Els talls geològics

Un tall geològic és una representació gràfica de la intersecció dels cossos geològics en el subsòl amb un pla vertical d'una orientació determinada. És una secció del terreny on es representen els diferents tipus de roques, llur constitució i estructura interna i les relacions geomètriques entre elles. És un model aproximatiu a la distribució real de les roques en fondària, coherent amb les informacions de superfície i de subsòl disponibles. També s'hi pot representar l'extensió dels materials i de les estructures que ja hagin estat erosionats per damunt de la superfície topogràfica.

Els talls són un complement indispensable dels mapes geològics; mapes i talls són fruit de la interpretació de la disposició de les roques a partir de diversos tipus de dades, normalment incompletes i amb diferents graus d'incertesa. Ambdós són representacions bidimensionals de la realitat geològica i conjuntament permeten comprendre l'estructura tridimensional dels volums rocosos i, en conseqüència, la història geològica d'una zona.

Els talls geològics tenen una importància econòmica i social molt rellevant. Són la base per a planificar obres d'enginyeria, fonamentalment les obres lineals que afecten la superfície i el subsòl (carreteres, túnels, canalitzacions) i per a l'exploració i la producció dels recursos geològics hídrics, petris, minerals i energètics.

Construcció d'un tall geològic

La construcció d'un tall geològic implica d'interpretar la disposició de les roques, tant en profunditat, com damunt de la superfície topogràfica. Consisteix a interpolar totes les dades disponibles, de superfície i de subsòl, amb l'objectiu de construir un model geològic coherent. Per aquesta raó, la construcció dels talls geològics requereix aplicar tot el coneixement de les característiques geològiques de la regió, interpretat en el marc dels coneixements teòrics del moment.

Les dades de superfície s'obtenen directament sobre el terreny (direcció i cabussament dels estrats o d'altres estructures, tipus de contactes, potència de les unitats estratigràfiques, relacions laterals entre aquestes, etc.) (figura 1) o s'extreuen d'un mapa geològic efectuat prèviament (formació geològica o unitat cartogràfica, tipus de roca, angle d'intersecció amb la superfície topogràfica, dades puntuals).

Figura 1: A partir de les observacions en superfície es poden construir talls geològics per extrapolació directa d'aquestes. La interpretació geològica del paisatge proporciona tot sovint prou informació per a construir un tall geològic, especialment en els engorjats. La figura mostra l'extensió en el subsòl i per damunt de la superfície topogràfica d'un tram calcari i de les roques que afloren per sota i per damunt d'aquest. L'abast en fondària és relativament limitat.

Sens dubte, la qualitat i la precisió d'un tall geològic és directament lligada a una bona cartografia geològica de base que permeti de deduir la disposició tridimensional de les roques, les relacions temporals entre elles i la geometria i l'edat de les estructures que les afecten. El mapa geològic permet de conèixer i delimitar les àrees caracteritzades pel mateix tipus d'estructures, el que s'anomena “l'estil estructural” (figura 2).

Figura 2: Aquestes figures mostren esquemàticament els “estils estructurals” més comuns. a) planar horitzontal o amb els estrats poc inclinats, b) plecs, c) falles normals, extensives, d) encavalcaments, falles contractives e) plecs amb clivatge associat. Tot sovint en una mateixa zona es reconeixen diversos “estils estructurals”, com  ara estructures de plegament en el substrat al qual se superposen materials sedimentaris amb estructura planar i tot el conjunt pot trobar-se afectat per falles extensives (f).

També cal el màxim nombre de dades del subsòl per a restringir les possibles interpretacions i aplicar sistemàticament conceptes geològics bàsics. Les dades del subsòl s'obtenen directament de la recuperació de testimonis de sondatges realitzats en un punt (foto 1), o indirectament, a partir de mètodes geofísics que analitzen la distribució de les propietats físiques de les roques, mesurades des de la superfície (figura 3) o des de l'interior de pous. Uns dels més comuns són els sondatges elèctrics verticals (SEV) que enregistren les diferències de conductivitat elèctrica i són molt utilitzats en la prospecció d'aigües subterrànies.

Foto 1: La recuperació de testimoni continu en els sondatges permet conèixer de primera mà la constitució i el gruix de les unitats rocoses en el subsòl. 

Figura 3: Les tècniques geofísiques proporcionen informació sobre les propietats físiques de les roques en el subsòl. La figura mostra un perfil sísmic (a) en el qual s'observen els que s'anomenen reflectors: aquests són la resposta a les ones sísmiques d'horitzons que les reflecteixen. Proporciona una imatge similar a la d'una ecografia clínica. L'escala vertical dels perfils sísmics es refereix al temps que tarden les ones sísmiques a anar des d'una font d'emissió situada en la superfície del terreny, fins a un horitzó que les reflecteix i tornar per a ser enregistrades per un receptor; el temps d'aquesta escala vertical, graduada en mil·lisegons, és doncs un temps de doble recorregut (two way traveltime, TWT, en la seva denominació anglesa). Per a poder transformar l'escala vertical en TWT de les ones sísmiques a una escala vertical en metres cal conèixer la densitat del medi pel qual van les ones i la velocitat amb què es desplacen. Per determinar aquests paràmetres s'utilitzen altres tècniques geofísiques, generalment sísmica de refracció o gravimetria, recolzades, sempre que és possible, en dades de sondatges. El dibuix de línies (b) (line drawing) identifica els reflectors que s'observen en els perfils sísmics i mostra l'arranjament de les formacions rocoses en el subsòl. Finalment es construeix el perfil interpretat (c).

La qualitat i el cost de realització dels talls geològics són molt lligats al coneixement geològic regional; tanmateix, com ja s'ha comentat en el capítol dedicat a la cartografia geològica, de la construcció de talls geològics es dedueix també teoria geològica.

La construcció d'un tall geològic requereix la consecució d'un seguit de passos i l'aplicació de tècniques específiques per a la seva validació. Per a reduir al màxim els graus de llibertat en la interpretació de la disposició de les roques en profunditat i assegurar la fiabilitat del tall s'utilitzen tècniques geomètriques que permeten d'integrar correctament el major nombre possible de dades, (figura 4), ja que cal evitar acumular errors en les diverses etapes de construcció del tall, especialment en les inicials. Així, en àrees amb estructura simple, planar i amb cabussaments de l'estratificació baixos i constants, l'abast de l'extrapolació de les dades és més ampli. En canvi, en zones amb plecs, falles normals o encavalcaments caldrà aplicar un seguit de restriccions d'acord amb els models geomètrics propis de cada estil estructural.

Figura 4: L'extrapolació de les dades, tant de superfície, com de subsòl, és limitada per l'estil estructural; la figura il·lustra models geomètrics de falles extensives (a) i contractives (b).

La projecció de les dades de superfície i de subsòl en el pla de tall és l'estadi més crític durant la construcció d'un tall geològic. Per a fer-ho cal definir un model geomètric tridimensional que s'ajusti a l'orientació de les diverses superfícies, atès que les dades només poden ser projectades en el pla del tall paral·lelament a les estructures.

L'escala vertical d'un tall geològic ha de ser sempre igual que l'escala horitzontal per tal d'evitar la representació deformada dels cossos geològics. En els talls que acompanyen un mapa geològic és encara més important que ambdues escales siguin iguals per tal de facilitar la comparació i integrar la informació. Hi ha casos en què la representació gràfica de la configuració geològica en mapa i en tall són molt similars, per exemple quan les estructures geològiques es troben fortament inclinades. Així, la imatge d'un tall geològic de qualsevol objecte inclinat 45º, com un plec amb l'eix inclinat, és la mateixa que la d'un tall segons un pla horitzontal i molt similar a la seva representació cartogràfica.

Quan es vol representar la secció en tall de dipòsits recents, o de gruix relativament prim cal exagerar l'escala vertical dels talls (figura 5). Aquest sistema de representació és el que s'utilitza en els projectes d'obres lineals (figura 6), en els quals tots els objectes del subsòl, naturals o construïts per l'home, es mostren exagerats per a facilitar-ne la lectura.

Figura 5: En les àrees amb dipòsits recents, plistocens i holocens, els talls específics d'aquests es construeixen amb l'escala vertical exagerada.
Aquest, en concret, mostra els travertins i els fangs carbonàtics de l'Estany de Banyoles (Mapa geològic de Catalunya 1:25.000).

Figura 6: Tall geològic d'un projecte d'obra subterrània en subsòl urbà. L'escala vertical i en conseqüència l'alçada de tots els objectes és exagerada verticalment.

La profunditat fins on es construeixen els talls depèn de l'escala de treball, les característiques geològiques de la zona, els objectius del tall i les dades de subsòl disponibles. Així per exemple, els talls geològics que acompanyen els mapes geològics generals i fets a partir de dades de superfície tenen una fondària que oscil·la entre algun centenar i algun miler de metres. En zones on es disposa d'informació provinent de campanyes d'exploració d'hidrocarburs, fonamentalment sondatges (figura 7) i sísmica de reflexió (figura 3), la profunditat dels talls assoleix fondàries de fins a 6 o 7 km.

Figura 7: Mapa de situació dels sondatges d'exploració petroliera, a terra i a la plataforma marina. Les dades que aporten els sondatges són fonamentals per a la construcció de talls geològics en qualsevol àmbit.

En canvi, en zones estructuralment complexes afectades per diversos sistemes de plecs, com les que sovint s'observen als materials hercinians, l'abast vertical dels talls acostuma a ser molt menor, per la dificultat d'extrapolar dades en fondària. En el cas de materials recents, com dipòsits fluvials, la profunditat de representació difícilment supera les poques desenes de metres (figura 5).

A mesura que avança el coneixement de la constitució i el comportament de l'escorça terrestre i de la litosfera (figura 8), ha esdevingut rutinària la construcció de talls fins a fondàries superiors als 100 km, a escala cortical o litosfèrica a causa de la disponibilitat creixent de dades de subsòl profundes, tals com sísmica de reflexió, magnetotel·lúrica, gravimetria i tomografia sísmica.

Figura 8: L'estructura i la constitució interna de la Terra es coneixen a través de la interpretació de dades geofísiques. La divisió clàssica fa referència a la composició dels diversos embolcalls; la divisió dinàmica es refereix al comportament mecànic d'aquests. A dalt, detall de l'estructura de la part més externa de la Terra (modificat de Kearey i Vine, 1990)

Els talls compensats i els talls restituïts

El mètode més usual per a avaluar i validar un tall geològic d'una zona amb determinats estils estructurals (estructures de plegament, falles extensives o encavalcaments) és comprovar el que s'anomena la seva “retrodeformabilitat”. Això vol dir que ha de ser possible de desfer la deformació per tal d'interpretar com eren disposades les diferents unitats geològiques abans de deformar-se. Un tall retrodeformable s'anomena tall compensat si el tall o talls que desfan progressivament la deformació són els talls parcialment o totalment restituïts (figura 9).

Figura 9: Tall geològic, tall compensat i tall geològic restituït a l'estat indeformat. En ells es mostra la situació i la relació entre els volums rocosos en diferents moments de llur història geològica, després i abans d'haver estat deformats i erosionats.

El tall restituït manté la cohesió de les roques abans i després de la deformació sense que hi hagi superposicions o buits entre els dos estadis. La interpretació de les estructures en un tall compensat ha de ser sempre coherent amb les estructures observades a la regió, això és, amb l'estil estructural. El pas entre el tall restituït i el deformat tal com ha estat interpretat en l'actualitat ha de ser congruent cinemàticament i mecànicament. L'objectiu fonamental de construir els talls compensats és d'evitar introduir errors geomètrics durant la construcció dels talls geològics. Aquesta tècnica també permet de calcular els valors d'escurçament o d'estirament associats a la formació de les estructures tectòniques i realitzar reconstruccions palinspàstiques, és a dir, aquelles en les quals els materials geològics se situen en les posicions que ocupaven en moments determinats de la història geològica.

En els darrers anys els avanços en la informàtica van permetent desenvolupar mètodes de construcció de models geològics directament en tres dimensions. En un futur immediat, el treball i la visualització en un entorn informàtic tridimensional esdevindran rutinaris, i els mapes i els talls formaran part d'una mateixa realitat vista des de diferents perspectives.