Implementación del lidar terrestre en la caracterización y modelización de análogos de reservorios fluviales: desarrollo y aplicación de nuevas metodologías en afloramientos del abanico fluvial de Huesca (Mioceno de la Cuenca del Ebro)

Abstract

Las nuevas técnicas de recolección de datos digitales surgidas en los últimos años han dado lugar a avances significativos en el campo de la caracterización de afloramientos. Esta evolución se basa en la premisa de que cuanto mayor sea la cantidad, la calidad (exactitud), y la velocidad de recolección de los datos, mejores serán las interpretaciones y modelos que se deriven de ellos. Una de las técnicas más recientemente incorporadas en el estudio de afloramientos geológicos es el escaneo láser terrestre (TLS), el cual se basa en la tecnología lidar (desarrollada en la década de 1960).

El objetivo principal de esta tesis es aprovechar el potencial del TLS para desarrollar nuevas herramientas y metodologías que permitan resolver la principal limitación a la que se enfrentan los geólogos cuando trabajan en afloramientos fluviales: adquirir el control estratigráfico necesario para detectar, comprender y caracterizar el alto grado de heterogeneidad en el espacio y el tiempo que muestran las sucesiones fluviales.

Con este propósito se han adquirido datos con TLS en 8 afloramientos del Abanico Fluvial de Huesca (Mioceno inferior, norte de España). Se han utilizado softwares comerciales para procesar las nubes de puntos adquiridas y así obtener Afloramientos Virtuales (VO’s), pero la mayor parte de los logros obtenidos de su estudio fueron posibles gracias softwares desarrollados en la propia facultad. Por otro lado, también se han medido varias columnas estratigráficas detalladas y se recogieron muestras litológicas de diferentes tipos de cuerpos areniscosos. En base a estos datos y a las observaciones realizadas sobre el terreno los resultados más relevantes obtenidos son los siguientes:

* Una caracterización detallada de las facies fluviales, la cual incluye el estudio de las propiedades petrológicas y petrofísicas de los cuerpos areniscosos.

* Un método simple que se sirve del VO para corregir las alturas y espesores de los cuerpos sedimentarios medidos en las columnas estratigráficas. Los principales factores que pueden haber influido en las mediciones realizadas con Vara de Jacob han sido estudiados y discutidos.

* Se ha establecido un nuevo método que permite realizar correlaciones semiautomáticas y altamente precisas en los VO’s de afloramientos fluviales, el cual se basa en la hipótesis de que el paleosuperficie deposicional del sistema sedimentario puede ser representada por un plano a escala de afloramiento. Si esta suposición se cumple en el afloramiento, este plano puede ser utilizado como un datum virtual para identificar a lo largo del VO los sedimentos que fueron depositaron simultáneamente. El método ha sido probado y aplicado con éxito en cuatro afloramientos de escala kilométrica del Abanico Fluvial de Huesca, en los cuales los datums virtuales han proporcionado correlaciones precisas independientemente de las complejidades estratigráficas o topográficas de los mismos. Además, únicamente con mover el datum virtual se puede subdividir toda la sucesión sedimentaria de los afloramientos en los intervalos estratigráficos deseados, los cuales pueden ser aislados del resto para facilitar su estudio en detalle.

* Los datums virtuales también se han utilizado como base para establecer un nuevo procedimiento que permite inferir cuales son las posiciones estratigráficas relativas dentro de toda la secuencia fluvial de afloramientos que distan decenas de kilómetros.

* Se ha realizado una modelización estocástica de facies basada en objetos que se sirve de los datos obtenidos al aplicar un nuevo método para extraer de una manera semiautomática las superficies del VO que pertenecen a paleocanales. Los flujos de trabajo de modelización de análogos habituales utilizan los datos de columnas estratigráficas (en forma de pseudopozos) para condicionar las simulaciones, pero con el método presentado aquí toda la superficie del afloramiento es considerada para este propósito, aumentando significativamente de ajuste del modelo a la realidad.

Gracias a la utilización de la tecnología lidar en afloramientos del Abanico Fluvial de Huesca se han conseguido establecer diferentes métodos de trabajo que han demostrado ser útiles de cara a facilitar y mejorar la construcción de modelos de análogos de reservorio. Además, se considera que su aplicación puede sin duda contribuir a mejorar nuestra comprensión de los factores y mecanismos que influyeron en la evolución de los sistemas sedimentarios fluviales antiguos.

Terrestrial laser scanning (TLS) is based on lidar technology, which although developed in the early 1960s, has only recently been incorporated into the study of geological outcrops. The main aim of this thesis is to take advantage of the potential of the TLS to provide new tools and methodologies focused on solving the main limitation found by the geologists when working in fluvial outcrops: acquire the degree of stratigraphic control required to detect, understand and characterize the high degree of spatial and temporal heterogeneity of fluvial successions.

TLS data from 8 outcrops of the Huesca Fluvial Fan (Early Miocene, northern Spain) were acquired to this purpose. In addition, several detailed stratigraphic columns were measured and lithological samples from different types of sandstone bodies were collected. Based on this, the most relevant results obtained are as follows:

* A comprehensive characterization of the fluvial facies that includes the petrological and petrophysical properties of the sandstone bodies.

* A simple method using the VO to correct the heights and thicknesses of the sedimentary bodies measured in the stratigraphic columns. The main factors that may have influenced the measurements made with the Jacob’s staff have been studied and discussed.

* A new method leading to obtain a virtual datum is presented in response to the need for further correlation procedures, especially in the absence of suitable datums. This virtual datum enables to achieve highly accurate and semiautomatic correlations within fluvial VO’s. Moreover, all the sedimentary successions of the outcrops can be automatically subdivided into the desired stratigraphic intervals (which can be later isolated) by only moving the virtual datum vertically.

* The virtual datums were also used to establish a new procedure that leads to infer the relative stratigraphic positions of distant outcrops (more than 10 Km apart) inside the entire fluvial sequence.

* A facies modelling has been performed using a new method to extract in a semiautomatic way the surfaces of the outcrop that belong to paleochannel exposures.