HIDROGEOLOGÍA EN MEDIOS FRACTURADOS

Transcripción

1 HIDROGEOLOGIA APLICADA HIDROGEOLOGÍA EN MEDIOS FRACTURADOS Jesús Sánchez Vizcaíno

2 HIDROGEOLOGÍA La hidrogeología es una rama de las ciencias geológicas que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su origen, su movimiento, su distribución debajo de la superficie de la Tierra y su conservación. La mayor parte del agua subterránea se debe a la infiltración de agua de lluvia, aunque también es debida a otros fenómenos como el magmatismo y el volcanismo y las que resultan al quedar atrapadas en los intersticios de rocas sedimentarias en el momento en que se depositan éstas, pero su cantidad es despreciable en relación con las que provienen de la infiltración.

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4 DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL SUBSUELO Zona de aireación: Donde se encuentran tres tipos de aguas: Agua higroscópica(pasa a formar películas), capilar(en intersticios de suelo) y libre(gravedad) Zona de saturación: Agua subterránea propiamente dicha. En esta región el movimiento del agua es más lento debido a que todos los poros e intersticios se encuentran ocupados por ella. El agua que se encuentra en esta zona se llama agua freática y bajo esta zona hay una capa impermeable que evita que el agua siga descendiendo. El movimiento del agua subterránea ocurre por filtración y está controlado por tres fuerzas principales, la de gravedad, la de atracción molecular y la de diferencias de densidad

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6 FACTORES QUE CONDICIONAN LA PRESENCIA Y EL MOVIMIENTO DEL AGUA SUBTERRÁNEA Precipitación: Debido a que la mayor parte del agua proviene de infiltración de la lluvia. En las zonas secas el agua subterránea no proviene de la infiltración directa, procede de regiones lejanas o cercanas, en donde la lluvia se infiltra y llega lentamente hasta ellas. La precipitación muy importante en función de su cantidad y duración. Forma del terreno: El relieve da lugar a la formación de las cuencas hidrográficas. Por lo que se refiere a la hidrogeología, la forma del terreno es importante, porque el agua tendrá mayor o menor oportunidad de infiltrarse y, además, porque el agua infiltrada va a seguir una trayectoria determinada por dicho factor. Las partes altas constituyen zonas potenciales de recarga y las bajas de descarga del flujo de agua subterránea. Las corrientes fluviales pueden influir en el aumento de agua del subsuelo, especialmente en la época de lluvia. Las zonas de descarga, además de manantiales, pueden estar representadas por cuerpos de agua, humedales, suelos salinos, entre otros. Geología: La velocidad de movimiento depende de la estructura y composición litológica de las formaciones. Las diferentes formaciones poseen ciertas propiedades que son definitivas para poder constituir buenos acuíferos. Estas propiedades son la porosidad y la permeabilidad (o más estrictamente la conductividad hidráulica). La porosidad es la particularidad que tiene un material geológico de contener intersticios y su valor se da en porcentaje, que indica el volumen del material ocupado por estos. La permeabilidad es la facilidad que tiene un material geológico para dejar pasar cualquier fluido, en este paso el agua, a través de los intersticios. Cuando el fluido es agua, se considera más adecuado emplear conductividad hidráulica, concepto que incorpora la densidad y viscosidad del agua. Además es necesario que sus poros o fracturas estén intercomunicados. Vegetación: Es un factor que en partes topográficamente altas influye en la infiltración y, por lo tanto, contribuye a la recarga del agua subterránea. Las raíces de las plantas y los animales propios del suelo lo horadan haciéndolo más poroso y dándole asíoportunidad al agua para pasar a través de él.

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8 FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS Existen tres sistemas principales de flujo de agua subterránea que se establecen de acuerdo con la topografía y el marco geológico presente: local, intermedio y regional. Una topografía abrupta producirá varios sistemas locales, en cada topografía el agua entra y sale en el mismo valle. En algunos casos parte del agua de recarga podrá descargar en otro valle localizado a un nivel topográfico menor, esto definirá un sistema intermedio. Los sistemas regionales se desarrollan a mayor profundidad y van de las partes más altas a las zonas de descarga más bajas de la cuenca. Todos estos flujos, en un ambiente natural, mantienen un recorrido separado, al igual que las corrientes marinas o las aguas de dos ríos antes de confluir para formar otra. Las zonas de recarga y descarga están estrictamente controladas por un flujo vertical con una componente de movimiento hacia abajo y hacia arriba, respectivamente. El despreciar estas componentes de flujo vertical del agua subterránea ha generado impactos ambientales serios y algunas veces irreversibles.

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10 FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS ZONAS DE DESCARGA Y RECARGA

11 PROSPECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA La prospección o búsqueda de sitios idóneos donde extraer el agua subterránea se hace por medio del estudio de las estructuras geológicas, de la vegetación, de los suelos, de la calidad del agua, de la posición de manantiales y de la topografía, y también a través de la perforación de pozos de prueba. Cuando en una zona se han agotado las posibilidades en cuanto a la mejor localización de un acuífero, se recurre a métodos geofísicos, métodos indirectos complementarios entre sí: Eléctrico. Se emplea desde la superficie en forma de sondeos de resistividades. Con solo introducir adecuadamente una corriente eléctrica al suelo, se pueden determinar los lugares de mayor probabilidad para alumbrar agua y la profundidad de las capas que por su resistividad sean aparentemente mejores como unidad acuífera. Gravimétrico. Se basa en la medida, desde la superficie, de las variaciones o anomalías de la gravedad, reflejo del material que se encuentra a profundidad. Por medio de mediciones gravimétricasse calcula la densidad de las rocas, que variaráde más densa a menos densa. Sísmico. Identifica, igual que el anterior, estructuras, anticlinales, sinclinales, etc., pero con mucha mayor precisión y además determina profundidades de las rocas, tipo de roca, etc. Consiste en producir, bajo la superficie, un foco de energía sísmica por explosión de una carga de dinamita. Las interpretaciones se basan en la onda longitudinal que es la más rápida y se refleja contra unas capas y se refracta al encuentro de otras. Las velocidades sísmicas identifican las rocas con las que chocan las ondas.

12 ACUÍFEROS Los acuíferos consisten en sistemas de rocas o formaciones geológicas, con espacios huecos, ya sean poros, grietas o fracturas, llenos de agua, y donde dentro de cada uno de ellos existe continuidad física del agua contenida en la zona de saturación. Dos sistemas acuíferos son individualmente diferentes cuando para pasar del agua de uno al agua de otro necesariamente tenemos que atravesar una zona seca. El conocimiento de cada acuífero requiere el conocimiento de su recarga, el conocimiento de su constitución interior y conocer los procesos que suceden con el agua que hay en el interior del acuífero realizando dos clases de tareas: la medición de niveles, y la toma de muestras para análisis físicos, químicos y biológicos. También hay que conocer el proceso por el cual el acuífero se descarga, bien de forma natural en manantiales y ríos, bien de forma artificial mediante labores de captación.

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14 ACUÍFEROS EN FORMACIONES ROCOSAS Acuíferos fisurados o fracturados, que son los que se forman en formaciones rocosas consolidadas cuya permeabilidad es debida al desarrollo de un sistema de fisuras o fracturas. Acuíferos kársticos, que son aquellos que se forman en macizos rocosos que presentan un sistema kárstico (y en especial endokárstico) bien desarrollado.

15 ACUIFEROS EN MEDIOS FRACTURADOS Dentro de las formaciones geológicas susceptibles de formar acuíferos fisurados o fracturados se encuentran aquellas formaciones de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias consolidadas. La característica común de todas estas formaciones es que, debido a su rigidez, presentan un comportamiento mecánico frágil que se traduce en el desarrollo de sistemas de fracturas cuando son sometidas a un campo de esfuerzos determinado. Estos sistemas de fracturación pueden llegar a dar como resultado formaciones con una permeabilidad suficiente como para que ser consideradas formaciones acuíferas. Las fallas, en régimen de aguas subterráneas, tienen efectos tales como truncamiento, desplazamiento, repetición u omisión de capas. Debido a esto, la distribución y ocurrencia de los acuíferos puede ser afectada por fallas ya que un acuífero puede ser desplazado, truncado u omitido localmente, dando lugar a (ex)filtración y también a formación de manantiales alineados a lo largo de la falla. Pueden ocurrir escarpes, donde los depósitos de materiales pueden servir como buenos acuíferos, incluso a veces también pueden dar lugar a cascadas de aguas subterráneas. También un acuífero se puede repetir en una perforación a causa de fallas, donde puede ser más tarde expuesto para volver a convertirse en zona de recarga Una característica común (y de gran importancia) de los acuíferos en rocas fracturadas, consiste en la existencia de un manto de alteración superficial (regolito), debido a los procesos de meteorización (física y, fundamentalmente, química) que afectan a las formaciones rocosas. La meteorización depende no sólo de las características litológicas, sino también de las condiciones climáticas (actuales y pasadas) y de la topografía.

16 ACUIFEROS EN MEDIOS FRACTURADOS

17 CARACTERÍSTICAS DE LAS FRACTURAS COMO NIVELES ACUÍFEROS Actúan como acuíferos confinados. La mayoría son sub-verticales. Alta transmisividad. Valores de Coeficiente de almacenamiento bajo. No hay flujo radial. No cumple Darcy. Comportamiento semejante a un conglomerado. Recarga por zonas donde aflora la fractura, por fracturas tributarias o a través de materiales saturados. Actúan canalizando toda la infiltración, almacenándola y transmitiéndola por todo el macizo rocoso.

18 METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN El comportamiento anisótropo de los macizos rocosos metamórficos concentra el agua en las zonas de fractura por lo que el objetivo de cualquier prospección hidrogeológica en este tipo de terrenos debe centrarse en la localización, caracterización y determinación de la posición espacial de las fracturas existentes en la zona a investigar según la siguiente metodología : 1.- Localización de las fracturas. 2.- Caracterización de las fracturas por su importancia hidrogeológica. 3.- Determinación de zonas de interés potencial. 4.- Reconocimiento geológico e hidrogeológico de campo. 5.- Prospección geofísica.

19 LOCALIZACIÓN DE FRACTURAS Identificación de las principales fracturas y lineaciones presentes en el área y determinación de grandes estructuras geológicas. Relación red fracturación con red de drenaje y geomorfología. Primera aproximación a la geología de la zona: litologías, secuencia estratigráfica, estructura general, estructuras menores, etc.

20 CARACTERIZACIÓN DE LAS FRACTURAS POR SU IMPORTANCIA HIDROGEOLÓGICA La importancia de una fractura como nivel acuífero está relacionada con el volumen y tipo de milonita (roca cataclástica semejante a un conglomerado de matriz arcillosa sobre los que se desarrolla la falla) o relleno que tenga. El volumen y tipo de milonitaes función de la importancia del accidente tectónico, longitud, salto, desplazamiento, materiales enfrentados y grado de meteorización/alteración. Criterios de importancia hidrogeológica de las fracturas: Longitud, desplazamiento, salto y anchura. Rigidez o competencia de los materiales enfrentados. Presencia, número e importancia de fracturas tributarias conectadas con la principal. Accesibilidad de los equipos de prospección y perforación.

21 DETERMINACIÓN DE ZONAS DE INTERÉS POTENCIAL O ESPECIALMENTE FAVORABLES. Estas zonas deben reunir las siguientes características: Deben estar situadas sobre una fractura de entidad o en el cruce de al menos dos fracturas y donde la principal debe generar una zona milonítica importante. Las fracturas deben enfrentar materiales competentes para que la banda miloníticatenga el máximo desarrollo y el relleno menos arcilloso y cementado posible. Accesibilidad a equipos de prospección y perforación. Proximidad a las zonas a las que están destinados los caudales a alumbrar o a otras instalaciones.

22 RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO E HIDROGEOLÓGICO DE CAMPO. 1.- GEOLÓGICO. Chequeo de la fotogeología realizada. Comprobación de la existencia de las fracturas. Obtención de otros datos estructurales. 2.- HIDROGEOLÓGICO. Inventario de puntos de agua. Relación de los anteriores con la fracturación. Toma de muestras para caracterización hidrogeoquímica. Comprobación de accesos.

23 PROSPECCIÓN GEOFÍSICA Su objetivo es: Comprobar su existencia. Situarlas espacialmente con mayor nivel de detalle. Determinar alguna de sus características. La determinación es sencilla cuando la fractura presenta Mineralización. Gran anchura. Enfrenta materiales o litologías diferentes En estos casos se recomienda el empleo de dos métodos geofísicos cruzados: gravimetría, sísmica, magnetometría, resistividad, etc.

24 PROSPECCIÓN GEOFÍSICA Cuando no se cumplen las condiciones anteriores recomendamos emplear la siguiente metodología de investigación: V.L.F. (Verylowfrequency): Método basado en prospección electromagnética: Permite cubrir grandes superficies. Rápido y barato. Perfiles transversales a la fractura principal. Perfiles transversales a las otras fracturas. La penetración es escasa cuando la fractura no aflora y está recubierta por más de 5 metros de material arcilloso.

25 CONCLUSIONES La Metodología de Investigación propuesta permite: Cubrir grandes áreas de forma rápida y efectiva determinando zonas de especial interés potencial. Empleo de equipos poco costosos, de fácil ejecución e interpretación. Eliminar en gran medida las incertidumbres tradicionales en cuanto al resultado de la investigación. La metodología propuesta no detecta la presencia de agua sino que únicamente confirman la existencia de discontinuidades dentro del macizo rocoso impermeable por las que pudiera circular agua.