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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TITULACIÓN DE INGENIERO EN GEOLOGÍA Y MINAS
Levantamiento de datos tectónico - estructural del borde oriental de la cuenca
de Loja, zona sur oriental.
TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
AUTOR: Gordillo Poma, Oscar José
DIRECTOR: Tamay Granda, José Vidal, M.Sc.
LOJA – ECUADOR
2014
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
Master.
José Vidal Tamay Granda
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo de fin de titulación: “Levantamiento de datos tectónico - estructural del borde
oriental de la cuenca de Loja, zona sur oriental” realizado por Gordillo Poma Oscar José ha sido
orientado y revisado durante su ejecución, por lo que se aprueba la presentación del mismo.
Loja, octubre de 2014
f) ________________________
iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y DECLARACIÓN DE DERECHOS
“Yo, Gordillo Poma Oscar José declaro ser autor del presente trabajo de fin de titulación:
“Levantamiento de datos tectónico - estructural del borde oriental de la cuenca de Loja, zona sur
oriental”, de la Titulación de Ingeniero en Geología y Minas, siendo José Vidal Tamay Granda
director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja
y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que
las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo,
son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la
Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice: “Forman
parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos
científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero,
académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f.…………………………………………
Autor: Gordillo Poma Oscar José
Cedula: 0704851526
iv
DEDICATORIA
Dedicado a mis padres, hermanos y a quienes estuvieron pendientes siempre de mí y de la
realización de este trabajo.
A quienes encuentran su vocación en la investigación y el conocimiento de las Ciencias de la
Tierra. Este trabajo es un mínimo aporte.
v
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo no se hubiera podido realizar sin la colaboración e interés de quienes han aportado
enormemente con su trabajo, apoyo y conocimientos, imprescindibles para el desarrollo de esta
investigación. A ellos mis más sinceros agradecimientos.
Agradezco a quienes forman la planta docente de la Titulación de Ingeniero en Geología y
Minas de la Universidad Técnica Particular de Loja, en especial al M.Sc. José Tamay, mentor y
director de esta investigación, por su constancia, compromiso y orientación en el desarrollo de
este trabajo. A todos los demás docentes por aportar con sus conocimientos y afirmar las bases
éticas, científicas y técnicas de mi carrera profesional.
Al departamentos de Geodinámica y de Estructuras, Construcción y Transporte de la Unidad de
Geología y Minas e Ingeniería Civil, por su contribución con la logística e instrumentación
necesaria para el proceso de adquisición y manejo de los datos necesarios para esta
investigación.
Al M.Sc. Belizario Zárate, director del Departamento de Estructuras, Construcción y Transporte,
por sus acertadas sugerencias, indicaciones y colaboración en el manejo y procesamiento de
las coordenadas obtenidas con el equipo DGPS.
A quienes me acompañaron durante esta etapa de formación profesional, por su paciencia y por
sus consejos, compañeros de clases, colegas de profesión, amigos de vida. A mi amigo y
compañero de tesis. A mi psicóloga, por siempre darme ánimos, por su tiempo y por su
comprensión.
Para finalizar, mis mayores gratitudes para a mis padres, por su apoyo incondicional, por su
esfuerzo, dedicación y confianza, nada será suficiente para compensar todo lo que han hecho
por mí, les debo quien soy… les debo la vida. A mi hermana y hermano, por su constante
preocupación, aliento y apoyo incondicional. En fin, a mi familia, por su amor, por ser la base
fundamental de mi vida.
vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARÁTULA ................................................................................................................................................... i
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN .................................. ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y DECLARACIÓN DE DERECHOS ............................................... iii
DEDICATORIA ........................................................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................ v
ÍNDICE DE CONTENIDOS ....................................................................................................................... vi
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................ x
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................ xii
RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................................................ 1
ABSTRACT .................................................................................................................................................. 2
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 3
ANTECEDENTES ....................................................................................................................................... 4
OBJETIVOS ................................................................................................................................................. 5
CAPÍTULO I. GENERALIDADES ............................................................................................................ 6
1.1. Ubicación geográfica del área de estudio .......................................................................... 7
1.2. Contexto geológico tectónico ................................................................................................ 9
CAPÍTULO II. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................11
2.1. Prospección gravimétrica .....................................................................................................12
2.2. Principios físicos .....................................................................................................................13
2.2.1. Campo de gravedad terrestre. Componentes. ..............................................................13
2.2.2. Fuerza gravitatoria. Ley de Newton. Constante de Gravitación Universal. ..............14
2.2.3. Fuerza centrífuga. .............................................................................................................15
2.2.4. Unidades de medida. ........................................................................................................16
2.3. Superficies de referencia ......................................................................................................16
2.3.1. Elipsoide de referencia WGS 84. ....................................................................................18
2.3.2. Relación Elipsoide – Geoide. ...........................................................................................19
2.4. Variación de la gravedad sobre la superficie terrestre ................................................19
2.4.1. Con la latitud. .....................................................................................................................19
2.4.2. Con la altitud. .....................................................................................................................21
vii
2.4.2.1. Corrección de aire libre. ........................................................................................21
2.4.2.2. Corrección de Bouguer. ........................................................................................22
2.4.2.3. Corrección topográfica. .........................................................................................23
2.4.3. Con el tiempo. ....................................................................................................................25
2.4.3.1. Efecto de las mareas. .............................................................................................25
2.4.3.2. Deriva instrumental.................................................................................................25
2.5. Anomalías gravimétricas .......................................................................................................26
2.5.1. Anomalías regionales y residuales. ................................................................................26
2.6. Medición de la gravedad .......................................................................................................27
2.6.1. Medición de la gravedad absoluta. .................................................................................27
2.6.1.1. Caída libre. ................................................................................................................27
2.6.1.2. Péndulos. ...................................................................................................................28
2.6.2. Medición de la gravedad relativa. ...................................................................................28
2.6.2.1. Balanza de torsión. .................................................................................................28
2.6.2.2. Balanza de muelles. ................................................................................................29
CAPÍTULO III. METODOLOGÍA .............................................................................................................30
3.1. Información previa al trabajo de campo............................................................................31
3.2. Instrumentos utilizados .........................................................................................................31
3.2.1. Gravímetro SCINTREX CG-5 AUTOGRAV. .................................................................32
3.2.1.1. Características. ........................................................................................................32
3.2.1.2. Funcionamiento. ......................................................................................................33
3.2.1.3. Calibración y compensaciones. ..........................................................................33
3.2.2. GPS Diferencial TRIMBLE R6. ........................................................................................35
3.2.2.1. Características. ........................................................................................................35
3.2.2.2. Funcionamiento. ......................................................................................................35
3.3. Trabajo de Campo ...................................................................................................................36
3.3.1. Bases de medición. ...........................................................................................................36
3.3.1.1. Base topográfica. ....................................................................................................37
3.3.1.2. Base gravimétrica. ..................................................................................................39
3.3.2. Perfiles gravimétricos. .......................................................................................................40
3.3.3. Medidas de gravedad. ......................................................................................................41
viii
3.3.4. Levantamiento de datos geológico-estructurales. ........................................................42
3.4. Trabajo de gabinete ................................................................................................................43
3.4.1. Obtención de datos. ..........................................................................................................43
3.4.1.1. Descarga de datos gravimetría. ...........................................................................43
3.4.1.2. Procesamiento puntos topográficos. ................................................................44
3.4.2. Preparación de datos. .......................................................................................................44
3.4.3. Procesamiento de datos. ..................................................................................................45
3.4.4. Generación de modelos. ..................................................................................................47
3.4.5. Elaboración de mapas de anomalías de Bouguer. ......................................................47
3.4.6. Interpretación modelos gravimétricos y relación perfiles geológicos. .......................48
CAPÍTULO IV. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ....................................................................49
4.1. Geología .....................................................................................................................................50
4.1.1. Basamento..........................................................................................................................50
4.1.2. Secuencia sedimentaria. ..................................................................................................51
4.1.3. Depósitos aluviales. ..........................................................................................................52
4.2. Estructuras tectónicas ...........................................................................................................53
4.2.1. Pliegues. .............................................................................................................................53
4.2.2. Fallas. ..................................................................................................................................54
4.3. Mapa de anomalía de Bouguer ............................................................................................55
4.4. Modelos gravimétricos y estructura geológica de los perfiles ...................................56
4.4.1. Interpretación del perfil 1. .................................................................................................57
4.4.2. Interpretación del perfil 2. .................................................................................................59
4.4.3. Interpretación del perfil 3. .................................................................................................61
4.4.4. Interpretación del perfil 4 ..................................................................................................63
4.4.5. Interpretación del perfil 5. .................................................................................................65
4.4.6. Interpretación del perfil 6. .................................................................................................67
4.4.7. Interpretación del perfil 7. .................................................................................................69
4.4.8. Interpretación del perfil 8. .................................................................................................71
4.5. Discusión de resultados ........................................................................................................73
CONCLUSIONES ......................................................................................................................................75
RECOMENDACIONES ............................................................................................................................76
ix
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................77
ANEXOS .....................................................................................................................................................81
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Ubicación espacial del polígono de estudio. ............................................................. 8
Figura 1.2. Columna estratigráfica del sector oriental de la cuenca de Loja (Hungerbühler et al.,
2002) ..................................................................................................................................... 10
Figura 2.1. Componentes del campo de gravedad terrestre. .................................................... 13
Figura 2.2. Componentes de la aceleración de la gravedad terrestre. ..................................... 15
Figura 2.3. a) Elipse con semiejes: mayor- a y menor -b. b) Elipsoide de revolución. ............. 17
Figura 2.4. Sistema de referencia WGS84. .............................................................................. 18
Figura 2.5. Altura del geoide con respecto al elipsoide WGS 84. ............................................. 19
Figura 2.6. Esquema de seccionamiento de masa en anillos, para el cálculo de la corrección
topográfica. ........................................................................................................................... 24
Figura 2.7. Plantilla de Hammer. .............................................................................................. 24
Figura 3.1. Gravímetro Scintrex CG-5Autograv. ....................................................................... 32
Figura 3.2. Equipo GPS Diferencial, Trimble R6. ..................................................................... 36
Figura 3.3. Equipo GPS Diferencial, ubicado en la estación topográfica Base. ........................ 38
Figura 3.4. Gravímetro situado en la estación gravimétrica base. ............................................ 39
Figura 3.5. Mapa de estaciones de observación y perfiles de la zona de estudio. .................... 40
Figura 3.6. Instrumentos en estación de medida de gravedad. ................................................ 41
Figura 3.7. Medida de elementos estructurales en roca sedimentaria. ..................................... 43
Figura 4.1. Afloramiento natural del basamento metamórfico. Sector Quebrada Las Minas. .... 50
Figura 4.2. Rocas metamórficas de la U. Chiguinda. Sector Zamora Huaycu Alto. .................. 51
Figura 4.3. Formación San Cayetano, corte Vía Loja-Zamora. ................................................. 51
xi
Figura 4.4. Afloramiento de la Formación Quillollaco, corte de la carretera al sector Zamora
Huayco Alto. .......................................................................................................................... 52
Figura 4.5. Falla inversa local, corte de la Vía Loja-Zamora. .................................................... 54
Figura 4.6. Mapa de contornos de la anomalía de Bouguer, zona Sur del borde oriental de la
cuenca de Loja. ..................................................................................................................... 55
Figura 4.7. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 1. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 58
Figura 4.8. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 2. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 60
Figura 4.9. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 3. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 62
Figura 4.10. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 4. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 64
Figura 4.11. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 5. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 66
Figura 4.12. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 6. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 68
Figura 4.13. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 7. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 70
Figura 4.14. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 8. a) Modelo gravimétrico relleno
sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b)
Sección geológica. ................................................................................................................ 72
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Coordenadas límites del área de estudio. Proyección Universal Transversa de
Mercator WGS 84. Hemisferio Sur. Zona 17. .......................................................................... 7
Tabla 2.1. Valores de la gravedad normal para la cuenca de Loja, calculada utilizando la
Fórmula Internacional de la Gravedad para el esferoide GRS. .............................................. 21
Tabla 3.1. Coordenadas oficiales de la estación LJEJ de la Red de Monitoreo Continuo del
Ecuador. Instituto Geográfico Militar. ..................................................................................... 37
Tabla 3.2. Base Topográfica. Coordenadas planas UTM, referidas al WGS 84 Zona 17S. ...... 38
Tabla 3.3. Datos de la base gravimétrica de la Universidad Técnica Particular de Loja ............ 39
1
RESUMEN EJECUTIVO
En la presente investigación se hace referencia al levantamiento de datos geológico-
estructurales y gravimétricos de la zona sur del borde oriental de la cuenca sedimentaria de
Loja. El proceso y análisis conjunto de los datos obtenidos, permitió la interpretación de la
disposición y estructura subsuperficial de la fase sedimentaria sobre el basamento metamórfico.
En la zona de estudio se dispusieron un total de 125 estaciones de medida de gravedad relativa
en perfiles con orientación Oeste-Este. Con una separación aproximada de 250 m entre
estaciones, y de 1000 m entre perfiles. El procesamiento de datos proporcionó valores de la
anomalía de Bouguer en la zona, mostrados en un mapa de contornos para esta variable.
Los modelos gravimétricos fueron generados a partir de las anomalías residuales, calculadas en
base a los datos de las anomalías de Bouguer, y correlacionados posteriormente con los datos
del mapeo geológico estructural de la zona. Como resultado, las secciones geológicas inferidas
para cada perfil muestran la geometría del relleno sedimentario y las estructuras de cada
formación geológica.
PALABRAS CLAVES: modelos gravimétricos, anomalía de Bouguer, anomalía residual,
cuenca sedimentaria de Loja.
2
ABSTRACT
This investigation refers to the lifting of geological-structural and gravity data from the southern
part of the eastern border of the sedimentary basin of Loja. The processing and analysis of the
data obtained allowed the interpretation of the disposition and structure of the subsurface
sediment phase on metamorphic basement.
In the study area a total of 125 stations measuring relative gravity were arranged in profiles with
West-East orientation. Spaced approximately 250 m between stations, and 1000 m between
profiles. Data processing yielded values of Bouguer anomaly in the area. This is shown on a
contour map for this variable.
Gravimetric models were generated from the residual anomalies, calculated based on data
Bouguer anomaly, and then correlated with structural data area geological mapping. As a result,
the inferred geological sections for each profile show the geometry of sedimentary fill and
structures of each geological formation.
KEYWORDS: Gravimetric models. Bouguer anomaly, residual anomaly, Sedimentary basin of
Loja.
3
INTRODUCCIÓN
La evolución de la cuenca de Loja resulta compleja, más aun en su lado oriental (tomando como
eje el río Malacatos - Zamora), por lo que es necesario la aplicación de métodos indirectos para
conocer la estructura profunda de la cuenca y reconstruir su historia geológica–tectónica. El
método gravimétrico resulta confiable para este propósito, dado que por el contraste de
densidades entre las formaciones sedimentarias y el basamento metamórfico, es posible
modelar la geometría de la fase geológica menos densa. La integración de datos geológico-
estructurales a estos modelos, permite la interpretación del desarrollo geológico de la zona.
La investigación principalmente persigue interpretar la disposición y estructuras del relleno
sedimentario, delineando la interface o el límite entre las rocas sedimentarias y las rocas del
basamento subyacentes de la zona sur del borde oriental de la cuenca de Loja. Esto en base a
la integración de observaciones geológicas de campo y los modelos gravimétricos, generados a
partir de los datos de gravedad tomados sobre una red de medición en el área.
La memoria de la investigación se ha desarrollado en cuatro capítulos. La primera sección
corresponde a la presentación del área de estudio, tanto la ubicación y límites geográficos como
el contexto geológico en el que se enmarca. La sección segunda es el marco conceptual para la
investigación, en él se detallan los fundamentos teóricos y matemáticos sobre los cuales se
basa el método gravimétrico, principalmente. La metodología del estudio se limita a describir el
procedimiento empleado para la consecución de los objetivos, aquí se separan la fase de
campo y la posterior etapa de proceso de datos en gabinete, obteniendo los resultados del
estudio. El capítulo final recae en la descripción e interpretación de los resultados, inicia con la
conformación geológico-estructural de la zona (resultado del mapeo), continúa con el mapa de
anomalías de Bouguer, y concluye con la correlación de los modelos gravimétricos con la
geología, dando como resultado las secciones geológicas de cada perfil.
Este estudio aportará grandemente con información científica sobre la cuenca sedimentaria y
contribuirá a posteriores proyectos destinados a planificación y ordenamiento territorial, mapas
tectónico- estructurales y de zonificación sísmica de hoya de Loja.
4
ANTECEDENTES
Estudios gravimétricos
Feininger y Seguin (1983) en el cálculo actualizado del campo de anomalía simple de Bouguer
de Ecuador (Feininger, 1977) determinaron una fuerte anomalía negativa de Bouguer
característica para la región Sierra. Al sur de la región la anomalía varia de -250 mGal a una
latitud de 3º35’ S hasta -222 mGal en 4º20’ S de latitud.
Galindo et al. (2010) a partir del levantamiento de datos gravimétricos realizó un estudio sobre
la geometría profunda de la cuenca sedimentaria de Loja. Como resultado se obtuvo el mapa de
anomalías de Bouguer de la cuenca, esta anomalía tienen valores negativos en la región,
comprendidos entre -197 y -211 mGal, datos que corresponden a corteza continental
engrosada. Los valores mínimos de anomalía residual alcanzan -8 mGal, elongados N-S y
desplazados hacia el este desde su zona central, que indican la asimetría en su relleno.
Tamay (2010) realizó el mapeo geológico de la cuenca sedimentaria de Loja, en base a la
integración de datos de estructuras tectónicas y orientaciones de la estratificación del relleno
sedimentario, observadas en superficie; y, la geometría en profundidad de las estructuras,
obtenidos mediante el levantamiento de perfiles gravimétricos transversales y longitudinales de
la cuenca. Los datos gravimétricos han contribuido a reconocer por primera vez la geometría
profunda de dicha cuenca.
Como conclusiones se determinó que la cuenca de Loja es esencialmente una sinforma,
relativamente compleja en su interior, ya que aparece afectada por pliegues menores,
cabalgamientos y fallas, sobre todo en su mitad oriental. Por lo cual, recomendó realizar
estudios gravimétricos más detallados en esta área.
Estudios geológicos
Los principales estudios geológicos regionales que abarcan a la cuenca de Loja fueron
realizados por Kennerley (1973) quien elaboró los mapas geológicos regionales a escala
1:100000 y estudió las correlaciones estratigráficas entre las formaciones sedimentarias de las
cuencas de Loja y Malacatos-Vilcabamba. Posteriormente, Hungerbühler et al. (2002) publica
su estudio tectónico y estratigráfico sobre las cuencas intramontañosas del sur del Ecuador.
5
OBJETIVOS
En este trabajo se ha planteado la consecución de los siguientes objetivos:
General.
Realizar el levantamiento e integración de datos tomados en superficie y mediciones
gravimétricas del subsuelo, necesarios para determinar y definir estructuras tectónico–
estructurales presentes en el borde oriental de la zona sur de la Cuenca de Loja.
Específicos.
- Realizar el levantamiento geológico de campo de estructuras tectónicas y orientaciones
de la estratificación, mediante mapeo geológico en la zona de estudio.
- Definir los perfiles gravimétricos (disposición de los puntos geográficos en los que se
realizaran las lecturas de gravedad) en la zona de estudio.
- Realizar el levantamiento de datos gravimétricos precisados mediante GPS Diferencial,
en los puntos establecidos dentro del polígono de estudio.
- Análisis e interpretación de la cartografía gravimétrica generada. Integración de datos
gravimétricos con estudios geológicos de campo para establecer la continuidad (en el
subsuelo) de estructuras menores observadas en superficie.
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
7
1.1. Ubicación geográfica del área de estudio
La cuenca de Loja forma parte de las cuencas intramontañosas de la zona Sur del corredor
Interandino. Se localiza en la parte austral del Ecuador, entre la cordillera Real y Occidental de
los Andes ecuatorianos. Entre las latitudes 03°53’ S – 04° 05’ S y las longitudes 79°15’ O –
79°10’ O. Limitada al este por las estribaciones de la Cordillera Real del Ecuador y al oeste por
ramificaciones o prolongaciones de esta misma cordillera, localmente conocidas como cerro
Villonaco y cerro Ventanas.
El área de estudio se limita a la zona sur del flanco oriental de la cuenca de Loja. Esta superficie
tiene como límite oeste el eje central de la cuenca sedimentaria, estimándose a lo largo del río
Malacatos, y como límite este, el contacto entre la fase sedimentaria y el basamento, en las
estribaciones de la Cordillera Real. (Figura 1.1).
Topográficamente el polígono alcanza elevaciones superiores a los 2400 msnm, con relieves
bastante irregulares y pendientes fuertes.
En la tabla 1.1 se muestran las coordenadas límites norte, sur, este y oeste, del polígono de
estudio y en las que se enmarco la red de distribución de los puntos de levantamiento de datos
gravimétricos.
Tabla 1.1 Coordenadas límites del área de estudio. Proyección Universal Transversa de Mercator
WGS 84. Hemisferio Sur. Zona 17.
Punto vértice Coordenadas
Noroeste 0698750, 9560500
Noreste 0701750, 9560500
Sureste 0701750, 9552500
Suroeste 0698750, 9552500
Fuente: Autor.
8
Figura 1.1. Ubicación espacial del polígono de estudio.
Fuente: Autor.
Loja
Loja
N
9
1.2. Contexto geológico tectónico
Ecuador está situado en una zona de interacción entre la Placa de Nazca, formada por corteza
oceánica, que subduce bajo el borde occidental de la placa continental Sudamericana. Debido a
este proceso, en diferentes ciclos orogénicos se produjo el levantamiento y formación de la
Cordillera de los Andes y la formación paralela de cuencas sedimentarias intramontañosas
(sinorogénicas) del Ecuador, que se desarrollaron a partir del Oligoceno, época de mayor
actividad orogénica.
La cuenca sedimentaria está conformada por rocas esencialmente detríticas de edad Mioceno
Medio y Superior discordantes sobre el basamento metamórfico. Su secuencia sedimentaria
Neógena ha sido establecida por Kennerley (1980) y estudiada en detalle por Hungerbühler et
al. (2002) quienes para justificar las diferencias entre las series estratigráficas occidental y
oriental de la cuenca, proponen la existencia de un límite estructural que separó dos
subcuencas. El relleno sedimentario se inició con depósitos fluviales, deltáicos y lacustres que
en el sector occidental corresponden de muro a techo, a las Formaciones Trigal, La Banda y
Belén, mientras que en el oriental están integradas en la Formación San Cayetano. Sobre ellas
reposa discordantemente la Formación Quillollaco.
El polígono de estudio se limita a la parte oriental de la cuenca sedimentaria, en el cual afloran
las formaciones San Cayetano y Quillollaco y el basamento metamórfico, denominado Unidad
Chiguinda.
Unidad Chiguinda (Litherland et al., 1994), está constituida por rocas metamórficas de bajo
grado que incluyen: filitas, esquistos, cuarcitas, metalimolitas, y de alto grado como esquistos
sericíticos, esquistos biotíticos-moscovíticos y gneis de edad devónica a pérmica. Estos
materiales afloran a lo largo del extremo oriental del polígono de estudio, en las estribaciones
de la cordillera de los Andes. Siendo esta cordillera la fuente de materiales para la fase
sedimentaria de la cuenca.
La Formación San Cayetano, del Mioceno tardío a último, está dividida en tres miembros con
limites transicionales. El miembro inferior de arenisca, contiene arenisca color marrón con capas
pequeñas de conglomerados y lutitas; dentro de las lutitas hay varias capas de carbón y los
conglomerados contienen exclusivamente clastos metamórficos. El miembro medio de limolitas,
incluye lutitas de color marrón, gris y blanco con estratificación en capas laminadas de 1-2 cm
de espesor, abundantes capas de diatomita y algunos piroclastos. El miembro superior, está
10
dominado por areniscas de color marrón y lutitas. La potencia de esta formación se estima en
800 m. Esta formación yace con discordancia fundamental sobre la Unidad Chiguinda, y
estratigráficamente subyace en discordancia angular a la Formación Quillollaco.
La Formación Quillollaco, mioceno terminal, está compuesta por conglomerados masivos con
pocas intercalaciones de areniscas. Los conglomerados están conformados de clastos
metamórficos redondeados: filitas, cuarcitas, y esquistos, con diámetros inferiores a 50 cm y
matriz arcillo-arenosa. Esta formación puede alcanzar potencias de 600 m en la parte sur de la
cuenca.
Además, depósitos aluviales están presentes en las márgenes de los ríos Malacatos y Zamora,
ampliándose hacia el centro de la cuenca, principalmente en la unión de los ríos. La potencia de
los depósitos puede estimarse en 20 m según sondeos realizados en edificaciones de la ciudad.
Figura 1.2. Columna estratigráfica del sector oriental de la cuenca de Loja (Hungerbühler et al., 2002).
Fuente: Modificado de Neogene stratigraphy and Andean geodynamics of southern Ecuador. Hungerbühler et al.
(2002).
CAPÍTULO II
MARCO CONCEPTUAL
12
2.1. Prospección gravimétrica
La prospección gravimétrica se basa en la medida en superficie de las variaciones en magnitud
de la componente vertical del campo gravitacional terrestre (Cantos, 1987). Estas variaciones,
producidas principalmente por cambios en la densidad de los materiales, permiten localizar
masas contrastantes (de mayor o menor densidad) con el medio que las rodea. De esta
manera, se puede llegar a una interpretación de la probable geometría y distribución de los
materiales geológicos en el subsuelo. Es necesario un amplio conocimiento del contexto
geológico.
En geofísica aplicada, el conocimiento de la gravedad absoluta no presenta mayor interés.
Importan especialmente las mediciones relativas. Estas muestran la diferencia entre la
gravedad en el punto de observación y en otro tomado como base. A las diferencias observadas
se aplican correcciones adecuadas con objeto de reducirlas a ciertas condiciones normales. Los
valores corregidos de las variaciones de gravedad, se denominan anomalías y proporcionan
información acerca de los cambios de densidad en el subsuelo, así como, superficies que
limitan regiones de densidad diferente (Parasnis, 1962).
La magnitud de la gravedad es afectada por cinco factores, estos son: la latitud, la elevación, la
topografía, las mareas y la densidad de los materiales en el subsuelo. La prospección
gravimétrica presta principal interés en las anomalías provocadas por cambios de densidades
en el subsuelo. Estas anomalías son mucho menores que las variaciones debidas a la latitud o
elevación; pero, resultan ser mayores que los cambios ocasionados por las mareas y a la
topografía.
Las variaciones en la aceleración de la gravedad terrestre son mínimas. El valor medio de la
gravedad de la Tierra es casi constante, alrededor de 980 cm/seg2, y sus variaciones, en
magnitud, son del orden de miligales (10-5 cm/seg2), prácticamente imperceptibles. A pesar de
esto, es posible cuantificar estas desviaciones, esto se consigue mediante instrumentos de
medida de gravedad con alta sensibilidad, denominados gravímetros.
Con el levantamiento de datos gravimétricos mediante campañas de campo y el procesamiento
de estos, obtenemos el mapa de anomalías de Bouguer. En este se representa las variaciones
de densidad de las masas rocosas que componen el área de estudio. Las estructuras
geológicas y su relación, se determinan mediante la interpretación del mapa de anomalías y la
integración de los datos geológicos del área.
13
2.2. Principios físicos
2.2.1. Campo de gravedad terrestre. Componentes.
La fuerza de gravedad actuante sobre un cuerpo en reposo, situado en la superficie terrestre,
está compuesto y es la resultante de todas las fuerzas que se ejercen sobre él. Estas son:
- La fuerza de atracción producida por la Tierra.
- La fuerza centrífuga generada por el movimiento de rotación de la Tierra.
- La fuerza de atracción gravitacional ejercida por el Sol y otros astros. Otras.
Las dos primeras fuerzas citadas son los componentes fundamentales de la fuerza de
gravedad, la atracción debida a otros astros es pequeña, por lo cual, no la consideraremos.
La fuerza de gravedad F, es el producto de la aceleración de la gravedad g por la masa m del
cuerpo:
𝐹 = 𝑚𝑔
Al vector g se denomina campo de gravedad terrestre y se define como la fuerza por unidad de
masa ejercida por la Tierra sobre un objeto.
En un punto P de la superficie terrestre, el campo de gravedad g está compuesto por la suma
vectorial del campo de atracción terrestre gt y la aceleración centrífuga ac:
𝑔 = 𝑔𝑡 + 𝑎𝑐
Para la representación del campo de gravedad se considera a la Tierra como un sólido rígido
que gira con una velocidad de rotación constante ω sobre un eje fijo. Figura 2.1.
Figura 2.1. Componentes del campo de gravedad terrestre.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_del_campo_gravitatorio.
𝑔𝑡
𝑎𝑐
𝑔
P
14
2.2.2. Fuerza gravitatoria. Ley de Newton. Constante de Gravitación Universal.
Según Cantos (1987), el método gravimétrico se basa en la ley de gravitación Newton. Esta ley
establece que la fuerza de atracción entre dos partículas de masas m1 y m2 es directamente
proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
entre los centros de masa:
𝐹𝛼𝑚1𝑚2
𝑟2= 𝐺
𝑚1𝑚2
𝑟2
Donde:
F – fuerza de atracción entre las masas m1 y m2.
r - distancia entre los centros de masa de las dos partículas.
G - Constante Gravitacional Universal.
Para la determinación del factor de proporcionalidad (G), Cavendish en el año 1798 ideó una
balanza, con la cual pudo medir las masas y distancias, además de conocer el coeficiente de
torsión del hilo de suspensión y medir el ángulo de rotación, así pudo calcular el coeficiente de
proporcionalidad que es la conocida Constante de Gravitación Universal (G) que vale 6,67 x
10-11 Nm2/kg2. En el sistema CGS, el valor de G es 6.670 x 10.-8. Esta es la fuerza en dinas
que se ejercería en dos masas de 1 gramo cuyos centros estuviesen separados entre sí 1
centímetro.
Si suponemos que la Tierra es esférica y no gira, con una masa M y radio R, la fuerza de
atracción de Newton F, que esta ejerce sobre una masa genérica m, sobre su superficie es:
𝐹 = 𝐺𝑚𝑀
𝑅2
La Segunda Ley de Newton establece que F = ma, y si definimos como gt, a la aceleración de
la gravedad, causada por la atracción de la masa de la tierra, entonces:
𝐹 = 𝑚𝑔𝑡 = 𝐺𝑚𝑀
𝑅2
Tenemos que:
15
𝑔𝑡 = 𝐺𝑀
𝑅2
Donde M es la masa de la tierra, g la atracción de la gravedad de una masa sobre su superficie,
y R el radio de la Tierra.
2.2.3. Fuerza centrífuga.
Debido al movimiento de rotación de la Tierra, se considera que esta gira con velocidad angular
constante ω en torno a un eje fijo. Bajo esta condición, la aceleración centrifuga en un punto P
situado en la superficie terrestre a una distancia d del eje de rotación es:
𝑎𝑐 = ω2𝑑
La aceleración centrifuga ac tiene dirección perpendicular al eje de rotación y está dirigida hacia
el exterior de la Tierra. Figura 2.2.
La velocidad angular de rotación de la Tierra es de 7,293 x10-5 rad/s
Figura 2.2. Componentes de la aceleración de la gravedad terrestre.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_del_campo_gravitatorio.
La fuerza centrífuga es el producto de la masa por la aceleración centrifuga en ese punto de la
superficie.
𝑓𝑐 = 𝑚𝑎𝑐
ω
ω2𝑑
𝑔 𝑅
𝐺𝑀
𝑅2
𝑑
16
La aceleración centrifuga varía según la latitud, en el ecuador es de 0,03 m/s2, valor máximo;
mientras que en los polos es nula.
Como consecuencia de estos efectos, la aceleración de gravedad varía aproximadamente de
978 cm/seg2 en el ecuador a 983 cm /seg2 en los polos.
2.2.4. Unidades de medida.
En gravimetría, la unidad básica de referencia es el Gal (1 Gal = 1 cm/s2), en unidades CGS.
Dado que en prospección esta unidad es relativamente grande, se utiliza un submúltiplo, el
miligal (1 mGal = 10-3 Gal), o el microgal (1 μGal = 10-6 Gal).
En el Sistema Internacional, se utiliza el μm/s2, denominado unidad gravimétrica, equivalente a
0.1 mGal (1 u.g. = 0.1 mGal). En prospección gravimétrica, esta unidad no es utilizada
mayormente. La utilización del mGal es más extendida, unidad que se utilizó en este trabajo,
con objeto de unificar los resultados con estudios gravimétricos anteriores.
2.3. Superficies de referencia
La Tierra no es un cuerpo esférico perfectamente homogéneo, por lo que teóricamente se
definen dos superficies de referencia:
Geoide. Se define como una superficie de nivel equipotencial del campo gravitatorio terrestre.
En este modelo, la fuerza de la gravedad será perpendicular a las superficies con igual
magnitud de campo gravitacional.
Está materializado por los océanos cuando se prescinde del efecto perturbador de las mareas
(casi la superficie del nivel medio de los mares). Su forma se ve afectada por excesos o déficits
de masa como montañas y depresiones o valles.
Según Cantos (1987), se llama geoide a la superficie de equilibrio de los mares de la Tierra si
estos se pudieran extender por los continentes a través de canales imaginarios hechos el ellos
bajo el nivel del mar.
Debido a la forma de la Tierra, la figura geométrica utilizada en geodesia que más se aproxima
a esta es un esferoide oblato. Un esferoide oblato es un elipsoide de revolución obtenido por
17
rotación de una elipse alrededor de su semieje menor. Un esferoide que representa la forma de
la Tierra, recibe el nombre de elipsoide de referencia.
Elipsoide de referencia. El elipsoide es una superficie teórica simple de mayor aproximación a la
forma de la Tierra. Es la forma geométrica (superficie matemática) que más se adapta a la
forma del geoide (superficie física).
El elipsoide de revolución consta de dos ejes (a-mayor y b-menor). Dicha superficie se logra
haciendo girar a la elipse en torno a su eje menor. Figura 2.3.
Figura 2.3. a) Elipse con semiejes: mayor- a y menor -b. b) Elipsoide de revolución.
Fuente: Autor.
Alterando los valores de longitud de los semiejes a y b, y su posición con relación al geoide, se
obtienen diferentes elipsoides de referencia.
El elipsoide de revolución que mejor se adapte al geoide en la zona, con un punto donde ambos
coinciden o bien la normal a ambos, constituye el concepto de Sistema Geodésico de
Referencia. A lo largo de la historia diversos elipsoides se han utilizado para definir el Sistema
de Referencia de cada país, de tal forma que se define aquel que mejor se ajuste al geoide.
Eje de rotación
b)
Semieje menor - b
Semieje mayor - a
a)
18
2.3.1. Elipsoide de referencia WGS 84.
El World Geodetic System 1984 (WGS84), sistema geodésico mundial de referencia que data
de 1984. Consiste en un modelo matemático tridimensional que representa la superficie
terrestre por medio de un elipsoide que se denomina WGS 84.
El elipsoide WGS 84 es definido como un elipsoide de revolución equipotencial geocéntrico. Un
elipsoide equipotencial, es una superficie equipotencial en la cual todos los valores de gravedad
son iguales (superficie coincidente con el geoide). Geocéntrico significa que el sistema
geodésico elipsoidal está centrado en el centro de masas de la Tierra. Las altitudes están
referidas al elipsoide WGS 84. Figura 2.4.
Las características del elipsoide son:
- Semieje mayor: a = 6 378 137 m
- Semieje menor: b = 6 356 752,3142 m
- Aplanamiento: (a ‐ b)/a = 1/298,257223563
- Constante de Gravitación Terrestre: GM=3,986004418 x10-4 m3/s2
Figura 2.4. Sistema de referencia WGS84.
Fuente: NIMA. http://egsc.usgs.gov/nimamaps/.
Según Cantos (1987), la plomada o línea de plomada (dirección de la gravedad) tiende a
desviarse hacia las regiones con exceso de masa (continentes) y a alejarse de las de déficit de
masa (océanos), de lo que se infiere que el geoide está por encima del esferoide en los
continentes y por debajo en los océanos.
19
2.3.2. Relación Elipsoide – Geoide.
Altura Elipsoidal: distancia entre la superficie del elipsoide y la superficie física de la Tierra. La
magnitud y la dirección de este vector dependen del elipsoide de referencia (WGS 84).
Altura Ortométrica: distancia vertical entre la superficie del geoide y la superficie física de la
Tierra. Esta distancia se mide tangente a la dirección de la gravedad en cualquier punto.
Altura Geoidal: distancia que separa al elipsoide del geoide. También conocida como
ondulación geoidal.
Figura 2.5. Altura del geoide con respecto al elipsoide WGS 84.
Fuente: Universidad de Murcia. http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node5_ct.html.
2.4. Variación de la gravedad sobre la superficie terrestre
2.4.1. Con la latitud.
Debido a la rotación de la Tierra, los cuerpos experimentan una fuerza centrífuga que varía
según la latitud, siendo esta, nula en los polos y máxima en el ecuador. Esta fuerza opuesta a la
atracción gravitatoria disminuye el campo de gravedad y lo desvía de su dirección original
(hacia el centro de la Tierra).
20
El campo gravitatorio aumenta con la latitud debido al achatamiento de la Tierra en los polos. La
forma de la Tierra hace que la distancia desde la superficie al centro de la Tierra, es decir, su
radio R, se reduzca a medida que la latitud aumenta. Dado que la fuerza de atracción es
inversamente proporcional al cuadrado de esta distancia, en el ecuador (distancia máxima) la
fuerza de gravedad es menor que en otras latitudes.
Por estos factores, la gravedad adquiere una dirección perpendicular a la superficie del geoide,
que se representa como una pequeña desviación hacia el polo del hemisferio opuesto. A esta
dirección se denomina línea de plomada. Esa desviación se debe a la fuerza centrífuga, y a la
masa adicional alrededor del ecuador.
En 1930, se determinó la Formula Internacional de la Gravedad (IGF, por sus siglas en inglés)
referida al Sistema de Referencia Geodésico (GRS), aceptada por la Asociación Internacional
de Geodesia (IAG):
𝑔𝑜 = 9,78049(1 + 0,0052884 𝑠𝑒𝑛2ϕ − 0,0000059𝑠𝑒𝑛22ϕ) (m/s2)
En 1967, con base en el Sistema de Referencia Geodésico (GRS 67), se actualizó la IGF:
𝑔𝑜 = 9,78031846(1 + 0,0053024 𝑠𝑒𝑛2ϕ − 0,0000058𝑠𝑒𝑛22ϕ ) (m/s2)
Más tarde, la IAG desarrolló el Sistema de Referencia Geodésico de 1980 (GRS 80), que dio
lugar al actual Sistema Geodésico Mundial de 1984 (WGS 84) y su Formula de Gravedad
Elipsoidal:
𝑔𝑜 = 9,78032677141 + 0,00193185138639 𝑠𝑒𝑛2ϕ
√1 − 0,00669437999013 𝑠𝑒𝑛2ϕ
en donde go = γ es la gravedad normal o teórica referida al elipsoide en m/s2, en la latitud ϕ y a
nivel del mar.
Para la cuenca de Loja, ubicada entre las latitudes 03°53’ S – 04° 05’ S, el valor de la gravedad
normal en estos límites se detalla en la tabla 2.1.
21
Tabla 2.1. Valores de la gravedad normal para la cuenca de Loja, calculada utilizando la Fórmula
Internacional de la Gravedad para el esferoide GRS.
LATITUD GRAVEDAD NORMAL AL ESFEROIDE (cm/s2)
GRS 30 GRS 67 WGS 84
03° 53’ S 978,0677103 978,0507037 978,056359
04° 05’ S 978,0699264 978,0529313 978,058857
Fuente: Autor.
2.4.2. Con la altitud.
Las observaciones de gravedad se hacen sobre la superficie terrestre, a una altura sobre el
nivel del mar. Se deben considerar las variaciones de la gravedad respecto a esta altitud, para
reducir este valor observado al de la gravedad teórica. La gravedad teórica es determinada a
nivel del mar, mediante la Formula Internacional de la Gravedad.
Esto nos da lugar a tres correcciones: corrección de aire libre o de Faye, corrección de Bouguer
y corrección topográfica; permitiendo reducir la gravedad observada al nivel del mar (Cantos,
1987).
2.4.2.1. Corrección de aire libre.
Se debe a la altura entre el punto de observación de la gravedad y el nivel del mar. No se
considera la masa entre estos dos niveles, de ahí que se denomina corrección por “aire libre”. A
una altura de observación superior al nivel del mar, habrá una mayor distancia al centro de la
Tierra.
Para esta corrección se supone a la Tierra como una esfera rígida de masa M y radio R. Por
definición, la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la
superficie y el centro de la Tierra.
𝑔 =𝐺𝑀
𝑅2= 𝐺𝑀𝑅−2
Derivando la gravedad g respecto a R:
𝑑𝑔
𝑑𝑅= −2
𝐺𝑀
𝑅3= −2
𝑔
𝑅
22
Para un valor medio de g y R, se tiene que la variación de la gravedad con respecto al cambio
de radio es:
𝑑𝑔
𝑑𝑅= −0,3086 𝑚𝐺𝑎𝑙/𝑚
Siendo dR la variación de la distancia al centro de la Tierra R, es decir, la altura h:
𝑑𝑔 = −0,3086 ℎ (𝑚𝐺𝑎𝑙/𝑚)
Expresando esta variación de la gravedad como gAL (por aire libre):
𝑔𝐴𝐿 = −0,3086 ℎ (mGal/m)
El signo negativo hace referencia a que al aumentar R disminuye g. Lo que significa, que esta
corrección será aditiva; es decir, habrá que sumar a la gravedad observada 0,3086 mGal por
cada metro de altura. Además, de la formula se infiere la precisión con que debe conocerse la
altitud del punto de observación. Para cada metro, la gravedad disminuye 0,3086 mGal. Es
decir, para calcular la gravedad con una precisión de 0,1 mGal se debe conocer la altura con
0,3 m de precisión.
2.4.2.2. Corrección de Bouguer.
Para esta corrección se calcula el efecto de atracción gravitatoria que produce el material
geológico existente entre el nivel de la superficie de observación y el nivel del mar. Efecto que
incrementa el valor de la gravedad observada.
Para ello, se considera a la superficie de observación como un plano horizontal paralelo al
geoide, e idealiza al material geológico como una capa horizontal continua e infinita,
denominada placa de Bouguer, de densidad constante y de espesor igual a la altitud de
observación.
Las montañas que sobresalen de esta superficie horizontal imaginaria y los valles que quedan
por debajo falsean ésta hipótesis, pero su efecto se compensa por la corrección topográfica
subsiguiente (Dobrin, 1961).
Bajo estas consideraciones la atracción gravitatoria será:
𝑔𝐵 = 2𝜋𝐺𝜌ℎ
23
Donde G corresponde a la constante de gravitación universal, en el sistema CGS, G=6,67384
x10-8 cm3g-1s-2, ρ es la densidad media de la zona de prospección (g/cm3) y h la altura (m) sobre
el nivel del mar del punto de observación.
𝑔𝐵 = 0,041933𝜌ℎ (mGal/m)
Esta variación se resta del valor observado, dado que la placa de Bouguer aumenta el valor de
la gravedad, es necesario eliminar este incremento para llegar al valor de la gravedad teórica
del esferoide.
2.4.2.3. Corrección topográfica.
La corrección topográfica considera las irregularidades topográficas del terreno alrededor de la
estación, causadas por la desigual distribución de masas en el subsuelo. Para esto, se calcula
el efecto de atracción que produce el terreno por encima del nivel de la estación y también el
efecto de la deficiencia de masa por debajo del nivel de la estación.
La corrección topográfica es la que toma en cuenta el efecto gravífico de las masas por encima
y por debajo del nivel de la estación, ya que en la corrección de Bouguer se supone que el
terreno es horizontal (Cantos, 1987).
Inicialmente, la corrección topográfica fue propuesta por Hammer, en 1939, mediante un
procedimiento gráfico. Ideó una plantilla transparente dividida en secciones circulares
concéntricas, seccionadas por líneas radiales, de modo que, aplicada a la estación a corregir,
se pudiese determinar la altura media del sector circundante al punto de observación (diferencia
entre la superficie de observación y la topográfica).
La corrección entonces corresponde al efecto de atracción de sectores de espesor h para
anillos de radio externo e interno, Re y Ri respectivamente, y densidad ρ, cuya ecuación es:
𝑔 = 2𝜋𝐺𝜌[𝑅𝑒 − 𝑅𝑖 + (𝑅𝑖2 + ℎ2)
1/2− (𝑅𝑒
2 + ℎ2)1/2
]
24
Figura 2.6. Esquema de seccionamiento de masa en anillos, para el cálculo de la
corrección topográfica.
Fuente: Prospección Gravimétrica para Geólogos, UNT. Estrada, 2012.
Con la plantilla o gratícula se puede calcular efecto gravitatorio por unidad de altura de cada
sección, dividiendo el efecto de atracción del anillo correspondiente en la cantidad de sectores
del anillo.
Figura 2.7. Plantilla de Hammer.
Fuente: Tratado de Geofísica Aplicada. Métodos Gravimétricos. Cantos, 1987.
La zona exterior extiende a casi 22 km, más allá de los cuales los efectos topográficos son
generalmente insignificantes (Kearey et al., 2002). La plantilla se superpone a un mapa
Re
A
Ri
h ρ
B
D
C
E
F
25
topográfico con su centro en la estación de observación de la gravedad. La altura media de
cada compartimiento se determina a partir de la topografía.
El material sobre el nivel de observación provoca una disminución en la gravedad observada.
En esta corrección, este efecto se sumará al valor de gravedad medido. En la corrección de
Bouguer se consideró una superficie topográfica plana, es decir, el efecto de las deficiencias de
masa (depresiones del terreno) fue restado del valor de gravedad observado. Por esto, deberá
ser compensado en la corrección topográfica adicionando el valor de ese efecto. En otras
palabras, para la corrección topográfica, el efecto gravitatorio de las masas sobre y bajo el nivel
de la estación son adicionadas al valor de la gravedad observada.
2.4.3. Con el tiempo.
Si se realizan lecturas continuas con el gravímetro en un punto determinado a lo largo del día,
los valores de la gravedad observada cambiaran con el tiempo. Esta variación se debe
principalmente a la deriva instrumental, propia del funcionamiento mecánico del gravímetro, y al
efecto luni-solar o de las mareas, por la atracción del Sol y la Luna sobre la masa del
gravímetro.
2.4.3.1. Efecto de las mareas.
Los gravímetros son instrumentos suficientemente sensibles para registrar la variación
periódica de la gravedad provocada por el cambio de posición del Sol y la Luna con respecto a
la Tierra. Este efecto depende de la posición astronómica de ambos, variable con el tiempo, y
de la latitud del punto de observación.
Según Cantos (1987), la amplitud máxima puede llegar en total a 0.3 mGal, pero su variación
máxima es solamente de unos 0.05 mGal/hora.
2.4.3.2. Deriva instrumental.
El gravímetro, como todo instrumento de precisión, da lugar a lo que se llama deriva
instrumental (o variación con el tiempo de la lectura de una estación); es decir, que si se
efectúan medidas sobre una misma estación a diversos intervalos de tiempo se obtienen
valores ligeramente distintos .Esto se debe a que los resortes y fibras de torsión del instrumento
26
no son perfectamente elásticos, al efecto de la temperatura y a la influencia de las mareas
(Cantos, 1987).
Para calcular su valor, se realizan lecturas continuas de gravedad en una estación, con lo que
podremos generar una curva de deriva (gravedad vs tiempo). A partir de esta curva,
generalmente lineal, se puede corregir la variación temporal de las lecturas de gravedad en un
ciclo de medidas.
2.5. Anomalías gravimétricas
La desigualdad entre el valor de gravedad observado, corregido (bajado al nivel del mar o
reducido al geoide), y el valor teórico de la gravedad, calculado con la Fórmula Internacional, es
lo que se denomina anomalía gravimétrica. Se expresa de la siguiente forma:
Anomalía Gravimétrica = Gravedad Observada + corrección aire libre – corrección de
Bouguer + corrección topográfica ± corrección isostática – Gravedad Teórica
El tipo de la anomalía se determina según los efectos que se corrigen al valor de la gravedad
observada: Anomalía de Aire Libre, solo considera la corrección por aire libre. Anomalía de
Bouguer, toma las correcciones por aire libre, de Bouguer y topográfica, no así la corrección
isostática. La Anomalía Isostática es la que incluye todas las correcciones.
Para los fines de esta investigación, no se considera la corrección isostática, debido a que su
efecto en la zona de prospección es constante. Se considera la anomalía de Bouguer.
Anomalía de Bouguer (Δg) = gravedad observada + corrección aire libre – corrección de
Bouguer + corrección topográfica – gravedad teórica
2.5.1. Anomalías regionales y residuales.
La separación de las anomalías regional y local es un paso importante en la interpretación de
un mapa de gravedad. El análisis se puede basar en varios perfiles que cruzan la estructura o
involucrar las dos dimensiones de distribución de anomalías en el mapa de gravedad.
Numerosas técnicas pueden aplicarse para la descomposición de la anomalía de gravedad de
sus partes constituyentes (Lowrie, 2007).
27
Las anomalías gravitacionales en un punto están constituidas por dos efectos de atracción
ocasionados por distintas estructuras en el subsuelo. Según Cantos (1987), estos son los
siguientes:
Anomalía Regional: la componente regional, producida por contrastes de densidad en las
regiones inferiores de la corteza terrestre y las superiores del manto. Las anomalías regionales
son de alta amplitud y baja frecuencia, su estudio permite determinar rasgos geológicos a nivel
macro-regional, tales como contactos de placas y discontinuidades.
Anomalía Residual: la componente residual, producida por contrastes de densidad en las
regiones intermedias y superiores de la corteza. Las anomalías residuales son de baja amplitud
y alta frecuencia, su estudio permite identificar efectos someros como fallas y cuencas
sedimentarias.
2.6. Medición de la gravedad
La gravedad puede ser medida de manera absoluta o relativa, dependiendo de la metodología y
el instrumento de medición.
Las medidas absolutas de la gravedad se realizan mediante péndulos o estudiando la caída
libre de los cuerpos. En cuanto que las medidas relativas, se las hace utilizando métodos
dinámicos como el péndulo o métodos estáticos (balanza de torsión y gravímetros) (Cantos,
1987).
2.6.1. Medición de la gravedad absoluta.
La medida del valor absoluto de la gravedad terrestre precisa de instrumentos sofisticados, de
manipulación compleja, difíciles de transportar y un amplio tiempo de operación.
2.6.1.1. Caída libre.
Los equipos de caída libre se basan en el cálculo del tiempo de caída de una masa
determinada. En los equipos modernos, el mecanismo de control del tiempo es un sistema de
calibrado láser acoplado a un reloj atómico, que controla el tiempo que tarda en caer en el vacío
una masa reflectante (Chapin, 1998).
28
Estas medidas de gravedad alcanzan precisiones de 0,001 mGal, pero por la constitución del
instrumento, su empleo no es conveniente en campañas de medición.
2.6.1.2. Péndulos.
Están constituidos por una masa suspendida a una longitud L, que oscila con un periodo T. En
este sistema, la gravedad es la fuerza restauradora.
𝑇 = 2𝜋√𝐿
𝑔
De donde:
𝑔 = 4𝜋2𝐿
𝑇2
Las medidas se realizan con un número grande de oscilaciones. Si se miden los periodos
durante 1 hora, se pueden conseguir precisiones de 1 mGal. El problema es que la cuerda del
péndulo tiene propiedades no lineales en diferentes localidades por lo que no permite altas
precisiones (Chapin, 1998). Debido al tiempo necesario para efectuar cada medición, este
método no resulta conveniente en prospección.
2.6.2. Medición de la gravedad relativa.
La medida del valor relativo de la gravedad requiere de instrumentos de diseño más simple,
prácticos y de fácil traslado. Ideales para campañas de prospección para determinar la
diferencia de gravedad entre dos estaciones de observación.
2.6.2.1. Balanza de torsión.
Se basa en el efecto de torsión provocado por dos masas en los extremos de una barra
suspendida de un hilo. La barra gira cuando una fuerza diferencial horizontal actúa sobre las
masas, de tal manera que las componentes horizontales de gravedad en los extremos de la
barra difieren, provocando el desplazamiento horizontal en torno al eje de la balanza.
29
Este sistema, mide variaciones de la componente horizontal de la gravedad (gradiente y
curvaturas de la gravedad) con precisiones de hasta 0.001 mGal. En áreas favorables puede
alcanzar una precisión semejante a gravímetros modernos. No obstante, la balanza de torsión
no es de mayor empleo por la cantidad de lecturas necesarias para medir la gravedad en una
estación de observación, lo que demanda gran tiempo.
2.6.2.2. Balanza de muelles.
En esencia consiste en una masa suspendida de un muelle o sistema de muelles o fibras de
torsión. Las pequeñas variaciones de gravedad se traducirán en variaciones del peso o, lo que
es lo mismo, en pequeños alargamientos o acortamientos del muelle de suspensión (Cantos,
1987).
Son instrumentos de medida relativa, por lo que para conocer la gravedad absoluta, han de ser
calibrados en una posición de gravedad absoluta conocida.
Los gravímetros pueden distinguirse, según su funcionamiento, en dos tipos:
a) Estáticos o estables.
De constitución simple, una masa sujeta a un muelle, con algún dispositivo estabilizador del
sistema. La variación de la longitud del muelle es medido directamente por medio de una
adecuada amplificación óptica, mecánica o eléctrica. Por su funcionamiento es muy difícil
conseguir mucha precisión (Cantos, 1987).
Al ser menos precisos que los gravímetros inestables, son menos utilizados. En el gravímetro
estable, al interrumpirse la anomalía de gravedad, el muelle retomará su longitud original.
b) Astáticos o inestables
Constan de una masa suspendida inestablemente de un muelle o sistema de muelles en
equilibrio para un determinado valor de gravedad. Un pequeño cambio en la gravedad,
necesario para desequilibrar el sistema, provoca una variación mínima en la posición de la
masa, pero un cambio relativamente grande en la longitud del muelle, haciendo más fácil su
medida.
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
31
La metodología de este estudio, comprobada en estudios similares, se fundamenta en la toma
de medidas de gravedad relativa en estaciones. Es necesario conocer la gravedad absoluta en
el punto de base; además, determinar con gran precisión las coordenadas de los puntos de
observación, prestando mayor importancia a la altitud (coordenada z). Estos datos,
posteriormente, serán corregidos y de los cuales se obtendrán los valores de anomalías en
cada punto. Con los perfiles de anomalías y con el software correspondiente, se puede modelar
la geometría del basamento de la cuenca sedimentaria.
3.1. Información previa al trabajo de campo
Para este estudio, la base topográfica (escala 1:50.000) del área de levantamiento de datos, fue
obtenida del Instituto Geográfico Militar, georreferenciado elipsoide WGS 84, zona 17 del
hemisferio Sur.
La cartografía geológica utilizada corresponde a los mapas geológicos elaborados en estudios
de la zona, parte de la cartografía del Ecuador. Estos mapas corresponden a las hojas
geológicas Loja-56 y Gonzanamá-57 a escala 1:100.000, elaboradas por Kennerley (1973) y los
datos presentados por Hungerbühler et al. (2002).
Para este estudio se empleará el mapa de anomalía regional de la cuenca de Loja, base para el
cálculo de la anomalía residual. Este mapa fue elaborado en el estudio “Control Tectónico
Estructural de la Cuenca Sedimentaria de Loja, Sur del Ecuador”, realizado por Tamay (2010).
3.2. Instrumentos utilizados
Para las campañas de levantamiento de datos gravimétricos, se emplearon instrumentos del
Departamento de Geología, Minas e Ingeniería Civil, de la Universidad Técnica Particular de
Loja.
32
3.2.1. Gravímetro SCINTREX CG-5 AUTOGRAV.
3.2.1.1. Características.
El gravímetro Scintrex CG-5 Autograv es un medidor de gravedad relativo del tipo lineal,
automatizado por microprocesadores. Tiene un rango de medida de más de 8000 mGal y una
resolución de lectura de 0,001 mGal (Scintrex Limited, 2009).
El gravímetro tiene dos modos de funcionamiento, el modo de lectura de campo, cuando las
lecturas son cortas, iniciadas por el operador, y el modo de repetición automática, donde
previamente se ajusta el número de ciclos de lectura y la duración de cada una. La función de
software es esencialmente el mismo en todos los modos.
El mecanismo de medición de la gravedad está contenido, en su totalidad, en una cámara de
vacío. Con lo que se logra un excelente aislamiento de las variaciones en la presión
atmosférica.
Figura 3.1. Gravímetro Scintrex CG-5Autograv.
Fuente: Autor.
33
3.2.1.2. Funcionamiento.
El elemento sensor del Autograv CG-5 está basado en un sistema elástico de cuarzo fundido.
La fuerza gravitacional sobre la masa de prueba es equilibrada por un resorte y una fuerza
electrostática restauradora relativamente pequeña (Scintrex Limited, 2009).
El CG-5 Autograv obtiene una lectura de gravedad promediando una serie de muestras
continuas, a una frecuencia de 6 Hz, durante un periodo de medida establecido por el operador.
Las lecturas individuales se muestran directamente en mGals y son almacenadas en la
memoria del gravímetro para posteriormente ser descargadas a través de las diferentes
opciones para el vaciado de datos del equipo.
El Autograv CG-5 incorpora un de tratamiento de la señal de la gravedad, llamado FILTRO
SÍSMICO. Se trata de un filtro opcional. Este es necesario durante los intervalos de tiempo
cuando el ruido sísmico que contiene ondas con períodos de 4-30 segundos incremente, dado
que la SD (desviación estándar) de las medidas aumenta por encima de aproximadamente 0.1
mGal.
Además, posee protecciones a los cambios de temperatura ambiente localizando el sistema
elástico de cuarzo, el conversor analógico digital, los componentes electrónicos de sensibilidad
y los sensores de inclinación en un ambiente controlado por un termostato de alta estabilidad
que mantiene la temperatura del resorte constante en un rango de 0,5° mK (Scintrex Limited,
2009).
3.2.1.3. Calibración y compensaciones.
- Deriva instrumental.
La baja deriva instrumental es resultado del entorno operativo extremadamente estable del
sistema elástico de cuarzo fundido. Esto permite que la deriva a largo plazo del sensor sea
predicha con exactitud y un software de corrección en tiempo real reduce a menos de 0,02
mGals por día. Este drift es en general lineal en el intervalo de unas pocas horas siempre y
cuando el transporte sea cuidadoso (Scintrex Limited, 2009).
El diseño del gravímetro Scintrex está basado en un sistema elástico lineal, de modo que el
factor de calibración es válido para todo el rango de medición, siendo suficiente para ello la
realización de lecturas en al menos 2 puntos con gravedad conocida con gran precisión.
34
El gravímetro remueve automáticamente la deriva estática supuesta como lineal, determinada
previamente en condiciones de gabinete.
Para determinar este factor de calibración, acorde al manual de operación del gravímetro, se
realizó la operación del instrumento en modo continuo por 48 horas consecutivas con periodos
de lectura cada 60 segundos (2880 ciclos), en un sitio fijo y mayormente aislado de ruido
ambiental.
La corrección de la deriva instrumental se la realizó, en el proceso posterior a la obtención de
datos de campo. Mediante el programa preciso para este cálculo.
- Sensores de inclinación.
La inclinación del sensor de medida afecta al valor de gravedad observado. Para su nivelación,
el gravímetro cuenta con sensores de inclinación electrónicos, con una resolución de 1 segundo
de arco. De ser necesario, cuando no sea posible contar con una base estable, se realizan
correcciones en tiempo real para los errores de inclinación se pueden hacer de forma
automática en un rango de ± 200 segundos de arco.
Previo a la campaña de medición de gravedad en campo, se realizó la calibración en gabinete
de los sensores de inclinación (Tilt X y Tilt Y), siguiendo las indicaciones del manual del usuario
del Autograv CG-5.
- Corrección por mareas.
Para la corrección por mareas, el microprocesador emplea un algoritmo con el código de
Longman (1959) para predecir la marea terrestre en un modelo de Tierra rígida, y corregir en
tiempo real la lectura de gravedad, siempre que las coordenadas, la hora y fecha de medición
sean adquiridas por el receptor GPS incorporado. La fórmula de Longman adiciona un factor
gravimétrico de 1,16 para tener en cuenta la deformación elástica de la Tierra. En realidad este
factor es dependiente de la latitud, de modo que los errores tendrían amplitudes de hasta
alrededor de ± 3 μGal (Scintrex Limited, 2009).
35
3.2.2. GPS Diferencial TRIMBLE R6.
3.2.2.1. Características.
El equipo GPS Diferencial o DGPS permite conocer la posición exacta de un punto en la
superficie terrestre, con precisión de milímetros. Consta de dos antenas receptoras GPS
configurables a través de una controladora manual mediante conexión inalámbrica.
Para precisar las coordenadas (x, y, z) de las estaciones de observación de la gravedad, se
configuro el equipo en modo fast-static (estático rápido) que post-procesamiento permite una
precisión horizontal de 3 mm ± 0,5 ppm RMS y en vertical de 5 mm ± 0,5 ppm RMS, con un
mínimo de cuatro satélites y referido al esferoide WGS84. Además, se estableció una máscara
de elevación de 10o y un tiempo de lectura de 10 minutos para cada estación.
3.2.2.2. Funcionamiento.
El DGPS Trimble R6 está compuesto por un receptor GPS (antena) de base y un GPS móvil. El
receptor GPS fijo, del cual se conoce su posición exacta, recibe la posición dada por el sistema
de satélites, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con su
posición, conocida previamente. Este receptor transmite la corrección (dentro del área de
cobertura de transmisión de señales) de errores al receptor móvil, y así este, a su vez, puede
corregir sus coordenadas.
36
Figura 3.2. Equipo GPS Diferencial, Trimble R6.
Fuente: Autor.
3.3. Trabajo de Campo
El trabajo de campo, para el levantamiento gravimétrico, consiste en campañas de medición de
coordenadas y de la gravedad relativa en las estaciones de observación designada. En cuanto
al mapeo geológico-estructural, consiste en la observación, localización y descripción de la
litología, y medición de los elementos estructurales de las estratificaciones y estructuras.
3.3.1. Bases de medición.
Para determinar las coordenadas y la magnitud de la gravedad en las estaciones de
observación, es necesario el empleo de instrumentos de medición relativa de estos datos, los
cuales deben ser corregidos en referencia a una base de coordenadas y gravedad absoluta
conocida. Debido a la operación independiente de los instrumentos GPS Diferencial y
gravímetro, es posible utilizar una estación base para cada objetivo, aun cuando estos
instrumentos se operen de forma simultánea en campo.
37
3.3.1.1. Base topográfica.
La estación topográfica base, para las medidas de las coordenadas de las estaciones de
observación, se estableció con la Red GNSS de Monitoreo Continuo del Ecuador.
La Red GNSS de Monitoreo Continuo del Ecuador, constituye en el Marco Geodésico de
Referencia Nacional, establecida por el Instituto Geográfico Militar (IGM), actualmente está
conformada por 7 estaciones: S061, RIOP, GLPS, PTEC, GYEC, CUEC, LJEC, distribuidas a lo
largo del territorio nacional. Este Marco Geodésico de Referencia moderno, proporciona
información georreferenciada, una referencia de alta precisión compatible con los sistemas
satelitales de navegación global y compatible con las técnicas de medición disponibles en la
actualidad.
COORDENADAS OFICIALES ESTACIÓN RECME-LJEC
ITRF: 94
DATUM: SIRGAS 95
EPOCA DE REFERENCIA: 1995.4
ELIPSOIDE DE REFERENCIA: GRS80
Tabla 3.1. Coordenadas oficiales de la estación LJEJ de la Red de Monitoreo Continuo del
Ecuador. Instituto Geográfico Militar.
Coordenadas Geodésicas
Latitud: 03º 59' 17.74105'' S Sigma: 0.005 m
Longitud: 79º 11' 54.73463'' W Sigma: 0.001 m
Altura Elipsoidal: 2143.532 m Sigma: 0.006 m
Altura Nivelada *: 2125.395 m Fuente: IGM - CEPGE
Coordenadas Planas (UTM 17 SUR)
Norte: 9558951.395 m Sigma: 0.001 m
Este: 0700008.336 m Sigma: 0.005 m
*Altura Trigonométrica, referida al nivel medio del mar; con origen en el mareógrafo de La Libertad.
Fuente: Instituto Geográfico Militar.
38
Para la base topográfica, a utilizarse en esta investigación, se tomó como enlace a la REGME la
estación ubicada en la Universidad Técnica Particular de Loja (Estación LJEC). A partir de esta
estación, se hizo el amarre del punto de base para la antena del DGPS.
Para el amarre se precisó el punto de base con una de las antenas del DGPS Trimble R6, con
toma de datos en modo estático, durante un tiempo necesario. Las correcciones se realizan en
un post procesamiento, determinándose las coordenadas con precisión de milímetros. Estas
fueron:
Tabla 3.2. Base Topográfica. Coordenadas planas UTM, referidas al WGS 84 Zona 17S.
COORDENADAS UTM (m)
(Elipsoide WGS 84)
NORTE 9559139.253
ESTE 0700144.162
ALTURA ELIPSOIDAL 2150.894
Fuente: Autor.
Figura 3.3. Equipo GPS Diferencial, ubicado en la estación topográfica Base.
Fuente: Autor.
39
3.3.1.2. Base gravimétrica.
Para este estudio se tomara como base gravimétrica el punto de gravedad absoluta conocida
en el campus de la Universidad Técnica Particular de Loja.
Para determinar la gravedad absoluta en este punto se utilizó como referencia la base
gravimétrica de Granada (España) perteneciente a la red gravimétrica fundamental del Instituto
Geográfico Nacional. El amarre de la base UTPL a la red de España, se lo realizo mediante
medidas relativas de gravedad, con el CG-5 Autograv, en estos dos puntos. Para obtener la
gravedad absoluta, corrigió estas medidas por la deriva del instrumento considerando el tiempo
de diferencia entre las medidas. Esto se realizó en el estudio “Control Tectónico Estructural de
la Cuenca Sedimentaria de Loja, Sur del Ecuador” desarrollado por Tamay (2010). Los datos de
la base gravimétrica se muestran en la tabla 3.3.
Tabla 3.3. Datos de la base gravimétrica de la Universidad Técnica Particular de Loja
COORDENADAS UTM (WGS84, ZONA 17S) GRAVEDAD
ABSOLUTA (mGal) NORTE (m) ESTE (m) ALTURA (m)
9559100,015 699915,77 2110,8 977432.010
Fuente: Autor.
Figura 3.4. Gravímetro situado en la estación gravimétrica base.
Fuente: Autor.
40
3.3.2. Perfiles gravimétricos.
Las estaciones de observación de gravedad se dispusieron en 8 perfiles O-E. La separación
entre perfiles fue de alrededor de un kilómetro y las estaciones distanciadas por
aproximadamente 250 m en un mismo perfil. Con esta distribución se cubrió la totalidad del
polígono de estudio, asegurando un muestreo a detalle, con una red de estaciones
suficientemente densa. (Figura 3.5.)
Para el posicionamiento de estos puntos de medida de gravedad relativa se utilizó el mapa de
catastro de la ciudad de Loja, así como las ortofotos del área, a fin de ubicar estas estaciones
en lugares accesibles para la campaña de levantamiento de datos gravimétricos.
Figura 3.5. Mapa de estaciones de observación y perfiles de la zona de estudio.
Fuente: Autor.
41
3.3.3. Medidas de gravedad.
En campo, los ciclos de medida se realizaron siguiendo una secuencia de circuito cerrado. La
primera mesura de gravedad se la realizó en la estación gravimétrica base (UTPL). Seguido, se
midió la gravedad en las demás estaciones de observación, definidas previamente en los
perfiles. Para terminar el ciclo de medidas se hace una lectura en la estación de base. Es decir,
cada ciclo de medida inicia y termina con una lectura de gravedad relativa en la base
gravimétrica.
Esta secuencia de medidas permite mantener un alto control sobre la deriva instrumental.
Comparando los valores de gravedad inicial y final de la estación base, esta diferencia debe ser
proporcional al tiempo transcurrido entre las dos lecturas, dado que la deriva incrementa
linealmente con el tiempo. El ciclo de medidas ha de descartarse si esta variación es excesiva
y/o difiere de los demás ciclos de medida, al compararse.
En la campaña de levantamiento de datos gravimétricos, para los 8 perfiles definidos, se
realizaron 14 ciclos de medida, con un total de 125 estaciones de observación.
Para determinar las coordenadas (x, y, z) del punto de observación de gravedad se utilizó el
GPS Diferencial.
Figura 3.6. Instrumentos en estación de medida de gravedad.
Fuente: Autor.
42
En las fichas de campo, llevadas durante la campaña de levantamiento de datos, se registraron
la fecha y el nombre del survey de cada ciclo de medida. Para cada estación se indicaron: un
código, que también era utilizado como nombre del punto tomado y almacenado en el DGPS;
las coordenadas UTM de referencia, determinadas con el GPS portátil; la gravedad, el error y la
desviación estándar, medidas con el gravímetro; y, las observaciones que pudieran hacerse
sobre el punto de mesura.
3.3.4. Levantamiento de datos geológico-estructurales.
Los datos geológico-estructurales, obtenidos en campo, permiten conocer la litología y la
disposición de los materiales sedimentarios y del basamento metamórfico en la sección sur-
oeste de la cuenca de Loja. Así mismo, se miden los elementos estructurales de los contactos
geológicos, de la estratificación en las rocas sedimentarias y de las estructuras tectónicas
(principalmente fallas y pliegues). Con estos datos es posible diferenciar y correlacionar las
formaciones geológicas y las estructuras tectónicas, para generar mapas y cortes que
representen en su totalidad la configuración geológico-estructural del área de estudio.
En el campo, el levantamiento de datos se limita a observaciones y mediciones en lugares
puntuales. No es posible evidenciar la continuidad de los contactos litológicos o de las
estructuras geológicas en su totalidad. La toma de datos se realizó en los afloramientos
existentes en el área, a lo largo de cortes (taludes) de vías y en algunos casos en los
afloramientos naturales, por deslizamientos o en quebradas.
Las observaciones realizadas en los afloramientos consistieron en la descripción de la litología y
medida de los elementos estructurales de la estratificación, o de fracturas. En las fallas, se hace
un reconocimiento y la descripción del tipo de estructura, además, se mide la orientación y
buzamiento del plano de falla. Además, cuando fue posible se estableció la relación entre
estructuras existentes dentro y fuera del polígono de estudio. Los puntos de observación fueron
georreferenciados con un dispositivo GPS portátil (Garmin eTrex H), las coordenadas se
incluyen en la ficha de descripción del afloramiento.
Los datos estructurales obtenidos durante la campaña de campo permiten determinar la
disposición y geometría de los pliegues, así como, la continuidad de las fallas que caracterizan
la estructura tectónica de la cuenca. Y la deducción del sistema de esfuerzos tectónicos a la
cual fue sometida la cuenca sedimentaria durante su formación.
43
Las observaciones se copilaron para generar un mapa geológico-estructural de la zona. El
contexto general permite una mejor comprensión e interpretación de la tectónica de la cuenca.
Esta interpretación fue complementada con los resultados de los perfiles gravimétricos.
Figura 3.7. Medida de elementos estructurales en roca sedimentaria.
Fuente: Autor.
3.4. Trabajo de gabinete
La utilización de software para la manipulación de los datos obtenidos de campo agilita
enormemente el proceso de corrección de los datos de gravedad y topografía.
3.4.1. Obtención de datos.
3.4.1.1. Descarga de datos gravimetría.
Durante la campaña de levantamiento de medidas gravimétricas los datos obtenidos fueron
almacenados en la memoria interna del instrumento, siendo necesario un procedimiento
específico para la descarga de estos datos y su posterior manipulación. Los diferentes métodos
para el vaciado de datos se detallan en el manual de usuario del gravímetro.
44
La obtención de los datos de la campaña gravimétrica se la realizó mediante la descarga directa
de datos ASCII a una memoria USB. El inicio de la transferencia de datos y las configuraciones
necesarias se realizan desde el gravímetro. Los datos se almacenan en un archivo de texto
(.txt) con nombre determinado por la hora/fecha de descarga.
3.4.1.2. Procesamiento puntos topográficos.
La obtención de datos de las coordenadas de los puntos de medición de la gravedad se
realizaron mediante GPS Diferencial, en modo fast-static (estático rápido). Este modo de
operación permite precisar los puntos post-procesamiento; es decir, es necesario realizar la
descarga de los datos desde la memoria del dispositivo y aplicarles un proceso de corrección de
los datos para conocer las coordenadas con alta precisión y exactitud.
Este post-proceso de los datos se lo realizó en el software Trimble Business Center. Desde el
cual, principalmente se realiza la edición de los puntos con las coordenadas de control (punto
de base topográfica) y la discriminación de tramos de señal entrecortada o satélites con
problemas de señal, que puedan interferir en la precisión de las coordenadas.
Las coordenadas corregidas se almacenan en un archivo cuyo nombre está en base a la fecha
de la toma de datos. Dado que, cada jornada de levantamiento se almaceno en el dispositivo
como un trabajo nuevo, con la fecha como nombre.
3.4.2. Preparación de datos.
La preparación de los datos de gravimetría se realizó con el programa Microsoft Excel y
UltraEdit Professional Text/Hex Editor.
Fue necesario trasladar la información base (archivo de texto) obtenida del gravímetro a una
hoja de cálculo de Microsoft Excel. Siendo necesarios únicamente los campos con los datos de
gravedad y de la hora de medida. En Excel se ordenó cada ciclo de medida por separado,
según el nombre del “survey” (en el cual se utilizó la fecha) con el que se realizó el circuito de
medidas de cada jornada.
Las coordenadas iniciales, guardadas automáticamente desde el GPS del gravímetro, debieron
reemplazarse por las obtenidas del GPS Diferencial. Además, se adhirió una columna con la
hora de medida de la gravedad en formato decimal, campo necesario para el proceso de
45
corrección. Se eliminaron los campos con datos no necesarios. Los datos se almacenan en un
archivo con formato de texto.
Con el software UltraEdit se consigue manipular y editar gran cantidad de datos almacenados
en diferentes tipos de archivos. Se utiliza para la preparación de los datos de salida de Excel los
cuales deben ser ordenados según un modelo de datos de entrada establecido por el programa
en el cual serán procesados.
3.4.3. Procesamiento de datos.
Para el cálculo de las anomalías de Bouguer se debió realizar la corrección de los datos de
gravedad observada adquiridos en campo. Las correcciones aplicadas fueron la de deriva
instrumental, de aire libre, de Bouguer y topográfica. Debido a la gran cantidad de datos, resulta
tedioso la aplicación de las relaciones matemáticas e incluso de los métodos gráficos propios de
la corrección topográfica. Por lo cual este procedimiento se realizó mediante software
especializado para el propósito.
Los programas utilizados fueron CICLOS, ANOMALIA Y PERFIL, desarrollados en lenguaje de
programación Fortran por J. Galindo Zaldívar, Departamento de Geodinámica de la Universidad
de Granada. Y la versión demo del programa GravMaster desarrollado por Geotools
Corporation, para la corrección topográfica.
Mediante el programa CICLOS se realiza la corrección de la deriva instrumental y se elimina el
efecto de las mareas. Esto se realiza para cada ciclo de medida (cada survey). El programa
corrige los valores en cada una de las estaciones de observación, de forma lineal en función del
tiempo de medida.
Para la corrección de la deriva se toma la diferencia entre los datos inicial y final de gravedad y
de tiempo de las medidas realizadas en la base gravimétrica. Estas diferencias se relacionan
linealmente, y se asigna una fracción de gravedad proporcional al tiempo (hora) de medida para
cada estación, este valor se suma o resta (según la variación la gravedad en la base) a la
gravedad observada. En cuanto a la corrección de mareas, esta se realiza según la hora y la
latitud de la estación de medida.
46
El correcto proceso de los datos en CICLOS devuelve un archivo con extensión .cic, con los
valores de gravedad corregidos. Estos se convertirán en los datos de entrada para el programa
ANOMLIA.
La corrección de aire libre y de Bouguer, así como, el cálculo de la anomalía de Bouguer, se
calcula mediante el programa ANOMALIA. Para esto es necesario el valor de la gravedad
absoluta en la estación base (de ajuste), así como las coordenadas UTM y geográficas
decimales de este punto. Con los datos de altitud de cada estación el programa calcula la
corrección por aire libre para la gravedad observada. Para la corrección de Bouguer, es
indispensable el valor de la densidad media del terreno. Para este dato se utilizó como
referencia 2,67 g/cm3.
El archivo de salida posee formato de texto con extensión .anm siendo editable con UltraEdit.
En él se encuentran nuevos campos con las correcciones calculadas por el programa, incluido
la anomalía de Bouguer, para el cual se utiliza un valor por defecto para la corrección
topográfica.
La corrección topográfica se la realizó mediante el programa GravMaster. El algoritmo utilizado
por el software es el cálculo mediante el método gráfico de los círculos de Hammer (Hammer,
1982). Se utiliza como topografía de referencia el modelo digital de terreno SRTM 3 con malla
de resolución de 90 m, desarrollado por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del
Espacio, NASA por sus siglas en inglés. Adicionalmente, la densidad utilizada para el terreno en
este procedimiento, al igual que en la corrección de Bouguer, fue de 2,67 g/cm3.
Con los valores para corrección topográfica se corrige la anomalía de Bouguer, calculada con el
programa ANOMALIA. Se procedió a unir las estaciones (inicialmente agrupadas en ciclos de
medida) según perfiles, líneas gravimétricas oeste-este, establecidas para el área de estudio.
Finalmente, con el programa PERFIL se proyectaron los datos obtenidos de anomalías de
Bouguer, en cada estación de medida, sobre una línea recta (perfil) creada por la posición (x,y)
de las estaciones alineadas geométricamente. Para cada estación se determina una distancia
en el perfil, tomando como distancia cero la estación inicial de la línea gravimétrica, y en el
sentido establecido (oeste-este).
Una gráfica distancia-anomalía de Bouguer, permitió el análisis de los datos en cada uno de los
perfiles. Esto hace posible determinar valores erróneos que puedan ser rectificados e incluso
datos que deban ser procesados nuevamente.
47
3.4.4. Generación de modelos.
La anomalía de Bouguer está compuesta de la variación en la gravedad teórica generada tanto
por las atracciones de los cuerpos geológicos locales, relativamente poco profundos, causantes
de la anomalía residual, como por las incidencias de estructuras regionales (cuerpos profundos
y relieves distantes) responsables de la anomalía regional. Por lo tanto, para obtener la
anomalía residual es necesario sustraer a los valores de anomalía de Bouguer la contribución
de la anomalía regional. En base a la anomalía residual se generan los modelos gravimétricos
los mismos que idealizan los espesores del relleno sedimentario a lo largo de los perfiles.
Las anomalías residuales obtenidas se han modelado bidimensionalmente mediante el
programa Gravmag desarrollado por el British Geological Survey (Pedley et al., 1993). El
programa genera una curva de anomalía residual teórica (calculada), a partir de la geometría y
densidad de los cuerpos geológicos modelados, la cual es ajustada a la curva de anomalía
residual real (observada).
En este proceso se modeló la disposición en profundidad del relleno sedimentario sobre el
basamento. Para ello se asignaron densidades según el tipo de material, se utilizó 2,3 g/cm3
para la fase sedimentaria y 2,67 g/cm3 para el basamento metamórfico.
Se modifica el modelo hasta conseguir el mejor ajuste de las dos curvas, considerando los
datos geológicos de campo, tanto la litología como los elementos estructurales medidos como
las características y posición de los principales contactos.
3.4.5. Elaboración de mapas de anomalías de Bouguer.
El mapa fue generado por interpolación de los valores de la anomalía de Bouguer calculada en
cada punto de observación. La interpolación de datos se realizó mediante kriging, aunque
existen varios otros métodos este es el que mejores resultados muestra.
El modelo (mapa) de contornos de anomalías de Bouguer, para la zona de estudio, fue
generado utilizando el software Surfer 9.0. ANEXO A.
48
3.4.6. Interpretación modelos gravimétricos y relación perfiles geológicos.
Los modelos gravimétricos de los perfiles se consiguen al lograr el mejor ajuste (sobre posición)
de las curvas de anomalías residuales, calculada y observada. Este modelo proporciona la
probable disposición sub superficial del material sedimentario, por contraste de densidad, sobre
el basamento de la cuenca.
En base al modelo resultante y los datos geológico-estructurales, observados y medidos en
superficie, principalmente litología y elementos estructurales, se interpreta la geología interna de
los perfiles. Es decir, las secciones geológicas resultantes se realizaron por integración de datos
del estudio gravimétrico y el levantamiento geológico, siendo posible determinar la profundidad
alcanzada por cada formación geológica y las estructuras tectónicas presentes.
CAPÍTULO IV
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
50
4.1. Geología
Las observaciones realizadas en afloramientos, en base a descripción macroscópica de los
materiales aflorantes en superficie, su localización y correlación permitieron generar un mapa
geológico de la zona de estudio. Este mapa se presenta en el ANEXO B. A continuación se
muestra la descripción de las litologías encontradas.
4.1.1. Basamento.
Rocas metamórficas, principalmente esquistos micáceos (biotita) con filitas y láminas de
cuarcita, se distingue en afloramientos hacia el Este del borde oriental, en las estribaciones
occidentales de la cordillera Real, en el corte de la vía Loja-Zamora y en afloramientos naturales
hacia el sur en el margen oriental de la cuenca. Las rocas están diaclasadas y su esquistosidad
buza preferentemente hacia el Oeste con un ángulo de 30 a 35º.
Estas rocas forman el basamento de la cuenca sedimentaria y corresponden a la Serie Zamora
(Kennerley, 1973), que posteriormente fue dividida en las Unidades Agoyan (al Norte) y
Chiguinda (al Sur y al Este) (Literland et al., 1994), de edad devónica a pérmica.
Figura 4.1. Afloramiento natural del basamento metamórfico. Sector quebrada Las Minas.
Fuente: Autor.
51
Figura 4.2. Rocas metamórficas de la U. Chiguinda. Sector Zamora Huaycu Alto.
Fuente: Autor.
4.1.2. Secuencia sedimentaria.
Está compuesta por dos formaciones geológicas con litología y estructuras diferenciadas. Al
este del río Zamora, en la parte cetro-norte del polígono, afloran principalmente lutitas color
crema a marrón, lutitas con intercalaciones de micro-conglomerados y capas de areniscas,
estos estratos se encuentran plegados según un típico sistema de esfuerzos compresivos. Esta
secuencia se corresponde con los Miembros medio y superior de la Formación San Cayetano.
Figura 4.3. Formación San Cayetano, corte Vía Loja-Zamora.
Fuente: Autor.
52
La formación sobrepuesta aflora en la mayor parte del polígono, y yace discordante sobre la
Formación San Cayetano, está conformado por conglomerados con lentes e intercalaciones
eventuales de areniscas. Los conglomerados están compuestos de fragmentos redondeados
(de 5 a 15 cm de diámetro) de rocas metamórficas, principalmente de esquistos, filitas y
cuarcitas, provenientes de la Unidad Chiguinda, dispuestos en una matriz fina de arenosa a
arcillosa. Esta litología corresponde a la Formación Quillollaco.
Figura 4.4. Afloramiento de la Formación Quillollaco, corte de la carretera al
sector Zamora Huayco Alto.
Fuente: Autor.
4.1.3. Depósitos aluviales.
Estos depósitos se presentan en las márgenes de los ríos Zamora y Malacatos, volviéndose
más extensos en la unión de estos ríos, hacia la parte central del polígono de estudio. Están
compuestos por fragmentos líticos, principalmente de rocas metamórficas, mal clasificado
dispuestos en terrazas aluviales, cuya potencia se infiere cercana a 20 m.
53
4.2. Estructuras tectónicas
En base a los elementos estructurales medidos tanto de la estratificación de las formaciones
como de los planos de falla, se identifica las estructuras principales (pliegues y fallas) que se
presentan en el área de investigación. Estas se representan en el mapa geológico-estructural
generado, ver ANEXO B.
4.2.1. Pliegues.
Estructuralmente la Formación San Cayetano se encuentra formando un pliegue anticlinal. El
eje de esta estructura se observa hacia el centro norte de la zona de estudio, la dirección de
este varia de NNO-SSE hasta NNE-SSO, a lo largo de aproximadamente 2 Km, hasta la altura
de la quebrada las Minas. Esta estructura se muestra ligeramente asimétrica, con buzamientos
de moderados a fuertes al Oeste (280/37º) y más pronunciados hacia el Este (060/65º). Los
flancos alcanzan un mayor buzamiento en el extremo norte de la estructura, 70º O en su flanco
este y 77º E en el oeste. Hacia el sur de la formación, a la altura de la quebrada Las Minas, el
eje principal de la estructura se desplaza aproximadamente 500 m hacia el Oeste. Este eje
toma dirección NNE-SSO, y se extiende por aproximadamente 1 Km. El flanco oeste tiene
buzamientos entre 68 y 70º E, y el este ligeramente menos inclinado, de 50 a 60º E. Entre estos
dos ejes se forma una estructura menor sinclinal, cuyo eje tiene dirección NE-SO y se extiende
por aproximadamente 600 m.
En cuanto a la Formación Quillollaco, estructuralmente en su parte este forma un sinclinal, cuyo
eje se extiende en dirección NE-SO en gran parte del polígono. Según los datos estructurales,
se infiere el comienzo de la estructura a la altura del sector Yanacocha, se extiende hacia el
Sur, por aproximadamente 1,5 Km hasta que se interrumpe, posiblemente por erosión. A la
altura de la quebrada Las Minas retoma su continuidad con dirección NE-SO y se extiende
hacia el Sur por aproximadamente 3 Km, hasta la altura del sector La Pradera, donde la
ausencia de datos estructurales no confirman su continuidad. Posiblemente esta estructura
continúe y corresponda a la estructura anticlinal que se presenta en el lado SO del polígono, al
lado oeste del río Malacatos, cerca al sector Punzara. En este trabajo se han considerado como
estructuras independientes, por falta de datos estructurales que los relacionen.
Para el sinclinal de mayor extensión (lado este) el flanco oeste buza con inclinaciones
moderadas de 32 a 49º, hacia el Este, en cuanto al flanco este tiene buzamientos más
54
uniformes, entre 42 y 47º O, lo que indica una asimetría en la estructura. En cuanto al sinclinal
del lado sur-oeste, el flanco oeste buza con ángulos entre 23 y 28º E, mientras el flanco este
tiene mayores inclinaciones que oscilan entre 35 y 47º O, siendo una estructura con asimetría
en torno a su eje.
4.2.2. Fallas.
Las fallas presentes en el polígono de estudio, se localizan en la Formación San Cayetano,
aproximadamente en el Km 1 de la vía Loja-Zamora. Se trata de un sistema de fallas inversas,
próximas entre sí, que muestran un planos de falla con dirección NNO-SSE y buzamiento hacia
el Oeste con ángulos alrededor de 40º. Son fallas locales, que posiblemente en profundidad
formen una sola estructura y atraviesen toda la formación. No obstante, esta estructura no
llegaría hasta el basamento, dado que en los modelos gravimétricos no se evidencia un salto de
falla que afecte al basamento en esta zona fallada.
Las fallas ejercen desplazamiento entre los bloques de rocas sedimentarias, marcando una
diferencia en los datos de estratificación. Lo que se muestra en la deformación del flanco
occidental del anticlinal presente en esta formación. Además, estos cabalgamientos crean
microplegamientos próximos al plano de falla. (Figura 4.5).
Figura 4.5. Falla inversa local, corte de la Vía Loja-Zamora.
Fuente: Autor.
55
Estas fallas por su posición espacial, muestran el carácter compresivo de los esfuerzos
deformantes a las que fue sometida la cuenca sedimentaria.
4.3. Mapa de anomalía de Bouguer
Como resultado, los valores de la anomalía de Bouguer para la zona sur oriental de la cuenca
de Loja, están comprendidos entre -213 y -197 mGal. Los valores elevados de anomalías
negativas son típicos para regiones de corteza continental engrosada.
En la figura 4.6 se muestra el mapa de contornos generado para los valores de anomalía de
Bouguer. El sector con anomalías mínimas (menores a -208 mGal) se limita a la parte centro
oeste del polígono de estudio. El sector se puede idealizar como una elipse cuyo eje mayor se
dispone en sentido NE-SO.
Figura 4.6. Mapa de contornos de la anomalía de Bouguer, zona Sur del borde
oriental de la cuenca de Loja.
Fuente: Autor.
56
Esta zona muestra la irregularidad aproximada de la disposición en profundidad del relleno
sedimentario, determinado con mayor precisión con los valores de anomalía residual. Esta
profundidad cambia en sentido Norte-Sur y Oeste-Este. En sentido N-S alcanza las mayores
anomalías en las coordenadas UTM N: 9558500 m hasta N: 9555000 m; en sentido O-E, los
valores mínimos están próximos a las coordenadas UTM E: 699500 m y E: 701000 m.
4.4. Modelos gravimétricos y estructura geológica de los perfiles
La anomalía regional para la cuenca de Loja (anomalía del basamento metamórfico) comprende
valores entre -204 y -194 mGal. Esta anomalía implica los efectos de atracción de la parte
profunda de la corteza y relieves lejanos (Tamay, 2010).
La anomalía residual es el resultado de la resta de la anomalía regional a la anomalía de
Bouguer. Corresponde a la fracción local de la anomalía, producida por relleno sedimentario. Su
valor es proporcional a la profundidad de la interface relleno-basamento. En la zona de estudio
alcanza valores mínimos en torno a -11 mGal (zonas de mayor profundidad).
Con estos valores fue posible generar modelos gravimétricos teóricos de perfiles
bidimensionales (distancia O-E, profundidad) que sugieren la distribución en profundidad del
relleno sedimentario, y por consiguiente poder estimar el contorno del basamento metamórfico
en la zona de estudio. Esto se realizó con el programa Gravmag (Pedley et al., 1993).
Para ello, es necesario definir la densidad de los materiales a modelar. Las rocas sedimentarias
son menos densas que las rocas que forman el basamento metamórfico. Para el basamento se
ha considerado una densidad media (corteza continental) de 2.67 g/cm3. Para el relleno
sedimentario, conformado mayormente por rocas detríticas (densidades de 2.2 - 2.5 g/cm3), se
ha considerado una densidad media de 2,3 g/cm3. En consecuencia, se pudo determinar el
límite entre las rocas sedimentarias y las rocas del basamento subyacentes por el contraste
entre densidades, causantes de las anomalías gravimétricas determinadas.
A partir de la integración de los datos geológico-estructurales y los modelos gravimétricos
generados para cada perfil, se obtuvo secciones geológicas que representan la estructura del
relleno sedimentario sobre el basamento en esta zona de la cuenca de Loja.
A continuación se detalla los modelos gravimétricos generados para cada perfil, y su
descripción geológica-estructural.
57
4.4.1. Interpretación del perfil 1.
Ubicado al norte del polígono de estudio (coordenada UTM N: 9560150 m), con orientación
Oeste-Este. Inicia en el centro de la cuenca hasta llegar al basamento metamórfico en el
margen oriental de la cuenca. Tiene una longitud de 5 Km. Topográficamente, el perfil muestra
una superficie irregular con elevaciones sobre los 2250 msnm y pendientes moderadas.
El modelo gravimétrico del perfil muestra continuidad en los valores de anomalías residuales
(Figura 4.7. a). No se presenta un cambio en el modelo que pueda interpretarse como falla
geológica regional. El perfil de anomalías alcanza los valores mínimos hacia el centro, donde se
infiere que la cuenca sedimentaria adquiere las mayores profundidades en correlación con el
modelo gravimétrico. El valor mínimo de anomalía residual esta alrededor de - 6.3 mGal. La
profundidad máxima del relleno sedimentario alcanza los 650 m.
En el perfil geológico (Figura 4.7. b), se han integrado los resultados del modelo gravimétrico
con los datos geológico-estructurales de la cartografía geológica generada (ANEXO B). La
Formación San Cayetano ocupa la sección central del perfil, aflorando en gran parte de la
superficie. Esta se encuentra suavemente plegada con buzamientos moderados de 35 a 45º E.
Esta secuencia estratigráfica yace discordantemente sobre el basamento metamórfico de la
Unidad Chiguinda.
Discordantemente sobre la Formación San Cayetano yacen los conglomerados de la Formación
Quillollaco. En la parte occidental, los conglomerados buzan suavemente con ~12º hacia el
Este; mientras, en el lado oriental, en parte yacen sobre el basamento y forman una estructura
sinclinal con buzamientos suaves de ~24º E y 32º O en sus flancos oeste y este,
respectivamente. La Formación Quillollaco alcanza profundidades cercanas a los 150 m en
contacto con la Unidad Chiguinda.
58
Figura 4.7. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 1. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección
geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
59
4.4.2. Interpretación del perfil 2.
Ubicado al norte de la zona de estudio (coordenada UTM N: 9559000 m), se extiende en
sentido Oeste-Este, desde el centro de la cuenca hacia el limite oriental con el basamento
metamórfico. El perfil tiene una longitud de 4,9 Km.
El perfil de anomalías residuales alcanza los valores mínimos hacia el centro del perfil, donde
se infiere que la cuenca sedimentaria adquiere las mayores profundidades. El valor mínimo de
anomalía residual esta alrededor de –5,3 mGal. La profundidad máxima del relleno sedimentario
alcanza los 550 m (Figura 4.8 a).
En el perfil geológico (Figura 4.8. b), la Formación San Cayetano se extiende transversalmente
en la fase sedimentaria. Esta se encuentra plegada asimétricamente formando una estructura
anticlinal, cuyo eje tiene una orientación NO-SE. El pliegue posee buzamientos moderados
hacia el Oeste, entre 21 y 40º, en su flanco occidental; mientras que hacia el Este los
buzamientos están entre 38 y 65º, en el flanco oriental de la estructura. Esta forma estructural
se encuentra fallada en su flanco oeste. Las fallas inversas locales determinadas tienen
buzamientos entre 40 y 45º O, las cuales desplazan bloques cuya estratificación adquiere
diferentes ángulos de buzamiento. Esta secuencia estratigráfica alcanza las mayores
profundidades del relleno sedimentario.
Sobre la Formación San Cayetano yace discordantemente la Formación Quillollaco. En la parte
occidental, los conglomerados de esta formación buzan suavemente ~20º E, con potencias que
pueden alcanzar los 70 metros. En el lado oriental, la formación yace discordantemente en gran
parte sobre el basamento metamórfico, y forman un pliegue sinclinal asimétrico, con
buzamientos de ~24º E y ~42º O, para sus flancos oeste y este respectivamente. En esta
sección, la Formación Quillollaco alcanza profundidades cercanas a los 250 m sobre la Unidad
Chiguinda.
60
Figura 4.8. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 2. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección
geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
61
4.4.3. Interpretación del perfil 3.
Toma como eje a la coordenada UTM N: 9558000 m, en sentido Oeste-Este, desde el centro
hacia el límite oriental de la cuenca sedimentaria. El perfil tiene una longitud de 4000 m.
Se observa una continuidad en el perfil de anomalías residuales (Figura 4.9. a) alcanzando
valores mínimos, en torno a -10,5 mGal, a partir de donde se incrementan los hasta un valor
máximo de -2 mGal.
Según el modelo gravimétrico los valores mínimos de anomalía residual están hacia el centro
del perfil, lo que sugiere que la cuenca sedimentaria adquiere las mayores profundidades en
esta área, aproximadamente de 1150 m.
Para la sección geológica (Figura 4.9. b), se interpreta un predominio de la Formación San
Cayetano, que es cubierta parcialmente por los depósitos aluviales de los ríos Malacatos y
Zamora. Esta secuencia estratigráfica se encuentra plegada, formando una estructura anticlinal
asimétrica cuyo flanco oeste buza 25º O, siendo más pronunciado el flanco este, con
buzamientos de moderados a fuertes entre 44 y 51º E. Las mayores profundidades de la
cuenca son ocupadas por esta formación geológica, en contacto con el basamento
metamórfico.
Sobre los costados de Formación San Cayetano discordantemente yacen los conglomerados de
la Formación Quillollaco. En la parte occidental del perfil, alcanzan potencias de 100 m y buzan
23º E; mientras, en el lado oriental son más potentes (hasta 150 m) y en parte yacen sobre el
basamento metamórfico. En este borde forman una estructura sinclinal, asimétrico en torno al
eje, con buzamientos de 24º O en su flanco este y de 32º E en el oeste.
62
Figura 4.9. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 3. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
63
4.4.4. Interpretación del perfil 4
El perfil se dispone transversalmente en la parte central del polígono de estudio, alineado a la
coordenada UTM N: 9557150 m. Con orientación Oeste-Este, su extensión es de 3,9 Km e
inicia en el centro de la cuenca y se extiende hacia el borde oriental.
En el perfil de anomalías residuales se observa una continuidad, sin saltos o variaciones
repentinas en la secuencia. Los valores de anomalías decrecen hacia el centro de la gráfica,
donde alcanza los mínimos, que son cercanos a -10,5 mGal. Lo que significa que en el centro
del perfil el relleno sedimentario alcanza los mayores espesores. Del modelo gravimétrico
(Figura 4.10. a), estas profundidades se determinaron próximas a 1100 m.
En el perfil geológico (Figura 4.10. b) la Formación San Cayetano, reposa sobre las mayores
profundidades del basamento metamórfico. Estructuralmente esta formación se encuentra
plegada, formando un anticlinal asimétrico. Además, se evidencia la presencia de pliegues de
menor relevancia en el eje y parte del flanco oeste de la estructura antiforme principal. El flanco
oeste buza con inclinaciones fuertes entre 60 y 70º O; mientras, el flanco este tiene
buzamientos menores, que van desde 30 a 65º E.
Sobre los extremos de la Formación San Cayetano yacen discordantemente los conglomerados
de la Formación Quillollaco. En la parte occidental, alcanza una potencia de más de 100 m y
tiene un buzamiento moderado de ~25º E; mientras, en el lado oriental son más potentes,
llegando hasta 150 m, y en parte yacen sobre el basamento metamórfico. En este borde forman
una estructura sinclinal, simétrico en torno al eje, con buzamientos moderados cercanos a 45º,
en ambos flancos.
64
Figura 4.10. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 4. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
65
4.4.5. Interpretación del perfil 5.
El perfil coincide con la coordenada UTM N: 9556150 m. Este tiene una longitud de 3800 m y se
extiende en sentido Oeste-Este, desde el centro de la cuenca hasta el margen sedimentario
oriental.
El perfil de anomalías residuales muestra una depresión en los valores hacia el centro del perfil
(Figura 4.11. a). Las anomalías mínimas están próximas a los -11 mGal. En el modelo
gravimétrico, se interpreta una mayor profundidad de la fase sedimentaria en esta zona. El
relleno puede alcanzar profundidades cercanas a los 1100 m.
En la sección geológica (Figura 4.11. b), se deduce el plegamiento asimétrico de la Formación
San Cayetano, con buzamientos fuertes en su flanco occidental, aproximadamente ~70º O, e
inclinaciones menos pronunciadas en su flanco oriental, ~40º E. La falta de datos estructurales
en esta zona, hace que la estructura sea inferida por continuidad y correspondencia con el perfil
4, al norte. La Formación Quillollaco cubre discordantemente gran parte de los flancos de la
estructura.
La Formación Quillollaco alcanza potencias importantes en el lado oeste, donde pueden llegar a
250 m, con buzamiento suave de 12º E. En la parte oriental de la cuenca se encuentra plegada
formando un sinclinal con flancos próximos a simétricos. El flanco oriental de la estructura buza
aproximadamente 47º O, mientras que su flanco occidental tiene buzamientos que van desde
50 a 40º E, siendo menos pronunciado cerca al eje de la estructura. En este borde la formación
está en contacto con el basamento, donde alcanza profundidades de 350 m.
66
Figura 4.11. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 5. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
67
4.4.6. Interpretación del perfil 6.
Se extiende transversalmente con orientación Oeste-Este, por 3 Km. El perfil está próximo a la
coordenada UTM N: 9555150 m, desde el centro de la cuenca sedimentaria hacia el límite
oriental de contacto con el basamento metamórfico.
El perfil de la anomalía residual muestra los valores mínimos en el lado oeste del perfil. Estos
valores están próximos a los -5.5 mGal, es decir el relleno sedimentario es mucho más
superficial en este modelo gravimétrico. La mayor profundidad de relleno alcanza los 630 m
para esta zona. (Figura 4.12. a).
En la sección geológica (Figura 4.12. b), se deduce la continuidad en profundidad de la
Formación San Cayetano, la cual se infiere está formando una estructura plegada tipo anticlinal.
Esto se concluye por relación con las secciones geológicas anteriores (al norte) dado que esta
formación aflora en una pequeña parte de la superficie del perfil y no proporciona los datos
estructurales suficientes. Para el flanco este se estima buzamientos de moderados a fuertes
entre 20 y 40º E. Esta formación ocupa la zona del basamento que alcanza la mayor
profundidad.
Los conglomerados de la Formación Quillollaco yacen discordantes sobre la Formación San
Cayetano. En el lado oeste de esta sección alcanzan espesores importantes, de 250 m, con
buzamiento suave de 12º E. En el lado este, la formación es más potente y esta plegada
formando una estructura sinclinal. Los flancos de la estructura son simétricos, con buzamientos
moderados 32º E y 31º O. En este borde la formación está en contacto con el basamento
metamórfico, donde alcanza profundidades cercanas a 360 m.
68
Figura 4.12. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 6. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección
geológica.
Fuente: Autor.
b)
a)
69
4.4.7. Interpretación del perfil 7.
El perfil se sitúa al sur del polígono. Está alineado a la coordenada UTM N: 9554000 m. tiene
una longitud de 2400 m desde el centro de la cuenca sedimentaria y se proyecta hacia el Este,
cerca al contacto con el basamento metamórfico.
En la parte derecha del perfil de anomalías residuales se observan valores que bordean los +25
y -25 mGal. Valores en exceso distintos a las anomalías residuales observadas en perfiles
anteriores, y que indican un error en la medición de la gravedad o en la obtención de la
coordenada z (elevación) en los puntos donde se precisaron las estaciones de observación. Por
esto, para la elaboración del modelo gravimétrico se tomó como referencia el contorno de la
gráfica (sección donde se presentan estos valores erróneos) y se ajustó a una anomalía
calculada mínima de -5 mGal.
De esta manera, las anomalías residuales mínimas están en torno a los -5 mGal, y se sitúan en
el lado este del perfil. En esta zona el basamento alcanza una mayor profundidad, que está
alrededor de 610 m (Figura 4.13. a).
En el perfil geológico (Figura 4.13. b), se deduce la continuidad en profundidad de la Formación
San Cayetano. Por relación con las secciones previas, ubicadas hacia el Norte, la misma
estaría plegada. La Formación San Cayetano aflora en una pequeña sección de la superficie
del perfil, por lo que no es posible obtener datos estructurales de los flancos de la estructura, o
del eje de la misma.
La Formación Quillollaco yace discordantemente sobre la Formación San Cayetano y sobre el
basamento metamórfico hacia ambos lados del perfil. En el sector oeste alcanza espesores,
cercanos a los 240 m, con buzamiento suave ~17º E. Por otro lado, hacia el Este la formación
alcanza espesores próximos a 360 m, en contacto con la Unidad Chiguinda. En este borde, se
infiere que la formación está plegada formando un sinclinal abierto.
70
Figura 4.13. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 7. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección
geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
71
4.4.8. Interpretación del perfil 8.
Este perfil sigue la coordenada UTM N: 9553000 m, situado al sur del área de estudio en donde
la cuenca sedimentaria se estrecha. El perfil tiene una longitud de 2400 m, y se extiende desde
el centro hasta el límite de la fase sedimentaria (contacto con el basamento).
El perfil de anomalías residuales inicia con cambios discontinuos en los valores de anomalías,
alcanza un mínimo en el lado oeste de la curva (Figura 4.14. a). Estos valores mínimos oscilan
entre -2,8 y -3,2 mGal, lo que indica una disminución en la profundidad de sedimentación con
respecto al perfil anterior. En este modelo, el relleno sedimentario en su parte central alcanza
profundidades máximas de 290 m (Figura 4.14 b).
En el modelo geológico, se deduce la continuidad subsuperficial de la Formación San Cayetano.
Esta formación no aflora en la superficie del perfil, pero se evidencia en la acanaladura creada
por el cauce del río Malacatos. Esta formación está cubierta discordantemente por la Formación
Quillollaco. En relación a los demás perfiles, se deduce la continuidad de la estructura plegada
tipo anticlinal, que alcanza una profundidad de relleno cerca de los 290 m, donde la cuenca se
cierra al ponerse en contacto con el basamento metamórfico de la Unidad Chiguinda.
La Formación Quillollaco, en el sector oeste de esta sección forman una estructura sinclinal, con
inclinaciones moderadas en su flanco oeste, de 23º E y más pronunciadas en el este, con
buzamientos de 38º O. En esta parte la formación alcanza potencias de 210 m. De la misma
manera, en el lado este del corte geológico la formación alcanza una profundidad de 220 m al
estar en contacto con el basamento metamórfico (Figura 4.14. b).
72
Figura 4.14. Interpretación gravimétrica y geológica del perfil 8. a) Modelo gravimétrico relleno sedimentario - basamento (arriba: curva de anomalías residuales teóricas y observadas). b) Sección geológica.
Fuente: Autor.
a)
b)
73
4.5. Discusión de resultados
Los datos gravimétricos en torno al polígono de estudio son muy limitados. Feininger y Seguin
(1983), determinan los valores regionales de la anomalía simple de Bouguer para el Ecuador.
Para el área más próxima a la zona de estudio se indican valores entre -250 mGal a una latitud
de 3º 35’ S, al norte y -222 mGal a una latitud 4º 20’ S, al sur del polígono. Los valores de
anomalías regionales del presente estudio están próximos a estos valores, los cuales
corresponden a corteza continental engrosada.
Tamay (2010), en un estudio gravimétrico local, determina los valores de anomalías de Bouguer
para la cuenca de Loja, en esta localidad los valores oscilan entre -197 y -211 mGal. Los
valores mínimos se localizan en un sector elongado N-S desplazados al borde oriental de la
cuenca sedimentaria. En concordancia, los resultados de este estudio muestran anomalías de
Bouguer entre -197 y -214 mGal en el sector Sur del borde oriental de la cuenca de Loja, con
valores mínimos concentrados en un área alargada en dirección NE-SO, cuya ubicación
coincide con la parte centro-sur del sector anómalo determinado por Tamay (2010). El valor de
las anomalías mínimas (-211 y -214 mGal) en los que difiere el presente estudio, se debe al
grado de detalle con el que se desarrolló. Hubo una mayor resolución, con un mallado más
denso de estaciones de observación de la gravedad.
De la misma manera, las anomalías residuales determinadas para el área de estudio alcanzan
un valor mínimo de -11 mGal, y se corresponden con el área de mayor anomalía de Bouguer.
Tamay (2010), determina anomalías residuales mínimas de -8 mGal para el sector
correspondiente. Esta diferencia determinaría una mayor profundidad de relleno sedimentario
en el modelo generado en el presente estudio. Sin embargo, Tamay (2010) estima un a
profundidad máxima de 1500 m para el borde oriental de la cuenca de Loja, a partir del modelo
gravimétrico Este-Oeste del centro de la cuenca. Por otro lado, las mayores profundidades se
determinan aproximadamente en 1200 m para la parte sur del borde oriental, dado que en los
modelos gravimétricos de tres perfiles se alcanza profundidades en torno a este valor.
Las formaciones geológicas identificadas en el área concuerdan y confirman las descritas en los
estudios realizados por Kennerley (1973) y Hungerbühler et al. (2002) para la estratigrafía de la
parte oriental de la cuenca. Según Hungerbühler et al. (2002) sobre la Unidad Chiguinda, se
dispone la Formación San Cayetano que alcanza potencias de 800 m, y sobre esta yace con
discordancia angular la Formación Quillollaco, con potencias próximas a los 400 m. En las
74
secciones geológicas de cada perfil, obtenidas al integrar los datos geológico-estructurales a los
modelos gravimétricos, se confirma esta secuencia estratigráfica con potencias que oscilan
entre los datos del estudio mencionado.
De igual forma, en sus estudios Kennerley (1973) y Hungerbühler (2002) afirman la existencia
de una estructura regional a lo largo del eje N-S de la cuenca, cubierta por los depósitos
aluviales del río Zamora, responsable de la diferenciación de las litologías y estructuras en la
secuencia sedimentaria al Oeste y Este del eje de la cuenca. Sin embargo, en la presente
investigación y en los modelos gravimétricos resultantes, no se encuentran evidencias que
corroboren la presencia en profundidad de estas estructuras.
La zona de estudio está caracterizada por varias estructuras de deformación, principalmente
pliegues y fallas inversas locales. Estas estructuras muestran el carácter compresivo de la
dinámica tectónica hacia el final de la formación de la cuenca. Las principales estructuras para
la Formación San Cayetano son pliegues anticlinales con inclinaciones pronunciadas en sus
flancos, mayores a 50º, cuyo flanco occidental se encuentra deformado por fallas inversas
locales, en la parte norte de la antiforma. Estas fallas tienen dirección cercana a paralela con el
eje de la estructura (en esta zona NNO-SSE), con buzamientos próximos a 40º O. En tanto, la
Formación Quillollaco, presente en el borde oriente, está plegada en forma sinclinal con
buzamientos menores a 50º en sus flancos. Esta estructura es continua a lo largo del borde
este. Se evidencia una estructura similar al sur del borde oeste, con buzamientos menos
pronunciados ~35º en sus flancos. Estructuras que se corresponden con estudios geológicos
previos realizados por Tamay (2004 y 2010).
Para el basamento metamórfico, se propone un modelo en el cual la profundidad varía de Oeste
a Este y de Norte a Sur, a lo largo del borde oriental de la cuenca de Loja. En sentido N-S, el
basamento presenta un perfil, que en su parte más profunda, aproximadamente pasa 500 m al
norte (perfiles 1 y 2) a 1100 m en el centro (perfiles 3, 4 y 5) y 350 m en el sur (perfiles 6, 7 y 8).
En sentido O-E, el hundimiento del basamento se presenta hacia el centro de los modelos
gravimétricos, y que en conjunto da una dirección NNE-SSO para la zona más acentuada en
profundidad.
75
CONCLUSIONES
- Los valores de la anomalía de Bouguer para la zona Sur del borde oriental de la cuenca de
Loja, están comprendidos entre -213 y -197 mGal.
- Los valores de anomalía regional son próximos a -200 mGal, valores propios (negativos
elevados) para corteza continental engrosada.
- Los modelos gravimétricos muestran espesores máximos de 1150 m para el relleno
sedimentario de la zona de estudio. Los valores mínimos de anomalías residuales
corresponden a zonas en donde el relleno sedimentario alcanza mayores profundidades
sobre el basamento metamórfico. Para el polígono se calcularon valores mínimos de
anomalía residual de -11 mGal.
- Los modelos gravimétricos muestran una irregularidad del basamento metamórfico en su
morfología bajo el relleno sedimentario. Este muestra variaciones en profundidad en sentido
Norte-Sur y Oeste-Este.
- La integración de los datos geológico-estructurales a los modelos gravimétricos, permitieron
determinar la disposición en profundidad de los estratos y determinar potencias promedio
para las formaciones sedimentarias. La Formación San Cayetano alcanza espesores
aproximados de 850 m, mientras que la Formación Quillollaco puede llegar a potencias en
torno a los 350 m.
- La geología en la zona de estudio corresponde a: basamento metamórfico correspondiente
a la Unidad Chiguinda, sobre el cual yace la secuencia estratigráfica fina de la Formación
San Cayetano, para terminar con los conglomerados masivos de la Formación Quillollaco.
Esto corresponde a una secuencia estratigráfica típica para cuencas intramontañosas
miocénicas.
- La deformación de las formaciones geológicas se ve plasmada en las estructuras tectónicas
que se presentan en el área de estudio. Los pliegues y fallas inversas de la Formación San
Cayetano muestran una intenso dinamismo tectónico regional post-deposicional que afecto
a la cuenca sedimentaria. Las estructuras en la Formación Quillollaco confirman eventos de
compresión aún más recientes. Las deformaciones muestran un carácter compresivo en los
esfuerzos que controlaron la formación de la cuenca sedimentaria.
76
RECOMENDACIONES
- El levantamiento gravimétrico de las estaciones de observación se realizó mediante
medidas relativas en referencia a un punto de gravedad absoluta conocida, base
gravimétrica. Para determinar la gravedad absoluta en este punto, se realizó el amarre a la
Red Gravimétrica Nacional de España. No obstante, el Ecuador cuenta con la Red
Gravimétrica Fundamental, a la cual no se tuvo acceso. Por lo que se recomienda fijar la
estación gravimétrica base, como una base geodésica, para estudios posteriores que
requieran un punto de gravedad absoluta y coordenadas conocidas.
- La corrección topográfica de los valores de gravedad observada necesita de un modelo
digital de terreno en la zona de estudio. Para ello se utilizó el modelo SRTM 3 realizado por
la NASA con una resolución de 90m. Por esto, es necesario la elaboración de modelos
digitales de terreno de mayor resolución para la cuenca de Loja, e incluso para el Ecuador.
Esto contribuirá a estudios gravimétricos que se realicen posteriormente.
- De los resultados obtenidos, se considera la posibilidad de realizar estudios más detallados,
de microgravimetría en el sector donde se presenta el sistema de fallas inversas descritas
como locales a fin de determinar la continuidad de estas estructuras en profundidad.
- Finalmente, se recomienda la aplicación de la metodología de investigación a cuencas
sedimentarias intramontañosas del sur del Ecuador, con la finalidad de establecer
correlaciones tectónicas y geológico-estructurales entre estas cuencas.
77
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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81
ANEXOS
82
ANEXO A. MAPA DE ANOMALÍAS DE BOUGUER DE LA ZONA SUR DEL BORDE ORIENTAL
DE LA CUENCA SEDIMENTARIA DE LOJA
83
ANEXO B. MAPA GEOLÓGICO DE LA ZONA SUR DEL BORDE ORIENTAL DE LA CUENCA
DE LOJA.
0 1 20,5 Km
h
h
h
o
o
ooo
o o
o oo o
o o o
o oo oo
ooo
o
o
ooo o oooo
oo o
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o
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o
oo
o
o
¹¹¹¹¹¹
¹¹¹
M
M
M
M
FF
F
M
Río Zamora Huayco
Q. Las Minas
Q. Las Pavas
Q. Mendieta
Río Malacatos
Río Za
mora 46
40
30
34
34
PERFIL 1
PERFIL 2
PERFIL 3
PERFIL 4
PERFIL 5
PERFIL 6
PERFIL 8
PERFIL 7
32
7770
38
10
40
12
41
18
27
42
47
31
23
70
4532
4935
24 58
5937
6521
42
243225 44
5553
51543961
422450
51 35 4428 66
5861 49
47
455439
45
1041
2414
151718
23 47 35
302838
699000
699000
700000
700000
701000
701000
702000
702000
703000
703000
704000
704000
9553
000
9553
000
9554
000
9554
000
9555
000
9555
000
9556
000
9556
000
9557
000
9557
000
9558
000
9558
000
9559
000
9559
000
9560
000
9560
000. O
MAPA GEOLÓGICO ZONA SUR DEL BORDE ORIENTAL DE LA CUENCA DE LOJA
SIMBOLOGÍA
Mapa relieves de la cuenca de Loja
HA
MQ
MSC
PzChMQ
HA
PzCh
MQ
MSC
Proyección Universal Transversa de MercatorZona 17S
Datum Transversal WGS 84
GEOLOGÍA
Estructuras inferidas
Contacto InferidoContacto Discordante
Área de estudio
o
Falla inversaSinclinal
F Anticlinal
Estratificaciónh Esquistosidad
Río
¹¹¹
M
Perfiles
1:30.000ESCALA
Paleozoico
Mioceno
CuaternarioDepositos AluvialesFm. QuillollacoFm. San CayetanoU. Chiguinda
HA
MQ
MSC
PzCh
SECCIÓN GEOLÓGICA. PERFIL 4.EO
