Generalización de las propiedades físicas de densidad y susceptibilidad magnética en la región centro-oriental de la provincia de Pinar del Río

Las propiedades físicas de las rocas constituyen la premisa fundamental de la utilización con éxito de los métodos geofísicos para las investigaciones geológicas de búsqueda y prospección de minerales, teniendo en cuenta que las anomalías geofísicas solo existen en caso que haya una diferencia de propiedades físicas entre el objeto a investigar y las rocas que lo rodean. Dentro de las propiedades físicas, las más estudiadas en el territorio nacional son la densidad y susceptibilidad magnética.

El estudio de las propiedades físicas de las rocas en la República de Cuba comenzó en las décadas del 60 y 70 relacionado con los trabajos geofísicos regionales; abarcó extensos territorios y se fue haciendo sistemático en el transcurso de los años, realizándose prácticamente para todos los trabajos de levantamiento geológico y de búsqueda a escala 1: 50 000 y 1:100 000. Estos trabajos tuvieron como base geológica enfoques diversos de la geología del territorio nacional, y los datos petrofísicos estaban cotejados con diferentes bases geológicas, lo cual dificultaba el uso de esos datos teniendo en cuenta la concepción actual de nuestra geología en el marco de la Tectónica de Placas. Además, en los sectores investigados realizaron trabajos petrofísicos a partir de toma de muestras, a veces de superficie y otras en profundidad, por litología o por formaciones. Esto ha traído como consecuencia que la información petrofísica esté dispersa, evaluada con criterios geológicos diferentes y de procedencia superficial o de pozos, lo que dificulta la utilización de los mismos para sustentar el empleo de los métodos geofísicos en la solución de tareas geológicas de búsqueda y prospección de minerales.

Desde el año 1994, el grupo de Geofísica del Instituto de Geología y Paleontología- Servicio Geológico de Cuba (IGP-SGC) ha estado completando un programa interno de revisión, sistematización y generalización de la información geofísica a escala regional de todo el país. Como parte de este programa se confeccionó un Proyecto Marco Petrofísico que consiste en generalizar las propiedades físicas de las rocas en las regiones Occidental, Central y Oriental. Este grupo confeccionó y ejecutó el Proyecto I+D 613240 (Pérez et al., 2012) como primer Proyecto Marco Petrofísico, por lo que es necesario organizar esta información dispersa de forma tal que se pueda utilizar con fines cartográficos, prospección de minerales, de apoyo a los futuros proyectos de investigación del IGP-SGC y de las empresas geomineras territoriales, así como por instituciones docentes.

La situación descrita hasta aquí permite plantear como objetivo general de la investigación: generalizar las propiedades físicas densidad y susceptibilidad magnética de las rocas de las formaciones de la parte centro-oriental de la provincia de Pinar del Río.

Los objetivos específicos derivados son:

La región de investigación se encuentra en la parte centro-oriental de la provincia de Pinar del Río, corresponde con el área de los levantamientos geológicos CAME II y Maximov (1981). Abarca una extensión total de 4113,8 km 2 . La tabla 1 muestra las coordenadas del área de estudio.

El sector se caracteriza por una estructura geológica compleja donde están presentes las formaciones del Arco Volcánico del Cretácico (AVC), Margen Continental (MC), Secuencias Sinorogénicas (SS) y Cobertura Neoplatafórmica (CN) y van desde edad Jurásico hasta el Cuaternario (Figura 1).

En esta investigación se utilizaron los métodos gravimétricos y magnéticos, mientras que la información utilizada fue la correspondiente a los resultados de los mapas geofísicos regionales de gravimetría, magnetometría, intensidad y espectrometría gamma de la República de Cuba, a escalas 1: 2 000 000 hasta 1: 50 000.

Las técnicas utilizadas fueron: el sistema de procesamiento e interpretación de datos geofísicos Oasis Montaj, para la estadística descriptiva y la confección de histogramas se empleó las herramientas de Microsoft Excel y el programa estadístico Minitab.

Los materiales empleados en esta investigación fueron:

El fichero de densidad y susceptibilidad magnética para el procesamiento estadístico y la confección de los mapas es extraído de la base de datos correspondiente a los levantamientos geológicos Maximov (1981) y Martínez (1988), quedó conformado con la siguiente estructura: X, Y, Z_1, Z_2, y Z_3; donde X y Y corresponden con la ubicación espacial, Z₁ y Z₂ con los valores de densidad y susceptibilidad magnética, y Z₃ a la descripción litológica de la muestra. Posteriormente el fichero se importó al GIS QGis, al estar georreferenciada y descritas las litologías en los pozos se pudo identificar las formaciones. Mediante procesos de filtrado se separaron las formaciones, posteriormente se realizó un nuevo filtrado para agrupar las litologías de cada una de ellas y se obtuvo para cada formación: los litotipos, propiedades físicas de densidad y susceptibilidad magnética con cantidad de muestras, valores máximos, mínimos y promedios. Con el uso del Léxico Estratigráfico de Cuba (IGP, 2013) se puntualizó la edad de cada una de las formaciones y se actualizaron las que correspondían, con las descripciones actuales.

La base de datos quedó constituida por 324 muestras de pozos y brinda información hasta una profundidad máxima de 15 m para su posible correlación con la geología y los campos físicos de gravimetría y magnetometría.

Se hace un análisis estadístico por formaciones y litologías y se describe el comportamiento general de las propiedades físicas de las formaciones y las litologías presentes. Los resultados se muestran en el Anexo 1.

La Tabla 2 muestra los estadígrafos de la densidad y la susceptibilidad magnética del área investigada, mientras que en la Figura 2 se observan los histogramas con su curva de frecuencia.

En el análisis de la forma de los histogramas de σ y k para este intervalo (Figura 2), en ambos casos se observa la no normalidad de los datos. A partir del análisis de la media (Ẋ), la mediana (Md) y la moda (Mo) existe asimetría a la derecha para la σ, y a la izquierda para k.

La estadística realizada Tabla 2 permitió determinar que la σ media de este intervalo es 2.55 t/m³ con un valor mínimo de 1.79 t/m³ que corresponde al pozo PM-420 de la Fm. Paso Real, con una profundidad de 10 m y litología representada por calizas organógenas blanca-amarillento, muy carbonatadas. El valor máximo es 3.52 t/m³ en el pozo PM -233 de la Fm. Manacas, a una profundidad de 8 m y litología representada por aleuroarenisca amarilla muy oxidada. Para el caso de k el valor promedio resultó ser 1.12 x10^-3 SI, con mínimo de 0, que aparece en la gran mayoría de las litologías presentes en el área, sin embargo, en la literatura consultada no existe ningún tipo de material con este valor, podría ser que los equipos utilizados para la medición de las muestras por su alta sensibilidad asumieron el valor de 0 por estar muy cerca de este. Un máximo de 45.84 x10^-3 SI fue identificado en el Pozo PB-70, en las ofiolitas a la profundidad de 4 m con presencia de serpentinitas. La litología con mayor cantidad de muestras son las calizas, en su mayoría pertenecientes a la Fm. San Cayetano, con una densidad media de 2.62 t/m³ y una k promedio de 0.05 x10^-3 SI. Los resultados se muestran en la Tabla 3 y la Figura 3.

Para la confección de los mapas clasificados el fichero resultante de densidad y susceptibilidad magnética fue preparado en Excel, para ser importados al programa Oasis Montaj, que tiene en el módulo de Herramienta de Mapas, la variante de clasificación de puntos proporcionales.

La densidad se clasificó teniendo en cuenta el espectro de valores y quedaron establecidos 6 rangos:

Para la susceptibilidad magnética los rangos de variación son los establecidos por L.D. Bersudskin en (Alonso, 2008). Se realizó la conversión de estos rangos de CGSM a Sistema Internacional (SI).

A cada uno de los rangos se le asignó un color que corresponde con la escala de intensidad de colores establecidos para la confección de los mapas de los campos físicos gravimétricos y magnéticos.

Se confeccionaron los mapas de puntos clasificados de σ y k (Figura 4), una variante de mapa que fue seleccionada para visualizar mediante puntos coloreados los rangos de valores de las propiedades físicas estudiadas, y con el objetivo de ser comparados, posteriormente, con los mapas de los campos físicos gravimétrico (ΔG) y magnético (ΔT), y el mapa geológico.

Como se puede observar en la región que abarca los levantamientos geológicos CAME II-Maximov (1981), aunque la densidad de puntos por km² es suficiente para la confección de los mapas de densidad y susceptibilidad magnética a escala 1: 100 000, su distribución no es homogénea, lo que provocaría la aparición de falsas anomalías en el mapa interpolado. En el análisis de la Figura 4 a se observa que en la parte noreste del área existe alternancia de valores de densidad en el rango de 2.25 a 2.75 t/m³. Esta variación de la densidad se supone que sea producto de los cambios litológicos en esa zona, donde existe un desarrollo de las ofiolitas y del Arco Volcánico del Cretácico (AVC).

En la parte centro-oeste predominan los valores de densidad en el rango de 2.50 a 2.75 t/m³ correspondientes a las secuencias carbonatadas y silicoclásticas de la Sierra del Rosario. (Margen Continental). En la parte sur puede notarse la presencia de una cadena de puntos con valores moderadamente altos de densidad que establecen un límite orientado en dirección OSO a ENE, el cual puede estar cartografiando la falla Pinar.

Al sur del mencionado límite predominan los valores bajos de densidad de 2.50-2.25 t/m³ los que están relacionados con las cuencas sinorogénicas y la cobertura sedimentaria neógeno-cuaternaria.

De igual forma, aunque no con una tendencia tan precisa como en el caso de la densidad, dado el carácter más ruidoso de la distribución de la susceptibilidad magnética (Figura 4b), también aquí es observable la misma respuesta regional mostrada en la Figura 4a.

En la parte noreste del área hay una variación de la susceptibilidad magnética desde el rango de poco magnéticas a magnéticas, evidenciando los cambios litológicos asociados a las ofiolitas y a las rocas del AVC.

En la parte centro-oeste predominan las rocas poco magnéticas que están asociadas a las secuencias del Margen Continental.

El límite que puede estar asociado a la presencia de la falla Pinar se encuentra dentro del rango de valores débilmente magnéticos.

Al sur de este límite prevalecen las rocas dentro del rango de valores no magnéticos que están relacionados con las cuencas sinorogénicas y la cobertura neógeno-cuaternaria.

A diferencia de los valores medidos de las propiedades físicas, de carácter puntual y solo con la influencia de la propia muestra, los campos físicos de ΔG y ΔT contienen influencia de las variaciones laterales y verticales de la distribución de la propiedad física a la que ellos responden, por lo que no es posible esperar una correspondencia exacta entre ambos tipos de mapas. Sin embargo, esa propia falta de correspondencia permite un mejor análisis y comprensión del comportamiento de los campos físicos observados, al hacer posible una mejor explicación de su comportamiento a través de la comparación entre campo observado y la distribución espacial a escala regional de la propiedad física generadora de éste a una determinada profundidad.

En consecuencia, se confeccionaron los mapas de ΔG y ΔT de la región que abarcan los levantamientos geológicos CAME II-Maximov (1981). La superposición de mapas clasificados de densidad y susceptibilidad magnética sobre los mapas de campos físicos de ΔG y ΔT se muestra en la Figura 5. En la Figura 5a se observa una tendencia general del aumento de densidad en la dirección sur a norte y se confirma la existencia de los tres límites definidos en los mapas clasificados de densidad y susceptibilidad magnética (Figura 4).

El campo ΔG responde con valores máximos, revelando la existencia de rocas de densidad elevada y muy bien marcado el contorno de las ofiolitas.

Caracterizados por valores medios y mínimos relativos del ΔG.

Separada del Margen Continental por la falla Pinar (la cual está presente en todos los mapas de campos físicos por su contraste de propiedades físicas). Al sur de ella predominan las rocas de baja densidad manifestándose con zona de mínimos de ΔG.

En la zona correspondiente a la corteza oceánica el campo ΔT se manifiesta con contrastes de valores máximos y mínimos moderados (Figura 5b). La presencia de rocas no magnéticas en el Margen Continental se refleja en la existencia de valores intermedios del campo ΔT.

La zona correspondiente a la secuencia sinorogénica más cobertura sedimentaria, el campo ΔT se presenta con valores de intermedios a máximos a pesar de que los resultados de propiedades físicas reflejan la existencia de rocas no magnéticas. Esta situación se explica por la influencia de rocas magnetizadas situadas en la profundidad.

Los mapas clasificados de σ y k sobre el mapa geológico mostrados en la Figura 6 justifican la existencia de las tres zonas descritas, en la Figura 4. Con ambas propiedades físicas se puede observar en la parte noreste que la alternancia de valores mínimos, máximos e intermedios responde a los cambios litológicos en esa zona que caracterizan las ofiolitas y rocas del AVC.

Los valores de densidad en el rango de 2.5-2.75 t/m³ y los de susceptibilidad magnética en el rango de no magnéticas y prácticamente no magnéticas, evidencian el comportamiento de las rocas del Margen Continental; mientras que los valores de densidad en el rango de 2-2.50 t/m³ y los de susceptibilidad magnética en el rango mínimo de clasificación, ubicados al sur de la falla Pinar, responden a la presencia de las secuencias sinorogénicas mas cobertura sedimentaria. La falla Pinar en el mapa clasificado de densidad se identifica por la presencia de una cadena de puntos con valores moderadamente altos de densidad en el rango de 2,5 a 2,75 t/m³ orientado en dirección OSO a ENE.

Esta situación también se observa en el mapa clasificado de susceptibilidad magnética por la presencia de una cadena de puntos con valores en el rango de débilmente magnéticos y orientado en la misma dirección. Tales límites están muy bien definidos en el mapa geológico.