Geología Aplicada: Recursos, Datación y Prospección Geofísica

Recursos Energéticos y Minerales

Se clasifican en tres tipos principales de recursos energéticos y minerales:

1. HIDROCARBUROS: asociados a sistemas sedimentarios (carbón, petróleo y gas natural).
2. MINERALES METÁLICOS: generalmente asociados a sistemas ígneos e hidrotermales (Oro, Plata, Plomo, Níquel, Hierro, tierras raras y litio).
3. RECURSOS NO METÁLICOS: todo tipo de roca o mineral de uso industrial (rocas ornamentales, áridos, sales, etc.).

Hidrocarburos

El ejemplo más claro es el del petróleo. El origen del petróleo es la descomposición diagenética de materia orgánica procedente de organismos marinos, que se acumulan en cuencas anóxicas (ambientes deficitarios en O₂).

Trampas Petrolíferas

Para que se acumulen los hidrocarburos, se necesitan varios componentes:

1. Roca fuente: Capa donde se ha formado el petróleo o el gas.
2. Migración: A través de porosidad y fracturas.
3. Roca almacén: Formación porosa y permeable donde el petróleo o gas queda atrapado.
4. Roca sello: Nivel impermeable que impide la migración del petróleo o gas.

Para la explotación de hidrocarburos, primero es necesaria una fase de exploración. Se realizan técnicas como la sísmica de reflexión y sondeos. Si los resultados son favorables, se procede a la perforación para explotar el yacimiento.

También existen los hidrocarburos no convencionales, los cuales se producen por fracturación hidráulica o “fracking”. Productos de esta técnica incluyen el shale oil, shale gas, arenas bituminosas y pizarras bituminosas (oil shale).

Carbones

Los carbones se almacenan en capas interestratigráficas entre areniscas y lutitas. Hay diferentes tipos de carbón, clasificados según su grado de carbonificación: turba, lignito, hulla y antracita. La diferencia principal entre ellos reside en el contenido de carbono y agua.

Recursos Minerales Metálicos

Los metales nativos son sólidos opacos, brillantes y suaves, caracterizados por su enlace metálico. Los yacimientos metálicos están compuestos por minerales heterogéneos y presentan un aspecto diferente a los nativos. En un yacimiento metálico se distinguen:

1. MENAS: Los minerales de interés económico.
2. GANGA: La parte de la roca o mineral sin interés económico que se desecha.
3. LEY: Porcentaje del metal de interés presente en el yacimiento.

Tipos de Yacimientos Metálicos

Se forman por diversos procesos geológicos:

1. MAGMÁTICOS: Diversos procesos magmáticos concentran a veces minerales de interés económico (por ejemplo, el níquel aparece en rocas máficas, litio, boro y aluminio en rocas félsicas).
2. YACIMIENTOS HIDROTERMALES: Muchos yacimientos se deben a la circulación de fluidos hidrotermales que alteran las rocas ígneas. Estos yacimientos suelen ser de cobre, plomo y zinc. Los yacimientos de uranio (combustible nuclear) también suelen ser de este tipo.

Recursos Minerales No Metálicos

Son los recursos geológicos que no se extraen para la obtención de metales o recursos energéticos. Incluyen una amplia variedad de materiales:

1. Áridos: Como la arena, grava y yeso, utilizados en construcción.
2. Rocas cristalinas y otros tipos: También materiales de construcción, revestimientos, rocas ornamentales.
3. Fosfatos, Nitratos y Sales Potásicas: Uso en agricultura.
4. Azufre, otras sales, Feldespato Potásico: Uso industrial.
5. Minerales gema: Joyería.
6. Caolinita y Feldespato Potásico: Productos cerámicos.
7. Peridotitas: Materiales refractarios.

También existen materiales granulares con diversos usos en la industria:

1. Calizas y dolomías.
2. Basaltos, granitos y rocas piroclásticas.
3. Arenas y gravas.

Usos: basalto en vías férreas, base de carretera, firmes, escolleras, rellenos, etc.

Por último, están las ROCAS ORNAMENTALES, que incluyen:

1. Granito
2. Mármoles
3. Gneises, migmatitas

Deben ser rocas cristalinas con escasa fracturación, para poder obtener bloques y planchas del tamaño necesario.

El Tiempo Geológico

El estudio del tiempo geológico se aborda desde dos perspectivas:

1. EDAD RELATIVA: Se basa en las relaciones estratigráficas de corte entre diferentes unidades geológicas para establecer una secuencia de eventos.
2. EDAD ABSOLUTA: Algunos materiales geológicos (principalmente rocas ígneas) pueden datarse por métodos radiométricos, obteniendo una edad numérica.

Datación Relativa

Una serie de principios geológicos permiten establecer una secuencia de eventos geológicos en orden relativo:

• LEY DE SUPERPOSICIÓN DE ESTRATOS: “En secuencias estratigráficas no deformadas, los estratos más antiguos se encontrarán en la parte inferior de la secuencia, mientras que el material más nuevo se apila en la superficie para formar nuevos depósitos con el tiempo.”
• PRINCIPIO DE HORIZONTALIDAD ORIGINAL: “Las capas de sedimento se depositan originalmente de forma horizontal bajo la acción de la gravedad.”
• PRINCIPIO DE CONTINUIDAD LATERAL: Las capas de sedimento se extienden lateralmente de forma continua hasta que se adelgazan o encuentran una barrera. Aunque la erosión posterior pueda separarlas, es posible correlacionar capas en distintos afloramientos distantes.
• PRINCIPIO DE UNIFORMISMO (o Uniformidad): “El presente es la clave del pasado”. Los procesos geológicos que han actuado en el pasado son los mismos que podemos observar actualmente.
• PRINCIPIO DE INTERSECCIÓN O CORTE: “Cuando una determinada estructura o cuerpo rocoso atraviesa a otros, podemos decir que es más joven que las rocas a las que corta.”
• PRINCIPIO DE INCLUSIÓN: Las inclusiones de fragmentos de roca englobados dentro de otra unidad de roca deben ser necesariamente más antiguas que la roca que las engloba.
• PRINCIPIO DE SUCESIÓN FAUNÍSTICA: Ciertas asociaciones de especies fósiles son indicativas de determinados periodos geológicos. Las especies que están muy restringidas temporalmente pero que tuvieron una distribución geográfica amplia en la Tierra son fósiles índice.

Discontinuidades Estratigráficas

El registro estratigráfico no siempre es continuo. Se distinguen:

1. Estratos concordantes: Son estratos rocosos que se han ido depositando continuamente, sin interrupción. Existe una representación continua de un determinado lapso de tiempo geológico. Sin embargo, ningún lugar de la Tierra tiene un registro completo de estratos concordantes a lo largo de toda su historia.
2. Discontinuidades estratigráficas: Cuando existen rupturas en el registro litológico (sedimentario), se forma una discontinuidad estratigráfica.
3. Discordancia angular: Se produce cuando una serie de estratos plegados y/o inclinados es truncada por la erosión, y sobre esta superficie erosionada se depositan nuevos estratos horizontales.
4. Disconformidad o discordancia erosiva: Superficie de erosión entre dos series estratigráficas paralelas.
5. Paraconformidad o laguna estratigráfica: Difíciles de identificar. Las rocas situadas a ambos lados son paralelas. Puede haber habido erosión o no, pero hay una interrupción en la sedimentación.
6. Inconformidad: Superficie que separa rocas ígneas, metamórficas o intrusivas antiguas de estratos sedimentarios jóvenes. No es un contacto ígneo, sino una superficie de erosión.

La Geofísica

La geofísica estudia la Tierra utilizando métodos físicos para obtener información sobre su estructura y composición interna. Estos métodos se basan en la medición de propiedades físicas de la Tierra, como la sismicidad (estudio de los terremotos), el magnetismo, la gravedad y el campo eléctrico. Estos fenómenos pueden ser naturales o inducidos para su estudio.

Sismicidad

La sismicidad es el estudio de los terremotos. Los terremotos son la vibración de la Tierra producida por la rápida liberación de energía (generalmente elástica) generada a lo largo de una falla.

Un terremoto tiene dos partes principales:

1. Foco (o Hipocentro): Punto de la falla donde se produce la rotura y comienza el deslizamiento.
2. Epicentro: Punto en la superficie de la Tierra situado directamente en la vertical del foco.

Durante un terremoto se generan varios tipos de ondas sísmicas con diferentes propiedades:

1. Ondas P (Primarias): Son ondas de compresión y expansión (longitudinales), similares a las de un muelle. Su dirección de vibración es paralela a la dirección de propagación de la energía. Cambian el volumen del material a su paso.
2. Ondas S (Secundarias): Son ondas transversales a la dirección de propagación. Cambian la forma del material a su paso. Importante: No se propagan en líquidos.
3. Ondas Superficiales (L o R): Se propagan a lo largo de la superficie terrestre y suelen ser las más destructivas. (Menos relevantes para el estudio de la estructura interna profunda).

Las ondas P (primarias) llegan antes que las S (secundarias). La diferencia de tiempo en la llegada de las ondas S respecto a las P permite calcular la distancia al epicentro del terremoto.

Los terremotos se pueden originar en fallas transformantes, dorsales oceánicas y zonas de subducción.

Para la medición de terremotos se utilizan diferentes escalas (por ejemplo, la escala de Richter para la magnitud o la escala de Mercalli para la intensidad).

Las ondas sísmicas tienen la propiedad de reflejarse y refractarse al cambiar las propiedades físicas del medio (como la densidad o la velocidad de propagación), de forma similar a la luz al cambiar de medio. El estudio de la reflexión y refracción de las ondas sísmicas es fundamental para obtener información sobre la estructura interna de la Tierra, permitiendo identificar las diferentes capas y el estado físico de los materiales (sólido, líquido).

Métodos Sísmicos

Existen dos métodos principales de prospección sísmica: la sísmica de reflexión (a menudo de alta resolución) y la sísmica de refracción.

Gravedad y Gravimetría

La rotación de la Tierra provoca que tenga una forma de elipsoide achatado en los polos. La distribución de masas en el interior de la Tierra no es homogénea, lo que genera pequeñas variaciones en el campo gravitatorio respecto a un elipsoide ideal. La superficie equipotencial del campo gravitatorio terrestre (donde todos los puntos tienen el mismo valor de gravedad) se denomina geoide.

Gravimetría

La gravimetría es la medición del campo gravitatorio terrestre. Las diferentes densidades de los materiales del subsuelo producen pequeñas variaciones locales en la gravedad, que pueden medirse con instrumentos llamados gravímetros. En prospección, el método gravimétrico se emplea más frecuentemente en la búsqueda de recursos minerales que en la de hidrocarburos, aunque puede complementar a los estudios sísmicos.

Magnetismo

El campo magnético terrestre se genera principalmente en el núcleo externo.

Métodos Magnéticos

La prospección magnética se basa en la detección de anomalías en el campo magnético terrestre causadas por la presencia de materiales con propiedades magnéticas diferentes a las de su entorno. Este método se emplea principalmente en la búsqueda de recursos minerales (especialmente los asociados a minerales magnéticos) y en ingeniería civil (para localizar estructuras metálicas). También es sensible a rocas ígneas básicas y ultrabásicas, a menudo ricas en magnetita.

Campo Eléctrico y Métodos Eléctricos

Los métodos eléctricos estudian la respuesta del terreno a un campo eléctrico (natural o inducido) para determinar su resistividad o conductividad eléctrica. Permiten establecer la presencia de discontinuidades horizontales y verticales en el subsuelo y detectar cuerpos con conductividad eléctrica anómala. Se usan principalmente en ingeniería civil e hidrogeología (detección de nivel freático, acuíferos). Son más efectivos para la parte más superficial del terreno y no suelen aplicarse a grandes profundidades.