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HIDROGEOLOGIA APLICADA
HIDROGEOLOGÍA EN MEDIOS
FRACTURADOS
Jesús Sánchez Vizcaíno
HIDROGEOLOGÍA
• La hidrogeología es una rama de las ciencias
geológicas que estudia las aguas subterráneas en lo
relacionado con su origen, su movimiento, su
distribución debajo de la superficie de la Tierra y su
conservación.
• La mayor parte del agua subterránea se debe a la
infiltración de agua de lluvia, aunque también es
debida a otros fenómenos como el magmatismo y el
volcanismo y las que resultan al quedar atrapadas en
los intersticios de rocas sedimentarias en el momento
en que se depositan éstas, pero su cantidad es
despreciable en relación con las que provienen de la
infiltración.
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL
SUBSUELO
• Zona de aireación: Donde se encuentran tres tipos
de aguas: Agua higroscópica(pasa a formar
películas), capilar(en intersticios de suelo) y
libre(gravedad)
• Zona de saturación: Agua subterránea propiamente
dicha. En esta región el movimiento del agua es
más lento debido a que todos los poros e
intersticios se encuentran ocupados por ella. El
agua que se encuentra en esta zona se llama agua
freática y bajo esta zona hay una capa impermeable
que evita que el agua siga descendiendo. El
movimiento del agua subterránea ocurre por
filtración y está controlado por tres fuerzas
principales, la de gravedad, la de atracción
molecular y la de diferencias de densidad
FACTORES QUE CONDICIONAN LA
PRESENCIA Y EL MOVIMIENTO DEL
AGUA SUBTERRÁNEA
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Precipitación: Debido a que la mayor parte del agua proviene de infiltración de la lluvia. En las zonas secas el agua
subterránea no proviene de la infiltración directa, procede de regiones lejanas o cercanas, en donde la lluvia se
infiltra y llega lentamente hasta ellas. La precipitación muy importante en función de su cantidad y duración.
Forma del terreno: El relieve da lugar a la formación de las cuencas hidrográficas. Por lo que se refiere a la
hidrogeología, la forma del terreno es importante, porque el agua tendrá mayor o menor oportunidad de
infiltrarse y, además, porque el agua infiltrada va a seguir una trayectoria determinada por dicho factor. Las
partes altas constituyen zonas potenciales de recarga y las bajas de descarga del flujo de agua subterránea.
Las corrientes fluviales pueden influir en el aumento de agua del subsuelo, especialmente en la época de lluvia.
Las zonas de descarga, además de manantiales, pueden estar representadas por cuerpos de agua, humedales,
suelos salinos, entre otros.
Geología: La velocidad de movimiento depende de la estructura y composición litológica de las formaciones. Las
diferentes formaciones poseen ciertas propiedades que son definitivas para poder constituir buenos acuíferos.
Estas propiedades son la porosidad y la permeabilidad (o más estrictamente la conductividad hidráulica).
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La porosidad es la particularidad que tiene un material geológico de contener intersticios y su valor se da en porcentaje, que
indica el volumen del material ocupado por estos.
La permeabilidad es la facilidad que tiene un material geológico para dejar pasar cualquier fluido, en este paso el agua, a través
de los intersticios. Cuando el fluido es agua, se considera más adecuado emplear conductividad hidráulica, concepto que
incorpora la densidad y viscosidad del agua.
Además es necesario que sus poros o fracturas estén intercomunicados.
Vegetación: Es un factor que en partes topográficamente altas influye en la infiltración y, por lo tanto, contribuye
a la recarga del agua subterránea. Las raíces de las plantas y los animales propios del suelo lo horadan haciéndolo
más poroso y dándole así oportunidad al agua para pasar a través de él.
FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
• Existen tres sistemas principales de flujo de agua subterránea que se
establecen de acuerdo con la topografía y el marco geológico presente:
local, intermedio y regional. Una topografía abrupta producirá varios
sistemas locales, en cada topografía el agua entra y sale en el mismo valle.
En algunos casos parte del agua de recarga podrá descargar en otro valle
localizado a un nivel topográfico menor, esto definirá un sistema
intermedio.
• Los sistemas regionales se desarrollan a mayor profundidad y van de las
partes más altas a las zonas de descarga más bajas de la cuenca.
• Todos estos flujos, en un ambiente natural, mantienen un recorrido
separado, al igual que las corrientes marinas o las aguas de dos ríos antes
de confluir para formar otra. Las zonas de recarga y descarga están
estrictamente controladas por un flujo vertical con una componente de
movimiento hacia abajo y hacia arriba, respectivamente.
• El despreciar estas componentes de flujo vertical del agua subterránea ha
generado impactos ambientales serios y algunas veces irreversibles.
FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
ZONAS DE DESCARGA Y RECARGA
PROSPECCIÓN DEL AGUA
SUBTERRÁNEA
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La prospección o búsqueda de sitios idóneos donde extraer el agua subterránea se hace por medio
del estudio de las estructuras geológicas, de la vegetación, de los suelos, de la calidad del agua, de la
posición de manantiales y de la topografía, y también a través de la perforación de pozos de prueba.
Cuando en una zona se han agotado las posibilidades en cuanto a la mejor localización de un
acuífero, se recurre a métodos geofísicos, métodos indirectos complementarios entre sí:
Eléctrico. Se emplea desde la superficie en forma de sondeos de resistividades. Con solo introducir
adecuadamente una corriente eléctrica al suelo, se pueden determinar los lugares de mayor
probabilidad para alumbrar agua y la profundidad de las capas que por su resistividad sean
aparentemente mejores como unidad acuífera.
Gravimétrico. Se basa en la medida, desde la superficie, de las variaciones o anomalías de la
gravedad, reflejo del material que se encuentra a profundidad. Por medio de mediciones
gravimétricas se calcula la densidad de las rocas, que variará de más densa a menos densa.
•
Sísmico. Identifica, igual que el anterior, estructuras,
anticlinales, sinclinales, etc., pero con mucha mayor precisión y
además determina profundidades de las rocas, tipo de roca, etc.
Consiste en producir, bajo la superficie, un foco de energía
sísmica por explosión de una carga de dinamita.
Las interpretaciones se basan en la onda longitudinal que es la
más rápida y se refleja contra unas capas y se refracta al
encuentro de otras. Las velocidades sísmicas identifican las
rocas con las que chocan las ondas.
ACUÍFEROS
• Los acuíferos consisten en sistemas de rocas o formaciones geológicas,
con espacios huecos, ya sean poros, grietas o fracturas, llenos de agua, y
donde dentro de cada uno de ellos existe continuidad física del agua
contenida en la zona de saturación. Dos sistemas acuíferos son
individualmente diferentes cuando para pasar del agua de uno al agua de
otro necesariamente tenemos que atravesar una zona seca.
• El conocimiento de cada acuífero requiere el conocimiento de su recarga,
el conocimiento de su constitución interior y conocer los procesos que
suceden con el agua que hay en el interior del acuífero realizando dos
clases de tareas: la medición de niveles, y la toma de muestras para
análisis físicos, químicos y biológicos. También hay que conocer el proceso
por el cual el acuífero se descarga, bien de forma natural en manantiales y
ríos, bien de forma artificial mediante labores de captación.
ACUÍFEROS EN FORMACIONES
ROCOSAS
• Acuíferos fisurados o fracturados, que son los que se forman
en formaciones rocosas consolidadas cuya permeabilidad es
debida al desarrollo de un sistema de fisuras o fracturas.
• Acuíferos kársticos, que son aquellos que se forman en
macizos rocosos que presentan un sistema kárstico (y en
especial endokárstico) bien desarrollado.
ACUIFEROS EN MEDIOS
FRACTURADOS
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Dentro de las formaciones geológicas susceptibles de formar acuíferos fisurados o
fracturados se encuentran aquellas formaciones de rocas ígneas, metamórficas y
sedimentarias consolidadas. La característica común de todas estas formaciones es que,
debido a su rigidez, presentan un comportamiento mecánico frágil que se traduce en el
desarrollo de sistemas de fracturas cuando son sometidas a un campo de esfuerzos
determinado. Estos sistemas de fracturación pueden llegar a dar como resultado
formaciones con una permeabilidad suficiente como para que ser consideradas formaciones
acuíferas.
Las fallas, en régimen de aguas subterráneas, tienen efectos tales como truncamiento,
desplazamiento, repetición u omisión de capas. Debido a esto, la distribución y ocurrencia de
los acuíferos puede ser afectada por fallas ya que un acuífero puede ser desplazado,
truncado u omitido localmente, dando lugar a (ex)filtración y también a formación de
manantiales alineados a lo largo de la falla. Pueden ocurrir escarpes, donde los depósitos de
materiales pueden servir como buenos acuíferos, incluso a veces también pueden dar lugar a
cascadas de aguas subterráneas. También un acuífero se puede repetir en una perforación a
causa de fallas, donde puede ser más tarde expuesto para volver a convertirse en zona de
recarga
Una característica común (y de gran importancia) de los acuíferos en rocas fracturadas,
consiste en la existencia de un manto de alteración superficial (regolito), debido a los
procesos de meteorización (física y, fundamentalmente, química) que afectan a las
formaciones rocosas. La meteorización depende no sólo de las características litológicas, sino
también de las condiciones climáticas (actuales y pasadas) y de la topografía.
ACUIFEROS EN MEDIOS
FRACTURADOS
CARACTERÍSTICAS DE LAS FRACTURAS
COMO NIVELES ACUÍFEROS
Actúan como acuíferos confinados.
La mayoría son sub-verticales.
Alta transmisividad.
Valores de Coeficiente de almacenamiento bajo.
No hay flujo radial. No cumple Darcy.
Comportamiento semejante a un conglomerado.
Recarga por zonas donde aflora la fractura, por fracturas “tributarias” o a través
de materiales saturados.
Actúan canalizando toda la infiltración, almacenándola y transmitiéndola por
todo el macizo rocoso.
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
“El comportamiento anisótropo de los macizos rocosos metamórficos concentra el
agua en las zonas de fractura por lo que el objetivo de cualquier prospección
hidrogeológica en este tipo de terrenos debe centrarse en la localización,
caracterización y determinación de la posición espacial de las fracturas existentes en
la zona a investigar según la siguiente metodología”:
1.- Localización de las fracturas.
2.- Caracterización de las fracturas por su importancia hidrogeológica.
3.- Determinación de zonas de interés potencial.
4.- Reconocimiento geológico e hidrogeológico de campo.
5.- Prospección geofísica.
LOCALIZACIÓN DE FRACTURAS
•
Identificación de las principales
fracturas y lineaciones presentes
en el área y determinación de
grandes estructuras geológicas.
•
Relación red fracturación con red
de drenaje y geomorfología.
•
Primera aproximación a la
geología de la zona: litologías,
secuencia estratigráfica,
estructura general, estructuras
menores, etc.
CARACTERIZACIÓN DE LAS FRACTURAS
POR SU IMPORTANCIA HIDROGEOLÓGICA
•
La importancia de una fractura como nivel acuífero está relacionada con el
volumen y tipo de milonita (roca cataclástica semejante a un conglomerado de matriz
arcillosa sobre los que se desarrolla la falla) o relleno que tenga.
•
El volumen y tipo de milonita es función de la importancia del accidente tectónico,
longitud, salto, desplazamiento, materiales enfrentados y grado de
meteorización/alteración.
•
Criterios de importancia hidrogeológica de las fracturas:
•
Longitud, desplazamiento, salto y anchura.
•
Rigidez o competencia de los materiales enfrentados.
•
Presencia, número e importancia de fracturas “tributarias” conectadas con la
principal.
•
Accesibilidad de los equipos de prospección y perforación.
DETERMINACIÓN DE ZONAS DE INTERÉS
POTENCIAL O ESPECIALMENTE FAVORABLES.
Estas zonas deben reunir las siguientes características:
•
Deben estar situadas sobre una fractura de entidad o en el cruce de al
menos dos fracturas y donde la principal debe generar una zona milonítica
importante.
•
Las fracturas deben enfrentar materiales competentes para que la banda
milonítica tenga el máximo desarrollo y el relleno menos arcilloso y
cementado posible.
•
Accesibilidad a equipos de prospección y perforación.
•
Proximidad a las zonas a las que están destinados los caudales a alumbrar
o a otras instalaciones.
RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO E
HIDROGEOLÓGICO DE CAMPO.
1.- GEOLÓGICO.
• Chequeo de la fotogeología realizada.
• Comprobación de la existencia de las fracturas.
• Obtención de otros datos estructurales.
2.- HIDROGEOLÓGICO.
Inventario de puntos de agua.
Relación de los anteriores con la fracturación.
Toma de muestras para caracterización hidrogeoquímica.
Comprobación de accesos.
PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
Su objetivo es:
• Comprobar su existencia.
• Situarlas espacialmente con mayor nivel de detalle.
• Determinar alguna de sus características.
La determinación es sencilla cuando la fractura presenta
• Mineralización.
• Gran anchura.
• Enfrenta materiales o litologías diferentes
En estos casos se recomienda el empleo de dos métodos geofísicos
cruzados: gravimetría, sísmica, magnetometría, resistividad, etc.
PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
Cuando no se cumplen las condiciones anteriores recomendamos emplear la siguiente
metodología de investigación:
•
V.L.F. (Very low frequency): Método basado en prospección
electromagnética:
•
Permite cubrir grandes superficies. Rápido y barato.
•
Perfiles transversales a la fractura principal.
•
Perfiles transversales a las otras fracturas.
•
La penetración es escasa cuando la fractura no aflora y está
recubierta por más de 5 metros de material arcilloso.
CONCLUSIONES
La Metodología de Investigación propuesta permite:
•
Cubrir grandes áreas de forma rápida y efectiva determinando zonas de
especial interés potencial.
•
Empleo de equipos poco costosos, de fácil ejecución e interpretación.
•
Eliminar en gran medida las incertidumbres tradicionales en cuanto al
resultado de la investigación.
“La metodología propuesta no detecta la presencia de agua sino que únicamente
confirman la existencia de discontinuidades dentro del macizo rocoso impermeable por
las que pudiera circular agua”.