Los cortes geológicos

Un corte geológico es una representación gráfica de la intersección de los cuerpos geológicos en el subsuelo con un plano vertical de una orientación determinada. Es una sección del terreno donde se representan los diferentes tipos de rocas, su constitución y estructura interna y las relaciones geométricas entre ellas. Es un modelo aproximativo de la distribución real de las rocas en profundidad, coherente con la información disponibles sobre superficie y subsuelo. También puede representar la extensión de los materiales y de las estructuras que ya hayan sido erosionados por encima de la superficie topográfica.

Los cortes son un complemento indispensable de los mapas geológicos; mapas y cortes son fruto de la interpretación de la disposición de las rocas a partir de varios tipos de datos, normalmente incompletos y con diferentes grados de incertidumbre. Ambos son representaciones bidimensionales de la realidad geológica y conjuntamente permiten comprender la estructura tridimensional de los volúmenes rocosos y, en consecuencia, la historia geológica de una zona.

Los cortes geológicos tienen una importancia económica y social muy relevante. Son la base para planificar obras de ingeniería, fundamentalmente las obras lineales que afectan la superficie y el subsuelo (carreteras, túneles, canalizaciones) y para la exploración y la producción de los recursos geológicos hídricos, pétreos, minerales y energéticos.

Construcción de un corte geológico

La construcción de un corte geológico implica interpretar la disposición de las rocas, tanto en profundidad, como sobre la superficie topográfica. Consiste en interpolar todos los datos disponibles, de superficie y de subsuelo, con el objetivo de construir un modelo geológico coherente. Por esta razón, la construcción de los cortes geológicos requiere aplicar todo el conocimiento de las características geológicas de la región, interpretado en el marco de los conocimientos teóricos del momento.

Los datos de superficie se obtienen directamente sobre el terreno (dirección y buzamiento de los estratos o de otras estructuras, tipos de contactos, potencia de las unidades estratigráficas, relaciones laterales entre estas, etc.) (Figura 1) o se extraen de un mapa geológico efectuado previamente (formación geológica o unidad cartográfica, tipo de roca, ángulo de intersección con la superficie topográfica, datos puntuales).

Figura 1: A partir de las observaciones en superficie se pueden construir cortes geológicos por extrapolación directa de éstas. Con frecuencia, la interpretación geológica del paisaje proporciona suficiente información para construir un corte geológico, especialmente en los desfiladeros. La figura muestra la extensión en el subsuelo y por encima de la superficie topográfica de un nivel calizo y de las rocas que afloran por debajo y por encima de éste. El alcance en profundidad es relativamente limitado.

Sin duda, la calidad y la precisión de un corte geológico están directamente unidas a una buena cartografía geológica de base que permita deducir la disposición tridimensional de las rocas, las relaciones temporales entre ellas y la geometría y la edad de las estructuras que las afectan. El mapa geológico permite conocer y delimitar las áreas caracterizadas por el mismo tipo de estructuras, lo que se denomina el "estilo estructural" (figura 2).

Figura 2: Estas figuras muestran esquemáticamente los “estilos estructurales” más comunes. a) planar horizontal o con los estratos poco inclinados, b) pliegues, c) fallas normales, extensivas, d) cabalgamientos, fallas contractivas e) pliegues con clivaje asociado. Con frecuencia, en una misma zona se reconocen varios “estilos estructurales”, como por ejemplo estructuras de plegamiento en el sustrato al cual se superponen materiales sedimentarios con estructura planar y pudiendo estar todo el conjunto afectado por fallas extensivas (f).

También es necesario el máximo número de datos del subsuelo para restringir las posibles interpretaciones y aplicar sistemáticamente conceptos geológicos básicos. Los datos del subsuelo se obtienen directamente de la recuperación de testigos de sondeos realizados en un punto (foto 1), o indirectamente, a partir de métodos geofísicos que analizan la distribución de las propiedades físicas de las rocas, medidas desde la superficie (figura 3) o desde el interior de pozos. Entre los más comunes están los sondeos eléctricos verticales (SEV) que registran las diferencias de conductividad eléctrica y son muy utilizados en la prospección de aguas subterráneas.

Foto 1: La recuperación de testigo continuo en los sondeos permite conocer de primera mano la constitución y el grosor de las unidades rocosas en el subsuelo. Otras técnicas complementarias facilitan, entre otros datos, la orientación de las superficies de estratificación u otras discontinuidades.

Figura 3: Las técnicas geofísicas proporcionan información sobre las propiedades físicas de las rocas del subsuelo. La figura muestra un perfil sísmico (a) en el cual se observan lo que se denominan reflectores: éstos son la respuesta a las ondas sísmicas de horizontes que las reflejan. Proporciona una imagen similar a la de una ecografía clínica. La escala vertical de los perfiles sísmicos se refiere al tiempo que tardan las ondas sísmicas en ir desde una fuente de emisión, sita en la superficie del terreno, hasta un horizonte que las refleja y volver para ser registradas por un receptor; el tiempo de esta escala vertical, graduada en milisegundos, es un “tiempo de doble recorrido” (two way traveltime, TWT, en su denominación inglesa). Para poder transformar la escala vertical en TWT de las ondas sísmicas en una escala vertical en metros es preciso conocer la densidad del medio por el cual se desplazan las ondas y su velocidad. Para determinar estos parámetros se utilizan otras técnicas geofísicas, generalmente sísmica de refracción o gravimetría, apoyadas, siempre que sea posible, en datos de sondeos. El line drawing (b) identifica los reflectores que se observan en los perfiles sísmicos y muestra la disposición de las formaciones rocosas en el subsuelo. Finalmente se construye el perfil interpretado (c).

La calidad y el coste de realización de los cortes geológicos están muy vinculados al conocimiento geológico regional; a su vez, como ya se ha comentado en el capítulo dedicado a la cartografía geológica, de la construcción de cortes geológicos se deduce también teoría geológica.

La construcción de un corte geológico requiere la consecución de una serie de pasos y la aplicación de técnicas específicas para su validación. Para reducir al máximo los grados de libertad en la interpretación de la disposición de las rocas en profundidad y asegurar la fiabilidad del corte se utilizan técnicas geométricas que permiten integrar correctamente el mayor número posible de datos, (figura 4), puesto que es preciso evitar la acumulación de errores en las diversas etapas de construcción del corte, especialmente en las iniciales. Así, en áreas con estructura simple, planar y con buzamientos bajos y constantes de la estratificación, el alcance de la extrapolación de los datos es más amplio. En cambio, en zonas con pliegues, fallas normales o cabalgamientos será preciso aplicar un conjunto de restricciones de acuerdo con los modelos geométricos propios de cada estilo estructural.

Figura 4: La extrapolación de los datos, tanto de superficie, como de subsuelo, está limitada por el estilo estructural; la figura ilustra modelos geométricos de fallas extensivas (a) y contractivas (b).

La proyección de los datos de superficie y de subsuelo sobre el plano de corte es el estadio más crítico durante la construcción de un corte geológico. Para hacerlo, hay que definir un modelo geométrico tridimensional que se ajuste a la orientación de las diversas superficies, dado que los datos sólo pueden ser proyectados en el plano del corte paralelamente a las estructuras.

La escala vertical de un corte geológico debe ser siempre igual que la escala horizontal para evitar la representación deformada de los cuerpos geológicos. En los cortes que acompañan un mapa geológico es todavía más importante que ambas escalas sean iguales para facilitar la comparación e integrar la información. Hay casos en que la representación gráfica de la configuración geológica en mapa y en corte es muy similar, por ejemplo cuando las estructuras geológicas se encuentran fuertemente inclinadas. Así, la imagen de un corte geológico de cualquier objeto inclinado 45º, como un pliegue con el eje inclinado, es la misma que la de un corte según un plano horizontal y muy similar a su representación cartográfica.

Cuando se quiere representar la sección en corte de depósitos recientes, o de grosor relativamente pequeño, es necesario exagerar la escala vertical de los cortes (figura 5). Este sistema de representación es el que se utiliza en los proyectos de obras lineales (figura 6), en los cuales todos los objetos del subsuelo, naturales o construidos por el hombre, se muestran exagerados para facilitar su lectura.

Figura 5: En las áreas con depósitos recientes, pleistocenos y holocenos, los cortes específicos de estos se construyen con la escala vertical exagerada. Este, en concreto, muestra los travertinos y los lodos carbonáticos del Lago de Banyoles (Mapa geológico de Cataluña 1: 25.000).

Figura 6: Corte geológico de un proyecto de obra subterránea en subsuelo urbano. La escala vertical y en consecuencia la altura de todos los objetos está exagerada verticalmente.

La profundidad hasta la que se construyen los cortes depende de la escala de trabajo, las características geológicas de la zona, los objetivos del corte y los datos disponibles del subsuelo. Así por ejemplo, los cortes geológicos que acompañan los mapas geológicos generales, hechos a partir de datos de superficie, tienen una profundidad que oscila entre algún centenar y algún millar de metros. En zonas dónde se dispone de información proveniente de campañas de exploración de hidrocarburos, fundamentalmente sondeos (figura 7) y sísmica de reflexión (figura 3), la profundidad de los cortes llega hasta 6 o 7 km.

Figura 7: Mapa de situación de los sondeos de exploración petrolífera, en tierra y en la plataforma marina. Los datos que aportan los sondeos son fundamentales para la construcción de cortes geológicos en cualquier ámbito.

En cambio, en zonas estructuralmente complejas afectadas por varios sistemas de pliegues, como las que a menudo se observan en materiales hercínicos, el alcance vertical de los cortes acostumbra a ser mucho menor, por la dificultad de extrapolar datos en profundidad. En el caso de materiales recientes, como depósitos fluviales, la profundidad de representación difícilmente supera las pocas decenas de metros (figura 5).

A medida que avanza el conocimiento de la constitución y el comportamiento de la corteza terrestre y de la litosfera (figura 8), se ha convertido en rutinaria la construcción de cortes hasta profundidades superiores a los 100 km, a escala cortical o litosférica, debido a la disponibilidad creciente de datos de subsuelo profundo, tales como sísmica de reflexión, magnetotelúrica, gravimetría y tomografía sísmica.

Figura 8: La estructura y la constitución interna de la Tierra se conocen a través de la interpretación de datos geofísicos. La división clásica hace referencia a la composición de las diversas capas; la división dinámica se refiere al comportamiento mecánico de éstas. Arriba, detalle de la estructura de la parte más externa de la Tierra (modificado de Kearey y Vine, 1990).

Los cortes compensados y los cortes restituidos

El método más usual para evaluar y validar un corte geológico de una zona con determinados estilos estructurales (estructuras de plegamiento, fallas extensivas o cabalgamientos) es comprobar lo que se denomina su “retrodeformabilidad”. Esto significa que debe ser posible deshacer la deformación para poder interpretar cómo estaban dispuestas las diferentes unidades geológicas antes de deformarse. Un corte retrodeformable se denomina corte compensado si el corte o cortes que deshacen progresivamente la deformación son los cortes parcialmente o totalmente restituidos (figura 9). 

Figura 9: Corte geológico, corte compensado y corte geológico restituido al estado no deformado. En ellos se muestra la situación y la relación entre los volúmenes rocosos en diferentes momentos de su historia geológica, después y antes de haber sido deformados y erosionados.

El corte restituido mantiene la cohesión de las rocas antes y tras la deformación sin que haya superposiciones o vacíos entre los dos estadios. La interpretación de las estructuras en un corte compensado debe ser siempre coherente con las estructuras observadas en la región, esto es, con el estilo estructural. El paso entre el corte restituido y el deformado tal y como ha sido interpretado en la actualidad debe ser congruente cinemática y mecánicamente. El objetivo fundamental de la construcción de cortes compensados es evitar la introducción de errores geométricos durante la construcción de los cortes geológicos. Esta técnica también permite calcular los valores del acortamiento o del estiramiento asociados a la formación de las estructuras tectónicas y realizar reconstrucciones palinspásticas, es decir, aquellas en las cuales los materiales geológicos se sitúan en las posiciones que ocupaban en momentos determinados de la historia geológica.

En los últimos años los avances en la informática están permitiendo desarrollar métodos de construcción de modelos geológicos directamente en tres dimensiones. En un futuro inmediato, el trabajo y la visualización en un entorno informático tridimensional serán rutinarios, y los mapas y los cortes formarán parte de una misma realidad vista desde diferentes perspectivas.