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octubre 2015
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Comportamiento geoeléctrico de una zona de falla:
resistividad eléctrica y arquitectura de un segmento del
Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui
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Tomás Roquer* , Gloria Arancibia , Nicolás Pérez-Estay , Gonzalo Yáñez , Ronny Figueroa , Pablo Iturrieta
1. Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica, Pontificia Universidad Católica de Chile; 2. Centro de Excelencia en
Geotermia de los Andes (CEGA)
* E-mail:
[email protected]
Resumen. El comportamiento geoeléctrico de zonas de
falla que no afloran se ha estudiado desde escala métrica a
kilométrica por diversos autores, quienes han sido
capaces, por ejemplo, de inferir las dimensiones de los
componentes de una zona de falla (núcleo vs. zona de
daño . Sin embargo, la aplicación de este método en
afloramientos de zonas de falla es escasa, a pesar de la
importancia de poder validar estas mediciones con la
observación geológica directa. En este estudio se
presentan resultados preliminares del comportamiento
geoeléctrico en una zona de falla aflorante del Sistema de
Falla Liquiñe-Ofqui. Los resultados sugieren que es posible
discriminar la respuesta geoeléctrica de los dominios
estructurales principales: el núcleo se muestra como un
conductor, mientras que la zona de daño presenta mayor
resistividad relativa. Esta metodolog a podr a ser utilizada
para una mejor caracterización de zonas de falla.
Palabras Claves: arquitectura de una zona de falla,
método geoeléctrico, resistividad eléctrica,
Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui
1 Introducción
Desde el punto de vista de su arquitectura, una zona de
falla está compuesta de un núcleo (simple o múltiple) o
una zona de daño que lo rodea (Faulkner et al., 2010). Las
propiedades geoeléctricas de zonas de falla, en estructuras
de escala decamétrica a kilométrica, han sido estudiada por
distintos autores. Por ejemplo, se han realizado estudios
magnetotelúricos para inferir la geometría de zonas de falla
activas y la estructura eléctrica de zonas de subducción
(e.g. Ingham, 2005; Xiao et al., 2012). Asimismo, Ball et
al. (2010), a partir de sondajes eléctricos de resistividades
a escala métrica a decamétrica, determinaron la disposición
espacial y estructura interna de una zona de falla que no se
mostraba en superficie. Sin embargo, aunque se ha logrado
inferir la arquitectura de una zona de falla en base a su
comportamiento geoeléctrico a diferentes escalas, estas
inferencias no han sido validadas por la observación
directa de un afloramiento que exhiba claramente su
núcleo y zona de daño.
Este estudio tiene por objetivo evaluar cómo se
correlacionan las propiedades resistivas de una zona de
falla con su arquitectura, tomando como caso de estudio un
afloramiento expuesto de la traza norte del Sistema de
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Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO). En esta zona se realizó un
levantamiento de datos estructurales y un estudio
geoeléctrico de corriente continua en roca, para observar la
relación entre las propiedades eléctricas y la arquitectura
de una zona de falla a una escala decimétrica a métrica.
2 Marco conceptual
2.1 Marco Geológico y Tectónico
El Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO) es un sistema
de fallas intra-arco de ca. 1200 km de longitud
desarrollado a partir del mesozoico y aún activo. Sus trazas
maestras tienen rumbo NS a NNE y sus trazas subsidiarias
tienen rumbo NE a ENE, con movimiento dextral y
dextral-normal mayormente desarrollado durante los
últimos 6 Ma (Cembrano y Lara, 2009; Melnick et al.,
2006). El afloramiento de estudio corresponde a una
sección de ca. 100 m de longitud y está ubicado en la traza
norte del SFLO, donde la zona de falla corta rocas
andesíticas miocenas de la Formación Curamallín (Figuras
1a y 1b).
2.2 Estudio geoeléctrico 2D
Este método geofísico busca obtener una sección de
resistividades aparentes usando la ley de Ohm y
ecuaciones de Maxwell (Telford et al., 1990). Mediante
esta ley constitutiva, para obtener la resistividad de un
medio se hace circular una corriente controlada I, midiendo
el voltaje V que genera esta corriente (Figura 2). Dados
estos parámetros, se obtiene la resistividad aparente ρ de
acuerdo a la siguiente expresión:
𝜌𝜌 =
𝑉𝑉2𝜋𝜋
𝐼𝐼𝐼𝐼
Donde G se conoce como un factor geométrico, que
corrige la distancia relativa entre puntos de inyección de
corriente y medición del potencial eléctrico asociado. Para
este estudio se utilizaron las geometrías dipolo-dipolo y
Schlumberger. En la mayoría de las rocas superficiales la
resistividad medida está determinada críticamente por la
cantidad de agua, la concentración de iones disueltos, la
mineralogía de las rocas y, secundariamente, por la
ST 1 TECTÓNICA Y DEFORMACIÓN CORTICAL ANDINA
temperatura (Grant y West 1965; Zohdy, 1974; Revil et al.
1998).
3 Metodología
En este trabajo se utilizó la combinación de información
geológica de campo y una prospección geofísica de la
resistividad de la roca. Para ello se realizó un
levantamiento de datos estructurales y se midió la
respuesta geoeléctrica de las unidades litológicas mediante
un estudio geoeléctrico de corriente continua 2D, a lo largo
de un segmento ortogonal al núcleo de la zona de falla, en
una transecta de 22 m de longitud (Figura 1c).
La medición geoeléctrica se llevó a cabo utilizando el
equipo eléctrico TIGRE soportado por el software
ImagerPro2006. La instalación en terreno consideró un
ensayo realizado en una sección de roca, cuyo perfil
entrega un modelo de resistividad en planta. Cada línea
eléctrica contó con dos tendidos que se traslaparon con el
propósito de conseguir una mayor resolución espacial en la
zona de interés. Los distancia dipolar fue de 0.5 m y cada
tendido constó de 32 electrodos con un traslape de 23
estacas. Esto conforma una línea de 41 electrodos de una
longitud de 20 m, que podría teóricamente tener una
penetración máxima de 5 m (Figura 2)
Con el perfil de resistividades aparentes se realizó una
inversión de datos para obtener una sección geoeléctrica,
para lo cual se usó el software proporcionado por el
equipo, ImagerPro 2006. El software Oasis fue utilizado
para la presentación de los resultados finales.
un dominio conductor al SW del dominio anterior, con
resistividades que varían entre 30-350 ohm-m (dominio 3);
y (iv), un dominio resistivo al NE del perfil, con mayor,
cuyos valores oscilan-varían entre 250 y 500 ohm-m
(dominio 4).
5 Discusión y conclusiones preliminares
Los resultados estructurales y eléctricos sugieren que la
arquitectura de la zona de falla se ve reflejada en las
resistividades obtenidas (Figuras 3a y 3b). Se considera
que el dominio resistivo horizontal (dominio 1) es el
resultado de la meteorización reciente de la roca expuesta,
por lo que está sometida a un proceso similar en toda la
extensión del ensayo únicamente en la zona más somera.
Por otro lado se pueden correlacionar los valores menores
de resistividad de los dominios 2 y 3 al núcleo y zona de
daño muy fracturada en el bloque colgante. Asimismo, el
dominio 4, un cuerpo resistivo respecto a su medio, tiene
un comportamiento geoeléctrico consistente con el hecho
de que el bloque yacente presente menor desarrollo de
vetas. En ese sentido, se puede apreciar que el contraste de
resistividad entre el bloque colgante y el núcleo versus el
bloque yacente, es en promedio 300 ohm-m. Estos
resultados son consistentes con la mayor densidad de
fracturas del bloque colgante y la naturaleza del núcleo,
donde el relleno mineral y la presencia de fases hidratadas
jugarían un rol de primer orden en las resistividades
medidas.
De este trabajo se pueden extraer las siguientes
conclusiones preliminares:
a)
4 Resultados
El levantamiento estructural mostró una zona de falla que
corta roca andesítica, con un núcleo simple de 0.5 m de
potencia y una zona de daño asimétrica de 5 m potencia en
el bloque colgante y 15 m en bloque yacente. El núcleo, de
0.5 m de espesor, está compuesto de un dique
microdiorítico con salbanda de falla en sus bordes y tiene
rumbo WNW. La zona de daño presentó un mayor
desarrollo de vetas en el bloque colgante que en el bloque
yacente, mostrando discontinuidades centimétricas a
decimétricas rellenas de ceolitas.
Por otro lado, la sección geoeléctrica en planta mostró
valores de resistividad que varían entre 30-750 ohm-m.
Como muestra la figura 3a, se tienen valores resistivos
relativos (en rojo), conductores (en azul) y combinaciones
intermedias. En la sección eléctrica se logró distinguir
cuatro dominios (Figura 3a): (i) un dominio horizontal
(dominio 1) y resistivo de ca. 0.5 m de espesor, con
valores que varían entre 100 -750 ohm-m; (ii) un dominio
conductor penetrativo, de potencia cercana a 0.5 m, con
valores que varían entre 30-200 ohm-m (dominio 2); (iii)
A pesar de que la litología del bloque colgante y
yacente es la misma, una roca andesítica, la
diferencia entre la naturaleza del núcleo (dique
microdiorítico con salbanda de falla) y la roca de
caja (roca andesítica) se tradujo en una diferencia
de resistividad medible (ca. 300 ohm-m).
b) La información geoeléctrica de un estudio
geoeléctrico 2D puede reflejar la arquitectura de
una zona de falla a escala decimétrica a métrica.
Por ende, y en concordancia con Ball et al.
(2010), este método geofísico podría aplicarse en
la caracterización de zonas de falla fósiles que no
afloren en superficie.
Agradecimientos
Los autores agradecen al Centro de Excelencia en
Geotermia de los Andes (CEGA, Proyecto FONDAP
CONICYT 15090013) y al proyecto FONDECYT
1130030. El Equipo TIGRE fue aportado por el proyecto
FONDEF D10I1027.
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AT 1 GeoloGía ReGional y Geodinámica andina
Referencias
Ball, L.B.; Ge, S.; Caine, J.S.; Revil, A.; Jardani, A. (2010).
Constraining fault-zone hydrogeology through integrated
hydrological and geoelectrical analysis. Hydrogeology journal,
18(5), 1057-1067
Cembrano, J.; Lara, L. (2009). The link between volcanism and
tectonics in the Southern Volcanic Zone of the Chilean Andes:
A review. Tectonophysics, 471(1), 96–113.
Faulkner, D.; Jackson, C.; Lunn, R.; Schlische, R.; Shipton, Z.;
Wibberley, C.; Withjack, M. (2010). A review of recent
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32(11), 1557–1575
Grant, F.S.; West, G.F. (1965). Interpretation theory in applied
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induction methods. McGraw-Hill, New York
Ingham, M. (2005). High resolution electrical imaging of fault zones.
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Zohdy, A.A.; Eaton, G.P.; Mabey, D.R. (1974). Application of
surface geophysics to ground-water investigations. US
Government Printing Office, 2-D1, pp 5–66.
Figura 1. Contexto geológico del área de estudio. (a) Sistema de Fallas de Liquiñe-Ofqui. (b) Geología
regional del área de estudio (en punto negro). (c) Afloramiento de la zona de falla de estudio, indicando
núcleo y zona de daño en el bloque yacente y en el bloque colgante.
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ST 1 TECTÓNICA Y DEFORMACIÓN CORTICAL ANDINA
Figura 2. Esquema de la instalación de uno de los arreglos del estudio geoeléctrico 2D. I representa la corriente inyectada en la roca;
V la diferencia de potencial media. Los electrodos de corriente están representados por C1 y C2; mientras que los de potencial por P1
y P2. Arreglo Schlumberger.
=
=
2
=
=
=
Figura 3. (a) Resultados de la inversión eléctrica para un perfil de 20 m medido en roca (vista en planta). (b) Modelo conceptual de los
dominios eléctricos evidenciados en la arquitectura de la zona de falla.
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