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CAPITULO

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EXPLORACION DE AGUAS SUBTERRANEASJOSE OSCAR MIRANDA LOPEZ Estudiante Ing. Civil UN, 1999 Aumentado por Rodrigo Morales Carmen Prieto Maricela Crdoba Ricardo De Len Ren Lpez Jaime Contreras Estudiantes de Maestra en Ing. Ambiental UTP, 2007 Revisado por Gonzalo Pulido Enero 2008

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CAPTULO 4 EXPLORACIN DE AGUA SUBTERRNEAS

TABLA DE CONTENIDO1. INTRODUCCION 3

2. IMAGENES PRODUCIDAS POR SENSORES REMOTOS 2.1 2.2 2.3 2.4 FOTOGRAFA AREA SISTEMAS DE RADAR SATLITES TCNICAS COMPUTACIONALES DAC Y SIG.

4 5 22 25 32 32 33 33 37 37 43 43 44 46 47 51 53 54 55 61 62 69 77

3. RECONOCIMIENTO DE CAMPO 3.1 DATOS Y REPORTES DE RECURSOS HDRICOS 3.2 INVESTIGACIN E INFORMACIN GEOLGICA 4. GEOFISICA PARA AGUA SUBTERRANEA 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 MTODOS DE PROSPECCIN GEOFISICA PROSPECCIN ELCTRICA PROPIEDADES ELCTRICAS DE LAS ROCAS MTODOS ELCTRICOS DE PROSPECCIN SONDEOS ELCTRICOS VERTICALES (SEV) CONFIGURACIONES Y PERFILES

5. MAPAS HIDROGEOLOGICOS 5.1 CLASIFICACIN DE MAPAS HIDROGEOLGICOS 5.2 TERMINOLOGA Y NORMATIVIDAD 5.3 ELABORACIN DE MAPAS HIDROGEOLGICOS 6. CASOS DE ESTUDIO 6.1 ESTUDIO HIDROGEOLGICO DE LA MEDIA Y BAJA GUAJIRA 6.2 INVESTIGACIN GEOELCTRICA DEL PIEDEMONTE LLANERO 7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS


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1.. INTRODUCCION 1 IN T R O D UC C IO NMuchas de las creencias con respecto a hallar agua subterrnea se han aplicado desde tiempos inmemorables; entre ellos la radiestesia, conocida popularmente como el arte de los zahores; son tcnicas para encontrar el agua subterrnea, aprovechando para ello una sensibilidad natural en el hombre, que no se conoce suficientemente ni hasta el momento se ha podido explicar de forma cientfica; constituye una trivialidad hablar de la total inutilidad de las varitas, pndulos, alambres y otros elementos utilizados como instrumentos de ayuda en la localizacin de agua subterrnea. Y con estadsticas se confirma que los pozos hallados por los radiestesistas no tienen ms xito que los que se perforan al azar. (Davis, 1971) En Amrica Latina, no es comn que los pozos que se construyen para explotacin de agua subterrnea, sean dirigidos por especialistas en hidrogeologa; por el contrario, lo usual es que el perforador es el propietario del taladro y ofrece perforar y construir pozos a bajo costo, pero sin criterio cientfico. Las causas para que esto se presente son variadas: los profesionales dedicados a estas actividades son muy escasos y son pocas las facultades de Ingeniera en el pas que imparten cursos especializados en hidrologa subterrnea; tambin influye la creencia por parte de los habitantes que el agua de pozo es de mala calidad. La exploracin hidrogeolgica consiste en integrar informacin mediante diversos mtodos, dependiendo de las necesidades y de los requerimientos, para determinar de la existencia y la calidad del agua subterrnea; mientras que la prospeccin es una bsqueda de posibilidades futuras basada en indicios presentes de que existe agua subterrnea en un rea determinada. La primera etapa de todo estudio de exploracin (o prospeccin) hidrogeolgica es una recopilacin y consecucin de toda la informacin y estudios e investigaciones anteriores, ojala acompaados de mapas o planos y recomendaciones. A continuacin se realiza la valoracin de la informacin, para estudiar la consistencia y los vacios informativos. As se empieza a construir un inventario de los recursos hdricos en el rea de inters, que contienen los datos de base sobre las caractersticas hidrolgicas y los factores de flujo de las aguas subterrneas (ros, lagos, manantiales, suelos, afloramientos, etc.) Una importante herramienta en la exploracin hidrogeolgica es la interpretacin de las imgenes de la superficie terrestre producidas por sensores remotos. Estas ahorran tiempo y gastos en la exploracin de agua subterrnea, pues permiten obtener una idea integrada de grandes reas, que no son detectables en visitas de campo. Los mapas producidos con base en las imgenes de satlite no se emplean directamente para seleccionar sitios de pozos, sino para servir de gua para otras exploraciones, ms detalladas y ms costosas. Mediante sensores remotos, el hidrogelogo puede rpida y econmicamente eliminar grandes zonas que son desfavorables para el desarrollo del agua subterrnea y por consiguiente concentrar sus esfuerzos y presupuestos en terrenos ms prometedores. El reconocimiento de campo consiste en verificacin y complementacin sobre el terreno, zona por zona, de la documentacin obtenida, el estudio de todos los puntos de agua (ros, lagos, manantiales, pozos, aljibes,etc.), afloramientos, cantidad y tipo de manantiales, los estudios y procesos de evapotranspiracin y se estima la capacidad de infiltracin de las rocas y el agua til para la recarga. El reconocimiento geolgico de la regin comprende la exploracin de la geomorfologa, petrografa, de la estratigrafa y de la geologa estructural. La prospeccin geofsica es una importante herramienta hidrogeolgica cuya utilizacin es eficaz y rpida y siempre debe ir acompaada de estudios geolgicos y perforaciones exploratorias. El objeto de hacer geofsica es obtener simplificaciones de la estructura del subsuelo y/o la profundidad de saturacin La Prospeccin geofsica ha tenido un desarrollo en los ltimos aos y aparentemente continuar as en el futuro inmediato,

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mientras aumente la necesidad de encontrar fuentes de agua potable en el mundo. Otro avance reciente son las tcnicas computacionales en hidrogeologa, especialmente respecto a modelos matemticos y en la confeccin y produccin de mapas y desarrollos como la interpretacin tridimensional interactiva. Estos mapas se basan en la representacin de los datos precisos y cuantitativos sobre las caractersticas hidrogeolgicas de los acuferos y los factores de flujo, que son usados para la evaluacin, explotacin y administracin de los recursos acuferos. Al final del captulo se presentan tres ejemplos de casos de estudios hidrogeolgicos e investigaciones geoelctricas de tres regiones colombianas; la media y baja Guajira, el Piedemonte Llanero y el departamento de Cundinamarca incluyendo el Distrito Capital.

2.. IMAGENES PRODUCIDAS POR SENSORES REMOTOS 2 IMAGENES PRODUCIDAS POR SENSORES REMOTOSUn sensor remoto es todo dispositivo capaz de recibir energa o informacin a distancia1. El sensor capta la energa emitida por la superficie terrestre, la traduce a una imagen sobre la cual se puede realizar un trabajo de interpretacin, que puede ser usada como herramienta rpida, precisa y econmica en la evaluacin de los recursos naturales, entre ellos las aguas subterrneas. Los sistemas operacionales en teledeteccin se clasifican segn la plataforma en: sistemas aerotransportados y satlites para la observacin de los recursos naturales. Entre los sistemas aerotransportados se encuentran: cmaras areas, barredores multiespectrales, radimetros, sistemas de radar y los sistemas de vdeo. Entre los Satlites para la observacin se encuentran los satlites tecnolgicos de recursos de la tierra ERTS hoy LANDSAT, y satlite SPOT (satlite para la observacin de la tierra). Para poder analizar las imgenes o la informacin de la superficie terrestre que capta un sensor remoto se debe tener en cuenta los siguientes aspectos tcnicos: a) Resolucin espacial: es el tamao que debe tener un objeto para poder ser identificado en una imagen, captada y luego reproducida por un sensor. b) Resolucin espectral: es la capacidad que tiene un sensor para separar o diferenciar los objetos de acuerdo a la energa que emite cada uno de ellos. c) Resolucin temporal se refiere a la frecuencia con que se toma cada imagen de la superficie , para seguir la frecuencia de un fenmeno como los fenmenos atmosfricos, presencia de niveles freticos, perodos de sequa o de lluvias etc. Normalmente, para su ptima utilizacin es necesario realizar trabajos de campo. Los diferentes sistemas de percepcin remota no son excluyentes, sino que se complementan entre s. (Ardila, 1989) Los diferentes tipos de imgenes o representaciones del terreno tienen amplias diferencias que en todo momento deben ser tenidas en cuenta especialmente en lo referente a calidad y precisin de la informacin, diferencias de escalas, procesos de formacin de la imagen y el rango de longitud de onda empleados. Estos parmetros inciden en el tono, el color y la intensidad de cada imagen, dependiendo de la clase de sensor utilizado. En la tabla 1 se presentan las caractersticas principales de los sensores ms comunes.

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Un ejemplo es el ojo humano, aunque ste no se clasifica dentro del grupo de ellos; porque el sistema ocular de cada persona es diferente.


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Tabla 1. Comparacin de las principales caractersticas de los sensores remotos ms utilizados. Adaptado de Ardila,1989. ELEMENTOS DE FOTOGRAFA AREA RADAR LANDSAT COMPARACIN Sistema Pasivo (da) Activo (da y noche) Pasivo (da) Landsat Rango de escalas 1:2.000 1:120.000 1:250.000 1:400.000 1:1.000.000 y ampliaciones ampliaciones a 1:100.000 1:250.000 Registro de imgenes Emulsiones fotosensibles Digital Digital Procesamiento de imagen Revelado Digital (correlator) Digital Grfica Grfica Formacin de imagen Instantnea Continua Continua Resolucin espectral Pancromtica Microondas 0.45 2.3 mc 0.38 0.78 mc y color 3.12 y 0.86 cm 10.4 12.6 infrarrojo B & N (banda termal) 0.78 3.0 mc y color Resolucin espacial 10.20 m 70 m (MSS) 30 m (TM) 1.10 metros Posibilidad de estereoscopa No. (Depende de la latitud) Buena (60, recubrimiento) Buena (60, recubrimiento) Informacin cartogrfica Mapas topogrficos Informacin planimtrica Mosaicos (altimetra y planimetra) Informacin altimtrica relativa Ortofotos y mosaicos Mosaicos Tipo de levantamiento Exploratorio Exploratorio Exploratorio Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Semidetallado Detallado Limitantes Condiciones atmosfricas, Lluvia o nubes muy densas Nubes, lluvia, niebla atmosfrica nubes, lluvia, niebla atmosfrica Geometra y resolucin espacial Resolucin espacial Color. Manejo para grandes reas Razonable Buena Buena

La captura de informacin territorial a distancia con fines cartogrficos ha evolucionado rpidamente, tanto por la mayor resolucin espacial de los satlites existentes, como por la versatilidad y flexibilidad de los sistemas de tratamiento digital de imgenes. La consecuencia ha sido un mejor acceso a la obtencin de datos en plazos ms cortos, facilitando a los usuarios un amplio rango de escalas y de tratamientos con fines mltiples. As mismo, la incorporacin al sistema de convertidores analgicos/digitales de alta resolucin en la transformacin de datos procedentes de cmaras mtricas aerotransportadas, ha propiciado la interaccin de diversos sensores y la produccin de documentos analgicos y digitales a gran escala (ortofotos digitales) que son un gran apoyo a la cartografa topogrfica. En el inicio del siglo XXI se auguran grandes avances en las aplicaciones cartogrficas de la teledeteccin gracias a los nuevos satlites de alta resolucin (1 metro en la actualidad e incluso menos en el inmediato futuro). Desde los albores de la humanidad, el hombre se ha enfrentado a diversos problemas para satisfacer sus mltiples necesidades que se ven incrementados da a da con el aumento de la poblacin, disminucin de sus recursos y los continuos cambios en su medio ambiente. Diferentes tendencias del pensamiento han tratado de dar soluciones, pero cada una de ellas se ha enfrentado a un nuevo dilema referido al manejo de la informacin. Una alternativa a la creciente demanda y manejo de la informacin son los sensores remotos. Los sensores remotos son una Ciencia (y en cierta forma un arte), para adquirir informacin de la superficie terrestre sin tener un contacto directo con ella, gracias al anlisis e interpretacin de la energa reflejada de los diversos componentes que conforman la corteza terrestre. Un sensor es todo dispositivo capaz de recibir energa o informacin a distancia; el sensor capta la energa emitida por la superficie terrestre y la traduce a una imagen sobre la cual se puede realizar un trabajo de interpretacin, para ser usadas como herramienta rpida, precisa y econmica en la evaluacin de los recursos naturales, entre ellos las aguas subterrneas, como se ilustra en la siguiente figura.

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La discusin subsiguiente se centra en el proceso de teledeteccin que recoge la radiacin y la registra: plataformas y sensores satelitales (componente D, en la figura anterior), as como los datos que de estos se obtienen (componente G). Resolucin de un sistema de Teledeteccin La resolucin de un sistema de teledeteccin (sensor + plataforma), es su capacidad de discriminar la informacin, en varios sentidos, entre ellos espacial, espectral y temporal. Resolucin espacial El IFOV (Instantaneous Field of View campo de vista instantneo-) es el cono angular (A) de visibilidad del sensor correspondiente a un pxel del detector durante el tiempo de medicin de la energa. El rea sobre el terreno (B) que es captada dentro del IFOV se llama clula de resolucin pxel en el terreno, y determina la resolucin espacial del sensor. Los elementos de imagen, llamados pxeles, son casi siempre cuadrados y la longitud de su lado se llama tamao de pxel (ground simple distance GSD). La distancia (C) entre el sensor y el terreno determina en gran medida la resolucin espacial de las imgenes y el area que abarca la imagen (a mayor area abarcada, menor resolucin). La resolucin espacial de un sensor pasivo depende principalmente del IFOV.


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Existe una relacin inversa entre la resolucin espacial y la zona abarcada y por tanto tambin con el perodo de revisita o resolucin temporal del sensor, ya que el nmero de detectores de un sensor, as como la frecuencia de muestreo de los mismos estn limitados por aspectos tecnolgicos (ptica, relacin seal/ruido de cada detector, ancho de banda de transmisin de datos a tierra, etc). La relacin entre el tamao de un objeto en el terreno y en su imagen correspondiente se llama escala. Slo se puede hablar de escala en las imgenes en papel o en un monitor determinado, a un nivel de zoom determinado. A continuacin se discutir la relacin entre resolucin de una imagen digital y la escala de la informacin. Para que un objeto pueda ser detectado, en general su tamao debe ser igual o mayor que la clula de resolucin. Sin embargo, en algunas ocasiones, objetos ms pequeos pueden ser detectados si su reflectancia es muy distinta de su entorno y su contribucin al pxel se hace apreciable (deteccin subpxel).A veces no coinciden la resolucin espacial y el tamao de pxel, como en la aplicacin de remuestreos a la imagen (tratamientos geomtricos) o el funcionamiento inapropiado de la ptica de los detectores (efecto de desenfoque). La funcin de transferencia de modulacin (Modulation Transfer Function ,MTF) es una medida objetiva de la calidad de imagen de un sensor, basada en tomar la imagen de un objeto de gran contraste (barra negra sobre fondo blanco) y comparar el contraste de la imagen con el del original, mediante la transformada de Fourier de ambas seales. La integracin de retardo de tiempo (Time Delay Integration, TDI) es una tcnica consistente en la exposicin acumulativa de cada una de las lneas de la imagen por un sensor de CCD. El objetivo principal es aumentar la Relacin Seal / Ruido (,Signal to noise ratio, SNR), que es uno de los aspectos ms importantes para obtener imgenes de alta resolucin. La TDI suma la seal recogida por una fila de detectores en la direccin de desplazamiento ( "along-track"), de acuerdo con desplazamientos fijos del sensor durante el barrido.

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Resolucin espectral La distincin entre objetos muy distintos (p.ej. agua y vegetacin) puede ser realizable con bandas espectrales muy anchas. Para diferenciar entre materiales con respuestas muy parecidas a la radiacin (p.ej. diferentes tipos de rocas) se requieren unas bandas espectrales mucho ms estrechas, para lo cual se necesita un sensor con mayor resolucin espectral. Los sensores llamados hiperespectrales registran la radiacin reflejada en muchas longitudes de onda distintas (bandas). El nmero de bandas puede de estos sensores puede ir desde muchas decenas hasta centenares.


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Resolucin Radiomtrica

Es la capacidad de discriminar entre distintas magnitudes de intensidad de la energa incidente en el sensor. Las imgenes digitales se codifican en un nmero de bits acorde con la resolucin radiomtrica del sistema, para no perder informacin, pero tampoco sobrecargar innecesariamente el ancho de banda ni el almacenamiento a bordo de las imgenes. Algunos de los sensores de alta resolucin para fines cartogrficos (Ikonos, Quick Bird) han aumentado el nmero de bits de un pxel, con el objetivo de ver ms en las luces y sombras que se producen en las imgenes de alta resolucin. Resolucin temporal Es la capacidad de un sistema de tomar repetidamente la misma zona en un intervalo corto de tiempo. El perodo de revisita de los satlites con fines terrestres es normalmente de varios das. Sin embargo, debido al solapamiento entre rbitas, algunas zonas son captadas con mayor frecuencia. Los satlites meteorolgicos y muchos oceanogrficos tienen perodos mucho ms cortos. Una alta resolucin temporal es importante cuando hay una cobertura nubosa persistente (zonas tropicales), cuando el fenmeno que se quiere observar es efmero(p.ej. inundaciones) o cuando hay que reaccionar con rapidez (p.ej. vertidos de petrleo, agricultura de precisin).

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Evolucin del Huracn Andrew, 1992


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Resolucin angular Es la capacidad de observar una zona desde distintos ngulos, para poder comparar la variacin de reflectancia debida a la no perpendicularidad terreno-sensor. Es aplicable solamente a los (pocos) sensores que tienen capacidad de observar la misma zona desde distintos puntos de vista, con un breve intervalo de tiempo entre observaciones. Relaciones entre los distintos tipos de resolucin Debido a que los sensores tienen un nmero limitado de detectores, hay que elegir entre abarcar una zona mayor (ancho de traza) con menor resolucin o viceversa, mediante la graduacin de la distancia focal adecuada). Adems, por la distancia entre las rbitas, a mayor ancho de traza, ms corto es el perodo de revisita. Este es el motivo por el que cada sensor se disea teniendo en cuenta las necesidades de un determinado tipo de aplicaciones, como se ilustra en las dos figuras siguientes.

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2.1 FOTOGRAFA AREALas fotografas areas se usan para identificar y cartografiar los recursos naturales y localizar agua subterrnea. Desde 1935 se han venido utilizando en topografa las fotografas en blanco y negro y en los ltimos decenios se han incrementado el uso de las fotografas a color, infrarrojo color y multiespectral para realizar diversos tipos de estudio entre ellos la elaboracin de mapas temticos y aplicaciones en la exploracin de agua. El rango en escala de las fotografas areas vara desde 1: 2000 hasta 1:80000. Las fotografas areas han demostrado ser una exitosa herramienta para la bsqueda de agua subterrnea. Los cientficos pueden as identificar pozos de agua ubicados en las fracturas de rocas y las intersecciones de fracturas, con base en mtodos estndar de interpretacin de esas fotografas; de esa forma se han encontrado pozos con rendimiento 10 a 100 veces mayores que los ubicados entre fracturas. (Russel-Zall, 1982) Dos son las tcnicas bsicas de la fotografa area que reproducen fielmente el terreno con todas sus caractersticas: la oblicua y la vertical. La primera es la ms simple y slo implica volar sobre el lugar en un avin, provisto de una cmara profesional manejada a mano; se toman las fotografas a travs de una ventana, formando la lnea de observacin cierto ngulo sobre el suelo. La vertical, necesita que el eje de la cmara coincida con el eje del cenit, para que la pelcula quede horizontal.


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Las principales ventajas de las fotografas areas son: alta resolucin espacial, bajo costo y fcil obtencin; la facilidad de utilizar diferentes pelculas de acuerdo con la necesidad y la posibilidad de observacin estereoscpica. Como desventajas se puede establecer que registran campos reducidos del espectro electromagntico; no se pueden adquirir bajo condiciones climticas adversas y las variaciones en reflectancia no son registradas en forma calibrada lo cual dificulta el procesamiento digital de las imgenes. Por las caractersticas propias de la fotografa, este es un mtodo eficiente para realizar cartografa temtica a diferentes niveles de detalle. Por ejemplo un 95% de la superficie total de Colombia ha sido cubierta con fotografas areas a diferentes escalas. El proceso consiste en: planeacin del vuelo, toma de fotos, fotocontrol, fotogrametra e interpretacin de las fotos areas. (fotointerpretacin, fotoidentificacin y fotogeologa). Adems se ha incrementado el uso de las fotografas a color, e infrarrojo color con aplicacin muy importante como medir los niveles de calor y las diferencias que existen entre la corteza terrestre y el medio lquido o la presencia de agua salada en los acuferos cercanos a las costas o la presencia de agua dulce en el mar. Otro avance es la fotografa Multiespectral o diagrama de un espectro de los cuerpos luminosos creando espectroscopios. Cmaras de Fotogrametra Area

Las cmaras fotogrficas areas son el ms simple y antiguo de los sensores que se usan en teledeteccin, pues adquieren una imagen prcticamente instantnea de una zona Las pelculas fotogrficas son sensibles a la luz entre 0.3 micras y 0.9 micras, y por tanto cubren las bandas ultravioleta e infrarrojo prximo (NIR). Las fotos infrarrojo blanco y negro son sensibles al rango completo entre 0.3 y 0.9 micras y son tiles para detectar cambios en la cubierta vegetal por su sensibilidad al NIR. Las fotos areas son ms tiles cuando la resolucin espacial es ms crtica que la informacin espectral (Ej: cartografa urbana)

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Tipos de emulsin fotogrfica empleados

Estas imgenes ilustran el impacto del tipo de empusion fotogrfica en una misma zona fotografiada: Blanco y negro (Pancromtica); Color; Infrarrojo Color; Infrarrojo b&n. Las pelculas color e Infrarrojo color (CIR) usan 3 capas qumicas, cada una sensible a un rango espectral. Las IRC son sensibles al verde, rojo y NIR y al revelarse se ven como azul, verde y rojo respectivamente (falso color). La escala de una foto depende de la altura de vuelo y la distancia focal de la cmara (que suele estar entre 90 mm y 210 mm, siendo 152 la ms habitual gran angular-)


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La mayor parte de las fotografas areas son tomadas verticalmente. Sin embargo, las fotos oblicuas pueden ser tiles para cubrir grandes reas en una sola foto, y para que se aprecie mejor el relieve del terreno, pero no se usan en cartografa debido a las distorsiones geomtricas. S se usan para planeamiento urbanstico, promocin inmobiliaria, etc La interpretacin de fotos areas se suele hacer por mtodos visuales y no automticos (Fotointerpretacin) y se sigue usando extensamente para multitud de trabajos cartogrficos Recientemente, se suele fotointerpretar sobre ortofotos por la facilidad de la georreferenciacin y la sencillez del software necesario, pero de esta forma se pierde la valiosa ayuda de la visin estereoscpica. En algunos casos, se recurre a la visin estreo de las fotos originales (o de estereogramas sintticos) para resolver las dudas en la fotointerpretacin de ortofotos

Estereograma sinttico de una ortofoto

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Composic in de fotografas areas de la desembocadura del Rio La Villa, en la Repblica de Panam.


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Cmaras fotogrficas multiespectrales Histricamente se han usado tambin cmaras fotogrficas multiespectrales, con varias pticas y combinaciones filtro-emulsin para obtener informacin de distintas zonas del espectro electromagntico. Estas cmaras se usaban antes de la extensin de los escneres multiespectrales de distintos tipos.

Toma de imgenes de la cmara digital ADS40

Desde el ao 2000, se han desarrollado varias cmaras fotogramtricas digitales, con bandas R,G,B y NIR, como se ilustra a continuacin.

Cmaras fotogrficas a bordo de satlites

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Cuando empezaron los vuelos espaciales tripulados, surgi naturalmente la idea de embarcar cmaras fotogrficas adaptadas a las especiales condiciones de toma. Las dos que ms repercusin han tenido para fines cartogrficos han sido la Cmara Mtrica de Zeiss, y la Large Format Camera, de Itek. Cmara mtrica del Space Lab La Cmara Mtrica se embarc en el Spacelab de la ESA en Noviembre de 1983, volando a 250 Km de altitud. Era una cmara de focal = 305 mm, y pelcula de 24x24 cm. Obtuvo unos mil fotogramas en blanco y negro y en color a escala 1/820.000 aproximadamente con un recubrimiento del 60%. La escala de restitucin idnea es el 1/50.000, aunque hay muchos detalles que no son reconocibles en las imgenes y que deben en principio figurar en un buen mapa a esa escala. Camara de Gran Formato (Large Format Camera, LFC)

La LFC se embarc en el Space Shuttle en Octubre de 1984. La focal fue de 305 mm; la pelcula fue de 23 x 46 cm, para aumentar la relacin B/H y por tanto la precisin altimtrica de la restitucin. La escala de la pelcula fue de 1/970.000. Ambos estos experimentos son interesantes desde el punto de vista cientfico, pero su falta de continuidad y recubrimiento global, no arrojaron imgenes muy utiles desde el punto de vista prctico.

Fotografa LFC sobre Madrid(1985)

Cmaras espaciales rusas


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Hace unos aos se comenzaron a difundir imgenes fotogrficas espaciales de las cmaras rusas (KFA-200, KFA-1000, SA-M, KVR-1000,...) que se venden en formato digital, previo escaneado de los fotogramas. El tamao del pxel llega hasta los 1.6 m en el caso de la KVR-1000 (panormica), pero es opinin generalizada que la calidad de las imgenes hace que la resolucin real no se corresponda con esa cifra, sino con 2 m en el mejor de los casos

Imagen KVR1000. Pixel = 1.6 m. Resolucin: ~ 2 m Escneres Multiespectrales pticos (MSS) Son sensores diseados para medir la radiacin de un punto de la tierra mediante sistemas de escaneado, que emplean un sensor con un IFOV estrecho que barre el terreno para producir una imagen bidimensional. Estos sistemas pueden ir sobre plataformas espaciales o areas. Normalmente son multiespectrales. Las ventajas de los escneres multiespectrales sobre las fotografas son: Mayor rango espectral detectable; las fotos slo llegan al NIR. Mientras que los MSS hasta el trmico (Across-track) el MIR (pushbroom). La resolucin espectral es mucho mayor. El revelado fotogrfico es variable e impreciso respecto a MSS son ms factibles de calibra. Adicionalmente, el suministro, revelado y acceso a la pelcula fotogrfica en el espacio, es muchsimo ms engorroso

Formas de barrido de imagen

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Barrido perpendicular a la trayectoria ( across-track) Este tipo de sensores barren el terreno en lneas perpendiculares al movimiento de la plataforma, mediante un espejo giratorio (A). La energa recibida se separa en las distintas longitudes de onda y se capta en una batera de sensores (B) (fotomultiplicadores) que la traducen a valores digitales (ADC). El IFOV (C) del sensor y la altitud de la plataforma determinan la clula de resolucin (D). El campo de vista angular (E) determina el ancho de la traza (F). Los escneres aerotransportados suelen barrer ngulos grandes (entre 90 y 120), mientras los satlites slo necesitan barrer entre 10 y 20 para cubrir una gran zona. Los distintos ngulos de incidencia producen distorsiones geomtricas en las imgenes, como se vera mas adelante. El tiempo durante el cual el IFOV observa una clula de resolucin es muy corto, y condiciona la resolucin espacial, espectral y radiomtrica del sensor.

Barrido a lo largo de la trayectoria (along-track) Los Along Track Scanners, tambin llamados sensores pushbroom usan una lnea completa de detectores (A) en el plano focal (B) del sistema ptico (C) que van siendo empujados en la direccin de avance de la plataforma (igual que una escoba al barrer). Cada detector mide la energa de un solo pxel (D). Se necesita una lnea completa de detectores para cada banda espectral que se quiera captar.


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Los sensores a lo largo tienen varias ventajas sobre los perpendiculares: Mayor tiempo de integracin (medida de la energa), lo que lleva a mejor resolucin radiomtrica (SNR relacin seal/ruido), menores IFOVs y anchos de bandas para cada detector mejor resolucin espacial y espectral. Adems, los detectores (CCD normalmente) son ms pequeos, ligeros y consumen menos energa. Adicionalmente los sensores de los primeros son ms fiables y duraderos porque no tienen partes mviles. Como desventajas de los sensores a lo largo puden citarse la necesidad de calibracin de miles de detectores uno por uno y la dificultad de detectar en el Infrarrojo medio y lejano.

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2.2 SISTEMAS DE RADAREl radar de visin lateral, es un sensor activo de microondas; activo en el sentido que el sistema produce su propia energa; las seales de retorno son registradas por medio de una antena. Por ser un sistema que opera en la regin de las microondas y posee su propia fuente de energa, esta tcnica puede ser utilizada para tomar imgenes de la superficie terrestre, operando noche y da; adems penetra nubes, niebla y an lluvias. Las imgenes pueden ser observadas tridimensionalmente; estas imgenes tienen la caracterstica de registrar claramente las formas del relieve lo cual permite delimitar grandes zonas morfoestructurales y as detectar fallas y fracturamientos que no son tan evidentes en otras imgenes. Los Radimetros se basan en la emisin y propagacin de ondas electromagnticas. Las ondas electromagnticas se producen frecuentemente por cargas elctricas que realizan algn tipo de movimiento oscilatorio. El anlisis multiespectral se ocupa de la medida de la intensidad lumnica o luminosa de las radiaciones simples y aprovecha los resultados de la dispersin del conjunto de radiaciones de sonido y en general de fenmenos ondulatorios, de tal manera que resultan separados de acuerdo a las distintas frecuencias. Es de gran importancia debido a que se pueden medir diversas caractersticas entre ellas diversos tipos de vegetacin, cantidad de humedad, observar fisuras y fallas que no son tan evidentes, gracias a que las ondas electromagnticas pueden atravesar la capa vegetal.2 Tpicamente las imgenes de radar son tomadas a escalas pequeas 1:400000 1:200000, las cuales son procesadas hasta escalas 1:25000. La resolucin espacial es hasta de tres metros y en Colombia la ms utilizada es de 15 m y se han realizado grandes proyectos utilizando este sensor: el proyecto radargramtrico del Departamento del Amazonas en Colombia, cubri una superficie de 380.000 km2. Desde la dcada de 1970 se ha llevado a cabo la observacin y exploracin sistemtica de la superficie de la Tierra mediante un amplio nmero de instrumentos instalados a bordo de satlites artificiales. Primeramente fueron las cmaras fotogrficas convencionales; posteriormente, con los avances realizados en el campo de la informtica y del tratamiento numrico de la seal, se incorporaron sensores capaces de convertir las seales analgicas en digitales. Dentro de esta categora de instrumentos se identifican dos grandes grupos. Los primeros registran la energa reflejada y emitida por los objetos terrestres en longitudes de ondas que abarcan desde el visible hasta el infra-rojo lejano o trmico. Como ejemplo de estos instrumentos, se pueden citar el AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) a bordo de los satlites NOAA, el sensor TM (Thematic Mapper) o el ms reciente ETM+ (Enhanced Thematic Mapper); estos han sido parte de la carga util de los satlites LANDSAT. Tambin los satlites SPOT han llevado como instrumento principal el HRV (High Resolution Visible) y actualmente el HRG (High Resolution Geometry). Estos ejemplos no son ms que una pequea muestra del gran nmero de sensores de este tipo que han sido instalados sobre plataformas espaciales. No obstante, una deficiencia en cuanto al modo de observacin y de registro de esta tecnologa es su incapacidad para operar en condiciones meteorolgicas adversas, es decir en presencia de nubes. Tambin bajo malas condiciones de iluminacin.En el segundo grupo se encuentran instrumentos que operan independientemente de esas condiciones y adems no requieren la iluminacin de la escena por una fuente de energa externa como el sol. A estos instrumentos se les denomina sistemas de microondas o, por el trmino ms familiar, RADAR, acrnimo de la expresin Radio Detection and Ranging. Aunque los radares aerotransportados haban mostrado su plena operabilidad en distintos modos de funcionamiento, hasta los aos 1990, los sistemas a bordo de satlites operaban de forma mono-frecuencia y siempre reciban los haces de ondas electromagnticas con el mismo ngulo que los emitan, denominado monopolarizacin. Este es el caso de los instrumentos AMI (Active Microwave Instrument) a bordo de los satlites ERS, o de las antenas instaladas sobre de los satlites RADARSAT y JERS. Aunque los datos suministrados por estos sensores han mostrado tambin su capacidad para determinadas aplicaciones como la explotacin


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interferomtrica dirigida a producir modelos digitales de elevaciones, anlisis de deslizamientos, mapas de subsidencia y mapas de coherencia para el estudio de deteccin de cambios en las cubiertas terrestres, etc. A continuacin se plantean las bases conceptuales de las propiedades ms significativas de los sistemas RADAR. La Ecuacin Radar. La relacin fundamental entre un radar, el objeto y la seal recibida se llama Ecuacin Radar. Cuando una potencia Pt es transmitida por una antena con ganancia Gt,, la potencia por unidad de ngulo slido en la direccin del objeto es Pt.Gt. S La densidad de potencia en el objeto es:

El factor 1 4R2 , se debe a la atenuacin de la densidad de potencia asociada a una esfera de radio R. Para obtener la potencia total interceptada por el objeto, la densidad de potencia debe ser multiplicada por el rea efectiva de recepcin en el objeto rs A. Esta rea efectiva es tambin funcin de la orientacin relativa objeto-rayo incidente, por lo que habr de tenerlo tambin en cuenta. La potencia interceptada por el objeto se expresa como:

Parte de la potencia recibida por el objeto es absorbida debido a prdidas causadas por este ltimo, y salvo que se trate de un conductor perfecto, el resto se dispersa en varias direcciones, como se ilustra en la figura.

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Sistemas y misiones Radar. No habra sido posible llevar a cabo el desarrollo de esta disciplina en el campo la teledeteccin sin la existencia de datos que lo permitieran. As pues, se considera conveniente comentar brevemente la situacin actual (2007)de esta tecnologa. Desde hace varias dcadas, los sistemas radar para teledeteccin son totalmente operativos desde plataformas aerotransportadas, siendo esta prctica actualmente habitual en algunos pases como Estados Unidos, Alemania, Dinamarca, etc. Los sistemas ms utilizados son respectivamente el AIRSAR (NASA-JPL), ESAR (DLR) y EMISAR (DDRE), todos ellos con el fin de ofrecer una cobertura global de la superficie de la tierra. La tabla siguiente tabla resume algunas de las misiones espaciales ms importantes con el tipo de polarizacin empleada.

Misiones radar ms significativas.


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Puede comprobarse que de estas misiones, pocas disponen de capacidad polarimtrica completa, nicamente el SIR-C con diez aos de antigedad (ya no es operativo, pero ha dejado un gran nmero de datos) dispone de esta configuracin. No obstante esta tendencia va a corregirse en un futuro muy prximo con la puesta en rbita de varios satlites con instrumentos de estacaracterstica en su carga til. (Parrafo que requiere actualizacin.) Se espera que para finales del 2004 sea lanzado el RADARSAT 2 de la Agencia Espacial Canadiense con una antena operando en banda C, y una resolucin espacial que puede alcanzar los 3 m segn el modo de funcionamiento. Est tambin previsto para el 2005, el lanzamiento de TERRASAR X de la Agencia Espacial Alemana , que operar en banda X con plena capacidad polarimtrica, la resolucin espacial de este instrumento alcanzar los 0.6 m. Otro satlite idntico al anterior ser lanzado por la Agencia Espacial Europea en 2008, se trata del TERRASAR L, cuya radar operar en banda L, la resolucin espacial ser aproximadamente 5 m. Finalmente, la ms prometedora de todas las misiones en curso es el programa COSMO-SKYMED desarrollado por la Agencia Espacial Italiana (ASI) en colaboracin con Francia, que constar de una constelacin de 4 satlites permanentes con radares de apertura sinttica operando en la banda X. Estos sistemas suministrarn imgenes de capacidad polarimtrica completa, y la resolucin espacial de los datos ser aproximadamente de 1m. As pues, puede afirmarse que el futuro en este campo requerir seguir trabajando y profundizando en mtodos y algoritmos capaces de sistematizar la representacin y extraccin de informacin de las cubiertas terrestres a partir de datos RADAR.

2.3 SATLITESEl levantamiento con satlite es una tcnica desarrollada en los aos setenta; emplea instrumentos que permiten realizar levantamientos a grandes distancias y simultneamente registrar una enorme cantidad de datos referente a los elementos existentes sobre la superficie terrestre (vegetacin, temperatura, estructuras construidas, presencia de agua superficial, etc.), permitiendo as realizar una adecuada compilacin de mapas y levantamientos topogrficos de la superficie terrestre y as conseguir una cartografa ms precisa. Las investigaciones en imgenes de satlites han permitido identificar ciertos tipos de polucin de las aguas. (Ardila, 1989) Los Satlites ms utilizados para la exploracin de recursos naturales son los Landsat y Spot. Algunos satlites Landsat estn equipados con mapeadores temticos de barrido lineal y un canal infrarrojo trmico. El MSS es un

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radimetro de cuatro canales el cual barre la superficie terrestre y registra la intensidad de energa reflejada por los objetos y formas terrestres. Las cuales son registradas en cuatro diferentes longitudes de onda del espectro electromagntico. La banda 1 (0.5 - 0.6 micrmetros) tiene la capacidad de las cuatro bandas para penetrar en los cuerpos de agua y distinguir la vegetacin de otra superficie e identificar estructuras geolgicas. La banda 2 (0.6 0.7 micrmetros) permite identificar formas de terreno, diferentes tipos de vegetacin y uso de la tierra. La banda 3 ( 0.7 - 0.8 micrmetros) En esta banda se identifica uso de la tierra y diferentes biomasa. Y la banda 4 ( 0.8 - 1.1 micrmetros) o infrarrojo cercano, permite delinear cuerpos de agua y rasgos fotogrficos. La energa utilizada por el satlite en el espacio es producida por paneles solares, el satlite tiene dos antenas, una para el uso del sistema global de orientacin y otra para comunicarse con los satlites TDRS (sistema de rastreo y transmisin de datos). No tiene grabadoras a bordo para ninguno de los sensores. Los datos se transmiten directamente a las estaciones receptoras para su procesamiento; el sistema completo se muestra en la figura 1.

Figura 1. Proceso de transmisin y produccin de imgenes utilizando el satlite Landsat. (Tomado de Russel-Zall 1982)

Los satlites SPOT, producen imgenes con resolucin de 10 metros, pancromticas y 20 metros multiespectrales, repetitivas cada 5 das y pueden ser observadas estereoscpicamente. Como se aprecia en la tabla 2, el ciclo orbital del Spot es de 26 das y durante este perodo puede cubrirse siete veces una zona situada en el ecuador. Este gran poder de acceso del Spot aumenta las posibilidades de obtener imgenes de zonas determinadas en perodos concretos del ao, lo cual permite el seguimiento de fenmenos dinmicos. En una zona de drenaje, las imgenes permiten evaluar rpidamente la topografa, la morfologa de la corriente y


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las estructuras de lecho de roca que tienen influencia en los movimientos de agua en la superficie y cerca de ella. Las concentraciones de vegetacin a lo largo de valles con corrientes aparecen de color oscuro en imgenes de satlite en blanco y negro.Tabla 2. Caractersticas de los satlites Spot y Landsat 4 y 5. Adaptado de Ardila,1989 CARACTERSTICAS Orbitas heliosincrnicas: Hora de paso en el Ecuador Dimetro medio para una elevacin Campo de vista de cada instrumento Posibilidad de inclinacin del eje Ciclo Promedio perodo de acceso Estereoscopa y generacin modelo numrico del terreno Nmero de bandas espectrales por instrumento SPOT 832 Km 10 h 30 min 2750 Km 60 Km 27 26 das 5 das Pancromtico = 10 m Multiespacial = 20 m No hay infrarrojo trmico 0.50 0.59 3 0.61 0.63 0.79 0.89 TM-7 LANDSAT 4 Y 5 715 Km 9 h 30 min 2370 Km 185 Km Imposible 16 das 16 das Multiespectral = 30 m Infrarrojo trmico = 120 m Banda 1: 0.45 0.52 Banda 7: 2.08 2.35 Banda 1: 0.5 0.6 Banda 4: 0.8 1.1 1: 1.000.000 1: 250.000

MSS-4 Escala Blanco y Negro 1:50.000 1: 400.000 Colores 1:100.000 1: 400.000

Respecto al procesamiento digital de datos e imgenes, vale decir que la interpretacin visual ha sido el primer mtodo empleado para extraer la informacin contenida en las imgenes de sensores remotos. Debido al alto volumen de datos generados (especialmente en las imgenes de satlite), se ha hecho necesario sistematizar la informacin para lograr un procesamiento ms rpido y eficiente para su posterior estudio analtico y visual. En las aplicaciones de percepcin remota se utilizan comnmente dos tipos principales de tratamientos de los datos: realce de la imagen, que consiste en mejorar, enfatizar o suprimir ciertas caractersticas de la imagen y la clasificacin multiespectral que incorpora los anlisis y criterios de decisin que puede usar un computador, mediante la aplicacin de los Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) .

2.3 SATLITESLos satlites de percepcin remota poseen la capacidad de proporcionar coberturas de datos espaciales y temporales completas, de costo efectivo, y repetitivas, lo que quiere decir que se pueden analizar a la vez de forma conjunta varios fenmenos, y tales tareas, como la valoracin y la observacin del estado del suelo, pueden llevarse a cabo sobre regiones muy amplias. Del mismo modo, la teledeteccin se puede utilizar en s misma como una fuente de datos importante en el desarrollo y mejora de los modelos, y puede utilizarse para validar modelos. Cuando se utiliza la teledeteccin, la relacin entre la respuesta espectral y las entidades presentes en el suelo, es complicada por el hecho de que las celdas de la imagen (pixeles), que pueden variar en el rango de 10 m a 1 Km de tamao, dependiendo de la fuente de datos utilizada, imagenes heterogneas y pueden contener una mezcla de fenmenos o clases distintas . Las respuestas espectrales individuales de las entidades dentro de una celda se promedian entre s para dar el valor final de la celda. Por lo tanto, los mtodos de teledeteccin solo son eficaces cuando el fenmeno, o las clases de fenmenos, cubren reas mayores que el tamao del pixel. Por todo esto, los datos espectrales han de ser realzados, filtrados e incluso corregidos geomtricamente mediante tcnicas de pocesado de imgenes antes de su integracin en el SIG. Un problema importante es la correccin de la imagen de satlite con la rejilla utilizada por el SIG.

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La correccin geomtrica es el proceso por el cual las coordenadas de la imagen se transforman en coordenadas del mundo real. Por lo general implica una rotacin y un escalado de los pixeles, as como una reclasificacin de los valores asignados a cada celda. Esto se consigue mediante el empleo de tcnicas de reclasificacin que implican la definicin de nuevas posiciones a los pixeles del mapa SIG, y su relleno con datos obtenidos mediante algoritmos de interpolacin como el del vecino ms prximo, la interpolacin bilineal o la convolucin cbica (para ver ms informacin sobre la reclasificacin espacial, consultar el mdulo de Anlisis Espacial Raster). Desde los comienzos de la teledeteccin, esta se haba considerado como una herramienta til, casi exclusivamente para estudios temticos y medioambientales, ya que la baja resolucin de los sensores no permita su uso para casi ninguna aplicacin cartogrfica.El lanzamiento en 1988 de SPOT 1 empieza a cambiar esta percepcin, por sus 10 m de resolucin en modo pancromtico y su capacidad estereoscpica. En Septiembre de 1999 se lanza el Ikonos, lo que supone una revolucin total en la concepcin de la utilidad de las imgenes de satlite:

Fechas de lanzamiento de los principales satlites con posibilidades cartogrficas

Resolucin en pancromtico y multiespectral Los sensores satelitales suelen llevar una banda pancromtica de alta resolucin espacial, combinada con otras 3 4 multiespectrales. Mediante tcnicas de Pansharpening se consiguen imgenes en color de alta resolucin:


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Bandas espectrales ms empleadas Al tratarse de sensores Pushbroom, las bandas ms empleadas son: pancromtic, azul, verde, rojo e Infrarrojo Prximo. En algn caso concreto (SPOT5) se agrega una banda en el SWIR de menor resolucin.

Recubrimiento estereoscpico Muchos de estos satlites estn dotados de capacidad de apuntamiento lateral o longitudinal, lo que permite la visin estereoscpica along-orbit o across-orbit.

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El satlite Ikonos (Space Imaging)

Lanzamiento en Septiembre de 1999 Disponibilidad comercial de imgenes desde Enero del 2000 Tamao: 1.8 x 1.6 m., peso: 817 kg. Memoria a bordo: 64 Gb. Orbita: 681 km, heliosncrona; 14 rbitas al da a 7 km/seg. Vida til prevista 7 aos, MMD 5+ aos

Resumen de caractersticas de Ikonos


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Resumen de productos Ikonos

La captura de informacin territorial a distancia con fines cartogrficos ha evolucionado rpidamente, tanto por la mayor resolucin espacial de los satlites existentes, como por la versatilidad y flexibilidad de los sistemas de tratamiento digital de imgenes. La consecuencia ha sido un mejor acceso a la obtencin de datos en plazos ms cortos, facilitando a los usuarios un amplio rango de escalas y de tratamientos con fines mltiples. Asimismo, la incorporacin al sistema de convertidores analgicos/digitales de alta resolucin en la transformacin de datos procedentes de cmaras mtricas aerotransportadas, ha propiciado la interaccin de diversos sensores y la produccin de documentos analgicos y digitales a gran escala (ortofotos digitales) con un mayor apoyo a la cartografa topogrfica. En el inicio del siglo XXI se vislumbran grandes avances en las aplicaciones cartogrficas de la teledeteccin gracias a los nuevos satlites de alta resolucin (1 metro en la actualidad e incluso menos en el inmediato futuro).

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2.4 TCNICAS COMPUTACIONALES DAC Y SIG.La aplicacin de las tcnicas computacionales DAC (diseo asistido por computador) y SIG (sistemas de informacin geogrfica) en hidrogeologa, es cada vez ms extendida; los avances ms importantes incluyen los campos de: almacenamiento, captura, procesamiento, anlisis o tratamiento, visualizacin y representacin de datos e imgenes. La diferencia fundamental entre un DAC y un SIG, est en que el primero se enfoca a la representacin de modelos matemticos que controlan el medio estudiado (patrones de flujo, concentracin de contaminantes, etc.), mientras que un SIG comprende el almacenamiento, tratamiento y visualizacin de informacin alfanumrica y grfica, usualmente referida a la superficie de la tierra, desde la adecuacin de bases de datos y herramientas para el tratamiento y anlisis de datos y la presentacin grfica. Actualmente (2008), las fronteras entre ambas herramientas tienden a desaparecer, para dar paso a aplicaciones integradas DAC-SIG (p.ej. la plataforma ArcHydro, desarrollada por la Universidad de Texas). Hay muchas aplicaciones DAC de uso muy comn en hidrogeologa. Una de ellas es dibujo el dibujo de secciones de pozos profundos, as como columnas geolgicas y secciones transversales. Las grficas son generadas a travs de datos tomados o calculados y mostrados por programas de dibujo especializados. Estas tcnicas tambin son utilizadas en el dibujo en planta, perfiles y otras secciones.(p.ej. Wellcad) Los sistemas de informacin geogrfica han sido construidos por diferentes organizaciones e instituciones, a nivel local, regional, nacional e internacional. Sirven en una amplia variedad de usos, basndose en plataformas de hardware y el uso de varios paquetes de software, ellos son todos basados en el mismo concepto: almacenar datos reales del espacio como bancos de datos orientados en capas los cuales se pueden manipular con herramientas de software para procesar y modelar el mundo real lo mejor posible. Los SIG cuentan con herramientas de captura, almacenamiento, edicin, manipulacin y despliegue, geogrficamente relacionadas con datos e informacin hidrolgica. Sus bases de datos contienen informacin grfica, como los mapas, fotos, videos etc. y datos alfanumricos como tablas, siglas, cantidades, cifras, etc. Todos los datos referentes a la hidrogeologa son almacenados y se dispone de cajas de herramientas para manipular los datos (superponer y cuantificar reas, medir longitudes etc.) y para presentar resultados (p.ej., leyendas para los smbolos convencionales y colores para denotar reas en los mapas. Entre las herramientas de anlisis se encuentran los modelos tridimensionales interactivos, alimentados desde y hacia modelos matemticos para toma de decisiones, pronstico de movimientos de aguas, etc., que se detallan en el segundo modulo de este libro.

3.. RECONOCIMIENTO DE CAMPO 3 R EC O N O C IMIEN TO D E C A MP OEl reconocimiento de campo o exploracin del sitio comprende dos aspectos; uno relacionado con el agua y los efectos meteorolgicos y una segunda parte relacionada con las formaciones geolgicas o rocosas. Para la bsqueda del agua que se encuentra en el subsuelo, se empieza con observaciones detalladas del terreno, se buscan y analizan las fallas producidas por fisuras o desplazamientos verticales u horizontales de la corteza, se estudian los afloramientos rocosos segn su importancia y su disposicin, los cuales conducen a encontrar afloramientos de agua desde las rocas de almacenamiento. Se analiza la vegetacin (tipo y distribucin) y se determinan las zonas de infiltracin. Los mtodos y procedimientos empleados en el trabajo de campo dependen si se trata de reconocimiento o estudios detallados y de la fisiografa de la regin. Para las campaas de reconocimiento se necesita una base (planos o imgenes de la superficie, mapas geolgicos, etc.); si esta no existe, es indispensable contar con un plano topogrfico sobre el cual consignar parte de las observaciones. Para obtener buenos resultados es indispensable la prospeccion geolgica, la prospeccion de los recursos hdricos y la informacin suministrada por


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los habitantes de la regin y de las instituciones relacionadas con la hidrologa, agricultura, cartografia y geologa.

3.1 DATOS Y REPORTES DE RECURSOS HDRICOSDe los estudios de evapotranspiracin o balance hidrolgico (capitulo 1) se determinan las relaciones entre las componentes de la lluvia, el caudal, la recarga y otras caractersticas de la cuenca como la capacidad para almacenar agua en forma subterrnea, teniendo en cuenta que en varios casos la divisoria topogrfica de la cuencas no coincide con las divisorias freticas, que son las que fijan los contornos del rea que contribuyen con agua subterrnea en cada vertiente y se presentan movimientos de agua de una cuenca hacia otra. El suelo y los depsitos subterrneos estn separados por la superficie fretica o nivel fretico, el cual vara continuamente en funcin del volumen de las variaciones meteorolgicas, estando ms alto en la poca de o periodos de recarga y disminuye en los perodos de sequa. Este punto mantiene una estrecha relacin con la porosidad, permeabilidad, conductividad y transmisividad de las rocas y para ello es necesario definir que unidades geolgicas son capaces de almacenar agua y transmitirla; pero la presencia de permeabilidad y porosidad buenas no quiere decir que se presente agua subterrnea y para ello es necesario que se incluyan investigaciones sobre las variables hidrolgicas y meteorolgicas. La localizacin y cuantificacin de los manantiales, nacederos de agua o puntos donde brota el agua superficialmente son datos fundamentales para un estudio hidrogeolgico, al igual que los pozos de explotacin y las zonas de infiltracin. En lo posible, deben registrarse y medirse tanto calidad como cantidad del agua proporcionada por cada uno de estos puntos. Con un buen registro de estos datos, se puede llegar a inferir o determinar el nivel fretico, con lo que se puede estimar la profundidad mnima necesaria a la que se deber avanzar el primer pozo exploratorio. La vegetacin presente tambin da indicios sobre la ubicacin del nivel fretico. Los ensayos de campo permiten determinar curvas de infiltracin en sitios determinados o fijados previamente; estos ensayos se ejecutan utilizando aparatos normalizados denominados infiltrmetros o lismetros. Los ensayos con infiltrmetros son puntuales, determinan la capacidad de infiltracin del suelo y solamente pueden tomarse como representativos de una zona dada cuando se realizan en parcelas de poca extensin y de suelo homogneo.

3.2 INVESTIGACIN E INFORMACIN GEOLGICALa prospeccin geolgica consiste en describir los procesos geolgicos, analizar la estructura de las rocas, sintetizar los principios que se consideran importantes en la exploracin de las aguas subterrneas, investigar los depsitos conocidos para determinar las condiciones; geolgicas, estructurales, geogrficas, biolgicas, qumicas, fsicas, para la formacin y conservacin de estos depsitos; buscar nuevos sitios donde estas condiciones se cumplan para la localizacin actual de los depsitos. Se descubren rocas y suelos expuestos, se registra la distribucin de rocas sobre planos previamente elaborados por topgrafos, se determina la composicin qumica, mineraloga y contenido fsil de las muestras se les asigna edad y origen, se miden las direcciones e inclinaciones de las capas, se levantan columnas estratigrficas locales y generalizadas de las zonas estudiadas. Para cumplir con estos objetivos, se debe tener presente, que en muy pocos lugares se presentan las formaciones geolgicas en las condiciones de cuando se originaron; el paisaje es generalmente la resultante de una serie de procesos que actan continuamente, y por lo general en forma simultnea sobre la corteza terrestre, conocido como el ciclo geolgico (capitulo 2). Por ejemplo, las rocas sedimentarias que conforman los cerros orientales de Santa Fe de Bogot (Monserrate, Guadalupe), fueron depositadas originalmente como estratos horizontales en el fondo de una masa de agua y hoy se encuentran a mas de 2500 metros de altura sobre nivel del mar, fuertemente plegadas; su plegamiento no puede distinguirse a simple vista, pues los procesos erosivos durante millones de aos, han destruido una considerable parte del bloque plegado, de suerte que los flancos del

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cerro, o superficies topogrficas de erosin que hoy se contempla no guardan relacin ninguna aparente con la curva circular del plegamiento anticlinal inicial. Para descifrar los fenmenos geolgicos, u origen de las formas de la tierra, es preciso tener un conocimiento de los procesos que actan sobre la corteza terrestre, la manera como sta evoluciona en el transcurso de las edades geolgicas y la geomorfologa que es una rama de la geologa que estudia las formas de la tierra. Los procesos que operan en la conformacin de la superficie terrestre son principalmente: La denudacin; el diastrofismo y el volcanismo. La denudacin, es de carcter externo a la corteza, es el resultado de la accin atmosfrica, en forma de lluvia, viento, meteorizacin, etc., sobre ella. Consiste en la erosin o desgaste por la accin del agua y los vientos, transportndose las partculas de roca hacia hondonadas o sitios de depsito donde se acumula el material erodado y se sedimenta, como se observa en las siguientes imgenes.

http://www.astronomia .com

http://www.sagan_gea.or

http://www.parkswatch.or

Los otros dos procesos son internos, y se deben principalmente a la actividad trmica o radiactiva del interior de la tierra. En estos dos procesos, diastrofismo y volcanismo, actan principalmente fuerzas constructivas, en tanto que en el primero proceso, la denudacin, actan primordialmente fuerzas destructivas. El diastrofismo constituye movimientos relativos de partes o sectores de la corteza terrestre, mientras que el volcanismo conlleva el movimiento de roca fundida o lava hacia el exterior de la corteza dando origen a la formacin de nuevas caractersticas superficiales.

http://www.ineter.gob.ni/geofisica/vol/Amenazas_archivos/image004.jpg

En el anlisis de las estructura de las rocas, la estratigrafa constituye uno de los hechos ms extraordinarios de la ciencia de la geologa; el que la historia de la evolucin de los seres vivos haya quedado escrita, en las pginas de las rocas es extraordinario; Las especies dejaron sus esqueletos atrapados en los sedimentos que se formaron en su poca, y petrificaron, o convertidos en fsiles, los encontramos hoy da como ndices de las edades de las rocas en que se hallan. La presencia de los seres vivos en la corteza terrestre ha servido para dividir la historia de sta en cuatro eras; en perodos geolgicos; en pocas; que son subdivisiones con caractersticas bien definidas. La determinacin de la


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edad geolgica de las rocas se basa en el principio de superposicin de los estratos, segn el cual, en una formacin sedimentaria la capa o estrato superior es el ms moderno. Las rocas intrusivas que atraviesan a las sedimentarias o metamrficas son lgicamente ms recientes que stas, y en este hecho se basa la determinacin de su edad. En campo, lo ms comn es la discontinuidad estratigrfica, tanto vertical como horizontal. Por lo tanto, la reconstruccin del libro de las rocas de la tierra slo es posible complementando mutuamente las secciones incompletas e interrumpidas en diverso lugares de la corteza; esta es la labor de la estratigrafa. La estructura interna de los sedimentos, a pesar de que stos son esencialmente capas, presenta muchas peculiaridades y variaciones que delimitan los acuferos y las caractersticas de stos, como son la estratificacin cruzada; aquella segn la cual los sedimentos acusan un ngulo con respecto a las lneas o planos de la estratificacin general, las caractersticas varan segn provenga de deltas, depsitos elicos, corrientes torrenciales, etc. Estratificacin gradual: las rocas exhiben una disposicin de los estratos ordenada de acuerdo al tamao de los granos, generalmente segn el orden de acumulacin o decantacin por gravedad, con los granos ms gruesos en la base y los ms finos en los lechos superiores. Otras caractersticas en las rocas son marcas de oleaje, las grietas de lodo y las concreciones. Estas estructuras dependen tambin de los procesos y ambientes que intervienen en la formacin de las rocas. En el reconocimiento de campo y estudio geolgico es necesario efectuar clculos relativos a las magnitudes de las rocas y sus estructuras. Estos clculos permiten conocer los volmenes de agua subterrnea, distancias y profundidades a que puede encontrarse determinadas rocas o estratos. Generalmente estos problemas se resuelven por mtodos analticos o grficos. Dos son los elementos que definen la posicin de un estrato: El rumbo y el buzamiento3. El rumbo del estrato es el ngulo horizontal que forma la lnea de interseccin con un plano horizontal cualquiera tomada con respecto al eje norte-sur. El buzamiento es el ngulo vertical que el estrato forma con un plano horizontal cualquiera, medido en direccin normal a la lnea del rumbo del estrato, como se puede apreciar en la figura 2. En las observaciones estratigrficas se tiene en cuenta el espesor de la seccin de roca sedimentaria, la presencia y profundidad de las posibles rocas madre en seccin, edad; porosidad etc. Presencia y profundidad de las posibles rocas almacn en seccin; presencia y posibles cierres de los acuferos y nacimientos; posicin y carcter de discontinuidades; cambio laterales de fases y especialmente de permeabilidad; presencia de rocas solubles en la seccin. Es importante describir la forma y redondez de los granos que conforman los estratos, esta propiedad incide sobre las propiedades acuferas de los estratos.

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Tambin se conocen con el nombre de direccin e inclinacin, respectivamente.

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Figura 2. Elaboracin de un plano geolgico. Tomado de Ramrez et al, 1957

Los mapas estructurales son aquellos en los cuales se representa con curvas de nivel, la topografa, configuracin o estructura de un estrato u horizonte geolgico determinado, por lo regular situado a centenares de metros bajo la superficie del terreno. El problema general en la construccin de mapas estructurales consiste esencialmente en la conversin de las elevaciones topogrficas para control en la superficie, en elevaciones o cotas del subsuelo, sobre el estrato que se desee cartografiar, aquel sobre el cual se trata de dibujar las curvas de nivel, llamadas en este caso particular curvas estructurales. Los planos geolgicos y estructurales generalmente se conforman por secciones o columnas estratigrficas, buzamiento y litologa. Los planos geolgicos muestran la geologa de la superficie y proporcionan pistas estructurales y pueden determinar la estructura de las rocas estratificadas por la presencia de ventanas y por la distribucin de los afloramientos de rocas de distintas edades. La altitud del plano estratigrfico de referencia en puntos diversos se determina por la interseccin de las lneas de nivel con los contactos de formaciones; con sta informacin se dibuja el plano estructural de lneas de nivel. Los planos estructurales muestran mediante curvas de nivel, anticlinales, sinclinales, fallas y otras estructuras de inters.


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Los planos topogrficos aparte del valor como plano base, proporcionan informacin estructural; en stos se reconocen buzamientos y anticlinales. Las fallas pueden ser seguidas por sus escarpes, el reconocimiento de domos por patrones circulares del drenaje. La combinacin del trabajo en campo y un buen plano topogrfico puede hacer posible un plano geolgico de un rea mucho mayor que la realmente cubierta por un gelogo en su trabajo.

4.. GEOFISICA PARA AGUA SUBTERRANEA 4 GEOFISICA PARA AGUA SUBTERRANEALa prospeccin geofsica se basa en la investigacin y medicin de las propiedades fsicas de la tierra, de las rocas, de las condiciones de cada acufero y en el diseo de aparatos y mtodos para localizar la presencia de estructuras subsuperficiales y estimar las propiedades fsicas, mecnicas y elctricas de las unidades que satisfagan determinadas condiciones. La prospeccin geofsica no es lo mismo que la geofsica; los mtodos geofsicos determinan efectos fsicos, no nuevos acuferos. As, el mtodo ssmico no puede directamente encontrar profundidades de los depsitos; este mtodo geofsico mide el tiempo que gastan las ondas acsticas en recorrer distancias a travs del subsuelo y mediante clculos e integracin con otros mtodos de prospeccin, se pueden encontrar profundidades de rocas y estructuras favorables para la acumulacin del agua. La prospeccin geofsica constituye un campo pequeo de la geofsica; es una ciencia que integra la fsica, la geologa y la hidrulica, con el objetivo de medir en la superficie de la tierra ciertos factores fsicos de las rocas, suelos y acuferos, cuyas diferencias se interpretan en trminos de anomalas del subsuelo. La mayora de las tcnicas geofsicas son soluciones rpidas, aproximadas y estn dirigidas a localizar estructuras geolgicas favorables a la acumulacin de agua en depsitos explotables. Los levantamientos geofsicos son el registro de estas labores y se emplea bastante en la bsqueda de las propiedades fsicas y profundidades a que se encuentran materiales de inters, con base en su forma de reaccionar a determinados estmulos energticos.

4.1 MTODOS DE PROSPECCIN GEOFISICALos mtodos de prospeccin geofsica pueden clasificar en reactivos y naturales. Los primeros aplican energa al subsuelo y miden la reaccin a ciertos estmulos externos; los segundos miden las veniales que emiten los minerales en su estado natural. De los sensores remotos discutidos en el numeral anterior, las fotografas aereas y las imgenes de satlite, son mtodos naturales, mientras que los sistemas de radar son reactivos. Otro criterio de clasificacin es el origen del mtodo y la propiedad que mide; de esta manera se clasifican en: gravimtricos, magnticos, ssmicos, elctricos, radiactivos, geoqumicos y trmicos, que se resumen en la tabla 3. Debido a su bajo costo comparativo, fcil interpretacin, equipo sencillo y poco personal, los mtodos de resistividad elctrica son los ms empleados en la exploracin hidrogeolgica, seguidos por los electromagnticos. En la prospeccin de hidrocarburos, la principal herramienta geofsica son los mtodos ssmicos.

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TABLA 3. COMPARACIN DE LOS MTODOS GEOFSICOS DE PROSPECCIN(Marco A.H. 1999-2004)Mtodo Geofsico Sub-Clasificacin Refraccin Ssmica Aplicacin Geotecnia Minera Geologa regional Parmetro medido Tiempo de llegada del primer evento ssmico Tiempo de llegadas amplitud de onda forma de los eventos Informacin Obtenida Profundidad de la capa Velocidad de propagacin por intervalo Modelo del subsuelo velocidad de propagacin Velocidad por intervalo reflejado

Mtodos SsmicosReflexin Ssmica Exploracin petrolera Geotecnia marina Evaluacin minera Resistividad del terreno en la superficie, interpretacin geolgica y variaciones laterales Resistividad del terreno en la superficie, interpretacin geolgica y variaciones laterales, pero a grandes profundidades

EM en dominio de frecuencias

EM en dominio de tiempos Electromagnticos V.L.F.

Variaciones del campo magntico de la tierra Resistividad del terreno en superficie, interpretacin geolgica , y variaciones laterales

Distribucin areal y en profundidad de contrastes de susceptibilidad magntica. Investigacin a poca profundidad

Geo-radar Cross-hole Down-hole Up-hole

Huecos y elementos enterrados , contactos litolgicos, investigaciones de trasds de estructura, etc. Litologa del sondeo, velocidad de ondas P y S, mdulos dinmicos, propiedades resistentes, excavalidad, espesor de recubrimientos Interpretacin geolgica , cavidades, mdulos dinmicos, velocidad de ondas P y S, propiedades resistentes, zona de fractura, zonas de alteracin , excavacin espesor de recubrimiento Contactos litolgicos con contraste de densidad, terrestre blandos, cavidades, zonas de disolucin, zonas de falla Galera de mineras abandonadas Resistividad elctrica, potencial espontneo, conductividad elctrica Propiedades mecnicas y ssmicas Propiedades mecnicas y ssmicas Propiedades mecnicas Propiedades mecnicas Variaciones de corrientes elctricas Zonas de fallas y profundidades

Ssmica en sondeos

Tomografa ssmica

Zonas de fallas y profundidades

Mtodos Magnticos

Mircrogravimetra Magnetometra

Zonas de falla geolgicas Presencia de acuferos, porosidad, permeabilidad Salinidad de agua, resistencia del material, secuencia litolgica

Elctrica

Testificacin geofsica (en el interior de sondeos)

Nuclear o radiactiva

Gamma Natural, gamma espectral, Neutrn, gamma-gamma

Neutron y Gamma

Investigaciones en arcillas, contenido de agua, densidad del terreno Grado de facturacin, secuencia litolgica Punto de afluencia del agua al sondeo, niveles freticos Acotacin del sondeo, huecos y fracturas, orientacin de las discontinuidades Informacin Obtenida

Snica o Acstica Fluidos Geomtricos Mtodo Geofsico Sub-Clasificacin

Snica o Acstica Temperatura, conductividad, velocidad de flujo Calibre, Dipmetro, Registro de T.V.

Propiedades mecnicas Propiedades elctricas Propiedades mecnicas Parmetro medido

Aplicacin


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Mtodos Gravimtricos

Gravimetra

Exploracin Petrolera, Geologa regional Geodinmica

Variaciones del Distribucin areal y en campo gravitacional profundidad de contrastes de terrestre densidad o masas

Telricas Exploracin minera Magnetotelricas Campo natural Potencial espontneo AFMAG Equipotencial S.E.V Mtodos Elctricos Baja frecuencia Calicatas Bipolar Campo artificial Alta frecuencia ElectroMagnticas Aguas subterrneas Exploracin minera Geotcnica Geotermia Exploracin minera Exploracin petrolera Exploracin minera Exploracin de hidrocarburos Velocidad Exploracin Petrofsica (perfiles de pozos) Evaluacin de yacimientos Produccin petrolera Control produccin Estratigrafa Procesamiento ssmico de Resistividad Diferencia de potencial Distribucin de profundidad de velocidad Densidad Voltaje y corriente elctrica entre electrodos Modelo del subsuelo por resistividad Distribucin de resistividades Variacin de la resistividad de la resistividad con la profundidad Estructura de la tierra Geotermia Exploracin Petrolera Intensidad de campo Contrastes de resistividad con magntico terrestre el basamento Potencial natural del terreno Zonas de potenciales naturales

Campo elctrico inducido

IP

Cada de potencial

Zonas con efectos de polarizacin

MTODOS SSMICOS: Con este nombre se conocen las tcnicas que introducen energa en el subsuelo con el fin de producir artificialmente ondas ssmicas en la superficie4 y en medir los tiempos que stas gastan en recorrer los diversos estratos y rocas, mediante el registro de los ecos que retornan desde los lmites o discontinuidades entre la diversa geologa estructural. Existen dos clases de mtodos ssmicos: los que registran las ondas que son reflejadas en los lmites de los estratos y se denominan de reflexin, y los que refractan o desvan de su trayectoria lineal las ondas acsticas, que se denominan de refraccin. La Figura 4 ilustra la identificacin de estratos acuferos por el mtodo de refraccin ssmica.

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Estas ondas se producen por explosiones de dinamita y por cada de cuerpos desde cierta altura.

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Figura 4 Identificacin de estratos acuferos por el mtodo de refraccin ssmica. Tomado de Fair, 1990

Un protocolo que es vlido para cualquiera de las dos modalidades de prospeccin ssmica es el siguiente: Generar la onda ssmica mediante explosin, o choque, con lo cual se generan vibraciones en el subsuelo que se propaguen y refleje o refracten. Registrar los impulsos debidos a las ondas reflejadas o refractadas; la energa mecnica aplicada se transforma en impulsos elctricos que se captan usando gefonos, hidrfonos o sismmetros electromagnticos. Grabar las seales; para lo cual se reproducen los impulsos elctricos transmitidos por los gefonos; se amplifican las seales, se registran en cintas magnticas, se producen registros grficos sobre papel con el fin de interpretar la estructura geolgica del subsuelo. Por ultimo, configurar los mapas del subsuelo e indicar la posible presencia de depsitos o presencia de agua subterrnea. De acuerdo a la disposicin y ubicacin de los gefonos y de los sitios de explosin se definen las configuraciones a emplear: prospeccin en abanico, prospeccin por perfiles, prospeccin en andanas, dinamizacin en tringulo y dinamizacin en arco. El mtodo ssmico de reflexin mide las variaciones en los tiempos de reflexin de ondas e indica caractersticas estructurales de las rocas del subsuelo y las profundidades. Las ventajas proporcionadas por ste mtodo se basan en que proporcionan ms informacin estructural que cualquier otro mtodo y entre las desventajas se puede enumerar que es lenta, costosa y en algunas regiones presenta grandes dificultades. La velocidad ssmica depende de las constantes elstica de las rocas y del patrn de discontinuidades. Un mapa de reflexin ssmica se parece a un mapa geolgico del subsuelo. El mtodo ssmico de refraccin se basa en las velocidades con que son remitidas o refractadas las ondas elsticas, las que varan segn el material, su densidad y su elasticidad. Las ondas se propagan a distintas velocidades a travs de los materiales del subsuelo, siendo refractadas en las interfases que separan los materiales de diferente velocidad, de acuerdo a sus respectivos mdulos elsticos. MTODOS GRAVIMTRICOS: Este mtodo descubre y mide las variaciones laterales de la accin de la gravedad en los materiales del subsuelo,. Su fin es determinar la atraccin gravitacional de lugares diferentes midiendo la intensidad del campo magntico. Este mtodo de prospeccin se puede aplicar debido a que las rocas presentan diferentes densidades, y la atraccin gravitacional acta con mayor intensidad en zona de rocas de alta densidad, que en otras donde la densidad es baja. El efecto de las anomalas de la gravedad es muy pequeo y las mediciones son del orden de una millonsima total de la atraccin de la gravedad. Las rocas ms densas ejercen mayor atraccin gravitatoria; si las rocas ms densas estn arqueadas haca arriba (anticlinal) el campo gravitatorio terrestre ser mayor sobre la estructura que a lo largo de sus flancos. Un domo salino que es menos denso que las rocas en las que est intruido, puede ser descubierto gracias a los bajos valores de la


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gravedad que normalmente son registrados sobre el mismo. MTODO DE PROSPECCIN MAGNETICA: Mediante ste mtodo se determinan los espesores de las capas sedimentarias y rasgos estructurales originados por cambios en la intensidad de magnetizacin5 . Las rocas sedimentarias ejercen un efecto magntico muy pequeo, en comparacin con las rocas gneas o metamrficas. Casi todas las variaciones de la intensidad magntica medibles en la superficie estn asociadas a la topografa o a los cambios litolgicos del subsuelo. Los efectos magnticos de las rocas pueden en gran parte estar influidos por pequeos vestigios de cuerpos minerales o altos contenidos de minerales en las aguas. La tierra se comporta como si fuera un imn, y la brjula apunta al polo norte magntico. En el polo norte magntico el extremo de la aguja magntica apunta verticalmente haca abajo6 y en el polo magntico meridional o sur magntico el mismo extremo de ala aguja apunta haca el cenit. En cualquier otro punto de la tierra la aguja magntica adopta posiciones de inclinacin intermedios y en la mitad de la distancia de los dos polos, permanece horizontal y seala el ecuador magntico. En este lugar la intensidad del campo magntico de la tierra es mnimo pero aumenta haca los polos donde el campo es aproximadamente dos veces ms fuerte que en el Ecuador magntico. El ngulo de divergencia que forma la aguja magntica con relacin al meridiano del lugar, se llama declinacin magntica y el ngulo que forma la aguja magntica con relacin a la superficie terrestre se denomina inclinacin magntica.. Los registros mapeados por magnetmetros detectan variaciones magnticas de la tierra y pueden identificar rocas sedimentarias y delimitar las cuencas de sedimentacin. Tambin el magnetmetro determina presencia de rocas gneas bsicas, diques y mantos estratificados. Un levantamiento utilizando magnetmetro areo normalmente realiza un perfil de 800 a 1500 metros por da y no es afectado por desviaciones magnticas puramente locales. MTODOS TRMICOS: Miden las anomalas de temperatura, que pueden ser causadas por el flujo subterrneo de agua en sitios de infiltracin; las medidas se hacen a profundidad constante debajo del nivel fretico. Durante diferentes perodos del ao, la temperatura del agua emanada a una profundidad dada es diferente a la temperatura normal correspondiente a esa profundidad; su interpretacin permite distinguir capas o zonas de alta permeabilidad para la acumulacin del agua subterrnea. La figura 5 es una comparacin entre las diferentes soluciones a problemas tpicos de ingenieria, por mtodos geolgicos y geofsicos.

5 6

Propiedaddelasrocasquedeterminanlosefectosmagnticos. aproximadamente75gradosnortey100gradosoeste

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Figura 5. Solucin de problemas por mtodos geolgicos y geofsicos


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4.2 PROSPECCIN ELCTRICALos variados mtodos de prospeccin elctrica se pueden clasificar en dos grupos: uno en el cual las corrientes telricas y la polarizacin espontnea dependen de los campos de influencia naturales existentes, en donde se mide el estado natural de las rocas. Y el otro grupo aquellos que necesitan aplicacin a la superficie del suelo de corrientes continuas o alternas para crear campos artificialmente que viajan a travs del subsuelo para despus medir la respuesta de las rocas. Y segn el comportamiento elctrico se determinan las propiedades acuferas de las rocas. Entre los mtodos naturales se encuentran los de polarizacin espontnea, las corrientes telricas; y en los mtodos reactivos o mtodos artificiales el de cada de potencial, resistencia, oscilacin elctrica momentnea, y los electromagnticos. Estos mtodos elctricos de prospeccin tambin se emplean con frecuencia en la bsqueda de metales y minerales.

4.3 PROPIEDADES ELCTRICAS DE LAS ROCASEn la prospeccin elctrica se hace uso de propiedades fundamentales de las rocas, que describen la forma de circular la corriente elctrica en el subsuelo. RESISTIVIDAD ELECTRICA: de las rocas se define como la resistencia entre las caras opuestas de un cubo unidad de ese material por dentro del cual pasa la corriente elctrica. De la ley de Ohm se tiene que V = l * R donde: V = diferencia de potencial elctrico (voltios) I= intensidad (amperios) R= resistencia elctrica (ohmios)

R=donde: = resistividad (ohmnio-metro) L= longitud (metros) = conductividad (inverso de la resistividad) A= rea

L A

=

1

La conductividad es el inverso de la resistividad; existen en la naturaleza tres clases de conductividad elctrica: la conductividad metlica o electrnica, en donde el movimiento lo realizan los electrones (ej.metales); la conductividad dielctrica propia de los materiales aislantes en donde se presenta una dbil conductividad inica (ej.feldespatos, micas, cuarzo, calcita, etc.) y la conductividad inica en la que el movimiento de los iones se realiza en presencia de un campo elctrico hacia los respectivos electrodos (ej. soluciones acuosas). El valor de la resistividad () flucta para diferentes rocas en rangos muy amplios, dependiendo de la composicin de las mismas, de la conductividad de las partculas, de su estructura, la presencia de agua, la concentracin de sales, la temperatura y la porosidad. La tabla 4 se muestra algunos valores tpicos de resistividad de algunas rocas y minerales comunes.

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En la estructura de las rocas, la orientacin de los materiales, la cantidad y distribucin de los poros, etc., provocan la variacin de la resistividad con la direccin; este fenmeno se presenta en las rocas compuestas por diferentes capas como son los esquistos, las arcillas, las lutitas y las rocas metamrficas entre otras; en stas ultimas, la resistividad es mayor en la direccin transversal y menor a lo largo de la estratificacin.Tabla 4. Resistividad de rocas y minerales Material Resistividad (ohm-m) Agua de mar +/- 0,1 Agua dulce subterrnea 20 - 100 Agua dulce superficial 20 - 1000 Agua salobre subterrnea 1 - 20 Agua salobre superficial 2 - 20 Arcilla 2 - 30 Arena no saturada >50 Arena saturada con agua dulce 30 - 300 Arena saturada con agua salada 0,1 - 5 Arena saturada con agua salobre 5 - 30 Arenisca y caliza maciza 1000 - 15000 Arenisca y caliza porosa 5 - 1000 Calcita 5E+12 Caliza 1E+04 Cuarzo 1E+12 Grafito 3E-04 Granito 1,00E+07 Ignea y metamrfica maciza >1000 Ignea y metamrfica meteorizada 50 - 1000 Pirita 1E-02 Serpentina 3E+02 Yeso 10

ACTIVIDAD ELECTROQUMICA. En las fronteras entre la roca y el agua ocurren fenmenos de polarizacin espontnea que provocan campos elctricos; estos son originados por diversos factores que dependen de la composicin qumica de las rocas y de la composicin de los electrlitos disueltos en el agua que esta en contacto con las rocas. De ello depende la magnitud y signo del voltaje engendrado cuando el material rocoso est en equilibrio con un electrlito. PROPIEDAD DIELECTRICA. Es la propiedad que poseen los materiales de polarizarse en presencia de un campo elctrico, esta propiedad de las rocas tiene gran influencia en la distribucin de las corrientes alternas. La constante dielctrica es la medida de la polarizabilidad por unidad de volumen de material; es proporcional al campo elctrico aplicado E y la constante de proporcionalidad es llamada susceptibilidad elctrica y dada en faradios/voltios.. El agua posee un alto valor de susceptibilidad elctrica comparado con el de las rocas. Esta propiedad determina la capacitancia efectiva de un material rocoso y por consiguiente, su respuesta esttica a cualquier campo aplicado, continuo o alterno.

4.4 MTODOS ELCTRICOS DE PROSPECCINMTODO DE LA POLARIZACIN ESPONTNEA: Este mtodo estudia las corrientes elctricas y los campos elctricos sobre la superficie terrestre o en los pozos, provocados por diferentes fenmenos, de los cuales los ms importantes son los procesos de oxidacin de los cuerpos sulfurosos, que dan lugar a la polarizacin del mismo y a la aparicin de cargas elctricas sobre la parte superior e inferior. Consiste en la medida en la superficie de los potenciales elctricos engendrados en el suelo por accin electroqumica entre los minerales y las soluciones con las cuales estn en contacto, sin aplicacin de campos


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elctricos creados artificialmente. Cuando las diferentes partes de una masa mineral estn en contacto con disoluciones de composicin distinta, tienen lugar reacciones qumicas que dan por resultado diferentes presiones de disolucin en las respectivas superficies de contacto. Las diferencias en las presiones de disolucin engendran diferencias de potencial que originan un flujo de corriente en el suelo. La causas ms comunes de las diferencias de composicin de las soluciones que circundan una masa mineral son: la oxidacin diferencial del mineral y las corrientes telricas, que son corrientes naturales en el subsuelo, de extensin global, que circulan por la corteza terrestre sujetas a un ciclo diurno de alternancias. La influencia de estos procesos es difcil de separar de los potenciales electroqumicos. Los levantamientos de campo e interpretacin de las anomalas del autopotencial pueden ser descubiertas con electrodos porosos no polarizantes. Los potenciales pueden ser medidos a lo largo de perfiles con parejas de electrodos mantenidos a una separacin uniforme; con esta disposicin es ms comn cartografiar los gradientes que las diferencias reales de potencial. Las lneas equipotenciales son determinadas a veces conservando un electrodo en una posicin fija y buscando en la superficie la lnea en que no se observe diferencia de potencial entre aquel electrodo de referencia y otro de prueba. MTODO DE LINEAS EQUIPOTENCIALES: Este mtodo se basa en el estudio y observacin de las isolneas del potencial elctrico sobre la superficie terrestre. Para su aplicacin pueden ser utilizadas corrientes continuas o alternas, las cuales se introducen en el subsuelo por medio de electrodos. Las distorsiones en las lneas de flujo de corriente puede indicar la existencia de una masa interna, dotada de una conductividad tan alta que atraiga las lneas de flujo o de una tan baja que rechace las lneas de flujo desde el medio circundante. Como no existe medio directo alguno que permita medir la direccin del flujo de la corriente elctrica en el suelo, se hace uso del principio general de las redes de flujo: las lneas de flujo son siempre perpendiculares a las lneas de igual potencial. La interpretacin es casi siempre cualitativa; los rumbos y alineaciones de masas minerales conocidas y ocultas por terrenos de recubrimiento pueden ser seguidas por ste mtodo, dado que por la distorsin las lneas equipotenciales tendern a estar a lo largo del eje de la masa causante de la distorsin. PROSPECCIN CON LAS CORRIENTES TELRICAS: Este mtodo aprovecha las corrientes telricas naturales que circulan en grandes mantos en todos los lugares de la superficie terrestre. Generalmente se cree que las corrientes telricas son provocadas por la actividad del sol, son variables y su frecuencia puede oscilar en grandes rangos. Las corrientes telricas no pueden ser medidas como tales, pero los gradientes de potencial horizontal que producen la superficie y en los pozos de sondeo pueden medirse con facilidad y deducirse las densidades de corriente en reas en las que se conozcan las resistividades del subsuelo. La correlacin de oscilaciones individuales se realiza mediante los registros de potencial terrestre obtenidos simultneamente en dos estaciones o lugares distanciados varios kilmetros; de sta forma es posible cartografiar las variaciones de las corrientes telricas de un lugar a otro, comparando las amplitudes de oscilaciones simultneas de dos localidades. Lo que se mide es la amplitud de la oscilacin del potencial y de sta manera, los efectos de polarizacin en los electrodos no influyen en los resultados. Un protocolo de campo para este tipo de sondeos consiste en mantener una estacin base en funcionamiento continuo, mientras se desplaza un segundo montaje de electrodos a diferentes puntos de observacin. Las variaciones de la magnitud y direccin entre la base y las estaciones moviles son realizadas y calculadas por una comisin. Como la direccin de las corrientes telricas varan constantemente, es necesario montar dos pares de electrodos en cada estacin, estando estas alineadas en direcciones perpendiculares entre si. En cada par se toman lecturas de magnitud y direccin de las corrientes; debido a la rapidez de las oscilaciones, los voltajes componentes no pueden ser determinados con exactitud con base en las lecturas instantneas y deben ser obtenidas en los tiempos medios de las desviaciones.

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LEVANTAMIENTOS MAGNETOTELRICOS: En este mtodo se miden al mismo tiempo las variaciones de la corriente elctrica y del campo magntico; la relacin entre los campos elctricos y magnticos depende de las estructuras geolgicas de la regin y permite calcular las profundidades de las capas geolgicas. Los campos magnticos inducidos por las alternancias de las corrientes telricas pueden ser medidos simultneamente con las fluctuaciones de voltaje entre los electrodos situados en la superficie. La relacin entre las amplitudes de estos voltajes alternos y los campos magnticos asociados puede ser proyectada como funcin de la frecuencia y as la resistividad ser deducida como funcin de la profundidad. PROSPECCIN POR RADIO-ONDAS: Se utilizan ondas de radio, ya que la intensidad de las mismas y su forma depende de la resistividad de las rocas, como fuente de radio-ondas se utilizan radioemisoras o pequeas emisoras porttiles. PROSPECCIN POR INDUCCIN: Las ondas electromagnticas se amortiguan en el suelo a una velocidad que depende de la frecuencia y de las caractersticas elctricas del suelo, las ondas que bajan de intensidad con mayor rapidez con respecto a la profundidad son las frecuencias de ondas ms elevadas. Cuando estas ondas chocan con una formacin conductora o masa mineral, inducen corrientes en los conductores De acuerdo con las leyes de induccin electromagntica, estas corrientes que dan origen a nuevas ondas que irradian desde los conductores y pueden ser detectadas en la superficie mediante el empleo de instrumentos adecuados. Cualquier alteracin de homogeneidad en el campo electromagntico observado en la superficie, indica variaciones de la conductividad en profundidad y la presencia de masas anmalas en el subsuelo. LEVANTAMIENTOS AREOS DE PROSPECCIN ELECTROMAG

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