Análisis Gravimétrico del Margen Occidental de Galicia

| 4 noviembre, 2010 | 0 Comentarios

Análisis Gravimétrico del Margen Occidental de Galicia
SOBRE LA TESIS DOCTORAL

Título: Análisis gravimétrico del margen occidental de Galicia

Autor: María Druet Vélez
Universidad Complutense De Madrid – Departamento De Geodinámica – Facultad De Ciencias Geológicas
Idioma: Castellano
Fecha de Defensa: 2005
Formato: .pdf

RESUMEN

El margen continental del oeste de Galicia se clasifica como un margen continental no volcánico, creado a partir de la propagación hacia el norte de la apertura del océano Atlántico hace aproximadamente 110 m.a. (Malod et al., 1993). Durante el Cretácico se sucedieron en este margen varios episodios tectónicos de tipo extensivo, que le confirieron una morfología controlada por bloques de corteza continental levantados y hundidos limitados por fallas de tipo normal (dirección principal NNO-SSE), enraizadas en un gran detachment extensivo y truncadas por otras dos familias de fallas NE-SO y NO-SE (Boillot y Malod, 1988). Durante el Cenozoico, la convergencia entre las placas Ibérica y Euroasiática generó estructuras compresivas y la reactivación de estructuras extensivas previas hacia el norte de la región. Como resultado, algunos de los bloques de corteza continental basculados durante el Mesozoico, fueron elevados y forman en la actualidad una región de bancos submarinos, siendo el mayor de ellos el Banco de Galicia. Estos bancos submarinos actúan como una barrera sedimentaria entre la Cuenca Interior de Galicia y la Llanura Abisal Ibérica. Entre la región de bancos submarinos y la Llanura Abisal Ibérica, se define una Zona de Transición Océano-Continente, una región de pocas decenas de kilómetros de ancho en la que se describe una delgada corteza oceánica anómala con un cuerpo de peridotitos serpentinizadas por debajo de ésta. Más hacia el oeste, este cuerpo se peridotitos aflora en el fondo oceánico como un alto del basamento, que se extiende varias decenas de kilómetros de forma paralela al margen. Se asume, según criterios sedimentológicos, que esta cresta de peridotitos marca el límite océano-continente (Boillot et al., 1989).Los objetivos de este trabajo son varios: por un lado, procesar los nuevos datos gravimétricos marinos procedentes de las campañas realizadas en esta área, en el marco del “Plan Hidrográfico-Oceanográfico de la Zona Económica Exclusiva Española” (ZEE), y la realización e interpretación de mapas de anomalías de Aire Libre y de Bouguer del margen occidental de Galicia; por otro lado, realizar un estudio de la estructura y de la transición océano-continente en dicho margen a partir del análisis de los mapas y la construcción de dos modelos gravimétricos en 2+1/2D, realizados a partir de sendos perfiles de anomalía de Bouguer transversales a las estructuras principales.

Para la realización de los mapas gravimétricos de anomalías de Aire Libre y de Bouguer, se han empleado un total de 251 líneas, procedentes de las campañas de mar llevadas a cabo entre los años 2001 y 2003 en aguas del noroeste de la Península Ibérica (ZEE-01, ZEE-02 y ZEE-03), almacenadas como una base de datos geo-referenciada, y 590 medidas gravimétricas terrestres del noroeste peninsular, procedentes de las bases de datos del Instituto Geográfico Nacional y ENRESA, con las que se ha orlado los mapas para evitar errores de borde en las zonas próximas a la costa.

En el mapa de anomalía de Aire Libre, destaca la clara correlación con la batimetría del margen, observándose varias bandas de alto gradiente, con orientaciones NNO-SSE, NNE-SSO y NE-SO, coincidentes con las principales direcciones estructurales. En la parte noroeste del Banco de Galicia, al efecto batimétrico se suma el producido, posiblemente, por la presencia del cuerpo de peridotitos, dando como resultado un máximo relativo muy pronunciado de dirección NE-SO.

En el mapa de anomalía de Bouguer, para cuya elaboración se ha aplicado una corrección de fondo oceánico a los datos gravimétricos de mar, se observa cómo la transición entre valores mínimos (corteza continental, incluso inferiores a +20 mGal) y máximos (corteza oceánica de la Llanura Abisal Ibérica, superiores a +300 mGal), se realiza de forma discontinua a través de varias bandas de fuerte gradiente, en general alargadas según direcciones coincidentes con las de las estructuras tectónicas principales descritas en el margen. Destaca también la presencia de un eje de máximo relativo sobre la región de la Cuenca Interior de Galicia, relacionado con el extremo adelgazamiento de la corteza continental y la menor profundidad del Moho en este lugar, y un gran mínimo relativo en el área del Banco de Galicia, descentrado respecto de la zona de menor batimetría, que indica el carácter continental y un mayor grosor de la corteza en esta región. Se identifica la zona de transición entre corteza continental y corteza oceánica como una banda de fuerte gradiente (aproximadamente 2.5 mGal/km) que bordea el área del Banco de Galicia hacia el oeste, estrechándose de sur a norte.

Se ha aplicado un filtro de paso alto al mapa de anomalía de Bouguer con el objetivo de analizar las anomalías asociadas a los contrastes de densidad que se producen en la parte superior de la litosfera. El análisis del mapa de anomalía de Bouguer residual resultante permite observar el aspecto compartimentado del margen continental, debido a la intersección de las estructuras de dirección N-S a NNO-SSE por los gradientes de orientación NE-SO y NO-SE, y que quedaba enmascarada en el mapa de anomalía de Bouguer por el efecto de la anomalía regional. Varias de las bandas de gradiente identificadas en este mapa tienen continuidad con estructuras frágiles observadas en tierra (De Vicente, 2004).

Para la construcción de los modelos gravimétricos en 2+1/2D, se han seleccionado dos perfiles E-O, transversales a las estructuras y gradientes principales descritos en el margen, que permiten apoyar parcialmente los modelos en datos de sísmica de refracción (Córdoba et al., 1987; Sibuet et al., 1995; Whitmarsh et al., 1996; Pérez-Gussinyé et al., 2003) y en un perfil de sísmica de reflexión (Murillas et al., 1990). Para la correlación entre densidades y velocidades de ondas sísmicas, se han empleado curvas empíricas que relacionan estos parámetros (Ludwig et al., 1970). Se han distinguido trece unidades de diferente densidad según las velocidades de ondas sísmicas dadas por Córdoba et al. (1987), Sibuet et al. (1995), Whitmarsh et al. (1996) y Pérez-Gussinyé et al. (2003).

En los dos modelos realizados, partiendo desde el extremo oriental, se identifica un primer máximo relativo de valores de anomalía de Bouguer sobre la zona de corteza continental adelgazada de la Cuenca Interior de Galicia, seguido de un mínimo relativo que se relaciona con el engrosamiento de la corteza continental en el área del Banco de Galicia. El límite entre la corteza continental y la corteza oceánica anómala de la zona de transición se identifica, en los respectivos perfiles de anomalía de Bouguer, con un cambio de inflexión en la tendencia de aumento de los valores hacia el oeste de la zona del Banco de Galicia y que se ha relacionado con un contraste lateral neto de densidades. Se ha modelizado una corteza oceánica “normal” en las zonas donde los valores de anomalía de Bouguer alcanzan una pauta relativamente constante por encima de los +310 mGal. La superficie del Moho presenta una morfología ondulada, con forma asimétrica bajo la Cuenca Interior de Galicia, donde se encuentra a una profundidad mínima relativa de 14 km (incluyendo la lámina de agua), aumentando ésta de forma más gradual hacia el oeste que hacia el este. El Moho se encuentra a una profundidad máxima relativa de 19 a 21 km (en el modelo 1 y el modelo 2, respectivamente) en la zona del Banco de Galicia. El punto donde el Moho se encuentra a menor profundidad es, en ambos modelos, en el límite entre la corteza continental y la corteza oceánica de transición, estando a una profundidad mínima de 12 km en el modelo 1 (hacia el norte en el área de estudio) y a 11 km en el modelo 2 (más al sur). También en ambos modelos, la morfología de la corteza continental es coherente con una deformación frágil en la corteza superior y dúctil en la inferior. Los depósitos sedimentarios modelizados alcanzan un espesor de hasta 6 y 8 km (en los modelos 1 y 2, respectivamente) en el área de la Cuenca Interior de Galicia, con engrosamientos locales en pequeñas sub-cuencas asociadas a los bloques de corteza continental basculados.

Abstract

The continental margin west of Galicia has been classified as a non-volcanic continental margin, created by the northward propagation of the Atlantic Ocean opening, approximately 110 m.y. ago (Malod et al., 1993). During Cretaceous times, several extensive tectonic episodes took place on this margin, lending a morphology controlled by continental crust highs and lows, limited by normal faults (mainly NNW-SSE oriented). These normal faults are rooted in a great extensional detachment and truncated by other two fault families, NE-SW and NW-SE directed (Boillot and Malod, 1988). During Cenozoic times, the convergence between Iberian and Eurasian plates generated contractional structures and the reactivation of previous extensive structures towards the north of the region. As a result, some of the continental blocks tilted during Mesozoic times, were raised up forming a region of submarine banks at present. These submarine banks act as a sedimentary barrier between the Galicia Interior Basin (beside the continental shelf) and the Iberia Abyssal Plain (further west on the study area). Connecting the region of submarine banks and the Iberia Abyssal Plain, an Ocean-Continent Transition Zone is defined as a region, few dozens of kilometres wide, in which a thin anomalous oceanic crust is described, underlined by a bulk of serpentinized peridotites. Towards the west, this peridotite bulk crops out to the ocean bottom as a margin-parallel basement ridge, several tens of kilometres long. It is assumed, according to sedimentary criteria, that this periditite ridge delimits the ocean-continent boundary (Boillot et al., 1989).The aims of this work are several: on the one hand, to process the marine gravity data from the surveys carried out on the west Galicia continental margin, in the frame of the “Plan Hidrográfico-Oceanográfico de la Zona Económica Exclusiva Española” (Spanish Exclusive Economic Zone Project, ZEE), and the accomplishment and interpretation of Free Air and Bouguer anomaly maps of this area; on the other hand, to study the structure of the margin and the ocean-continent transition, from the analysis of the gravity maps and the construction of two 2+1/2D gravity models from two Bouguer anomaly profiles, transverse to the main structures described on the margin.

We have used 251 ship track lines, from the surveys carried out between the years 2001 and 2003 northwest of the Iberian Peninsula (ZEE-01, ZEE-02 and ZEE-03 surveys), to construct the Free Air and Bouguer anomaly maps. These lines were stored as a geo-referenced database. 590 land gravity measurements on northwest Iberia, from Instituto Geográfico Nacional of Spain and ENRESA databases, were also used with the aim to avoid border errors near the coastline on the study area.

The Free Air map shows a strong correlation with the margin bathymetry. Several gradients can be observed, NNW-SSE, NNE-SSW and NE-SW elongated, coincident with the principal structural directions. Northwest at the Galicia Bank, the effect produced by, apparently, the presence of the serpentinized peridotite bulk, is added to the bathymetric one, giving as a result a pronounced relative maximum NE-SW directed.

On the Bouguer anomaly map, sea bottom correction has been applied for the marine gravity data. The transition between minimum values (continental crust, values even less than +20 mGal) and maximum values (oceanic crust, values beyond +300 mGal), occurs on a steeply way, by several high gradient zones, generally oriented according to the directions of the principal tectonic structures described on the margin. A relative maximum axis is observed over the Galicia Interior Basin, related to the extreme thinning of the continental crust and the minor Moho depth on this place. Stands out a great relative minimum on the Galicia Bank area, shifted respect to the minimum bathymetry zone; this points out the continental character and major thickness of the crust in this region. The transition zone between continental crust and oceanic crust is identified as a strong gravity gradient (approximately 2.5 mGal/km) bordering Galicia Bank towards the west, becoming narrower from south to north.

With the aim to analyze the anomalies produced by density contrast in the upper part of the lithosphere, a high pass filter has been applied to the Bouguer anomaly map. The analysis of the resultant residual Bouguer anomaly map allows the observation of the compartmentalized appearance of the margin, due to the intersection of the N-S to NNW-SSE trending structures by the gradient zones NE-SW and NW-SE directed; this feature was remaining masked by the regional anomaly effect in the Bouguer anomaly map. Several Bouguer anomaly gradients identified on this map have landward continuation with fragile structures (De Vicente, 2004).

To elaborate the 2+1/2D gravity models, two E-W Bouguer anomaly profiles have been selected, transverse to the principal structures and gradients described on the study area, which allow to partly support the models on seismic refraction data (Córdoba et al., 1987; Sibuet et al., 1995; Whitmarsh et al., 1996; Pérez-Gussinyé et al., 2003), and on a seismic reflection profile (Murillas et al., 1990). Empirical curves relating seismic velocity and density (Ludwig et al., 1970) have been applied to obtain the density-seismic velocity equivalence used on the models. Thirteen different density units have been distinguished according to the seismic velocities given by Córdoba et al. (1987), Sibuet et al. (1995), Whitmarsh et al. (1996) and Pérez-Gussinyé et al. (2003).

Starting out from the oriental end on both models, the first Bouguer anomaly relative maximum is identified over the thinned continental crust of the Galicia Interior Basin, followed by a relative minimum related to the thickening of the continental crust in the Galicia Bank area. The limit between the continental crust and the anomalous oceanic crust of the transition zone is identified, on both Bouguer anomaly profiles, as an inflexion on the increase trend of the values towards the west of the Galicia bank area; it has been related to a net lateral density contrast. A “normal” oceanic crust is modelled where Bouguer anomaly values reach a regional value of +310 mGal. The Moho surface presents a wavy morphology; it has an asymmetric shape under the Galicia Interior Basin, where it is to a minimal relative depth of 14 km (including water slab), deepening more gently towards the west than eastward. The Moho is present to a maximum relative depth of 19 to 21 km (on model 1 and model 2, respectively) in the Galicia Bank area. In both models, the Moho is found at an absolute minimum depth at the boundary between the continental crust and the transitional oceanic crust, were it is found at a depth of 12 km in model 1 (northwards on the study area) and 11 km in model 2 (to the south). Also in both models, the morphology of the continental crust is coherent with a fragile deformation of the upper crust and a ductile deformation of the lower crust. The sedimentary cover modelled reach a thickness of up to 6 and 8 km (in models 1 and 2, respectively) on the area of the Galicia Interior Basin, locally thickened in small sub-basins, related to the tilted continental crustal blocks.

índice

1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
3. SITUACIÓN GEOGRÁFICA Y CONTEXTO GEOLÓGICO
4. ANTECEDENTES
5. METODOLOGÍA

5.1. Sistemas de navegación
5.2. Batimetría
5.3. Gravimetría

5.3.1. Fundamentos

5.3.1.1. Corrección de la deriva instrumental del gravímetro
5.3.1.2. Corrección de Eötvös
5.3.1.3. Corrección de Aire Libre
5.3.1.4. Corrección de Bouguer
5.3.1.5. Corrección topográfica
5.3.1.6. Anomalías gravimétricas

5.3.2. Enlace con las redes terrestres
5.3.3. Instrumentación

5.3.3.1. Sistema sensor
5.3.3.2. Plataforma estabilizada
5.3.3.3. Subsistema de adquisición de datos

5.3.4. Adquisición y procesado de los datos

5.3.4.1. Adquisición de los datos
5.3.4.2. Procesado de los datos

6. ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

6.1. Análisis de coherencia entre los datos gravimétricos de barco y de satélite
6.2. Mapas de anomalías de Aire Libre y de Bouguer
6.3. Análisis del mapa de anomalía de Aire Libre
6.4. Análisis del mapa de anomalía de Bouguer
6.5. Modelización gravimétrica
6.6.1. Modelo 1
6.6.2. Modelo 2

7. CONCLUSIONES
8. REFERENCIAS

CONCLUSIONES

A modo de síntesis, se exponen a continuación las aportaciones más importantes de este trabajo:- Se han realizado mapas gravimétricos de anomalías de Aire Libre y de Bouguer, generados a partir de nuevos datos de gravimetría marina en el margen continental del oeste de Galicia.

- Se ha reconocido una anomalía de Bouguer negativa en el área del Banco de Galicia, relacionada con el mayor espesor relativo de la corteza continental y el aumento de las profundidad del Moho en este lugar. Del mismo modo, se ha identificado un eje de máximos relativos en el área de la Cuenca Interior de Galicia, asociado al mayor adelgazamiento de la corteza continental y la mayor proximidad del Moho a la superficie en esta región.

- El filtro de paso alto aplicado al mapa de anomalía de Bouguer ha permitido caracterizar cambios de densidad en los niveles superiores de la litosfera. Se han reconocido así ejes de máximos y mínimos y gradientes de orientaciones N-S y NNO-SSE, relacionados con las fallas normales mesozoicas de igual dirección, así como estructuras NE-SO, algunas de las cuales están relacionadas con la compresión cenozoica. Varios de los gradientes de orientación NE-SO y NO-SE tienen continuidad con estructuras frágiles observadas en tierra. Se observa un aspecto compartimentado en el margen derivado de la intersección de las estructuras N-S a NNO-SSE por las zonas de gradiente alargadas según las direcciones NE-SO y NO-SE. Las relaciones de corte son variables entre los gradientes de orientados en direcciones NE-SO y NO-SE.

- A partir de los modelos gravimétricos en 2+1/2 D realizados, el límite entre la corteza continental y corteza oceánica “transicional” se ha localizado 30 km al este de la cresta de peridotitas en el modelo 1, en forma de zona de contraste lateral neto de densidades, y como una zona de transición más compleja en el modelo 2. El gradiente asociado a la transición entre la corteza oceánica “transicional” y la corteza oceánica “normal”, conlleva superar valores de anomalía de Bouguer de +310 mGal, con una pauta constante, en la corteza oceánica. Este hecho difiere del límite propuesto hasta ahora sobre la cresta de peridotitas, quedando el límite entre corteza oceánica “transicional” y corteza oceánica “normal”, según los datos gravimétricos, situado aproximadamente a 20 km al este de la cresta de peridotitas en el perfil 1 y a unos 27 km al este de la misma en el perfil 2.

- La estructura del Banco de Galicia corresponde a una corteza continental adelgazada (menos de 20 km de espesor, incluyendo la lámina de agua) en la que se diferencian una delgada capa de sedimentos, una corteza continental superior (d=2.6 g/cm3) fracturada en bloques, con espesores entre 6 y 9 km, y una corteza continental inferior (d=2.8 g/cm3) con espesores 8 y 10 km.

- La Cuenca Interior de Galicia presenta una estructura típica extensiva, con un fuerte adelgazamiento frágil de la corteza continental superior, que da lugar a una serie de graben y semigraben, y un adelgazamiento dúctil de la corteza continental inferior, llegando a obtenerse un espesor mínimo de la corteza en esta región de 14 km incluyendo la lámina de agua.

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FUENTE

Biblioteca Virtual de la Fundación J. García Siñeriz

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Categoría: Tesis

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