Estudios Sev y Tomografia Rio Socabaya
Estudios Sev y Tomografia Rio Socabaya
Estudios Sev y Tomografia Rio Socabaya
AREQUIPA – ENERO
2018
ÍNDICE
Pág.
RESUMEN
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABLAS
LISTA DE LÁMINAS
CAPITULO I
GENERALIDADES ..................................................................................................................................... 8
1.1 INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................... 8
1.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA .......................................................................................................................... 8
1.3 OBJETIVOS........................................................................................................................................... 10
1.3.1 Objetivo general....................................................................................................................... 10
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................................................... 10
1.4 HIPÓTESIS ........................................................................................................................................... 10
1.5 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................................... 10
1.6 VARIABLES ........................................................................................................................................... 10
1.6.1 Variable Dependiente .............................................................................................................. 10
1.6.2 Variable Independiente ........................................................................................................... 10
CAPITULO II
CAPITULO III
CAPITULO IV
CAPITULO V
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1.1 Ubicación del área de estudio. Cauce del rio Sacabaya. .......................................................... 9
Figura 2.1 Columna Estratigráfica Local Urbano .................................................................................... 12
Figura 2.2 Plano Geológico Local de la zona de estudio. ......................................................................... 13
Figura 2.3 Esquema del sondeo eléctrico vertical ..................................................................................... 14
Figura 2.4 Isotropía y Anisotropía: Cuando las magnitudes físicas varían según
la dirección se llama Anisotropía, cuando las magnitudes se mantienen se
llama Isotropía. ...................................................................................................................... 15
Figura 2.5 Flujo eléctrico en un medio natural: Se observa la desorientación de las
curvas equipotenciales y de corriente. ................................................................................ 16
Figura 2.6 Idealización de las condiciones geológicas para la posterior aplicación
de las leyes de la física........................................................................................................ 17
Figura 2. 7 Geometría de la configuración Schlumberger. ....................................................................... 20
Figura 2.8 Tomografía Eléctrica para un arreglo dipolo-dipolo. ............................................................. 26
Figura 2.9 Dispositivo doble dipolo. ......................................................................................................... 27
Figura 2.10 Disposición de Acuíferos. ...................................................................................................... 28
Figura 2.11 Acuíferos según su Textura. ................................................................................................... 29
Figura 2.12 Tipos de Acuíferos. ................................................................................................................. 30
Figura 2.13 Acuífero Libre ........................................................................................................................ 31
Figura 2.14 Acuífero Cautivo o Confinado. .............................................................................................. 32
Figura 2.15 Acuífero Semi-Confinado. ..................................................................................................... 32
Figura 2.16 Acuífero Colgado ................................................................................................................... 33
Figura 4.1 Archivo generado con los datos obtenidos en campo compatible
con Resis2Dinv El control de calidad (QC) se realizó en campo, al
momento de la toma de los datos. .......................................................................................... 41
Figura 4.2 Datos de la resistividad aparente en función de los niveles de estudio
de la línea L1, Arreglo Dipolo –Dipolo ............................................................................... 41
Figura 4.3 QC, eliminación de los puntos de datos de la resistividad malos de
la línea L1_TE, Arreglo Dipolo –Dipolo. ........................................................................... 42
Figura 4.4 QC, eliminación de los puntos de datos de la resistividad malos de
la línea L1_TE, Arreglo Dipolo –Dipolo. ............................................................................ 42
Figura 4.5 Secciones obtenidas a través de la inversión ........................................................................... 43
Figura 5.1 Delimitación de zonas de Tomografía Eléctrica ...................................................................... 53
LISTA DE TABLAS
Pág.
Pág.
7
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1 Introducción
La caracterización geoeléctrica de los horizontes en profundidad, aplicando el método
SEV y tomografía eléctrica en el rio Socabaya fue realizado como parte de lo
programado dentro del curso de Seminario de geofísica hidrogeológica que exige la
carrera de Ingeniería Geofísica en la UNSA -2017.
El Sondaje Eléctrico Vertical intenta distinguir o conocer las formaciones geológicas
que se encuentran en profundidades mediante algún parámetro físico este método es
muy antiguo pero se sigue utilizando debido a su sencillez y la relativa economía del
equipo necesario. Su principal finalidad es averiguar la distribución vertical en
profundidad de las resistividades aparentes bajo el punto sondeado a partir de medidas
de la diferencia de potencial en la superficie.
El método de tomografía eléctrica (TE) en este caso en dos dimensiones (TE_R2D) es
una técnica de investigación de resistividad (res) de áreas con anomalías complejas
(resistivas o conductivas), donde el empleo de otras técnicas no permiten obtener
información de detalle en 2D a profundidades someras y moderadamente profundas.
1.2 Ubicación geográfica
El área de estudio se encuentra ubicada al suroeste de la ciudad de Arequipa, a una
distancia aproximada 12 km del centro de La ciudad. Políticamente está ubicada en la
zona de Lara, distrito de Socabaya, provincia y departamento de Arequipa. Se encuentra
delimitada por las siguientes coordenadas UTM Proyección WGS-1984-Zona 19S:
8
Figura 1.1 Ubicación del área de estudio. Cauce del rio Sacabaya.
9
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general
Determinar e identificar los límites de las interfaces de los diferentes horizontes
en profundidad de cortes geoeléctricos, y correlacionarlos en forma bidimensional
con la geología local.
1.3.2 Objetivos específicos
Determinar las resistividades y espesores de las estructuras presentes en el
subsuelo.
Determinar la presencia de alguna estructura que presente las características de un
acuífero.
Elaborar mapas bidimensionales que nos ayuden a correlacionar mejor las
características hidrogeológicas del subsuelo.
1.4 Hipótesis
Mediante la aplicación del Sondaje Eléctrico Vertical y Tomografía Eléctrica se espera
caracterizar los horizontes en profundidad, presentes en los cortes geoelectricos
obtenidos.
1.5 Justificación
Más allá de caracterizar el subsuelo en parámetros geoeléctricos de la zona de estudio,
lo cual ha sido el objetivo del estudio realizado, el hacer este tipo de trabajos nos permite
como estudiantes, mejorar nuestra capacidad de interpretación de lo que posiblemente
haya por debajo, simplemente a partir de datos que se toman con equipos geofísicos
sobre la superficie de la tierra. Esto será de mayor importancia en un futuro no muy
lejano, cuando ya como ingenieros, tengamos que dar solución a problemas a veces,
mucho más complejos, donde el error que se nos exigirá deberá ser el mínimo, de tal
manera que los resultados obtenidos sean confiables, y puedan ser utilizados para fines
múltiples.
1.6 Variables
1.6.1 Variable Dependiente
Método Geofísico (Sondaje Eléctrico Vertical/ Schlumberger; Tomografía
Eléctrica/ Dipolo-Dipolo)
1.6.2 Variable Independiente
Resistividad del subsuelo.
10
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Geología local
El área comprendida entre la Av. Salaverry y el río Socabaya, en donde se ubican las
Urbanizaciones Lara tradicional, La Campiña, está constituida por las unidades
geológicas flujos de barro, aluviales recientes, eluvial reciente y la zona pantanosa de
origen paludial.
Dentro de la zona de estudio se han identificado las siguientes unidades litológicas
locales, que pasaremos a describir a continuación:
a) Flujo de Barro
Conformado por una masa de fragmentos y bloques angulares de rocas de origen
volcánico (tufos y lavas) y un material cementante limo-arcilloso, con moderadas
cantidades de carbonato de calcio. Al ser poco compactados – son erosionados – dan
lugar a quebradas profundas.
Origen: acumulación de material piroclásticos y clastos de naturaleza volcánica en
lugares de alta pendiente. Se movilizan por Saturación de agua (por lluvias o
deshielos) – pierde velocidad al perder líquido
Este material ha sido considerado por la mayoría de los autores como de edad
cuaternaria pleistocénica.
b) Material Aluvial
Sobre una capa de meteorización yace una arena limosa malgradada de color café
claro de fragmentos andesíticos de forma sub-redondeada y sub-angulosa, con una
ligera plasticidad, embebidos en una matriz arenosa no cementada. El diámetro
máximo de los fragmentos es de 6 cm.
c) Material Paludial 1
A través de una discordancia erosional, sobre la unidad anterior, descansa una
secuencia ínter estratificada de arenas, arenas finas y limos de color gris rosáceo,
beige y beige rosáceo. La estratificación se presenta casi horizontal y las capas de
limo varían entre 5 y 10 cm de espesor.
d) Material Paludial 2
Esta unidad que rellena una antigua depresión del terreno, con una variedad de facies
paludiales que van desde la arena gruesa de origen eólico hasta la ceniza blanca de
origen volcánico, con un buen contenido orgánico. La arena de origen eólico es de
color blanco grisáceo y contiene fragmentos pomáceos, sub-esféricos y sub-
redondeados junto con la presencia de raicillas. La ceniza volcánica aparece
esporádicamente. Estos materiales, en conjunto, están asociados en una zona
pantanosa de vegetación y olor característico.
11
e) Material Eluvial
Bajo esta denominación se describe la superficie reolítica que proviene de la
meteorización de los suelos anteriores, principalmente del material aluvial que
exhibe una edad mayor. La meteorización es fundamentalmente bioclimática,
asociada a una coloración oscura que aparece en el dominio de la superficie del
terreno.
FUENTE:
12
Figura 2.2 Plano Geológico Local de la zona de estudio.
13
2.2 Prospección geofísica
2.2.1 Fundamento del Método de Sondeo Eléctrico Vertical (SEV)
Los métodos eléctricos de corriente continua son los más utilizados en las
investigaciones geotécnicas y de aguas subterráneas: constituyen un apoyo muy
eficiente para el geólogo.
El principio, dicho en palabras sencillas, es que se aplica una corriente entre dos polos
A y B que a su vez generan un potencial, este potencial será captado por dos polos
receptores M y N, (ver Figura 2.3) así medimos los parámetros físicos de este método
como son; la diferencia de potencial y la corriente eléctrica, a ellos se añade una
constante K, que representa la geometría del dispositivo (dependiendo de qué
configuración estemos usando). Finalmente con todo ello procedemos a hallar una
resistividad aparente 𝜌𝑎 (ideal) para después, en gabinete y por medio de la inversión
geofísica, se proceda a calcular la resistividad 𝜌 (real) de las formaciones subyacentes
a la superficie.
(Fuente: http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1850-20672013000200013)
14
Hay tres factores principales que influyen directamente sobre la resistividad de un
terreno:
Ahora bien en el ámbito geológico se puede tener una gran variedad de condiciones;
geomorfológicas, geoestructurales, geoquímicas, geomecánica, etc. Estos medios
subterráneos por lo general presentan anisotropía, esto quiere decir que los estratos
inferiores a los cuales no tenemos acceso tangible presentan variaciones de
propiedades físicas dependiendo de cuál sea la dirección de donde se reciben tales
magnitudes físicas como por ejemplo, temperatura (Tº), velocidad de onda (V),
conductividad (𝞺), etc. Ejemplos de Isotropía y Anisotropía se muestran en la
Figura 2.4.
Figura 2.4 Isotropía y Anisotropía: Cuando las magnitudes físicas varían según la dirección se
llama Anisotropía, cuando las magnitudes se mantienen se llama Isotropía.
15
Isótropo y perfectamente geométrico, vamos a acondicionar un medio ideal para
resolver el problema eléctrico de prospección:
Dónde:
R: Ohm
A: 𝑚2
L: m
Figura 2.5 Flujo eléctrico en un medio natural: Se observa la desorientación de las curvas equipotenciales y
de corriente.
16
Para convertir la resistividad 𝜌 en 𝜌𝑎, tenemos que idealizar las condiciones
geológicas a condiciones teóricas, y apoyarnos en las formulas de la física para
corriente continua. Esta idealización tendrá como punto de partida que el medio es
homogéneo y perfectamente geométrico, tal como se mira en la Figura 2.6.
Figura 2.6 Idealización de las condiciones geológicas para la posterior aplicación de las
leyes de la física.
Como se observa en la figura 2.6 tenemos un medio donde los flujos de corriente
son geométricamente perfectos y describen un orden absoluto. Cabe resaltar que
gracias a esta idealización es que hayamos una resistividad aparente, más NO real,
la posterior transformación a una resistividad real 𝜌 se hará en gabinete utilizando
el método de Ebert y las curvas maestras de Orellana & Mooney (1966).
2.2.1.1 Calculo de la Resistividad Aparente
En el subtítulo anterior idealizamos todas las condiciones para aplicar las
formulas físicas para corriente continua, partiremos entonces de las ecuaciones
de Maxwell para describir los fenómenos electromagnéticos. Recordemos que
la gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones
largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere,
Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de
desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo
concepto: el campo electromagnético.
𝛿𝑩
∇ × 𝐸 = − 𝛿𝑡 Ley de Faraday para la inducción
Donde:
E: Campo Eléctrico.
B: Flujo magnético
17
Luego, por tratarse de un campo estacionario, habría que anularse las derivadas
temporales y tenemos:
∇xE=0
E = - ∇U
Donde:
J: Densidad de corriente
𝜎: Conductividad eléctrica
𝐸: Campo Eléctrico
𝐼
𝐽 = 𝜎𝐸 =
2𝜋𝑟 2
De donde:
𝐼 𝐼𝜌
|𝐸| = =
𝜎2𝜋𝑟 2 2𝜋𝑟 2
O sea que el campo E de un electrodo puntual es inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia r.
Donde:
U: Diferencia de potencial entre dos puntos, tales M y N.
E: Campo eléctrico.
18
Donde el camino de integración es indiferente, pues como hemos visto, el
campo es conservativo. Entonces, si son 𝒓𝟏 y 𝒓𝟐 las distancias respectivas de
los puntos M y N al electrodo A, tendremos.
𝑟1
𝐼𝜌 𝑑𝑟 𝐼𝜌 1 1
𝑈𝑁𝑀 = =∫ 2 = ( − )
2𝜋 𝑟2 𝑟 2𝜋 𝑟1 𝑟2
1 1 1 1 −1 ∆𝑈
𝜌𝑎 = 2𝜋 ( − − + )
𝐴𝑀 𝐵𝑀 𝐴𝑁 𝐵𝑁 𝐼
Ahora como ya conocemos nuestro factor geométrico “K” reemplazamos.
1 1 1 1 −1
𝑆𝑖 𝐾 = 2𝜋 ( − − + )
𝐴𝑀 𝐵𝑀 𝐴𝑁 𝐵𝑁
Entonces:
∆𝑈
𝜌𝑎 = 𝐾 Será la fórmula de resistividad aparente a usarse en campo.
𝐼
Donde:
K: Coeficiente geométrico.
𝐼: Intensidad de corriente.
19
2.2.1.3 Configuración schlumberger
El Sondeo Eléctrico Vertical permite conocer la distribución de las diferentes
capas geoeléctricas, es decir, permite determinar la resistividad del subsuelo y
la profundidad, haciendo mediciones a lo largo de una línea establecida en
incrementos de distancia entre 2 electrodos de emisión de corriente “A” y “B”,
para luego medir la diferencia de potencial producido por el campo eléctrico
formado; esta medición es hecha por otro par de electrodos llamados electrodos
de recepción o de potencial, llamados “M” y “N”.
(Fuente: http://www.wcu.edu/learn/departments-schools-colleges/cas/casdepts/gnr/gnr-
resources/gnr-field-resources/ccefs/geophysics/resistivity)
20
Donde:
Pa: Resistividad Aparente (ohmio-metro)
21
y/o fracturación. Las rocas más antiguas, son por lo general menos porosas, ya
que se encuentran a una mayor profundidad; lo que ocasiona que por presión
los espacios porosos sean cerrados. Sin embargo, pueden darse excepciones
por factores como la presencia de fallas en las rocas que normalmente no son
porosas o altas concentraciones de minerales 46 conductores, lo que en ambos
casos podría dar un incremento en la conductividad eléctrica.
Tabla 2.1 Relación de resistividades eléctricas de acuerdo con la litología y edad geológica.
(Keller y Frischknecht, 1966).
22
B) Semiconductores (Bornita, magnetita, pirrotita, etc.)
No existe la misma facilidad para el movimiento de los electrones, siendo
necesaria la presencia de campos eléctricos fuertes para producir la
conducción. La conductividad de los semi-conductores aumenta con la
temperatura (intrínseca) y con las impurezas.
23
y 1014 ohm-m, las arenas están compuestas de cuarzo y su rango de
resistividad puede variar de 5 a 103 ohm-m, dependiendo de la resistividad
del agua que llena sus poros. Algo parecido sucede con la calcita, la cual
tiene un valor de resistividad del orden de magnitud entre 6 y 9 veces mayor
que la roca caliza. Las rocas ígneas y metamórficas típicamente tienen
valores grandes de resistividad. La resistividad de estas rocas es altamente
dependiente del grado y el porcentaje de fracturas rellenas con agua
subterránea. De esta manera una roca de este tipo puede tener un rango de
resistividad, de aproximadamente 1000 hasta 10 millones de ohm-m,
dependiendo sí está húmeda o seca.
24
Tabla 2.2 Valores de resistividad de rocas ígneas, metamórficas, sedimentarias, químicos,
minerales y agua.
25
2.2.2 Fundamento de tomografía eléctrica
La Tomografía eléctrica (Electrical Resistivity Tomography; ERT) es un método de
resistividad multielectródico que se basa en obtener modelos 2D y 3D de la resistividad
del terreno. Esta técnica de exploración tiene un amplio abanico de aplicaciones: en
geología, en geotecnia, en hidrogeología o medioambiente.
El procedimiento para obtener los modelos de resistividad del terreno consiste en
inyectar una cantidad conocida de corriente al subsuelo y medir la diferencia de
potencial entre dos puntos. El proceso se repite en todo el área de inspección y, una
vez obtenidas estas medidas se dispone de una distribución de resistividades
experimentales a lo largo del subsuelo. Dado que el subsuelo es heterogéneo, este
conjunto de resistividades no corresponde a la distribución real sino que representa
una amalgama de ellas; el cálculo para obtener el modelo de resistividades reales del
subsuelo se realiza a través de técnicas de inversión utilizando un sistema iterativo.
La técnica de la tomografía eléctrica emplea los valores de resistividad aparente
medidos con los dispositivos geoeléctricos sobre la superficie del terreno, para generar
imágenes del subsuelo donde se representan los valores de la resistividad verdadera de
las diferentes zonas del subsuelo. La relación entre la resistividad aparente y la
resistividad verdadera, es una relación compleja. Para determinar la resistividad
verdadera del subsuelo a partir de los valores de la resistividad aparente, se aplica la
técnica de la “inversión”.
El procedimiento de generación de una tomografía eléctrica mediante inversión, parte
de los datos de resistividad aparente medidos, representados en forma de pseudoperfil.
A continuación se genera un modelo hipotético de resistividades verdaderas del
subsuelo, y resolviendo lo que se define como “cálculo del problema directo”, se llega
al modelo de resistividades aparentes que se derivaría del mismo. Estas resistividades
aparentes se comparan con las realmente medidas, y se calcula el error cometido. A
través de este error se modifica el modelo hipotético real de resistividades verdaderas,
y se repite el proceso anterior. De este modo, tras una serie de iteraciones, se consigue
un modelo de resistividades verdaderas del subsuelo que da explicación a las
resistividades aparentes medidas (Arlandi Rodríguez Manuel).
26
2.2.2.1 Arreglo dipolo – dipolo
Este dispositivo fue creado por Al’pin (1966) y la distribución espacial en
perfiles o secciones nació en un grupo dentro de las instalaciones del
Massachussets Institute of Technology (MIT), bajo la coordinación de Ted
Madden con datos adquiridos en la Zona Minera del Sur de Mindamar en Cape
Breton Island, Nueva Escocia (Seigel et al., 2007). En este dispositivo se puede
observar que la corriente se dirige entre los electrodos A y B y que la diferencia
de potencial se toma en algún punto entre ellos con M y N, con lo que se
asegura la transmisión de la corriente eléctrica del volumen de tierra a observar
y eso implica que la señal/ruido sea buena. Además, la distribución de los
puntos de atribución hace que este arreglo tenga una buena resolución
horizontal, aunque la profundidad de investigación se limita a la distancia entre
los electrodos de corriente. En este dispositivo doble-dipolo los electrodos se
disponen sobre una línea en el orden ABMN formando así un doble dipolo
(figura 2.9 . En América del Norte este dispositivo se denomina a veces
dispositivo dipolo-dipolo.
𝐾 = 𝜋(𝑛 + 1)(𝑛 + 2)
27
“a” y el dipolo receptor tiene la misma longitud en el tendido. Variando “n”
(espacio entre dipolos) y moviendo el arreglo lateralmente a lo largo del suelo,
se puede construir una sección transversal.
2.3 Acuíferos
La definición de acuífero es compleja y detallada, pero dicho en palabras sencillas los
acuíferos son “formaciones geológicas subterráneas permeables susceptibles de
almacenar y transmitir agua” (Obando, 2010, p.03).
Es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el
almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Dentro de estas
formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de rio,
limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa,
algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El
nivel superior del agua subterránea se denomina tabla de agua, y en el caso de un
acuífero libre, corresponde al nivel freático. (Fuente: Steve Soto, 2013)
(Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea).
28
Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde
el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta
zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación es el nivel freático y varía
según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no
se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en
épocas húmedas.
Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático
y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas
impermeables, que puede tener forma de U o no, tenemos un acuífero cautivo o
confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la
atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un
surtidor, tipo pozo artesiano.
29
2.3.1.2 Según su Comportamiento Hidrodinámico
Por último, desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua,
podemos denominar, en sentido estricto:
A) Acuíferos
Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y
velocidad) (p. ej.- arenas porosas y calizas fisuradas).
B) Acuitardos
Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea
(cantidad pero lentos) (p.ej.- limos, y cenizas)
C) Acuícludos
Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las
arcillas).
D) Acuífugos
Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o
cuarcitas no fisuradas).
(Fuente: https://sites.google.com/site/yogurdefabada/my-reading-
list/transformaciones-geolgicas-debido-a-la-energa-externa-de-la-
tierra/35-accin-geolgicas-de-las-agua-subterrneas-los-acuferosc).
30
Figura 2.13 Acuífero Libre
(Fuente: https://acuaclub.wikispaces.com)
31
Figura 2.14 Acuífero Cautivo o Confinado.
(Fuente: https://acuaclub.wikispaces.com)
C) Acuífero Semi-confinado
Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo
cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero
mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de este
estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir (Ver Figura 2.15).
(Fuente: https://acuaclub.wikispaces.com)
D) Acuíferos Colgados
Son acuíferos que se sitúan por encima del acuífero principal debido a la
presencia de capas impermeable en posición superior respecto al nivel
32
freático principal, por ello los acuíferos colgados poseen un nivel freático
propio y suelen dar lugar a manantiales. Este tipo de acuíferos deberán
corresponder, en sentido estricto, a alguno de los tres tipos de acuíferos
citados anteriormente. Sin embargo, debido a sus pequeñas dimensiones
es habitual clasificarlos por separado. Se caracterizan porque se producen
ocasionalmente cuando, por efecto de una fuerte recarga, asciende el nivel
freático quedando retenida una porción de agua por un nivel inferior
impermeable. (Ver Figura 2.16)
(Fuente: http://trabajos-ing-agronomica.blogspot.pe).
2.3.2 Recarga
El agua del suelo se renueva en general por procesos activos de recarga desde la
superficie. La renovación se produce lentamente cuando la comparamos con la de los
depósitos superficiales, como los lagos, y los cursos de agua. El tiempo de residencia
(el periodo necesario para renovar por completo un depósito a su tasa de renovación
normal) es muy largo. En algunos casos la renovación esta interrumpida por la
impermeabilidad de las formaciones geológicas superiores (acuitardos), o por
circunstancias climáticas sobrevenidas de aridez.
En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de agua subterránea,
formados en épocas geológicas pasadas, y que, a causa de variaciones climáticas ya no
tienen actualmente recarga.
El agua de las precipitaciones (lluvia, nieve,…) puede tener destinos finales una vez
alcanza el suelo. Se reparte en tres fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se
desliza por la superficie del terreno, primero como arroyada difusa y luego como agua
encauzada, formando arroyos y ríos. Otra parte del agua se evapora desde las capas
superficiales del suelo o pasa a la atmosfera con la transpiración de los organismos,
especialmente las plantas; nos referimos a esta parte como evapotranspiración. Por
último, otra parte se infiltra en el terreno y pasa a ser agua subterránea. La proporción
de infiltración respecto al total de las precipitaciones depende de varios factores:
33
La litología (la naturaleza del material geológico que aflora en la superficie) influye a
través de su permeabilidad, la cual depende de la porosidad, del diaclasamiento
(agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Por ejemplo, los minerales arcillosos
se hidratan fácilmente, hinchándose siempre en algún grado, lo que da lugar a una
reducción de la porosidad que termina por hacer al sustrato impermeable.
Otro factor desfavorable para la infiltración es una pendiente marcada.
La presencia de vegetación densa influye de forma compleja, porque reduce el agua
que llega al suelo (interceptación), pero extiende en el tiempo el efecto de las
precipitaciones, desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje, reduciendo así
la fracción de escorrentía y aumentando la de infiltración. Otro efecto favorable de la
vegetación tiene que ver con las raíces, especialmente las raíces densas y superficies
de muchas plantas herbáceas, y con la formación de suelo, generalmente más
permeable que la mayoría de las reocas frescas.
34
escorrentía superficial. Este tránsito favorece el mantenimiento de las plantas
denominadas “freatófilas“.
El agua subterránea mana (brota) de forma natural en distintas clases de surgencias en
las laderas (manantiales) y a veces en fondos del relieve, siempre allí donde el nivel
freático intercepta la superficie. Cuando no hay sugerencias naturales, al agua
subterránea se puede acceder a través de pozos, perforaciones que llegan hasta el
acuífero y se llenan parcialmente con el agua subterránea, siempre por debajo del nivel
freático, en el que provoca además una depresión local. El agua se puede extraer por
medio de bombas. El agua también se desplaza a través del suelo, normalmente
siguiendo una dirección paralela a la del drenaje superficial, y esto resulta en una
descarga subterránea al mar que no observada en la superficie, pero que puede tener
importancia en el mantenimiento de los ecosistemas marinos.
35
CAPITULO III
TRABAJO DE CAMPO
Para el presente estudio se aplicó los métodos resistivos de Sondaje Eléctrico Vertical y
tomografía eléctrica en la zona. Se tomaron 8 puntos donde se realizaron los SEV
distribuidos uniformemente, separados espacialmente a una distancia aproximada entre
punto y punto de 300 m. La tomografía eléctrica se realizó en dirección NE-SW.
Un Ingeniero Geofísico.
Estudiantes de la Escuela Profesional de Ingeniería Geofísica, quienes se
organizaron en grupos para realizar la toma de datos y movimiento de electrodos
de corriente y potencial.
EQUIPO/ACCESORIO DESCRIPCIÓN
Libreta de Campo
36
3.3 Metodología empleada
3.3.1 Metodología para sondaje eléctrico vertical
Los datos de SEV fueron tomados los días 1 y 2 de diciembre del año 2017.
Durante el primer día se obtuvieron datos de 4 SEV y a la mañana siguiente los
restantes.
El tipo de arreglo usado fue el de schlumberger. La longitud del tendido fue de
300 m en ambos lados de la ubicación del punto de estudio del SEV. Este tipo de
arreglo y espaciamiento entre electrodos de corriente y potencial garantiza una
profundidad de investigación de 150 m. Se comenzó con AB/2 igual a 5 m y MN
de 3 m y se terminó con AB/2 igual a 300 y un MN de 300.
a) Preparación de la Línea del SEV Schlumberger
El espaciamiento entre electrodos A, B y M, N se muestra en la Tabla 3.2, con
la constante K ya calculada.
Tabla 3.2 Espaciamiento entre electrodos con su respectiva constante K – Schlumberger.
AB/2 MN K
1.5 17.6715
5 1.5 51.1819
7.5 1.5 116.6319
10 1.5 208.2619
10 5 58.905
15 5 137.445
20 5 247.401
25 5 388.773
30 5 561.561
30 15 176.715
40 15 323.323
50 15 511.819
75 15 1166.319
100 15 2082.619
100 50 589.05
150 50 1374.45
200 50 2474.01
250 50 3887.70
300 50 5615.60
37
b) Adquisición de Datos
Para la recopilación de información de resistividades del Punto del que se va a
investigar, primeramente con la ayuda de los multímetros se procedió a obtener
los siguientes datos:
1. El potencial natural del suelo SP (mili voltios).
2. La Intensidad de Corriente (mili amperios) inducida al subsuelo
3. Potencial Inducido (PI) entre M y N, generado por la inducción de
corriente (mili voltios).
4. La diferencia de potencial que estará dada por la diferencia del
potencial inducido (PI) y el potencial natural (SP)
Estos valores nos servirán para hallar la resistividad aparente del suelo.
Para registrar los datos mencionados se hizo uso de la hoja de cálculo mostrada
en la tabla 3.3.
38
Tabla 3.3 Formato de Adquisición de Datos
39
CAPITULO IV
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS
4.1 Sondajes eléctricos verticales
4.1.1 Procesamiento manual
Cada SEV fue ploteado en hojas bilogarítmicas con el siguiente procedimiento.
A. Curva de resistividad aparente
Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada SEV se representan
por medio de una curva, en función de las distancias entre electrodos. Estas
distancias están condicionadas a la geometría del dispositivo
Las resistividades aparentes se grafican en las ordenadas, y en las abscisas
las distancias AB/2, con ambos ejes en escala logarítmica. Como se uso el
arreglo de schlumberger realizamos un empalme, unimos los saltos con
respecto a una curva que consideremos que tenga buenos datos.
B. Cortes geoeléctricos
Hacemos uso de los ábacos, para determinar la resistividad y el espesor de
cada horizonte o capa, donde hacemos coincidir la primera curva con una
curva del ábaco principal, marcado una cruz donde se posiciona el origen
del ábaco.
A continuación con esta cruz, los datos de este intercepto el valor de X es
espesor y el valor de Y es la resistividad. Y de manera similar calculamos
los demás espesores y resistividades aparentes usando ábacos auxiliares
determinando las asíntotas ubicadas en las ordenadas y los valores de la
intersecciones para t en el eje de las absisas en caso haya más de 2 capas.
C. Perfiles geoeléctricos
Una vez teniendo agrupados los SEV empezamos a dibujar nuestros
perfiles geoeléctricos. Primeramente, debemos hacernos una tabla de cada
SEV indicando nuestros horizontes y que a la vez en cada horizonte indicar
el espesor del estrato y la resistividad encontrada para ese estrato. Una vez
hecho esto para todos los SEV procedemos a dibujar.
4.1.2 Procesamiento en software
Para correlacionar los resultados obtenidos en las hojas bilogaritmicas, con el
programa Ipi2win se hizo una comparación para correlacionar los resultados.
4.2 Tomografía eléctrica
El procesamiento de los datos se realizó con el software Res2DInv.Para trabajar con
este software, el primer paso fue generar un archivo en el cual se unieron todos los datos
obtenidos en campo del arreglo Dipolo –Dipolo, se obtuvieron 95 datos. Este archivo
tiene que estar en un formato compatible con el software, el formato recomendado es
delimitado por tabulaciones cuya extensión se encuentra en Excel.
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Figura 4.1 Archivo generado con los datos obtenidos en campo compatible con Resis2Dinv El
control de calidad (QC) se realizó en campo, al momento de la toma de los datos.
Figura 4.2 Datos de la resistividad aparente en función de los niveles de estudio de la línea
L1, Arreglo Dipolo –Dipolo
41
Teniendo los datos de la resistividad aparente en función de los niveles de estudio
se procede a realizar el QC, proceso en el cual se exterminan los puntos de datos
de la resistividad aparente malos, estos puntos se distinguen por presentar valores
muy diferenciados al de los puntos adyacentes.
Estos puntos se pueden observar en la figura 4.3 (círculos resaltados en color rojo,
de la línea L1).
Una vez realizado el QC, de los 95 datos obtenidos en campo nos quedan 86.
Figura 4.3 QC, eliminación de los puntos de datos de la resistividad malos de la línea L1_TE,
Arreglo Dipolo –Dipolo.
Figura 4.4 QC, eliminación de los puntos de datos de la resistividad malos de la línea L1_TE,
Arreglo Dipolo –Dipolo.
42
4.2.2 Proceso De Inversión
El proceso de inversión tiene por objetivo obtener un modelo 2-D de las
resistividades reales a partir de los datos de las resistividades aparentes obtenida
en el terreno de estudio. Esta técnica de inversión se basa en realizar todo un
proceso iterativo con el que obtener un modelo de resistividades reales.
En nuestro caso se aplicó la inversión 2D mediante el software Res2Dinv, que
realiza de manera simultánea la inversión de los parámetros de resistividad. Este
software emplea elementos finitos y el método robusto para contrastes geológicos
marcados (resaltar la geometría del cuerpo).
El algoritmo que utiliza el programa Res2Dinv es los mininos cuadrados por
defecto, pero nos puede brindar diferentes tipos de algoritmos.
43
CAPITULO V
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
5.1 Interpretación de los SEV
Los resultados se muestran en la tabla 5.1. Para una mejor correlación
resistividad-profundidad; y por tratarse de un material heterogéneo, se le
clasifico de la siguiente manera:
Tabla 5.1 Cuadro de valores y resistividades.
h1 h2 h3 h4 Altura
r1 e1 r2 e2 r3 e3 r4 e4 total
SEV 1 93.50 1.50 81.13 24.00 31.70 73.37 111.50 98.87
SEV 2 163.00 3.69 67.80 162.00 77.40 165.69
SEV 3 137.00 1.79 112.00 171.00 76.40 172.79
SEV 4 61.80 1.80 138.60 1.20 57.90 50.30 191.80 53.30
SEV 5 180.00 2.50 67.10 8.90 291.00 66.00 257.00 77.40
SEV 6
SEV 7 99.90 2.10 165.80 6.27 56.00 54.00 257.00 62.37
SEV 8 85.60 2.80 128.70 6.70 47.00 9.50
SEV 9 209.00 1.18 52.80 7.30 48.30 59.50 77.60 67.98
45
5.1.2 Perfiles geoélectricos
5.1.2.1 Sección SEV’s 2-3-4
Constituido por los SEV 2, 3 y 4, con orientación N-S. Este perfil está relacionado con
el material fluvial del rio Socabaya el cual está constituido en superficie por material
suelto y algunos conglomerados, los que nos dan resistividades relativamente altas con
valores entre 112 y 163 Ωm y en el segundo horizonte probablemente sean arenas
húmedas con presencia de conglomerados pequeños correspondiente a un material
aluvial. También se encontró un material resistivo que aparece en forma de lente en el
SEV 4.
46
5.1.2.2 Sección SEV’s 1-9-5
Constituido por los SEV 1,9 y 5, todos hechos bajo el puente en dirección del mismo.
Este perfil está relacionado con el material fluvial del rio Socabaya el cual está
constituido en superficie por material suelto y algunos conglomerados y en el segundo
horizonte más delgado que podrían ser arenas húmedas con un espesor más delgado a
comparación de los otros perfiles, así mismo podría haber la presencia de
conglomerados en la parte inferior estudiada.
47
5.1.2.3 Sección SEV’s 2-1-8
Constituido por los SEV 2,1 y 8. Este perfil está relacionado con el material fluvial con
mayor presencia de conglomerados y arenas sueltas del rio Socabaya los que nos dan
resistividades relativamente altas y en el 2do horizonte probablemente sean arenas de
húmedas con resitividades entre los 67 y 81 Ωm y en profundidad tenemos
resistividades entre los 45 y 111 Ωm los cuales vendrían a ser material aluvial.
48
5.1.2.4 Sección SEV’s 8-9-4
Constituido por los SEV 8,9 y 4. Este perfil corresponde a un trazo transversal del rio
donde los SEV’S 8 y 4 se ubican en la ribera del río y el SEV 9 en el medio del cauce.
En superficie está constituido con algunos conglomerados y arenas sueltas, los que nos
dan resistividades relativamente altas alrededor de los 85 Ωm y 209 Ωm. Se encuentran
lentes de material resistivo en las riberas del río entre 126 Ωm y 138 Ωm y en el
horizonte 3 material aluvial con resistividades aparentes entre 47 y 57 Ωm. En el SEV
4 aparece un 4to horizonte con resistividad alta con 191 Ωm.
49
5.1.2.5 Sección SEV’s 7-9-3
Constituido por los sev 7,9 y 3. Este perfil está relacionado con el material aluvial del
rio Socabaya, esta sección esta en dirección del cauce del río en mención. Además de
que su dirección es muy parecida al de la tomografía eléctrica realizada. El cual está
constituido en superficie por material suelto y algunos conglomerados, los que nos dan
resistividades relativamente altas entre los 99 Ωm y 209 Ωm y en el 2do horizonte podría
estar constituido por arenas con bajo contenido de humedad relacionando los sev’s 9 y
7. Y en el sev 9 encontramos resistividades alrededor de los 77 Ωm el cual
correspondería a material húmedo ya que se ubica en el medio del cauce del río.
50
5.2 Interpretación de la tomografía eléctrica
5.2.1 Interpretación Cuantitativa
Los datos de Resistividad aparente tomados en campo por el método geofísico de
Tomografía Eléctrica se ha elaborado la Pseudoseccción Geoeléctrica.
Se realizó una línea de tomografía eléctrica para la corroboración con los SEV en
zonas cuyos valores de resistividad se presenta en el siguiente recuadro.
Tabla Interpretación especial con los SEV7, SEV9, SEV3.
A 140 – 310
B 5 – 60
C 310 – 650
51
5.2.2 Interpretación Cualitativa
La interpretación cualitativa al igual que la cuantitativa fue dividida en zonas:
I. Zona A
Está compuesta por una mezcla de arenas de grano medio a grueso y
gravas en estado suelto y cementado en algunos lugares, las cuales se
encuentran con presencia de humedad superficial que disminuye sus
valores de resistividad normales. En esta zona se encuentran a lado del rio
Socabaya.
II. Zona B
Está compuesta por una mezcla de material de relleno semicompactado
con material aluvial como arenas, gravas ya que las se puede mencionar
que existe la probabilidad de la presencia un acuífero en dicha zona.
III. Zona C
Posiblemente en esta zona se presenta material más compacto muy
consolidado de arenas gruesas, gravas, fragmentos de material volcánico
con una matriz fina la cual actúa como un material semi-impermeable con
valores altos de resistividad de 1100 Ohm-m a más, impidiendo que el
agua continúe filtrando a mayor profundidad.
Todos estos materiales son depósitos aluviales provenientes del
cuaternario reciente (Holoceno) que podría estar asociado la presencia de
una corriente de agua, esto se infiere gracias a la existencia de una
torrentera en la Av. Venezuela que presenta este tipo de material.
52
DELIMITACION DE ZONAS DE TOMOGRAFIA ELECTRICA
B
C C
Fuente: Autores
53
5.2.3 Definición de horizontes
El primer horizonte no es bien definido por la Tomografía Eléctrica ya que el
primer nivel que es detectado por este estudio de acuerdo a la separación entre
dipolos es a una profundidad aproximada de 4m. Tomando este criterio se puede
agrupar a las zonas anteriormente mencionadas en los siguientes horizontes:
I. Horizonte 1: Ubicado a una profundidad de 0 a 4m, que no es bien
definido por la Tomografía Eléctrica.
II. Horizonte 2: Correspondiente a la ZONA B compuesto por una mezcla
de material aluvial como arenas y gravas semi - compactadas con material
removido con resistividades medias.
III. Horizonte 3: Correspondiente a la ZONA C y A compuesta por material
aluvial ya que a lo largo de la historia se depositaron diferentes tipos de
material como por ejemplo, material ígneo cuyas resistividades son alta,
conglomerados o material sedimentario.
54
CONCLUSIONES
De acuerdo a los sondajes eléctricos verticales se determinó las secuencias estructurales del
subsuelo y se delimito los espesores y resistividades de las estructuras geoeléctricas
presentes. Los horizontes H2 y H3 son los que mayor importancia tienen para la prospección
de aguas subterráneas.
HORIZONTE 2:
Con valores de resistividad entre 52.8 – 165.5 Ω m, con un espesor que varía de 3 a
172.7 m expresado en el corte geolectrico .Este segundo horizonte consta de
estructuras de gravas de grano grueso con presencia de arenas de grano grueso y de
grano fino que son unas mesclas de conglomerados, deposito aluvial. Por lo tanto
consta de un material permeable y poroso
HORIZONTE 3:
Con valores de resistividad que varían de 31.7 a 291 Ω m, su espesor ha sido
determinado en el SEV 2, con un espesor de 77.4 - 56 m. El corte geolectrico de
todos los horizontes está dada por el material de Material impermeable de gravas con
presencia de arcillas limosa material húmedo proveniente depósitos aluviales.
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RECOMENDACIONES
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BIBLIOGRAFIA