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Resultados preliminares en la caracterización geométrica 3D deun litosoma arenoso de progradación deltaica mediante

georadar (GPR) (Fm. Arenisca de Roda, Eoceno, Cuenca deGraus-Tremp).

Preliminary results on the 3D geometric characterisation of a prograding delta-front sandbody with GPR (Rodasandstone, Eocene, Graus-Tremp basin)

M. Coll (1), M. López-Blanco (2) y A. Marcuello (1)

Grup de Geodinàmica i Anàlisi de Conques.(1) Departament de Geodinàmica i Geofísica(2) Departament d’Estratigrafia, Paleontologia i Geociències marines C. Martí Franquès s/n, Facultat de Geologia, Universitat de Barcelona,08028 Barcelona,miquelcoll@ub.edu, m.lopezblanco@ub.edu, alex.marcuello@ub.edu

ABSTRACT

A set of GPR profiles have been recorded in order to determine the 3D geometry of a prograding delta-frontsandbody (Roda sandstone formation, Eocene, Graus-Tremp basin). Common Mid Points (CMP) also havebeen recorded to obtain the velocity of the electromagnetic wave in ground. In order to build the topsurface of a 3D prism a set of topographic points have been acquired. Most of the GPR profiles are orientedparallel to the progradation direction (NNE-SSW) and show the expected geometries. The 3D prism hasbeen built from the individual profiles, which shows the three dimensional geometry of the sandy lithosome.

Key words: GPR, deltas, progradation, 3D geometry, topography

Geogaceta, 41 (2007), 51-54ISSN: 0213683X

Introducción

El georadar o GPR (GroundPenetrating Radar) es una técnicageofísica que permite estudios de altaresolución del subsuelo, como puedeser el caso de la caracterización de me-dios sedimentar ios . Los modelosestratigráficos resultantes de las inter-pretaciones de GPR han sido valiosospara l a exp lorac ión geof í s ica ygeológica en la minería y en la indus-tria del petróleo y gas (Szerbiak et al.,2001). Con estos antecedentes se deci-dió aplicar esta técnica en la Fm. are-nisca de Roda para determinar la es-tructura interna tridimensional de es-tos cuerpos sedimentarios.

Situación Geológica

La arenisca de Roda es un com-plejo deltaico influenciado por lasmareas, de edad Ypresiense (López-Blanco, 1996 a y b, López-Blanco etal ., 2003) y que se localiza en el mar-gen norte de la cuenca de Graus-Tremp, una de las cuencas de «piggyback» formadas sobre las unidades

alóctonas surpi renaicas cent ra les(Figura 1). Dentro de dicho complejodeltaico se han diferenciado una se-

r i e d e c u ñ a s a r e n o s a s d e f r e n t edeltaico intercaladas entre margas deo ff s h o r e q u e r e p r e s e n t a n c i c l o s

Fig. 1.- Mapa geológico del nordeste de España donde se ha localizado la zona estudiada (estrella).

Fig. 1.- Geological map of the north-east of Spain where the studied area has been identified (star).

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transgresivo-regresivos de alta fre-cuencia (Fig. 2).

En el presente estudio se ha trabaja-do sobre el tramo regresivo de la uni-dad Z4, que consiste en un cuerpo are-noso de unos 11 metros de espesor , li-mitado a base y techo por unidadestransgresivas ricas en carbonatos deambientes de plataforma somera y mix-ta. La unidad estudiada está constituidapor areniscas de granulometría mediaque presentan geometr ías demegaforesets (métricos-decamétricos)que indican una clara progradación ha-cia el SSW, reflejando el avance delfrente deltaico hacia la cuenca. La basede la unidad estudiada es una superficiede «downlap» y el techo una truncaciónerosional (Fig. 3) que se corresponde

con una superficie de máxima regre-sión.

Metodología

Las medidas y perfiles de georadar serealizaron sobre una superficie estructuralde una área de unos 1500 m2 que se corres-ponde con la superficie de máxima regre-sión que limita a techo la unidad arenosade frente deltaico progradante estudiada(unidad Z4). Dicha superficie está ligera-mente inclinada hacia el SSE y está limita-da al Oeste por un valle encajado entre 5 y10 metros y al Este por una cuneta o zanjade unos pocos decímetros que la separa deuna pista forestal (Fig. 4).

Para la adquisición de los datos enel campo se ha utilizado un georadar

Fig. 4.- Mapa topográfico construido apar tir de los valores recogidos con la esta-ción total, donde se ha indicado la situación

de los datos de georadar.

Fig. 4.- Topographic map of the area, builtfrom data obtained by a total station. The

zone where GPR data have been acquired isidentified

Fig. 2.- Corte geológico de la Fm. arenisca de Roda (modificado de López-Blanco et al ., 2003)en el que se muestran las diferentes cuñas arenosas deltaicas y se indica la localización del

afloramiento estudiado.

Fig. 2.- Geological cross-section of the Roda sandstone Fm (modified from López-Blanco et al.,2003) where the different sand wedges are shown and the studied area has been located.

Fig. 3.- Panorámica que muestra la geometría progradacional hacia el SSW de la unidad estudiada. Las medidas de GPR se han realizado sobrela superficie de truncación superior.

Fig. 3.- Panoramic view showing the SSW progradational geometry of the studied unit. The GPR data have been acquired on the upper truncation surface.

modelo Pulse Ekko 100 de la empresaSensors and Software Inc., con antenasde 100, 50 y 25 MHz.

En primer lugar se registraron cin-co CMPs (Punto Medio Común) paradisponer de una estimación de la velo-cidad de la onda en el terreno y a partirde ésta obtener la escala vertical de losperfiles. En segundo lugar se realiza-

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ron dos perfiles de «common-offset»(distancia emisor-receptor constante)perpendiculares entre sí, según las di-recciones NNE-SSW y WNW-ESE,para determinar la configuración y laantena más adecuada en este estudio.Como resultado de este análisis previose decidió que la antena de 50 MHz yque la dirección de adquisición de losperfiles NNE-SSW con un paso de ma-lla de 0,4 metros eran las más adecua-das. En la elección de la frecuencia sellego a un compromiso entre la resolu-ción y el tiempo de adquisición. En ter-cer lugar , se adquirieron los perfilesmediante el modo paso a paso paraconstruir el volumen 3D. Finalmente,se procedió al posicionamiento de lospuntos medidos y el levantamiento to-pográfico mediante una estación totalLeika. En la figura 4 se puede observarel esquema de la adquisición.

Para el procesado de los datos se hautilizado el programa ReflexW. Lasprincipales etapas realizadas, que si-guen el esquema propuesto por Annan(1993), han sido: (1) el posicionamien-to de todas las trazas, la corrección deldesplazamiento DC «dewow», y elajuste del tiempo cero; (2) compensa-ción de la atenuación de las ondas enel suelo, aplicando a las trazas una fun-ción de ganancia con parte lineal yexponencial y un filtro pasobanda deltipo Butterworth; y (3) correccióntopográfica a partir de los datos obte-nidos con la estación total.

En algunos CMPs se observan unashipérbolas de velocidad de 0,3 m/ns,que corresponden a reflexiones de laonda aérea con objetos próximos.Como esta señal es muy energética,puede apantallar las reflexiones aso-ciadas a las estructuras del subsueloque tengan una amplitud menor queésta. Sin embargo, en algunos CMPs sepuede ver hipérbolas asociadas a es-tructuras del subsuelo, estimándosevelocidades de propagación entre 0,07y 0,08 m/ns. Además de ello, se han

Fig. 5.- Perfil WNW-ESE obtenido con las antenas de 100 MHz, donde se observan hipérbolas con velocidad 0,09 m/ns.

Fig. 5.- WNW-ESE profile obt ained with 100 MHz antennae where 0,09 m/ns hyperbolae can be distinguished.

ajustado algunas hipérbolas del terre-no en los perfiles de common offsetobteniendo unas velocidades aproxi-madas de 0,09 m/ns tal como se mues-tra en la figura 5.

En los radargramas (Fig. 6) se iden-tifican dos zonas con diferente ampli-tud. La superior muestra unos reflec-tores inclinados hacia el Sur y en lazona inferior, bajo unos reflectores pa-ralelos a la superficie topográfica, laamplitud decae y sólo se observa algu-nas re f lex iones hor izon ta lesdiscontinuas, estas últimas reflexionesno aparecen en el radargrama cuandolas antenas se giran 90 grados.

La construcción e interpretación3D se ha realizado con el softwareOpendTect, las dimensiones del rec-tángulo, a partir del que se ha construi-do el prisma 3D, son 48 m por 12 m.Esta imagen se ha construido a partirde los perfiles NNE-SSW. En el pris-ma se muestran los mismos resultadosque en los radargramas de la figura 6.Además de la ventaja de poder obser-var las estructuras en 3D podemos ob-tener perfiles virtuales en direcciónWNW-ESE con las antenas paralelasal perfil.

Interpretación de los resultados

Como etapa previa a la interpreta-ción 3D se ha realizado una interpreta-ción preliminar de las geometrías pre-sentes en los perfiles 2D. En la figura6 se muestra los radargramas NNE-SSW con su interpretación correspon-diente. En la parte alta de éstos, sepuede aprec ia r unos f o rese t sprogradando aparentemente hacia elSSW y en la parte baja, unos reflecto-res con continuidad lateral, con ciertopara le l i smo con la super f ic ietopográfica. El contacto entre la are-nisca y las unidades infrayacentes nose observa debido a que la señal delGPR parece atenuarse entre 4 y 5 me-tros, posiblemente debido a la presen-

cia de agua, tal como se detecta en unpozo cercano. En los perfiles perpendi-culares (WNW-ESE) se puede observarlos f o rese t s como ref lec toressubhorizontales, viendo así un buza-miento aparente en un corte casi para-lelo a la dirección de capa.

La interpretación del prisma 3D(Fig. 7), permite delinear todas las su-perficies de estratificación correspon-dientes con los foresets y así caracteri-zar tanto su geometría como su orien-tación en el espacio.

Además de estas superficies corres-pondientes a patrones estratigráficosclaros podemos observar que el reflec-tor muy continuo situado bajo losforesets tiene un buzamiento constantehacia el WSW, cuya interpretación es,por el momento, ambigua.

Conclusiones y futuros trabajos

El análisis realizado en la Fm. are-nisca de Roda muestra que las geome-trías observadas previamente en losafloramientos se puede seguir en elsubsuelo y nos permite obtener una vi-s ión 3D de las super f ic ies deprogradación, que es útil para un pos-te r io r aná l i s i s es t ra t ig rá f ico ysedimentológico. En un futuro se va areconstruir la geometría 3D de las su-perficies de progracion para obtener suorientación espacial y estudiar los con-tactos entre diferentes sub-unidades.También se tiene previsto realizar otroses tud ios ( tomograf ía e léc t r ica ,LIDAR) para una mejor reconstruccióndel afloramiento.

Agradecimientos

Este estudio ha sido financiado pore l p royec to MARES (CGL 2004-05816-C02-02), el «Grup Consolidatde Recerca de Geodinàmica i Anàliside Conques» (2005SGR00397).

Agradecemos a la empresa RepsolYPF por la Beca Pre-Doctoral que dis-

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fruta M. Coll, y a OpendTect la licen-cia universitaria para I+D.

Referencias

Annan, A. P. (1993)., Proceedings ofthe Second Government Workshopon Ground Penetrating Radar.

Bristow, C.S. y Pucillo, K. (2006). Se-dimentology , 53, 769-788.

López-Blanco, M. (1996a). Estratigra-fía secuencial de sistemas deltaicosde cuencas de antepaís: ejemplos deSant Llorenç del Munt, Montserrat yRoda (Paleógeno, Cuenca de ante-país surpirenaica). Tesis doctoral,Univ. de Barcelona, 238 p.

López-Blanco, M. (1996b). Acta Geo-lógica Hispánica, 31, 91-95 (Pub.1999).

López-Blanco, M., Marzo, M. y Mu-ñoz, J.A. (2003). Basin Research,15-1, 73-96.

Szerbiak, R.B., McMechan, G. A., Cor-beanu, R., Forster, C. y Snelgrove.S . H. (2001) . . Geophys ics , 6 6 ,4,1026-1037.

Fig. 7.- Prisma 3D que muestra las reflexiones procedentes del escarpe del oeste y de la cunetadel este. Por encima de estos se observan claramente en las reflexiones de los foresets progra-

dantes hacia el SSW.

Fig. 7.- 3D prism showing reflexions corresponding to the depressed areas to the East and Westof the studied area. Above those surfaces, reflexions corresponding to SSW-prograding foresets

can be clearly seen.

Fig. 6.- Perfiles 2D orientación NNE-SSW, realizados con antenas de 100, 50 y 25 MHz. A la izquierda, radargramas no interpretados. A la der e-cha, los mismos interpretados a partir de los reflector es en conjunto (siguiendo el modelo de Bristow y Pucillo, 2006).

Fig. 6.- Preliminary NNE-SSW profiles before 3D, carried out with 100, 50 and 25 MHz antennae. Left side, original radargrams. Right side theinterpreted section of them (following Bristow and Pucillo, 2006).