Aplicación de una metodología para detección de Aguas Subterráneas en Zonas Fracturadas en el Secano Interior de Chile

Hamil Uribe C. Ing. Civil Agrícola Ms (c), INIA Quilamapu, Chillán.

Koki Ota Ing. Agrícola, Dr.

ABSTRACT In granitic soils of Chilean Dry Land is possible to find zones where the secondary permeability produced by fractured rocks allow the existence of potential hydraulic resources that must be quantified. At Ninhue County, in the framework of CADEPA Project (JICA and Chilean Department of Agriculture), a methodology was developed and applied to locate ground waters resources using geophysical explorations. Geological and hydrological information of the study site was collected. Also, topographic maps were develop and small watershed were georeferenced. Using aerial photographs, and stereoscopy, survey lines were defined to find potential fractured zones. Three types of geophysical survey were used: a) Radioactivity Prospecting, b) Electromagnetic Prospecting and c) Electrical Prospecting. Results were analyzed using appropriate software, and perforation points were located. Finally a well of 31 meters deep were drill.

INTRODUCCION El Secano Interior de Chile es una zona de suelos graníticos altamente degradados con grandes problemas de disponibilidad de agua en el periodo estival, lo que impide el desarrollo de la agricultura de riego. Estudios realizados por Selker et al. (2000) en la provincia de Ñuble, VIII región, indican que en la actualidad las fuentes de recursos hídricos en explotación corresponden principalmente a norias, y algunas vertientes que permiten contar con agua para consumo humano y superficies de riego menores a 1000 m2. Los pequeños caudales obtenidos de las norias son consecuencia de la baja Conductividad Hidráulica (Ks) en este tipo de suelos. Valores de este parámetro han sido medidos en la zona y varían entre 1 y 88 cm/día en la microcuenca Buenos Aires, comuna de Portezuelo (Selker et al., 2000), y entre 5 y 900 cm/día, con una media de 111.9 cm/día, en la

microcuenca San José, comuna de Ninhue (información no publicada, Proyecto CADEPA), ambas en la provincia de Ñuble, VIII región. En el Secano Interior es posible encontrar zonas donde la permeabilidad secundaria producida por fracturamientos (Diaclasamiento o Fallamiento) de la roca permite la existencia de recursos hídricos potenciales que deben ser evaluados (Cecioni y Best, 1996). Estudios de este tipo no han sido realizados en la zona. En Japón se ha aplicado una metodología para detectar recursos hídricos en zonas fracturadas en suelos graníticos (Ministerio de Agricultura de Tohoku, 1990) y estos trabajos se han tomado como base para este estudio. El objetivo de este estudio fue la aplicación de una metodología para la localización de aguas subterráneas en zonas fracturadas basado en prospecciones geofísicas en la comuna de Ninhue (VIII Región), en el marco del Proyecto CADEPA (JICA-Ministerio de Agricultura).

MATERIALES Y METODOS

El estudio se realizó en diciembre de 2000 y enero de 2001 en un sector de la microcuenca San José, comuna de Ninhue, VIII región, Chile. La metodología utilizada consideró un estudio preliminar que correspondió a la recolección de información de la zona, ubicación de vertientes, preparación de fotografías aéreas y mapas topográficos escala 1:5.000 y ubicación de vertientes en el sector. En segundo término se realizó el trazado de lineamientos (posibles fracturamientos) para lo cual se analizaron fotos aéreas SAF escala 1:20.000, vuelo FONDEF del 25 de enero de 1994 y fotografías aéreas 1:5.000 tomadas para este trabajo. Los lineamientos se definieron a través de la estructura como líneas de largo máximo de 1 Km. Los lineamientos fueron definidos por estereoscopía, criterios topográficos y de cobertura vegetal. Los lineamientos se trazaron en base a valles lineales, distribución vegetal y portezuelos. Tratando de cortar transversalmente los lineamientos se trazaron líneas de prospección de 400 m de longitud, separadas a 100 m una de otra. Las líneas de prospección sirvieron de guía para la realización de tres tipos de prospecciones geofísicas: a) Espectrometría de Radiación gama; b) Prospecciones Electromagnéticas y c) Prospecciones Eléctricas. Además se realizaron exploraciones geológicas del sector. En suelos graníticos una baja resistividad puede significar existencia de agua o presencia de arcillas. Una forma de diferenciar cual es la situación es utilizando prospecciones de radiación gama. Las fracturas con arcilla pueden presentar niveles de radiación menores que con agua. También ayuda en esta decisión la prospección electromagnética. Las dos prospecciones antes citadas ayudan a definir donde hacer prospecciones eléctricas que son de mayor precisión.

En las cercanías de las fracturas se pueden producir anomalías radioactivas que pueden ser determinadas a través de mediciones de concentraciones de Uranio, Thorio y Potasio. En el espectro de radiación gama el 238U corresponde a nivel de energía entre 1.66-1.86 MeV (máximo 1.76 MeV de 214Bi); 232Th corresponde a nivel de energía entre 2.46-2.86 MeV (máximo 2.62 MeV de 208Tl); 40K corresponde a nivel de energía entre 1.37-1.57 MeV (máximo 1.46 MeV de 40K) y radiación gama total (0.4-2.81 MeV) (Ward, 1990). La espectrometría de radiación gama se efectuó midiendo sobre las líneas de prospección, cada 20 m, con un analizador Handborne 8675, marca Clear Pulse que cuantificó radiación producida por 40K, 214Bi , 208Tl y radiación gamma total, además de las relaciones 40K/214Bi, 40K/208Tl y 214Bi/ 208Tl. De estas, la relación 214Bi/ 208Tl es un buen criterio para ubicar zonas fracturadas (Imaizumi, 1998). Las mediciones se realizaron durante cinco minutos en cada punto y el equipo entregó las cuentas registradas en dicho tiempo. La información obtenida se analizó en forma gráfica. Las prospecciones Electromagnéticas se realizaron con un equipo APEX Maxmin Computer MMC (APEX Parametrics Limited, 1998). El equipo contó con un transmisor y un receptor de ondas. La separación entre el transmisor y el receptor fue de 40 m y se midió cada 20 m, sobre las líneas de prospección. La profundidad del estudio corresponde a 1.5 veces la separación entre el transmisor y el receptor, es decir 60 m. Se realizaron mediciones en 8 frecuencias diferentes:110; 220; 440; 880; 1760; 3520; 7040; y 14080 Hz. A mayor frecuencia de las ondas electromagnéticas se obtiene información de zonas superficiales y a menor frecuencia el resultado corresponde a mayor profundidad. Los cambios en los resultados obtenidos para distintas frecuencias pueden indicar presencia de fracturas. Los resultados de las mediciones se expresaron como resistividad eléctrica y también fueron analizados en forma gráfica. Las prospecciones eléctricas resistivas se realizaron con un equipo STING R1 IP (Advanded Geosciences, 2000), con 100 electrodos en línea, distanciados a 4 m, sobre las líneas de prospección. Para las prospecciones se seleccionó la disposición de electrodos dipolo-dipolo (Advanded Geosciences, 1997). La información se procesó haciendo una inversión mediante el software RES2Dinv (Advanded Geosciences, 2000). Este software permitió incorporar la variable topográfica al estudio. Las mediciones entregaron como resultado la resitividad eléctrica aparente (ohm-m) del suelo en forma de gráficos bi-dimensionales. Se realizaron mediciones en pozos conocidos para calibrar el equipo. Finalmente se realizó un análisis de los resultados obtenidos de las prospecciones con el fin de comprobar si los lineamientos corresponden a fallas. Las intersecciones de las fracturass son lugares donde es más probable encontrar aguas subterráneas posibles de ser extraídas y por ello constituyen la localización de puntos de perforación.

RESULTADOS El trazado de lineamientos se realizó sobre Fotos aéreas escala 1:5.000 y 1:20.000 (figura 1). La localización de los lineamientos coincidió con otros trabajos realizados previamente

(Oyarzun et al., 1982). En las fotografías escala 1:20.000 en el sector de interés los lineamientos resultaron en dirección NW y EW. Otros lineamientos se trazaron sobre planos topográficos y fotos 1:5000.

Figura 1. Lineamientos (rojo) y área de interés (azul) sobre fografía SAF 1:20.000 (no a escala). Los lineamientos 1 y 2 (figura 2) fueron obtenidos de la las fotos SAF 1:20.000 (figura 1), mientras que los lineamientos 3; 4 y 5 fueron trazados sobre fotos aéreas 1:5.000, considerando además la topografía del sector. El lineamiento 3 une un portezuelo ubicado al sudeste del mapa de la figura 2, una vertiente y el inicio de un valle. El lineamiento 4 se ubicó basado en la distribución de una línea de vegetación. El lineamiento 5 se ubicó pasando por un portezuelo y la vertiente. A partir de los lineamientos de la figura 1 y 2 se definieron las líneas de prospección presentadas en la figura 3. Las líneas de prospección se trazaron de tal forma que corten a los lineamientos para poder realizar su interpretación.

Figura 2. Ubicación de los lineamientos.

Figura 3. Líneas de Prospección El estudio radiactivo se realizó sobre las líneas de prospección cada 20 m. Las mediciones en cada punto fueron por 5 minutos. Además se midió en las cercanías de la vertiente, totalizando 150 puntos. Los resultados se presentan en las figuras 4, 5 y 6, que muestran la distribución gráfica de las concentraciones de 214Bi, 214Bi/208Tl y radiación gama total.

Figura 4. Mapa de Distribución de Radiación Gama por 214Bi.

Figura 5. Mapa de Distribución de la relación de radiación Gama por 214Bi y 208Tl (214Bi/208Tl).

Figura 6. Mapa de Distribución de Radiación Gama total.

De las figuras se puede decir que los lineamientos 3 y 4 probablemente corresponden a fracturas. En el caso del lineamiento 3 en las exploraciones geológicas dan mayor seguridad por la presencia de cuarzo entre granodiorita fracturada y una vertiente ubicada a 10 m de distancia. La Prospección Electromagnética se realizó sobre las cuatro líneas de prospección, totalizando una longitud de 1480 m lineales. La figura 7 presenta los resultados de resistividades para las distintas frecuencias en que se realizaron las mediciones.

Figura 7. Resultados de prospección electromagnética. Gráficos de Resistividad Eléctrica (ohm-m). Se observa que a menores profundidades (altas frecuencias) las resistividades son mayores y a mayores profundidades (frecuencias bajas) las resistividades son menores. Entre 220 y 1760 Hz los resultados fueron similares y concuerdan con los resultados de las prospecciones radiactivas y los lineamientos de las fotos aéreas. Las prospecciones Eléctricas se realizaron sobre la primera y tercera línea de prospección señalada en la figura 3. Además se realizó una prospección pequeña de 38 m con configuración de electrodos dipolo-dipolo, separados a 2 m, en un sector de suelo granítico degradado conocido. Los resultados de esta prueba de calibración mostraron que el suelo granítico degradado tiene una resistividad entre 10 y 40 Ohm-m. La figura 8 presenta los resultados de la prospección eléctrica realizada sobre la línea de prospección 1 (figura 3). Los resultados indicaron que hasta los 40 m de profundidad los niveles de resistividad fueron de 100 Ohm-m o menores, indicando la presencia de afloramientos. Los afloramientos graníticos tienen baja conductividad hidráulica y no son apreciados como buenos acuíferos, por lo que la línea de prospección 1 no es adecuada para encontrar aguas subterráneas.

Figura 8. Resultado bidimensional de la prospección eléctrica realizada en la línea de prospección 1.

La figura 9 presenta la prospección realizada sobre la linea de prospección 3 (figura 3). En las cercanías de la distancia 188 m se observó un aumento de la resistividad. Este cambio estructural coincidió con el resultado de la prospección radiactiva en relación con el lineamiento de dirección E-W. Figura 9. Resultado bidimensional de la prospección eléctrica realizada en la línea de prospección 3. En base a los resultados obtenidos se ubicaron áreas para posibles perforaciones. Uno de ellos correspondió a intersección de los lineamientos 2 y 4, sin embargo la cuenca aportante es muy pequeña. El otro punto para realizar una perforación del pozo es la intersección de los lineamientos 2, 3 y 5. Esta ubicación posee un área aportante mayor y además tiene relación con el lineamiento 3 que es el que tiene mayor posibilidad de corresponder a una fractura. Se realizó una perforación de un pozo 31 m de profundidad, entubado en 4 pulgadas. La ubicación del pozo correspondió al límite del área señalada por la intersección de los

lineamientos 2, 3 y 5, cerca de la vertiente. La prueba de bombeo entregó la información del caudal del pozo que resultó 0.09 l/s. CONCLUSIONES El trabajo constituye un primer intento de uso de una metodología para prospección de aguas subterráneas en roca fracturadas en suelos graníticos del secano de Chile. En este trabajo no se logró mostrar la efectividad de la metodología propuesta para encontrar agua en zonas fracturadas, sin embargo queda pendiente realizar otras perforaciones puesto que los resultados entregaron un área para perforación de pozos y no un punto exacto. Además se trata de una metodología compleja que debe ser calibrada para cada área de interés. Esto supone realizar pruebas en otros sectores de la comuna de Ninhue u otros lugares que permitirán afinar los procedimientos para determinar si la metodología es aplicable y si existe agua en las fracturas del secano. BIBLIOGRAFIA Advanded Geosciences, 1997. Command Creator V 1.2. User’s Manual. Advanded Geosciences, 2000. Sting R1, Sting R1 IP and Swift. Instruction Manual. Advanded Geosciences, 2000. Geoelectric Imaging 2D&3D. APEX Parametrics Limited, 1998. MAXMIN I+8 EM System. Operation Manual. Cecioni y Best, 1996. Prospección de Aguas Subterráneas en la Comuna de Portezuelo (Secano Interior) Región del Bio-Bio, Chile Centro Sur. Proyecto presentado a Fondo Nacional de Desarrollo Regional (FNDR VIII Región) Imaizumi, M. 1998. Engineering Geological Study on Discontinuous Deformation in Rock Mass Using Geochemical Techniques. Development and Application of Radioactivity Prospecting Method. Ministerio de Agricultura de Tohoku, 1990. Informe de estudio de aguas subterráneas en el sur de la zona de Abukuma. Japón. Oyarzun Sepulveda y Asociados y Cia. LTDA., 1982. Fisiografía, GeologíaGeneral y Análisis Geológico-Estructural. Secretaría regional de Planificación y Coordinación, Región del Bio-Bio. Selker, J.,D. Rupp, M. Leñam y H. Uribe. 2000. Estudio Hidrológico en el Secano Interior, Resultados Preliminares del Proyecto Piloto en Portezuelo.

Ward, S, 1990. Geotechnical and Environmental Geophysics. Volume I. Society of Exploaration Geophysicists.

CURRICULUM VITAE 1. ANTECEDENTES PERSONALES

Nombre : HAMIL LEONARDO URIBE CIFUENTES

RUT : 8.561.752-4 Fecha Nacimiento : Marzo 29, 1966 Nacionalidad : Chilena Teléfono : 42-20 97 59 E-mail : huribe@quilamapu.inia.cl 2. ANTECEDENTES ACADÉMICOS

1994 Licenciado en Ciencias de la Ingeniería. Universidad de Con-cepción.

1996 Ingeniero Civil Agrícola. Universidad de Concepción.

1997 Ms (C) Economía de Recursos Naturales y Medio Ambiente. Facultad de Ciencias Económicas y Administrativas Universidad de Concepción.

3. ANTECEDENTES LABORALES 1995 Investigador Becado. Agricultural Engineering Department.

University of Florida. Gainesville. Florida. U.S.A.

1996 –1997 Consultor de Apoyo Técnico. Unidad de Servicio Riego Campesino. INDAP V Región. Quillota.

1997 - Investigador Riego y Drenaje. INIA, CRI Quilamapu. Chillán

1998 Profesor de Métodos de Riego. Carrera de Agronomía. Facultad de

Ingeniería Agrícola. Universidad de Concepción, Campus Chillán.

CURRICULUM VITAE

1. ANTECEDENTES PERSONALES Nombre : Koki Ota Fecha de Nacimiento : 23 de Febrero de 1946 Nacionalidad : Japonesa E-mail : kota@quilamapu.inia.cl 2. ANTECEDENTES ACADÉMICOS ESTUDIOS : Ingeniería Agrícola Universidad de Hokkaido. Consagrarse a investigación, total 31 años. 3. ANTECEDENTES LABORALES 1968 - 1984 Estación Experimental Agrícola de Shikoku, Instituto Nacional de

Investigación de Ingeniería Agrícola: Investigador, Investigador Jefe.

1986 –2000 Estación Experimental Agrícola, Instituto Nacional de Investigación

de Ingeniería Agrícola: Jefe de Laboratorio, Jefe Sección de Planificación de la Investigación, Director Asociado para Investigación, Director para Investigación.

1984 –1986 Ministerio de Agricultura, Silvicultura y Pesquería: Jefe Asociado. 1999 Doctor en Agronomía (Universidad de Hokkaido). Marzo de 2000 - CADEPA – Proyecto “Conservación del medio ambiente y desarrollo

rural participativo del secano mediterráneo de Chile”. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA Quilamapu. Experto de largo plazo (Riego y recursos de agua).

Consagrarse a administrativo, total 2 años.