l a r -mente se aprec ian sobre un m a p a de B o u g u e r , como inflexiones de las cur-v a s i s o a n m a l a s , s u p e r p u e s t a s a las a n o m a l a s reg ionales . Por ejemplo, en el c a s o del m a p a de la F i g u r a 3, en el que la anomal a res idual , C l a p a r e c e s u p e r p u e s t a a un mnimo regional .

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

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

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

Al medir este p a r m e t r o a lo lar -go d e una anomal a , se pueden en-contrar los lmites de s e p a r a c i n entre m x i m o s y mnimos como se aprec ia en la gr f i ca de la F i g u r a 4.

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

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

E n la porcin central del r e a se d e s t a c a un mnimo reg ional y s i -t u a d o s p a r a l e l a m e t n e en a m b o s f lan-cos de e s ta anomal a , se local izan d o s m x i m o s reg iona les .

H a c i a la porcin S W de la re -gin se logra definir tambin un f lan-co d e otro mnimo.

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

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A 3 \ i -

A l ^ l^z * A 3

Fig. 2. Anomalas gravimtricas.

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Fig. 3. Anomalas de Bouguer.


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D I S T A N C I A E N Km.

Fig. 4. Definicin de X 1/2.

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3

Fig. 5. Anomalias regionales.!


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

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

L a s anomal as res iduales , m x i -mos y mnimos, de esta regin tienen dimensiones similares y sus ejes d i s -continu se orientan en direccin S W - N L

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

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

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

A partir de los m a p a s regional y

res idual es posible establecer una in-

terpretacin cualitativa del rea en

estudio.

E n principio, a partir del mapa regional se construye otro, al que se denomina Interpretacin R e g i o n a l ( F i g . 7 ) ; en l so lamente se indican los lmites de las anomal as regio-nales y, de acuerdo con las bases de la teora gravimetrica y con los modelos o b s e r v a d o s en o tras reas , se puede des tacar lo s iguiente:

1. E l mnimo regional de la por-cin central del rea puede estar ori-

g inado por una "cuenca sedimenta-ria" asimtrica de origen terciario y los mximos parale los slo son con-secuencia de la asimetra de la cuen-ca, o bien,

2. L o s m x i m o s gravimtricos indican la presencia de un b a s a m e n -to alto o denso en e sas zonas y un basamento ms bajo o de meno.-- den-s idad en el mnimo.

E s t a s dos hiptesis son las ms comunes en la interpretacin geol-gica de los da tos gravimtricos y no son excluyentes una de la otra, por-que pueden suceder tambin que a m -bos, m x i m o s y mnimos, tengan tambin un signif icado geolgico in-dependiente c a d a uno.

S e puede sealar que, cuantitati-vamente, e s tas anomal as , sin distin-cin entre mximos y mnimos, de acuerdo con las dos hiptesis verti-d a s anteriormente, podran ser oca-s i o n a d a s por c u e r p o s rocosos que pueden tener distinta dens idad, pero local izados a profundidades muy se -mejantes .

E s importante, en este punto, in-tegrar con esta interpretacin los d a -tos p r o v e n i e n t e s de o tras fuentes como geologa, s ismologia, magneto -metra, etc., y as presentar la inter-pretacin m s a d e c u a d a posible del rea , d e s d e un punto de vista re-gional.

A partir del m a p a residual, se construye, en forma similar al caso anterior, otro m a p a que se denomi-na "estructuras gravimtricas". ( F i g . 8 ) , en el que slo se indican los

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Fig. 6. Anomalas residuales.

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'F-i Fig. 7. Interpretacin regional

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Fig. 8. Estructuras gravimtricas.


lmites de las anomal as res iduales de mximos y mnimos.

L o s mx imos gravimtricos res i duales constituyen, en la mayora de los casos , zonas de inters econmico-petrolero, p o r q u e pueden estar ocas ionados por estructuras anticlina les o bien, indican la presencia de cuerpos densos , y los mnimos, quizs , slo correspondan a los flancos de e s tas es tructuras .

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

T a m b i n aqu , los d a t o s adic ionales geof s icos y geolgicos ex i s tentes, in tegrados a la interpretacin gravimetr ica , pueden util izarse p a r a establecer la hiptesis ms a d e c u a da, p a r a c a d a anomal a por s e p a r a d o o en su conjunto.

L Q S d a t o s de dens idad de los af loramientos , de muestras de pozos y, an ms , de los regis tros de dens idad , permiten establecer en un rea , cul es la roca o rocas d e n s a s que predominantemente originan las anomal as gravimtr icas . Por ejemplo, el mx imo " C a c t u s " ( F i g . 9 ) , est orig inado principalmente por c a l i z a s cretc icas de a l ta dens idad (2 .70 g / cm^) .

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

dens idad de las rocas que las originan.

A p a r t e de la interpretacin estructural y / o estrat igrf ica de l a s anomal as , sobre un m a p a de Bouguer, aparecen a lgunas caracterst i cas como la presencia de fuertes gradientes , cambios bruscos de mximo a mnimo parale los y discont inuidades de los ejes, que se relacionan directamente con la presencia de r a s g o s estructurales como se menciona a continuacin:

A ) E n el mapa Bouguer ( F i g . 3 ) se localiza en la porcin S W un fuerte gradiente, que separa a un mximo de un mnimo regional, caracterstica que se extiende por varios kilmetros y que en el mapa de interpretacin regional ( F i g . 7 ) , se relaciona con una posible falla ( F -1 ) , que indica la cada de la estructura anticlinal hasta un posible sin-clinal. E s factible tambin que esta falla slo indique un cambio de composicin qumica del basamento .

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

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

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

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BOL. ASOC. MX. GEOL. PETR.

Fig. 9. Mximo H r a v i m ' * gravimetrico Cactus.

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

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

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

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

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

E l levantamiento gravimetrico del rea S a n Juan E v a n g e l i s t a ( F i g . 1 1 ) , data de la d c a d a de los aos 50's y constituye una fuente impor-tantsima p a r a evaluar y localizar zonas de i n t e r s econmico-petro-lero.

Al apl icar el mtodo en esta rea , se construye en primer lugar, el m a p a regional ( F i g . 1 2 ) , y en l slo se logran definir parcialmente dos anomal ias :

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

A partir de es tas anomal as y en forma s e p a r a d a , slo indicando sus lmites, se construye la interpreta-cin regional ( F i g . 1 3 ) , donde se considera que el mnimo est a s o -ciado a una cuenca sedimentaria.

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

E l mximo L o s T u x t l a s coincide con la presencia de una zona vol-cnica en la superficie, pero por su frecuencia y amplitud similar al m-nimo, quizs est relacionado ms con la presencia de un basamento de mayor d e n s i d a d que el de la b a s e de la cuenca.

L a zona volcnica local izada en esta rea , slo evidencia la presen-cia de grandes f isuras, desde la zona magmt ica hasta la superficie.

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

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

l

BOL. ASOC. MX. GEOL. PETR.

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Fig. 10. Mapa indice.

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

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BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

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

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

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C O V A R R U B I A S

C O V A R R U B I A S - I

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

I 1 S N . J E V A N G E L I S T A

A C A Y U C A N

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

V E R A C R U Z

Fig. 14. Interpretacin regional. San Juan Evangelista.

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

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

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

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

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

con la interpretacin indicada en la F ig . 15.

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

Con este mtodo de anlisis se pueden separar casi todas las anomalas regionales y residuales sobre un mapa de Bouguer, lo que p c . n i -te su interpretacin en conjunto, para obtener conclusiones generales acerca de su comportamiento regional, as como del marco geotectnico del rea en estudio; o si se analiza una o var ias de ellas en forma s e p a r a d a , se obtiene una interpretacin ms fina, que tiende a lograr su mejor definicin estructural y que permite situar a las localizaciones con fines econmico-petroleros en los lugares de la estructura, con mayores posi bi l idades de constituir una trampa de hidrocarburos.

L a anomala regional o residual que se s e p a r a sobre el mapa de Bouguer, de acuerdo con el mtodo, no est representado comnmente a los lmites del cuerpo que ocasiona la anomala y slo puede concluirse tentativamente, del anlis is de diversos modelos reales, que esa superficie corresponde a la parte ms alta ( m x i m o s ) a la parte ms b a j a (mn imos ) , cuando se trata de estructuras.

La obtencin de las anomal as de un mapa de Bouguer por medio de este mtodo, tambin permite evaluar los m a p a s residuales , que se

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Fig. 15. Estructuras gravimtricas. San Juan Evangelista.

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

obtienen con mtodos grf icos a n a lticos se establece el criterio de que un m a p a residual s er el mejor si logra s e p a r a r mayor cant idad de anomal as , sin d is tors ionarlas ni a l terarlas en amplitud y frecuencia.

L a aplicacin del mtodo a cualquier rea , permitir extraer conclusiones que apoyen las hiptesis geo lg icas existentes o desechar las en parte o totalmente proponer otras nuevas .

L a separac in de anomal as como se efecta con este mtodo y su interpretacin cualitativa, permite tambin construir mejores modelos geo lgicos bidimensionales , que pueden someterse a geoprocesos por computadora como T a l w a n i , reducindose en gran proporcin los cambios que se tengan que efectuar al modelo, p a r a a jus tar la anomal a ca lculada con la o b s e r v a d a .

E s conveniente, p a r a una mejor aplicacin del mtodo, evaluar cada

anomal a por s eparado , con mtodos de clculo tridimensional, porque de esta forma se puede obtener una solucin para la estructura.

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