GEOLOGÍA, GEOFÍSICA, HIDROGEOQUÍMICA E ISÓTOPOS, COMO HERRAMIENTAS PARA DEFINIR UN MODELO CONCEPTUAL HIDROGEOLÓGICO, CASO DE APLICACIÓN: ACUÍFERO COSTERO MUNICIPIO DE TURBO _________________________________________________________________________________________________________________
Capítulo 4. GEOFÍSICA El objetivo de la prospección geofísica es aportar al modelo hidrogeológico el modelo geológico del subsuelo de la zona de estudio, infiriendo a partir de medidas de resistividad, la litología, estratos saturados con agua dulce y la detección de la cuña marina. 4.1
METODOLOGÍA
4.1.1 Equipo utilizado Se empleó el equipo Mini Sting (Figura 33), cuyas principales especificaciones se presentan en la Tabla 13 [9].
Figura 33. Tabla 13.
Modos de Medidas Rango de medidas Resolución de medida Corriente de salida
Voltaje de salida
Impedancia de entrada Voltaje de entrada
Equipo de resistividad Mini Sting. Especificaciones técnicas Mini Sting Resistividad aparente, resistencia, voltaje (PS), polarización inducida (PI), voltaje de batería 400 kohms a 0.1 milliohms (resistencia) 0-500 V voltaje de cambio automático a escala completa. Max 30 nV, depende del nivel de voltaje 1-2-5-10-20-50-100-200-500 mA. El usuario puede cambiar entre limite de voltaje bajo o alto para el transmisor (limite de voltaje 800 Vp-p, ó 320 Vp-p). El voltaje real del electrodo depende de la corriente transmitida y de la resistividad del subsuelo. >20 Mohms Max 500 V
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Compensación de PS
Cancelación automática de voltajes de PS durante la medida de resistividad. PS constante y variando linealmente cancela completamente.
Tiempo de ciclos de PI
1 s, 2 s, 4 s y 8 s
Ciclos de Medida
Ciclos de Tiempo
Proceso de señal
Configuración Apoyada
Promedio función de la medida mostrado después de cada ciclo. El ciclo automático se para cuando las lecturas de errores caen por debajo del límite del usuario o se terminan los ciclos máx definidos del usario. Tiempo básicos de medida es 0.4, 0.8, 1.2, 3.6, 7.2 ó 14.4 s según es elegido por el usuario vía teclado. Cambio automático y conmutación añaden alrededor de 1.4 s Obtención continua de promedios después de cada ciclo completo. Los errores de ruido se calculan y demuestran como porcentaje de lectura. La lectura se demuestra como resistencia (dV/I) y resistividad aparente (ohmm o ohmft). La resistividad se calcula utilizando las distancias de electrodos introducidas por el usuario. Resistencia, Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, polo-dipolo, polo-polo, acimutal, mise-a-la-masse, PS (absoluto) and PS (gradiante).
Para la prospección geofísica, se empleó el método eléctrico, mediante la ejecución e interpretación de 47 sondeos eléctricos verticales (SEV), utilizando el arreglo electródico Schlumberger (Figura 34). En la Figura 35, Figura 36, Figura 37 y Figura 38 se presentan la ejecución de algunos sondeos en campo.
Figura 34.
Arreglo Schlumberger. Tomada y modificada de López et al, 2003.
[9] www.agiusa.com/ministing.sp.shtml
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Figura 35.
Equipo de geofísica (resistivímetro). Fuente: tomada en campo.
Figura 36.
Equipo de geofísica (resistivímetro). Fuente: tomada en campo.
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Figura 37.
Realización de un SEV. Fuente: tomada en campo.
Figura 38.
Realización de un SEV. Fuente: tomada en campo.
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La Tabla 14 presenta las coordenadas y la distancia AB/2 máxima alcanzada en cada SEV. Los datos de campo de las resistividades medidas para los SEV, se presenta en el ANEXO A. La distribución y ubicación de los SEV se presenta en la Figura 39. Tabla 14. SEV N°
Norte
Oeste
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1391400 1391432 1392163 1391842 1395000 1391992 1389989 1390439 1388918 1387607 1386772 1385054 1388325 1388389 1389903 1390876 1382553 1384243 1391870 1389784 1389966 1390348 1385467 1388851
712340 708842 707883 705916 714200 710936 709764 713050 713472 714519 713212 714082 712024 710503 710362 710342 716115 715554 706901 711528 707098 708203 706348 707316
Coordenadas y distancia AB/2 máxima de los SEV Máx distancia AB/2 (m) 300 400 350 300 100 250 250 400 400 300 400 400 400 400 400 300 200 200 400 400 350 350 350 250
SEV N°
Norte
Oeste
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
1389263 1385948 1382479 1381230 1383480 1381236 1381310 1382311 1382161 1382474 1384076 1380980 1381007 1386571 1385686 1387150 1384222 1383534 1383717 1385315 1387980 1384569 1388245
709519 710349 709243 713007 711399 708945 710913 711241 713081 714666 714076 714922 716558 711570 715034 709550 711915 709915 714473 713138 708760 710432 709099
Máx distancia AB/2 (m) 400 400 200 400 400 400 400 390 400 400 300 200 300 350 400 400 400 350 150 400 142 400 192
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Figura 39.
Ubicación SEV
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4.2
INTERPRETACIÓN SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES
Para la interpretación de los SEV, se utilizó el software IPI2 WIN (capítulo 2). 4.2.1 Rango de resistividades Se realizaron SEV cortos, en afloramientos de las rocas que conforman el subsuelo de la zona de estudio, con el objetivo de conocer los valores de resistividades que éstas poseen, y generar un rango de resistividades para la interpretación de las curvas de resistividad. Este rango se generó a partir de estas medidas de calibración y se terminó de conformar a medida que se analizaban las curvas interpretadas de una formación geológica específica. La Tabla 15 presenta estos rangos para las diferentes litologías de las formaciones geológicas. Tabla 15. Formación
Litología
Q1 Cuaternarios
Q2 Q3
Pavo
Corpa
a3 a2 A B C Lodolítico C Conglomerático
Rangos de resistividades
Granulometría Suelo; arcillas, arenas, limos y gravas, o sus combinaciones Arcillas, limos y arenas, o cualquiera de sus combinaciones saturados con agua salada Arcillas, limos y arenas, o cualquiera de sus combinaciones saturados con agua dulce a salobre Areniscas de tamaño medio a grueso y lutitas Intercalación de lodolitas y areniscas Areniscas finas a medias y lodolitas Areniscas finas, conglomerados y lodolitas Lodolitas grises intercaladas con conglomerados, predomina lodolita Lodolitas grises intercaladas con conglomerados, predomina conglomerado
Resistividades (Ω.m)
5 - 90 0.1 - 1 2–5 10 - 20 4-9 5 - 11 10 - 110 2 - 10 10 - 30
4.2.2 Análisis de las curvas de resistividad La Tabla 16, presenta como ejemplo, el análisis para el SEV 46. El cual consiste, en presentar una tabla con la siguiente información: 4.2.2.1 Curva de resistividades y modelo de capas Presenta la curva de resistividades interpretada (línea roja) por el IPI2win (Capítulo 2), a partir de los datos de campo de resistividades aparentes (círculos blancos), y el respectivo modelo resistividades con espesores y profundidades (línea azul). El modelo resultante de la interpretación automática, se presenta al lado izquierdo de la curva de resistividades indicando lo siguiente: el símbolo ρ, representa el valor de la resistividad real; h, el espesor del estrato o capa asociada a el valor de ρ; D, el espesor acumulado de las capas
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consecutivas, y Alt, representa las cotas de las bases de las capas referentes al nivel medio del mar. 4.2.2.2 Correlación litológica Presenta la información anterior, asociando un tipo de roca a un valor o rango de resistividades. 4.2.2.3 Columna litológica interpretada A partir de la correlación litológica, se elabora una columna litológica representativa del SEV con referencia a un nivel de medida cero metros (0 m). NF, indica la profundidad a la cual se encuentra el nivel freático. Este nivel se obtuvo de medidas realizadas en las captaciones inventariadas. La interpretación de los 47 SEV, se presenta en el ANEXO B.
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Tabla 16. Curva de resistividades y modelo de capas
Análisis SEV 46 Columna litológica interpretada 0 m
NF
-20
-40 -60
-80 -100
Correlación litológica
Cota:2 m.s.n.m. LITOLOGÍA
Suelo Arcilla, limo y arenas, o sus combinaciones saturados con agua salada Arcilla, limo y arenas, o sus combinaciones saturados con agua dulce a salobre
ρ (Ω.m) 7 0.8
ESPESOR (m) 3 22
D (m) 3 24
COTA BASE (m) -1 -22
5
147
172
-170
-120
-140 -160 -172
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4.3
PERFILES GEOELÉCTRICOS
Para visualizar las variaciones espaciales y en profundidad de las resistividades del subsuelo, se hicieron correlaciones entre los diferentes SEV mediante cortes o perfiles geoeléctricos, los cuales se presentan a continuación (Figura 41 a Figura 53). La distribución de los perfiles se muestra en la Figura 40.
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Figura 40.
Distribución de perfiles geoeléctricos
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4-11
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SEV 4
SEV 19
0m
22
16
-20
2
2
10
84 3
0.3
-40
6 Ω.m
24
-60 -80
SEV 6
contacto fallado
SEV 3
11
?
?
5
-100
5
-120
?
?
-140
?
?
?
?
-160 -180
? 0
1
2
5
28
16
19
contacto fallado SEV 1
SEV 16
SEV 22
SEV 21
8 km
7
6
Perfil geoeléctrico A-A’
Figura 41.
0m
4
3
13
-20 2
-40
11 Ω.m
19
26
7
2
-60
35
-80
?
-100
?
-120
? ?
?
-140
?
?
-160
?
-180
0
1
2
3
Figura 42.
4
5
6
7
8 km
Perfil geoeléctrico B-B’
_________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-12
C
SEV 25
SEV 24 0 m
SEV 20
SEV 15
9
SEV 8
16
0.4
-20
contacto fallado
Planta de tratamiento
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7 - 23
C´
24
6 - 17
29
-40 -60
10
10
-80 -100
11
21 Ω.m
-120 -140 -160 -180
0
1
2
3
4
Municipio de Turbo
8 km
7
42
28
SEV 9
SEV 13
SEV 14
SEV 45 SEV 47
18
34
20
0.5
-20 -40
6
Perfil geoeléctrico C-C’
Figura 43.
0 m
5
19
?
? 4 Ω.m
-60
11 6
-80
6
-100
? -120 19 -140 4 -160
?
-180
0
1
2
3
Figura 44.
? 4
5
? 6
? 7
8 km
Perfil geoeléctrico D-D’
_________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-13
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SEV 133 de Ingeominas
SEV 26
Casanova 0 m
13
-20
2
SEV 10
SEV 11
23
17
38
?
14 3
13
-40
4 -60
10
-80
? 7 Ω.m
-100
4
-120 -140
?
?
?
-160
?
?
?
-180
0
1
2
3
4
6
8 km
7
Perfil geoeléctrico E-E’
Figura 45.
SEV 41
SEV 46 0 m
5
7 0.8
SEV 44
SEV 39
SEV 12
20
21
17
28
25
-20 3 Ω.m
-40
10
-60 7
-80
12
-100
5
-120
49
-140
26
-160 -180
?
?
?
?
? ?
0
1
2
3
Figura 46.
4
5
6
7
8 km
Perfil geoeléctrico F-F’
_________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-14
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SEV 18
SEV 43 SEV 42 0 m
8 0.2
SEV 29
23
23 0.8
30
El Tres
32 26
-20 -40
11
3
-60
15 Ω.m
3
-80 -100
?
-120
?
-140
?
?
?
?
-160 -180
0
1
2
-20
?
-40
SEV 17
SEV 34
20
25
5
8 km
7
6
SEV 33
SEV 32
SEV 27
5
Perfil geoeléctrico G-G’
Figura 47.
0 m
4
3
0.3
13
?
4 - 22
5 - 20
7
2
?
-60
?
-80
?
-100
106
134 Ω.m
?
-120
? ?
-140
?
82
-160 -180
? 0
1
2
3
Figura 48.
4
5
6
7
8 km
Perfil geoeléctrico H-H’
_________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-15
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0 m
30
-20
0.8
SEV 37
SEV 36
SEV 28 SEV 31
SEV 30
20
20
20
24 0.4
2
13
15
2
8
2
-40 20 -60
?
?
12
12 Ω.m
-80
?
-100
? ?
2
-120
?
-140
?
?
?
-160 -180
0
1
2
3
Figura 49.
4
5
6
7
8
9 km
Perfil geoeléctrico I-I’
_________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-16
0 m
SEV 8
SEV 1
SEV 9
SEV 39
SEV 10
18
10
20
23
24
-20
Rio Guadualito
SEV 6
contacto fallado
Rio Turbo
GEOLOGÍA, GEOFÍSICA, HIDROGEOQUÍMICA E ISÓTOPOS, COMO HERRAMIENTAS PARA DEFINIR UN MODELO CONCEPTUAL HIDROGEOLÓGICO, CASO DE APLICACIÓN: ACUÍFERO COSTERO MUNICIPIO DE TURBO _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
SEV 18
SEV 17
SEV 37 0 m
32 26
14
7 - 20
13 - 19
-20
8 - 20
-40
-40 4
-60 6
-80
12 Ω.m
-60 11
11
12
-80
?
-100
-100
11
-120
7
?
?
?
-120
?
?
-160
?
?
-140
?
-140 -160
?
4
?
?
?
-180
-180
?
0
1
2
3
4
5
6
Figura 50.
7
8
9
10
12
11
13
14 km
Perfil geoeléctrico 1-1’
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-17
0 m
SEV 8 Ingeominas
SEV 16
84
SEV 20
SEV 13
SEV 11
16
34
38
SEV 44 SEV 12 28
3
16
28
10 5
7
-100
?
?
?
?
26
?
?
-80
15
7
26
38
?
1
2
3
-120 -140
82
?
?
-160
?
?
-180
?
? 0
-40
5 - 20
-60
6 Ω.m
-140
-180
2 - 20
10
-100
-160
0 m
8
11 - 27
-80
-120
SEV 36
19
13
-40 -60
SEV 34
-20
11 - 28
24
SEV 43 30
17
9 - 25
-20
SEV 35
Rio Guadualito
SEV 2
SEV 3
Rio Turbo
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4
5
6
Figura 51.
7
8
9
10
11
12
13
14
15 km
Perfil geoeléctrico 2-2’
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-18
SEV 22
16
SEV 25
SEV 14
23
20
16
SEV 41
17
SEV 29
SEV 32
23
20
25
0.8
2
-20
SEV 133 de ingeominas
3
-40
24
0 m
18
-20 2
3
-40
2
4 -60
SEV 132 de ingeominas SEV 31
0.4
7 2
Rio Guadualito
SEV 19 0 m
Rio Turbo
GEOLOGÍA, GEOFÍSICA, HIDROGEOQUÍMICA E ISÓTOPOS, COMO HERRAMIENTAS PARA DEFINIR UN MODELO CONCEPTUAL HIDROGEOLÓGICO, CASO DE APLICACIÓN: ACUÍFERO COSTERO MUNICIPIO DE TURBO _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
-60
10 3
-80 -100
140
49
?
-120
10 Ω.m
?
?
-140
-80
17
35 5
-100
134
-120
?
19
-140
?
-160 -180
?
?
? ? 0
?
? 1
2
3
4
5
?
?
?
-160 -180
? 6
Figura 52.
7
8
9
10
11
12
13
14 km
Perfil geoeléctrico 3-3’
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos
4-19
SEV 24
SEV 21
22
-20
SEV 26
SEV 42
7
2
1
0.5
SEV 46
79
99
42
0.4
0.3
-40
SEV 40
SEV 45
9
19
2.1
Turbo
SEV 27
8 0.2
0.8
-40
? ?
11
?
4
-80
?
-60
?
-80
5
?
-100
-20 0.8
19
29
0 m
30
5 0.3
2
-60
SEV 30
Rio Guadualito
SEV 4 0 m
Rio Turbo
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-100
?
-120
?
4 Ω.m
4
?
20
-120
-140
-140
?
-160
-160
?
-180
0
1
2
3
4
5
7
6
Figura 53.
-180
8
9
10
11
12
14
13
15
16
km
Perfil geoeléctrico 4-4’
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4.4 CARACTERÍSTICAS GEOELÉCTRICAS PARÁMETROS DAR-ZARROUK
DE
LAS
FORMACIONES,
Una capa geoeléctrica es descrita por dos parámetros fundamentales: su resistividad ρi y su espesor hi, donde el subíndice (i) indica la posición de la capa en la sección. Otros parámetros geoeléctricos pueden derivarse de la resistividad y espesor, los cuales son la resistencia transversal T, y la conductancia longitudinal S (Khalil, 2006). 4.4.1 Mapas de resistencia transversal Se denomina resistencia transversal de una capa, la resistencia de un volumen de roca en forma de prisma cuadrado, con área de la base s igual a 1 m2 y altura (h) igual al espesor de la capa (Figura 54), en este caso: Ec 10.
T = ρ⋅
l h = ρ⋅ = ρ⋅h s 1 ⋅1
ρ h
1 1 s
Figura 54.
Volumen de roca. Tomada y modificada de Khalil, 2006.
Este parámetro de Dark-Zarrouk (T), puede asociarse con la transmisividad T del acuífero ( T = k ⋅ e ), donde k es la conductividad hidráulica y e, el espesor del acuífero. De esta manera, como parte del análisis que se hace de la información geoeléctrica, los mapas de resistencia transversal unitaria (T) de las capas que por su resistividad se correlacionan con un acuífero, resultan una herramienta muy útil para la selección del área más favorable para explotación del agua subterránea (Sosa et al, 1999), ya que representan las zonas donde hay presencia de estratos de resistividades altas, relacionadas con materiales gruesos y permeables, y a su vez, que poseen buenos espesores. La Figura 55 y la Figura 56, presentan los mapas de resistencia transversal para los paquetes B y C conglomerático respectivamente.
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Figura 55.
Mapa de resistencia transversal T paquete B Corpa
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Figura 56.
Mapa de resistencia transversal T paquete C conglomerático Corpa
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