Tesis Completa geoestadistica

7/24/2019 Tesis Completa geoestadistica

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MXICO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD HIDROGEOLGICA ENLA PORCION SUR ORIENTE DE LA CIUDAD DE SAN

JUAN DEL RIO. QRO, CON LA APLICACIN DEMTODOS ELECTROMAGNTICOS


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Estudio de factibilidad hidrogeolgica en la porcin sur oriente de la ciudad de San Juan del Ro, Qro. Con la aplicacin de mtodos electromagnticos.

ndice

Resumen

Captulo I Introduccin1.1. Antecedentes1.2.

Objetivos

Captulo II Marco geogrfico de referencia

2.1. Localizacin2.2. Vas de Comunicacin2.3. Servicios2.4. Hidrografa2.5. Clima2.6. Precipitacin2.7. Temperatura2.8. Suelo

2.9. VegetacinCaptulo III Geologa e hidrogeologa

3.1. Fisiografa3.2. Geologa

3.2.1. Estratigrafa3.2.2. Estructuras geolgicas presentes3.2.3. Geologa del subsuelo


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Captulo V Exploracin geofsica5.1. Generalidades

5.2. Especificaciones del equipo5.3. Procesamiento de informacin geofsica5.4. Interpretacin de los TEMs

5.4.1. Corte geoelctrico 15.4.2. Corte geoelctrico 25.4.3. Corte geoelctrico 3

5.6. Anlisis de resultados

Captulo VI Correlacin hidrogeolgica-geofsica

Captulo VII Conclusiones y recomendaciones7.1. Conclusiones7.2. Recomendaciones

Bibliografa

Software

Anexo(Interpretacin de datos geofsicos)

ndice de figuras


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Figura 5.2. Equipo empleado.Figura 5.3. Procedimiento para el procesamiento de los datos geofsicos.Figura 5.4. Localizacin de los perfiles geoelctricos.Figura 5.5. Corte geoelctrico 1.Figura 5.6. Corte geoelctrico 2.Figura 5.7. Corte geoelctrico 3.Figura 6.1. Correlacin geolgica-geofsica.Figura 6.2. Seccin geolgica-geofsica esquemtica

ndice de tablas

Tabla 3.1. Cortes litolgicos de los pozos Cerro Gordo y El Rodeo.Tabla 3.2. Censo de pozos (abril de 2008).Tabla 5.1. Descripcin de las unidades geoelctricas del perfil1.Tabla 5.2. Descripcin de las unidades geoelctricas del perfil 2.Tabla 5.3. Descripcin de las unidades geoelctricas del perfil 3.Tabla 6.1. Integracin de la informacin.


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Resumen

Con el propsito de complementar mi formacin profesional y aplicar losconocimientos adquiridos en las aulas de clase, se desarroll un trabajo queintegra la geologa, hidrogeologa y geofsica encaminado a proponer un sitiofavorable para la ubicacin de una fuente de abastecimiento de aguasubterrnea.

Para la ejecucin de este trabajo se realizaron actividades de recopilacin,adquisicin, anlisis, procesamiento e integracin de informacin que reforzaronmis competencias sobre geologa, sondeo electromagntico en el dominio del

tiempo, logstica operacional y toma de decisiones, entre otras.

El trabajo de campo se realiz en la parte sur de la ciudad de San Juan del Ro,lugar donde se pretende extraer un caudal adicional de 15 lps para satisfacer lasnecesidades de un nuevo desarrollo habitacional de 5,000 personas.

Para evaluar las condiciones del subsuelo se hizo uso de informacin de 7sondeos electromagnticos en el dominio del tiempo de estudios anteriores y de 4ms en los que particip con bobinas coincidentes de 300x300m.

La zona de estudio se encuentra en un ambiente volcnico donde resaltan rocasbaslticas e ignimbrticas, donde su permeabilidad es de media a baja, lo anteriorse comprueba por un pozo existente en la zona con una profundidad deperforacin de 400 m, con un nivel esttico de 138 m y un dinmico en su pruebade aforo de 260 m.

La interpretacin de los sondeos electromagnticos identifica cinco unidadesgeoelctricas de las cuales la unidad C es la que actualmente aporta agua y se

i i i b it E t l id d l t i B l li d b l


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Captulo I Introduccin

1.1.

Antecedentes

Las grandes civilizaciones por mandato de sus dioses se establecieron en lugaresdonde exista agua -principalmente en la rivera de los ros o en sitios cercanos aun cuerpo de agua superficial-, esto propici el desarrollo de la agricultura,ganadera, la pesca y en los dos ltimos siglos la industria y los servicios. Sin elsustento del agua no sera posible la vida en el planeta de todas las especies que

lo habitan, incluyendo al hombre.A pesar de que vivimos en un planeta donde el agua es su principal componente,resalta que slo el 3% es aprovechable para el desarrollo de la vida. Por otraparte el desmesurado crecimiento de la poblacin ha generado la necesidad decontar cada vez con mayores volmenes de agua, los cuales son directamenteproporcionales al nivel de calidad de vida de los individuos (a mayor nivel socialmayor consumo de agua). Por otro lado, el uso indiscriminado del agua creasituaciones adversas que ponen en riesgo la sustentabilidad del recurso y la vidaen el planeta.

Para el caso de Mxico, las ciudades con mayor desarrollo poblacional, industrialy agrcola se ubican en elevaciones superiores a los 1,400 metros sobre el niveldel mar (msnm). Esta situacin origina que la disponibilidad de recurso sea atravs del agua subterrnea, lo cual requiere de la perforacin de pozos adiferentes profundidades, en sitios con ambientes geolgicos complejos.

Lo anterior implica la necesidad de realizar estudios hidrogeolgicos a detalle

t i d fi i d d tid b l f tibilid d d


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se utiliza la exploracin geofsica, y para el caso que nos ocupa, el mtodoelectromagntico, el cual permite caracterizar y definir la geometra y estructura

del subsuelo con suficiente claridad.Para este trabajo se tom informacin de varios estudios geofsicos realizados enla zona, en los que se utiliz el mtodo electromagntico en la modalidad desondeo electromagntico en el dominio del tiempo (TEM). Esta tcnica geofsicaproporciona contrastes de resistividad o conductividad a profundidad, quepermiten asociarlos a los diferentes eventos geolgicos que se presentan en elsubsuelo.

Este mtodo define con un mayor rango de certidumbre las condiciones delsubsuelo, al caracterizar mejor los estratos a mayor profundidad. Tambin, esnecesario mencionar que se presentan limitaciones en cuanto a la profundidad deinvestigacin, tanto por la capacidad de los equipos como del tipo de bobinautilizada para realizar la investigacin.

El uso del TEM apoya a la definicin de las condiciones geolgicas con mayordetalle; sin embargo, origina que los costos de la exploracin sean ms elevados,con relacin a otros mtodos por ejemplo el sondeo elctrico vertical-, lo cual se

justifica al contar con ms elementos para la toma de decisiones.Para cubrir el objetivo del trabajo de tesis fue necesario realizar diversasactividades. La primera correspondi a la adquisicin y anlisis de informacin deestudios preliminares que permitieron tener un marco de referencia geogrfico ehidrogeolgico de la zona. Despus, se realiz un reconocimiento hidrogeolgicopara conocer las posiciones de los niveles esttico y dinmico del aguasubterrnea y productividad de los pozos. Otra actividad del estudio fue laobtencin de las propiedades fsicas de las rocas resistividad- lo que permiti

t i l t d fi i l t t d l b l S li l


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Captulo II Marco geogrfico de referencia

2.1. Localizacin

El rea de estudio corresponde al territorio poltico del municipio de San Juan delRo. Se localiza al suroriente de la ciudad de Quertaro. Est limitada al Este porel Estado de Mxico e Hidalgo, al Sur por el municipio de Amealco de Bonfil, alOeste por el municipio de Pedro Escobedo y al Norte por el municipio de

Tequisquiapan, enmarcado entre las coordenadas geogrficas 20 12 a 2034de Latitud Norte y 99 50 a 100 12 de Longitud Oeste con una superficie de 25km2. Est definida dentro de la carta topogrfica de INEGI con clave, F14C77(San Juan del Ro) escala 1:50,000.Figura 2.1.


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TESIS PROFESIONAL

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD HIDROGEOLOGICAEN LA ZONA SURORIENTE DE SAN JUAN DEL RIO QRO.

FIGURAAO

2009 2.2

0 500 1000 1500 2000 2500mESCALA GRAFICA

PLANO BASE TOMADO DE LA CARTA INEGI F-14-C77

SIMBOLOGIA

AREA URBANA Y RURAL

CARRETERAS

TERRACERIAS

PANTANO, TERRENO SUJETO A INUNDACION

FERROCARRIL

LINEAS DE CONDUCCION ELECTRICA

LINEA DE CONDUCCION PEMEX GAS GASArea de Estudio

Figura 2.2. Localizacin de la a la zona de estudio.

2.2 Vas de comunicacin

La zona cuenta con una amplia red de carreteras que la mantiene comunicadacon la capital del pas y con los estados del centro y norte.


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Figura 2.3. Vas de comunicacin.(Tomada de Google Earth 2008).

2.4. Hidrografa

Zona de Estudio


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El clima semiseco templado es el ms comn ya que cubre aproximadamente un35% de la superficie estatal. Se localiza en una amplia franja que va de este a

oeste, cubriendo la zona norte de San Juan del Ro.

Figura2.4. Hidrografa.http://mapserver.inegi.org.mx/geografia.
http://mapserver.inegi.org.mx/geografiahttp://mapserver.inegi.org.mx/geografia


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La primera zona se define con una precipitacin media anual de 700 a 800 mm,en una franja orientada sur oeste, en la porcin sur de la zona de estudio. Se

presenta una segunda franja con direccin esteoeste, con una precipitacinmedia de 600 a 700 mm que cubre la parte de la ciudad de San Juan del Ro y latercera zona, se localiza en la parte norte de la ciudad, est afectada por unafranja de 500 mm a 600 mm anuales. La mayor incidencia pluvial se presenta enlos meses de julio y agosto.

Figura 2.6. Distribucin de la precipitacin.http://mapserver.inegi.org.mx/geografia.
http://mapserver.inegi.org.mx/geografiahttp://mapserver.inegi.org.mx/geografiahttp://mapserver.inegi.org.mx/geografia


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espinas, pastizal inducido, que es la caracterstica de la zona de estudio. Tambinse presenta bosque templado y cardonal hacia la parte sur del municipio. Figura 2.9

Los principales cultivos de temporal y riego son: sorgo, frijol, cebada, trigo, mazgrano, avena, chile seco, zanahoria, alfalfa, uva y durazno.

Figura 2.7. Distribucin de la temperatura.http://mapserver.inegi.org.mx/geografia.
http://mapserver.inegi.org.mx/geografiahttp://mapserver.inegi.org.mx/geografia


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Figura 2.9. Tipos de vegetacin.http://mapserver.inegi.org.mx/geografia.

El propsito de conocer la hidrografa, el clima, precipitacin, temperatura, sueloy vegetacin entre otras, permite identificar si las condiciones delcomportamiento del ciclo del agua favorecen la recarga al acufero, qucondiciones hidrogeolgicas se pueden presentar en el subsuelo, de dnde

l d l l l f l


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Captulo III Geologa e hidrogeologa

3.1. FisiografaEl estado de Quertaro se encuentra dividido por tres provincias fisiogrficas, laSierra Madre Oriental, la Mesa del Centro y el Eje Neovolcnico Transmexicano.Figura 3.1.

Figura 3.1. Fisiografa del estado de Quertaro.Tomado de INEGIhttp://mapserver.inegi.org.mx/geografia.


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Figura 3.2. Mapa geolgico

Modificado del estudio de Actualizacin hidrogeolgica y modelacin matemtica JAPAM de San Juan del Ro2003.

3.2.1. Estratigrafa


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de depsitos de piroclstos, pumicita, depsitos de cada libre y depsitos deflujos de lodos.

Toba Huichapan (Tht)

Es una secuencia de tobas limo-arcillosas de composicin andestica y basltica,de coloracin crema a pardo claro y crema amarillento al intemperismo, conalgunos bloques de basaltos. El espesor de los estratos vara de medianos agruesos entre 0.2 a 2 m. Se localiza en los poblados de Palmillas y en SanSebastin de las Barrancas.

Basaltos (Qtb)

Unidad integrada por basalto y brechas volcnicas de composicin bsica. En loreferente al basalto, se observan coloraciones que varan de gris oscuro a negro,presenta textura afantica muy vesicular, cuya mineraloga se compone deplagioclasas, piroxenos, ferromagnesianos y biotita, en ocasiones presenta unfuerte lajeamiento.

Depsitos Aluviales (Qal)

Se encuentran distribuidos principalmente en los cauces de arroyos, ros y lagos(naturales y artificiales). Asimismo, se localizan cubriendo de manera discordantea las tobas que rellenan los extensos valles de San Juan del Ro, cuya extensinse prolonga en direccin noroeste-sureste. Su espesor es variable, encontrandoen algunas zonas entre 20-30 cm y en otras de 1-5 m en algunos cortes


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Otro alineamiento que se identifica se asocia a una falla transcurrente y a lapresencia de hidrotermalismo, tiene una direccin preferencial SW NE, pasa por

la zona de la Presa Constitucin 1917 y se prolonga hacia Tequisquiapan, figura3.3.

rea deEstudio


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Basalto

Material areno-arcilloso

Columna Geologica Pozo El Rodeo

100

200

0

Columna Geologica Pozo Cerro Gordo

Toba Ignimbritica

Toba

Ignimbrita

Pozo El Rodeo

Profundidad Litologa

0 - 120 Basalto

120 - 170 Toba ignimbritica alterada y pumicita

170 - 400 Prdida total de circulacin (se asocia a ignimbrita )

Tabla 3.1. Cortes litolgicos de los pozos Cerro Gordo y El Rodeo.


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1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

Basalto (Qtb)

(Qal)

Toba Amealco (Tat)Ignimbrita (Ig)

Pozo El Rodeo

Cerro Gordo

Seccin Geolgica Esquemtica

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Distancia en (km).

Elevacin(m.s.n.m.)

Arenas

S45W N45E

TESIS PROFESIONAL

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD HIDROGEOLOGICAEN LA ZONA SURORIENTE DE SAN JUAN DEL RIO QRO.

FIGURAAO

2009 3.5

0 3 6 9 12 15km

SECCION GEOLOGICA ESQUEMATICA

Qtb

Tht

Tat

Ig

Qal

Basalto

Toba Huichapan

Toba Amealco

Ignimbrita

Depsitos Aluviales Pozo

Cerro Gordo

Toba Huichapan (Tht)

Figura 3.5. Seccin geolgica esquemtica del rea de estudio.Elaborada con direccin SW-NE 45, que va de la zona de estudio al cerro Gordo.

3.3. Hidrogeologa

3.3.1 Antecedentes hidrogeolgicos de la zona de estudio

La ciudad de San Juan del Ro demanda cada da mayores volmenes de aguasubterrnea, por lo cual es necesario contar con el conocimiento hidrogeolgicosuficiente para proponer la perforacin de pozos o en su defecto proponer una


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La dinmica del agua subterrnea ocurre en un sistema acufero libreheterogneo de continuidad hidrulica regional. El sistema del agua subterrnea

se desarrolla preferentemente en una estructura tectnica integrada por una fosalimitada al sur por una cadena de cerros compuestos por material volcnicobsico (andesitas) y cido (ignimbritas) cuya permeabilidad es reducida, donde lapresencia de pozos es mnima es la parte donde se realiz el trabajo de tesis-.Al norte se encuentra la Sierra de Enmedio cuya composicin volcnica es cida,al norponiente se presentan rocas andesticas. Todas estas rocas y por suposicin geogrfica y actan como zonas de recarga.

Por lo que respecta a la zona del valle, es una depresin que en su parte

superficial contiene material aluvial, producto de la erosin de las rocas que seencuentran en las partes altas con espesor que oscila entre 1 y 20 m. Debajo deeste material se encuentran tobas de cada libre, producto de las calderas deAmealco y Huichapan, de composicin arenosa poco consolidadas, pumicita ytobas arenosas las cuales en algunas partes se presentan intercalaciones deignimbritas soldadas y fracturadas. Se considera que el espesor econmicamenteexplotable, con base en los estudios geofsicos, es del orden de los 450 m.

El agua subterrnea transita a travs de una serie de rocas de origen diverso,entre los que destacan dos tipos de medios hidrogeolgicos, un medio granularasociado a las tobas, cuyas transmisividades se ubican en el rango de 10 -2y 10-1m2/s y un medio fracturado asociado a basaltos e ignimbritas soldadas, cuyastransmisividades se ubican el rango de 10-4a 10-3m2/s. Estos ltimos valores sonlos representativos de la zona donde se realiz el trabajo de tesis.

El sistema de flujo de agua subterrneo regional tiene una direccin preferencialSE-NW, Figura 3.6, hacia la ciudad de Quertaro, y otro hacia el N, San Pedro


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SIMBOLOGIA

AREA URBANA Y RURAL

CARRETERAS

TERRACERIAS


Figura 3.6. Elevacin al nivel esttico para el ao 2003.

Tomadodel estudio de Actualizacin hidrogeolgica y modelacin matemtica, JAPAM, San Juan del Ro 2003.

Zona de estudio


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3.3.2. Censo de pozos

En los alrededores de zona de estudio se localizan 12 pozos activos, los cuales

estn destinados para uso potable e industrial.El pozo ms cercano a la zona de estudio es el pozo El Rodeo con un caudal de12 lps, nivel esttico se encuentra a los 138 m y el dinmico a los 148 m (dato deabril de 2008). El aforo del pozo (2003) se realiz a una profundidad de 260 mcon un gasto mximo de 20 lps.Figura 3.5.


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Captulo IV Fundamentos tericos del mtodoelectromagntico

4.1. Principios fundamentales de los mtodos electromagnticos

Una de las formas bsicas de cuantificar los fenmenos electromagnticos atravs de la relacin que existe entre el campo elctrico y el campo magntico seencuentra establecido a travs de las ecuaciones de Maxwell, las cualesrelacionan los tipos de corriente y los campos que generan el fenmenoelectromagntico.

4.1.1. Ecuaciones de Maxwell

El campo electromagntico se compone por las siguientes funciones vectoriales:

: Intensidad del campo elctrico

: Intensidad del campo magntico

: Campo de desplazamiento

: Campo de induccin magntica

J: Densidad de corriente elctrica

: Densidad de carga elctrica


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(4.5) (4.6)

(4.7)

Donde , , son tensores

: permitividad o constante dielctrica.

: Conductividad elctrica.

: permeabilidad magntica.

Por lo que , , estn en funcin de la frecuencia, intensidad del campoelctrico o magntico, posicin, tiempo, temperatura y presin.

Para la solucin de los problemas electromagnticos en el dominio del tiempo seconsideran las siguientes caractersticas del medio (Ward y Hohmann,1988).

Todos los medios se consideran homogneos, lineales e istropos, los

cuales poseen caractersticas elctricas que son independientes de la

temperatura, tiempo y presin.

La permeabilidad magntica se toma como un espacio libre =0.

Bajo estas premisas las cuales condicionas la aplicacin de la transformada deFourier en las leyes de Ampere y Faraday (Ecs. 4.1 y 4.2) y usando lasecuaciones de Maxwell en el dominio de la frecuencia(Ward y Hohmann,1988),se obtiene.


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Considerando las relaciones constitutivas lineales entre las propiedadeselectromagnticas del medio en el dominio del tiempo, un medio no dispersivo,donde , , adems independientes del tiempo,

D= E (4.12)B= H (4.13)J= E (4.14)

Aplicando estas relaciones a las leyes de Ampere y Faraday, se asume que loscampos elctricos y magnticos son continuos por intervalos y poseen primera ysegunda derivada por lo que las ecuaciones 4.10 y 4.11 se simplifican a:

(4.15)

(4.16)

Aplicando el rotacional de funciones vectoriales , asumiendoque y continuidad del campo elctrico y magntico en medioshomogneos las ecuaciones 4.15 y 4.16 se simplifican a las ecuaciones de ondapara los campos elctricos y magnticos en el dominio del tiempo.

(4.17)

(4.18)

Para simplificar la solucin de la ecuacin de onda, es necesario transformarla al


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Dichas ecuaciones describen el desarrollo de los fenmenos electromagnticos atravs de las ecuaciones de Maxwell en los dominios del tiempo y la frecuencia.

4.1.3. Condiciones de frontera

Para fenmenos electromagnticos homogneos lineales e istropos, lascondiciones de frontera segn (Ward y Hohmann,1988), son:

La componente normal del campo magntico, Bn es continua a travs de la

interfase de separacin del medio 1 al medio 2.Bn1= Bn2 (4.25)

El desplazamiento dielctrico Dnen su componente normal es continuo a

travs de la interfase, esto es debido a la acumulacin en la densidad de

carga superficial n:

Dn1_ Dn2 = n (4.26)

El flujo de la componente tangencial del campo elctrico Etes continuo a

travs de la interfase:

Et1 = Et2 (4.27)

El flujo de la componente tangencial del campo magntico H tes continuo a

travs de la interfase si no se presentan corrientes de superficie:


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Donde es un nmero complejo ; , son nmeros reales y y son

las amplitudes de las ondas de propagacin de los campos elctricos y

magnticos para el tiempo t=0 donde el signo + representa la direccin depropagacin.

Tomando en consideracin el fenmeno fsico donde las corrientes de conduccindominan sobre las corrientes de desplazamiento Ic >> Id(modelo cuasi esttico),, , estn determinadas por:

(4.32)

Por lo que al sustituir la ecuacin 4.32 en el valor de y ste a su vez en lasecuaciones 4.30 y 4.32 y considerando que las ondas de propagacin son en z+las ecuaciones son:

(4.33)

(4.34)

Al analizar las ecuaciones anteriores donde se define como un nmero real se

observa que disminuye alaumentar z. lo cual afirma que la amplitud de laonda electromagntica se atena con una relacin de 1/e; a esta distancia se leconoce como penetracin nominal de la onda electromagntica.


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la cual la respuesta del medio (tierra) depende de la conductividad elctrica,permeabilidad magntica y la intensidad de la seal que se transmite.

4.2.1. Generalidades del TEM

El principio fsico que rige al sondeo transitorio electromagntico es a travs derelajacin o transicin los cuales se llevan a cabo en la superficie del terreno,cuando en este se elimina o anula un campo artificial inducido.

La metodologa que se realiza para la adquisicin de los datos de campo, es la demedir la amplitud de una seal transmitida con respecto del tiempo. Consiste enhacer circular una corriente constante sobre la superficie del terreno, generadapor una bobina, la cual se considera como la unidad transmisora durante untiempo determinado; sta a su vez genera un campo magntico primario paradespus cortarse abruptamente, por lo que este corte repentino de la corrienteocasiona la interrupcin del campo magntico primario lo que satisface la Ley deFaraday, la induccin electromagntica de corrientes elctricas en el subsuelo.Figura 4.1


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intervalo de induccion

ApagadoRampa

que presente el subsuelo. La forma de las corrientes de migrar a profundidad seutiliza como control de profundidad lo que significa que cuando se tienen voltajesde tiempos cortos estos dan informacin de las resistividades someras, mientrasque los tiempos largos dan informacin de resistividades en zonas profunda.Figura 4.2.

Figura 4.2.Generacion del campo magntico y las corrientes de Eddie.

Al ejecutar la metodologa sobre la superficie del terreno, como se menciona enprrafos anteriores, la seal que se emite sobre el terreno es de tipo escaln;consiste en la circulacin de una corriente constante durante un tiempo

determinado y la cual se corta abruptamente; donde se aplica posteriormente untiempo de espera equivalente al utilizado al envi de la corriente, lo que generauna seal tipo rampa en los extremos, para que tiempo despus se vuelva aintroducir la misma corriente solo que con una polaridad invertida; esto forma laseal de tipo escaln, haciendo sencillo su manejo, Figura 4.3.


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4.2.2. Respuesta transitoria del campo electromagntico de un dipolomagntico vertical

La generacin de la respuesta transitoria de un campo electromagntico, es atravs de un dipolo magntico vertical (dispositivo fsico Bobina), cuyasecuaciones de campo elctrico y magntico en coordenadas cilndricas (Orellana1973) con su origen en el centro de la bobina y un plano z=0 que coincide con lasuperficie para la zona prxima son:

.. (4.36)

.. (4.37)

Donde es la constante de propagacin y est descrita por ; para

realizar la transformacin al dominio del tiempo se usa la transformada inversade Fourier.

(4.38)

Una forma simple de representar el impulso de una corriente se hace medianteun impulso en escaln H, en la cual se emplea la transformada inversa queresulta.

(4.39)

Finalmente, la representacin del campo elctrico y el campo magntico para un


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Al observar que la componente vertical del campo magntico medido decae conla distancia r ms rpidamente, se puede considerar que para este intervalo detiempo, el campo transitorio es semejante a una onda plana no uniforme quepenetra hacia abajo en un medio conductor.

4.2.3. Parmetro fsico de interpretacin en el TEM

La variable de interpretacin en los TEM, con fines prcticos, es la denominadaresistividad transitoria tla cual depende de la geometra de los arreglos con losque se genera el dipolo magntico, cuyo dispositivo ms utilizado en campo es elde un loop coincidente, cuya representacin analtica se calcula a partir de laderivada del campo magntico a travs de la expresin matemtica

(4.42)

Por lo que esta derivada cuyo punto de observacin del dipolo vertical esta sobreel eje x , las componentes que se analizan estn con respecto de r y .

(4.43)

Tomando a r=0 y derivando con respecto de


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Obteniendo el reciproco de la conductividad se obtiene la resistividad.

(4.48)

Donde =B Esta constante representa la deriva instrumental del equipo de

medicin, por lo tanto la ecuacin de resistividad aparente del loop coincidente es

la siguiente:

(4.49)

4.2.4. Interpretacin del TEM

Como se mencion en prrafos anteriores el TEM, se presenta a travs de larelajacin o transicin de corriente inyectada sobre la superficie del terreno, lacual despus de un cierto tiempo se interrumpe repentinamente, esto provoca elfenmeno de induccin en el subsuelo, cumplindose as la Ley de Faraday, cabedestacar que sobre el fenmeno de induccin sobresalen tres elementos de sumaimportancia que deben ser considerados en la interpretacin de acuerdo a larespuesta transitoria del TEM, estos tres elementos son divididos por etapas, lascuales se clasifican en la etapa temprana, intermedia y tarda, las cuales son


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voltaje

Etapa temprana

magntico por lo que las corrientes inducidas empezarn a fluir a travs delcuerpo conductor, repitindose sucesivamente en cada punto en el interior, por loque la respuesta transitoria en esta etapa continuamente vara con el tiempo.

Etapa tarda (late stage), una vez concluido todo el proceso de induccin, laconfiguracin de la distribucin de las corrientes inducidas es invariante en eltiempo, por lo que su amplitud empieza a decaer, por lo que la respuestatransitoria se considera como una lnea recta.

Estas etapas significan que la amplitud de la corriente fluye como una funcin deltiempo, la cual mide el decaimiento del campo magntico, a travs de una bobinareceptor obteniendo un voltaje en tiempos sucesivos y el flujo de corriente, y con

ello la conductividad elctrica del medio a distintas profundidades. Figura 4.4.

La razn de cambio de las corrientes y el campo magntico depende de laconductividad, el tamao y la forma del conductor, para el tiempo inicial t=0, ladistribucin de las corrientes de superficie es independiente de la conductividaddel cuerpo y solo es funcin del tamao y de la forma del conductor.

La medicin del voltaje varia conforme 3/2, el cual indica que es sensible a

pequeas variaciones de conductividad, durante la etapa tarda el voltaje medidodecae a razn de t-5/2 para la cual la seal desaparece en un sistema de ruido y esimposible medirlo.


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tiempo

curva desecendente

1

Figura 4.5. Resistividad. (Technical Notes, Geonics).

4.3. Arreglos geomtricos del TEM

En la adquisicin de los datos de campo se formulan a travs de un dipolomagntico vertical, dicho dispositivo se genera a travs de una bobina quegeomtricamente puede tener una forma de elptica, circular o cuadrada, a lacual se le aplica una corriente alterna con la que se genera el campoelectromagntico, para esta aplicacin es necesario conocer los tipos de arreglosque se utilizan para este mtodo (TEM) de exploracin electromagntica, figura 4.6.

Los arreglos dependen de la configuracin de la bobina transmisora y receptorade los cuales los ms comunes son de tipo rectangular y son los siguientes:


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Cuerpoconductor

Loop receptorLoop transmisor

Equipo Transmisor y Receptor

b) One Loopa)

Loop coincidente


Cuerpoconductor



Cuerpoconductor



Cuerpoconductor

Loop receptor

Loop transmisor


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Captulo V Exploracin geofsica

5.1. Generalidades

Con el propsito de conocer las variaciones de resistividad que se presentan en elsubsuelo se recopil informacin de tres estudios de factibilidad hidrogeolgica,donde se aplic la tcnica de sondeo electromagntico en el dominio del tiempo(TEM).

Todos los TEMs se realizaron con el mismo equipo, ocho con bobinas de300x300m (RO1, RO2, RO3, RO4, HA1, HA2, HA3 y HA4) y tres con bobinas de200x200m (R4, R3 y R3), para investigar a una profundidad del orden de los 500m. La localizacin de los sondeos se presenta en la figura 5.1.


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5.2. Especificaciones del equipo

El equipo electromagntico que se utiliz para la adquisicin de los datos de

campo es de la marca TerraTem con las siguientes especificaciones:

Tipo: Medidor de resistividad o conductividad elctrica.Transmisor: 10 amperes.Receptor: 500Hz con 3 canales simultneos verdaderos.Memoria interna: 1GB.Interfase externa: USB.

Dimensiones: 51x35x16cm.

Receptor/Transmisor modelo 1502.Registros mnimos 400 archivos completos.No. de ventanas medidas 55 en tres series de tiempo inicio y fin

seleccionable.El rango de medicin 50 microseg a 2 seg.Promedio de la seal 9,999 microseg de apilamiento (seleccionable).Retraso inicial 0-9999 microseg (seleccionable).Filtros 50/60 Hz y pasivo de cuatro polos anti-alias despliegues en campo

valores de voltaje normalizado y la resistividad aparente (en texto o formatodel grfico).

Cable flexanel (No. 10) de 110 hilos que funcion como transmisor yreceptor.

Durante la adquisicin de los datos es posible visualizarlos, hacer interpretacionesgrficas y numricas al momento de la medicin. Su men permite la transicinentre los parmetros de la adquisicin y la exhibicin de datos. Puede


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5.3. Procesamiento de informacin geofsica

Para cada TEM se propuso un modelo unidimensional, partiendo de la curva de

resistividad aparente, la cual se obtiene en funcin del tiempo y se procesa enuna primera etapa mediante el modelado por capas planas, siguiendo el mtodoclsico de prueba y error, en el que se propone un cierto nmero de capas,dependiendo de las inflexiones de las curvas y los tiempos en los que ocurren lasinflexiones.

Esta situacin la mayora de las veces provoca que se tengan que ajustar ocondicionar los valores tanto de resistividad o espesor de algunas capas con elobjeto de calibrar la informacin, ya que a partir de este mtodo se puede

obtener un nmero infinito de resultados.Una segunda etapa en el proceso de la curva de resistividad aparente fue aplicaruna regresin tipo Occam con lo cual se obtuvo un modelo multicapas (10 capas)para integrar secciones y simular un comportamiento bidimensional de la seccin,con lo cual se obtuvo un mapa de la distribucin de resistividades verdaderas.

Este proceso posibilita al intrprete modificar los parmetros del modelo ypresenta el clculo de las curvas tericas de las modificaciones realizadas. Esta

caracterstica hace que el ajuste del modelo sea rpido, siempre y cuando seaplique el criterio geolgico. Una vez que se obtuvo un ajuste aceptable, elmodelo generado se somete a una regresin automtica para obtener, unainversin, que ajuste mejor bajo el criterio del error cuadrtico medio mnimo.

Los modelos obtenidos, se sometieron a un nuevo proceso para obtener una seriede modelos equivalentes que cumplieran con el mismo error de ajuste. Estosmodelos equivalentes logran establecer el intervalo de variacin de los espesoresy resistividades en cada capa del modelo original con fines de correlacin


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encuentran en los TEMs R3 y RO4 y el menor en el TEM R4. La unidad D sepresenta en forma continua con valores de resistividad baja y espesor variable, elmayor espesor se localiza en el TEM R1 y el menor en el TEM HA4. La unidad E,con valores de resistividad media y se presenta como ltima capa. Figura 5.5.

En la Tabla 5.1se describe el comportamiento de los valores de resistividad de lascapas.

Tabla 5.1. Descripcin de las unidades geoelctricas del perfil1.

UNIDAD ESPESOR(m)

RESISTIVIDAD(ohm-m)

DESCRICPCI N

A 80-201 36 - 249Unidad con resistividad y espesor variable, sepresenta como capa superficial, el mayor

espesor se encuentra debajo del sondeo HA1.B 48-104 4 - 17 Unidad con resistividad baja, se presenta en

forma continua en todo el perfil.

C 54-175 21-55 Unidad con resistividad media, se presenta enforma continua, con espesor variable adiferente profundidad.

D 77-150 4 - 11 Unidad con resistividad muy baja, sepresenta de forma continua en todos lossondeos.

E ltima capa 10-33 Unidad de resistividad baja a media, sepresenta como ltima capa.


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Corte Geoelctrico 1, de la Zona Sur Oriente de San Juan del Ro, Qro.

2100 R1 R3

RO4 HA1

HA4

PRN 45 E

N 65 E S 55 E

S 15 ES 45 E

TESIS PROFESIONAL

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD HIDROGEOLOGICA

EN LA ZONA SURORIENTE DE SAN JUAN DEL RIO QRO.

FIGURAAO

2009 5.3

0 500 1000 1500 2000 2500m

ESCALA GRAFICA

PLANO BASE TOMADO DE LA CARTA INEGI F-14-C77

SIMBOLOGIA

AREA URBANA Y RURAL

CARRETERAS

TERRACERIAS


FERROCARRIL

LINEAS DE CONDUCCION ELECTRICA

LINEA DE CONDUCCION PEMEX GAS GAS

SONDEOS ELECTROMAGNETICOS

PERFIL 1

PERFIL 2

PERFIL 3

Figura 5.4. Localizacin de los perfiles geoelctricos.


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1900

2000

2100 R1 RO1RO3

HA2

110

Corte Geoelctrico 2, de la Zona Sur Oriente de San Juan del Ro, Qro.

136266

136

4

179249

A

PR

HA3

N.E.

130

90

100

180458

n.m

)

Registrode Pozo

N 65 EN 75 E

N 20 E

S 45 E

100

200

5.4.2. Corte geoelctrico 2

Perfil integrado por 5 TEMs con direccin preferencial es NE-SE y una longitud de

4,000 m; se interpretaron 5 unidades geoelctricas a una profundidad del ordende los 500 m.

La unidad A tiene valores de resistividad altos, se presenta en forma continua ycon espesor variable, el mayor se encuentra en el TEM HA2 y HA3, el menor en elTEM R1. La unidad B con valores muy bajos de resistividad, se presenta en formacontinua y con espesor variable, el mayor en los TEMs R1 y R03 y el menor en elTEM HA3. La unidad C tiene valores de resistividad media, es continua en todo elperfil y su mayor espesor se observa en el TEM R03. La unidad D tiene valores de

resistividad baja, se presenta en forma continua y con espesor variable, el mayorespesor se presenta en el TEM HA3 y el menor en el TEM R01. La unidad E sepresenta como ltima capa.Figura 5.6.

En la Tabla 5.2se describe el comportamiento de los valores de resistividad de lascapas.


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UNIDAD ESPESOR(m)

RESISTIVIDAD(ohm-m)

DESCRICPCIN

A 150-273 136-266 Unidad con resistividad variable, se presenta

como capa superficial con espesor variable.

B 39-141 4-11Unidad con resistividad muy baja, se presentaen forma continua en el perfil, con espesorvariable.

C 103-172 42-60 Unidad con resistividad media, se presenta enforma continua.

D 149-195 4-16 Unidad con resistividad baja, se presenta enforma continua, con espesor variable.

E ltimacapa

6-16 Unidad de resistividad variable, se presentacomo ltima capa.

Tabla 5.2. Descripcin de las unidades geoelctricas del perfil 2.

5.4.3. Corte geoelctrico 3

Perfil integrado por 3 TEMs con direccin preferencial es NW-SE y una longitud de

500 m; se interpretaron 5 unidades geoelctricas a una profundidad del orden delos 600 m.

La unidad A presenta valores de resistividad y espesor homogneo. La unidad Bcon resistividades muy bajas, tambin se presenta con espesor homogneo. Launidad C se presenta con resistividad media y con espesor variable, la mayorresistividad de esta unidad se identifica en la parte izquierda del perfil. La unidadD con resistividad muy baja se presenta en forma continua y con espesorvariable, el mayor espesor se identifica en el TEM R02. La unidad E se presenta


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1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100 RO3

RO4

RO2

Corte Geoelctrico 3, de la Zona Suroriente de San Juan del Ro,Qro.

4

60

142

42

14

49

11

23

A

B

C

D

E

0 300 600

149

136

5

9

2

5

6

N.E.

Distancia Horizontal (m)

Elevacin(m.s.n.m

)

N30WS35E

100

200

300

400

500

600

Profundidad(m)

Figura 5.7. Corte geoelctrico 3.

5.6. Anlisis de resultados


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Captulo VI Correlacin hidrogeolgica geofsicaCon base en la informacin obtenida de la zona de estudio, se hace una

integracin de la misma que correlaciona los eventos geolgicos con la geofsica yla hidrogeologa.

Como punto de partida se calibra la informacin del registro de pozo con lasunidades geoelctricas y con las probables unidades litolgicas, en la tabla 6.1 yfigura 6.1.

Espesor (m) Unidad geolgica Registrogeofsico(ohm-m)

Unidadgeoelctrica

Resistividad(ohm-m)

150 m Basalto 90-180 A 40-249

100 m Material arenoarcilloso

3-45 B 4-17

150 m Ignimbritasatruarda

40-75 C 21-55

100 m Ignimbrita alterada No se presentaen el registro

D 4-11

100 m Toba arenosa No se presentaen el registro

E 10-33

Tabla 6.1. Integracin de la informacin.

130

90

Registro de Pozo El Rodeo

Corte Geoelctrico

Basalto

Columna Geologica Pozo El Rodeo

0


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Seccin geolgica esquemtica

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

0 1800 2400 3400 5000 5800

R4

R1 R3

RO4 HA1

HA4

40

4

25

4

19

136

5

54

4

16

36

8

55

6

12

149

5

49

11

23

85

7

42

6

33

249

17

21

8

10

Basalto

Material areno-arcilloso

Ignimbrita

Ignimbrita alterada

Toba Arenosa ??

N.E.

130

90

100

180458

3

8

155

20

75

2

40

Registrode Pozo

Distancia Horizontal (m)

Elevacin(m.s.n.m

)

P.T. 400 m

N 45 E

N 65 ES 55 E

S 15 ES 45 E

100

200

300

400

500

600

Profundidad(m)

A

B

C

D

E

110

4

45

2

40

PR

La seccin geolgica esquemtica se fundamenta en la recopilacin deinformacin geolgica superficial, as como de informacin de registro geofsicode pozo, el corte litolgico del pozo y exploracin geofsica mediante mtodos

electromagnticos. Las unidades D y E no se identifican en el corte litolgico delpozo ya que se encuentran a mayor profundidad.

Figura 6.2. Seccin geolgica-geofsica esquemtica.

La zona de aporte de agua, con base en el corte litolgico se asocia a una


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Captulo VII Conclusiones y recomendaciones7.1. Conclusiones

De acuerdo con el anlisis efectuado a travs de la integracin de la informacinen la zona de estudio se identifican cinco unidades geoelctricas con valoresrepresentativos.

La unidad hidrogeolgica C es la que aporta el caudal en el pozo El Rodeo, tieneun espesor del orden de los 150 m, con resistividad media. El caudal mnimoesperado de esta unidad es de los 15 lps, suficientes para satisfacer lasnecesidades de una poblacin de 5,000 habitantes.

Con base en la integracin de la informacin geolgica, hidrogeolgica ygeofsica, los sitios ms favorables para la perforacin de un pozo es donde serealizaron los sondeos R03 o RO4 a una profundidad mnima de 600 m o hastaatravesar la unidad geoelctrica E.

La profundidad de perforacin citada anteriormente es recomendada paragarantizar la vida til del pozo por los prximos 30 aos, esto debido al altocrecimiento de la poblacin en la zona sur oriente de San Juan del Ro.

En el aspecto hidrogeolgico la zona de estudio se encuentra en una zona derecarga para el acufero de San Juan del Ro, en la zona afloran basaltosfracturados y tobas, las cuales favorecen la recarga del acufero, por lo que sedebe considerar para la ubicacin de futuras fuentes de abastecimiento debido aque la zona en estudio aporta flujo subterrneo al valle de San Juan del Ro.

7.2 Recomendaciones

Uno de los propsitos de la geofsica aplicada es conocer la geometra del


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Anexo (Interpretacin de datos geofsicos)



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