Subsidencia: cómo analizarla con Loadcap
Recientemente la revista científica Marine and Petroleum Geology publicó un artículo titulado “Alternative methods for calculating compaction in sedimentary basins” cuyos autores son Martiìn-Martìn M. and Robles-Marìn P. En este artículo los autores proponen métodos alternativos para el cálculo de la compactación en las cuencas sedimentarias y particularmente aconsejan el uso del software Loadcap. Basados en esto, en Geostru Company hemos querido profundizar el concepto de subsidencia, documentarnos sobre la importancia del estudio de este fenómeno y observar cómo la compactación de los asientos en las cuencas sedimentarias se puede explicar por medio de uno de nuestros: Loadcap.
Qué es la Subsidencia
La subsidencia es un fenómeno asociado a la deformación vertical hacia abajo de la superficie terrestre (Whittaker and Reddish, 1989; Marker, 2013), debido a la compactación de los materiales, que puede ser generada por causas naturales (evolución lenta) o artificiales (se manifiesta en poco tiempo). La compactación del asentamiento y la consiguiente subsidencia son procesos fundamentales en las cuencas sedimentarias.
La importancia de las cuencas sedimentarias
Las cuencas sedimentarias son regiones formadas debido a la subsidencia a largo plazo tectónicamente inducida, donde los asentamientos acumulados alcanzan considerables espesores, pudiendo preservarse por periodos de tiempo geológico relativamente largos (Einsele 2000; Miall 2000; Allen and Allen, 2013; Lee et al., 2019). Estas cuencas son de gran importancia, no solo para la investigación científica, sino también por el potencial de recursos explotables económicamente (Allen and Allen, 2013; Bjorlykke, 2014; Lee et al., 2019). Para comprender la estructura interna de una cuenca se estudian y analizan los sedimentos de relleno (infilling sediment) considerando la petrografía, el perfil estratigráfico, las fases de depósito y las relaciones con fallas y deformaciones estructurales que son parte de la arquitectura de la cuenca. Esto se deriva principalmente de la interacción entre el volumen y la granulometría del aporte de sedimentos (sediment supply) y de la distribución espacial (accomodation) de los mismos (Fig.1) controlada por la subsidencia y fenómenos de levantamiento tectónico, variaciones eustáticas y compactación (Allen and Allen, 2013; Lee et al., 2019).
Fig.1 – Sketch of a sedimentary basin; red arrows show the subsidence due to sedimentary loading (Lee et al.2019, modified).
Cómo efectuar el análisis de subsidencia
La estructura estratigráfica actual (por ejemplo edad, espesor, litología) de una cuenca de relleno sedimentario no muestra el espesor original de cada estrato sedimentario por causa del efecto de la compactación (Van Hinte, 1978). Por lo tanto, para efectuar el análisis de subsidencia, es importante partir de los espesores originarios de las capas que han sido objeto de compactación. Es posible hacerlo mediante la técnica de descompactación. La técnica de descompactación buscar derivar los efectos progresivos de la compactación de sedimentos restaurando el espesor de un estrato en un momento cualquiera a una cierta profundidad en el pasado (Allen and Allen, 1990; Fig.2).
Fig. 2 – Time-depth diagram. A) The time-depth model refers to the present framework without considering the compaction effect of underlying layers thicknesses (dotted red line depicts the sediment accumulation; red arrow shows backward path without compaction); B) Decompaction of each stratigraphic unit: restoring of thickness of the compacted layers through time (the direction path of decompaction is shown by the red arrow; the red line represents the total subsidence); C) comparison between A e B curves trend; D) 3D rapresentation of scheme B.
Esta técnica se basa en la ecuación (1) que toma en cuenta el comportamiento de la porosidad en función de la profundidad (porosity-depth relation trend; Rubey and Hubbert, 1959) y que muestra como la porosidad decrece exponencialmente con la profundidad (ej. Van Hinte, 1978; Schmoker and Halley 1982; Bond and Kominz 1984).
Ecuación (1): ϕ_( N)=porosidad actual; 〖 ϕ〗_0 = porosidad original; c = constante litológica; z=actual profundidad de entierro.
Por lo tanto, para calcular la subsidencia total es necesario restablecer el espesor original relacionado con el espesor actual, como se muestra en la ecuación (2).
Ecuación (2): T_0=espesor original; ϕ_N=porosidad actual; ϕ_0= porosidad original; T_N= espesor actual.
Por qué Loadcap
Loadcap es el software para cálculo de asientos de terrenos sujetos a sobrecarga, con el cual se pueden obtener, además de datos numéricos/cuantitativos, también representaciones gráficas.
Particularmente, Loadcap – Carga límite y asientos es el software para el cálculo de la capacidad de carga y asientos de cimentaciones en suelos sueltos y rocosos con varios métodos (Terzaghi, Meyerhof, Hansen, Vesic, Brinch-Hansen, Richards et al., Meyerhof and Hanna, 1978) de cálculo de los factores de capacidad de carga en zona sísmica. Entre los asientos presentes en el software están: i) Elásticos (Timoshenko y Goodier), ii) Edométricos (Schmertmann, Burland y Burbidge), iii) post-sísmicos (Idriss and Boulanger, Pradel, Yasuhara and Andersen). Loadcap permite además efectuar la verificación de licuefacción con el Método de Seed e Idris (1971) y desarrollar el análisis de suelo reforzado con geomallas (mediante el cálculo del incremento de capacidad de carga, deformación en los refuerzos, esfuerzo de tracción por efecto membrana). El software permite además: insertar una eventual presencia de nivel freático; efectuar análisis en términos de tensiones totales y efectivas; ver el bulbo de las tensiones y los cúneos de rotura en 2D y 3D; calcular el estado tensional producido por cargas externas en cualquier punto.
Considerando lo anterior, es posible utilizar Loadcap (generalmente usado en estudios geotécnicos) con objetivos geológicos, como por ejemplo el cálculo de la compactación relacionada con el análisis de la subsidencia (es. Martiìn-Martìn e Robles-Marìn, 2020).
Bibliografía
Allen P.A. and Allen J.R., 2013 – Basin analysis: principles and application to petroleum play assessment. Wiley-Blackwell, Oxford. Bjorlykke, K., 2014 – Relationships between depositional environments, burial history and rock properties. Some principal aspects of diagenetic processes in sedimentary basins. Sediment. Geol. 301, 1–14. Einsele G, 2000 – Sedimentary basins. Evolution, facies, and sediment budget. Springer, Berlin. Lee E.Y., Novotny J. and Wagreich M., 2019 – Subsidence Analysis and Visualization: For Sedimentary Basin Analysis and Modelling. Springer Publishing Company, Incorporated, 1st edition. Leeder M, 2011 – Sedimentology and sedimentary basins: from turbulence to tectonics. Wiley, Chichester. Marker B.R., 2013 – Land Subsidence. In Bobrowsky P.T. (eds) Encyclopedia of Natural Hazards. Ecncyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, Dordrecth. Martìn-Martìn M. and Robles-Marìn, 2020 – Alternative methods for calculating compaction in sedimentary basins. Marine and Petroleum Geology 113. Miall A.D., 2000 – Principles of sedimentary basin analysis. Springer, Berlin. Van Hinte, J.E., 1978 – Geohistory analysis: application of micropaleontology in exploration geology. AAPG (Am. Assoc. Pet. Geol.) Bull. 62, 201–222. Whittaker B.N and Reddish D.J., 1989 – Subsidence: Occurrence, Prediction and Control. In Developments in Geotechnical Engineering, 56, ElsevierScience.
