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PRÁCTICA 18 Dirección, buzamiento y espesor

✓ Objetivos Interpretación de la simbología de un mapa geológico. Dirección de un plano. Buzamiento real y aparente. Trazado de capas en zonas con topografía horizontal. Trazado de capas verticales y horizontales en un mapa con relieve. Cálculo de espesores (1).

Material de trabajo

Escuadra, cartabón, transportador de ángulos.

Para determinar la orientación de un plano estructural debemos establecer en primer lugar su dirección o sentido de buzamiento, y en segundo lugar su buzamiento.

A) Dirección y sentido de buzamiento de un plano estructural Como ya hemos dicho la dirección de un plano estructural se puede definir como el ángulo, medido en un plano horizontal, que forma el norte geográfico con la intersección del plano estructural con un plano horizontal.

18.1. Determinación de la orientación de un plano estructural

Planos con buzamiento distinto de 0 y de 90° (Topografía horizontal)

En algunos casos, para determinar la orientación de un plano estructural en un mapa geológico, bien se debe interpretar la simbología presente, o bien se debe establecer una serie de análisis geométricos sobre las trazas de las capas que nos permitan determinar esa orientación. En un mapa geológico, un plano estructural (techo o muro de una capa, falla, etc.) se representa como una línea (intersección del plano estructural con la superficie terrestre). Las metodologías utilizadas para la determinación de la orientación de un plano estructural a partir de un mapa geológico, se simplifican bastante en el caso de capas horizontales ( ! 0°) y capas verticales ( ! 90°). Por ello las metodologías expuestas hacen referencia a diferentes buzamientos del plano estructural:1) " 90° " 0°; 2) " 90°; y 3) " 0°.

Las técnicas utilizadas para la determinación de la dirección de un plano estructural con buzamiento distinto de 0° y de 90° ( " 90° " 0°), en un mapa geológico, varían en función de la topografía de la zona. Estas técnicas son relativamente sencillas en los casos en los que la superficie topográfica es horizontal; y son algo más complicados si la superficie topográfica no es horizontal. En esta práctica consideramos los métodos más sencillos, y en la Práctica 19 se desarrollan los métodos más complejos utilizando contornos estructurales. Considerando la definición de dirección de un plano, en una zona con topografía plana, la traza del plano estructural en la superficie (plano horizontal) es la intersección que se debe considerar para determinar la dirección de la capa. Por lo tanto, en este caso (topografía horizontal) para determinar la dirección de un plano estructural con

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Geología práctica

Techo de la capa



 N40°E

S

N

Muro de la capa

buzamiento distinto de 0° y de 90° ( " 90° " 0°), simplemente se debe determinar el ángulo que forma el norte geográfico con respecto a la traza del plano estructural en la superficie topográfica (plano horizontal) (Figura 18.1). En el ejemplo de la Figura 18.1, este ángulo es de 40°. Para establecer la dirección correcta del plano, en estas prácticas siempre utilizaremos la notación americana (ángulo de dirección de la capa de 0° a 90°) (véase Figura III.8). En este caso, el plano estructural se sitúa a 40° hacia el este, por lo tanto la notación correcta para la dirección de este plano es N 40° E. (a) Vista en planta (mapa) 

N 40°

E 310°

130° S

N

Intersección de planos estructurales con un plano horizontal (superficie topográfica Superficie topográfica horizontal N

N Muro de la 

S

c apa

la c o de Tec h

apa

Planos con buzamiento vertical (  90°) (cualquier superficie topográfica) En el caso de que el plano estructural presente un buzamiento de 90° ( ! 90°), se realiza el mismo proceso que para capas con buzamiento distinto de 0° y de 90°. Esta determinación se puede aplicar tanto en zonas con topografía horizontal como con topografía no horizontal (Figura 18.4). En las capas verticales no se determina el sentido de buzamiento.

Planos con buzamiento horizontal (  0°) (cualquier superficie topográfica) En los planos con buzamiento de 0° no se puede determinar la dirección de la capa ya que la intersección del plano estructural (techo o muro de la capa) con un plano horizontal no define una línea sino un plano, por lo tanto se podrían trazar infinitas intersecciones. En las capas horizontales, al no poder establecer la dirección, no se puede determinar el sentido de buzamiento, ya que geométricamente no tiene sentido.

B) Determinación del buzamiento real y del buzamiento aparente de un plano estructural Planos con buzamiento distinto de 0 y de 90° (topografía horizontal)

(b) Bloque diagrama

FIGURA 18.1 Determinación de la dirección de una capa a partir de su traza en un mapa geológico con superficie topográfica horizontal (para capas con " 0). (a) Vista en planta (mapa). (b) Bloque diagrama.

El sentido de buzamiento de un plano estructural siempre es perpendicular a la dirección del plano (# 90°); se mide de 0° a 360°, es decir considerando la esfera completa. En nuestro caso el sentido de buzamiento puede ser 130° (40° $ 90°); o bien 310° (40° % 90°), es decir a 90° de la dirección de la capa en ambos sentidos. Para determinar cual de los dos sentidos es el correcto se debe considerar hacia donde se introduce el plano en el terreno, es decir hacia donde buza, en el caso de nuestro ejemplo hacia 130°.

Al igual que en el caso de la determinación de la dirección de un plano en un mapa geológico, las técnicas utilizadas para establecer el buzamiento de un plano con buzamiento distinto de 0° y de 90° ( " 90° " 0°), varían en función de la topografía de la zona. Si la topografía es horizontal las técnicas son sencillas, pero si la superficie topográfica no es horizontal, los métodos de análisis son más complejos. En esta práctica se consideran los métodos más simples, y en la Práctica 19 se desarrollan los métodos algo más complicados que utilizan los contornos estructurales como herramienta principal. El valor del ángulo de buzamiento de una capa, se puede relacionar con el espesor real (er) de la capa y el espesor aparente (ea). El espesor real de una capa es la distancia existente entre el muro y el techo de una capa medida perpendicularmente a ambas superficies. Cualquier capa que aflora en superficie presenta un espesor aparente. El espesor aparente se podría definir

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Práctica 18 Dirección, buzamiento y espesor

como la distancia en un plano horizontal entre las trazas del muro y del techo de la capa medida perpendicularmente a esas trazas (Figura 18.2a y b). Conociendo el espesor real de la capa y el espesor aparente en superficie, podemos relacionar trigonométricamente estos valores con el buzamiento de esa capa. El espesor aparente de una capa se puede determinar fácilmente midiendo directamente en el mapa (distancia ab) (Figura 18.2a), conociendo el valor de espe-

sor real (er) se puede definir un triángulo rectángulo (abc) del que conocemos la longitud de la hipotenusa (espesor aparente) y de uno de los catetos (er) (Figura 18.2b y c). De esta forma, podemos determinar el valor del espesor de la capa aplicando la siguiente expresión (Figura 18.2):



Espesor real (er) Buzamiento ( ) ! arc sen &&& Espesor aparente (ea) Espesor aparente

Superficie topográfica plana





Superficie de afloramiento

Capa 1 Superficie de afloramiento

Espesor aparente en superficie

 S

90°



a

Capa 2

S

b 90°

Espesor c real (er) Espesor real (er)

(c) Bloque diagrama

(a) Vista en planta (mapa) Espesor aparente en superficie a 90°

b

Superficie topográfica plana b

90°

a er

c Capa

90° 90°

c

bc = ab * sen E sp r e a e so r l ( er )

espesor real (er) = espesor aparente (ea) * sen ! arcsen

(b) Perfil

ea !

er ea

er sen

FIGURA 18.2 Determinación del buzamiento y del espesor y de una capa con buzamiento distinto de 0 ( " 0) en zonas con superficie topográfica plana. (a) Vista en planta (mapa). (b) Perfil. (c) Bloque diagrama. Relaciones trigonométricas entre el buzamiento, el espesor real y el espesor aparente. Conociendo el espesor de la capa podemos obtener el buzamiento; y conociendo el valor del buzamiento, podemos determinar el espesor real de esa capa (véase explicación en texto). En el caso de capas verticales ( ! 90°), el espesor aparente es igual al espesor real de la capa considerada.

Planos con buzamiento vertical (  90°) u horizontal (  0°) (superficie topográfica no horizontal) En el caso de que no aparezca la simbología adecuada para identificar buzamientos horizontales y verticales, se puede aplicar la regla de la «V» en zonas con superficie topográfica no horizontal, que nos permita determinar el buzamiento de esos planos (véase Figura III.27).

Determinación del buzamiento aparente Podemos definir buzamiento aparente ( a) de un plano estructural según una dirección, al ángulo de buzamien-

to que forma la intersección del plano estructural con un plano vertical orientado según la dirección dada. Este ángulo debe medirse sobre el plano vertical considerado. En determinadas ocasiones es importante establecer el ángulo de buzamiento aparente de un plano según una dirección dada para poder construir un corte geológico con una orientación oblicua a la dirección de las estructuras geológicas presentes. Para establecer el buzamiento aparente ( a) de un plano según una dirección dada ('p) debemos conocer el buzamiento real del plano ( r) y el ángulo que forma la dirección dada ('p) con el sentido de buzamiento de ese plano (ángulo de oblicuidad, ( ).

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Geología práctica

FIGURA 18.3 Construcción geométrica para la determinación del buzamiento aparente según una dirección dada (dirección problema) de un plano estructural. Relaciones trigonométricas entre el buzamiento, el espesor real y el espesor aparente.

En la Figura 18.3 se puede observar la construcción geométrica que permite determinar el ángulo de buzamiento aparente según una dirección dada a partir de esos datos. De esta forma se obtiene que: a ! cotg (tg r ) cos ( )

18.2. Determinación del espesor de una capa El espesor de una capa es la distancia existente entre el muro y el techo de una capa medida perpendicularmente a ambas superficies. Una capa que aflora en superficie, presenta un área de intersección con la superficie topográfica; a esa área se le denomina superficie de afloramiento. La superficie de afloramiento de un material depende del espesor de la capa, de su buzamiento y de la topografía de la zona.

Capas con buzamiento distinto de 0 y de 90° ( " 0° " 90°) Para determinar el espesor de una capa que presente buzamientos distintos de 0° y de 90°, se debe considerar la topografía de la zona.

Si la superficie topográfica de la zona donde aflora el material, es una superficie horizontal (toda la superficie se encuentra a la misma cota topográfica), la determinación del espesor de la capa se puede realizar de una forma sencilla aplicando métodos trigonométricos. En cambio, si la superficie topográfica no es horizontal, es decir si presenta diferencias de cota, el método es más complejo. En esta Práctica se tratará la determinación de espesores de capas aflorantes en zonas con topografía horizontal; y en la siguiente Práctica se establecerán las metodologías para determinar el espesor de una capa ( " 0° " 90°) en zonas con topografía no horizontal, es decir superficies topográficas con diferentes cotas de altitud (Práctica 19). En estos casos (superficie topográfica horizontal), el valor del espesor aparente (ea) de una capa depende únicamente del buzamiento ( ) y del espesor real (er) de la capa. Estos tres valores pueden ser relacionados mediante relaciones trigonométricas, por lo tanto si conocemos dos de las variables se puede determinar la tercera (Figura 18.2). De esta forma, podemos establecer el valor del espesor de la capa aplicando la siguiente expresión (Figura 18.2): Espesor (er) ! Espesor aparente (ea))sen buzamiento ( )

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Práctica 18 Dirección, buzamiento y espesor

Capas verticales (   90°) En el caso de que la capa presente un buzamiento de 90° (capa vertical), el espesor aparente (ea) es igual al espesor real de la capa (Figura 18.2b). Espesor (e) ! Espesor aparente (ea) )sen 90°; e!ea ) 1 Espesor (e) ! Espesor aparente (ea) Por lo tanto, la determinación del espesor de capas verticales ( ! 90°) es inmediata, simplemente se debe

establecer el espesor aparente en superficie (ea), es decir la distancia entre los límites de la capa medida perpendicularmente a ambos límites. Debemos tener en cuenta que la determinación del espesor de una capa vertical en un mapa no depende de la orografía del terreno; es decir, el espesor aparente es igual al espesor real de la capa, independientemente de si la superficie topográfica es plana o presenta un relieve importante (Figura 18.4).

Superficie de afloramiento

(a) Bloque diagrama

N  N90°E

Superficie topográfica

N

Espesor aparente



 Espesor aparente

N

Superficie topográfica plana

Espesor real

(b) Vista en planta (mapa)

(c) Bloque diagrama Superficie topográfica

N

Superficie de afloramiento

 N90°E 

Espesor aparente

N

Espesor aparente

(d) Vista en planta (mapa) Espesor real

FIGURA 18.4 Esquemas de afloramiento de una capa vertical ( ! 90°), en una zona con topografía plana (superficie plana sin diferencias de cota). (a) Bloque diagrama. (b) Vista en planta (mapa); y topografía con diferentes cotas de altitud. (c) Bloque diagrama. (d) Vista en planta (mapa). El espesor aparente de una capa vertical es igual al espesor real de la misma, independientemente de la topografía de la zona en la que aflora la capa.

Capas horizontales (  0°) Para determinar el espesor de una capa horizontal a partir de un mapa geológico, simplemente se tiene que establecer la cota topográfica del techo y del muro de la capa. El espesor de la capa será la diferencia entre ambas cotas, es decir: Espesor ! Cota del techo de la capa % Cota del muro de la capa

En la Figura 18.5 se representa un ejemplo de un mapa geológico en el que afloran cuatro materiales horizontales: calizas, arenas, conglomerados y arcillas. Capa de arenas. En este material, tanto la traza del techo como la del muro coinciden con las curvas de nivel, y por tanto conocemos la cota topográfica del techo (punto D, 1.075 m) y del muro de la capa (punto C, 1.025 m). La determinación del espesor de esta capa es inmediata:

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Geología práctica

N

1.00

0

E

150 m.

100

50

0

0 95

1.100

D 1.050

Calizas

C

Arenas 1.00

Conglomerados

0

B

Arcillas 900

950

A

1.150

50 m.

cota 1.075 m.

1.050

40 m.

E cota 1.115 m.

1.100 Espesor

Espesor mínimo

C

cota 1.025 m.

88 m.

1.000

cota 870 m.

850

Muro Techo

Muro Techo

cota 937 m.

Espesor mínimo

900

Muro Techo

Espesor

B

950

D

A

Cota techo – cota muro = espesor. Espesor de la capa de arenas. 1.075 – 1.025 = 50 m. Espesor de la capa de conglomerados. 1.025 – 937 = 88 m. Cota máxima de afloramiento – cota muro = espesor mínimo. Espesor mínimo de la capa de calizas. 1.115 – 1.075 = 40 m. Cota techo – cota mínima de afloramiento = espesor mínimo. Espesor mínimo de la capa de arcillas. 937 – 870 = 67 m.

FIGURA 18.5 (a) Mapa geológico en el que afloran cuatro capas horizontales. (b) Corte esquemático de la situación de los materiales. Determinación del espesor en capas horizontales (véase explicación en texto).

Espesor arenas ! Cota techo (1.075 m) % Cota muro (1.025 m) ! 50 m Capa de conglomerados. En el caso de la capa de conglomerados, conocemos la cota del techo de la capa, porque coincide con la curva de nivel de 1.025 m (punto C, 1.025 m). En cambio la traza del muro de la capa no coincide con ninguna curva de nivel, pero podemos conocer la cota topográfica de afloramiento (en este caso: punto B, 937 m). Espesor conglomerados ! Cota techo (1.025 m) % Cota muro (937 m) ! 88 m

De las capas de calizas y arcillas no podemos determinar el espesor, ya que no afloran el techo y el muro de estas capas en el mapa. Capa de calizas. En este mapa sólo aflora el muro de la capa de calizas, por lo tanto no se puede determinar el espesor de la capa. No obstante, se puede determinar el espesor mínimo de la capa; es decir, podemos determinar el espesor mínimo que tiene la capa considerada en función de la información que nos proporciona el mapa geológico. Si se determina la cota topográfica máxima a la que aflora el material, se puede establecer el espesor mínimo que tiene esta capa:

Práctica 18 Dirección, buzamiento y espesor

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Espesor mínimo ! Cota máxima de afloramiento (punto E, 1.115 m) % Cota del muro de la capa (punto D, 1.075 m) ! 40 m

del techo de la capa (punto B, 937 m), por lo tanto, se debe determinar el punto mínimo de afloramiento de este material, en este caso 870 m (punto A).

Capa de arcillas. Es un ejemplo análogo al de la capa de calizas, aunque en este caso lo que no aflora es el muro de la capa. Se conoce la cota de afloramiento

Espesor mínimo ! Cota del techo de la capa (punto B, 937 m) % Cota mínima de afloramiento (punto A, 870 m) ! 67 m

EJERCICIOS 1.

En cada uno de los mapas geológicos adjuntos (superficie topográfica horizontal), calcular si es posible, la dirección (N 90° O-N 90° E), sentido del buzamiento (0-360°) y buzamiento (0-90°) de cada uno de los elementos geológicos que aparecen (capas, discordancias, fallas, ejes de pliegues) (Figura 18.6).

FIGURA 18.6...