El uso de la Tomografía Computarizada (TC) como técnica sedimentaria: aplicación en testigos oceánicos de la

Cuenca Interior de Galicia (NW margen Ibérico)

The use of the Computerized Tomography (CT) as a sedimentary technique: application in oceanic cores from theGalicia Interior Basin (NW Iberian margin)

Anxo Mena (1), Pablo Aguiar (2), José Daniel Barreiro (3,4), Guillermo Francés (1), Marta Pérez-Arlucea (1), Andrés Barreiro-Lois (3,4) y Alfredo Iglesias (5)

(1) Departamento de Xeociencias Mariñas e O. T., Facultade de CC. do Mar Universidade de Vigo, 36310, As Lagoas-Marcosende, Vigo. anxomena@uvigo.es, gfrances@uvigo.es, marlucea@uvigo.es

(2) Fundación IDICHUS. Complexo Hospitalario Universitario de Santiago de Compostela, 15706, Santiago de Compostela. pablo.aguiar.fernandez@sergas.es(3) Servizo de Diagnóstico por Imaxe, Hospital Veterinario Universitario Rof Codina, 27002, Lugo. josedaniel.barreiro@usc.es

(4) Departamento de Ciencias Clínicas Veterinarias, Facultade de Veterinaria. Universidade de Santiago de Compostela, 27002, Lugo. andres.barreiro@usc.es(5) Departamento de Física de Partículas, Facultade de Física. Universidade de Santiago de Compostela, 15782, Santiago de Compostela. alfredo.iglesias@usc.es

ABSTRACT

The no-destructive techniques of core analyses are being more employeddue to the quality and quantity of data that can be obtained without the re-quirement of the use of samples. These samples are then available to otherkind of analyses. The Computerized Tomography (CT) is a technique few ex-tended in sedimentology. The CT is relevant because it is possible to obtainphysic parameters and high resolution images of the cores without the re-quirement of opening and sampling. In the present study the tomography im-ages recorded across an E-W transect of the Galicia Interior Basin areshowed, as well as the results of classical analyses from the same cores. Theuse of these data together with the description of the sedimentary units rec-ognized and their elemental composition (obtained with XRF core scanner)allowed us a more detailed reconstruction of the basin. One of the applica-tions of this technique is the identification of some sedimentary facies usingonly the tomography reconstruction, without the previous classical analysesof the cores. This fact could improve the quality of the sampling time and theoptimization of the resources.

Key-words: Computerized Tomography (CT), tomographic-sedimentaryinterpretation, Galicia Interior Basin, Heinrich Events, Upper Pleistocene.

RESUMEN

Las técnicas no destructivas de análisis de testigos están siendo muyempleadas debido a la cantidad y a la calidad de los datos que pueden serobtenidos sin el requerimiento del uso de muestras, pudiendo estas estar dis-ponibles para otro tipo de análisis. La Tomografía Computarizada (CT) esuna técnica poco extendida en sedimentología. El uso del CT en el análisisde testigos es importante debido a la posibilidad de obtener parámetros fí-sicos e imágenes de alta resolución de los testigos sin la necesidad de abrir-los y muestrearlos. En el presente estudio se muestran las imágenes tomo-gráficas de los testigos recogidos en un transecto E-W a lo largo de laCuenca Interior de Galicia, junto con los resultados obtenidos mediante aná-lisis clásicos en los mismos testigos. El uso de estos datos junto con la des-cripción de las unidades sedimentarias identificadas y su composición ele-mental (obtenida con XRF core scanner) permiten una reconstrucción de lacuenca más detallada. Una de las aplicaciones de esta técnica es la identi-ficación de algunas facies sedimentarias usando sólo la reconstrucción to-mográfica, sin análisis clásicos previos de los testigos. Este hecho podríamejorar la calidad del tiempo de muestreo y la optimización de los recursos.

Palabras clave: Tomografía computarizada (CT), interpretación tomográ-fica-sedimentaria, Cuenca Interior de Galicia, Eventos de Heinrich, Pleisto-ceno superior.

Geogaceta, 50-2 (2011), 149-152. Fecha de recepción: 15 de Febrero de 2011 ISSN:2173-6545 Fecha de revisión: 28 de Abril de 2011

Fecha de aceptación: 27 de Mayo de 2011

Copyright© 2011 Sociedad Geológica de España / www.geogaceta.com 149

GEOGACETA, 50-2, 2011

Introducción

La gran cantidad de análisis que se lle-van a cabo en los testigos oceánicos, espe-cialmente los sedimentológicos y micropa-leontológicos, limitan la cantidad de mues-tra para otros estudios, además del tiempoy recursos necesarios para llevarlos a cabo.De esta manera los análisis no-destructivostienen un gran peso en los estudios paleo-

climáticos y paleoceanográficos, ya que deellos se puede obtener gran cantidad y ca-lidad de información, tanto composicional(XRF-Fluorescencia de Rayos X) como de laspropiedades físicas (Multi sensor core-log-ger), usando, sin alterar, muestras de sedi-mento o con medidas continuas. Otra téc-nica no-destructiva es la Tomografía Com-putarizada (TC), que es un método de ex-ploración no invasiva que utiliza rayos X

para la toma de imágenes tanto en 2Dcomo en 3D siguiendo los planos espacialesque se consideren y que es la que se ha uti-lizado en este trabajo, junto con las ante-riores técnicas destructivas y no-destructi-vas, para el análisis de varios testigos obte-nidos en el Margen Atlántico de Galicia.

El objetivo principal de este trabajo esdescribir el uso de la TC como técnica sedi-mentaria no invasiva, así como comparar

sus resultados con los obtenidos medianteotras técnicas no destructivas y medianteanálisis sedimentológicos y micropaleonto-lógicos clásicos. Las variaciones de las den-sidades radiográficas obtenidas con la TCpermiten una visión general de los testigos,y la visualización de muy alta resolución delas diferentes estructuras sedimentarias en2D y 3D. Esto permite una optimización deltiempo de análisis y de los costes, ya que sepueden identificar diferentes estructuras, fa-cies, o variaciones texturales previamente ala apertura de los testigos de sedimento.

Material y métodos

En este trabajo se han estudiado 5 tes-tigos de gravedad extraídos durante la cam-paña ForSaGal09 a bordo del B/O “Sar-miento de Gamboa” durante Febrero de2009 a lo largo de un transecto latitudinalentre el talud continental de Galicia y elflanco oriental del Banco de Galicia, cru-zando la Cuenca Interior de Galicia. Estostestigos fueron recuperados en los diferen-

tes ambientes sedimentarios que se en-cuentran en dicha cuenca y en sus márge-nes (Tabla I).

Todos los testigos fueron examinadosen un equipo TC, Multidetector VolumétricoHelicoidal Multicorte ECLOS (HITACHI), enel Hospital Veterinario Universitario Rof Co-dina. El protocolo de exploración, diseñadoespecialmente para este estudio, consisteen la obtención de cortes transversales con-secutivos de 0.625 mm de espesor en se-ries de 50 cm, generando un total de 808imágenes por serie.

La base de la exploración mediante TCreside en una fuente de rayos X que emiteun haz de fotones colimado que rota 360ºalrededor del objeto que se está explo-rando. La energía e intensidad de este hazde fotones se debe ajustar al tipo de mate-rial que se quiere examinar y vendrá deter-minado por los parámetros de exposición(kilovoltaje y miliamperaje-tiempo) que apli-camos al tubo generador de rayos X. Eneste caso se utilizaron 120 kV y 175 mA porsegundo de rotación, necesitando 101 ro-taciones para completar cada sección de 50cm. La atenuación del haz emitido una vezatravesado el sedimento es convertida amedidas de densidad radiográfica mediantela asignación de niveles de gris asociados ala escala Hounsfield (Hounsfield et al.,1973), donde el 0 es el valor de atenuacióndel agua y el -1000 es el valor del aire

El resultado es una imagen bi-tridimen-sional que representa una distribución dedensidades radiográficas de cada una delas partes que forman el objeto. Mientrasque las técnicas radiográficas clásicas

Testigos Lat. Long. Prof. (m)GeoB-11035 42º10’ 9º39’ 2048FSG09-07 42º10’ 9º51’ 2393FSG09-09 42º10’ 10º12’ 2707FSG09-10 42º11’ 11º03’ 2779FSG09-16 41º59’ 10º17’ 2708FSG09-17 42º16’ 9º43’ 2156

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Fig. 1.- Fotografías, reconstrucción tomográfica, 14C AMS, litología y correlación de los testigos junto con su posición dentro del Margen Atlántico de Ga-licia a través de un transecto E-W en la Cuenca Interior de Galicia. (Modificada de Mena et al., 2010)

Fig. 1.- Pictures, tomographic reconstruction,14C AMS lithology and correlation of the cores and the position of the cores in the Atlantic Galician Marginin the E-W transect from the Galician Interior Basin (Modify from Mena et al., 2010).

Tabla I.- Posiciones y profundidades de los tes-tigos.

Table I.- Core positions and depth.

muestran una integral de las densidadesradiográficas de una sección de sedimentocon una única orientación, esta técnicamuestra corte por corte todas las orienta-ciones y ángulos posibles, pudiendoapreciar en todo su conjunto, el sedimentocon gran detalle.

Una vez obtenidas las imágenes y paracuantificar la densidad radiográfica de lostestigos, los datos se procesaron mediantela definición de una región de interés deforma circular, correspondiente a la mitaddel diámetro de los testigo (7 cm), centradasobre el eje del testigo en la que se obtuvoel valor promedio de densidad radiográfica.El perfil de densidades se obtuvo repitiendoeste proceso para cada uno de los cortestransversales obtenidos por sección, pu-diendo así comparar los parámetros de den-sidad de todos los testigos que componenel transecto.

La visualización de las imágenes produ-cidas se puede realizar a muy diferentesrangos, optimizando la escala de densida-des según la región de interés a estudiar.Para la comparación de todos los testigos, lavisualización en conjunto de las diferentesunidades, se utilizó la misma escala paraapreciar la mayor variabilidad de densida-des posible (Fig. 1).

Posteriormente a la TC, las seccionesabiertas de los testigos se analizaronmediante XRF (XRF-core scanner, GRC Geo-ciències Marines, Universitat de Barcelona)obteniendo así de una manera semi-cuan-titativa la composición elemental delsedimento. Los testigos FSG09-10 y FSG09-16 se analizaron también con Multi sensorcore-logger (Centre Mediterrani d’Investi-gacions Marines i Ambientals, CMIMA)para obtener medidas de susceptibilidadmagnética y otros parámetros físicos. Ade-más, se realizaron análisis texturales ymicropaleontológicos a diferentes resolu-ciones de muestreo, en muestras de lostestigos FSG09-10, FSG09-16 y GeoB11035. La resolución del muestreo es deuna muestra cada 4 cm y cada 5 cm paralos testigos FSG09-10 y GeoB 11035 res-pectivamente, y de una muestra cada 2 cmpara el testigo FSG09-16. Esta diversidadde datos permite realizar un análisis demúltiples marcadores (multiproxy) muydetallado de la mayor parte de los testigos,avalando las reconstrucciones e interpreta-ciones obtenidas a través de la TC yvalidando esta técnica como alternativa noinvasiva.

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Fig. 2.- A) Ejemplo de análisis multiproxy de uno de los testigos del transecto (FSG09-16) donde seobserva la abundancia de los elementos mayoritarios en el sedimento (calcio y hierro) junto con lasmedidas de susceptibilidad magnética (MS) y la reconstrucción del promedio de densidad radiográ-fica de la región de interés seleccionada (B, C y D: detalles de la región señalada con un cuadro rojo).B) Vista en corte longitudinal de la capa de Heinrich señalada (H1). C) Vista en planta axial del mismocorte. D) Vista 3D de la capa de Heinrich. E) IRD fotografiado una vez terminado el muestreo.

Fig. 2.- A) Example of the multiproxy analyses of one of the cores of the transect (FSG9-16) with theabundance of the main elements in the sediment (calcium and iron), the measurements of the Mag-netic Susceptibility (MS) and the average reconstruction of the selected interest region. (B, C and D:red box detail). B) Longitudinal view of the Heinrich layer (H1). C) Axial View from the same slice. D)3D view of the Heinrich layer. E) IRD picture after sampling.

Resultados y Discusión

El análisis de todos los testigos me-diante el XRF, un Multi sensor core-loggerjunto con los datos micropaleontológicos ysedimentológicos permite establecer unareconstrucción bastante detallada de quéprocesos han actuado en la Cuenca Interiorde Galicia y en su bordes durante los últi-mos 70 ka y cuáles han sido los eventos cli-máticos más importantes que los han con-trolado (Mena et al., 2010) (Fig. 1). Entodos los testigos se encuentran claras evi-dencias de los Eventos de Heinrich (HE,Bond et al., 1992). Los niveles donde seconcentran los ice rafted debris (HE, Bond etal., 1992) se identifican en las reconstruc-ciones tomográficas como picos de densi-dad, aportada sobre todo por granos decuarzo y carbonatos.

La composición y densidad varían entreeventos debido a la procedencia de los ice-bergs (Grousset et al., 1996), pero en cual-quier caso contrasta claramente con la den-sidad de los tramos con IRD dispersos o au-sentes.

Atendiendo a las características litoló-gicas de los testigos, se han definido untotal de ocho unidades que coinciden conlas establecidas a partir de la TC, lo que per-mite la correlación entre los testigos estu-diados (Fig. 1).

Estas unidades (Fig. 1) se pueden agru-par en cuatro grupos: las formadas en granmedida por foraminíferos (Silty forams sandy la Forams oozes), las arenas finas de losprocesos gravitacionales (Sand), las unida-des fangosas diferenciadas según la lami-nación y la bioturbación que presentan(Sandy, laminated, homogeneus y bioturba-ted mud) y las unidades correspondientes alos HE (Muddy sand). Además se observancambios laterales en las unidades como porejemplo, la disminución de la densidadhacia el Oeste. Un claro ejemplo se produceen las unidades de fangos laminados que

preceden a los HE, caracterizadas por unadensidad relativamente elevada en el taludinferior, dominado en esta zona por proce-sos contorníticos (Mena et al., 2010), mien-tras que dicha densidad es bastante menorhacia el centro de la cuenca, donde predo-mina la sedimentación pelágica y hemipelá-gica.

El análisis multiproxy del testigo FSG09-16, situado en el centro de la Cuenca Inte-rior de Galicia, permite observar todas lasunidades identificadas excepto las corres-pondientes a procesos gravitacionales (Fig.2), así como todos los HE del último cicloglaciar, reconocibles por la presencia decapas con un alto contenido en IRD quepueden llegar a alcanzar más de 2 cm dediámetro (Fig. 2). Los IRD son fácilmenteidentificables en la reconstrucción tomográ-fica, tanto por la densidad individual de losgranos (muy alta con respecto a la matrizde fango) como por la reconstrucción dedensidades promediadas, también muchomás elevadas que en el resto del testigo.Estos niveles son también identificables porsu susceptibilidad magnética característica,aunque la información obtenida mediantela curva de densidades radiográficas esmucho mayor y permite discernir la señal in-dividual de cada IRD.

Conclusiones

La Tomografía Computerizada es unatécnica con gran potencial en el estudio detestigos de sedimento. Esta técnica no des-tructiva permite el reconocimiento e identi-ficación detallada de facies sedimentariasfacilitando el estudio y correlación de tes-tigos de sedimento con una menor inver-sión de recursos. La caracterización de laseñal tomográfica de determinadas faciesy su seguimiento a través, no sólo de lamisma cuenca, sino de diferentes regioneses una línea de trabajo que queda abiertaal uso de esta aplicación. La transforma-

ción de las densidades radiográficas a den-sidades relativas (Duchesne et al., 2009) através del análisis elemental de los testigostiene también un gran potencial en el aná-lisis de facies e ichnofacies (Gagnoud et al.,2009). El estudio a muy alta resolución desecuencias sedimentarias, como las obteni-das en el presente trabajo, puede ser unapotente herramienta tanto en las recons-trucciones paleoclimáticas como paleocea-nográficas.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido posible gracias a losproyectos GRACCIE (Consolider-Ingenio, CDS2007-00067); CONTOURIBER (CTM 2008-06399-C04-01/MAR) y al contrato Sara Borrell(Exp: CD09/00291, Inst. de Salud Carlos III). Gra-cias al Hospital Veterinario Universitario Rof Co-dina (Lugo) y a la tripulación y técnicos del B/O“Sarmiento de Gamboa”. Queremos agradecertanto a Alfonso Muñoz como a otro revisor anó-nimo su ayuda en la mejora de este trabajo du-rante el proceso de revisión.

Referencias

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GEOGACETA, 50-2, 2011 A. Mena, P. Aguiar, J. D. Barreiro, G. Francés, M. Pérez-Arlucea, A. Barreiro-Lois y A. Iglesias

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