TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN

Modelado 3D por inversión gravimetrica de cuencas off shore de Argentina

3D modeling for gravimetric inversion of offshore basins of Argentina

 

Guillermo Pizarro^1,2(*); María Alejandra Arecco^3,4; Francisco Ruiz¹; Marta Ghidella⁵

¹ Instituto Geofísico-Sismológico Volponi (IGSV), Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de San Juan.
² Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de San Juan.
³ Instituto de Geodesia y Geofísica Aplicadas. Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires.
⁴ Escuela de Ciencias del Mar, Instituto Universitario Naval, Armada Argentina.
⁵ Instituto Antártico Argentino, Buenos Aires, Argentina.
^(*) E-mail: guillepizarro@hotmail.com

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RESUMEN

El presente trabajo refleja los primeros resultados de un estudio cortical en el Océano Atlántico Sur, en la zona de la plataforma, talud y emersión continental argentinos, en la región que va desde los 50° a 66° de longitud Oeste y 36° a 50° de latitud Sur.
Se presenta un modelo gravimétrico de corteza superior, continental y oceánica donde se enfatiza la geometría y límites de la cuenca Argentina.
Para lograr obtener el efecto gravitatorio de las cuencas offshore se aplicó una secuencia de filtros a las anomalías gravimétricas. Para ello: A) Se calcularon las anomalías de Bouguer con corrección topográfica (ABCT). B) La corteza superior fue normalizada a partir de descontarle el efecto gravitatorio de las cuencas a las ABCT, desde modelos de isobatas mundiales, obteniendo las anomalías de Bouguer con corrección geológica (ABCG). C) Se obtuvo una regional por prolongación ascendente a la altura de 20 km (RegUp20), altura óptima de separación de efectos según el espectro de potencias de ABCG. D) se obtuvo el efecto gravitatorio de la corteza (ResC) por la diferencia entre ABCT y RegUp20, esta residual contiene el efecto de las cuencas y de cuerpos intrusivos en corteza media y superior (SDRs), estos cuerpos se delinean como conspicuas anomalías de 50 a 100 km de longitud de onda. E) Para obtener el efecto gravitatorio de los sedimentos que rellenan la cuenca se eliminaron los efectos positivos de los SDRs (reflectores sísmicos buzantes hacia el mar) aplicando una corrección isostática descompensada (DA), bajo el concepto de compensación local. De esta manera se obtuvo la anomalía residual de las cuencas del margen continental (ResCC) o anomalía residual de corteza corregida, que permite evaluar en toda su extensión los límites y profundidad de la cuenca.
Se preparó un modelo 3D, de tres capas, calculado por inversión de las anomalías gravimétricas residuales ResCC. En éste se consideraron valores de densidad variable para los sedimentos y constante para la corteza superior, inferior y manto superior. Estos resultados permitieron obtener los límites de la Cuenca Argentina. Revelando aspectos gravimétricos relacionados con la morfología y constitución de la corteza superior, en el margen continental.

Palabras Claves: Modelo 3D; Inversión gravimétrica; Cuencas offshore; Cuenca Argentina; Profundidad de basamento.

ABSTRACT

This paper reflects the first results of a crustal study in the South Atlantic Ocean, in the region of the shelf, slope and Argentine continental rise. In the region from 50° to 66° west longitude and 36° to 50° south latitude.
A gravity model of upper continental and oceanic crust, where the geometry and boundaries of the Argentina basin is emphasized, is presented.
In order to obtain the gravitational effect of the basins offshore, a sequence of filters applied to the gravimetric anomalies. To do this: A) Bouguer anomalies with topographic correction (ABCT) were calculated. B) The upper crust was normalized by deduct the gravitational effect of the basins to the ABCT, from global models isobaths, obtaining Bouguer anomalies with geological correction (ABCG). C) A regional was obtained by upward extension to the height of 20 km (RegUp20), optimal height separation effects according to the power spectrum of ABCG. D) The gravitational effect of the crust (ResCS) was obtained by the difference between ABCT and RegUp20, this has the effect of residual basins and intrusive bodies in middle and upper crust (SDRs), these bodies are outlined as conspicuous anomalies of 50-100 km wavelength. E) In order to obtain the gravitational effect of the sediments that fill the basin the positive effects of SDRs (seaward-dipping reflectors) were removed, applying an isostatic decompensated correction (DA) under the concept of local compensation. Thus the residual anomaly of continental margin basins (ResCC) or residual anomaly of corrected crust, which allows evaluating in its entirety the boundaries and depth of the basin was obtained.
A 3D model, three-layer, calculated by inverting the residual gravimetric ResCC prepared. In this variable density values for sediment and constant for the upper crust, lower and upper mantle are considered. These results allowed us to obtain the boundaries of the Argentina Basin. Revealing gravimetric aspects related to the morphology and constitution of the upper crust in the continental margin.

Keywords: 3D model; Gravity inversion; Offshore basins; Basin Argentina; Depth of basement.

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INTRODUCCIÓN

Marco Geológico-Geofísico
El margen continental argentino corresponde a un borde de extensión pasivo (Urien et al., 1996). Se caracteriza por una significativa reducción del espesor de la corteza continental (talud), acompañada de fuertes variaciones en las velocidades de las ondas sísmicas e importantes anomalías gravimétricas y magnéticas (Rabinowitz y LaBrecque, 1979 y Schümann, 2002).
La separación entre Argentina-Uruguay y África-Namibia, estimada entre los 126 a 137 Ma, fue consecuencia de la progresiva extensión litosférica, que produjo en forma sucesiva la separación del supercontinente Gondwana y apertura del océano Atlántico sur, con su correspondiente formación de márgenes pasivos y generación de corteza oceánica (e. g. Rabinowitz y LaBrecque, 1979; Unternehr et al., 1988; Nüerberg y Müller, 1991 y Gladczenco et al., 1997 e Yrigoyen, 1999).
La formación del margen Argentino y su margen conjugado de África del sur fueron acompañados por intensa actividad volcánica y magmática, registrada a través de subplacado magmático, intrusiones filón capa, secuencias de flujos basálticos y voluminosas cuñas volcánicas extrusivas (e. g. Hinz et al., 1999; Franke et al., 2007 y Schnabel et al., 2008). Durante este proceso tuvo lugar el emplazamiento de las provincias ígneas de Paraná-Etendeka (jurásico tardío), en este fenómeno astenosférico térmico se generaron rupturas en la corteza; algunas no alcanzaron la etapa de expansión oceánica y evolucionaron como cuencas aulacogénicas, como las cuencas del Salado, del Colorado y de San Jorge (Ramos, 1996 y 1999) (Figuras 5 y 6).

Figura 5. Anomalía Residual de Bouguer ResC (escala de colores), batimetría (curvas de nivel: líneas amarillas); ubicación de cuencas; zonas de estructuras regionales (Hinz et al., 1999) (líneas blancas), límite corteza oceánica (Arecco et al., 2015) (COB) y segmentos entre fallas de transferencia (Franke et al., 2007) (líneas rojas).
Figure 5. Residual Bouguer anomaly ResC (color scale); bathymetry (contour lines: yellow lines); basins location; regional structural zones (Hinz et al., 1999) (white lines); oceanic crust boundary (Arecco et al., 2015) (COB) and segments bounded by transfer failures (Franke et al., 2007) (red lines).

Figura 6. Anomalía Residual con corrección descompensada o corteza corregida ResCC (escala de colores); batimetría (curvas de nivel: líneas amarillas) y ubicación de cuencas.
Figure 6. Residual anomaly with decompensated correction or corrected crust ResCC (color scale); bathymetry (contour lines: yellow lines) and basins location.

La apertura oceánica se produjo a lo largo de una dorsal de dirección aproximadamente Norte - Sur, marcada por efusiones volcánicas que se detectan como reflectores sísmicos intrabasamentales que buzan hacia el mar (SDRs), reflectores característicos de los márgenes pasivos de tipo volcánico (Schümann, 2002). Normalmente los SDRs se encuentran asociados a anomalías isostáticas y relacionados con la anomalía magnética G (Rabinowitz y LaBrecque, 1979) que marcaría la transición corteza continental-oceánica (Abraham et al., 2011). Su emplazamiento habría sido episódico, presentando variaciones de arquitectura, volumen y ancho de las cuñas SDRs, a lo largo del margen, en coincidencia con la segmentación producida por las fallas de transferencias del Salado, del Colorado, Ventana y Malvinas (Franke et al., 2007) (Figuras 4, 5 y 7).

Figura 4. Anomalía gravimétrica Regional (RegUp20) (escala de colores); batimetría (curvas de nivel: líneas amarillas); segmentos entre fallas de transferencia (Franke et al., 2007) (líneas rojas) y zonas de estructuras regionales (Hinz et al., 1999) (líneas blancas).
Figure 4. Regional gravity anomaly (RegUp20) (color scale); bathymetry (contour lines: yellow lines); segments bounded by transfer failures (Franke et al., 2007) (red lines) and regional structural zones (Hinz et al., 1999) (white lines).

Figura 7. Espesores sedimentarios del modelo (escala de colores); espesores sedimentarios (curvas de nivel: líneas amarillas) y borde talud continental (línea verde).
Figure 7. Sedimentary thickness from model (color scale); sedimentary thickness (contour lines: yellow lines) and continental slope edge (green line).

La región costa afuera de Argentina está pobremente explorada, la mayor parte del esfuerzo exploratorio estuvo orientado a la zona de plataforma continental, a raíz de la búsqueda de hidrocarburos (cuencas del Colorado, golfo San Jorge, Malvinas, Austral). Con posterioridad al trabajo publicado por Ramos y Turic (1996), sobre la geología y recursos naturales de la Plataforma Continental Argentina, se han incrementado las actividades exploratorias hacia aguas más profundas.
Entendiendo como cuencas de aguas profundas a las ubicadas en zonas con espesores de agua de entre 500 y 2000 m; ultra profundas de 2000 m en adelante, siendo estas últimas las menos estudiadas (Figueroa et al., 2005). La zona del talud continental se desarrolla en el ambiente de aguas profundas y ultra profundas. En principio todos los depósitos sedimentarios de la región del talud continental eran identificados sucesivamente como "cuencas sobre el talud"; "Cuenca Argentina" o "Cuña Sedimentaria Cretácica"; "Cuenca Ameghino" y "Cuencas Patagónicas Orientales" (Urien et al., 1996) (Figuras 5, 6 y 7).
Comisión Nacional del Límite Exterior de la Plataforma Continental (COPLA), realizó campañas geofísicas de adquisición de datos con sísmica 2D, gravimetría y magnetometría a fines del año 2001 y comienzos del 2002. Por otra parte se cuenta también con los estudios realizados por el Federal Institute of Geosciences and Natural Research of Hannover (BGR) de 1998 y 2004. Parte de los resultados de estos estudios fueron la obtención de espesor sedimentario en tiempo sísmico (Neben et al., 2002) (Figura 1). Desde estos datos, se han publicado resultados tendientes a explicar los mecanismos de apertura del margen pasivo del Atlántico Sur (Hinz et al., 1999; Franke et al., 2007; Blaich et al., 2011; Franke et al., 2013). Estas investigaciones muestran interpretaciones de estructuras corticales y espesores sedimentarios en secciones sísmicas, pero no abordan el estudio de las cuencas sedimentarias en su conjunto.

Figura 1. Anomalía de aire libre (escala de colores); batimetría (curvas de nivel: líneas amarillas); trayectoria de buques (líneas blancas) y ubicación de perfiles (RR', TT', SS' y UU').
Figure 1. Free air anomaly (color scale); bathymetry (contour lines: yellow lines); ship track (white lines) and profiles location (RR', TT', SS' and UU').

El presente trabajo busca profundizar en el conocimiento de las cuencas off shore de Argentina en general y la Cuenca Argentina en particular. Para ello se utilizó información topográfica y de gravedad obtenida a través de registros satelitales, en la zona de estudio, que va desde los 50° a 66° de longitud Oeste y 36° a 50° de latitud Sur, en la región de la plataforma; talud y emersión continental argentinos. Elaborando un modelo gravimétrico 3D por inversión de la corteza superior, continental y oceánica, donde se enfatizan, principalmente, la geometría y límites de la Cuenca Argentina.

FUENTES DE DATOS

Base de Datos
Este estudio está basado en información gravimétrica de excelente cobertura y calidad en el área oceánica, proporcionada por altimetría satelital, ya que las derrotas de buques geofísicos son escasa y se restringen a la región del talud (Franke et al., 2007) y a las cuencas sedimentarias cercanas a la costa (Figueroa et al., 2005), quedando grandes zonas sin datos, especialmente en la emersión y llanura abisal. Por ello se obtuvo una ventana grillada, con datos de topografía (altimetría en continente y batimetría en océano) y anomalías gravimétricas de aire libre (Figura 1), con resolución de 1' x 1' (Sandwell - Smith, 2009), disponibles en http://topex.ucsd.edu/marine_grav/mar_grav.html. También se contó con datos de topografía y anomalía de Bouguer suministrados por EGM-2008, disponible en http://www.earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008.
Para el estudio de los espesores sedimentarios se recurrió a los datos suministrados por NOAA, disponibles en http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/sedthick/sedthick.html e interpretaciones realizadas sobre registros sísmicos obtenidos en exploraciones de buques geofísicos, disponibles en trabajos publicados por Ewing et al. (1963, 1964); Ewing et al. (1971); Franke et al. (2007); Franke et al. (2006); Hinz et al. (1999), Ludwig et al. (1968, 1978, 1983) y Schnabel et al. (2008) (Figura 1).
Para el cálculo de las densidades se emplearon valores de velocidad de ondas sísmicas extraídos de estudios geofísicos realizados mediante buques de exploración (Arecco et al., 2014). Se utilizaron relaciones empíricas velocidad-densidad para ondas compresionales (P). Siendo la de Gardner (Brocher, 2005) empleada para sedimentos y las de Christensen-Mooney (1995) y Nafe-Drake (Ludwig et al., 1970) para rocas cristalinas [ver Determinación de Densidades].

METODOLOGÍA

Anomalías de Bouguer
La anomalía de Bouguer refleja los efectos anómalos de la litosfera incluyendo las fuentes más profundas. Es una comparación de las lecturas de gravedad observadas con las calculadas a partir del modelo elipsoidal. Esta comparación considera lecturas gravimétricas realizadas sobre una corteza normal, esto es homogénea y superficie a nivel medio del mar (geoide).
El proceso de normalización implica una reducción de los valores de gravedad leídos, en este caso por satélites, a una tierra de corteza granítica (2,67 g/cm³) y nivel de superficie coincidente con el nivel medio del mar. Esta reducción se realiza a través de correcciones, denominadas corrección por topografía (CT) y corrección geológica (CG).

Anomalía de Bouguer con Corrección por Topografía (ABCT)
La corrección por topografía (CT) o reducción por efecto de masas topográficas, supone la diferencia de gravedad producida por las masas que se encuentran por encima o por debajo de una topografía normalizada. Se considera tanto la existencia de masas sobre el nivel medio del mar como su déficit bajo el nivel medio del mar.
El cálculo de la corrección se realizó a través de un modelo directo, para el que se empleó el software GMSYS3D, basado en el algoritmo de Parker (1972), implementado por Phillips (2007). Se calculó el efecto gravitatorio de la altimetría en el sector continental y de la batimetría en el sector oceánico, donde hay agua en lugar de corteza normal. Se emplean las densidades clásicas de 1,03 g/cm3 para el agua y 2,67 g/cm3 para la corteza normalizada (granito).
Para calcular la anomalía de Bouguer con corrección por topografía (ABCT) (LaFehr et al., 1991; Hinze et al., 2005), se le aplicó la reducción por efecto de masas topográficas (CT) a la anomalía de aire libre (AAL), a través de la ec. (1):

Donde: ABCT es anomalía de Bouguer con corrección por topografía; AAL es anomalía de aire libre y CT es corrección por topografía.
Los valores de topografía y anomalías de aire libre utilizados (Figura 1) se encuentran en una ventana grillada, de resolución de 1' x 1' (Sandwell y Smith, 2009; Sandwell et al., 2014), disponible en http://topex.ucsd.edu/marine_grav/mar_grav.html.

Anomalía de Bouguer con Corrección Geológica (ABCG)
La ABCG supone una reducción de la ABCT dentro del proceso de normalización de la corteza. Ella contempla la existencia de sedimentos en las cuencas. Esta normalización se realiza a través de la reducción de la ABCT mediante la corrección geológica (CG) o corrección por sedimentos. Para su valoración es necesario calcular la densidad de los sedimentos y geometría de las cuencas.
Determinación de Densidades: Las densidades utilizadas en este trabajo fueron calculadas a través de las relaciones empíricas velocidad-densidad, para ondas sísmicas compresionales P (Brocher, 2005). Relaciones basadas en el valor de la velocidad media ponderada (VMP).
Para el cálculo de las VMP se emplearon los valores de velocidad de las ondas sísmicas compresionales P extraídos de estudios geofísicos realizados mediante buques de exploración (Arecco et al., 2014) (Figura 1).
El cálculo de las VMP se realizó a través de perfiles sísmicos. Se tomaron m secciones verticales (m columnas), con n intervalos de espesores sedimentarios asociados cada uno a una velocidad vi. Se calcularon las velocidades ponderadas vponderada para cada columna, según la ec. (2):

Donde: vponderada es la velocidad ponderada o pesada de la columna; hi es el espesor del intervalo i de la columna; vi es la velocidad del intervalo i de la columna y n es el número de intervalos de la columna.
El cálculo se repitió para cada columna y se obtuvo el valor promedio (velocidad media ponderada o velocidad media pesada) a través de la ec. (3):

Los valores VMP obtenidos para ondas sísmicas compresionales son transformados a densidades mediante relaciones empíricas, ec. (4, 5 y 6).
-Sedimentos - Gardner (1974):

-Corteza continental cristalina - Christensen-Mooney (1995):

-Nafe-Drake (Ludwig et al. 1970):

Además se calculó una ley de variación de la densidad en función del espesor de los sedimentos, a través de la representación de las densidades (g/cm³) obtenidas mediante la aplicación de la fórmula de Gardner a los valores de VMP y los espesores sedimentarios (km) correspondientes, sobre un sistema de ejes cartesianos ortogonales. Estos valores conforman una nube de puntos (Figura 3) que se aproxima a una función polinómica de segundo grado, ec. (7), cuya fiabilidad de la tendencia y la exactitud de la previsión la serie es R2 = 0,6665, se expresa de la forma:

Donde: y es la densidad en g/cm³; x es el espesor en km.

Figura 3. Filtro interactivo del espectro de potencia promediado radialmente, aplicado para calcular el valor de prolongación ascendente.
Figure 3. Interactive radially averaged power spectrum filter, applied to calculate the value of upward continuation.

Tabla 1. Valores de densidades utilizados.
Table 1. Density values used.

Corrección Geológica (CG)
La CG supone la diferencia de gravedad producida por la presencia de masas anómalas a una corteza homogénea. Considera la existencia de masas sedimentarias en lugar de corteza normal. El cálculo de la CG se realizó a través de un modelo directo, para el que se empleó software GMSYS3D, basado en el algoritmo de Parker (1972), implementado por Phillips (2007).
El valor de la CG está determinado por la geometría de las cuencas y el contraste de densidad sedimentos-granito. La geometría de la cuenca se extrajo de los datos de espesores sedimentarios suministrados por NOAA, disponibles en http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/sedthick/sedthick.html; isobatas de basamento del sector oceánico (mapa geológico de la República Argentina SEGEMAR 1996) y estudios realizados sobre registros sísmicos obtenidos en exploraciones de buques geofísicos, disponibles en trabajos publicados por Ewing et al. (1963, 1964); Ewing et al. (1971); Franke et al. (2007); Franke et al. (2006); Hinz et al. (1999), Ludwig et al. (1968, 1978, 1983) y Schnabel et al. (2008) (Figura 1). El valor de contraste de densidad de -0,28 g/cm³ se obtuvo con los valores de densidad clásica de 2,67 g/cm3 para la corteza normalizada (granito) y calculada de 2,39 g/cm³ para sedimentos, como se detalla en el apartado anterior.
1. Anomalía de Bouguer con Corrección Geológica (ABCG)
Para calcular la anomalía de Bouguer con corrección geológica (ABCG), se le aplicó la reducción por efecto de masas geológicas (CG) a la anomalía Bouguer con corrección por topografía (ABCT), a través de la ec. (8) (Ruiz e Introcaso, 1999; Hofmann et al. 2005):

Donde: ABCG es anomalía de Bouguer con corrección geológica; ABCT es anomalía de Bouguer con corrección por topografía y CG es corrección geológica.

2. Anomalía Gravimétrica Regional
La anomalía gravimétrica de Bouguer con corrección por topografía (ABCT) es el resultado de una suma de efectos. Señales provenientes desde la discontinuidad corteza-manto, hasta derrames o intrusiones magmáticas en sedimentos y cuencas sedimentarias, entre otros.
Con el objetivo de modelar con buena resolución el espesor sedimentario de la cuenca argentina por inversión gravimétrica, se realizó el filtrado de las anomalías gravimétricas para aislar el efecto gravitatorio de la corteza.
La separación de efectos se realizó a través de la substracción de una anomalía Regional a la anomalía gravimétrica de Bouguer con corrección por topografía (ABCT).
La determinación de la anomalía gravimétrica Regional (Figura 4), que representa el efecto gravitatorio de la corteza inferior y el manto, se realizó por una prolongación ascendente de la anomalía gravimétrica de Bouguer con corrección geológica (ABCG) (Dean 1955, Nabighian et al 2005). El valor óptimo de prolongación se eligió mediante la aplicación de un filtro interactivo.

Filtro Interactivo
Una serie de datos igualmente espaciados, puede ser expresada en el dominio del número de onda, mediante la transformada de Fourier de la señal geofísica. Pudiéndose graficar el logaritmo neperiano del cuadrado de la amplitud de cada armónico de una señal, definido como espectro de potencia, vs. el correspondiente número de onda. Para la aplicación del mismo se empleó software MAGMAP de Geosoft (www.geosoft.com).
La representación del espectro de potencia promediado radialmente exhibe una serie de decaimientos, aproximadamente lineales. La pendiente de estos decaimientos está relacionada con la profundidad de la fuente que origina la señal. El método permite estimar el valor de la altura de prolongación adecuado para obtener la anomalía gravimétrica regional (Figura 3) desde el análisis estadístico de las contribuciones gravimétricas de las masas más profundas expresadas en los números de onda más bajos del espectro (Spector y Grant 1970).
Se seleccionó el valor de elevación para el plano de observación a 20 km de altitud, que conserva los efectos de las masas más profundas (números de onda más bajos). Determinando así la anomalía gravimétrica Regional como la prolongación ascendente a 20 km (RegUp20) de la ABCG.

Anomalía Gravimétrica Residual
La anomalía gravimétrica Residual de la corteza (ResC), se calculó substrayendo la anomalía gravimétrica Regional (RegUp20) a la anomalía de Bouguer con corrección por topografía (ABCT), a través de la ec. (9):

Donde: ResC es anomalía Residual de la corteza; ABCT es anomalía de Bouguer con corrección por topografía y RegUp20 es anomalía Regional.
De esta manera, la RegUp20, actúa como un filtro pasa alto, eliminando las señales de baja frecuencia (largas longitudes de onda) de la ABCT. Así se obtiene la separación de señales necesaria para analizar los efectos de masas anómalas a la corteza normalizada. Los valores de ResC muestran con buena resolución estructuras de longitud de onda baja e intermedia, como cuencas; cuerpos intrusivos y zonas de transferencia (Figura 5).
En la carta de anomalías Residuales obtenidas se puede resolver geometría y la ubicación de las grandes cuencas de la región (en colores fríos) (Figura 5). Además se observan lineamientos correspondientes a los límites de los segmentos en que se divide el margen continental interpretados por Franke et al. (2007) como las zonas de transferencia de Malvinas, del Colorado, de Ventana y del Salado. También pueden verse una serie de alineaciones que corresponderían a la zona de emplazamiento de los SDRs y al borde de la corteza oceánica (COB) (Arecco et al., 2015).
Estas señales están relacionadas con estructuras de densidades mayores a las normales en la corteza (inhomogeneidades en corteza media y superior). Interpretamos que estas corresponden al emplazamiento de cuerpos de origen magmático que tuvieron lugar durante la etapa de apertura del océano Atlántico sur, generando subplacado; intrusiones filón capa; secuencias de flujos basálticos y voluminosas cuñas volcánicas extrusivas (Hinz et al., 1999; Franke et al., 2007; Schnabel et al., 2008, Franke et al., 2013; Arecco et al., 2014, 2015).
Para aislar la respuesta gravitatoria de las cuencas del margen continental, aplicamos una corrección que permite eliminar los efectos positivos de estas estructuras, para obtener la anomalía Residual de las cuencas del margen continental o Residual de la corteza corregida (ResCC).

Residual Descompensada
Comúnmente a una anomalía de Bouguer se le realiza una corrección isostática, para eliminar el efecto gravimétrico producido por la compensación isostática de las cargas topográficas. De esta manera se eliminan o corrigen los efectos gravitatorios de las raíces (en continentes) o antiraíces (en cuencas oceánicas) obteniéndose las anomalías isostáticas (AI).
En algunas situaciones es correcto o necesario aplicar una corrección isostática descompensada a la anomalía de Bouguer, para eliminar los efectos gravimétricos de las masas de compensación isostática correspondientes a las cargas geológicas (Cordell et al., 1991).
La corrección isostática descompensada permite aislar los efectos de la corteza superior (Cordell et al., 1991) y consiste en la prolongación ascendente de la anomalía isostática (AI).
Para efectuar la corrección isostática se calculó el efecto gravitatorio de la raíz/antiraíz de compensación (ER). Éste se ha calculado con valores de contraste de densidad manto-corteza de 0,4 g/cm3, corteza normal de 2,67 g/cm3 y densidad del agua 1,03 g/cm³ en el océano para una corteza normal de 33 km (Introcaso et al., 2002). Para el modelado directo de las masas de compensación se empleó el software ISOSTATIC de Geosoft (www.geosoft.com).
Con la corrección isostática o efectos de raíz/antiraíz (ER) se calculó la anomalía isostática (AI), a través de la ec. (10):

La corrección descompensada se calculó por medio de la anomalía isostática (AI), a través de la ec. (11):

Donde: DA es corrección descompensada; AI es anomalía isostática y AI Up20 es anomalía isostática prolongada en forma ascendente a 20 km.
La residual descompensada corresponde a la anomalía Residual de la corteza superior del margen continental (Figura 6). El cálculo del efecto del relleno sedimentario de las cuencas offshore se obtuvo descontando a la ResC la parte positiva (+) de las DA, que se interpreta como el efecto de los intrusivos en corteza superior (alojados en el basamento cristalino) que contaminan la respuesta gravimétrica de los sedimentos. El efecto gravitatorio de las cuencas del margen se obtuvo a través de la ec. (12):

Donde: ResCC es anomalía Residual de las cuencas del margen continental o corteza corregida; ResC es anomalía Residual de corteza; DA(+) es efecto positivo de intrusivos en corteza superior.
El mapa de anomalía residual de las cuencas del margen continental o de corteza corregida (ResCC) muestra la ubicación de las cuencas offshore de argentina. En él se observa la geometría de las cuencas Salado y Colorado con una clara formación de origen aulacogénico, en contraste con la cuenca San Jorge donde la fisonomía no admite explicar su génesis por el mecanismo aulacogénico de formación propuesto por otros autores (Ramos, 1996 y 1999). También se observa la ubicación de las cuencas Claromecó, Malvinas Norte, Plateau Malvinas, San Julián, Rawson, Valdés y Argentina.

MODELADO POR INVERSIÓN GRAVIMETRICA DE LAS CUENCAS OFFSHORE

Para computar el espesor sedimentario de las cuencas del offshore argentino se invirtió la ResCC (Figura 6) con densidades variables se confeccionaron grillas de densidad variable lateralmente, obtenidas a partir de los valores de velocidades de ondas sísmicas compresionales. Información de muy buena calidad en la región del talud continental (Arecco et al., 2014). Las expresiones empleadas se detallan en el apartado Determinación de Densidades. En las regiones no cubiertas por líneas sísmicas se adoptaron densidades medias para los sedimentos y datos proporcionados la ley de variación de densidad en función del espesor sedimentario de Figura 2.

Figura 2. Ley de variación de densidad en función del espesor sedimentario. Los valores de densidades se encuentran expresados en g/cm3 y los espesores de sedimentos en km.
Figure 2. Density variation law depending on the sedimentary thickness. The density values are expressed in g/cm3 and the thickness in km.

Modelo por Inversión
Se calculó un modelo gravimétrico 3D del relleno sedimentario, por inversión de la anomalía residual ResCC. El mismo se computó empleando el software GM-SYS 3D basado en el algoritmo de Parker (1972), implementado por Phillips (2007). Comprende tres capas, de densidad constante en corteza y manto, con variación lateral de densidad en sedimentos.
En las zonas con información sísmica se controló el proceso de modelado por inversión gravimétrica 3D para constreñir el proceso de ajuste. Esto se realizó por comparación con las profundidades obtenidas a través de la información sísmica de buques de exploración (Figuras 8 a 9), sobre las líneas sísmicas disponibles (Arecco et al., 2014) (Figura 1).

Figura 8. Perfil de profundidades (línea de trazos); basamento sísmico (línea negra) y basamento del modelo (línea roja).
Figure 8. Depths profile RR', bathymetry (dashed line); seismic base (black line) and base model (red line).

Figura 9. Perfil de profundidades SS', batimetría (línea de trazos); basamento sísmico (línea negra) y basamento del modelo (línea roja).
Figure 9. Depths profile SS', bathymetry (dashed line); seismic base (black line) and base model (red line).

La resolución de la superficie invertida es de 3 x 3 km, Los dos modelos de mejor ajuste se lograron con grillas de densidad variable lateralmente, obtenidas a partir de los valores de velocidades de ondas sísmicas compresionales. Para resolver las densidades a asignar en las zonas sin cobertura de datos sísmicos, se procedió de la siguiente manera: A) Se asignaron valores de densidad calculados por la ley de variación de densidad en función del espesor de sedimentos (Figura 2). B) Se utilizó el promedio ponderado densidad versus profundidad para obtener el contraste de densidad sedimentos versus basamento cristalino de -0,40 g/cm³. Ambos procedimientos se encuentran detallados en apartado Obtención de Densidades.
Ambos modelos resultaron consistentes con los datos sísmicos, se adoptó como modelo definitivo el B, por su mejor ajuste en las líneas sísmicas que se extienden más allá del talud.
El modelo resultante resuelve bastante bien la geometría y límites de las cuencas offshore de argentina, especialmente el desarrollo mar adentro de la cuenca Argentina (Figuras 6 y 7).
El modelo permite evaluar la geometría de las cuencas del offshore argentino a través de sus espesores sedimentarios. En Figura 7, se resaltan los límites de la cuenca Argentina, al este del borde del talud continental enmarcada por la isobata de 1500 m, desde el norte de la estructura de transferencia del Salado y hasta la de Malvinas, sobre los segmentos designados como I; II; III y VI (Franke et al., 2007) y las zonas de estructuras regionales II, III y parte de la IV (Hinz et al., 1999) (Figuras 4 y 7).
Al este de la carta, en pleno dominio de corteza oceánica, el modelo muestra la existencia de espesores sedimentarios de 2000 m y un alto estructural en forma triangular comprendido entre las transfers de Ventana y del Salado. La cuenca del Golfo de San Jorge contrasta con las cuencas del Salado y Colorado que exhiben su naturaleza aulacogénica con espesores sedimentarios máximos hasta interceptar el talud. En cambio San Jorge muestra un alto estructural hacia el talud que interrumpe la morfología del rift abortado. Demostrando esto la inconsistencia de la teoría aulacogénica propuesta como mecanismo para su formación (Ramos, 1996 y 1999).

DISCUSIÓN

La anomalía residual de corteza (ResC) contiene todos los efectos gravimétricos de las estructuras en la corteza, incluidos los sedimentos (Figura 5). Esta residual es eficiente para distinguir zonas de transferencia y estructuras en corteza media y superior, entre otras las transfer de Malvinas, Colorado, Ventana y Salado; área de emplazamiento de los SDRS y lineamientos cuyas características (ubicación, longitud de onda y dimensiones) corresponderían al borde de corteza oceánica (COB) (Arecco et al., 2015).
La metodología de corrección utilizada, permitió eliminar los efectos de cuerpos densos en corteza superior. Obteniendo así la anomalía residual que representa mejor los efectos gravitatorios de las cuencas del margen continental argentino (ResCC) (Figura 6).
El modelo calculado por inversión gravimétrica de las ResCC proporciona información de los espesores sedimentarios sobre una amplia región de cobertura. Hasta ahora sólo disponibles desde datos globales obtenidos por recopilación de espesores sedimentarios de diversas fuentes con la consecuente falta de resolución y precisión. El control de calidad del modelo de espesores sedimentarios propuesto se efectuó comparándolo con interpretaciones de líneas símicas en el margen (Arecco et al., 2014), corroborando el muy buen ajuste que los espesores sedimentarios modelados (Figuras 8 a 11). La ventaja de nuestro modelo es su resolución en 3D (3 x 3 km) que permite resolver en forma continua los límites y geometría de las cuencas offshore.

Figura 10. Perfil de profundidades TT', batimetría (línea de trazos); basamento sísmico (línea negra) y basamento del modelo (línea roja).
Figure 10. Depths profile TT', bathymetry (dashed line); seismic base (black line) and base model (red line).

Figura 11. Perfil de profundidades UU', batimetría (línea de trazos); basamento sísmico (línea negra) y basamento del modelo (línea roja).
Figure 11. Depths profile UU', bathymetry (dashed line); seismic base (black line) and base model (red line).

La Cuenca Argentina se encuentra en una zona donde los valores gravimétricos obtenidos con la anomalía residual de corteza (ResC) reflejan respuestas correspondientes a estructuras densas enclavadas en el basamento cristalino (Figura 5), con la metodología de corrección utilizada el modelo ha logrado una optimización en los valores de espesores sedimentarios mostrados. El modelo permite determinar conspicuos lineamientos relacionados con las zonas de transferencia de Malvinas; Colorado; Ventana y Salado (Franke et al., 2007) (Figura 7).
Los espesores sedimentarios calculados a partir del modelo muestran en algunos sectores al oeste de la zona del talud un basamento más profundo respecto al obtenido con las interpretaciones sísmicas, mientras en otros (al este de la zona del talud) se muestra una tendencia contraria (Figuras 8 a 11). Esto podría explicarse por falta de datos de densidades adecuadas tanto para corteza media e inferior en la emersión y en la corteza oceánica. Esta tendencia se evidencia en los valores obtenidos sobre la cuenca del Colorado, donde los valores publicados por otros autores alcanzan a ser hasta un 15% menor a los del modelo propuesto en este trabajo. Por esta razón se estima que los espesores sedimentarios calculados en la cuenca Argentina serían entre un 5% y 10% menores a los que se obtendrían por métodos sísmicos.
El modelo confeccionado muestra las dimensiones de la Cuenca Argentina. Ella se extiende de sur a norte, desde el sur de la zona de transferencia de Malvinas (al sur) hasta más allá de la zona de transferencia del Salado (al norte), sobre los segmentos designados como I; II; III y VI (Franke et al., 2007). Se desarrolla desde la zona del talud continental hacia el este, llegando hasta el inicio de la denominada zona de quietud magnética del cenozoico (Hinz et al., 1999) más allá del límite de la corteza oceánica (COB) (Arecco et al., 2015) (Figuras 4 y 7). Esto implicaría mayores espesores de sedimentos sobre este sector de la cuenca Argentina, por las razones mencionadas en el párrafo anterior.
El modelo muestra a las cuencas del Salado y Colorado separadas por un alto estructural, en el cual se encuentra la cuenca de Claromecó. Ambas llegan con brazos individuales al talud continental para unirse con la cuenca Argentina (Figuras 6 y 7), demostrando su génesis aulacogénica (Ramos, 1996 y 1999). A la vez, presenta a la cuenca de San Jorge con una fisonomía diferente a las de las cuencas de origen aulacogénico, con un alto estructural hacia el talud que interrumpe la morfología del rift abortado (Figuras 5 a 7), inconsistente con este mecanismo de formación. Sustentando su definición como una cuenca de rift continental (Barredo et al., 2010).
El modelo y las residuales (ResC y ResCC) calculadas, permiten determinar conspicuos lineamientos estructurales subparalelos a las transfers principales (Franke et al., 2007), claramente identificadas sobre la corteza oceánica por la variación de sus valores a ambos lados, con longitudes de onda entre 25 y 30 km. Se trataría de transcurrencias menores, cuya existencia estaría relacionada a los mecanismos de apertura y generación de corteza oceánica.
El modelo muestra una elevación del basamento entre de la zona de emplazamiento de los SDRs y el COB, entre las transfers de Colorado y Malvinas. Esta elevación de 2000 m del lado oeste y 1000 m respecto del lado este, tiene unos 110 km de ancho y 260 de largo. Su existencia ha sido corroborada con información sísmica (Franke et al., 2010).

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos con la anomalía residual de corteza (ResC) resaltan con muy buena resolución la ubicación de las estructuras corticales en el offshore argentino, entre ellas las zonas de transferencias de Malvinas; Colorado; Ventana y Salado, área de emplazamiento de los SDRS y borde de corteza oceánica (COB).
La metodología empleada para separar el efecto gravimétrico de la corteza superior, eliminando de la misma los efectos de cuerpos densos, parece ser eficiente para evaluar los espesores sedimentarios que rellenan las cuencas del margen continental argentino.
El modelo preparado por inversión de la residual (ResCC) proporciona información sobre espesores y profundidades sedimentarias así como los límites y geometría de las cuencas. Este modelo 3D, ha sido controlado con interpretaciones de líneas sísmicas 2D, encontrando que el modelo gravimétrico subvalora, entre un 5 y un 10 %, las profundidades determinadas por la sísmica.
El modelo revela, por primera vez, la geometría en 3D de cuenca Argentina. Esta se extiende desde el sur de la zona de transferencia de Malvinas (al sur) hasta más allá de la zona de transferencia del Salado (al norte) y desde la zona del talud continental hasta la zona de quietud magnética del cenozoico. Los espesores sedimentarios que cubren el extremo este de la llanura abisal alcanzan 2000 m de espesor con depocentros bordeados por altos estructurales.
Tanto el modelo, ResC y ResCC permiten determinar conspicuos lineamientos estructurales subparalelos a las transfers principales, en la zona de corteza oceánica, con longitudes de onda entre 25 y 30 km.
El modelo muestra una elevación del basamento entre de la zona de emplazamiento de los SDRs y el COB, entre las transfers de Colorado y Malvinas.
El modelo presenta la cuenca de San Jorge como una cuenca que no se extiende hacia el talud.
El modelo exhibe altos estructurales que definen la separación entre las cuencas de San Jorge, San Julián, Malvinas Norte y Argentina.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por los proyectos: FONCYT 2012 - 2716, FSTics 2010 nº0006, CAPP-Ondas, Grupo 1, CICITCA 2014-2015.

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Recibido: 31-10-2014
Aceptado: 11-12-2015