Bol. Soc. Geol. Mexicana, Tomo XXXVIII, No. 2, p18-31, Diciembre 1977.

Teoría de la Información en Potenciales Gravimétrico y Magnético del Campo Geotérmico del Cerro Prieto, Mexicali B.C., México

http://dx.doi.org/10.18268/BSGM1977v38n2a2

Luis Del Castillo G.* Alberto H. Comínguez G.*

*Instituto de Geofísica UNAM.

Resumen

El mecanismo de control en la tectónica de la zona Geotérmica de Cerro Prieto, Mexicali, B.C. Nortc, ha sido referida a procesos geodinámicos. Los filtros convencionales aplicados en esta investigación a los potenciales gravimétricos y magnéticos medidos muestran una mejor correlación con ciertos moddos simulados por otros autores. Los resultados indican un adelgazamiento de corteza asociado a zonas de alto flujo térmico, los cuales pueden ser de gran ayuda en la exploración de zonas adyacentes.

Introducción

Por razones de tipo económico, en 1971 la Universidad de Arizona realizó un vuelo aeromagnético para el entonces Instituto de Investigaciones de la Industna Eléctrica de la Comisión Federal de Electricidad, por recomendación del Departamento de Exploración del Instituto de Geofísica de la UNAM. En base a comunicaciones formales, los participantes en el acuerdo se concentrarían a reinterpretar, sin compromiso alguno, los datos geológico-geofísicos recolectados en esa ocasión en conjunto con otros de carácter afin, tanto de la CFE como los del Consejo de Recursos Naturales No Renovables (ahora Consejo de Recursos Minerales) de la Secretaría del Patrimonio Nacional y algunas otras universidades estadounidenses.

La experiencia indica que se puede obtener un mayor entendimiento de los mecanismos y aspectos estructurales en las zonas geotérmicas si se combinan aspectos geodinámicos detectables con técnicas y métodos geofísicos de exploracióEstos últimos ayudan a definir las estructuras locales de las zonas geotérmicas y en forma general, a conocer su extensión superficial. Sin embargo, un análisis profundo de los potenciales medidos ayuda también a discernir las características de bloques en relación a las hipótesis prevalecientes (Figura 2).

En este artículo se presentan los resultados de la compilación, digitalización y análisis de los vuelos aeromagnéticos realizados en la Zona de Mexicali (Figura 1) por Evans y Sumner (1972), así como algunas ideas de interés útiles para la interpretación de otras zonas geotérmicas bajo investigación en nuestro país y en conexión con algunos aspectos sobre las nuevas hipótesis de tectónica global (Del Castillo, 1976).

Figura 1. Localización del área en estudio.

Figura 2. Detalle de interacción entre placas según Morgan (1968).

Antecedentes

La CFE realizó varios estudios geológicos y geofísicos de las zonas geotérmicas en México entre 1960 y 1970 (Velazco y Martínez, 1963; Alonso y Mooser, 1964; González, 1968; Mercado, 1969;. Gómez Valle, 1969; García Durán, 1969; Molina B., 1969; Molina B. y Banwel, 1970), en los que se ha podido visualizar la aplicación de numerosas técnicas y muy diversas y variadas interpretaciones. Con los resultados geofísicos obtenidos a lo largo de varias zonas geotérmicas localizadas en, o cerca, del Eje Neovolcánico (Del Castillo G. et al., 1970; Del Castillo G. y Díez , 1970; García Durán, 1970; Del Castillo G. et al., 1972; Del Castillo G. y Sandoval, 1970) nació la idea de aplicar un tratamiento físico-matemático a los potenciales magnéticos y gravimétricos medidos en cada zona geotérmica investigada (Comínguez, 1972).

El procedimiento consiste en complementar el análisis interpretativo de los campos a base de filtros empleados en teoría de la comunicación (Wiener, 1949), mediante algoritmos diseñados para computadoras de alta velocidad. Este método ayuda a discriminar las tendencias de los potenciales en una forma más expedita y segura que la generalmente empleada a base de estadística (Affeck, 1963 y Cay 1972). Como es de todos conocido, las tendencias anómalas en geofísica tienen cierto significado en los lineamientos tectónicos, otorgando de esta manera una mejor interpretación tectonofísica en el caso de investigaciones regionales que impliquen la superposición de anomalías geofísicas a base de modelado para cuerpos o estructuras geológicas en dos y tres dimensiones (Comínguez y Del Castillo G., 1973).

Lineamientos geológico-geofísico en Cerro Prieto

Las áreas localizadas fuera de las tendencias geofísicas generales parecen no tener un adecuado ajuste isostático. Todas las áreas que se encuentran bajo compensación aparente están levantadas o poseen características volcánicas o térmicas, en contraste con aquellas áreas sobrecompensadas que corresponden a cuencas excepto la zona de la Sierra de Cucapás.

La gravedad en las zonas sedimentarias es menor que en otras estructuras de elevaciones similares y por eso se intuye que la corteza en las cuencas o depresiones puede corresponder también a depresiones o rebajes en el manto superior a profundidades que varían entre 5 y 50 km., dependiendo de la discontinuidad de Mohorovicic.

La geología y tectónica de la zona estudiada (Figura 1), en base a lo aportado por varios autores (Kovack et al., 1962; Velasco y Martínez 1963; Lomnitz et al., 1970; Evans et al., 1972; Elders et al.,1972), se pueden resumir en 3 puntos de interés:

1) El Valle de Mexicali-Imperial consiste de una cuenca de relleno con depósitos lacustres y deltáicos consistentes en arenas, areniscas y lutitas (Figura 3). La edad de esos depósitos varía de Terciario Superior a Cuaternario y descansan sobre rocas basales (plutónicas o metasedimentarias pre-Terciarias).

2) La región corresponde a una fosa tectónica dentro del sistema de fallas regional San Andrés en el que destacan numerosas fallas con deslizamiento al echado. Esto concuerda con los límites de las Placas Pacífico y Cocos en la porción occidental del territorio nacional (Figs. 2 y 4). Asimismo, la zona guarda una estrecha relación con el Golfo de California y los centros de dispersión aludidos por otros autores. Dichos centros son causados por compensación o crecimiento de corteza debida a zonas de propio desplazamiento y/o adelgazamiento y, en consecuencia, se trata de un sistema tectónico activo.

3) El sistema geotérmico se atribuye a una cámara magmática a profundidad como fuente térmica, cuya salida de vapor se facilita a través de fallas, es decir un sistema vulcano-térmico en el que se tiene un balance geohidrológico retroalimentado y balanceado hasta ahora (Figura 5).

Figura 3a. Geología y tectónica de la zona estudiada por Kovack et al., 1962.

Figura 3b. Cuenca de relleno del Valle de Mexicali según Kovack et al., 1962.

Figura 4. Detalle tectónico de los límites entre las Placas del Pacífico y de Cocos en la porción W del territorio mexicano, según Elders et al., (1972).

Prolongación de campo

Durante los levantamientos geofísicos, los aparatos operados normalmente o colocados en vehículos (barco, avión, etc.) miden, ya sean los componentes de los campos gravimétrico y magnético o los gradientes de dichos campos producidos por diferentes cuerpos con propiedades físicas disímbolas. Los cuerpos están situados en Q (u, v, w) y sus efectos son medidos en varios puntos P (x, y, z). La información que se tenga sobre una zona por investigar ayuda a vislumbrar las probables causas de los disturbios o ruidos que pueden enmascarar el campo producido por efectos tectónicos regionales. La única forma de eliminar esos disturbios es el hacer uso de un filtrado o suavizado de datos ya sea matemático o estadístico (Woollard et al., 1969). La teoría de la comunicación se viene empleando muy a menudo para atacar este problema con métodos estocásticos (Wiener, 1949). La atenuación del campo se ha resuelto con bases físico-matemáticas (Grant y West, 1965) y se han diseñado algoritmos para evaluarla en computadora. Al extrapolar los campos armónicos hacia arriba o hacia abajo, se puede demostrar que los campos gravimétricos decrecen más lentamente que los magnetométricos (Parasmis, 1953), razón que permite establecer conjeturas en base a los gradientes verticales. Los programas de computadora empleados en esta investigación se basan en los algoritmos discutidos por Comínguez (1972) al aplicarse en las zonas geotérmicas estudiadas por Del Castillo et al., (1970) y Castillo y Díez (1970) en el Estado de Michoacán. La teoría se basa en el teorema de la divergencia (1) donde las funciones θ y γ representan los ruidos o efectos inherentes a los campos y el campo armónico, respectivamente.

(1)

Donde:

A₁=θ∇γ ó A₂ - γ∇θ (para γ>θ y θ>γ)

Sustituyendo A₁ y A₂ en (1) y restando una de otra se obtiene la segunda igualdad de Green:

(2)

La ecuación (2) es la base de la teoría dada a conocer por Grant y West (1965); el detalle aparece al final en el Apéndice.

Resultados

La digitalización del plano de anomalía de Bouguer de Cerro Prieto se basó en la versión original de Velasco y Martínez (1963) y cuya distribución de valores aparece en la Figura 6. El campo magnético residual de la zona geotérmica de Cerro Prieto se compiló a partir del mapa dado a conocer por Evans y Summer (1972) y los datos obtenidos se muestran en la Figura 7.

Figura 5. Descripción de la evolución de un sistema vulcano-térmico, hasta llegar a un balance geohidrológico retroalimentado según Elders et al., (1972).

Figura 6. Salida digitalizada de computadora del plano de anomalía de Bouguer en Cerro Prieto. Las estaciones del reticulado regular están ubicados cada 500 m., los valores están dados en decenas de miligales.

Uno de los primeros pasos para determinar las relaciones entre los campos potenciales y la tectónica es tratar de analizar los parámetros físicos de las rocas que se tienen en el área por investigar. Para las rocas superficiales no alteradas Velasco y Martínez (1963), así como De la Fuente y Summer (1974), consignaron valores de densidad y de magnetización en zonas adyacentes, esto es (Tabla 1) el mayor contraste en densidad corresponde al de sedimentos detríticos y rocas basales; no obstante que las rocas cristalinas que afloran en la Sierra de Cucapás alcanzan una densidad de 2.4 gr/cm 3.

Los campos linealmente filtrados (Figura 8 a Figura 10) sugieren gradientes regionales marcados más fáciles de correlacionar. Si se comparan los campos medidos y corregidos (Figura 6 y Figura 7) con los de prolongación, en los que se utilizó un algoritmo para una y media estación hacia abajo, con filtros de 15 x 15 y 7 x 7 estaciones para magnetometría y de 7 x 7 estaciones para gravimetría, se nota una tendencia muy fácil de identificar. La extensión de la cuenca de relleno del Valle Imperial en Mexicali da lugar a amplios bajos en la anomalía de Bouguer y a tendencias muy bien definidas en los datos magnéticos obtenidos después del proceso aplicado. La estructura regional persiste a profundidad, puesto que no llega a distorsionarse la frecuencia y el gradiente que corresponde al rumbo de las fallas regionales identificadas en la superficie de la zona estudiada.

Los efectos irregulares de los campos de dimensión horizontal, correspondiente a una estación (500 m.), pueden llegar a filtrar hasta 10 km. (Comínguez y Del Castillo G., 1973), lo cual indica que en ambas configuraciones los efectos de fallas transformadas que representan los caracteres estructurales a una profundidad de 6 km., o más, pueden identificarse claramente. Por otro lado, si se aplicara un filtro de dos estaciones, o más, se eliminarían los efectos profundos, pero en base a la convergencia, a la profundidad de 6 km. realmente se tiene un campo dentro del cuerpo o estructura de interés. Lo que es importante tratar de identificar es que, de acuerdo con Atwater (1970), las zonas de dispersión deben identificarse en conjunto con las zonas de fallas transformadas. Entonces, en la tendencia del arreglo sugerido debe marcarse un gradiente en dirección Sureste-Noroeste. Por lo tanto la zona de debilidad de Cerro Prieto parece estar a un lado de la zona de dispersión y las posibles explicaciones parecen válidas ahí, pero no muy consistentes para las zonas noroeste-sureste. El campo gravimético, en amplias zonas de la cuenca sedimentaria del plano local filtrado (Figura 8), es mucho más negativo que en las estructuras con elevación, lo cual indica que la corteza de las cuencas probablemente esté más cerca del manto o sea más delgada.

Para la zona de la Sierra de Cucapás, en su porción suroeste (Figura 7) se tiene una masa mucho mayor, por lo que el plano aeromagnético "prolongado" (Figura 9 y Figura 10) sugiere que las rocas volcánicas son más jóvenes y que la corteza sea lo suficientcmente potente como para ser afectada por peso o por fallas y/o sufrir un combamiento.

Tabla 1.

Figura 7. Salida de computadora del plano de intensidad magnética total en Cerro Prieto. Las estaciones del reticulado regular están ubicados cada 500 m, los valores están dados en decenas de gamas.

Conclusiones

a) La prolongación de los potenciales en el área de Cerro Prieto define con mayor precisión la tendencia de la estructura, puesto que los gradientes quedan orientados con mayor claridad que en el campo medido y corregido.

Figura 8. Prolongación analítica del campo gravimétrico 1/2 estación hacia abajo (250 m).

Figura 9. Prolongación analítica del campo magnetométrico 1/2 estación hacia abajo (250 m).

b) No existe duda alguna que la interpretación de potenciales depende de control estructural, petrofísico y tectonofísico. Aquellas anomalías que no puedan justificarse sirven de base para extender algunas ideas más allá de las observaciones directas y para tratar de intuir el origen y distribución de estructuras regionales.

c) En general, en las zonas de relleno los potenciales inherentes a contrastes definidos son fáciles de interpretar, excepto en aquellas áreas donde la velocidad de sedimentación ha sido muy rápida (pie de monte).

d) El control geológico-geofísico local ha permitido establecer con facilidad la identificación de trenes anómalos dependiente en rocas basales o rocas sedimentarias de relleno.

e) Las anomalías dependen de elementos estructurales y del tipo de deformación de la corteza. Sería de enorme utilidad corroborar estas experiencias en otras zonas geotérmicas afines o adyacentes. Al mismo tiempo, sería beneficioso para el entendimiento del marco tectónico regional, extender estas investigaciones en otro tipo de deformación de la corteza y tratar de determinar si estas conclusiones se limitan a esta zona o tienen una mayor y más amplia aplicacióEn particular, sería de alto valor en la investigación el contar con medidas profundas de refracción sísmica para "amarrar" las interpretaciones, como se ha hecho en otras zonas de la República Mexicana, (Del Castillo G. y Lomnitz, 1974; Comínguez et al., 1976), en las que se han desarrollado investigaciones sobre estructuras regionales, en zonas con posibilidades de constituir otras fuentes de energéticos y así aumentar nuestras reservas en este renglón.

Figura 10. Prolongación analítica del campo magnetométrico 1/2 estación hacia abajo(500 m). Los contornos fueron remarcados por los autores.

f) El conocer estructuras geológicas locales y regionales permite ampliar la infraestructura de las fuentes de energéticos, en los países en vías de desarrollo, por lo que es recomendable conocer las posibilidades en base a los estudios y aplicaciones de filtrado para proceder al análisis de viabilidad económica y planeación industrial, apoyados en las diferentes fuentes de energía disponibles. Esto permitirá el rápido desarrollo industrial y alimenticio que el país requiere.

Apéndice

Teorema de la divergencia

(1)

sea A=∇γ en (1)

(2)

Sea

(3)

θ representa ruido o efectos inherentes al campo,

γ armónica y satisface la ecuación de Laplace.

sustituyendo (3) en (1):

(4a)

(4b)

restando (4b) de (4a): 

(5)

para un volumen que encierra a Q: θ V(u,v, w)

(6)

(7)

sustituyendo en (5) y utilizando los teoremas de Gauss y Poisson:

(8)

SI se continúa el campo hasta fuera de una superficie Gaussiana (5) satisface:

(9)

sumando (8) y (9)

(10)

diferenciando (10)

(11)

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