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GEOLOGÍA, GEOFÍSICA, HIDROGEOQUÍMICA E ISÓTOPOS, COMO HERRAMIENTAS PARA DEFINIR UN MODELO CONCEPTUAL HIDROGEOLÓGICO, CASO DE APLICACIÓN: ACUÍFERO COSTERO MUNICIPIO DE TURBO _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-1 Capítulo 4. GEOFÍSICA El objetivo de la prospección geofísica es aportar al modelo hidrogeológico el modelo geológico del subsuelo de la zona de estudio, infiriendo a partir de medidas de resistividad, la litología, estratos saturados con agua dulce y la detección de la cuña marina. 4.1 METODOLOGÍA 4.1.1 Equipo utilizado Se empleó el equipo Mini Sting (Figura 33), cuyas principales especificaciones se presentan en la Tabla 13 [9] . Figura 33. Equipo de resistividad Mini Sting. Tabla 13. Especificaciones técnicas Mini Sting Modos de Medidas Resistividad aparente, resistencia, voltaje (PS), polarización inducida (PI), voltaje de batería 400 kohms a 0.1 milliohms (resistencia) Rango de medidas 0-500 V voltaje de cambio automático a escala completa. Resolución de medida Max 30 nV, depende del nivel de voltaje Corriente de salida 1-2-5-10-20-50-100-200-500 mA. Voltaje de salida El usuario puede cambiar entre limite de voltaje bajo o alto para el transmisor (limite de voltaje 800 Vp-p, ó 320 Vp-p). El voltaje real del electrodo depende de la corriente transmitida y de la resistividad del subsuelo. Impedancia de entrada >20 Mohms Voltaje de entrada Max 500 V

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Capítulo 4.

GEOFÍSICA

El objetivo de la prospección geofísica es aportar al modelo hidrogeológico el modelo geológico del subsuelo de la zona de estudio, infiriendo a partir de medidas de resistividad, la litología, estratos saturados con agua dulce y la detección de la cuña marina.

4.1 METODOLOGÍA

4.1.1 Equipo utilizado

Se empleó el equipo Mini Sting (Figura 33), cuyas principales especificaciones se presentan en la Tabla 13 [9].

Figura 33. Equipo de resistividad Mini Sting.

Tabla 13. Especificaciones técnicas Mini Sting

Modos de Medidas Resistividad aparente, resistencia, voltaje (PS), polarización inducida (PI), voltaje de batería

400 kohms a 0.1 milliohms (resistencia) Rango de medidas 0-500 V voltaje de cambio automático a escala

completa.

Resolución de medida Max 30 nV, depende del nivel de voltaje

Corriente de salida 1-2-5-10-20-50-100-200-500 mA.

Voltaje de salida

El usuario puede cambiar entre limite de voltaje bajo o alto para el transmisor (limite de voltaje 800 Vp-p, ó 320 Vp-p). El voltaje real del electrodo depende de la corriente transmitida y de la resistividad del subsuelo.

Impedancia de entrada >20 Mohms Voltaje de entrada Max 500 V

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Compensación de PS Cancelación automática de voltajes de PS durante la medida de resistividad. PS constante y variando linealmente cancela completamente.

Tiempo de ciclos de PI 1 s, 2 s, 4 s y 8 s

Ciclos de Medida

Promedio función de la medida mostrado después de cada ciclo. El ciclo automático se para cuando las lecturas de errores caen por debajo del límite del usuario o se terminan los ciclos máx definidos del usario.

Ciclos de Tiempo

Tiempo básicos de medida es 0.4, 0.8, 1.2, 3.6, 7.2 ó 14.4 s según es elegido por el usuario vía teclado. Cambio automático y conmutación añaden alrededor de 1.4 s

Proceso de señal

Obtención continua de promedios después de cada ciclo completo. Los errores de ruido se calculan y demuestran como porcentaje de lectura. La lectura se demuestra como resistencia (dV/I) y resistividad aparente (ohmm o ohmft). La resistividad se calcula utilizando las distancias de electrodos introducidas por el usuario.

Configuración Apoyada Resistencia, Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, polo-dipolo, polo-polo, acimutal, mise-a-la-masse, PS (absoluto) and PS (gradiante).

Para la prospección geofísica, se empleó el método eléctrico, mediante la ejecución e interpretación de 47 sondeos eléctricos verticales (SEV), utilizando el arreglo electródico Schlumberger (Figura 34). En la Figura 35, Figura 36, Figura 37 y Figura 38 se presentan la ejecución de algunos sondeos en campo.

Figura 34. Arreglo Schlumberger. Tomada y modificada de López et al, 2003.

[9] www.agiusa.com/ministing.sp.shtml

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Figura 35. Equipo de geofísica (resistivímetro). Fuente: tomada en campo.

Figura 36. Equipo de geofísica (resistivímetro). Fuente: tomada en campo.

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Figura 37. Realización de un SEV. Fuente: tomada en campo.

Figura 38. Realización de un SEV. Fuente: tomada en campo.

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La Tabla 14 presenta las coordenadas y la distancia AB/2 máxima alcanzada en cada SEV. Los datos de campo de las resistividades medidas para los SEV, se presenta en el ANEXO A.

La distribución y ubicación de los SEV se presenta en la Figura 39.

Tabla 14. Coordenadas y distancia AB/2 máxima de los SEV

SEV N° Norte Oeste

Máx distancia AB/2 (m)

SEV N° Norte Oeste

Máx distancia AB/2 (m)

1 1391400 712340 300 25 1389263 709519 400 2 1391432 708842 400 26 1385948 710349 400 3 1392163 707883 350 27 1382479 709243 200 4 1391842 705916 300 28 1381230 713007 400 5 1395000 714200 100 29 1383480 711399 400 6 1391992 710936 250 30 1381236 708945 400 7 1389989 709764 250 31 1381310 710913 400 8 1390439 713050 400 32 1382311 711241 390 9 1388918 713472 400 33 1382161 713081 400 10 1387607 714519 300 34 1382474 714666 400 11 1386772 713212 400 35 1384076 714076 300 12 1385054 714082 400 36 1380980 714922 200 13 1388325 712024 400 37 1381007 716558 300 14 1388389 710503 400 38 1386571 711570 350 15 1389903 710362 400 39 1385686 715034 400 16 1390876 710342 300 40 1387150 709550 400 17 1382553 716115 200 41 1384222 711915 400 18 1384243 715554 200 42 1383534 709915 350 19 1391870 706901 400 43 1383717 714473 150 20 1389784 711528 400 44 1385315 713138 400 21 1389966 707098 350 45 1387980 708760 142 22 1390348 708203 350 46 1384569 710432 400 23 1385467 706348 350 47 1388245 709099 192 24 1388851 707316 250

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Figura 39. Ubicación SEV

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4.2 INTERPRETACIÓN SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES

Para la interpretación de los SEV, se utilizó el software IPI2 WIN (capítulo 2).

4.2.1 Rango de resistividades

Se realizaron SEV cortos, en afloramientos de las rocas que conforman el subsuelo de la zona de estudio, con el objetivo de conocer los valores de resistividades que éstas poseen, y generar un rango de resistividades para la interpretación de las curvas de resistividad. Este rango se generó a partir de estas medidas de calibración y se terminó de conformar a medida que se analizaban las curvas interpretadas de una formación geológica específica. La Tabla 15 presenta estos rangos para las diferentes litologías de las formaciones geológicas.

Tabla 15. Rangos de resistividades Formación Litología Granulometría Resistividades (Ω.m)

Q1 Suelo; arcillas, arenas, limos y gravas, o sus combinaciones 5 - 90

Q2 Arcillas, limos y arenas, o cualquiera de sus combinaciones saturados con agua salada 0.1 - 1 Cuaternarios

Q3 Arcillas, limos y arenas, o cualquiera de sus combinaciones saturados con agua dulce a salobre

2 – 5

a3 Areniscas de tamaño medio a grueso y lutitas 10 - 20

Pavo a2 Intercalación de lodolitas y areniscas 4 - 9 A Areniscas finas a medias y lodolitas 5 - 11 B Areniscas finas, conglomerados y lodolitas 10 - 110 C

Lodolítico Lodolitas grises intercaladas con conglomerados, predomina lodolita 2 - 10 Corpa

C Conglomerático

Lodolitas grises intercaladas con conglomerados, predomina conglomerado 10 - 30

4.2.2 Análisis de las curvas de resistividad

La Tabla 16, presenta como ejemplo, el análisis para el SEV 46. El cual consiste, en presentar una tabla con la siguiente información:

4.2.2.1 Curva de resistividades y modelo de capas

Presenta la curva de resistividades interpretada (línea roja) por el IPI2win (Capítulo 2), a partir de los datos de campo de resistividades aparentes (círculos blancos), y el respectivo modelo resistividades con espesores y profundidades (línea azul). El modelo resultante de la interpretación automática, se presenta al lado izquierdo de la curva de resistividades indicando lo siguiente: el símbolo ρ, representa el valor de la resistividad real; h, el espesor del estrato o capa asociada a el valor de ρ; D, el espesor acumulado de las capas

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consecutivas, y Alt, representa las cotas de las bases de las capas referentes al nivel medio del mar.

4.2.2.2 Correlación litológica

Presenta la información anterior, asociando un tipo de roca a un valor o rango de resistividades.

4.2.2.3 Columna litológica interpretada

A partir de la correlación litológica, se elabora una columna litológica representativa del SEV con referencia a un nivel de medida cero metros (0 m). NF, indica la profundidad a la cual se encuentra el nivel freático. Este nivel se obtuvo de medidas realizadas en las captaciones inventariadas.

La interpretación de los 47 SEV, se presenta en el ANEXO B.

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Tabla 16. Análisis SEV 46 Curva de resistividades y modelo de capas Columna litológica interpretada

Correlación litológica

Cota:2 m.s.n.m. LITOLOGÍA ρ (Ω.m) ESPESOR (m) D (m) COTA BASE (m)

Suelo 7 3 3 -1 Arcilla, limo y arenas, o sus combinaciones saturados con agua salada

0.8 22 24 -22

Arcilla, limo y arenas, o sus combinaciones saturados con agua dulce a salobre

5 147 172 -170

-172

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m NF

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4.3 PERFILES GEOELÉCTRICOS

Para visualizar las variaciones espaciales y en profundidad de las resistividades del subsuelo, se hicieron correlaciones entre los diferentes SEV mediante cortes o perfiles geoeléctricos, los cuales se presentan a continuación (Figura 41 a Figura 53). La distribución de los perfiles se muestra en la Figura 40.

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Figura 40. Distribución de perfiles geoeléctricos

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-12

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 4 SEV 19 SEV 3

3

5

2

8416

2

22m

?

??

?

0.3

11

?

SEV 6

24

5

10

6 Ω.m

contacto fallado

? ??

?

Figura 41. Perfil geoeléctrico A-A’

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 21 SEV 22 SEV 16 SEV 1

19

13

11 Ω.m

26

35

2

2816

2

19m

7?

?

?

?

?

??

?

contacto fallado

Figura 42. Perfil geoeléctrico B-B’

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-13

10

21 Ω.m

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 24 SEV 25 SEV 15 SEV 20 SEV 8

11

2416

6 - 17

10

7 - 23

29

0.49m

C C´Pla

nta

de

trata

mie

nto

cont

acto

falla

do

Figura 43. Perfil geoeléctrico C-C’

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 45 SEV 47SEV 14 SEV 13

SEV 9

m

11

4

42

0.5

19

28

6

20

4 Ω.m

19

34

6

18

? ? ??

?

??

Municipio de Turbo

Figura 44. Perfil geoeléctrico D-D’

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_________________________________________________________________________________________________________________

Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-14

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 26

SEV 133 de Ingeominas SEV 11 SEV 10

m17

10

38

13

7 Ω.m

4

?

??

13

2

23

14

4

?

????

Casanova

3

Figura 45. Perfil geoeléctrico E-E’

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 46 SEV 41 SEV 44 SEV 12

m 21

3 Ω.m

28

7

26

70.8

17

10

5

?

SEV 39

? ? ? ?

?

49

20

25

12

Figura 46. Perfil geoeléctrico F-F’

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-15

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 42 SEV 29SEV 43 SEV 18

m 230.8

23

30

15 Ω.m

11

80.2

32

26

3

El Tres

3

?

?????

Figura 47. Perfil geoeléctrico G-G’

0 1 2 3 4 5 6 7 8km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m

?

?

SEV 27 SEV 32SEV 33 SEV 34

?

??

?

SEV 17

25

2

4 - 22

106

82

5

0.3

20

5 - 20

134 Ω.m

13

7?

?

??

Figura 48. Perfil geoeléctrico H-H’

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 30 SEV 31SEV 28 SEV 36

m 24

2

20

2

30

0.8

20

13

20

?

?

??

9

SEV 37

0.4

12 Ω.m

2

20

15

12

?

8

?

?

??

2

Figura 49. Perfil geoeléctrico I-I’

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_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-17

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 6 SEV 8m

9 10 11 12 13 14

SEV 18R

io T

urbo

Rio

G

uadu

alito

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m

SEV 37SEV 1SEV 9 SEV 10 SEV 39 SEV 17

km

24

11

10

6

13 - 19

7

18

11

4

23

14

4

20

12 Ω.m

32

26

11

7 - 20 8 - 20

12

?

?

?? ???

??

??

??

?

cont

acto

fa

llado

Figura 50. Perfil geoeléctrico 1-1’

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-18

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 3 SEV 16SEV 8 Ingeominas

m

9 10 11 12 13 14

SEV 44 SEV 35 SEV 43

Rio

Tur

bo

Rio

G

uadu

alito

30

15

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m

SEV 34 SEV 36SEV 2 SEV 20 SEV 13 SEV 11 SEV 12

15 km

84

3

24

5

11 - 27

11 - 28

26

16

10

34

6 Ω.m

38

13

7

28

7

17

10

26

19

8

28

5 - 20

82

2 - 20

38

16

?

?

?

?

??

9 - 25

??

?

??

?

?

Figura 51. Perfil geoeléctrico 2-2’

Page 19: cap4.- geofisica

GEOLOGÍA, GEOFÍSICA, HIDROGEOQUÍMICA E ISÓTOPOS, COMO HERRAMIENTAS PARA DEFINIR UN MODELO CONCEPTUAL HIDROGEOLÓGICO, CASO DE APLICACIÓN: ACUÍFERO COSTERO MUNICIPIO DE TURBO

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-19

0 1 2 3 4 5 6 7 8 km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 19 SEV 22 SEV 25 SEV 14

m16

2316

2

17

32

9

10

7

?

10 11 12 13 14

SEV 41 SEV 29 SEV 32Rio

Tu

rbo

Rio

G

uadu

alito

5

20

4

19

20

3

23

0.8

3

25

0.4

134

18

2

17

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m

SEV 133 de ingeominas SEV 31

SEV 132 de ingeominas

35

10 Ω.m49

2

140

24

?

??

?

??

??

?

???

?

?

Figura 52. Perfil geoeléctrico 3-3’

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Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos 4-20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 km

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

SEV 4 SEV 21SEV 24 SEV 45

m19

9

4

22

2.1

99

1

0.3

2

?

??

?

9

SEV 40

29

0.4

79

2

?

4 Ω.m

10 11 12 13 14 15 16

?

?

SEV 26 SEV 46 SEV 42 SEV 27 SEV 30Rio

Tu

rbo

Rio

G

uadu

alito

Turbo

11

42

0.5

19

7

0.8

5

80.2

4

50.3

30

0.8

20

-180

-160

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-140

m

? ? ?

?

Figura 53. Perfil geoeléctrico 4-4’

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4.4 CARACTERÍSTICAS GEOELÉCTRICAS DE LAS FORMACIONES, PARÁMETROS DAR-ZARROUK

Una capa geoeléctrica es descrita por dos parámetros fundamentales: su resistividad ρi y su espesor hi, donde el subíndice (i) indica la posición de la capa en la sección. Otros parámetros geoeléctricos pueden derivarse de la resistividad y espesor, los cuales son la resistencia transversal T, y la conductancia longitudinal S (Khalil, 2006).

4.4.1 Mapas de resistencia transversal

Se denomina resistencia transversal de una capa, la resistencia de un volumen de roca en forma de prisma cuadrado, con área de la base s igual a 1 m2 y altura (h) igual al espesor de la capa (Figura 54), en este caso:

Ec 10. hρ11

hρslρT ⋅=

⋅⋅=⋅=

ρ

s

11

h

Figura 54. Volumen de roca. Tomada y modificada de Khalil, 2006.

Este parámetro de Dark-Zarrouk (T), puede asociarse con la transmisividad T del acuífero ( ekT ⋅= ), donde k es la conductividad hidráulica y e, el espesor del acuífero. De esta manera, como parte del análisis que se hace de la información geoeléctrica, los mapas de resistencia transversal unitaria (T) de las capas que por su resistividad se correlacionan con un acuífero, resultan una herramienta muy útil para la selección del área más favorable para explotación del agua subterránea (Sosa et al, 1999), ya que representan las zonas donde hay presencia de estratos de resistividades altas, relacionadas con materiales gruesos y permeables, y a su vez, que poseen buenos espesores.

La Figura 55 y la Figura 56, presentan los mapas de resistencia transversal para los paquetes B y C conglomerático respectivamente.

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Figura 55. Mapa de resistencia transversal T paquete B Corpa

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Figura 56. Mapa de resistencia transversal T paquete C conglomerático Corpa