métodos de prospección geofísicas para la detección de las aguas subterráneas

UNICAH – FACULTAD DE ING. AMBIENTAL – HIDROGEOLOGÍA UNICAH | 31-03-2014

MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICAS PARA LA DETECCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

HIDROGEOLOGÍA – ING. MIGUEL OMAR MONTOYA – FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL


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UNICAH – FACULTAD DE ING. AMBIENTAL – HIDROGEOLOGÍA 1

TABLA DE CONTENIDO I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 3

II. FINALIDAD DEL DOCUMENTO ..................................................................................................... 4

III. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 4

i. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................. 4

ii. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................... 4

IV. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 5

i. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TEMA ......................................................................................... 5

A. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA RESISTIVIDAD ELÉCTRICA ................................................... 5

B. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA REFRACCIÓN SÍSMICA ........................................................ 5

C. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA REFELXIÓN SÍSMICA ........................................................... 6

ii. GEOFÍSICA................................................................................................................................ 6

iii. PROSPECCIÓN GEOFÍSICA ....................................................................................................... 6

iv. PROSPECCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCAS DE

EXTREMADURA ............................................................................................................................... 7

A. ROCAS METAMÓRFICAS ...................................................................................................... 7

B. ROCAS GRANÍTICAS ............................................................................................................. 8

C. ROCAS FILONIANAS ............................................................................................................. 8

D. ROCAS CALCÁREAS .............................................................................................................. 8

E. ROCAS SEDIMENTARIAS CONSOLIDADAS ........................................................................... 9

F. ROCAS SEDIMENTARIAS NO CONSOLIDADAS ..................................................................... 9

v. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA .............................................................................. 10

A. MÉTODO DE PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA .................................................................... 10

B. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN SÍSMICA .............................................................................. 12

C. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELÉCTRICA .......................................................................... 14

D. MÉTODO DE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA ......................................................................... 20

E. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICOS ....................................................... 21

F. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICOS ................................................................. 21

G. OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA PARA LA DETECCIÓN DE AGUAS

SUBTERRÁNEAS ......................................................................................................................... 22

V. RESUMEN DE LOS MÉTODOS MÁS UTILIZADOS ........................................................................ 23

VI. IMPORTANCIA DE LOS MÉTODOS GEOFÍSICOS DE DETECCIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS –

DIAGRAFÍA ......................................................................................................................................... 25


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VII. HIDROGEOLOGÍA Y AMBIENTE .............................................................................................. 26

VIII. CONLUCIONES ....................................................................................................................... 27

IX. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 28

TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1- Configuración de Wenner para Método de Resistividad (Chunga, 2007) .................... 5

Ilustración 2 - Método de Refracción Sísmica (Chunga, 2007) ........................................................... 6

Ilustración 3 - Prospección Gravimétrica (Chunga, 2007) ................................................................. 11

Ilustración 4 - Mapa de Anomalías Gravitatoria (Chunga, 2007) ...................................................... 12

Ilustración 5 - Software de prospección sísmica (Chunga, 2007) ..................................................... 13

Ilustración 6 - Módulos Elásticos (Chunga, 2007) ............................................................................. 14

Ilustración 7 - Método de Exploración Eléctrico por Schlumberger (Chunga, 2007) ........................ 15

Ilustración 8 - Calicatas Eléctricas (Chunga, 2007) ............................................................................ 17

Ilustración 9 - Diagrama Calicata Wenner (Chunga, 2007) ............................................................... 18

Ilustración 10 - Diagrama Calicata Schlumberger (Chunga, 2007) .................................................... 19

Ilustración 11 - Diagrama Calicata Dipolar (Chunga, 2007) .............................................................. 19

Ilustración 12 - Procesos de Interpretación Geoléctrica Perfil Geoeléctrico PE-1 (Chunga, 2007) . 20

Ilustración 13 - Prospección Geomagnética Con Magnetómetro De Precesión Protónica (Chunga,

2007) ................................................................................................................................................. 21


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I. INTRODUCCIÓN Debido a que el recurso hídrico es uno de los tantos recursos naturales inherentes al ser humano;

durante años se han desarrollado técnicas rudimentarias y metodologías científicas para la

detección del agua subterránea, que es la fuente de agua potable en muchos lugares del mundo.

Una de las muchas metodologías que existen se engloban en lo que es la prospección geofísica.

Además de ayudar a la detección de las aguas subterráneas, también ha ganado importancia para

la resolución de diversos problemas asociados a definir las condiciones físicas y mecánicas de las

estructuras geológicas del subsuelo; monitorear plumas de contaminación, evaluar propiedades

mecánicas de los materiales geológicos, ubicar cavidades o contactos verticales que puedan poner

en peligro una obra civil, asegurar las inversiones económicas; reconocer zonas de rellenos, entre

otros. (Chunga, 2007)

En el área de ingeniería ambiental, la prospección y las técnicas de prospección de mayor uso son:

Según su Fuente Natural:

o Campo Magnético

o Gravimétrico

o Corrientes Telúricas (ondas electromagnéticas que andan alrededor de la tierra)

Según su Fuente Controlada:

o Generadores de corriente eléctrica

o Dinamita

Según su Principio Físico:

o Geoeléctricos (campos eléctricos)

o Sísmicos (ondas elásticas P,S)

o Magnetométricos (campo magnético )

o Gravimétricos (densidad de los materiales)

o Termométricos (energía geotérmica)

o Radiométricos (detección de minerales radioactivos) (García, 2012)

La Geofísica Ambiental es la rama de la Geología y la Física que se dedica al estudio de la detección

geofísica de las aguas subterráneas de un entorno de interés para los asentamientos humanos

rurales y urbanos. Comparte con la Geología la búsqueda del conocimiento de las características de

la Tierra. Mientras que con la Física a la aplicación de métodos, técnicas y principios. (García, 2012)

En los últimos años la Geofísica Ambiental ha jugado un papel importante en el estudio de la Ciencia

de la Tierra. Los problemas de contaminación de suelos y agua originados por la actividad humana,

el análisis de dichos procesos y posibles métodos de descontaminación, es lo que le ha dado impulso

a esta área del conocimiento. Por otra parte, el calentamiento global; que ha ido evolucionando a

través del tiempo, podría acarrear futuras consecuencias al medio ambiente. (García, 2012)

Es por esa gran importancia que, en la Universidad Católica de Honduras, Campus Sagrado Corazón

de Jesús, Municipio del Distrito Central, el docente de la cátedra de Hidrogeología de la facultad de

Ingeniería Ambiental, el Ingeniero Miguel Omar Montoya, ha tomado parte de su pensum para que

el alumnado conozca este tema y lo desarrolle en su vida profesional.


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II. FINALIDAD DEL DOCUMENTO

El siguiente documento es con fines meramente académicos y se pretende demostrar los

conocimientos cobre los Métodos de Prospección Geofísicos para la Detección de Aguas

Subterráneas. De esta forma se le hace entrega al docente de la materia para que proceda

a la evaluación del mismo.

III. OBJETIVOS

i. OBJETIVO GENERAL

Demostrar apropiadamente las diferentes metodologías de prospección geofísicas que

existen para la detección de las aguas subterráneas en un entorno de estudio.

ii. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Dar a conocer detalladamente en qué consiste, qué determina y bajo qué condiciones se

utiliza cada metodología de prospección geofísica para la detección de las aguas

subterráneas existentes.

Ilustrar, sí se tienen los insumos necesarios, cada metodología de prospección geofísica para

la detección de las aguas subterráneas mediante una imagen o diagrama.

Indicar específicamente aplicaciones que tiene cada metodología de prospección geofísica

para la detección de las aguas subterráneas expuestas en el informe presentando.

Reconocer la importancia que tienen las metodologías de prospección geofísicas para la

detección de las aguas subterráneas existentes en el área de Ingeniería Ambiental.

Cerciorar que todas las metodologías expuestas en el informe estén meramente

entrelazadas al contexto del marco de estudio de la clase.

Propiciar una actitud proactiva en la audiencia de la exposición de conocer más sobre las

metodologías de prospección geofísicas para la detección de las aguas subterráneas.

Concluir en la ineludible importancia de las metodologías de prospección geofísicas para la

detección de las aguas subterráneas.


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IV. MARCO TEÓRICO

i. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TEMA La prospección geofísica son los procedimientos económicos para la determinación los límites de

los estratos del suelo, los niveles de roca y, debido al tema central del informe, el de mayor

incidencia, el nivel freático de las aguas subterráneas.

Se basa en la variación de un estrato a otro de:

o Resistencia eléctrica

o Elasticidad

o Susceptibilidad magnética

Se pueden emplear métodos como:

o Método de resistividad eléctrica

o Método de reflexión sísmica

o Método de refracción sísmica, etc.

A. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

Se basa en la presencia de aguas subterráneas que contienen sales, las que conducen

corrientes apreciables a corta distancia.

Se hincan 4 electrodos separados entre sí y a medida que cada uno cruza una interface, se

registran cambios en la resistividad.

Ilustración 1- Configuración de Wenner para Método de Resistividad (Chunga, 2007)

B. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA REFRACCIÓN SÍSMICA • Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas sísmicas al atravesar diferentes

materiales.

• Afectan a la velocidad: ondas de choque, humedad, densidad, textura, presencia de vacíos

y elasticidad.

• Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos, los cuales registran los cambios de

la velocidad de onda.


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C. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA REFELXIÓN SÍSMICA • Se utiliza en exploraciones profundas (> 300 m) y para exploraciones bajo agua a poca

profundidad.

• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se refleja en el lecho marino y el arribo

de ondas se detecta con hidrófonos.

• Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales.

Ilustración 2 - Método de Refracción Sísmica (Chunga, 2007)

ii. GEOFÍSICA La Geofísica es la ciencia que estudia los fenómenos físicos que se producen en nuestro planeta,

destacando entre estos, el electromagnetismo, la propagación de ondas mecánicas en la corteza

terrestre y la gravedad. Esta ciencia puede definirse como la aplicación de la física y la geología al

estudio de los materiales que componen la corteza terrestre y de los campos de fuerza que surgen

en ella y ejercen su influencia hacia el exterior. (Chunga, 2007)

El campo de estudio de las prospecciones corresponde a los efectos producidos por rocas y

minerales metálicos en áreas anómalas, destacando entre estos: la fuerza de atracción gravitatoria,

la desintegración radiactiva, las corrientes eléctricas espontáneas, la resistencia eléctrica de los

suelos, la rapidez de las ondas sísmicas, etc. (Chunga, 2007)

iii. PROSPECCIÓN GEOFÍSICA La prospección geofísica es un conjunto de técnicas físicas y matemáticas, aplicadas a la exploración

del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de substancias útiles (petróleo, aguas

subterráneas, minerales, carbón, etc.), por medio de observaciones efectuadas en la superficie de

la tierra. Algunos de los métodos utilizados en la exploración son:

• Geofísicos:

o Estudios sismológicos: Consisten en producir artificialmente ondas sísmicas con

una explosión pequeña o el impacto sobre la superficie de un objeto de gran peso

(a veces, portado por un camión especial para esta tarea). Estos estudios detectan

muy bien la presencia de hidrocarburos.


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o Estudios gravimétricos: Son aquellos que consisten en medir la intensidad de la

fuerza gravitatoria de la Tierra, la cual puede cambiar cuando se está en presencia

de grandes masas mineralizadas.

o Estudios magnetométricos: Éstos se basan en medir variaciones en el campo

magnético de la Tierra a fin de detectar minerales como la magnetita que alteran el

campo magnético.

o Estudios radiométricos: Consisten en efectuar mediciones de las radiaciones que se

emiten desde el interior de la Tierra. Resulta apropiada para detectar la presencia

de minerales como el "radio" o el "uranio".

(Chunga, 2007)

iv. PROSPECCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN LOS DISTINTOS TIPOS DE

ROCAS La prospección de las aguas subterráneas debe comenzar con el reconocimiento geológico de la

zona, ya que la ausencia o existencia de acuíferos subterráneos está fundamentalmente

condicionada por la naturaleza de las rocas que constituyen el subsuelo. (Montes, 2008)

Describimos a continuación las características hidrogeológicas de las rocas más comunes de la

región, separándolas en unidades de diferente comportamiento hidrogeológico. (Montes, 2008)

A. ROCAS METAMÓRFICAS Está constituida por pizarras, grauvacas y cuarcitas pertenecientes al Precámbrico y al Paleozoico.

Rocas que a diferencia de las magmáticas (granitos), se muestran normalmente muy fracturadas

hasta grandes profundidades, por lo cual son consideradas como semipermeables y llegan a

proporcionar caudales de hasta diez litros/segundo. (Montes, 2008)

No obstante, dentro de las rocas pizarrosas existen tipos muy variados y no todos presentan iguales

características hidrogeológicas. Las pizarras arcillosas, cuyas fracturas se encuentran taponadas por

productos arcillosos, resultan acuíferos pobres con poca o nula permeabilidad mientras que las

pizarras areniscas, las cuarcitas y las grauvacas, presentan fracturas limpias que pueden

proporcionar caudales de medio litro a dos litros por segundo cada una. Por tanto, el éxito de una

perforación en estas rocas, está condicionado al número de fracturas abiertas que puedan cortarse

y a las conexiones de éstas con otras fracturas extendidas en una amplia zona de recarga. (Montes,

2008)

a. MÉTODO DE CAMPTACIÓN

Las captaciones deben realizarse con máquina perforadora que trabaje a rotopercusión neumática

y con circulación directa de lodos, entubando con PVC de siete atmósferas y engravillando con

gravas tipo “garbancillo”. En algunas fuentes de ladera pueden realizarse captaciones superficiales

mediante zanjas colectoras tipo “pata gallina”, rellenándolas con gravas gruesas que faciliten el

drenaje hacia un punto determinado. (Montes, 2008)


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B. ROCAS GRANÍTICAS Formados por rocas cristalinas: granitos, granodioritas, dioritas, gabros, etc. En su conjunto estas

rocas son muy impermeables y no tienen capacidad para almacenar aguas subterráneas porque

carecen de porosidad primaria. (Montes, 2008)

El agua procede principalmente de las zonas superficiales arenizadas (jabre), o bien de fracturas más

profundas. Tanto la meteorización como la densidad de fracturación son más intensas cerca de la

superficie y decrecen progresivamente al aumentar la profundidad, con lo cual no por mucho

profundizar en estas rocas obtendremos más agua. (Montes, 2008)

En casos excepcionales se han cortado grandes fallas con amplias zonas de rocas trituradas que

suministran un caudal elevado, pero con el transcurso del tiempo el acuífero puede sufrir un brusco

descenso cuando se agotan sus reservas acumuladas a lo largo del plano de fractura. Es decir, estas

rocas sólo desarrollan acuíferos de poca entidad en las zonas superficiales alteradas (3-10 m.) y

acuíferos de mayor envergadura en las zonas de grandes fracturas. (Montes, 2008)

a. MÉTODO DE CAPTACIÓN

Las captaciones en zonas arenizadas se construirán en vaguadas, mediante zanjas colectoras de

unos 2-4 m. de profundidad, realizadas con máquinas retroexcavadoras y rellenas de gravas. Las

captaciones en zonas fracturadas se realizan mediante perforaciones profundas con máquinas que

trabajan a rotopercusión neumática y circulación directa de lodos. (Montes, 2008)

C. ROCAS FILONIANAS Sus yacimientos se presentan de forma alargada y con poco espesor, formando diques o filones

emplazados dentro de las rocas graníticas y pizarrosas de nuestra región. Los tipos más frecuentes

son los filones de cuarzo, lamprófidos y diabasas, los cuales actúan, si están muy fracturados, como

capas drenantes respecto a las rocas encajantes de menor permeabilidad; otros no fracturados son

impermeables y actúan de “presa hidrogeológica” reteniendo las aguas subterráneas. (Montes,

2008)

Pueden suministrar caudales elevados, de uno a cinco litros/segundo, proporcionales a la anchura,

extensión y grado de fracturación que presenten. (Montes, 2008)


Las captaciones deben realizarse con máquina perforadora de rotopercusión neumática y

circulación directa, sondeando sobre el recorrido del dique o bien en sus laterales si éste fuera

impermeable y actuara de presa hidrogeológica. De este modo se han abastecido las poblaciones

cacereñas de Villa del Rey, Ruanes y Torrejoncillo en diques de diabasas. (Montes, 2008)

D. ROCAS CALCÁREAS Se trata de calizas y dolomías. Estas rocas tienen una alta permeabilidad y constituyen excelentes

acuíferos ya que son rocas solubles que presentan en profundidad grandes conductos de disolución,

canales y cavernas, que actúan como embalses subterráneos y que llegan a proporcionar caudales

muy elevados, superiores a los diez litros/segundo. (Montes, 2008)


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Son aconsejables las captaciones realizadas a percusión, con martillo en fondo, en las zonas más

carstificadas donde pueden existir pérdidas de aire cuando se utiliza la rotopercusión neumática.

Este último método es también bastante eficaz en zonas compactas y poco carstificadas. (Montes,

2008)

E. ROCAS SEDIMENTARIAS CONSOLIDADAS Son todas aquellas rocas detríticas de origen continental, sedimentos de las era terciaria de facies

lacustre, que rellenan regiones de depresiones y fosas tectónicas originadas sobre el basamento

granítico-pizarroso. (Montes, 2008)

Se trata de formaciones horizontales muy heterogéneas (“acuíferos multicapas”) que resultan

permeables por porosidad primaria. Por tanto, los caudales que suministran, generalmente

elevados, son proporcionales al volumen de los orificios saturados de agua que contengan y al

tamaño de los estratos permeables.


La mayoría de estas se han realizado de manera eficaz con máquinas perforadoras que trabajan a

rotación con circulación inversa de lodos y entubando los pozos con tubos de hierro y filtros “de

puentecillo” para evitar la entrada de finos. (Montes, 2008)

F. ROCAS SEDIMENTARIAS NO CONSOLIDADAS Las gravas y arenas sin compactar que se encuentran a lo largo y ancho de las vegas de inundación

de los ríos, son sedimentos muy permeables y su sistema hidrológico está íntimamente relacionado

con el del cauce fluvial que los origina. Casi sin excepción, será posible obtener caudales del orden

de cinco a diez litros/segundo en casi todos los aluviones de los ríos permanentes de la zona, con

una franja saturada de agua de uno a diez metros de profundidad. (Montes, 2008)


Muchas comunidades que tienen disponibles este tipo de acuíferos se abastecen mediante pozos

de drenes radiales, “tipo Fehlmann,” que pueden proporcionar caudales de hasta cien

litros/segundo. La problemática más latente es que la calidad de sus aguas es muy deficiente debido

a su conexión directa con las contaminadas aguas superficiales de estos dos ríos. (Montes, 2008)


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v. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

(Chunga, 2007)

A. MÉTODO DE PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA El método está basado en el estudio la variación del componente vertical del campo gravitatorio

terrestre. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atracción

gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisión

satisfactoria más fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto.

(Chunga, 2007)

El método gravimétrico se emplea como un método de reconocimiento general en hidrología

subterránea para definir los límites de los acuíferos (profundidad de las formaciones

impermeables, extensión de la formación acuífera, naturaleza y estructura de las formaciones

del subsuelo). (Chunga, 2007)

MÉTODOS DE PROSPECCIÓN

GEOFÍSICA

MÉTODOS PROSPECCIÓN

GRAVIMÉTRICOS


SÍSMICOS


ELÉCTRICA

MÉTODOS PROSPECCIÓN MAGNÉTICA

OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN


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Ilustración 3 - Prospección Gravimétrica (Chunga, 2007)

En el caso de estar en un terreno con topografía plana, tendremos que cualquier anomalía de

gravedad se deberá a desviaciones de la densidad del subsuelo respecto de la “densidad base”. En

otras palabras, las anomalías gravitatorias son originadas por variaciones en la distribución de la

densidad másica punto a punto. Por otro lado, si la topografía es compleja, las anomalías de

gravedad podrán estar relacionadas ya sea con la geometría del terreno y/o con la distribución de

densidades. (Chunga, 2007)

Típico levantamiento gravimétrico:

• Fase de terreno

o Definir una malla y en cada nodo medir la aceleración de gravedad. (Chunga, 2007)

Correcciones

o Deriva del instrumento: El gravímetro no es perfecto, razón por la cual se utiliza una

estación de amarre para cuantificar la deriva del cero (se asume lineal).

o Corrección topográfica: Un cerro incrementa la aceleración de la gravedad,

mientras que una cuenca la hace disminuir. todos los datos deben llevarse a

topografía plana.

o Otras correcciones: por latitud, de faye, de bouguer, etc.

(Chunga, 2007)

• Mapa final: Isoanómalas de gravedad

o El mapa resultante muestra las variaciones sufridas por la aceleración de gravedad

como resultado exclusivo de las diferentes densidades de las rocas.

o Puede ser conveniente realizar un análisis estadístico de la gravedad.


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(Chunga, 2007)

Ilustración 4 - Mapa de Anomalías Gravitatoria (Chunga, 2007)

B. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN SÍSMICA El registró e interpretación de los sismos naturales motivo a los geofísicos a adaptar la tecnología

“pasiva” y convertirla en prospección sísmica, donde el microsismo puede ser generado por una

explosión (“tronadura”), golpe de martillo, caída de un objeto muy masivo, etc. (Chunga, 2007)

El análisis de muchas curvas camino/tiempo permite encontrar las primeras llegadas de diversas

ondas mecánicas. A partir de estos datos se puede deducir directamente:

• Rapidez de cada onda

• Espesor de cada estrato

• Subtopografia

(Chunga, 2007)


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Ilustración 5 - Software de prospección sísmica (Chunga, 2007)

En una segunda iteración basada en los cálculos anteriores es posible encontrar los módulos

elásticos:

• Módulo de Young

o El módulo de Young es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un

material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. (Fundación

Wikimedia, Inc., 2014)

• Módulo de Poisson

o El coeficiente de Poisson es una constante elástica que proporciona una medida del

estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo

cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares

a la de estiramiento. (Fundación Wikimedia, Inc., 2013)

• Módulo de Rigidez

o El módulo de corte es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma

que experimenta un material elástico (lineal e isótropo) cuando se aplican esfuerzos

cortantes. (Fundación Wikimedia, Inc., 2014)


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Ilustración 6 - Módulos Elásticos (Chunga, 2007)

Produciendo artificialmente un pequeño terremoto y detectando los tiempos de llegada de las

ondas producidas, una vez reflejadas o refractadas en las distintas formaciones geológicas, se puede

obtener una imagen muy aproximada de las discontinuidades sísmicas. Estas discontinuidades

coinciden generalmente con las discontinuidades estratigráficas. (Chunga, 2007)

LOS MÉTODOS SÍSMICOS SE DIVIDEN EN DOS CLASES:

• EL MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXIÓN. Permite definir los límites del acuífero hasta una

profundidad de 100 metros, su saturación (contenido de agua), su porosidad. Permite

también la localización de los saltos de falla.

• EL MÉTODO SÍSMICO DE REFRACCIÓN es un método de reconocimiento general

especialmente adaptados para trabajos de ingeniería civil, prospección petrolera, y estudio

hidrogeológicos. Permite la localización de los acuíferos (profundidad del sustrato) y la

posición y potencia del acuífero bajo ciertas condiciones.

(Chunga, 2007)

C. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELÉCTRICA En la búsqueda y aplicación de métodos para detectar las posibles acumulaciones de minerales e

hidrocarburos, los científicos e investigadores no cesan en sus estudios de las propiedades naturales

de la tierra con este fin han investigado las corrientes telúricas, producto de variaciones magnéticas

terrestres o han inducido artificialmente en la tierra corrientes eléctricas, alternas o directas, para

medir las propiedades físicas de las rocas. (Chunga, 2007)

De todos estos intentos, el de más éxito data de 1929, realizado en Francia por los hermanos Conrad

y Marcel Schlumberger, conocido genéricamente hoy como registros o perfiles eléctricos de pozos,

que forman parte esencial de los estudios y evaluaciones de petrofísica, aplicables primordialmente

durante la perforación y terminación de pozos. Básicamente el principio y sistema de registros de

pozos originalmente propuesto por los Schlumberger consiste en introducir en el pozo una sonda

que lleva tres electrodos (A, M, N). Los electrodos superiores M y N están espaciados levemente y

el tercero, A, que transmite corriente a la pared del hoyo, está ubicado a cierta distancia, hoyo abajo,


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de los otros dos. Los electrodos cuelgan de un solo cable de tres elementos que va enrollado en un

tambor o malacate que sirve para meter y sacar la sonda del pozo, y a la vez registrar las medidas

de profundidad y dos características de las formaciones: el potencial espontáneo que da idea de la

porosidad y la resistividad que indica la presencia de fluidos en los poros de la roca. (Chunga, 2007)

La corriente eléctrica que sale de A se desplaza a través de las formaciones hacia un punto de tierra,

que en este caso es la tubería (revestidor) que recubre la parte superior de la pared del pozo. El

potencial eléctrico entre los electrodos M y N es el producto de la corriente que fluye de A y la

resistencia (R) entre los puntos M y N. La influencia del fluido de perforación que está en el hoyo

varía según la distancia entre M y N. Si la distancia es varias veces el diámetro del hoyo, la influencia

queda mitigada y la resistividad medida es en esencia la resistividad de la roca en el tramo

representado. El ensayo puede realizarse en forma de sondeo eléctrico, buscando la variación de la

resistividad con la profundidad. Para ello se hacen diferentes medidas variando la distancia entre

los electrodos y manteniendo el centro de la alineación de los cuatro electrodos en un punto fijo.

(Chunga, 2007)

Al incrementar la distancia aumenta la profundidad alcanzada por las líneas de corriente,

englobando, por tanto, una mayor profundidad de suelo. Si la resistividad crece, puede concluirse

que hay un estrato profundo de mayor resistividad, sucediendo lo contrario si la resistividad decrece

al aumentar la separación. La profundidad hasta la que puede aplicarse es de unos 20 metros. En

esta grafica se ve lo antes explicado acerca del método de exploración eléctrico por Schlumberger:

Ilustración 7 - Método de Exploración Eléctrico por Schlumberger (Chunga, 2007)

Los métodos eléctricos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas realizadas para la

determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de

reconocimiento geotécnico. Esta prospección tiene como objetivo determinar la resistividad

eléctrica de las rocas que constituyen el subsuelo y su distribución. (Chunga, 2007)


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De tal manera que se puedan interpretar los cambios que se producen, debidos a la presencia del

agua subterránea o al contenido mineralógico que presentan las formaciones de roca. Estos

métodos eléctricos utilizan la distribución del subsuelo en términos de homogeneidad, basados en

la caracterización resistiva. (Chunga, 2007)

En esta distribución del subsuelo, es posible observar zonas anómalas que pueden ser debidas a

estructuras geológicas contrastantes o bien la presencia de fluidos conductores como el agua y el

contenido mineralógico que altera los valores de la resistividad del medio. (Chunga, 2007)

El flujo de corriente a través del terreno discurre gracias a fenómenos electrolíticos, por lo que la

resistividad depende básicamente de la humedad del terreno y de la concentración de sales en el

agua intersticial. Por ello existe una gran variabilidad de valores de la resistividad para cada tipo de

terreno, con rangos muy amplios. (Chunga, 2007)

Las propiedades físicas de un material de acuerdo con su comportamiento electromagnético son: la

constante dieléctrica, la permeabilidad magnética y la resistividad; la resistividad, es la propiedad

que se mide en los métodos eléctricos de exploración. (Chunga, 2007)

Algunos instrumentos utilizados en los métodos exploratorios eléctricos son:

• Sondeos Resistivos.

o Estos métodos miden las variaciones que generan las propiedades eléctricas de las

rocas y minerales, especialmente su resistividad. De manera común se induce un

campo artificial eléctrico creado en superficie al hacer pasar una corriente eléctrica

en el subsuelo.

Dentro de los sondeos resistivos encontramos:

a. Sondeo Eléctrico Vertical SEV

b. Calicatas eléctricas

c. Métodos Dipolares

d. ERT Tomografía Eléctrica

Sondeo Eléctrico Vertical SEV

El método geofísico empleado para la obtención de la resistividad de los materiales del subsuelo es

el eléctrico, en su modalidad de Sondeo Eléctrico Vertical (SEV), con arreglo interelectródico tipo

Schlumberger, para lo cual se utilizan 4 electrodos de acero inoxidable, 2 (A, B), llamados de

corriente, que son los que transmiten la corriente eléctrica al terreno; para este caso la máxima

abertura fue de 50 m y el otro par son los electrodos denominados de potencial (M, N), los cuales

reciben la diferencia de potencial que surge al recibir la corriente eléctrica, y conectados al aparato,

se procesan los datos presentando los valores de resistividad aparente, los cuales a su vez

multiplicados por una constante de proporcionalidad de acuerdo al arreglo y espaciamiento

utilizados, se grafican obteniendo una curva de resistividad contra profundidad de exploración.

(Chunga, 2007)


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Aplicaciones SEV:

• Cambios litológicos Horizontales;

• Techo de roca sana;

• Detección de Cavidades;

• Profundidad y Espesor de relleno;

• Cuerpos Conductivos;

• Estudios para tomas de tierra;

• Detección de plumas de contaminación;

• Caracterización de vertederos y

• Localización de restos arqueológicos.

(Chunga, 2007)

Calicatas eléctricas

La finalidad de las calicatas eléctricas (CE) es obtener un perfil de las variaciones laterales de

resistividad del subsuelo fijada una profundidad de investigación. Esto lo hace adecuado para la

detección de contactos verticales, cuerpos y estructuras que se presentan como heterogeneidades

laterales de resistividad. (Chunga, 2007)

Orellana (1982) resalta que la zona explorada en el calicateo eléctrico se extiende desde la superficie

hasta una profundidad más o menos constante, que es función tanto de la separación entre

electrodos como de la distribución de resistividades bajo ellos. (Chunga, 2007)

Experimentalmente, la CE consiste en trasladar los cuatro electrodos del dispositivo a lo largo de un

recorrido, manteniendo su separación, obteniéndose un perfil de resistividades aparentes a lo largo

de aquél. (Chunga, 2007)

Ilustración 8 - Calicatas Eléctricas (Chunga, 2007)

Aplicaciones:

• Cambios litológicos Verticales;

• Techo de roca sana;


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• Detección de Cavidades;

• Profundidad y Espesor de relleno;

• Cuerpos Conductivos;

• Detección de plumas de contaminación;

• Caracterización de vertederos y

• Localización de restos arqueológicos.

(Chunga, 2007)

Hay diversas teorías acerca de las calicatas eléctricas entre ella destacan:

• Calicata Wenner

o Partiendo de sus respectivos dispositivos base, esta calicata consiste en desplazar

los cuatro electrodos AMNB a la vez manteniendo sus separaciones

interelectródicas a lo largo de un recorrido. Se representa la distancia del origen, O,

al centro de los electrodos MN en abscisas para cada distancia x. (Chunga, 2007)

Ilustración 9 - Diagrama Calicata Wenner (Chunga, 2007)

• Calicata Schlumberger

o En este tipo de calicata podemos citar dos variantes. La primera sería similar a la

calicata Wenner, desplazando lateralmente los cuatros electrodos del dispositivo

Schlumberger a la vez. La segunda consiste en desplazar los electrodos detectores

M y N entre A y B, los cuales están fijos y a una gran distancia de los electrodos

detectores. La profundidad de penetración de la medida no es constante puesto

que no es una verdadera calicata, siendo máxima cuando los electrodos MN se

hallan en el centro del segmento AB. (Chunga, 2007)


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Ilustración 10 - Diagrama Calicata Schlumberger (Chunga, 2007)

• Calicata Polo-Dipolo

o La calicata polo-dipolo consiste en desplazar los tres electrodos AMN a la vez,

manteniendo sus separaciones interelectródicas, a lo largo de un recorrido. Se

representa la distancia de un origen escogido al centro de los electrodos MN en

abscisas y el valor de la resistividad aparente medida (W·m) para cada distancia x

en ordenadas. En la calicata polo-polo se desplazan los electrodos AM y la

resistividad aparente se representa respecto al punto medio entre A y M. (Chunga,

2007)

Calicata Dipolar

o Esta calicata basada en el dispositivo dipolar consiste en desplazar los cuatro

electrodos ABMN a la vez, manteniendo sus separaciones interelectródicas, a lo

largo de un recorrido. (Chunga, 2007)

Ilustración 11 - Diagrama Calicata Dipolar (Chunga, 2007)

Tomografía Eléctrica

La Tomografía Eléctrica es una técnica que permite encontrar una imagen de la distribución

verdadera de la resistividad en el subsuelo, Se han propuestos dos modalidades de dicha técnica:

Superficie: Los electrodos de emisión y recepción están en una misma línea.


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Pozo: Los electrodos de emisión están en un pozo y los de recepción pueden estar en el

mismo o en otro pozo.

(Chunga, 2007)

Ilustración 12 - Procesos de Interpretación Geoléctrica Perfil Geoeléctrico PE-1 (Chunga, 2007)

D. MÉTODO DE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA La literatura antigua China (2637 ac.), indica que conocían una piedra “lodestone”, la cual se

orientaba aproximadamente en dirección Norte-Sur. A la vez, los peregrinos habían descubierto en

1269 los “polos magnéticos” a los que llamaron “Norte” y “Sur”. William Gilbert, físico, condujo

varias investigaciones y experimentos con magnetos y cuerpos magnéticos; su gran aportación fue

concebir a la Tierra como un imán gigante, un pensamiento muy avanzado para la época el cual

plasmó en el libro “De Magnete”, en 1600. (Chunga, 2007)

Como método de exploración, probablemente comenzó en 1640, cuando la brújula fue utilizada

como instrumento para detectar cuerpos sepultados de hierro. (Chunga, 2007)

En resumen podemos decir que la tierra es un imán natural que da lugar al campo magnético

terrestre. Las pequeñas variaciones de este campo, pueden indicar la presencia en profundidad de

sustancias magnéticas. El método magnético sirve para dar información sobre el basamento y su

profundidad particularmente para entornos cristalinos y metamórficos. De igual manera ayudará a

estudiar la geología regional y estructural. (Chunga, 2007)

Áreas de aplicación:

Petróleo;

Minería;

Obras civiles;

Arqueología;

Descubrimiento de meteoritos y estudio de sus cráteres;

Geología (seguimiento de estructuras subterráneas {aguas subterráneas};

Estudio de anomalías generadas por dispositivos electrónicos, etc. y


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Predicción de terremotos.

(Chunga, 2007)

Prospección geomagnética con magnetómetro de precesión protónica

En las siguientes fotos podemos observar la aplicación de la prospección magnética en el terreno

haciendo uso del magnetómetro de precisión protónica. (Chunga, 2007)

Ilustración 13 - Prospección Geomagnética Con Magnetómetro De Precesión Protónica (Chunga, 2007)

E. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICOS Los dos métodos más utilizados en estudios hidrogeológicos son:

Very Low Frequency (VLF): Medidas electromagnéticas que permiten delimitar las fracturas

o fallas de un acuífero. Particularmente útil en caso de estudio de acuíferos fracturados

como los sistemas kársticos.

Sondeos Electromagnéticos en el dominio temporal (SEDT o TDEM en inglés): El método

tienen aventajas sobre métodos electromagnéticos entre otras por su capacidad de mayor

poder de penetración que permite obtener información hasta profundidad más altas y a

través de recubrimientos conductores.

(Chunga, 2007)

F. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICOS Los métodos geoeléctricos han sido utilizados en infinidad de aplicaciones y en la actualidad han

tenido mucho éxito, permitiendo investigar la distribución de resistividades eléctricas o


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conductividades en el subsuelo desde unos pocos metros hasta decenas de kilómetros. (Carpio,

2009)

Dentro de la gran cantidad de aplicaciones podemos mencionar:

Detección de agua subterránea (acuíferos y corrientes subterráneas)

Investigación de depósitos de minerales (metálicos y no metálicos)

Determinación de intrusión salina en acuíferos costeros.

Detección de cavidades y fracturas.

Detección de plumas contaminantes por hidrocarburos o lixiviados

Estudios para zonas arqueológicas

Determinación de la estratigrafía del subsuelo.

Evaluación de bancos de materia (arena y grava)

Determinación del profundidad al nivel freático

Búsqueda de vapor de agua en campos geotérmicos

Las técnicas utilizadas para medir esta propiedad son:

Geoeléctricos por corriente continua (sondeos eléctricos verticales y tomografía eléctrica)

Transitorios electromagnéticos (TEM)

Bobinas electromagnéticas

Magnetoteluria (Fuente natural y artificial).

G. OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA PARA LA DETECCIÓN DE AGUAS

SUBTERRÁNEAS

a. RESONANCIA MAGNÉTICA PROTÓNICA (EN INGLES MAGNETIC RESONANCE SOUNDING -

MRS)

Sirve para medir de manera directa la presencia de agua en las zonas saturadas y/o no saturadas de

los acuíferos. El MRS permite estimar las propiedades del acuífero como cantidad de agua,

porosidad o permeabilidad hidráulica.

b. GEO-RADAR O GRP (GROUND PENETRATING RADAR)

Es un método eléctrico particular utilizando fuentes de corriente alterna donde se usa la reflexión

de ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (80 a 500 MHz). Permite, de manera versátil y

rápida, la investigación a poca profundidad del subsuelo.

c. MÉTODOS MAGNETOTELÚRICO

Permiten definir los límites de acuíferos, zonas de alta transmisividad, variaciones de permeabilidad

y la localización de sistemas de fracturas.


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V. RESUMEN DE LOS MÉTODOS MÁS UTILIZADOS Tabla 1 - Metodologías Geofísicas Más Utilizadas Generales (Chunga, 2007)

MÉTODOS PRINCIPIOS PARÁMETROS OBTENIDOS

Geoeléctrico Conductividad o resistividad Eléctrica Geometría del acuífero (profundidad de formaciones impermeables y estructura del subsuelo), extensión lateral, propiedades de las formaciones (arena-arcilla), salinidad del agua, plumas de contaminación.

Sísmica de Refracción Velocidad de propagación de un esfuerzo mecánico

Depósitos secos-saturados, espesores de diferentes estratos y detección de zonas de fracturamiento.

Sísmica de Reflexión Velocidad de propagación de un esfuerzo mecánico

Zonas de fallas, cartografías de estructuras de recubrimiento.

Gravimetría Densidad Relleno-basamento

Magnetometría Susceptibilidad magnética Geometría del acuífero (profundidad de formaciones impermeables y estructura del subsuelo), extensión lateral.

Electromagnetismo Conductividad o resistividad eléctrica y magnetismo

Localización de las áreas más conductivas, detección de fracturas que no afloran en superficie.

Los métodos geofísicos más utilizados en HIDROGEOLOGÍA son los siguientes:

• Natural gamma ray log o diagrafía de rayos naturales de gamma. Es el método más

importante en hidrogeología. Permite obtener información sobre los límites de capas y el

contenido de arcillas.

• Potencial espontáneo. Este método se utiliza de manera puntual para resolver los

problemas de límites del acuífero o movimiento del agua. Da la conductividad de las

formaciones y permite definir la velocidad y dirección del flujo.

• Resistividad corta y larga. Da la conductividad del agua de formación y límites de capas

• Resistividad lateral. Resistividad de las formaciones.

• Conductividad de fluido.

• Verticalidad yacimiento del sondeo.

• Gamma gamma log o diagrafía de densidad detecta la retrodispersión o retrodifusión

(Backscattered rays) de rayos gamma emitidos por una sonda en el pozo.


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• Neutron log o diagrafía de neutrones emplea una fuente, que emite neutrones y un

detector correspondiente. Permite obtener la porosidad neutrónica.

• Sondeos de Resonancia Magnética. Da la porosidad y permeabilidad de las formaciones

geológicas.

• Sónico (de velocidad acústica). Informa sobre fracturación y litologías, especialmente en

acuíferos carbonatados, rocas ígneas o metamórficas.

• Temperatura. Permite la identificación de acuíferos, aportes de aguas de diferentes

temperaturas, gradiente térmico.

(Chunga, 2007)


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VI. IMPORTANCIA DE LOS MÉTODOS GEOFÍSICOS DE DETECCIÓN

DE AGUAS SUBTERRÁNEAS – DIAGRAFÍA El estudio geofísico permitirá determinar el mejor sitio para la instalación de un pozo de

investigación. Este pozo debe estar situado en la zona más profundad del acuífero para permitir

obtener una información sobre toda la columna. En el transcurso de la perforación se efectuará el

control del lodo, principalmente en lo que tiene relación al peso específico, viscosidad y contenido

de arena, el registro de la rata o tiempo de penetración y la toma de muestras litológicas cada metro

de avance pera el análisis macroscópico. (Chunga, 2007)

En una diagrafía se compila todos los datos levantados en un pozo, es decir a lo largo de un corte

vertical por el subsuelo. En una diagrafía geológica se compila las propiedades geológicas,

mineralógicas y estructurales de los distintos estratos como el tamaño de grano, la distribución del

tamaño de grano, la textura y la fábrica de las rocas, su contenido en minerales, su contenido en

fósiles, su estilo de deformación. (Chunga, 2007)

En una diagrafía geotécnica se compila las propiedades mecánicas de las rocas de un pozo como

por ejemplo su grado de resistencia, la tensión de cizallamiento y la cantidad de fracturas por

unidad de volumen. (Chunga, 2007)


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VII. HIDROGEOLOGÍA Y AMBIENTE • La construcción de obras de infraestructura puede afectar los acuíferos locales.

• La geofísica es una herramienta valiosa para verificar el estado de los acuíferos antes y

después de la ejecución de la obra.

• Detección de aguas subterráneas y acuíferos.

o Contraste de resistividad entre el terreno seco y los acuíferos en terrenos

granulares o rocas fisuradas.

• Detección de intrusiones salinas en acuíferos costeros.

o El agua marina intruida presenta una resistividad inferior al agua dulce del acuífero,

por lo que la interfase agua dulce/salada es de fácil detección.

• Determinación de zonas contaminadas en acuíferos.

• Detección de zonas saturadas de agua en terrenos sueltos susceptibles de sufrir roturas

de ladera.

(Chunga, 2007)


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VIII. CONLUCIONES La prospección geofísica tiene correlación con la ingeniería en el aspecto de que radica en

la aplicación de las ciencias físicas al estudio de la parte más superficial de la corteza

terrestre y que puedes ser explotada por el hombre.

En la Ingeniería Ambiental está se relaciona estrechamente, aún más que con la Ingeniería

Civil, debido a que estas metodologías propician datos sobre específicos sobre los acuíferos

(contaminación por cuerpos anormales del lugar, procesos de degradación de componentes

químicos, incidencias de metales pesados dentro de los cuerpos de agua, entre otros. Es

entonces, significativamente, la rama de las ingenierías que debe conocer más estás

metodologías y apropiarse de las características de cada una para poder aplicarlas a la vida

profesional.

La prospección gravimétrica es una herramienta conveniente para estudios de Evaluación

de Riesgo Sísmico, con objeto de determinar la profundidad de un basamento rocoso,

especialmente en zonas urbanas.

Los métodos de resistividad eléctrica residen en medir la diferencia de potencial entre un

par de electrodos generada por la inyección de corriente eléctrica entre otro par.

Los elementos que influyen en la resistividad de las rocas: Contenido en agua, salinidad y

movilidad de los iones, porosidad y permeabilidad, contenido en arcillas.

El método de resistividad es utilizado en minería, geología e hidrología y permite estudiar

anomalías de resistividad eléctrica, lo que se correlaciona con la ausencia o presencia de

cuerpos mineralizados, agua subterránea, grado de fractura de las rocas, etc.

Se conocen las especificidades cualitativas de las todas metodologías de prospección

geofísicas para la detección de las aguas subterráneas.


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IX. BIBLIOGRAFÍA Carpio, R. G. (2009). Geofísica Exploraciones. Recuperado el 30 de Marzo de 2014, de

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Chunga, S. C. (2007). Prospección Geofísica Métodos. Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad

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métodos de prospección geofísicas para la detección de las aguas subterráneas

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