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La geología del Golfo de México (GOM) es dinámica, impulsada no por las placas tectónicas sino por el movimiento de las masas de sal del subsuelo. Los depósitos de sal, un remanente de un océano que existió hace unos 200 millones de años, se comportan de una manera determinada cuando se superponen a sedimentos pesados. Se compactan, se deforman, se meten en grietas y se abomban en el material suprayacente.

Esta tectónica de la sal sigue esculpiendo los estratos geológicos y el fondo marino en el GOM como en pocos otros lugares de la Tierra. Debido a este tectonismo salino y a un suministro constante de sedimentos aportados a la cuenca por los ríos, el fondo marino del GOM es un terreno en continuo cambio. La batimetría está repleta de fallas y escarpes activos, bloques de desprendimiento y deslizamientos, cañones y canales, olas de sedimentos, marcas de virutas y volcanes de lodo, así como otras filtraciones naturales de petróleo y gas.

Ahora, un nuevo conjunto de datos sobre el fondo marino regional creado por la Oficina de Gestión de la Energía Oceánica (BOEM) del Departamento del Interior de EE.UU. revela ese entorno dinámico con una claridad asombrosa. Los datos incluyen estudios sísmicos detallados realizados originalmente por 15 empresas diferentes relacionadas con la industria del petróleo y el gas. La BOEM ha obtenido permiso para hacer públicos los datos pertinentes en un mapa global del fondo marino que se puede descargar gratuitamente.

Fig. 1. Cuadrícula de batimetría de aguas profundas del norte del Golfo de México creada a partir de estudios sísmicos 3D. La cuadrícula define la profundidad del agua con 1.400 millones de celdas de 12 × 12 metros y está disponible en pies y metros. La cobertura de la cuadrícula del BOEM se limita a la zona definida por los colores del arco iris. El relieve sombreado está exagerado verticalmente por un factor de 5. Las ubicaciones de las Figuras 2-9 están anotadas. Crédito: BOEM

Con una resolución tan fina como 149 metros cuadrados por píxel, aproximadamente igual a la superficie de una casa unifamiliar estadounidense, el mapa batimétrico del BOEM tiene una resolución al menos 16 veces mayor que el mapa utilizado históricamente para el norte del GOM. La mayoría de esos píxeles del tamaño de una casa en el nuevo mapa se encuentran a 1, 2 y 3 kilómetros de profundidad bajo el agua, y el producto contiene 1.400 millones de ellos, lo que lo convierte en un mapa de gigapíxeles.

¿Cómo llegó la sal allí?

Se plantea la hipótesis de que la sal se precipitó a partir de agua de mar hipersalina cuando África y Sudamérica se separaron de Norteamérica durante el Triásico y el Jurásico, hace unos 200 millones de años. El GOM fue inicialmente una cuenca cerrada y restringida en la que se infiltró el agua de mar y luego se evaporó en un clima árido, causando la hipersalinidad (similar a lo que ocurrió en el Gran Lago Salado de Utah y en el Mar Muerto entre Israel y Jordania).

La sal llenó la cuenca hasta profundidades de miles de metros hasta que se abrió al ancestral Océano Atlántico y, en consecuencia, recuperó la circulación marina abierta y las salinidades normales. A medida que avanzaba el tiempo geológico, los deltas de los ríos y los microfósiles marinos depositaron miles de metros más de sedimentos en la cuenca, sobre la gruesa capa de sal.

La sal, sometida a la inmensa presión y al calor de estar enterrada a kilómetros de profundidad, se deformó como la masilla con el paso del tiempo, rezumando hacia el fondo marino. La sal en movimiento fracturó y deformó los frágiles sedimentos suprayacentes, creando a su vez vías naturales para que el petróleo y el gas se filtraran hacia arriba a través de las grietas y formaran yacimientos en capas geológicas menos profundas.

¿Fuera lo viejo? No tan rápido

El mapa batimétrico más popular del norte del Golfo de México ha sido la versión generada en la década de 1990 por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), el Centro Nacional de Datos Geofísicos (NGDC) y el Sistema de Observación Oceánica Costera del Golfo de México (GCOOS) de Texas A&M. Las organizaciones lo recopilaron utilizando datos de varios estudios de sonar multihaz y líneas sísmicas 2D separadas por kilómetros, lo que proporciona una resolución de hasta 2500 metros cuadrados por píxel. Se trata de una resolución excelente, desde el punto de vista geofísico, y durante las últimas dos décadas el mapa ha sido un conjunto de datos regionales respetado y popular dentro de la ciencia, el mundo académico y la industria del petróleo y el gas.

Figura 2. La cuenca de la herradura en el oeste del Golfo de México, comparada con el mapa histórico de batimetría de la NOAA (izquierda) y el nuevo mapa del BOEM (derecha). La cuenca contiene una cúpula de sal en su centro y está flanqueada por láminas de sal. El movimiento de la sal es evidente a partir de la red de fallas y grietas expresadas en el fondo marino alrededor de la cuenca, así como de los flujos de escombros de sedimentos que se ven caer por las laderas de la cuenca y en su suelo. Crédito: BOEM

El nuevo mapa de BOEM, obtenido exclusivamente a partir de datos sísmicos en 3D, no cubre una zona tan amplia como el mapa de NOAA/NGDC/GCOOS, pero su mayor resolución y su consistente tamaño de píxel revelan rasgos geológicos no descubiertos y antes mal resueltos en el talud continental, la provincia de minicuencas salinas, la llanura abisal, el abanico del Misisipi y la plataforma y el escarpe de Florida. Sin embargo, debido a la menor cobertura del nuevo mapa, el mapa histórico seguirá siendo muy útil.

Figura 3. El nuevo mapa del BOEM amplía en cientos de kilómetros la visualización del Canal Joshua en la llanura abisal del este del Golfo de México en comparación con los datos más antiguos. Es visible en el lecho marino a lo largo de 280 kilómetros, mucho más allá de los límites de esta imagen, y otros 240 kilómetros están enterrados bajo sistemas de sedimentos más jóvenes y una cortina de lodo. La investigación del BOEM ha establecido un vínculo ascendente con el ancestral río Pearl en Luisiana, y se han observado complejos de canales y diques de escala similar en el Abanico Amazónico. Crédito: BOEM

Base de datos sísmicos del BOEM

Los investigadores del BOEM construyeron el mapa utilizando la base de datos confidencial de estudios sísmicos en 3-D del BOEM, cada uno de los cuales fue disparado originalmente por la industria del petróleo y el gas en su búsqueda de hidrocarburos. Como oficina responsable de la emisión de permisos de prospección geofísica en aguas federales de alta mar, el Código de Reglamentos Federales de los Estados Unidos reserva el derecho del BOEM a solicitar una copia de cada prospección después de que haya sido procesada y limpiada para cumplir con las normas de calidad específicas.

Después de recibir una prospección de un contratista geofísico o de una compañía petrolera, los científicos del BOEM utilizan los datos para ayudar con otros deberes reguladores importantes, como la evaluación de la geología para los depósitos potenciales y descubiertos de petróleo y gas. A partir de 2017, esta base de datos sísmicos en 3D de carácter confidencial cubre 350.000 kilómetros cuadrados del Golfo de México, un área más grande que el estado de Nuevo México. Los sondeos más antiguos de esta base de datos se remontan a la década de 1980.

Deepwater Horizon y el primer mapa integrado

En un esfuerzo continuo desde 1998, el BOEM ha utilizado esa base de datos para cartografiar el fondo marino a través de cientos de sondeos con el objetivo de identificar posibles sustratos duros en las filtraciones naturales de petróleo y gas adecuados para las comunidades bentónicas de corales y organismos quimiosintéticos (por ejemplo, mejillones, almejas y gusanos tubícolas). Estos organismos consumen los hidrocarburos y el sulfuro de hidrógeno que se desprenden de esas filtraciones.

Cuando se produjo el trágico vertido de petróleo de la plataforma Deepwater Horizon en 2010, los biólogos marinos de la división de Evaluación de Daños a los Recursos Naturales de la NOAA necesitaban un mapa detallado del fondo marino que rodeaba el incidente para modelar cuántas de esas comunidades bentónicas podrían haberse visto afectadas. Los biólogos de la NOAA, conocedores de la amplia base de datos del fondo marino del BOEM, pidieron a sus geocientíficos que crearan un mapa semiregional que la NOAA pudiera utilizar para modelar la zona afectada por la pluma de petróleo.

El esfuerzo requirió que los investigadores idearan un método para combinar sus múltiples mapas superpuestos del fondo marino de la región del vertido, realizados mediante diferentes estudios sísmicos en 3D, en una única superficie cuadriculada. Así nació la idea de crear un mapa gigapixel aún más amplio.

Creación de una cuadrícula gigapixel

Una vez desarrollado el método y entregado el mapa a los biólogos, los geocientíficos se dieron cuenta del potencial que tenían a su disposición: Podían combinar el resto de sus mapas del fondo marino para cubrir la mayor parte del norte del GOM en aguas profundas.

Los geocientíficos de la BOM utilizaron sondeos tridimensionales migrados en el tiempo (en los que la profundidad se presenta en milisegundos recorridos por sísmica inducida o pasiva, no en pies o metros) para crear la cuadrícula original. A continuación, los investigadores asignaron las celdas de la cuadrícula a las profundidades mediante un algoritmo desarrollado por Advocate y Hood . A continuación, compararon la cuadrícula de profundidad resultante con más de 300 penetraciones de pozos en todo el GOM para determinar el error de conversión tiempo-profundidad, que alcanzó un promedio del 1,3% de la profundidad del agua.

El error medio más elevado, el 5%, se produce en profundidades de agua inferiores a 150 metros debido a la naturaleza de la adquisición sísmica convencional en aguas poco profundas y a la gran variabilidad de la temperatura y la salinidad en aguas poco profundas, que afectan a la velocidad del sonido en el agua. Los científicos del BOEM decidieron que los datos sísmicos adquiridos en la plataforma poco profunda del GOM contienen a menudo demasiado ruido para que el intérprete del fondo marino pueda determinar con precisión dónde acaba el agua y empieza el sedimento. Esto significaba que el mapa del BOEM no podía incluir ciertas zonas de la plataforma, por lo que era más pequeño que el mapa histórico de la NOAA, que sí cubre la plataforma.

Dentro del rango de profundidad de 500 a 3.300 metros (donde existe la mayor parte de la cuadrícula), se calculó que el error medio era inferior al 0,5% de la profundidad del agua. Este bajo error significaba que los datos de estas profundidades revelarían la batimetría regional de aguas profundas de mayor resolución jamás creada.

Figura 4. Megafurros excavados en el escarpe de Sigsbee y en la llanura abisal alrededor de Green Knoll, en el centro del Golfo de México. Los campos de surcos (véase la imagen de la derecha), no visibles en la cuadrícula batimétrica anterior (imagen de la izquierda), se extienden más de 200 kilómetros a lo largo y delante del escarpe. Se forman cuando las corrientes, de hasta 2 nudos, excavan el fondo marino. Los megafloramientos, descubiertos por primera vez en 1999 por los datos de arrastre profundo de Texas A&M, pueden tener entre 1 y 10 metros de profundidad y entre 5 y 50 metros de ancho . Crédito: BOEM

Haciendo un mapa agregado

Los geocientíficos comenzaron con más de 200 mapas individuales del fondo marino creados a partir de estudios en 3D que datan de finales de la década de 1980 hasta la década de 2010. En la parte estadounidense del Golfo de México, pocas zonas están cubiertas por un solo sondeo (algunas están cubiertas por cuatro o más), y los intérpretes necesitaban comparar uno con otro para determinar cuál se había realizado con los mejores datos. Crearon un mosaico de más de 100 mapas batimétricos de la máxima calidad, que abarcaban profundidades de agua de entre 40 y 3.379 metros y se interpretaban a partir de estudios sísmicos realizados originalmente por 15 empresas geofísicas diferentes.

Aunque el BOEM conserva copias de todos los datos sísmicos, las empresas originales conservan la propiedad legal durante un periodo de 25 años. Las fusiones y adquisiciones realizadas a lo largo de los años hicieron que, en lugar de tener que pedir permiso a 15 empresas para publicarlos, el BOEM sólo tuviera que solicitarlo a 7: CGG Services (U.S.), Inc.; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; y WesternGeco, LLC.

Conseguir el permiso de estas siete empresas llevó meses, mucho más de lo previsto, pero finalmente, el BOEM recibió todos los permisos necesarios y comenzó el proceso de publicación. La nueva cuadrícula de alta resolución puede descargarse del sitio web del BOEM. El sitio también ofrece capas de SIG que clasifican más de 34.000 características del fondo marino, como marcas de virutas, canales, suelos duros, volcanes de lodo, filtraciones naturales y otros.

Las figuras 5-9 muestran el detalle del mapa de gigapíxeles del GOM del BOEM, el resultado de 19 años de esfuerzos cartográficos.

Figura 5. Dunas subacuáticas y marcas de viruta en el talud continental superior en el noroeste del Golfo de México. Las megadunas longitudinales miden de 0,5 a 1 kilómetro de cresta a cresta, de 1 a 10 kilómetros de longitud y de 3 a 10 metros de altura. Las marcas de rocas se encuentran en la cima del Domo de Nueces (arriba en el centro) y, en todo el Golfo, las marcas de rocas se encuentran en un rango general de profundidad de agua de 300-600 metros. Las marcas de impacto de esta región se han atribuido a la disociación explosiva del hidrato de metano natural tras la migración hacia la cuenca de la zona de estabilidad del hidrato durante el descenso del nivel del mar del glaciar de Wisconsin. El BOEM ha identificado más de 4.000 marcas de viruela en las aguas federales del norte del Golfo de México. Crédito: BOEM
Figura 6. Montículos de expulsión de gas con pliegues y fallas de empuje adyacentes causados por la migración lateral de la sal en el sur de la cuenca de Terrebonne en el centro del Golfo de México. La imagen ilustra algunas de las características formadas por los procesos dinámicos que dan forma al Golfo, concretamente la tectónica salina y la filtración natural de hidrocarburos. Las fallas de empuje y los pliegues se deben al movimiento lateral de la sal en dirección sureste. El movimiento de la sal es lo que da al fondo marino del Golfo de México su naturaleza arrugada, creando también fallas y redes de fracturas que proporcionan vías para las filtraciones de petróleo y gas. Estos montículos de expulsión en particular se formaron como resultado de la compactación y compresión de la cuenca, lo que dio lugar a la migración de gas hacia arriba . Crédito: BOEM
Figura 7. Espectacular detalle nuevo de los cañones Alaminos y Perdido y sus abanicos asociados, oeste del Golfo de México. Los cañones canalizan los sedimentos para crear un sistema de abanicos entremezclados en el fondo de la cuenca de cientos de metros de espesor. El muestreo de núcleos determinó que el drenaje del río Grande proporciona sedimentos gruesos y arenosos al sistema Perdido , mientras que los núcleos y los registros de pozos en el cañón Alaminos revelan principalmente sedimentos de grano fino de aguas profundas . Crédito: BOEM

Figura 8. Un domo salino ha levantado sedimentos poco profundos en la llanura abisal del este del Golfo de México. Los rasgos de expulsión y depresión sugieren una filtración natural de fluidos y/o gas. A medida que los domos salinos se desplazan a menor profundidad en relación con las cuencas de sedimentos que se hunden a su alrededor, los sedimentos situados encima de los domos se elevan y forman montículos en el fondo marino. Sobre este domo, el movimiento creó una red de fallas extensionales que dividen el montículo en tres cuñas. Las fallas también pueden proporcionar vías para la migración de fluidos y/o gas, como se indica aquí por la depresión circular, o marca de viruela, en la cara sureste del montículo, y una característica de expulsión con un cráter en el lado noroeste. Crédito: BOEM
Figura 9. Comparación de una región del talud continental superior en el noroeste del Golfo de México, utilizando (izquierda) el mapa histórico de batimetría de la NOAA y (derecha) el nuevo mapa de batimetría del BOEM. La cuadrícula de la NOAA combinaba zonas de batimetría multihaz ampliamente espaciadas con otros datos más espaciados de líneas sísmicas 2D, proporcionando una resolución no superior a 50 metros. La red del BOEM utiliza la sísmica 3D en todo su recorrido, ofreciendo una resolución tan detallada como 12 metros. Crédito: BOEM

Agradecimientos

Agradecemos a CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation; PGS; Seitel, Inc.; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; y WesternGeco, LLC por concedernos permiso para publicar sus datos.

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