HIDROGEOLOGÍA DE LA CUENCA DE LA PAMPA DEL TAMARUGAL, REGIÓN DE TARAPACÁ

Luis López V.

Unidad de Hidrogeología

Departamento Geología Aplicada

Sernageomin

Agosto 2016

Introducción

• Objetivo Principal – Obtención y presentación de información hidrogeológica básica a

escala 1:250.000, como parte de la “Carta Geológica de Chile”, Serie Hidrogeología

• En este estudio se desarrolló un Modelo Conceptual Hidrogeológico, que busca representar en forma simplificada los elementos más importantes del sistema físico y su comportamiento, basándose en todos los antecedentes técnicos disponibles (geología, geofísica, hidrología, hidrogeología, hidrogeoquímica e isotopía).

• En el mapa hidrogeológico se destaca la distribución espacial de las unidades hidrogeológicas, isopiezas, direcciones de flujo y la ubicación de las muestras de agua.

• El área de estudio cubre una superficie de 22.332 km2

Base Geológica Autor Título Hojas

Silva (1977) Geología de las Hojas Pisagua y Zapiga, I

Región - Tarapacá - Chile

Cartas Geológicas

1:100.000:

Tomlinson et al.

(2001)

Geología de la Precordillera Andina de

Quebrada Blanca - Chuquicamata,

Regiones I y II (20°30´-22°30´S)

Cuadrángulos 1:50.000:

Quebrada Caya, Copaquiri,

Ujina, Quehuita, Volcán

Miño, Cerro Yocas, Chitigua

Skarmeta y

Marinovic (1981)

Hoja Quillagua, Escala 1:250.000.

Instituto Investigaciones Geológicas.

Carta Geológica De Chile

Cartas Geológicas

1:250.000:

Blanco et al.

(2012)

Levantamiento geológico para el

fomento de la exploración de recursos

minerales e hídricos de la Cordillera de

la Costa, Depresión Central y

Precordillera de la Región de Tarapacá

(20°-21°S)

Cartas Geológicas

1:100.000:

Iquique – Pozo Almonte,

Mamiña, Patillos – Oficina

Vitoria, Guatacondo,

Quillagua – Salar Grande

Gardeweg et al.

(2013)

Geología del área Collacagua-

Rinconada, Región de Tarapacá

Cartas Geológicas

1:100.000:

Valenzuela et al.

(2014)

Carta Camiña, Regiones de Tarapacá y

de Arica y Parinacota

Cartas Geológicas

1:100.000:

Cortés et al.

(2014)

Geología de las Áreas Isluga y Sierra de

Huailla, Región de Tarapacá.

Cartas Geológicas

1:100.000:

Morandé et al.

(2015)

Carta Guaviña, Región de Tarapacá. Cartas Geológicas

1:100.000:

Sellés et al.

(2016)

Geología del área Pampa Lirima-

Cancosa, Región de Tarapacá

Cartas Geológicas

1:100.000:

Unidades Hidrogeológicas

• A1: Forma acuíferos libres a semiconfinados dependiendo de la proporción de sedimentos finos en la columna estratigráfica y de la continuidad lateral de la porción fina. Posee la principal importancia hidrogeológica debido a la distribución areal y espesor que pueden alcanzar sus sedimentos. Además, en esta unidad se observan la mayor cantidad de pozos perforados.

• A2: Forma acuíferos libres (donde aflora), pero principalmente se presenta de manera semiconfinada a confinada. La unidad confinante puede ser ignimbritas de la unidad hidrogeológica C3. Su extensión areal y espesor la sitúan como segunda en la importancia hidrogeológica, a pesar de no tener una gran cantidad de pozos perforados, dado el espesor de la cubierta sedimentaria (UH A1) evidenciado por este estudio

• A3: Forma acuíferos libres a semiconfinados, dependiendo de la proporción de sedimentos finos en la columna estratigráfica y de la continuidad lateral de la porción fina, lo que le confiere transmisividades puntualmente bajas a esta unidad hidrogeológica. Su extensión areal se encuentra delimitada a las costras actuales de los salares en superficie, aunque no se posee información determinante de su relación de contacto lateral en subsuperficie con las unidades hidrogeológicas vecinas (A1 y B1 principalmente).

• B1: Pueden formar acuíferos libres, semiconfinados y/o confinados dependiendo de la superficialidad y la presencia de niveles volcánicos que actuarían como confinantes, aunque las pruebas de bombeo disponibles entregan datos de transmisividades asociados a acuíferos libres. Debido a la distribución de las unidades mencionadas, es posible que predominen los acuíferos semiconfinados a confinados por sobre los acuíferos libres.

Unidades Hidrogeológicas

• C1: Puede formar acuifugos, acuicludos y acuíferos en roca fracturada, dado que se ubica en la zona de la Precordillera, donde, por su altura, se registran eventos de recarga por precipitación. Esta unidad posee rocas que permiten que el agua escurra superficialmente hasta las quebradas naturales del sistema, o bien, el agua puede quedar entrampada en los espacios generados por las fracturas y pliegues. En las zonas donde las fracturas presentan interconexión el agua puede moverse en acuíferos fracturados, inclusive aflorando en superficie en forma de vertientes. Las agua de las Termas Chuzmiza poseen las temperaturas más altas del área de estudio (40,2°C), lo que hace pensar una circulación de agua a gran profundidad a través de las estructuras presentes, pudiendo ser calentadas mediante el gradiente geotérmico, sin embargo, no se cuenta con datos específicos que permitan determinar el origen y procesos que permitan el afloramiento de agua a esas temperaturas.

• C2: Puede formar acuifugos, acuicludos y acuíferos en roca fracturada, pero no se tiene evidencia de la presencia de algunos de estos acuíferos en esta unidad. La información disponible corresponde a que esta unidad de ubica en una zona de recarga por precipitación, asociada a la altura donde se encuentra aflorando (Precordillera). La geología asociada a edificios volcánicos en general son rocas impermeables o de muy baja permeabilidad, la que estaría asociada a las fracturas o a los contactos de las distintas formaciones geológicas o depósitos volcánicos. La precipitación que ocurre en esta unidad probablemente escurre por su superficie hacia las quebradas naturales del sistema hídrico.

• C3: La Ignimbrita Huasco, al tener baja permeabilidad primaria puede tener dos tipos de comportamiento: el primero como acuífero en roca fracturada si es que hay estructuras que la afecten, o puede mostrarse también como borde impermeable de un acuífero (acuifugo), que podría actuar como capa confinante de A2. Si llega a albergar agua, lo hará en sus fracturas, y el movimiento horizontal del agua dependerá de la interconexión de las estructuras que la afecten. La ignimbrita Tambillo, puede ser una capa confinante para la unidad A2 y B1.

Unidades Hidrogeológicas

• C4: La posición geográfica de esta unidad, en la Cordillera de la Costa, le resta importancia hidrogeológica por su baja recarga por precipitaciones. En el caso de que ésta unidad albergue y transmita agua, podría formar acuíferos libres, semiconfinados, confinados, kársticos y/o en roca fracturada. Al ser una roca sedimentaria, la compactación y consolidación de los sedimentos que la componen, dependerá de si está expuesta en superficie o si es atravesada por estructuras, dado que la permeabilidad puede aumentar por el incremento de la conexión de poros, tanto por meteorización como por fracturamiento. También presenta niveles que pueden formar acuíferos kársticos donde la disolución de los carbonatos crean vías preferentes de flujo, que a su vez, podrían actuar como capas confinantes. La relación de esta unidad con los niveles piezométricos no es clara, dado que no se cuenta con información de pozos perforados en esta unidad..

• C5: La ubicación geográfica de esta unidad, en la Cordillera de la Costa, le confiere una baja recarga por precipitaciones, disminuyendo así su potencial hidrogeológico. En el caso de que exista agua en esta unidad, se podrían formar acuíferos libres, confinados y semiconfinados. La litología que compone a esta unidad de gravas y arenas le confiere una permeabilidad que le permitiría albergar y transmitir agua, así como también, la presencia de intercalaciones de tobas podría permitir la presencia de acuíferos en presión, tanto semiconfinados como confinados. Sin embargo, la presencia de estos acuíferos serían de superficies acotadas y no se cuenta con antecedentes que permitan inferir la relación que podría tener esta unidad con las unidades hidrogeológicas de mayor potencial presentes en la Pampa del Tamarugal.

• D1:En esta unidad se pueden encontrar acuífugos y acuicludos. En particular, dada la escasa precipitación registrada en la Cordillera de la Costa, y debido a la naturaleza de las rocas que componen a esta unidad (metamórficas, ígneas intrusivas y volcánicas continentales), se le asigna a esta unidad una baja a nula permeabilidad, considerándose como el basamento hidrogeológico de la cuenca (acuifugos). En las zonas donde se presentan intersecciones de estructuras mayores con sus conjugados, la permeabilidad de la roca puede aumentar, dando la posibilidad de almacenar agua, (acuicludos), pero una vez más, la ausencia de precipitaciones que puedan recargar a estos posibles acuíferos terminan por otorgarle un muy bajo a nulo potencial hidrogeológico.

Geometría de la Cuenca

DC1

DC2

DC3

DC4

DC5

DC6

DC7

DC8

• A partir de la modelación y reintrepretación de datos sísmicos y gravimetrícos, se presenta la geometría compuesta por una capa de RELLENO (formado por las UH A1, A2, A3, B1 y C3) depositada sobre un BASAMENTO (formado por las UH C1, C2, C4, C5 y D1).

• Depocentro DC1, ubicado al E de Pica, entre las Quebradas Saguachinca y de Infiernillo, donde se encuentran los espesores máximos de RELLENO para toda el área de estudio, alcanzando unos 1.700 m. Tiene una longitud de unos 30 km con orientación NNO/SSE. Su ancho promedio es unos 12 km, sin embargo, en su sección más ancha (al centro del depocentro) alcanza unos 20 km.

• Depocentro DC2, ubicado entre las Quebradas Cahuiza y Guatacondo, con unos 1.350 m de espesor de RELLENO. Tiene una longitud de unos 30 km con orientación NNE/SSO. Su ancho promedio es de 15 km.

• Los depocentros DC3 (ubicado en la Quebrada Sipuca, llega a los 1.100 m de espesor de RELLENO), DC4 (ubicado entre las Quebradas Sama y Tambillo o Seca, alcanzando los 1.100 m de espesor de RELLENO) y DC5 (ubicado al S de la Quebrada Tambillo o Seca, llega a los 1.200 m de espesor de RELLENO) representan 3 depocentros locales de una gran depresión ubicada en el extremo SE del área de estudio. Su longitud es de unos 50 km, con un ancho promedio de unos 25 km.

• Depocentro DC6, ubicado al NO del cerro Challacollo y al O de DC2, muestra unos 1.200 m de espesor de RELLENO. Su longitud es de unos 30 km, terminando al S de Puquío Núñez, con orientación NNE/SSO. Su ancho promedio es de unos 8 km, alcanzando 10 km en su sector más ancho.

• Los depocentros DC7 (ubicado al S de la Estación Pintados y al E de la Oficina Victoria, alcanzando los 975 m de espesor de RELLENO) y DC8 (ubicado al SO de Esmeralda, presenta 975 m de espesor de RELLENO) representan 2 depocentros locales de una depresión ubicada entre los salares de Pintados y Bellavista. Su longitud es de unos 25 km con orientación NNE/SSO. Su ancho promedio es de unos 10 km.

Geometría de la Cuenca

A A’

A

A’

B B’

B’

B

Entradas y salidas del sistema

Balance hídrico 2014 (Este estudio)

Entrada Salida

Recarga por precipitación 3.509

Recarga fluviométrica 837

Recarga subterránea 395-655

Evapotranspiración 750

Evaporación 1.876

Salida de agua subterránea 99

Bombeos 2.096-2.683

Total 4.741-5001 4.821–5.408

Balance -80 a -407

• Las entradas del sistema consisten en la

recarga por precipitaciones, fluviométrica y

entradas subterráneas

• Las salidas corresponden a la

evapotranspiración, evaporación, bombeos y

la salida subterránea

Piezometría y Volumen embalsado

• Utilizando el espesor de la cubeta sedimentaria, la piezometría y el coeficiente de almacenamiento (10%) se determina un volumen embalsado de 0,27 billones de m3.

• Este volumen corresponde a un valor

máximo disponible para almacenar agua en cuanto se considera todo el relleno sedimentario de la Pampa del Tamarugal, incluyendo rocas sedimentarias pre mesozoicas de media a baja consolidación.

• DGA, (2009) define como caudal

disponible para ser utilizado en una cuenca como el 5% del volumen embalsado a ser extraído en 50 años. Así se obtiene un caudal máximo teórico disponible a ser utilizado de 8.457 l/s.

• Para verificar este resultado, se necesita la realización de exploración hidrogeológica profunda, logrando reconocer el contacto roca relleno en la base de la cuenca.

Caracterización hidráulica de la cuenca

• Para el área de estudio se contó con datos de 78 captaciones de agua subterránea.

• Se definieron cuatro zonas de transmisividad (ZT)

o ZT1: valores registrados en UH A1.

114 a 2.930 m2/d y 1.270 m2/d promedio

o ZT2: valores en UH A1 y A3

22 a 4.280 m2/d y 1.960 m2/d promedio

o ZT3: Valores en UH A1 y un dato en A2

49 a 1.960 m2/d y 666 m2/d en promedio

o ZT4: Predominan datos en UH A3 y 5 en A1

20 a 1.490 m2/d y 569 m2/d en promedio

• El coeficiente de almacenamiento (S) corresponde al porcentaje de agua disponible para ser drenada de los poros de los sedimentos. Se considera un valor conservador (DGA, 2013) de un 10%

Hidrogeoquímica • Respecto a cationes: Aguas son principalmente sódicas y en menor medida

cálcicas

• Respecto a aniones: Aguas son principalmente sulfatadas a mixtas y en cloruradas

Caracterización Isotópica de las Aguas • Aguas de UH A1 tienen un amplio rango de oxígeno 18 (-13‰ a -4‰) aporte de diversas fuentes. Se encuentran principalmente

entre la LML (línea meteórica local) y LAS (línea de aguas subterráneas), lo que indica que habría un grado de evaporación previa a la infiltración.

• Aguas de UH A2 son principalmente livianas (bajo -9‰ de oxígeno 18) su recarga habría ocurrido a cotas elevadas (~3.500 msnm). Se asocia a aguas que fluyen a través de fracturas que aflora en Pica. La muestra más pesada (≈0‰ de oxígeno 18) se asocia a aguas afloran debido a fracturas en el sector de La Calera, la que habría sido infiltrada a bajas cotas (incluso bajo los 2.700 msnm).

• Aguas de UH A3 son principalmente pesadas (sobre -10‰ de oxígeno 18), lo que se trata de precipitaciones ocurridas bajo los 3.500 msnm. Aguas de UH A3 son las únicas fuertemente evaporadas, ajustándose parcialmente a la LE (línea de evaporación)

• Aguas de UH C1

• Precipitaciones se encuentran sobre la LML (línea meteórica local)

• Las aguas tomadas fuera del área de estudio:

– Salar del Huasco (este del área): misma señal isotópica que aguas del sector este de Pica (A1 y A2), por lo que habrían sido infiltradas en las mismas condiciones.

– Sector de Soga (norte del área): isotopía pesada, distinta a sus captaciones más cercanas, lo que indica desconexión con ellas.

• Variación química entre las muestras que se ubican en el drenaje de la Quebrada Aroma y las que se ubican al norte de éste, más allá del límite de la cuenca (sector de Soga), las que presentan un mayor contenido en calcio

Modelo Conceptual Hidrogeológico

• Los niveles observados en los pozos ubicados fuera del área de estudio de alrededor de 10 m b.n.s., mientras que los que están dentro del área de estudio presentan niveles de unos 50 m b.n.s.

• El máximo nivel piezométrico lo presenta el pozo SNGM-PTA-0006 (rojo), evidenciando una divisoria de aguas subterránea, lo que haría que la dirección de flujo de agua subterránea al norte del pozo SNGM-PTA-0006 sea hacia el norte, mientras que al sur del mismo pozo, la dirección de flujo sea hacia el sur.

• 3 de estos pozos (SNGM-PTA-0002, SNGM-PTA-0006 y SNGM-PTA-0007) presentan un descenso de 0,11 m/año, mientras que el pozo SNGM-PTA-0001 muestra un ascenso de 0,07 m/año.

• Por la habilitación mostrada por los pozos, la profundidad y comportamiento del nivel estático, es muy probable que todos ellos estén obteniendo agua del mismo acuífero

Dulce

Mineralizada

Salobre

• Acuífero Somero: sulfatado sódico y salobre

• Acuífero Profundo: bicarbonatado sódico y dulce moderadamente mineralizado

Modelo Conceptual Hidrogeológico

• Las aguas provienen desde el este a través de la unidad hidrogeológica A2, (confinadas por la unidad hidrogeológica C3), y son desconfinadas producto del fracturamiento de las ignimbritas al llegar a la Flexura Chintaguay. Motivo de esto es que el agua asciende hacia niveles subsuperficiales, interactuando con la unidad hidrogeológica A1, evolucionando a sulfatada sódica y salobre, y bajando su temperatura. En tanto, las aguas que se encuentran en profundidad se mantienen bicarbonatadas sódicas y dulces moderadamente mineralizadas, además de mantener su temperatura originada por el gradiente geotérmico.

• Las muestras de agua que fueron retiradas en la reserva de tamarugos en el salar de Pintados, se extraen a partir de norias que no superan los 15 m de profundidad. Se caracterizan por presentar una notoria variación estacional en su composición, aunque mantienen su salinidad que varía entre salobre y salada. En la campaña de invierno, las muestras son cloruradas cálcicas, mientras que en las de verano son cloruradas sódicas.

• La muestra de agua del pozo que abastece de agua potable a la Colonia Pintados es sódica cálcica y dulce en la campaña invierno (PTA-MC-045), pero varía a sulfatada sódica y dulce mineralizada para la campaña de verano (PTA-MC-071). De igual manera, las muestras de agua que fueron extraídas a partir de las norias de la reserva de tamarugos en el salar de Bellavista, y de todos los pozos que están al este y sureste de este bosque, reportan las mismas variaciones para cada estación. Para la campaña Invierno 2014, las muestras son cloruradas cálcicas, o al menos aumenta considerablemente su contendido relativo en calcio con respecto a la campaña de verano, donde todas son cloruradas sódicas. La salinidad no varía entre las campañas.

• En el límite entre ambos salares, y más al sur del bosque de Bellavista, las muestras que fueron extraídas a partir de pozos y norias ubicadas en los salares alrededor de las oficinas de Victoria y Buenaventura no varían mayormente en composición ni en salinidad, son cloruradas sódicas y varían de muy saladas a salmueras.

Modelo Conceptual Hidrogeológico

Acuífero Somero: Clorurado Mixto, Dulce Mineralizada

Acuífero Profundo: Clorurado Sódico a Mixto, Salobre

Modelo Conceptual Hidrogeológico

Modelo Conceptual Hidrogeológico

Modelo Conceptual Hidrogeológico

• En base a sus características geológicas y sus propiedades hidrogeológicas, en el área de estudio se han definido 10 Unidades Hidrogeológicas, 3 con alto potencial acuífero (A1, A2 y A3), 1 con potencial medio (B1), 5 con potencial bajo a muy bajo (C1, C2, C3, C4 y C5) y una unidad con nulo potencial acuífero (D1).

• Tanto en la Depresión Central del área de estudio como en la localidad de Pica es posible identificar dos niveles acuíferos. En la Depresión Central, las aguas subterráneas profundas, en las cercanías de las localidades de Pintados y Bellavista, son: salobres, con isotopía enriquecida. En tanto, las aguas subterráneas someras (< 20 m de profundidad) en la misma latitud, levemente al este, son: dulces mineralizadas a dulces moderadamente mineralizadas, con isotopía empobrecida.

• En la mitad este de Pica, a diferencia de la Depresión Central, el agua subterránea profunda es dulce moderadamente mineralizada de tipo bicarbonatada sódica, mientras que el agua subterránea somera alcanza salinidades de salobre y es de tipo sulfatado sódico. Tal como lo indica la isotopía de ambas aguas, ambas tienen un origen en común, donde la diferencia en la química radica en la interacción en niveles someros entre aguas de origen profundo y los depósitos aluviales antiguos.

• La similitud en la señal isotópica de las vertientes del Salar del Huasco y Pica permiten asegurar que ambas tienen al menos un origen similar (recarga sobre los 3.500 m s.n.m.). Sin embargo, para asegurar o descartar la conexión entre ellas es necesario el uso de otras herramientas, como lo son el conocimiento de la forma del basamento hidrogeológico entre ambos sectores, así como la modelación hidroquímica, numérica y el uso de trazadores.

• Se observan cambios estacionales en la química donde se registra un incremento en la componente cálcica para muestras de Invierno 2014 en algunos sectores de la Pampa del Tamarugal. Estos sectores son el sur de Quisma y al este del Salar de Bellavista. Se recomienda realizar nuevas campañas de muestreo en invierno para descartar la influencia del terremoto de Mw 8,2 ocurrido en los meses previos a la toma de muestras.

• Las aguas cloruradas sódicas y saladas del Salar de Llamara son consistentes con la proveniencia de aguas desde el norte como lo indica la dirección de flujo, sin embargo, la señal isotópica pesada sugiere un importante aporte de aguas posiblemente desde el este, por lo que es necesario complementar con un muestreo de aguas del este.

Conclusiones

Muchas Gracias