UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA ELEMENTOS DE CARTOGRAFÍA GEOLÓGICA Gilberto Silva Romo Claudia Cristina Mendoza Rosales Emiliano Campos Madrigal Colaboradores: Alfredo Victoria Morales Adán Castro Flores Marco Antonio Carreón Méndez Verónica Alejandra Cruz Casas DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y GEOTECNIA Índice INDICE PRÓLOGO .......................................................................................................................................... v PRESENTACIÓN ............................................................................................................................. vii CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFÍA ................................................................ 1 Objetivo de la cartografía .............................................................................................................. 1 Características de la cartografía..................................................................................................... 1 Cualidades de los mapas ............................................................................................................... 2 Escala de los mapas ....................................................................................................................... 2 La forma de la Tierra y su expresión cartográfica ......................................................................... 3 Elipsoide de referencia .................................................................................................................. 3 Sistemas de proyección ................................................................................................................. 6 Elección de un sistema de proyección ..........................................................................................12 Proyecciones cartográficas en México .........................................................................................13 Posicionamiento ...........................................................................................................................16 Sistema de coordenadas geográficas ............................................................................................18 Coordenadas Rectangulares .........................................................................................................24 Declinación magnética .................................................................................................................27 Nortes usados en cartografía ........................................................................................................28 CAPÍTULO 2. EL PROCESO CARTOGRÁFICO ........................................................................31 La concepción del mapa ...............................................................................................................32 Preparativos del mapa ..................................................................................................................33 La elaboración del mapa ..............................................................................................................35 Diseño del mapa ...........................................................................................................................36 Composición ................................................................................................................................43 Producción cartográfica................................................................................................................43 La utilización de los mapas ..........................................................................................................43 Sistemas de información geográfica (SIG) ...................................................................................44 CAPÍTULO 3. CARTOGRAFÍA TOPOGRÁFICA .......................................................................47 Cartas topográficas .......................................................................................................................47 Mapas base ...................................................................................................................................47 Fotogrametría ...............................................................................................................................47 Representación de la información ................................................................................................49 Mapas topográficos del INEGI .....................................................................................................51 Fotomapas y espaciomapas ..........................................................................................................57 Lectura de los mapas topográficos ...............................................................................................57 Interpretación geológica de los mapas topográficos .....................................................................58 Análisis cualitativo del relieve .....................................................................................................58 Análisis cuantitativo del relieve ...................................................................................................61 Indicadores geomórficos ..............................................................................................................61 Predicción de afloramientos .........................................................................................................65 CAPÍTULO 4. CARTOGRAFÍA GEOLÓGICA ............................................................................67 Elementos de una carta geológica ................................................................................................67 Clasificación de los mapas geológicos .........................................................................................69 Simbología geológica ...................................................................................................................71 Métodos primarios de cartografía geológica ................................................................................73 Cartografía geológica en México .................................................................................................73 Los mapas geológicos del INEGI .................................................................................................75 Los mapas geológicos del Instituto de Geología, UNAM ............................................................76 Los mapas geológicos del Instituto de Geología, UASLP ............................................................83 Los mapas geológicos del Consejo de Recursos Minerales..........................................................83 Otras fuentes de información cartográfica ....................................................................................84 i ELEMENTOS DE CARTOGRAFÍA GEOLÓGICA CAPÍTULO 5. TELEDETECCIÓN ................................................................................................ 87 El espectro electromagnético ....................................................................................................... 88 Sensores remotos ......................................................................................................................... 90 Fotogeología ................................................................................................................................ 93 Estereoscopía............................................................................................................................... 93 Metodología de la fotointerpretación........................................................................................... 94 Criterios fotogeológicos derivados del proceso fotográfico ........................................................ 96 Criterios fotogeológicos derivados de los objetos fotografiados ................................................. 97 Criterios fotogeológicos derivados de los rasgos morfológicos................................................... 97 Criterios fotogeológicos derivados de la evolución geomorfológica ........................................... 99 Criterios fotogeológicos derivados de las relaciones biótico-edáficas ......................................... 99 Hipótesis múltiples durante la fotointerpretación ...................................................................... 101 Trazos y anotaciones en fotogeología ........................................................................................ 101 Estudio fotogeológico de las unidades litológicas ..................................................................... 101 Estudio fotogeológico estratigráfico y estructural ..................................................................... 105 Características principales de los modelos fotogeológicos del apéndice G. .............................. 108 CAPÍTULO 6. TRABAJO GEOLÓGICO DE CAMPO ............................................................. 111 Observación estructurada .......................................................................................................... 112 Ubicación en campo .................................................................................................................. 117 Sistema global de posicionamiento ........................................................................................... 118 Clasificación de rocas en campo ............................................................................................... 120 Medición de secuencias estratigráficas ...................................................................................... 121 Declinación magnética .............................................................................................................. 122 Definición de planos con brújula ............................................................................................... 124 La red de Wulff en el trabajo de campo .................................................................................... 127 Orientación de muestras de rocas .............................................................................................. 130 Estructuras geológicas ............................................................................................................... 131 Estructuras primarias ................................................................................................................. 131 Estructuras secundarias ............................................................................................................. 133 Fracturas y fallas ....................................................................................................................... 134 Pliegues ..................................................................................................................................... 136 Métodos más utilizados para clasificar pliegues ........................................................................ 136 CAPÍTULO 7. INTERPRETACIÓN DE MAPAS GEOLÓGICOS ........................................... 141 Lectura del mapa ....................................................................................................................... 141 Interpretación del mapa ............................................................................................................ 144 Patrones de afloramiento ........................................................................................................... 144 Construcciones auxiliares .......................................................................................................... 149 Columna estratigráfica .............................................................................................................. 149 Secciones geológicas ................................................................................................................. 150 Series de cortes geológicos ........................................................................................................ 156 Secciones balanceadas ............................................................................................................... 156 Síntesis de la interpretación del mapa ....................................................................................... 157 Evolución geológica .................................................................................................................. 158 APÉNDICE A. MAPAS ÍNDICES DE MÉXICO ........................................................................ 159 A1 División cartográfica a escala 1:50,000 de la República Mexicana ................................... 160 A2 División cartográfica a escala 1:100,000 de la República Mexicana ................................. 161 A3 División cartográfica a escala 1:250,000 de la República Mexicana ................................. 162 A4 División cartográfica a escala 1:1’000,000 de la República Mexicana .............................. 163 A5 Índice de zonas de vuelo INEGI (1990) ............................................................................. 164 A6 Carta de la Declinación Magnética en México para 1990 .................................................. 165 A7 Carta de la Variación Anual en la Declinación Magnética para México ............................ 166 APÉNDICE B. MAPAS DE CUBRIMIENTO EN LA CARTOGRAFÍA GEOLÓGICA DE MÉXICO ................................................................................................ 167 B1 Cubrimiento cartográfico Carta Geológica a escala 1:50,000, INEGI ................................ 168 B2 Cubrimiento cartográfico Carta Geológica a escala 1:250,000, INEGI .............................. 169 B3 Cubrimiento cartográfico Carta Geológica a escala 1:1’000,000, INEGI .......................... 170 ii Índice B4 Cubrimiento cartográfico Carta Geológica a escala 1:100,000, Instituto de Geología, UNAM ..........................................................................................................171 B5 Cubrimiento cartográfico Carta Geológica a escala 1:50,000, Instituto de Geología, UASLP ...............................................................................................................172 B6 Avance cartográfico Carta Geológico-Minera a escala 1:50,000, Consejo de Recursos Minerales ..........................................................................................173 B7 Avance cartográfico (1995-1999) Carta Geológico-Minera a escala 1:250,000, Consejo de Recursos Minerales ..........................................................................................174 APÉNDICE C. ELEMENTOS DE APOYO EN EL TRABAJO GEOLÓGICO DE CAMPO...............................................................................175 C1 Simbología geológica y de atributos geológicos .................................................................176 C2 Simbología litológica (Para columnas estratigráficas y esquemas) .....................................177 C3.Gráficos de estimación visual .............................................................................................178 C4. Clasificación de las rocas sedimentarias (1) .......................................................................179 C5. Clasificación de las rocas sedimentarias (2) .......................................................................180 C6. Clasificación de las rocas ígneas extrusivas .......................................................................181 C7. Clasificación de las rocas ígneas intrusivas ........................................................................182 C8. Clasificación de las rocas metamórficas (1) .......................................................................183 C9. Clasificación de las rocas metamórficas (2) .......................................................................184 C10. Clasificación de las rocas metamórficas (3) .....................................................................185 C11. Clasificación de las rocas metamórficas (4) .....................................................................186 C12. Equipo recomendable para el trabajo geológico de campo ..............................................187 C13. Escala del Tiempo geológico. ..........................................................................................188 C14. Transportador de campo (En acetato desprendible) .........................................................189 C13. Red de Wulff (En acetato desprendible)...........................................................................190 APÉNDICE D. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON BRÚJULA .................................191 D1. Levantamiento con brújula y cinta .....................................................................................192 D2. Cálculo de las coordenadas y correcciones en un levantamiento con brújula y cinta .......................................................................193 APÉNDICE E. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON PLANCHETA ...........................195 E1. Principio de estadia ............................................................................................................197 E2. Lecturas estadimétricas ......................................................................................................198 E3. Ubicación de puntos mediante plancheta ...........................................................................199 E4. Métodos de levantamiento con plancheta ...........................................................................200 E5. Tolerancias en un levantamiento con plancheta .................................................................201 APÉNDICE F. ESTRUCTURA DE UN INFORME TÉCNICO .................................................203 APÉNDICE G. MODELOS FOTOGEOLÓGICOS Y BASES TOPOGRÁFICAS ...................209 Tabla G-1. Referencias de los Modelos Fotogeológicos. ..........................................................210 G1. Depósitos recientes. ...........................................................................................................211 G2. Rocas clásticas y yesos. Cubeta estructural........................................................................219 G3. Rocas clásticas. Pliegues y discordancia ............................................................................227 G4. Rocas calcáreas. Pliegue sinforme .....................................................................................235 G5. Rocas calcáreas. Pliegue antiforme ....................................................................................243 G6. Rocas calcáreas. Relieve kárstico y zona de falla ..............................................................251 G7. Rocas extrusivas básicas. Derrames y conos cineríticos ....................................................259 G8. Ignimbritas. Fallas normales ..............................................................................................267 G9. Rocas intrusivas silícicas ...................................................................................................275 G10. Rocas metamórficas y conglomerados .............................................................................283 BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................291 ANEXO Cuadrícula de referencia para ubicar rasgos en los modelos fotogeológicos (En acetato en la solapa del libro). iii Prólogo PROLOGO La cartografía se ha mantenido, desde el desarrollo inicial de las Ciencias de la Tierra, como una de las herramientas fundamentales en la investigación y la exploración geológicas. Esto se debe principalmente a su gran utilidad para visualizar de manera gráfica las relaciones espacio-temporales de los cuerpos de roca y de las estructuras tectónicas. Con base en estas representaciones gráficas se pueden afrontar muchos aspectos relativos al origen de las diferentes asociaciones petrológicas que constituyen la corteza, a la evolución paleogeográfica de los continentes en diferentes escalas y la evolución de los rasgos tectónicos del planeta. Su aplicación en problemas de exploración ha propiciado el desarrollo de una gran variedad de representaciones que tienen que ver con los rasgos asociados a los recursos acuíferos, minerales, petroleros. En la formación de profesionales en las áreas de las Ciencias de la Tierra, la educación cartográfica es una componente principal que provee al estudiante de las herramientas para realizar inferencias tridimensionales del subsuelo y con esto construir modelos más realistas y cuantificables de los rasgos y procesos geológicos. No basta con que un estudiante conozca los procedimientos fundamentales para la elaboración de un mapa, sino que requiere desarrollar una particular habilidad para procesar e interpretar la información contenida en ellos. En la actividad cotidiana de un profesional o de un científico de las Ciencias de la Tierra, la cartografía es un lenguaje que se debe manejar con soltura. Con las innovaciones recientes en la tecnología de la información cartográfica, se ha dado un giro que ha potenciado de manera significativa el uso de la cartografía geológica. El volumen de información, la precisión y la rapidez con la que se pueden procesar los datos en un sistema de información geográfica, permiten analizar las relaciones entre diferentes rasgos y procesos de manera más eficaz, a través de operaciones de clasificación y categorización, así como de procedimientos iterativos. La presente obra ofrece una visión didáctica y actualizada de los conceptos básicos de la cartografía geológica. Su forma y enfoque están, desde luego, destinados a apoyar los cursos de cartografía geológica al nivel de licenciatura, pero también puede ser de gran utilidad como un documento de consulta para profesionales de distintos campos de las Ciencias Naturales y la Ingeniería. La temática abarca desde los conceptos básicos hasta procedimientos prácticos de elaboración e interpretación de los datos. La experiencia de varios años de los autores en trabajos de cartografía y en el análisis geológico de campo, les permite ofrecer una visión completa y crítica sobre los procedimientos más utilizados actualmente en la elaboración de mapas. Los apéndices que acompañan al texto proveen al lector con información útil sobre los distintos productos de cartografía geológica que se han generado en México y con ejemplos de diferentes rasgos geológicos. En síntesis, esta obra constituye una contribución esperada y muy necesaria para mejorar el nivel de la enseñanza de las Ciencias de la Tierra y para impulsar la cultura cartográfica en el estudio del entorno natural de México. Dante Jaime Morán Zenteno v Presentación PRESENTACIÓN Este libro fue elaborado dentro del Programa de Apoyo a Proyectos Institucionales para el Mejoramiento de la Enseñanza (Tercera convocatoria), en la División de Ingeniería en Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ingeniería. UNAM. En este libro se presentan los aspectos básicos de la cartografía, se describen los sistemas de proyección, con énfasis en el Sistema UTM, que es el Sistema más utilizado en la cartografía temática en México. Se plantea desde un punto de vista conceptual la cartografía temática como un recurso de comunicación gráfico, con base en el esquema propuesto se ubica la cartografía geológica y el quehacer de los geólogos en el campo. Se describen las características principales de los mapas topográficos y se presentan las principales inferencias geológicas que se pueden realizar con base en un mapa topográfico. Se describen los elementos de un mapa geológico, se anuncian los principales métodos de cartografía geológica y se presenta el estado del arte en México. La observación a distancia es un recurso muy importante en la cartografía temática y en particular de la cartografía geológica, por lo cual se plantean algunos elementos teóricos de la interpretación digital de imágenes satelitarias y se desarrollan los aspectos relativos a la interpretación analógica tanto de fotografías aéreas como de imágenes obtenidas mediante otros sensores remotos. Se revisa desde un punto de vista conceptual el trabajo de campo y se plantean los procedimientos más usuales en la caracterización geológica de un área con base en trabajo de campo. Se plantean los niveles de consulta de un mapa y se describen algunos procedimientos y elementos de interpretación y de elaboración de construcciones auxiliares a partir de la información presentada en la planta del mapa geológico. En el libro, los estudiantes de licenciaturas en Ciencias de la Tierra y de Geografía encontrarán los conceptos básicos acerca de la cartografía en general y de la cartografía geológica en lo particular. La obra se recomienda como libro de texto en las asignaturas acerca de la Cartografía Temática, del Trabajo de Geología de Campo y de la Teledetección específicamente de los temas de Fotogeología, en los planes de estudio de las carreras de Ingeniero Geólogo y de Ingeniero Geofísico. En general se trata de un libro de consulta para los estudiantes en Ciencias de la Tierra, durante el desarrollo de sus prácticas de campo; aún para los estudiantes del Posgrado en Ciencias de la Tierra, sobre todo para aquellos cuya formación de licenciatura sea en otra disciplina. También esta dirigido a los profesionales en Ciencias de la Tierra, que incursionan esporádicamente en la cartografía temática. La estructura del libro permite que sea utilizado como texto y como cuaderno de ejercicios de cartografía, también se puede utilizar como libro de consulta acerca de la cartografía y del trabajo de campo geológicos. En el texto se incluyen recuadros temáticos que aclaran algunos conceptos relativos a los temas tratados, está ilustrado con más de cincuenta figuras, algunas de ellas estereoscópicas y contiene la reproducción de cinco fracciones de mapas a todo color como ejemplos de la producción cartográfica mexicana. El libro consta de siete capítulos y se complementa con siete apéndices en los cuales se incluyen 13 mapas relativos a la disponibilidad de materiales cartográficos, al trabajo de campo, a la simbología geológica y a los esquemas de clasificación en campo de las rocas. Entre los elementos auxiliares para el trabajo geológico se presenta la Escala del Tiempo Geológico elaborada conforme a la Carta Estratigráfica Internacional 2000, entre otros tópicos. AGRADECIMIENTOS Agradecemos al Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática su autorización para reproducir las fotografías aéreas del Apéndice G, y las fracciones de los mapas topográficos y geológicos y los mapas de avance cartográfico incluidos en este libro. Agradecemos al Consejo de Recursos Minerales su autorización para reproducir las fracciones de sus cartas geológico-mineras. Agradecemos al Ing. Jorge Nieto Obregón su acuciosa y oportuna revisión que contribuyó al mejoramiento de este libro. Agradecemos a las autoridades de la Facultad de Ingeniería, de la Universidad Nacional Autónoma de México su apoyo en la elaboración de este texto, en especial al M.C. Rolando de la Llata Romero, Jefe de la División de Ingeniería en Ciencias de la Tierra. vii