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DISTRIBUCIÓN DE GASES EN LOS SEDIMENTOS DE LA CUENCA ÇINARCIK (MAR
DE MÁRMARA, TURQUÍA) A PARTIR DE PERFILES SÍSMICOS DE ALTA-
RESOLUCIÓN: IMPLICACIONES PARA LA ATENUACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS
Presentado por:
Sebastián Suárez Andrade
Universidad de los Andes
Facultad de Ciencias
Enviado al Departamento de Geociencias el 10 de mayo de 2019,
en cumplimiento parcial de los requisitos para el título de:
Geocientífico
Bogotá D.C
2019
DISTRIBUCIÓN DE GASES EN LOS SEDIMENTOS DE LA CUENCA ÇINARCIK (MAR
DE MÁRMARA, TURQUÍA) A PARTIR DE PERFILES SÍSMICOS DE ALTA-
RESOLUCIÓN: IMPLICACIONES PARA LA ATENUACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS
Presentado por:
Sebastián Suárez Andrade
Universidad de los Andes
Departamento de Geociencias
Supervisado por:
PhD. Jean-Baptiste Tary
Bogotá D.C
2019
«The known is finite, the unknown infinite; intellectually we
stand on an islet in the midst of an illimitable ocean of
inexplicability. Our business in every generation is to reclaim
a little more land […]».
Thomas Henry Huxley, 1887
1
Agradecimientos
En primer lugar, quiero agradecer a mis padres por su gran apoyo, tanto económico como
emocional, durante todo este proceso; agradezco todo el amor que me han brindado. En segundo
lugar, quiero agradecer al resto de mi familia, en especial a mi hermano y a mi abuela, de los cuales
también he recibido mucho apoyo; ellos, junto con mis padres, hacen parte de la gente que me
impulsa a salir adelante. Agradezco a todos mis amigos, en especial a Cristian Pinzón, Andrés
Malaver, Nelson Ramírez, Miguel Giraldo, Carlos Triana y Miguel Fonseca, por compartir grandes
momentos conmigo y ofrecerme su amistad durante todos estos años.
Agradezco a la Selección de Fútbol Sala de la Universidad de los Andes por brindarme una
segunda familia, y por darme la oportunidad de hacer parte de una gran experiencia deportiva
durante 4 años; aprecio mucho todos los consejos y enseñanzas, tanto deportivas como de vida,
que me aportaron mis dos entrenadores: Luis Melo Castro y Álvaro Guevara.
Por otra parte, agradezco al Departamento de Geociencias de la Universidad de los Andes, pues
fue posible para mí alcanzar este gran logro académico gracias a las enseñanzas dadas por cada
uno de los profesores que lo integra. En especial, le doy gracias al Dr. Jean-Baptiste Tary, quien
como director de este proyecto de grado me brindó todo el apoyo profesional posible para llevarlo
a cabo de la mejor manera. Por último, quiero agradecer a la Dra. Céline Grall por sus oportunos
consejos en el proceso de análisis de datos.
2
Tabla de Contenido
Resumen 4
Abstract 5
1. Introducción 6
2. Contexto Geológico 9
2.1 Falla de Anatolia del Norte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Mar de Mármara: Evolución Geológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1 Relaciones con la Cuenca Thrace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2 El plioceno tardío: formación de cuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3. La Cuenca Çınarcık 13
4. Mar de Mármara: Fluidos 14
4.1 Emanaciones-frías en el Mar de Mármara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.1 Distribución espacial de gases: Ecosonda acústica multihaz . . . . . . . . . . . . 16
4.1.2 Detector acústico de burbujas de gas: Bubble OBserbatory (BOB) . . . . . . . 17
4.1.3 Origen y composición isotópica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5. Atenuación sísmica: Amplitude Decay Method 21
6. Cuenca Çınarcık: Datos Sísmicos – Crucero Marmesonet 23
6.1 Crucero Marmesonet: Datos Chirp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
6.2 Datos Chirp: Cuenca Çınarcık . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
6.3 Caracterización de presencia de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7. Resultados 27
7.1 Distribución de gases en la Cuenca Çınarcık . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
7.2 Atenuación Sísmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.2.1 Trazas individuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3
7.2.2 Perfil de atenuación sísmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8. Discusión y conclusiones 39
8.1 Distribución de gases en la Cuenca Çınarcık . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
8.2 Atenuación Sísmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
A. Anexo1. Datos de evidencias de gas en la Cuenca Çınarcık 43
Bibliografía 46
4
Resumen
A lo largo de la historia, la exploración de hidrocarburos ha sido uno de los temas de investigación
de mayor interés para la comunidad científica de las ciencias de la tierra. Entre los métodos de
exploración más utilizados en los últimos años se destaca la exploración sísmica; este método es
de gran importancia, ya que tiene en cuenta factores como: las propiedades de los fluidos (p. ej. la
viscosidad), la velocidad de propagación de las ondas a través de un medio determinado, y la
pérdida fraccional de energía de una onda acústica-sísmica de frecuencia única cuando dicha onda
se propaga a través de un medio particular (decaimiento de amplitud sísmica – atenuación sísmica).
Esta atenuación sísmica puede ser estimada con el método de Amplitude Decay; el coeficiente
obtenido a partir de este método es de gran importancia para la exploración de hidrocarburos,
debido a que es un valor de referencia útil para la identificación de presencia de gas en las
secuencias sedimentarias (caracterización de reservorios de gas).
El presente trabajo tuvo como objeto de estudio la Cuenca Çınarcık; ubicada en el Mar de
Mármara, Turquía. El estudio realizado partió de los datos de sísmica de alta-resolución (datos
Chirp) obtenidos por el Crucero Marmesonet en 2009; por parte del Programa de la Misión de
Demostración de Mármara. A partir del análisis de datos sísmicos de la Cuenca Çınarcık se realizó
la distribución espacial de las evidencias de gas en la cuenca, y, posteriormente, se halló un valor
estimado de la atenuación sísmica causada por la presencia de gas (compuesto principalmente de
metano). La atenuación sísmica se evidenció en los perfiles sísmicos como áreas difusas con
reflexiones incoherentes y como áreas con reflectores de alta amplitud.
La primera parte de los resultados consiste en unos mapas relativos a la distribución espacial de
los reservorios/chimeneas de gas presentes en la secuencia sedimentaria superficial (entre 0 y ~
40m) de la Cuenca Çinarcik. Este resultado confirmó la correlación de dichas ubicaciones de gas,
en la parte suroriental de la cuenca, y los escarpes de fallas submarinas presentes en la cuenca;
reafirmando así, aún más, la relación estrecha que se presume que hay entre la presencia/
ventilación de gas, las fallas y la actividad sísmica. Para la segunda parte de los resultados, se
realizó la estimación del coeficiente de atenuación de las ondas, para un medio de propagación
como el gas metano presente en los sedimentos, a partir del método de Amplitude Decay. El
coeficiente fue calculado a partir del aislamiento, y respectivo análisis, de 4 trazas sísmicas
diferentes pertenecientes a perfiles sísmicos con evidencia de gas, y a partir del perfil de atenuación
realizado para un perfil sísmico completo de la Cuenca Çınarcık. Del análisis de aislamiento de
trazas sísmicas, se obtuvo un coeficiente de atenuación promedio de −277 dB s⁄ . Como resultado
final, del perfil de atenuación sísmica, se obtuvo que el coeficiente de atenuación, asociado a la
presencia de gases-hidrocarburos en las secuencias sedimentarias, puede tomar un valor en el
rango de −200 dB/s a −360 dB/s, aproximadamente.
Palabras clave: Atenuación sísmica, apantallamiento/blanqueamiento acústico, reservorio,
emisiones frías, metano, Falla de Anatolia del Norte, Turquía, Mar de Mármara, Cuenca Çinarcik.
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Abstract
Throughout history, hydrocarbon exploration has been one of the research topics of greatest
interest to the scientific community of earth sciences. Among the most used exploration methods
in recent years, seismic exploration stands out; this method is of great importance, since it
considers factors such as: the properties of fluids (e.g. viscosity), the speed of propagation of waves
through a given medium, and the fractional loss of energy of a single frequency acoustic-seismic
wave when it propagates through a particular medium (decay of seismic amplitude - seismic
attenuation). This seismic attenuation can be estimated with the Amplitude Decay method; the
coefficient obtained from this method is significantly important for hydrocarbon exploration,
because it is a useful reference value for the identification of the presence of gas in sedimentary
sequences (characterization of gas reservoirs).
The present work had as object of study the Çınarcık Basin; located in the Marmara Sea, Turkey.
The study was based on high-resolution seismic data (Chirp data) obtained by the Marmesonet
Cruise (2009); by the Marmara Demonstration Mission Program. Based on the analysis of the
seismic data of the Çınarcık Basin, the gas evidences were spatially distributed, and, subsequently,
the value of the seismic attenuation of waves (caused by the presence of gas; mainly composed of
methane) was estimated. The seismic attenuation was evidenced in seismic profiles as diffuse areas
with incoherent reflections and as areas with high amplitude reflectors.
The first part of the results consists of maps of the spatial distribution of gas reservoirs/ chimneys
present in the shallow sedimentary sequence (between 0 and ~ 40m) of the Çinarcik Basin. This
result confirmed the correlation of these gas locations, in the southeastern part of the basin, and
the escarpments of submarine faults present in the basin; reaffirming thus, even more, the close
relationship that is presumed to exist between the presence of gas/cold seeps, faults and seismic
activity. For the second part of the results, the estimation of the wave attenuation coefficient was
made, for a propagation medium such as the methane gas present in the sediments, using the
Amplitude Decay method. The coefficient was calculated from the isolation, and respective
analysis, of 4 seismic traces belonging to different seismic profiles with gas evidence, and from
the seismic attenuation profile performed for a complete seismic profile of the Çınarcık Basin.
From the analysis of seismic trace isolation, an average attenuation coefficient of −277 dB s⁄ was
obtained. As final result, from the seismic attenuation profile, it was obtained that the attenuation
coefficient, associated with the presence of gas-hydrocarbons in sedimentary sequences, can take
any value in the range of −200 dB/s to −360 dB/s, approximately.
Keywords: Seismic attenuation, acoustic masking/blanking, reservoir, cold seeps, methane, North
Anatolian Fault (NAF), Turkey, Marmara Sea, Çinarcik Basin.
6
1. Introducción
El Mar de Mármara es un mar interior ubicado en el noroeste de Turquía y al sur de Estambul,
unido al Mar Negro y al Mar Egeo por el estrecho del Bósforo y Dardanelos (Fig. 1),
respectivamente. La superficie de este mar es de aproximadamente 11.350 𝑘𝑚2, y consiste en
varias plataformas; una plataforma estrecha del norte, una más amplia del sur y una parte media
más profunda ocupada por tres subcuencas de hasta 1250 m de profundidad llamadas (de Oeste a
Este) Tekirdag, Central y Çınarcık, separadas por dos altos topográficos, respectivamente, el
Western y el Central High (Fig. 2) (Rangin et al., 2004; Carton et al., 2007).
Este mar, como ha sido mencionado antes, es mar un interior, es decir, un mar epicontinental
(también llamado: epéirico). Consiste en una masa de agua salada con una gran extensión, pero
con escasa profundidad, situado sobre litósfera continental. El mar está conectado con el océano
por los dos estrechos mencionados, sin embargo, como es característica de un mar epéirico, está
controlado por su propio sistema de circulación marina (Besiktepe et al., 1994).
Fig. 1. Mapa de la región del Mar de Mármara y la Zona de la Falla de Anatolia del Norte de (NAFZ);
Proyección de Mercator. El recuadro muestra su ubicación dentro del marco geodinámico del
Mediterráneo oriental (modificada después de Zitter et al., 2008). Los contornos son cada 100 m. Los
guiones son el límite de la Cuenca Thrace.
7
El Mar de Mármara, se caracteriza, al igual que en muchos otros sistemas de cuencas
sedimentarias, depósitos de abanico-delta y prismas de acreción en el mundo, por presentar
emisiones de gas natural provenientes del suelo marino (Judd y Hovland, 2009). Este gas emitido
en el suelo marino se compone principalmente de metano, en algunos casos (como en Western
High), con presencia de hidratos de gas (compuestos cristalinos de moléculas de agua con
huéspedes de hidrocarburos) (Bourry et al., 2009).
Los eventos sísmicos tienen gran relevancia, debido a que están asociados a la generación (o
reactivación) de fallas estructurales; fallas que, como se podrá ver más adelante, poseen una
estrecha relación con la ventilación de fluidos (Géli et al. 2008). En cuanto a esto, se considera
que el Mar de Mármara es una brecha sísmica (“seismic gap”) entre dos segmentos de la Falla-
transformante Anatolia del Norte (ej. Şengör et al. 2005), la cual sufrió un rompimiento hacia el
este durante los terremotos İzmit (o Gölcük) y Düzce (1999), y otro rompimiento al oeste durante
el terremoto de Ganos (1912) (Bayrakci et al., 2014). Después de los rompimientos producto de
los terremotos İzmit y Düzce, el Mar de Mármara ha sido objeto de extensos surveys en muchas
de las expediciones marinas realizadas. En varios de los estudios realizados se ha mostrado que,
en el Golfo de İzmit, la intensidad de las emisiones de metano aumentó después del terremoto de
İzmit (o Gölcük), el cual ocurrió el 17 de agosto de 1999, y alcanzó una magnitud de 7.4 grados
en la escala de Richter (Mw = 7.4) (Bayrakci et al., 2014).
Este aumento en la intensidad de las emisiones de metano debido a la serie de rompimientos
producidos y la liberación de energía asociada a estos eventos sísmicos pudo ser debido a
diferentes factores. Factores hipotéticos como, por ejemplo: que estos eventos sísmicos hayan
generado un incremento de la permeabilidad de las fallas que liberaron parte del gas que antes se
encontraba confinado, aumentando así la cantidad de gas y, a su vez, la intensidad de las emisiones;
o factores que asocien estos eventos sísmicos a un aumento del área transversal del conducto por
el cual el gas migra que expliquen este aumento de la intensidad de las emisiones.
En relación a lo mencionado anteriormente, en varios estudios se descubrió que las emanaciones
frías y expresiones asociadas del fondo marino como los carbonatos derivados del metano
(Crémière et al., 2013), efectivamente, tienen una relación con las zonas de falla (Zitter et al.,
2008), lo que confirma el vínculo entre las fallas y la ventilación de fluidos (Géli et al. 2008).
Este estudio se enfoca principalmente en la Cuenca Çınarcık; localizada al este del Mar de
Mármara, Turquía (Fig. 2). La Cuenca Çınarcık es una cuenca transtensional, con forma de cuña,
orientada a N110°E, de aproximadamente 50 km de largo y hasta 15–18 km de ancho, con una
profundidad máxima de 1270 metros, aproximadamente. Se estrecha considerablemente hacia el
este, donde se encuentra con el golfo de İzmit; está delimitada en sus lados norte y sur por grandes
escarpes topográficos, y al oeste por un alto topográfico que lo aísla de la Cuenca Central (Carton
et al., 2007). Se encuentra ubicada a lo largo de la rama norte en el norte de la Falla de Anatolia
del Norte (NAF, por sus siglas en inglés) en el Mar de Mármara, en la mitad oriental de lo que se
8
ha identificado como una brecha sísmica (Carton et al., 2007). En cuanto a su estratigrafía, es
probable que su relleno sedimentario consista en sedimentos synkinemáticos (es decir, sedimentos
que muestran evidencia de que su deformación ocurrió simultáneamente con su formación) del
plioceno-cuaternario, de al menos 4 km de espesor (Okay et al., 2000).
Esta cuenca, al igual que las otras cuencas presentes en el Mar de Mármara, se caracteriza por los
numerosos reservorios de gas en los sedimentos del fondo marino. Estos gases, aparte de estar
contenidos en reservorios, suelen migrar. La migración de gases en el fondo marino (o en la
superficie) a menudo se localizan a lo largo de fallas activas, lo cual sugiere que las fallas activas
desempeñan un papel fundamental en la ventilación de gas hacia la superficie (Henry et al., 2002).
Estas emisiones son principalmente de gas metano, este se produce en todas las cuencas
sedimentarias y migra a través de los sedimentos hacia la superficie (Grall et al., 2018). Los fluidos,
como se mencionó anteriormente, pueden alcanzar la superficie por medio de procesos
migratorios, pero también, por el contrario, pueden ser eficientemente atrapados a varias
profundidades en las unidades de reservorio que están sellados por un tapón/capa de estratos de
baja permeabilidad (Grall et al., 2018). Es preciso aclarar que estos reservorios de gas no están
Fig.2. Tomada de Le Pichon et al. (2001) y Armijo et al. (2005). Batimetría multihaz de las cuencas del
Mar de Mármara. Muestra el marco tectónico principal asociado con la Falla de Anatolia del Norte.
Al este del Mar se puede observar el área de estudio de este proyecto, la Cuenca Çınarcık. Las flechas
pequeñas indican deslizamientos submarinos a lo largo de la plataforma del Mar de Mármara. SBF:
Falla de límite sur (Southern Boundary Fault).
9
asociados con procesos de explotación-producción de hidrocarburos. Las profundidades de las
diferentes unidades de reservorio y de las capas de estratos de baja permeabilidad que confinan el
gas, pueden ser estimadas analizando la atenuación de las ondas acústicas-sísmicas producida por
la presencia de gases registrada en los perfiles sísmicos Chirp.
Los perfiles sísmicos de alta-resolución (Chirp) son una herramienta acústica extensa y muy
valiosa para obtener imágenes del fondo marino poco-profundo a una alta resolución. En estos
perfiles sísmicos se evidencia la presencia de gases en los sedimentos, y esto es debido a que,
generalmente, la presencia de estos fluidos causa reflexiones de alta amplitud y una clara
atenuación de las ondas acústicas-sísmicas; la atenuación se presenta como un blanqueamiento o
enmascaramiento de las unidades lito-estratigráficas adyacentes/superiores al gas, esto se produce
porque las burbujas de gas libre dispersan y atenúan fuertemente las señales acústicas,
enmascarando los horizontes sedimentarios; este efecto se denomina ‘supresión acústica’ (Tary,
2011). La atenuación sísmica se puede estimar usando el método de Amplitude Decay (Quan y
Harris, 1997).
Esta investigación pretende identificar y localizar la presencia de estos depósitos/chimeneas de gas
en la secuencia sedimentaria superficial (entre 0 y ~40 m) de la Cuenca Çınarcık en el Mar de
Mármara, y posteriormente utilizar el método de Amplitude Decay para estimar y analizar la
atenuación sísmica debida a la presencia de dichos gases.
2. Contexto Geológico
2.1 Falla de Anatolia del Norte
El Mar de Mármara está ubicado en la Falla de Anatolia del Norte (NAF, por sus siglas en inglés),
la cual es una falla transformante-dextral que forma el límite de la placa entre Eurasia y Anatolia
(ej. Okay et al., 2000; Şengör et al., 2005; Tary, 2011). La Falla de Anatolia del Norte se extiende
a lo largo de 1600 km, aproximadamente, entre la unión triple Karliova (unión triple Eurasia-
Anatolia-Arabia) en el este y la Grecia continental en el oeste (Fig. 3).
La Falla de Anatolia del Norte se divide en dos ramas antes del golfo de Izmit (norte y sur) (Fig.
3). La parte sur se divide nuevamente en dos, ya que una de sus ramas delimita el margen sur del
Mar de Mármara, y la otra se dirige hacia el suroeste (Tary, 2011); estas ramas terminan donde el
escape hacia el oeste del Bloque de Anatolia se convierte en una abertura rotacional en sentido
antihorario en el norte del Mar Egeo y la Bahía de Edremit. Estas tres ramas muestran diferentes
apariencias cinemáticas y sísmicas en la región de Mármara (Yaltirak, 2002).
La NAF es una de las fallas transformantes más importantes del mundo; ha producido, como se
mencionó anteriormente, muchos terremotos devastadores en la zona (ej. İzmit (Mw = 7.4) y
Düzce (Mw = 7.2) en 1999; Ganos (Mw = 7.4) en 1912), y, por lo mismo, ha sido objeto de
10
numerosas investigaciones geológicas, geomorfológicas y geofísicas (especialmente sismológicas)
desde su reconocimiento como una falla importante en 1948 por İhsan Ketin (Şengör et al., 2005).
El contexto y la historia sísmica de esta zona tiene un vínculo muy estrecho con las cuencas y
subcuencas del Mar de Mármara; pues, citando a Görür y Çağatay (2010):
“Los grandes terremotos de ruptura del fondo marino parecen haber jugado un papel
importante también en el llenado de las profundas depresiones del Mar de Mármara. Estas
cuencas se llenan predominantemente con secuencias intercaladas de unidades turbidita-
homogenita (...) directamente relacionadas con terremotos y tsunamis (Beck et al. 2007).
Recientemente, al estudiar las unidades turbidita-homogenita en las cuencas del Mar de
Mármara, se documentó la evidencia de varios terremotos históricos grandes (Sarı y
Çağatay 2006). Según estos estudios, se produjeron grandes terremotos en el Mar de
Mármara en 181 d.C., 740 d.C., 1063 d.C., 1343 d.C., 1509 d.C., 1766 d.C., 1894 d.C. y
1912 d.C".
Fig. 3. Tomada y modificada de Okay et al. (1999). Mapa tectónico activo de la región del Mediterráneo
oriental que muestra el entorno geológico del Mar de Mármara. Las líneas con triángulos sólidos
negros son fallas de cabalgamiento activas en zonas de colisión continentales, las líneas con triángulos
sin relleno muestran zonas de subducción activas, y las líneas con marcas de verificación
(checkmark/tick) son fallas normales. Las flechas grandes y sólidas indican el sentido del movimiento
de las placas litosféricas. EAF, Falla del Este de Anatolia.
N
11
Al mencionar el vínculo de la historia sísmica con el sistema de cuencas del Mar de Mármara, se
está haciendo una referencia implícita a la relación de estas con los sistemas de fallas que dominan
la actividad sísmica de la región. Por consiguiente, son los sistemas de fallas ramificados de la
zona los que determinan la evolución de las cuencas-subcuencas del Mar de Mármara; como
Yaltırak (2002) señaló, las ramas de la Zona de Falla de Anatolia del Norte (NAFZ) fueron las que
causaron la evolución de varias cuencas y subcuencas actuales, y que estas difieren en su carácter
según la tendencia y las características pasadas de las ramas más antiguas que se conectaron.
2.2 Mar de Mármara: Evolución Geológica
Las cuencas en el Mar de Mármara son producto de una historia evolutiva definida por dos antiguos
sistemas de fallas diferentes: uno de ellos es el de la Zona de Falla de Tracia-Eskişehir del Mioceno
temprano-Plioceno temprano y sus ramas; y el otro es el sistema definido por la Falla de Anatolia
del Norte Plioceno tardío-reciente y sus ramas (Yaltırak, 2002).
El movimiento acumulativo es de 75-78 km, correspondiente al desplazamiento lateral total de la
Falla de Anatolia del Norte en la región. Según Yaltırak (2002), la correlación de estas
compensaciones con los vectores de deslizamiento del Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
y con los resultados estratigráficos implica que la Falla de Anatolia del Norte llegó a la región del
Mar de Mármara hace unos 3,5 millones de años aproximadamente, y que por lo tanto, los procesos
tectónicos que formaron el Mar de Mármara y sus alrededores (que fueron iniciados por la falla de
Thrace-Eskişehir y sus ramas) han sido controlados, más recientemente, por la Falla de Anatolia
del Norte y sus ramas durante esos últimos 3.5 millones de años.
2.2.1 Relaciones con la Cuenca Thrace
La Cuenca Thrace ocupa una gran parte de la parte europea de Turquía (Fig. 4). La secuencia del
Eoceno Medio-Oligoceno en el centro de la cuenca excede los 9 km de espesor. En un estudio,
Görür y Okay (1996), basándose en la estratigrafía, la estructura y el contexto regional de la
cuenca, proponen que esta se desarrolló como una cuenca de antearco (entre el Eoceno medio y el
Oligoceno) por encima de la subducción hacia el norte del Océano Intra-Pontide. En general, la
historia posterior al Mioceno de la Cuenca Thrace, estuvo dominada principalmente por tectónicas
desgarradoras resultantes de la actividad de la zona noroeste (ahora inactiva) de la actual Zona de
Fallas del Norte de Anatolia (Görür y Okay, 1996).
Como se mencionó anteriormente, la Cuenca Thrace y el actual Mar de Mármara tienen una
relación evolutiva muy estrecha. Incluso, como se podrá ver más adelante con mayor detalle,
actualmente tienen una relación estrecha relacionada a las emisiones-frías, pues, considerando el
contexto geológico, se ha propuesto que parte de los fluidos liberados en las cuencas del Mar de
Mármara occidental provienen de rocas generadoras de hidrocarburos de la Cuenca Thrace
(Bourry et al., 2009).
12
2.2.2 El plioceno tardío: formación de cuencas
En el Plioceno tardío se dio la evolución de la Falla de Anatolia del Norte en la región del Mar de
Mármara; bajo el Mar de Mármara, la Falla de Anatolia del Norte se divide en una red compleja
de fallas con numerosas ramas/hebras de rumbo y buzamientos variables que forman tres cuencas
prominentes de aproximadamente 1250 m de profundidad; las cuencas están separadas por unos
altos transpresionales (Western High y Central High) (Tary, 2011).
Las cuencas, respectivamente, de este a oeste: Cuenca Çınarcık, Central y Tekirdag (Fig. 2), se
caracterizan por altas tasas de sedimentación y deformación. La velocidad de sedimentación,
promediada durante un período que va desde la transgresión marina (~12 kyr BP) hasta el momento
actual, es aproximadamente de 1 mm/año en los márgenes de la cuenca, y hasta de 2,5 mm/año en
las cuencas profundas (Çağatay et al., 2009). Por otra parte, extensiones de cuencas, como es el
caso de la Cuenca Central, alcanzan un valor aproximado de 6 mm/año (Armijo et al., 2005). En
consecuencia, estas cuencas profundas terminan por ser depresiones de la corteza llenadas por
sedimentos Plio-cuaternarios de 4km (Cuenca Tekirdag) a 6km (Cuenca Çınarcık y Central) de
espesor (Carton et al., 2007).
Fig. 4. Tomado de Görür y Okay (1996). Mapa tectónico de la región del Mar de Mármara.
13
3. La Cuenca Çınarcık
La Cuenca Çınarcık es la cuenca más extensa y profunda (máx. 1,276 m) entre las ramas de la
Falla del Norte de Anatolia en el este del Mar de Mármara (Fig. 5) (Sarı y Çağatay, 2006). La
tectónica transformante-dextral de la FNA determina las morfologías romboidales o en forma de
cuña de las subcuencas (Tekirdag, Central y Çınarcık) del Mar de Mármara (Eriş et al., 2012). Esta
cuenca en forma de cuña (Cuenca Çınarcık) orientada N110°E cubre un área aproximada de 810
𝑘𝑚2 y está unida al oeste por la cordillera oriental transpresiva. Las laderas que conducen a las
cuencas profundas son empinadas y tienen las cicatrices/marcas de deslizamientos de tierra (tales
deslizamientos de tierra prominente se pueden observar en la esquina noreste de la cuenca en la
Fig.6), y, además, numerosos cañones cortan, generalmente, de norte a sur las pendientes más
pronunciadas de la cuenca (Carton et al., 2007).
El margen norte de la cuenca generalmente buza a 20–26 ° y está delimitado por la rama norte más
activa de la Falla de Anatolia del Norte, la Falla Principal de Mármara, con un componente
principalmente transformante (Okay et al. 2000). La parte más profunda, que se hunde, de la
Cuenca Çınarcık se encuentra hacia el borde noreste, lo cual se observa los mapas batimétricos
(Fig. 2 y 5). La vertiente sur es más irregular y menos pronunciada (15–19°) que la del norte, y
está limitada por una falla costera al norte de la península de Armutlu; la falla tiene un componente
de falla normal y un componente transformante (Sarı y Çağatay, 2006; Carton et al., 2007).
Fig. 5. Tomado y modificado de Rangin et al. (2001). Mapa batimétrico de la Cuenca Çınarcık (ÇB).
Intervalos entre contornos de 10m. Proyección Mercator a 0°N. Elipsoide WGS84.
ÇB
14
4. Mar de Mármara: Fluidos
La expulsión de fluidos es un fenómeno común en los sedimentos marinos. Las emisiones de
fluidos provenientes del suelo marino, a menudo designadas como emanaciones-frías, se observan
en plataformas continentales y pendientes en todo el mundo. Este es el caso del Mar de Mármara,
pues presenta dichas expulsiones de fluidos, en especial de gas natural (metano) (Judd y Hovland,
2009; Tary, 2011).
En las últimas dos décadas se han realizado numerosos estudios para reconocer la importancia de
las emisiones de gases en una gran variedad de entornos submarinos, por ejemplo: en el margen
continental del oeste de Spitzbergen (Westbrook et al., 2009); en el Mar Negro (Greinert, 2008);
en el Mar de Mármara (Géli et al., 2008; Tary, 2011); entre otros estudios (Bayrakci et al., 2014).
Las emanaciones-frías a menudo se asocian a fallas activas (Henry et al., 2002; Zitter et al., 2008),
lo que lleva a la hipótesis de que algunas de estas fallas activas pueden canalizar los fluidos desde
niveles profundos en el sedimento y posiblemente desde la zona sismogénica en la corteza. Aunque
las emanaciones frías se asocian frecuentemente con la compresión, las fallas de
deslizamiento/transformantes parecen favorables para la expulsión de fluidos profundos (Zitter et
al., 2006; Zitter et al., 2008), sin embargo, es importante mencionar que las características de las
filtraciones de fluidos no están completamente definidas por la tectónica, sino que también están
influenciadas por la estructura sedimentaria (por ejemplo, la geometría de la capa de arena) y la
erosión (Zitter et al., 2008).
La emisión de fluidos, como se mencionó anteriormente, es un fenómeno común en sedimentos
marinos, sin embargo, estos no tienden a manifestarse de la misma forma puesto que no todos
están expuestos a las mismas condiciones o configuraciones geológicas; se han reportado
diferentes variedades de comportamiento de las emisiones de gas; emisiones continuas, transitorias
(periódicas o esporádicas) o eruptivas, para las actividades de filtración. También, se han
documentado variaciones temporales en escalas que van desde los períodos de mareas hasta los de
menos de una hora (ej. Leifer et al., 2004). Entre las diferentes causas propuestas para explicar las
variaciones observadas se incluyen: mareas o cambios de presión atmosférica (Mattson y Likens,
1990), cambios inducidos por oleaje (Leifer y Boles, 2005); variaciones en las condiciones actuales
del fondo marino y actividad sísmica (Von Deimling et al., 2010); perturbaciones provocadas por
el hombre, tales como operaciones de perforación (Wever et al., 2006); cambios de presión en
profundidad relacionados con, por ejemplo, inestabilidades del sedimento; disociación de hidratos
de gas (Westbrook et al., 2009).
Partiendo de lo anterior, así como los gases no se manifiestan siempre de la misma forma, tampoco
es siempre el mismo el tipo de migración de fluido que se presenta en los sedimentos marinos;
Zitter et al. (2008) inventarió y describió los siguientes dos tipos de migración de fluidos:
15
El primero de ellos es la migración de gas libre en sedimentos, en este caso metano; inferido por
anomalías acústicas de sonda y por la emisión de burbujas provocada por la extracción de muestras.
Además, se menciona que en el fondo marino las emisiones de metano están relacionadas con la
aparición de unos parches negros (black patches) a partir de sedimentos reducidos (Fig. 6). Estos
parches negros resultan de la oxidación anaerobia del metano (OAM), pues es en ellos donde el
metano (contenido en la capa superior de sedimentos) se oxida debido a los sulfatos contenidos en
el agua de mar (Hensen et al., 2003).
El segundo tipo de migración de fluidos es la expulsión-de-poro de agua salobre en el fondo
marino. Los fluidos son expulsados a través de chimeneas autigénicas de carbonato (como se ha
observado en las cuencas Tekirdag y Central; Fig. 6). Una posible explicación de estas expulsiones
es que los fluidos migran a través de capas de alta permeabilidad, hasta que, posteriormente, se
liberan en áreas propensas a erosión intensa (Zitter et al., 2008).
Fig. 6. Tomada y modificada de Zitter et al. (2008). Mapa detallado de R.O.V. - inmersión 11 (crucero
MARMARASCARPS) con los sitios de las diferentes filtraciones observadas en el Mar de Mármara
(Cuenca Central) con fotografías del suelo marino de: (a) parches oscuros aislados, (b) losa de 1 m de
costra de carbonato, (c) y (d) chimeneas de carbonato C1 y C2, y (e) pila de carbonato de 3 m de altura.
16
4.1 Emanaciones-frías en el Mar de Mármara
Los escapes naturales de fluidos en los márgenes del fondo marino son manifestaciones
generalizadas denominadas “emanaciones-frías”, ya mencionadas anteriormente, y se encuentran
en todos los océanos del mundo (Judd y Hovland, 2009; Crémière et al., 2012), más
específicamente, en entornos geológicos particulares como en los sistemas de fallas activas, las
cuales permiten la migración ascendente de fluidos ricos en gas a través de los sedimentos. Sin
embargo, se tienen estudios detallados que a menudo concluyen que las relaciones espaciales entre
las emanaciones-frías y las fallas, presumiblemente permeables, son complejas o incluso ausentes
(Henry et al., 2002). Otros autores han sugerido que es muy difícil conseguir que el gas-libre migre
a través de los sedimentos, pero que, por el contrario, es relativamente fácil que migre por medio
de las fracturas, lo cual hace que se encuentren filtraciones de agua en lugares más diversos (como
en afloramientos de capas de arena), y que las filtraciones de gas se encuentren, mayormente,
asociadas a fracturas (Géli et al., 2008).
Las emanaciones-frías a menudo se asocian con fallas activas (Henry et al., 2002), pero, aunque
las filtraciones se asocian frecuentemente a fallas de compresión, fallas con un componente
transformante como la Falla de Anatolia del Norte también están involucradas en la expulsión de
fluidos profundos (Zitter et al., 2006, 2008).
Por otra parte, estas emanaciones a menudo se asocian con varias estructuras geomorfológicas de
la superficie del fondo marino, tales como pockmarks (cráteres en los sedimentos del fondo marino
causados por fluidos en migración) volcanes de lodo, diapiros de lodo (por ejemplo: Judd y
Hovland, 2009; Bourry et al., 2009), o con fallas inactivas (por ejemplo, Henry et al., 2002; Zitter
et al., 2008).
4.1.1 Distribución espacial de gases: Ecosonda acústica multihaz
Un estudio realizado por Dupré et al. (2015) proporcionó una distribución espacial precisa de las
filtraciones de gas marinas en la cuenca de Çınarcık (y en general del Mar de Mármara) (Fig. 7).
El estudio fue realizado con el objetivo de investigar los factores que controlan la distribución del
gas, y se llevó a cabo utilizando una ecosonda acústica multihaz a bordo de barcos, y usando los
registros de columnas de agua.
Los factores que controlan la distribución de gas dentro de las cuencas sedimentarias pueden ser
varios, pues, el gas no se expulsa en el fondo marino a menos que procesos relacionados con
fallamiento (más de segmentos activos que inactivos), erosión o deformación afecten a los
sedimentos (Dupré et al., 2015). En el estudio se encontró que la presencia de emisiones de gases
parece estar correlacionada con la distribución de microsismicidad. Además, a poca distancia (~4
km) del borde sur de la Cuenca Çınarcık (Fig. 7), se encontraron puntos de emisión de gas cerca
de fallas normales; fallas supuestamente responsables del basamento cercano al fondo marino y de
17
la deformación de sedimentos recientes (Dupré et al., 2015). Por otra parte, se observó que, en el
extremo sur, las filtraciones observadas (asociadas principalmente con las emisiones de metano
biogénico) se produjeron en fallas normales escalonadas con una tendencia de ~N130°– N140°,
que se distribuyeron en una franja de 2–4 km de ancho a una orientación de N100° (Bourry et al.,
2009; Dupré et al., 2015).
4.1.2 Detector acústico de burbujas de gas: Bubble OBserbatory (BOB)
El módulo de observatorio de burbujas (BOB: Bubble Observatory; Fig. 9) es un módulo acústico
autónomo desarrollado por IFREMER y equipado con una ecosonda Simrad ER60 y un transductor
de haz-dividido de 120 kHz para la isonificación (es decir, para el registro de ondas controladas,
“aisladas”) ascendente u horizontal de la columna de agua circundante en el fondo marino. El
Fig. 7. Tomado y modificado de Dupré et al. (2015). Distribución de anomalías acústicas de gas en la
columna de agua de la Cuenca Çınarcık, Mar de Mármara. El registro de las anomalías acústicas
multihaz EM302 (las del 2009) se llevó a cabo por ~1 mes, cada una de ellas se muestra como un
círculo de 100 m de radio. Ver leyenda.
18
módulo se desplegó en el sureste de la Cuenca Çınarcık, cerca de (40° 43.112 N, 29° 06.981 E)
(Fig. 8), a unos ~60 m de una fuente de gas bien identificada, y a 1270 m de profundidad de agua
(Géli et al., 2009; Bayrakci et al., 2014). Este módulo rotatorio, detector de burbujas de gas
acústico, se implementó durante dos surveys, realizados en 2009 y 2011, para estudiar las
variaciones temporales de las emisiones de gases del fondo marino del Mar de Mármara a lo largo
de la Zona de Falla de Anatolia del Norte (Bayrakci et al., 2014).
La ecosonda montada en el instrumento insonifica un sector angular de 7° durante una determinada
duración (aproximadamente 1 hora) (Fig. 9) . Luego gira al siguiente sector angular cercano y así
sucesivamente. Cuando todo el dominio angular es insonificado, el módulo BOB vuelve a su
posición inicial, para así comenzar un nuevo ciclo de aproximadamente 1 día. Los datos acústicos
revelan que la emisión de gases no es un proceso constante, pues se observaron variaciones
Fig. 8. Tomado y modificado de Bayrakci et al. (2014). Mapa batimétrico tomado de Rangin et al.
(2001) de la Cuenca Çınarcık en el Mar de Mármara con contornos de 200 m. Se indican los sitios de
despliegue de los instrumentos BOB y OBS para la expedición de Marmesonet 2009. Los escarpes de
fallas submarinas están representados en negro, después de Grall et al., (2012). CIB: Cuenca Çınarcık.
N
19
temporales que oscilan entre unos pocos minutos y 24hr (de un ciclo a otro). Según Bayrakci et al.
(2014), es posible que las variaciones temporales observadas no estén relacionadas únicamente
con las propiedades de la fuente del gas, sino que también estén relacionadas con las variaciones
de las corrientes del fondo marino, pues estas causarían que el tren de burbujas se desvíe hacia el
sector vecino, y, por ende, que se registren algunas variaciones temporales independientes a los
procesos de interés (procesos relacionados con las emisiones de gas).
4.1.3 Origen y composición isotópica
Las emanaciones-frías presentan una considerable diversidad de antecedentes geoquímicos
(Crémière et al., 2012), típicamente, las aberturas del lecho marino liberan fluidos ricos en metano
y otros hidrocarburos que se producen por degradación de la materia orgánica por procesos
microbianos o termogénicos (Whiticar, 1999; Crémière et al., 2012). La descarga al mar de estos
fluidos enriquecidos en compuestos reducidos, como el metano y el sulfuro de hidrógeno, termina
por alimentar a las comunidades bénticas quimiosintéticas (Sassen et al., 1993).
Las relaciones isotópicas de carbono e hidrógeno en el metano se utilizan para identificar el origen
específico del metano (Whiticar, 1999; Bourry et al., 2009). Los gases de hidrocarburos
microbianos se forman en sedimentos superficiales debajo de la zona sulfato-reductora y se
componen principalmente de CH4 empobrecido en C 13 (isotópicamente más ligero, comúnmente
δ13C<−55 ‰ PDB), con trazas de C2 y C3, y que por lo tanto, han aumentado las relaciones
C1 C2⁄ + C3 (comúnmente >10,000) (Claypool y Kvenvolden, 1983). En contraste, el metano
Fig. 9. Tomado de Bayrakci et al. (2014). Descripción esquemática del módulo Bubble Observatory
(BOB). El ángulo de inclinación vertical es de 4°(para evitar los reflejos del fondo marino). El ángulo
de giro es de 7 °.
20
termogénico está enriquecido en C 13 en comparación con el metano biogénico (con δ13C >
−55 ‰ PDB), y los gases termogénicos están relativamente enriquecidos en C2+, con bajas
relaciones C1 C2⁄ + C3 (<1000). En general, de acuerdo a lo anterior, el metano microbiano y el
termogénico se caracterizan por valores bajos de 𝛿13C (Whiticar, 1999), que varían
aproximadamente de −110‰ a −55‰, y de −55‰ a −20‰, respectivamente.
En la Cuenca Çınarcık se encontraron emisiones-frías en varias ubicaciones: en la base del
acantilado norte, el cual se relaciona con la falla activa principal; en un sistema de fallas
transtensional, a lo largo del borde sur; y en la parte frontal de un desprendimiento de tierra activo
en el extremo sureste (Géli et al. 2008).
En los análisis isotópicos acerca del origen de las burbujas de gas realizados por Bourry et al.
(2009), se obtuvo, para esta cuenca, que las burbujas de gas PG-1659, recolectadas en la parte sur
de la Cuenca Çınarcık, están compuestas principalmente por metano (99.63%) con únicamente
trazas de CO2 (0.1%) e hidrocarburos más pesados (<0.005%).
La gráfica de la composición de hidrocarburos frente a los valores de isótopos de carbono estables
(Fig. 10a) indica claramente que el metano que se escapa del fondo marino en la parte sur de la
Cuenca Çınarcık tiene una firma biogénica y confirma la hipótesis de Zitter et al. (2008) con
respecto al origen biogénico del gas en la parte oriental del mar de Mármara. El etano, por otro
lado, aparentemente tiene un origen termogénico como lo indican sus mayores valores de δ13C
(Fig. 10b), lo que sugiere que una pequeña cantidad de gases termogénicos se mezclan con el
metano microbiano en la Cuenca Çınarcık (Bourry et al., 2009).
Tabla 1. Tomada de Bourry et al. (2009). Composición isotópica de las burbujas de gas (muestras PG-
1659, PG-1662 y PG-1664) y del hidrato de gas (MNTKS 27) con la respectiva ubicación de obtención.
21
5. Atenuación Sísmica: Amplitude Decay Method
Los estudios que pretenden estimar la atenuación de las ondas sísmicas han persistido a lo largo
de los años, pues se ha creído que la atenuación es importante para la caracterización de las
propiedades de las rocas y los fluidos, propiedades como, por ejemplo: saturación, porosidad,
permeabilidad y viscosidad, ya que la atenuación es más sensible que la velocidad a algunas de
estas propiedades (Best et al., 1995).
En este caso de estudio en concreto la estimación de la atenuación sísmica que se estudiará será la
debida a la gases contenidos en los sedimentos (gases de 0 y ~40 m de profundidad), pues, en
general, la presencia de gases causa una evidente atenuación de las ondas acústicas-sísmicas. Este
coeficiente de atenuación obtenido por este método podría funcionar como un indicador preliminar
de presencia de hidrocarburos, pues, teóricamente, un reservorio subterráneo lleno de
hidrocarburos tenderá a ser acústicamente más ‘suave’ que una roca porosa llena solo de agua.
Como se ilustrará posteriormente, la atenuación se presenta en los perfiles Chirp como un
enmascaramiento de las unidades lito-estratigráficas adyacentes y suprayacentes al gas, esto se
produce porque los gases dispersan y atenúan fuertemente las señales acústicas (Tary, 2011). Estos
perfiles Chirp de alta-resolución son obtenidos por sísmica de reflexión mediante un crucero; se
obtienen emitiendo ondas acústicas-sísmicas a determinado ancho de banda de frecuencia (1.8–
5.3 kHz) que se propagan en la columna de agua, en este caso, del Mar de Mármara y que
posteriormente penetran en el lecho marino y se propagan en los sedimentos, enviando así
información de estos y de la atenuación de las ondas a un recibidor en la superficie.
Fig. 10. Tomadas de Bourry et al., (2009). Determinación del origen de los gases ligados a hidratos y
de las burbujas de gas. a) Relación entre la composición de isótopos de carbono estables 𝛿13𝐶 de 𝐶𝐻4
y la razón de 𝐶1 𝐶2⁄ + 𝐶3. b) Relación entre la composición de isótopos de carbono estables 𝛿13𝐶 de
𝐶𝐻4 y el 𝐶2 en burbujas e hidratos de gas.
22
La atenuación de las ondas, en este caso específico, se divide principalmente en dos: la atenuación
intrínseca (la cual transforma la energía de las ondas a calor), y la atenuación por dispersión (la
cual transfiere la energía de las ondas a arribos de onda posteriores o a otras direcciones). En la
mayoría de los materiales naturales, la atenuación sísmica aumenta con la frecuencia. Los
componentes de alta frecuencia de una señal sísmica incidente se atenúan más durante la
propagación de la onda que los componentes de baja frecuencia (Quan y Harris, 1997). Se asume
que el proceso de propagación de ondas se describe de la siguiente forma (Fig. 11):
Cabe aclarar que, en este modelo, que describe el proceso de propagación de ondas, la complejidad
yace en la estimación del factor 𝐺(𝑓), el cual incluye: la dispersión geométrica, la respuesta del
instrumento y el acoplamiento fuente/receptor (entre otros factores difíciles de estimar) (Quan y
Harris, 1997). Teniendo en cuenta esto último y considerando que otros métodos, un poco más
confiables, como el: Spectral Ratio Method o el Frequency Shift Method son significativamente
más complejos de llevar a cabo computacionalmente, se propone el uso del método de decaimiento
de la amplitud con la profundidad (Amplitude Decay Method) para la estimación del coeficiente
de atenuación sísmica debido a gases en los sedimentos.
Partiendo de que el principio de atenuación consiste en la pérdida fraccional de energía de una
onda sísmica de frecuencia única (decaimiento de amplitud sísmica), y partiendo además de que
esta atenuación es proporcional a la distancia que ha recorrido a través de un medio particular (en
este caso gas), se tiene que, el coeficiente de atenuación (α) podría expresarse como una pérdida
de potencia por unidad de distancia (medida comúnmente en dB/m) (Stevenson, McCann y
Runciman, 2002).
A partir del método de Amplitude Decay, este coeficiente de pérdida de potencia por unidad de
tiempo (dB/s) puede ser estimado; esto, analizando (en el dominio del tiempo) de forma aislada
la amplitud de las trazas sísmicas que presentan una cierta atenuación debida a la presencia de
gases. El análisis de la obtención de este coeficiente en dB/s será explicado más detalladamente
en los resultados obtenidos de la aplicación de este método a algunos de los perfiles Chirp de alta-
resolución de la Cuenca Çınarcık (Mar de Mármara) obtenidos del crucero Marmesonet (2009).
Fig. 11. Tomado de Quan y Harris (1997). Modelo del sistema lineal de la atenuación sísmica. Siendo
𝑆(𝑓) el espectro de amplitud de una onda incidente, 𝐺(𝑓)𝐻(𝑓) la respuesta del instrumento/medio y
𝑅(𝑓) la amplitud del espectro recibido.
23
6. Cuenca Çınarcık: Datos Sísmicos – Crucero Marmesonet
6.1 Crucero Marmesonet: Datos Chirp
Los datos utilizados para llevar a cabo este proyecto son parte del survey del crucero
MARMESONET (2009), el cual forma parte del Programa de la Misión de Demostración de
Mármara, programa que es apoyado por la Red de Excelencia ESONET (European Seafloor
Observatory Network).
Los objetivos de este crucero, llevado a cabo por Géli et al., (2009), estuvieron relacionados,
principalmente, con el estudio de la relación entre los fluidos y la sismicidad a lo largo del sistema
de fallas del Mar de Marmara, y con llevar a cabo surveys como un estudio preliminar para una
posterior implementación de observatorios en el fondo marino del Mar de Mármara (esto último
mediante la red ESONET). Este survey se dividió en 2 partes: en la Etapa 1 (del 4 de noviembre
al 25 de noviembre de 2009) y en la Etapa 2 (del 28 de noviembre al 14 de diciembre de 2009).
En total se recolectaron 304 perfiles Chirp de alta-resolución (~2300 km) durante el crucero
Marmesonet (~1815 km durante la Etapa 1 y ~485 km durante la Etapa 2; la distribución de perfiles
se muestra a continuación, Tabla 2). La calidad de los datos Chirp es buena, especialmente en las
cuencas, donde la penetración es de unos 60-90 ms twtt (twtt: tiempo ida y vuelta). Casi toda la
zona de cizalla de Mármara se cubrió sistemáticamente con perfiles Chirp, esto, con el objetivo de
mejorar la geometría de fallas y el conocimiento de la distribución de gas (Géli et al., 2009; Tary,
2011).
La longitud de la señal Chirp es de 50 ms, el ancho de banda de frecuencia es de 1.8–5.3 kHz. La
cadencia de disparo depende de la profundidad del agua (con un mínimo de 1 disparo cada 800
ms). La penetración de las ondas en los sedimentos es de aproximadamente 50–70 ms twtt, y la
Tabla 2. Distribución de perfiles Chirp del crucero Marmesonet (2009) en las diferentes zonas del Mar
de Mármara. Triángulo rojo indica el set de datos relativo a este proyecto.
24
velocidad del barco es de 5 u 8 nudos (~9.3 a 14.8 km/hr) (Géli et al., 2009). Los archivos SU
(Seismic Unix) resultantes después del corte y la fusión (corte y fusión realizada para rechazar los
datos adquiridos en pendientes pronunciadas o durante el giro del barco; Géli et al., 2009) son con
los cuales se trabaja en este proyecto.
6.2 Datos Chirp: Cuenca Çınarcık
El set de datos relativo a este proyecto es el de la Cuenca Çınarcık (compuesto por 58 perfiles de
la Etapa 1 y 21 perfiles de la Etapa 2; Tabla 2), y los datos de navegación de estos. Los segmentos
relativos al survey Marmesonet en la Cuenca Çınarcık pueden observarse en la Fig. 12.
En los datos del crucero Marmesonet, se incluyen, además de lo mencionado anteriormente, mapas
que referencian la ubicación para cada perfil en la Cuenca Çınarcık; consisten en una línea sobre
una determinada parte del mapa de la cuenca con el segmento/perfil sísmico obtenido por el
crucero, y, junto a esta línea, el correspondiente número de rastreo (Trace Number; número
relativo a cierto disparo realizado en el survey) que relaciona un eje del perfil con la ubicación de
este. Un ejemplo de esto se puede observar a continuación en la Fig. 13. Para el ejemplo se usó
uno de los perfiles sísmicos a analizar de la Cuenca Çınarcık (Perfil P008).
N
Fig. 12. Mapa de los segmentos de los 79 perfiles sísmicos (líneas blancas) de la Etapa 1 y 2 del Crucero
Marmesonet (2009) (58 perfiles de la Etapa 1 y 21 perfiles de la Etapa 2. Los segmentos corresponden
al recorrido del survey del crucero en la Cuenca Çınarcık. Mapa general del Mar de Mármara (como
referencia de ubicación; parte superior derecha) tomado y modificado de Tary (2011).
25
6.3 Caracterización de presencia de gas
La Cuenca Çınarcık, al igual que las otras cuencas presentes en el Mar de Mármara, se caracteriza
por las numerosas presencias de gas en los sedimentos del fondo marino (Henry et al., 2002), esta
presencia de gas, con el set de datos del crucero Marmesonet, puede ser localizada de forma
A
B
Fig. 13. Ejemplo de set de datos. a) Perfil Chirp P008 (Cuenca Çınarcık). b) Mapa de ubicación del
segmento de survey sísmico registrado por el Crucero Marmesonet (2009 – Etapa 1) para el perfil
Chirp P008 (en recuadro superior derecho: ubicación general de segmento P008 en el mapa de la
Cuenca Çınarcık (ÇB).
P008
26
adecuada analizando de forma cualitativa los perfiles sísmicos. En adición, sabiendo que en
algunas ocasiones el análisis de los perfiles es poco preciso o genera incertidumbre, ya sea por la
calidad de los datos o por la dificultad de estos, es necesario clasificarlos en dos grupos según su
probabilidad (cualitativa) de presencia en los sedimentos.
En los perfiles de reflexión sísmica Chirp se muestran las zonas con presencia de gas como áreas
difusas con reflexiones incoherentes o como áreas con reflectores de alta amplitud, que también
indican la posible ubicación de actividad de gas (Fig. 14); lo anterior se debe a que el gas presente
en los sedimentos atenúa la energía acústica, limitando la penetración. Este efecto es denominado
“apantallamiento acústico”, o como se menciona anteriormente: “enmascaramiento acústico”,
efecto llamado en otros estudios como: gas blanking, acoustic turbidity, acoustic masking (García-
Gil, 1999).
Este proyecto tiene como uno de sus objetivos principales el mapeo de la distribución de las
diferentes presencias de gas en la Cuenca Çınarcık partiendo de perfiles sísmicos de alta-resolución
(perfiles Chirp), por lo tanto, es preciso previamente establecer la distinción (anteriormente
mencionada) de lo que se considera una alta-posibilidad de presencia de gas (que se denominará
presencia ‘casi-segura’ de gas) y una mediana-baja-posibilidad de presencia de gas (que se
denominará como presencia ‘probable’ de gas), esta distinción se muestra en las Fig. 14 y 15,
respectivamente. Los datos de evidencia de presencia de gas se encuentran en el Anexo 1.
Fig. 14. Perfil Chirp P005 obtenido por el Crucero Marmesonet (2009; Etapa 1) en la Cuenca Çınarcık.
El tiempo es del viaje ida y vuelta (twtt: two-way travel time). Como ejemplo, se indican las zonas de lo
que se considera una presencia de gas ‘casi-segura’ (flechas negras y rectángulos negros).
‘ ’
27
7. Resultados
7.1 Distribución de gases en la Cuenca Çınarcık
La primera parte de los resultados obtenidos consiste en el mapeo de la distribución de los gases
en la Cuenca Çınarcık, esto, partiendo de la distinción mostrada en el apartado anterior de lo que
se considera una presencia de gas ‘casi-segura’ y de lo que se considera ‘probable’ (es decir, de lo
que se considera una posibilidad alta de gas y de una posibilidad media-baja de gas,
respectivamente). Como se mencionó previamente, el análisis cualitativo de los perfiles sísmicos
de alta-resolución (Chirp) se realiza con el fin de identificar la presencia de gases en el área de
estudio; esto último, teniendo en cuenta los efectos de enmascaramiento/blanqueamiento que
causan los gases por reflexiones de alta amplitud; lo que implica pérdida fraccional de energía de
la onda y una posterior atenuación de esta. Atenuación que se evidencia en los registros sísmicos
de las unidades lito-estratigráficas sedimentarias adyacentes o suprayacentes al gas (Tary, 2011).
El mapeo de la distribución de gases se divide en tres partes: la primera corresponde al mapeo de
la distribución de gases con los datos de Etapa 1 del survey realizado por el crucero Marmesonet
(2009) (Fig. 16a); la segunda parte corresponde al mapeo de distribución de gases con los datos de
la Etapa 2 del survey (Fig. 16b), realizado pocos meses después del primero; y, por último, la
tercera parte consiste en un mapeo general, uniendo las dos partes anteriores (Etapa 1 y 2; Fig. 17).
Fig. 15. Perfil Chirp P001 obtenido por el Crucero Marmesonet (2009; Etapa 1) en la Cuenca Çınarcık.
El tiempo es del viaje ida y vuelta (twtt: two-way travel time). Como ejemplo, se indican las zonas de lo
que se considera una presencia de gas ‘probable’ (flechas negras y rectángulos negros).
Posible Enmascaramiento
sedimentario
P001
28
Fig. 16. Mapa de distribución espacial de los gases en los sedimentos la Cuenca Çınarcık, Mar de
Mármara, con las ubicaciones con presencia de gas ‘casi-seguras’ (puntos verdes) y ‘probables’
(puntos amarillos) de la Etapa 1 y 2 del survey realizado por el crucero Marmesonet (2009; Datos en
Anexo1) (figura a y b, respectivamente). Las líneas punteadas corresponden a la Falla de Anatolia del
Norte (también conocida como Falla Principal de Marmara; flechas indican mov. transformante).
Abreviaciones: KB, Cuenca Kumburgaz; CH, Central High; IB, Cuenca Imrali; ÇB, Cuenca Çinarcik.
A
B
29
Como se puede observar, en las figuras de la Etapa 1 (Fig. 16a) hay muchas más ubicaciones de
presencia de gas ‘casi-segura’ o ‘probable’ que en la Etapa 2 (Fig. 16b), y esto es únicamente
debido a que se realizaron más segmentos de survey (perfiles Chirp) en la primera etapa (Etapa 1
→ 58 perfiles; Etapa 2 → 21 perfiles). Los datos mapeados se encuentran en el Anexo 1.
En relación a la caracterización de la presencia de gas, es necesario mencionar que a diferencia de
otros autores estos datos se clasificaron cualitativamente en dos grupos: en presencia ‘casi-segura’
de gas y presencia ‘probable’ de gas, principalmente, debido a que al no tener un método
cuantitativo significativo para determinar la presencia de fluidos en los perfiles Chirp se debe
recurrir a un análisis cualitativo, que es apropiado, pero tiene sus desventajas. Al usar este tipo de
análisis, en algunos casos, se genera incertidumbre en la determinación de la presencia de gas por
la dificultad del perfil sísmico; dificultad que se debe a dos razones: la primera es por el tipo de
datos que se tiene (datos Chirp) y el tipo de presencia de gas que principalmente se quiere
identificar (contenido en gas de los en sedimentos), pues realizar un mapeo de presencia de gas
partiendo de este tipo de datos es más complejo que realizar el mapeo partiendo de datos obtenidos
de una forma más directa, como por ejemplo, datos obtenidos en inmersiones náuticas con
sumergibles de Géli et al. en 2008 (para principalmente chimeneas de gas). La segunda razón, es
Fig. 17. Mapa de distribución espacial de los gases en los sedimentos de la Cuenca Çınarcık, Mar de
Mármara con las ubicaciones con presencia de gas ‘casi-seguras’ y ‘probables’ (puntos verdes y
amarillos, respectivamente) de las Etapas 1 y 2 del survey realizado por el crucero Marmesonet (2009;
Datos en Anexo1). Las líneas punteadas corresponden a la Falla de Anatolia del Norte (mov.
transformante). Abreviaciones: KB, Cuenca Kumburgaz; CH, Central High; IB, Cuenca Imrali; ÇB,
Cuenca Çinarcik.
30
relativa al error en los datos, este método es sensible a los errores (tanto en adquisición de datos
como en el procesamiento de estos), lo cual complica en algunas ocasiones el análisis de los
perfiles sísmicos. Sin embargo, como se mencionó con anterioridad, los resultados fueron los
esperados pues coinciden con los modelos y mapeos realizados en otras investigaciones.
7.2 Atenuación sísmica
7.2.1 Trazas individuales
Para la estimación del coeficiente de atenuación sísmica es necesario tener en cuenta que la
atenuación consiste en la pérdida fraccional de energía de la onda sísmica, y que la atenuación es
proporcional al recorrido de dicha onda a través el gas. Teniendo en cuenta lo anterior, partiendo
de perfiles sísmicos de alta-resolución (Chirp) de la Cuenca Çınarcık y usando el método de
disminución de la amplitud con la profundidad (Amplitude Decay) fue posible estimar este
coeficiente de pérdida de potencia por unidad de tiempo (dB/s).
El proceso realizado para llegar a obtener una estimación del coeficiente de atenuación se dividió
en varias partes. La primera parte consistió en la caracterización de la presencia de gas en los
sedimentos (ya explicada previamente en la primera parte de los resultados), esto con el fin de
identificar las trazas sísmicas a partir de las cuales, después se realizaría el respectivo análisis con
SU (Seismic Unix); la segunda parte del proceso consistió en elegir algunas de las trazas sísmicas
(4 trazas) correspondientes a las partes de los perfiles donde previamente se identificó presencia
gas ‘casi-segura’, y aislarlas del resto de trazas (cada traza se analizó en un rango de tiempo de
interés donde se evidenciara la atenuación sísmica; ejemplo: Fig. 19). Todo esto último se realizó
con el fin de posteriormente hallar la amplitud de dicha traza y poder identificar el decaimiento de
esta en función del tiempo (dB/s); decaimiento de amplitud debido a la pérdida fraccional de la
energía de la onda acústica-sísmica en presencia de gases (pérdida de energía de la onda = pérdida
de penetración = decaimiento de amplitud).
Por último, en la tercera parte se realizó el respectivo análisis de los datos de amplitud con el fin
de obtener la estimación del coeficiente de atenuación en relación a la amplitud de la reflexión del
suelo marino 𝐴0 (valor medido para cada traza según la amplitud registrada), y, con esto se realizó
una regresión lineal a los datos de amplitud de cada traza desde el suelo marino (es decir, sin tener
en cuenta los datos registrados de la columna de agua) para obtener el valor de la estimación del
coeficiente de atenuación debido a presencia de gases en sedimentos de la Cuenca Çınarcık. Es
necesario aclarar que la estimación del coeficiente se termina por obtener promediando cada
coeficiente obtenido en el análisis de amplitud de cada una de las 4 trazas.
A continuación, se ilustra el proceso mencionado para una de las trazas (P003 – Traza 29161), y
los resultados obtenidos para cada una de las demás trazas sísmicas. En primer lugar, como se
mencionó previamente, se seleccionó una traza sísmica en la que se identificara este decaimiento
31
de la amplitud por presencia de gases. En la Fig. 18 se ilustra el proceso de selección/aislamiento
de la traza en el perfil sísmico.
Posteriormente, se obtuvo la amplitud de la señal de dicha traza sísmica en escala logarítmica para
así poder identificar el decaimiento de la amplitud (en el dominio del tiempo) debida a la pérdida
fraccional de la energía de la onda (Fig. 19); la atenuación se describe como el decaimiento de la
amplitud de una onda con la distancia, lo cual es visible en el espectro de la frecuencia como un
decaimiento logarítmico en función del tiempo. Una escala logarítmica garantiza que cualquier
Fig. 18. a) Perfil Chirp P003 obtenido por el Crucero Marmesonet (2009; Etapa 1) en la Cuenca
Çınarcık. El tiempo es del viaje ida y vuelta (twtt: two-way travel time). La presencia ‘probable’ y ‘casi-
segura’ de gas se indica con flechas negras. La flecha verde representa una de las trazas (P003 – Traza
29161) escogidas para el análisis de la amplitud. b) Indica el registro de la amplitud con respecto al
tiempo de la traza 29161 del perfil P003. Los datos de evidencia de gas se encuentran en Anexo 1.
P003
P003 – Trace 29161 B
A
32
disminución exponencial de amplitudes en función de la distancia y el tiempo, debidos a la
atenuación sísmica, parezca lineal si los sedimentos tienen un coeficiente de atenuación uniforme
(Mitchell et al., 2019). Además, es preciso mencionar que la estimación del coeficiente de
atenuación se realizó en relación al valor de amplitud de reflexión del suelo marino (𝐴0) (flecha
azul; Fig. 19); es necesario un valor de reflexión de referencia para la obtención de la señal en
decibeles); en base a esto se calculó el coeficiente de atenuación, con la siguiente fórmula →
(20Log10(A) − 20Log10(A0))/(tA − tA0). Donde A es la amplitud de la traza sísmica, A0 la
amplitud de la reflexión del fondo marino (tA y tA0 los tiempos de viaje ida y vuelta para estas
amplitudes, respectivamente). A cada traza se le realizó una regresión lineal de los datos
(despreciando los datos de la columna de agua) para a partir de esta hallar la estimación coeficiente
de atenuación debido a la presencia de gases (valor promediado de los resultados de 4 trazas); lo
anterior se muestra en las Fig. 19, 21 y 22 para cada una de las 4 trazas sísmicas analizadas.
Fig. 19. Amplitud de traza sísmica en escala logarítmica (perfil P003 - Traza 29161) en relación a la
amplitud de la reflexión del suelo marino. Se incluye la línea de tendencia correspondiente a la
regresión lineal de los datos (línea verde punteada). La flecha negra indica las señales bajas, las cuales
corresponden a la columna de agua (estos datos no se tienen en cuenta al momento de hacer la
regresión lineal). La flecha azul indica el fondo marino del cual se obtuvo el valor de amplitud de la
reflexión del fondo marino (𝐴0).
Fondo
marino
Columna
de agua
P003 – Traza 29161
Coeficiente de atenuación estimado: −246 dB s⁄
33
Fig. 20. Amplitud de traza sísmica en escala logarítmica (perfil P001 - a) Traza 10362 y b) 13984) en
relación a la amplitud de la reflexión del suelo marino. Se incluye la línea de tendencia correspondiente
a la regresión lineal de los datos (línea verde punteada). La flecha negra indica las señales bajas, las
cuales corresponden a la columna de agua (estos datos no se tienen en cuenta al momento de hacer la
regresión lineal). La flecha azul indica el fondo marino del cual se obtuvo el valor de amplitud de la
reflexión del fondo marino (𝐴0).
P001 – Traza 13984 Columna de
agua
Fondo
marino B
Fondo
marino
Columna de
agua
P001 – Traza 10362
A
Coeficiente de atenuación estimado: −200 dB s⁄
Coeficiente de atenuación estimado: −308 dB s⁄
34
En estas gráficas de amplitud de la traza sísmica (en escala logarítmica) vs tiempo de ida y vuelta
de la onda se puede observar, en los valores posteriores a donde se registra el primer valor de
amplitud del fondo marino, que, por lo general, a este valor le preceden dos pendientes diferentes
(diferente ángulo de inclinación); con la primera de estas es con la cual se realiza la regresión lineal
de los datos, pues esta es la que corresponde a el decaimiento de amplitud debido a la pérdida
fraccional de la energía de la onda acústica-sísmica en presencia de gases (línea verde puntuada
de la Fig. 19, 20 y 21). La segunda pendiente (línea roja punteada en la Fig. 21, sólo como ejemplo
para esta explicación), se debe a la pérdida fraccional de la energía de la onda sísmica que no está
asociada a la presencia de gases, sino a factores externos (atenuación intrínseca y atenuación por
dispersión).
De los resultados de las regresiones lineales (línea verde punteada; Fig. 19, 20 y 21) ajustada a los
datos, a partir de 4 trazas, se obtuvo un valor estimado promedio de la atenuación de las ondas de
−𝟐𝟕𝟕 𝒅𝑩 𝒔⁄ (unidades 𝑑𝐵 𝑠⁄ debido a la regresión realizada).
Fig. 21. Amplitud de traza sísmica en escala logarítmica (perfil P016at – Traza 1360 ) en relación a la
amplitud de la reflexión del suelo marino. Se incluye la línea de tendencia correspondiente a la
regresión lineal de los datos (línea verde punteada), y se incluye la línea de tendencia de la atenuación
no-asociada a la presencia de gases (línea roja punteada). La flecha negra indica las señales bajas, las
cuales corresponden a la columna de agua (estos datos no se tienen en cuenta al momento de hacer la
regresión lineal). La flecha azul indica el fondo marino del cual se obtuvo el valor de amplitud de la
reflexión del fondo marino (𝐴0).
Columna de
agua P016at – Traza 1360
Fondo
marino
Coeficiente de atenuación estimado: −357 dB s⁄
35
En contraste a los resultados obtenidos previamente, utilizando el mismo proceso realizado para
las trazas (con presencia de gases) de los perfiles anteriores, se realizó el cálculo de la atenuación,
pero esta vez para una traza sísmica sin presencia de gases; esto último, para observar y
documentar, la diferencia de resultados que se obtienen al realizar este proceso en trazas sísmicas
de perfiles sin presencia de gas.
A
P010
Traza 21396
Fig. 22. a) Perfil Chirp P010 obtenido por el Crucero Marmesonet (2009; Etapa 1) en la Cuenca
Çınarcık, se indica la raza escogida (traza 21396). El tiempo es del viaje ida y vuelta (twtt: two-way
travel time). b) Amplitud de traza sísmica en escala logarítmica (perfil P010 – Traza 21396 ) en relación
a la amplitud de la reflexión del suelo marino. Se incluye la línea de tendencia de la atenuación no-
asociada a la presencia de gases (línea roja punteada). La flecha negra indica las señales bajas, las
cuales corresponden a la columna de agua. La flecha azul indica el fondo marino del cual se obtuvo el
valor de amplitud de la reflexión del fondo marino (𝐴0).
Columna
de agua
Fondo
marino
P010 – Traza 21396
B
36
Como se puede observar en la Fig. 22, para una traza sísmica sin presencia de gases sólo
predominará, posterior al registro de amplitud del lecho marino, una línea de tendencia (línea roja
punteada; Fig. 22); es decir, en trazas donde no hay presencia de gases no se podrán observar dos
líneas de tendencia como, en contraste, sí se evidencian en las figuras donde existe una presencia
de gas ‘probable’ o ‘casi segura’ (Fig. 19, 20, 21). Lo anterior, debido a que la línea de tendencia
que corresponde a la atenuación de las ondas por presencia de gas no existiría, pues, este grupo de
amplitudes, asociadas a la presencia de gas, de la cual esta se obtiene no se registrarían, pues no
hay presencia de estos. La línea de tendencia que se obtendría en casos donde no hay presencia de
gas es la correspondiente a la pérdida fraccional de la energía de la onda sísmica asociada a factores
externos (atenuación intrínseca y atenuación por dispersión).
7.2.2 Perfil de atenuación sísmica
Por último, utilizando un proceso similar al que se realizó anteriormente para hallar la estimación
del coeficiente de atenuación para una determinada traza sísmica, se realizó el cálculo de la
atenuación para un perfil completo de la Cuenca Çınarcık (Perfil P281t - Crucero Marmesonet -
Etapa 2; Ubicación: Fig. 23).
P281t
Fig. 23. Mapa de ubicación del segmento de survey sísmico registrado por el Crucero Marmesonet
(2009 - Etapa 2) para el perfil Chirp P281t (en recuadro superior izquierdo: ubicación general del
segmento P281t en el mapa de la Cuenca Çınarcık (ÇB).
37
Este proceso se realizó en MATLAB utilizando la herramienta Segymat Toolbox; herramienta
necesaria para llevar a cabo este procedimiento de estimación de la atenuación sísmica para un
perfil completo (Perfil P281t).
Para la obtención del perfil de atenuación del perfil sísmico P281t se tuvo en cuenta, al igual que
antes, los valores de amplitud de reflexión del fondo marino (línea roja Fig. 24), pues como se
mencionó con anterioridad es necesario un valor de reflexión de referencia para la obtención de la
señal en decibeles. En la Fig. 24 se muestra una línea roja con puntos que sigue la batimetría de la
cuenca, la cual corresponde a los valores de reflexión del fondo marino seleccionados para el
cálculo de la atenuación en este perfil.
A partir de lo anterior, se obtuvo la amplitud de la señal de dicho perfil sísmico en decibeles (escala
logarítmica), para así poder identificar el decaimiento de la amplitud (en el dominio del tiempo)
debida a la pérdida fraccional de la energía de la onda.
Para la obtención de las amplitudes de la señal (en decibeles vs tiempo) del perfil se tuvo en cuenta
solamente los valores donde la señal registrada es significativa/relevante, y se despreciaron los
valores donde la señal decae o es nula, ya que haciendo esto se desprecia la señal ‘muerta’ por
pérdida de penetración causada por atenuación intrínseca, teniendo así en cuenta únicamente la
P281t
Fig. 24. Perfil Chirp P281t obtenido por el Crucero Marmesonet (2009; Etapa 2) en la Cuenca
Çınarcık. La línea roja corresponde a los valores de amplitud de reflexión del fondo marino. El tiempo
es del viaje ida y vuelta de las ondas.
38
señal atenuada o ‘muerta’ por presencia de gases y por pendientes presentes en el fondo marino
(Fig. 25); en otras palabras, se realizó una ventana de tiempo (de 0.06 s; líneas verdes Fig. 25)
constante para calcular la atenuación del perfil completo, y así sólo se tuvo en cuenta el rango de
valores donde se tiene estratificación (en donde la estratificación se vuelve difusa/nula es donde la
señal decayó y no se tuvo registro).
Como resultado final se obtuvo el perfil de atenuación (en dB/s vs Número de traza) para el perfil
P281t. Habiendo despreciado el señal muerta por atenuación intrínseca con la ventana de tiempo
de 0.06 segundos (Fig. 25), se tiene que las anomalías registradas en el perfil de atenuación son
causadas principalmente por dos factores (despreciando también errores en la toma de datos): por
presencia de gases y por presencia de pendientes en fondo marino. Es posible asociar los dos
factores, mencionados anteriormente, a determinadas amplitudes anómalas del perfil atenuación;
B
A A
B
Fig. 25. Perfil sísmico Chirp P281t de la Cuenca Çınarcık (Ubicación: Fig. 23). La línea verde
corresponde al límite superior de la ventana de tiempo donde se realizó el cálculo del perfil de
atenuación (límite definido por fondo marino). Línea verde punteada corresponde al límite inferior de
la ventana de tiempo (ventana de tiempo de 0.06 s). El tiempo es del viaje ida y vuelta de las ondas. Las
líneas negras punteadas corresponden la correlación entre las irregularidades del relieve del fondo
marino/blanqueamientos sedimentarios con el perfil de atenuación obtenido (mostrado en la parte
superior de la figura; en dB/s vs. Número traza). Letra A: Atenuación causada por
pendientes/irregularidades del fondo marino; letra B: atenuación causada por presencia de gases en
dichos sedimentos de la Cuenca Çınarcık; letra C: segmento de bajo índice de atenuación.
C
39
correlacionando el perfil sísmico con el perfil de atenuación obtenido se puede inferir cuáles de
dichas amplitudes corresponden a una atenuación por presencia de gases.
En la Fig. 25 se puede observar el resultado del análisis de correlación entre las amplitudes
obtenidas de atenuación sísmica y las estructuras/blanqueamientos presentes en el perfil sísmico
P281t. Las amplitudes ‘A’ corresponden a aquellas amplitudes anómalas causadas por
relieves/pendientes en el fondo marino de la cuenca, y las amplitudes B, las de principal interés,
corresponden a aquellas amplitudes anómalas producto de una atenuación de las ondas por gases
adyacentes a los sedimentos estratificados que (en el perfil sísmico Chirp) se encuentran
‘blanqueados’ o ’enmascarados’.
Por último, con el objetivo de contrastar los diferentes resultados obtenidos, en la Fig. 25 se señaló
un segmento (segmento ‘C’) en el cual el índice de atenuación de las ondas es bajo (ausencia de
amplitudes de atenuación significativas), esto, debido a que en dicho segmento de sedimentos no
hay presencia de gases, ni se presentan irregularidades en el relieve del fondo marino que puedan
generar anomalías.
8. Discusión y conclusiones
8.1 Distribución de gases en la Cuenca Çınarcık
De los resultados obtenidos relativos al mapeo de la distribución de gas en los sedimentos de la
Cuenca Çınarcık, partiendo de los datos del survey de sísmica de alta-resolución registrado por el
crucero Marmesonet (2009), principalmente, se puede notar que, aunque toda la cuenca (en
general) fue analizada por el crucero, la presencia de gases predomina en la parte suroriental de la
cuenca. Esto es debido a que, en esta zona existen escarpes de fallas submarinas asociadas a la
presencia de gases (Fig. 8) (Grall et al., 2012), y también debido a que se encuentra cerca la
influencia de Falla de Anatolia del Norte. Esta relación entre las fallas observadas al suroriente de
la Cuenca Çınarcık (Fig. 8) y la distribución de fluidos mapeada (Fig. 17) soporta la hipótesis de
que las zonas falla activas desempeñan un papel fundamental en la ventilación de gas hacia la
superficie, ya sea reactivando vías de migración de fluidos o aumentando la emisividad de gas
(Henry et al., 2002; Armijo et al., 2005; Zitter et al., 2008). Las fallas, como se ha observado en
otras investigaciones, no tienen que ser de exclusivamente de compresión, pues fallas de con un
componente transformante (como la Falla de Anatolia del Norte) también están involucradas en la
expulsión de fluidos profundos (Zitter et al., 2006, 2008). Otro aspecto importante por mencionar
es la relación de las fallas (como vía de migración principal para los gases) y la composición
química de los fluidos; Zitter et al. (2008) observó que las interacciones a profundidad entre los
fluidos y los sedimentos afectan la química del fluido, pues en el momento de ascenso del gas por
los conductos sedimentarios pueden darse reacciones químicas entre los dos. Esto es importante
debido a que la composición química de los fluidos expulsados refleja no solo su origen, sino
también los procesos en los que se vio involucrado el gas durante su ascenso (Zitter et al., 2008).
40
Las fallas y ventilación de fluidos, a su vez tienen una relación significativa con los eventos
sísmicos, pues estos pueden generar o reactivar fallas estructurales (Géli et al. 2008). Un ejemplo
de esta relación entre eventos sísmicos, fallas y ventilación de fluidos se observó en el Golfo de
İzmit cuando la intensidad de las emisiones de metano aumentó después del terremoto de İzmit (o
Gölcük) en 1999 (Bayrakci et al., 2014). En general, este aumento en la intensidad de las emisiones
de gas puede darse debido a una serie de rompimientos producidos por determinada actividad
sísmica y la liberación de energía asociada a esta. Específicamente este aumento (o generación) de
intensidad de las emisiones de gas (en este caso metano) puede deberse a diferentes factores,
factores hipotéticos como, por ejemplo: que estos eventos sísmicos hayan reabierto fallas que
liberaron parte del gas que antes se encontraba confinado a determinada profundidad, o que estos
eventos hayan generado a un aumento del área transversal del conducto por el cual suele migrar
un determinado fluido.
Adicionalmente, es posible contrastar los resultados obtenidos con los de otros estudios (que usan
otros métodos de análisis), realizados en la últimas décadas, también enfocados en las emisiones
de gas del Mar de Mármara. Por ejemplo, el estudio realizado por Dupré et al. (2015) acerca de
los controles tectónicos y sedimentarios sobre las emisiones de gas de a partir de imágenes de
ecosonda multihaz; el estudio realizado por Bayrakci et al. (2014) con el módulo Bubble
Observatory (BOB; Fig. 9) acerca de las variaciones temporales de las emisiones de gas; el estudio
realizado por Géli et al. (2008) que investiga la emisión de gases usando técnicas acústicas e
inmersiones con un sumergible; entre otros estudios como los realizados por Tary et al. (2011) y
Grall et al. (2018). Contrastando los resultados de estas investigaciones, relativas a la localización
de gas en los sedimentos del Mar de Mármara, con los obtenidos en este proyecto, se puede
mencionar que los resultados obtenidos de la distribución de gas en los sedimentos la Cuenca
Çınarcık son acertados. Esto último, debido a que en los mapas (Fig.18-19) se puede observar de
forma clara que los puntos predominan en una determinada zona (parte suroriental de la cuenca)
donde los otros estudios también han descrito dicha presencia gas, ya sea por emisiones, por
localización de hidratos (como Bourry et al. en 2009) o por gas contenido en los sedimentos.
Por último, de acuerdo a los perfiles sísmicos analizados y los datos obtenidos del survey del
Crucero Marmesonet - 2009 (Anexo 1), es importante mencionar que fue posible observar, de estos
resultados, que la presencia de gas en la cuenca tendría una profundidad aproximada de 20 – 40m,
profundidad medida desde el fondo marino. Lo anterior se obtuvo tomando los tiempos (dados en
ida y vuelta del viaje de la onda) a los cuales se registran las anomalías de ‘blanqueamiento/
enmascaramiento’ en los sedimentos de los perfiles sísmicos, y realizando el cálculo de
equivalencia a profundidad de estos tiempos; la velocidad que se asume para esta conversión es la
del sonido en agua salada (1500 m s⁄ ), ya que mayormente viaja a través de este medio.
41
8.2 Atenuación Sísmica
El análisis de la atenuación sísmica producida por la presencia de gases en los sedimentos tuvo
como objetivo la estimación del coeficiente de atenuación. La selección de la traza a la cual se le
realiza el análisis de amplitud es esencial al momento de calcular este coeficiente, pues, de no ser
una traza relacionada con la atenuación producida por la presencia de gases, se tendrá un
coeficiente de decaimiento de la amplitud más bajo, y relacionado a otros factores de dispersión
anteriormente mencionados o a presencia de irregularidades en el relieve de la cuenca (Fig. 11).
Un ejemplo de esto se encuentra en la Fig. 22 en donde se realizó el análisis de atenuación para
una traza en la cual no hay registro de presencia de gases; de los resultados obtenidos fue posible
observar que la línea de tendencia que corresponde a una atenuación de las ondas por presencia de
gas en los sedimentos no existiría.
Además de lo anterior, es necesario hacer el cálculo de atenuación en un rango de valores de
interés, en este caso, en función del tiempo. Es decir, en la primera parte de los resultados de
atenuación, no se realizó el cálculo para toda la traza, sino que se realizó para un área o rango de
valores de interés lo suficientemente largo en tiempo como para que fuera posible observar el
comportamiento de las amplitudes antes del fondo/lecho marino, después del mismo, y después de
la zona atenuada por presencia de gas. Un proceso similar se realizó para el cálculo de la atenuación
del perfil completo, sino que, en este, se realizó el cálculo de atenuación para una ventana de
tiempo (de 0.06 segundos). De este rango de valores a analizar fue posible concluir que,
efectivamente, la ventana de tiempo sirvió para suavizar (o eliminar) las amplitudes
correspondientes a una atenuación intrínseca de la ondas, realzando así las amplitudes de interés
relacionadas con gases adyacentes a los sedimentos. Lo mencionado anteriormente se puede
observar en la Fig. 25, en la cual se evidencia en el segmento ‘B’ que los valores de amplitud (los
de −300 dB/s~) registrados que contrastan significantemente de los demás están asociados a
presencia de gas en los sedimentos. En contraste, también se evidenció en la Fig. 25, en el
segmento ‘C’, que en zonas donde no hay presencia de gases o irregularidades en la topografía de
la cuenca no hay registros de amplitudes anómalas.
Se usó el método de Amplitude Decay para estimar un coeficiente de atenuación por presencia de
gases, el cual dio un valor −277 dB s⁄ (valor estimado promedio de los resultados obtenidos para
4 trazas sísmicas). Como se mencionó con anterioridad, en este método este coeficiente no sólo
depende de la atenuación producida por gases (mayormente metano en este caso), sino que también
tiene en cuenta otros factores de dispersión de las ondas, sin embargo, siendo la presencia de gases
el factor principal de atenuación en este caso no deja de ser un buen método para calcularlo. Por
otra parte, en el cálculo de la atenuación para un perfil completo, se pudo disminuir el error de la
estimación del coeficiente con la ventana de tiempo; el valor asociado a presencia de gases
obtenido en este caso varía de −200 a − 350 dB/s (Fig. 25), rango, el cual es coherente con el
valor de −277 dB/s hallado en los procedimientos de aislamiento y análisis de trazas individuales.
42
Comparando este resultado con el obtenido por Mitchell et al. (2019) se puede decir que, para los
dos procedimientos de estimación/cálculo de coeficiente de atenuación (por presencia gases)
realizados, se obtuvo un coeficiente acertado. Lo anterior, debido a que se obtiene un valor de
orden de magnitud coherente asociado a la pérdida fraccional de energía de la onda.
Por otra parte, cabe mencionar las aplicaciones de este hallazgo; este coeficiente estimado para la
caracterización de reservorios de gas no sólo tiene validez en los sedimentos de la Cuenca Çınarcık
en el mar de Mármara, sino que es una aproximación o valor de referencia útil para próximas
investigaciones que pretendan estudiar la presencia de hidrocarburos en sedimentos estratificados
por medio perfiles sísmicos Chirp (más que todo en países como Colombia los cuales no están tan
familiarizados con estos métodos de investigación). En adición, es importante mencionar que la
importancia de este valor obtenido yace en que podría ser útil como valor de referencia para
discriminar entre la presencia o ausencia de gases-hidrocarburos; pues, el coeficiente/valor de
atenuación para gases contenidos en sedimentos sería significativamente diferente a los esperados
para, por ejemplo, una roca porosa con agua. Lo anterior tiene sentido, considerando que la
disminución o la pérdida fraccional de la energía de la onda tiene una estrecha relación con la
distancia recorrida o tiempo de viaje/residencia en cierto medio de propagación. Con lo cual, un
medio de propagación diferente significaría un coeficiente/valor de atenuación diferente.
Finalizando, se pretende que la metodología empleada y los resultados obtenidos de la misma
funcionen como referencia para una apropiada distinción entre una atenuación por presencia de
gases-hidrocarburos en sedimentos y una atenuación debida a otro tipo de factores/condiciones.
43
A. Anexo1. Datos de evidencias de gas en la Cuenca Çınarcık
(Localización/grado de confianza de presencia de gas)
Evidencias de gas - Cuenca Çinarcik (Crucero Marmesonet - Etapa 1)
Perfil
Chirp
Número
traza
Latitud
(Norte)
Longitud
(Este)
Profundidad de
anomalía (desde el
nivel del mar)
(ms; ida y vuelta)
Presencia de gas -
Confianza
(verde: 'segura'
/amarillo: probable)
P001 10380 40.7606056 28.9892944 1648
P001 11720 40.7477444 29.0261778 1670
P001 13635 40.7293750 29.0779111 1673
P001 13990 40.7258250 29.0877806 1660
P001 14995 40.7160389 29.1157917 1658
P002t 22960 40.7469722 29.008550 1645
P002t 22280 40.7390028 29.0310972 1668
P002t 20920 40.7243028 29.0729833 1670
P002t 20815 40.7233556 29.0757639 1650
P002t 20475 40.7203694 29.0840389 1632
P002t 19705 40.7136083 29.1033028 1642
P002t 19470 40.7115583 29.1092083 1675
P002t 18825 40.7067250 29.123975 1668
P002t 18460 40.7037667 29.1325639 1658
P003 27720 40.7218083 29.0607806 1620
P003 28320 40.7153361 29.0792333 1660
P003 26480 40.7359278 29.0205583 1640
P003 27170 40.7272333 29.0454806 1622
P003 27480 40.7245000 29.0531028 1624
P003 28690 40.7110861 29.0913861 1642
P003 29150 40.7054361 29.1074556 1632
P003 29320 40.7046861 29.1095861 1656
P003 29750 40.7009306 29.1205639 1637
P004t 32760 40.6990556 29.1053944 1610
P004t 34595 40.7211639 29.0431000 1605
P004t 34130 40.7158139 29.0589194 1628
P005 39250 40.7294722 29.0681056 1660
P005 38210 40.7457417 29.0087972 1647
P005 38525 40.7414250 29.0269944 1642
P005 39750 40.7242000 29.0879667 1658
P007b 3930 40.7421472 28.9682111 1638
44
P008 9040 40.7203889 29.1225389 1647
P008 9960 40.7095000 29.1531500 1680
P009t 15600 40.7557583 29.0419306 1660
P009t 15980 40.7599806 29.0296639 1692
P009t 15510 40.7547750 29.0448583 1662
P009t 15155 40.7509083 29.0564111 1697
P009t 14200 40.7395750 29.0873333 1728
P009t 12880 40.7239944 29.1309861 1705
P010 23600 40.7191444 29.1635611 1682
P012a 33400 40.7719556 29.0066833 1670
P012a 35025 40.7297111 29.0771083 1670
P016at 1480 40.7192806 29.0441278 1620
P016at 1350 40.7194056 29.0512889 1632
P016at 710 40.7199028 29.0848278 1640
P016at 605 40.7199861 29.0898833 1630
P016at 380 40.7201167 29.1002528 1650
P016at 110 40.7202389 29.1115028 1665
P021 7705 40.7086667 29.1567472 1660
P042bt 160 40.8446139 28.9313361 1622
P042bt 60 40.8428278 28.9340056 1650
P043 7460 40.7419861 29.1553417 1760
P043 7160 40.7470056 29.142225 1725
P044t 9010 40.7184667 29.1625417 1678
P074a 4325 40.7923444 28.8266917 1582
P074a 4935 40.8136972 28.8330333 1560
P074a 5015 40.8164778 28.8337972 1560
P075 5780 40.7765361 28.7946778 1547
P085t 1135 40.7950694 28.8123556 1560
P178 1390 40.7691944 29.0994972 1672
P233c 52245 40.7076861 29.1041639 1627
P233c 52445 40.7086667 29.1128528 1670
P244b 53630 40.7582139 28.8834833 1617
P244b 53820 40.7623972 28.8831889 1617
45
Evidencias de gas - Cuenca Çınarcık (Crucero Marmesonet - Etapa 2)
Perfil
Chirp
Número
traza
Latitud
(Norte)
Longitud
(Este)
Profundidad de
anomalía (desde el
nivel del mar)
(ms; ida y vuelta)
Confidence
(green: sure /yellow:
probable)
P279 355 40.7213639 29.1177194 1685
P279 460 40.7187028 29.1211222 1682
P279 945 40.7057389 29.1363639 1657
P280 2730 40.7193028 29.1682972 1685
P281t 3540 40.6976167 29.1008444 1608
P281t 3470 40.6987972 29.1018667 1605
P281t 3290 40.7019778 29.1042583 1620
P281t 3135 40.7048000 29.1063333 1650
P281t 3060 40.7062167 29.1074750 1630
P281t 2730 40.7122889 29.1123944 1630
P281t 2660 40.7135778 29.1134500 1650
P281t 2350 40.7190139 29.1184056 1680
P281t 2165 40.7222444 29.1214917 1660
P282 940 40.7182972 29.0828000 1636
P282 1020 40.7200639 29.0841333 1632
P282 1500 40.7297444 29.0918417 1655
P282 1830 40.7360583 29.0973889 1702
P284t 1940 40.7142694 29.1487417 1670
P285 890 40.6934861 29.1005639 1594
P285 1110 40.6996139 29.1047889 1618
P285 1155 40.7008889 29.1055389 1619
P285 1240 40.7033000 29.1070056 1616
P286 1542 40.7118833 29.1118111 1632
P285 1580 40.7128139 29.1123583 1650
P285 1895 40.7193889 29.116275 1665
P286t 1420 40.7251000 29.0732000 1638
P286t 1245 40.7250417 29.0814000 1630
P286t 1090 40.7250028 29.0885583 1660
P286t 950 40.7250611 29.0946694 1665
P286t 550 40.7252333 29.1079917 1675
46
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