Caracterització litosfèrica de zones geològicament complexes mitjançant el mètode magnetotel•lúric: casos d’Alberta (Canadà) i de la Serralada Bètica (Espanya)

Abstract

El mètode magnetotel•lúric és una tècnica geofísica de font natural i no invasiva que permet caracteritzar la resistivitat elèctrica del subsòl. Permet caracteritzar contrastos significatius de resistivitat elèctrica, així que és útil per caracteritzar els límits en profunditat de les conques sedimentàries, les estructures internes dins de la litosfera (subduccions, fusions parcials, mineralitzacions, etc...) o fins i tot per identificar el límit litosfera-astenosfera si s’utilitzen estacions de llarg període. En aquesta tesi s’aplica el mètode magnetotel•lúric en dues zones d’estudi amb una estructura litosfèrica que es troba actualment en discussió. La primera zona correspon a la Serralada Bètica (Espanya) i està ubicada al límit de dues plaques tectòniques, l’Africana i la Ibèrica. Els darrers anys s’han proposat diversos models geodinàmics per explicar la seva estructura litosfèrica, però cap d’ells ha tingut en compte dades geoelèctriques. Degut als bons resultats que el mètode magnetotel•lúric ha presentat en altres zones de límit de plaques i a que ja existien dades de treballs previs a la part central, es va decidir adquirir noves dades i ampliar la zona d’estudi a gairebé la totalitat de la Serralada. Conèixer la distribució de la resistivitat elèctrica a escala litosfèrica ajuda a discriminar entre els models geodinàmics existents i imposar constrenyiments en models futurs. La segona zona d’estudi considerada en aquesta tesi es troba a la província d’Alberta (Canadà), que presenta una litosfera amb unes característiques molt diferents a l’anterior però també desperta un gran interès degut a la possible presència d’una forta anisotropia elèctrica generalitzada. Els estudis realitzats fins a l’actualitat descriuen l’escorça com anisòtropa, però en utilitzar codis d’inversió isòtrops no han estat capaços de trobar un model que reflecteixi l’estructura que realment presenta. L’objectiu de l’estudi realitzat en aquesta tesi és determinar si realment hi ha materials anisòtrops a la litosfera i, en cas afirmatiu, modelitzar-la utilitzant un codi que tingui en compte aquest efecte. Quan la zona d’estudi és geològicament complexa com en aquests dos casos hi ha aspectes que s’han de considerar quan s’hi volen realitzar estudis magnetotel•lúrics. Així, mentre que l’adquisició i el processat de les dades es poden dur a terme de manera similar a qualsevol altre estudi magnetotel•lúric, l’anàlisi de la dimensionalitat de les dades (és a dir, identificar les estructures dominants a la zona d’estudi com a 1D, 2D o 3D) i l’elecció del tipus de modelització a utilitzar requereixen una avaluació de certs paràmetres que s’han de tenir en compte obligatòriament. En aquesta tesi es tracta aquesta avaluació en dos casos de zones geològicament complexes: quan hi ha presència de materials elèctricament anisòtrops i quan les estructures regionals són tridimensionals.

The magnetotelluric method is a noninvasive natural source geophysical technique that allows the characterization of the electrical resistivity distribution in the subsurface. It can characterize significant contrasts in the electrical resistivity distribution, so it is a useful technique to depict the limits between sedimentary basins and their basements, internal structures within the crust or to identify the Lithosphere-Asthenosphere Boundary (LAB). In this thesis the magnetotelluric method will be used in two different study areas in which the lithospheric structure is under discussion. The first one is the Betic Cordillera (Spain) and is located at the boundary between the Iberian and African plates. Recent studies have proposed several different geodynamic models to explain its lithospheric structure, but none of them takes geoelectrical data into consideration. Due to the good results the magnetotelluric method has shown in other plate boundary study areas and to the already existing data on its central part, new data were collected and the study area was extended to almost the whole Cordillera. Understanding the electrical resistivity distribution at lithospheric scale can help to discriminate between the proposed geodynamic models and to constrain their interpretations. The second study area considered is the Alberta Province (Canada). The characteristics of its lithosphere are different that the ones in the Betic Cordillera, but it is an interesting zone due to the possibility of being affected by a generalized electrical anisotropy. Recent studies describe its crust as anisotropic and are not able to find a model reflecting its real structure. The aim of the survey presented here is to determine if the lithosphere in Alberta is affected or not by electrical anisotropy and in case it is, to carry out a modeling that takes this effect into account. When the study area is geologically complex several considerations need to be taken into account in the magnetotelluric studies performed on it. The dimensionality analysis of the data and the choice of the modeling method require the evaluation of some parameters. This evaluation will be performed in two cases of geologically complex areas: in the presence of electrically anisotropic materials and in the presence of regional 3D structures.