Tema2 medio geológico 2014 curso1

TEMA 2: EL MEDIO GEOLÓGICO

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CAPITULO 2

EL MEDIO GEOLOGICO

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1 INTRODUCCION 2

2 EL CICLO GEOLOGICO 2

1. CLASIFICACION DE LAS ROCAS 8

CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEGÚN SU ORIGEN 8 CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEGÚN LA CAPACIDAD DE ALMACENAR EL AGUA 15 CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEGÚN LAS CARACTERÍSTICAS DE SUS INTERSTICIOS 16

2. TIPOS DE ACUIFEROS 18

ACUÍFEROS LIBRES 19 ACUÍFEROS CONFINADOS 20 4.3 ACUÍFEROS SEMICONFINADOS 22

3. ESTRUCTURAS GEOLOGICAS DE IMPORTANCIA EN HIDROGEOLOGIA 24

ESTRUCTURAS PRIMARIAS 24 ESTRUCTURAS SECUNDARIAS 25

4. CASOS DE ESTUDIO 29

HIDROGEOLOGÍA DEL VALLE DE MÉXICO 29 HIDROGEOLOGÍA DE LA SABANA DE BOGOTÁ 38 COLUMNA LITOLÓGICA DE UN POZO EN PALMIRA (VALLE) 47

5. REFERENCIAS 50

TEMA 2 EL Medio Geológico

2

111 IIINNNTTTRRROOODDDUUUCCCCCCIIIOOONNN

El estudio de las aguas subterráneas ha tomado gran importancia debido a la utilización de este

recurso para satisfacer las demandas crecientes de la población humana. Especialmente en

aquellos lugares en donde el agua superficial es escasa o de mala calidad, las aguas subterráneas

pueden constituirse en una alternativa económica y confiable.

Para una adecuada caracterización de los reservorios de agua subterránea, es necesario realizar un

estudio geológico que contemple el tipo, origen y propiedades del acuífero (roca en que se

encuentran alojadas las aguas) y las estructuras geológicas que condicionan el movimiento del agua

subterránea, tales como fallas, fracturas, pliegues y aberturas de disolución.

Los acuíferos son formaciones geológicas subterráneas permeables, susceptibles de almacenar y

transmitir el agua. Los acuíferos hacen las veces de conductos y depósito; como conductos, estos

transportan el agua subterránea desde las zonas de recarga hacia zonas de descarga, ya sean

naturales o artificiales; como depósitos, los acuíferos actúan suministrando agua para la extracción

por medio de pozos y, a la vez, almacenando agua durante los períodos en que la recarga resulta

mayor que la extracción.

222 EEELLL CCCIIICCCLLLOOO GGGEEEOOOLLLOOOGGGIIICCCOOO

Nuestro escenario empezó hace unos 12,000 a 15,000 millones de años con el Big Bang, una

explosión incomprensiblemente grande que lanzó hacia el exterior toda la materia del universo a

grandes velocidades. En ese momento, los restos de la explosión eran principalmente compuestos

de hidrogeno y helio, empezaron a enfriarse y condensarse en las primeras estrellas y galaxias. En

una de esas galaxias, fue donde nuestro Sistema Solar y el planeta Tierra tomaron forma.

A medida que se acumulaba el material para formar la Tierra, se provocó un aumento en la

temperatura del planeta; a tal punto que se fundió el hierro y el níquel, formando el núcleo de la

Tierra. Este calentamiento también provocó una diferenciación química, por medio de la cual la

fusión formó masas flotantes de rocas fundidas que ascendieron hacia la superficie, para solidificar


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y formar la corteza primitiva. Además, se establecieron las divisiones básicas del interior de la

Tierra: núcleo, manto y corteza.

Fig. 1. Principales divisiones de la Tierra (Jenner, C., 2007).

Después de los acontecimientos que establecieron la estructura básica de la Tierra, la corteza primitiva se perdió a causa de la erosión y otros procesos geológicos, de manera que no disponemos de ningún registro directo de su composición. La corteza de la Tierra que ahora conocemos se formó de manera gradual durante los últimos 4,000 millones de años. Por las características de este curso, nos enfocaremos en la capa más externa de la Tierra: la corteza. Esta es una capa rocosa externa, comparativamente delgada, se divide en continental y oceánica, a continuación algunas características:

Corteza continental Corteza oceánica

Espesor ~35 km ~7 km

Rocas comunes Granodioritas, basaltos

Ígneas oscuras: basálticas

Densidad promedio

2.7 g/cm3 3.0 g/cm3

Edad más antigua

4,000 millones de años

180 millones de años

Tabla 1: Características de la capa rocosa externa Actualmente se sabe que la Tierra es un planeta dinámico, de constante evolución, cuyos continentes han cambiado constantemente. Para explicar la dinámica de la Tierra y los cambios que ha inducido principalmente en la corteza terrestre, surgió en 1,968 la teoría de la Tectónica de Placas (tekton = construir). La tectónica de placas explica el movimiento observado de la capa externa de la Tierra por medio de los mecanismos de subducción y expansión del fondo oceánico, que a su vez, generan los principales rasgos geológicos de la Tierra: continentes, montañas y cuencas oceánicas. Según el modelo de tectónica de placas, la parte superior del manto, junto con la corteza, se comportan como una capa fuerte y rígida, conocida como litosfera (lithos = piedra, esphere = esfera), que está fragmentada en placas. La lithosfera se encuentra por encima de una región más dúctil del manto, conocida como astenosfera (asthenos = débil, sphere = esfera). La presión y temperatura de la astenosfera es tal, que las rocas que allí se encuentran, se aproximan a su punto de fusión, creando una zona muy dúctil. Así, la parte superior de la astenosfera permite el movimiento de la litosfera. La litosfera rota en fragmentos denominados placas tectónicas, se mueven unas con respecto a otras y cambian continuamente de forma y tamaño. La velocidad del movimiento relativo de las placas tectónicas en promedio es de 5 cm anuales. La principal actividad geológica y tectónica, se


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desarrolla en los bordes interactivos de estas placas tectónicas. Dichos bordes de placas se denominan: divergentes, convergentes y transformantes (Fig. 2).

Fig. 2. Ilustración de los bordes de placa: divergente, convergente y transformante (Tarbuck, E. J.; Lutgens, F. K., y Tasa, D., 2005).

Bordes divergentes (constructivos): donde dos placas se separan, se produce ascenso de material del manto para crear nuevo suelo oceánico. También denominada zona divergente. Bordes convergentes (destructivos): donde dos placas se juntan provocando descenso de litosfera oceánica debajo de una placa superpuesta, que es finalmente reabsorbida en el manto, o posiblemente la colisión de dos bloques continentales para crear un sistema montañoso. También denominada zona de subducción. Bordes transformantes (pasivos): donde dos placas se desplazan lateralmente una respecto de la otra sin la producción ni destrucción de litosfera. Es dentro del marco de la tectónica de placas, que se han encontrado explicaciones para la distribución geológica de los terremotos, volcanes, cinturones montañosos, cuencas oceánicas, formación-destrucción de rocas y la ocurrencia del ciclo de las rocas, entre otras. Como se mencionó anteriormente, la corteza de la Tierra está constituida por rocas. Al examinar con atención una roca, vemos que consta de cristales pequeños o granos, denominados minerales. Los minerales son compuestos químicos (a veces elementos únicos), cada uno de ellos con su propia composición y sus propiedades físicas. Estos minerales pueden ser fácilmente visibles o bien, necesitar la ayuda de una lupa o un microscopio, para su identificación. Geológicamente se conocen tres grandes grupos de rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Rocas ígneas (ignis = fuego): se forman cuando la roca fundida, denominada magma, se enfría y se solidifica. A medida que el magma se enfría, se forman y crecen cristales de varios minerales.


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Si el magma se enfría lentamente, permite el desarrollo de cristales relativamente grandes, en caso contrario, los minerales son muy pequeños. Las rocas ígneas de grano grueso que se forman debajo de la superficie se denominan plutónicas o intrusivas. Como ejemplo conocemos el granito: plutónica de grano grueso, rica en minerales silicatados y color claro de cuarzo y feldespato. Cuando el magma se abre paso hacia la superficie de la Tierra, como en el caso de una erupción volcánica, el magma se enfría con rapidez en la superficie, la roca fundida se solidifica rápidamente, formando las rocas volcánicas o efusivas. Como ejemplo tenemos el basalto: roca de color verde oscuro a negro, rico en minerales silicatados, hierro y magnesio. Rocas sedimentarias: los sedimentos son los que forman a las rocas sedimentarias, estos se acumulan en capas en la superficie de la Tierra. Estos sedimentos se forman a partir de rocas preexistentes por los procesos de meteorización. Algunos de estos procesos fragmentan físicamente la roca en piezas pequeñas sin modificar su composición. Por el contrario, otros procesos de meteorización descomponen la roca, es decir, modifican químicamente los minerales y forman otros nuevos. El agua, viento o hielo glacial, suelen transportar los productos de la meteorización a lugares de sedimentación donde estos forman capas relativamente planas. Normalmente los sedimentos se convierten en roca o litifican por uno de los siguientes procesos: compactación y cementación. Los sedimentos que se originan y son transportados como partículas sólidas y luego se litifican, forman las rocas sedimentarias detríticas. Las dimensiones de las partículas son la base para clasificar esta categorías de rocas: lutitas, areniscas y conglomerados. Por otro lado, las rocas sedimentarias químicas se forman cuando el material disuelto en el agua precipita. La principal base para clasificar esta categoría de rocas es su composición mineral: caliza (calcita). Las rocas sedimentarias proporcionan al geólogo los mejores detalles para reconstruir detalles de la historia geológica de la Tierra (fósiles, ambientes sedimentarios, formas de transporte, fósiles, entre otras).

Rocas metamórficas: Estas se producen a partir de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias o incluso otras rocas metamórficas). Metamórfico significa literalmente “cambiar de forma”. La mayoría de los cambios tienen lugar a temperaturas y presiones elevadas que ocurren en la profundidad de la corteza terrestre. Los procesos que crean rocas metamórficas regularmente lo hacen de manera progresiva: metamorfismo de grado bajo a metamorfismo de grado alto. Por ejemplo: la roca sedimentaria lutita se convierte en una roca metamórfica denominada pizarra (bajo grado metamórfico). Cuando se aumenta la presión y temperatura, las rocas sufren cambios tan intensos que es difícil establecer la identidad de la roca madre; sólo con la aplicación de varios métodos químicos y mineralógicos.Además, aparece la deformación (formación de pliegues). Durante el metamorfismo, las rocas deben permanecer esencialmente sólidas, de lo contrario, al fundirse, entraríamos al campo de la actividad ígnea.


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El grado de metamorfismo se refleja en la textura de la roca y la composición mineral. Generalmente estas rocas muestran una orientación de los minerales, debido a la aplicación de fuerzas que las deforman. Dicha alineación desarrolla en la roca una textura en forma de láminas llamadas foliación. Esquistos y gneises, son ejemplos comunes. El ciclo de las rocas nos permite examinar muchas interrelaciones entre las diferentes partes del sistema Tierra. Nos ayuda a entender el origen de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas y a ver que cada tipo está vinculado a los otros por los procesos que actúan sobre y dentro del planeta. Aplicando la teoría de tectónica de placas, vemos que un margen convergente o zona de subducción, nos permitirá explicar claramente las relaciones del ciclo geológico. Iniciando desde la parte más profunda de la corteza (Fig. 3), vemos que el magma que es una roca fundida, está situado debajo de la superficie de la Tierra. Con el tiempo, el magma se enfría y se solidifica, por un proceso llamado cristalización. Este proceso ocurre en profundidad o en la superficie de la Tierra, después de una erupción volcánica. En ambas situaciones, las rocas resultantes se denominan rocas ígneas (plutónicas o intrusivas y volcánicas o efusivas). Si las rocas ígneas afloran en superficie, experimentarán meteorización (física o química), en la cual la acción de la atmosfera desintegra y descompone lentamente las rocas. Los materiales resultantes pueden ser desplazados pendiente abajo por la gravedad antes de ser captados y transportados por algún agente erosivo (aguas superficiales, glaciares, viento, olas del mar). Finalmente, estos sedimentos son depositados. Aunque la mayoría de los sedimentos terminan llegando al océano, existen también la posibilidad de quedarse en otras zonas de acumulación: llanuras de inundación de ríos, desiertos, pantanos, dunas, lagos.

Fig. 3. El ciclo de las roca visualizado en un margen de subducción (modificado de Tarbuck, E. J.; Lutgens, F. K., y Tasa, D., 2005

Una vez acumulados los sedimentos, experimentan litificación = conversión a roca, formando las rocas sedimentarias. Si la roca sedimentaria resultante llega a la zona de subducción, estarán sometidas al aumento de presión y temperatura; la roca sedimentaria reaccionará ante el ambiente cambiante y se convertirá en una roca metamórfica. A medida que la placa subductante continúa hacia el interior de la Tierra, aumenta la presión y temperatura, y estas rocas metamórficas, pueden llegar a fundirse, creando magma. El magma aquí creado, por diferenciación magmática, puede volver a ascender y cristalizarse en rocas ígneas intrusivas, o bien llegar hasta una erupción volcánica, dando inicio nuevamente al ciclo de las rocas. La presión y temperatura en la zona de subducción son los responsables de la creación de las rocas ígneas y metamórficas. La meteorización y la erosión, procesos externos alimentados por una combinación de energía solar y gravedad, producen el sedimento a partir del cual se forman las rocas sedimentarias.


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Caminos alternativos del ciclo geológico: los procesos mencionados anteriormente corresponden al ciclo básico de las rocas; sin embargo, no son las únicas posibles. Debido a la actividad de la tectónica de placas, pueden seguirse otras vías distintas (mostradas con arcos naranja y amarillos (Fig. 3). Las rocas ígneas, en vez de ser expuestas a la meteorización y a la erosión en superficie, pueden permanecer enterradas profundamente. Pudiendo ser sometidas a fuerzas compresivas, presión y temperaturas elevadas, asociadas a la zona de subducción. Si esto ocurre, se transformarán directamente en rocas metamórficas. Las rocas metamórficas y sedimentarias, así como los sedimentos, no siempre permanecen enterrados. Ante de eso, las capas superiores pueden ser eliminadas, dejando expuestas las rocas que antes estaban enterradas. Cuando esto ocurre, los materiales son meteorizados y convertidos en nueva materia prima para las rocas sedimentarias. Las rocas pueden parecer masas invariables, pero el ciclo de las rocas, demuestra que no es así. Los cambias obedecen a su posición tectónica y el transcurrir del tiempo.

Los procesos involucrados en el ciclo geológico están resumidos en figura 4.

I NTEM PERI SM OI NTEM PERI SM O

( For m ación de( For m ación de

Sedim en t os)Sedim en t os)

EROSI ÓNEROSI ÓN TRANSPORT ETRANSPORT E DEPOSI TACI ÓNDEPOSI TACI ÓN

M ETAM ORFI SM OM ETAM ORFI SM O

ROCASROCAS

SEDI M ENTARI ASSEDI M ENTARI AS

LI T I FI CACI ÓNLI T I FI CACI ÓN

ROCAS I GNEASROCAS I GNEAS

( Con t in en t ales)( Con t in en t ales)

ZONA DE SUBDUCCI ÓNZONA DE SUBDUCCI ÓNAFLORAM I ENTOAFLORAM I ENTO

EN EL LECHO M ARI NOEN EL LECHO M ARI NO


( Oceán i cas)( Oceán i cas)


ROCASROCAS

M ETAM ORFI CASM ETAM ORFI CAS

AFLORAM I ENTOAFLORAM I ENTO

EN SUPERFI CI EEN SUPERFI CI E

M ovim ien t o deM ovim ien t o de

m at er i al con el m an t om at er i al con el m an t o

Fig: 4. El Ciclo Geológico (Tomada de Selley, 1988)


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111... CCCLLLAAASSSIIIFFFIIICCCAAACCCIIIOOONNN DDDEEE LLLAAASSS RRROOOCCCAAASSS

Dependiendo de la aplicación, las rocas se pueden clasificar a partir de diferentes criterios. En

geología, las rocas se pueden clasificar químicamente, petrográficamente o genéticamente (según

su origen); siendo este último el criterio más utilizado. En hidrogeología se sugieren dos

clasificaciones: la primera está determinada por su capacidad de acumulación de agua y la segunda

se refiere específicamente a las características de los intersticios de las rocas.

Antes de entrar a definir los distintos tipos de rocas, es conveniente diferenciar dos conceptos

básicos que gobiernan sus propiedades hidrogeológicas: la porosidad y la permeabilidad. La

porosidad de una roca es el porcentaje del volumen total de esta, que corresponde a espacios

vacíos; adicionalmente se habla de la porosidad efectiva que es el volumen de espacios vacíos

interconectados. La permeabilidad es la capacidad que tiene un medio poroso para transmitir agua

bajo influencia de un gradiente de presión. La permeabilidad depende más de la porosidad

efectiva, que de la porosidad total (Doménico, 1988).

CCLLAASSIIFFIICCAACCIIÓÓNN DDEE RROOCCAASS SSEEGGÚÚNN SSUU OORRIIGGEENN

Esta clasificación es muy valiosa ya que enmarca la roca dentro de los procesos geomorfológicos

que no solo dan origen a las rocas sino que también modifican la superficie de la tierra. Según esta

clasificación, se pueden distinguir tres tipos: rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas, que se

explican a continuación:

Las Rocas Igneas Se generan a partir del enfriamiento y consolidación del magma a diferentes

profundidades de la corteza terrestre. De los tres grupos principales de rocas, las rocas ígneas

constituyen la mayor parte de la porción sólida de la tierra, por lo menos en la superficie de la

corteza (Trefethen, 1984).

Según el lugar de formación, estas rocas pueden ser intrusivas o extrusivas; las primeras se forman en

profundidad, las segundas en superficie y se denominan también rocas volcánicas. Algunos geólogos

han clasificado las rocas ígneas en tres grupos según la profundidad de formacion: plutónicas (que


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son las de formación más profunda), hipoavisales (de formación intermedia) y superficiales (Célis,

1994).

Las rocas ígneas de formación profunda (intrusivas o plutónicas), por sus condiciones de

cristalización, poseen una estructura primaria cerrada, es decir su porosidad es muy baja y los

pocos espacios que poseen no están interconectados, lo cual no favorece el flujo del agua entre

sus poros. Por el contrario, muchas corrientes de lava que se han enfriado formando rocas ígneas

extrusivas, son tan porosas que pueden compararse por su permeabilidad y contenido de agua a

las calizas permeables con cavidades (ver rocas sedimentarias). Además de la roca, los materiales

piroclásticos y las cenizas no alteradas que van unidas a ella son también por lo general muy

permeables. Las oquedades pueden ser túneles de lava, aberturas en la base de la corriente de lava,

cavidades producidas por burbujas, moldes de árboles y grietas de contracción. Los túneles de

lava se forman cuando la parte superior de la corriente se endurece, permitiendo que por debajo,

escurra la lava aún liquida; las zonas más permeables de las corrientes de lava están en los

contactos de su base, ya que la lava rara vez se adapta de manera completa a la superficie sobre la

que escurre; las burbujas se forman a causa del escape de gases y las grietas de contracción se

deben al rápido enfriamiento de este material. Un ejemplo de la presencia de agua subterránea en

rocas ígneas, con las características anteriores, se presenta en las isla Hawaii cuyo origen es

volcánico (Trefethen, 1984).

Figura 5: Rocas ígneas de formación profunda


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Las Rocas Sedimentarias Se caracterizan por tener una estructura direccional marcada o

estratos y textura clástica (fragmental, compuesta por granos individuales depositados

mecánicamente por agentes atmosféricos) o textura afanítica (microclástica o amorfa). Estas rocas

tienen su origen cuando el material producto de la meteorización, que es transportado a un

deposito (ya sea por el desgaste en masa ó por erosión), sufre un proceso de consolidación y

cementación.

Una conveniente división de todas las rocas sedimentarias se muestra en la Fig.6

El material clástico terrígeno está constituido por partículas o fragmentos derivados de rocas

preexistentes. Los fragmentos o clastos son principalmente producto de la erosión del lecho

rocoso y constituidos por minerales de silicatos; por eso son denominados sedimentos

siliciclásticos. El rango de tamaño de los clastos varía desde partículas de arcilla medidas en

micrones, a cantos rodados de dimensiones métricas (Fig.7). Areniscas y conglomerados

constituyen en 20-25 % de las rocas sedimentarias en el registro estratigráfico y lodolitas hacen el

60 % restante.

Fig. 6. Esquema de clasificación de sedimentos y rocas sedimentarias (modificado de Gary

Nichols, 2009)


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Carbonatos. Por definición una caliza es una roca sedimentaria que contiene más de 50 % de

carbonato de calcio (CaCO3). La principal fuente de carbonato proviene de las partes duras de los

organismos, principalmente invetebrados tales como los moluscos. Las calizas constituyen 10-15

% de rocas sedimentarias en el registro estratigráfico.

Evaporitas. Estos son depósitos formados por la precipitación de sales en el agua, debido a la

evaporación.

Sedimentos vulcanoclásticos. Estos son el producto de erupciones volcánicas o el resultado del

fracturamiento de rocas volcánicas.

Otros. Otros sedimentos y rocas sedimentarias son ferritas sedimentarias, fosfatos sedimentarios,

sedimentos organicos (carbón y lutitas) y rocas sedimentarias silíceas (cherts). Estos son

volumétricamente menos comunes que las rocas arriba descritas, haciendo 5 % del registro

estratigráfico.

Fig. 7. Guía para identificar rocas sedimentarias clásticas o siliciclásticas (Tarbuck, E. J.;

Lutgens, F. K., y Tasa, D., 2005).


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En hidrogeología es importante describir las

características físicas del material detrítico (los

granos que componen la roca) ya que estas

inciden sobre las propiedades acuíferas de los

sedimentos. Las principales características de los

granos son la forma (partículas esferoidales,

discoidales, elongadas o triaxiales), Fig. 8. Carta comparativa para determinar la

Forma de los granos (modificado de

Gary Nichols, 2009).

La redondez (angular, subangular, subredondeada, redondeada y bien redondeada) y el tamaño de

las partículas.

La redondez se determina por comparación visual con cartas de redondez (Fig. 9) y el tamaño de

las partículas se determina por medio de un análisis granulométrico (Loboguerrero,1996).

La forma de los clastos pueden ser considerado en términos de cuatro miembros finales:

equidimensional, barra, disco, cuchilla.

Carta de comparación para estimar Redondez y Esfericidad (Pettijohn et el. 1987).

Fig. 9. Carta comparativa para determinar la Redondez y Esfericidad de los granos (modificado

de Gary Nichols, 2009).


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La porosidad y permeabilidad son las características que determinan la capacidad de conducción y

almacenamiento de agua dentro de un acuífero sedimentario. La porosidad de la grava y arena

varían entre 25 y 40% y a causa del tamaño relativamente grande de los espacios y la

interconexión entre estos; estas rocas son muy permeables. El limo posee una porosidad entre 30

y 50% pero es menos permeable que la arena, ya que los espacios vacíos son más pequeños que

en las anteriores. La arcilla tiene una porosidad muy alta (entre el 40 y el 70%), pero es

prácticamente impermeable, pues sus poros están muy poco interconectados y retienen el agua

muy fuertemente.

Las aguas lluvias típicamente contienen anhídrido carbónico, oxígeno y en ciertos casos, ácidos

orgánicos; se infiltran a través del suelo y la zona no saturada, disolviendo y descomponiendo

muchos minerales; siendo los carbonatos muy susceptibles a este efecto (denominado

carsificación). Por lo tanto, las rocas calizas, las calizas dolomíticas y los mármoles (roca

metamórfica) presentan frecuentemente un sistema de drenaje bien establecido formado por

grietas interconectadas y ensanchadas por disolución (cavernas y ríos y lagos subterráneos).

Las rocas con aberturas en forma de cavernas (caso anterior) transmiten el agua libremente, si los

espacios están interconectados. Las aberturas subterráneas más grandes que se conocen

pertenecen a este tipo. En una zona cárstica, las corrientes subterráneas turbulentas, erosionan,

transportan y depositan del mismo modo que lo hacen las corrientes superficiales, un ejemplo

claro de este fenómeno se encuentra en la parte norte del acuífero de la Florida (National

Geographic, 1999).


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Fig: 10 Ejemplos de Rocas Metamórficas

Las Rocas Metamórficas son generadas por procesos químicos y/o físicos, que producen

recristalización y/o cambios en los minerales que conforman las rocas. Estos procesos son

generados por altas temperaturas debidas a la actividad tectónica, el gradiente geotérmico y el

magnetismo; movimientos de la corteza y presiones de las placas tectónicas; y líquidos y gases

químicamente activos.

Los agentes antes mencionados actúan enmarcados dentro de cuatro tipos de metamorfismo, el

metamorfismo de contacto que se da por el contacto entre el magma y las rocas intrusivas; metamorfismo

mecánico dado por los movimientos tectónicos; el metamorfismo regional originado por grandes

presiones; y el metamorfismo plutónico que es un metamorfismo regional fuerte. Dependiendo de la

temperatura que se presente en el proceso de metamorfismo, se pueden tener rocas de bajo grado

(con poca recristalización de minerales metamórficos hídricos) y de alto grado (con formación de


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minerales metamórficos anhídricos.) La base de la clasificación de estas rocas es la estructura que

presentan; esta puede ser granulosa (granos no orientados); cataclástica (trituración intensa con

rotura de granos); pizarrosa (foliación de rocas metamórficas afaníticas que produce separación en

láminas delgadas); filítica (con foliación intermedia entre pizarrosa y esquistosa); esquistosa (foliación

presente en granos faneríticos orientados paralelamente); neisítica (presenta bandas alternadas de

granos y esquistos de diferente composición mineral) y migmatítica (que es una estructura de rocas

ígneas y metamórficas mezcladas). (Loboguerrero, 1996).

La presencia de agua subterránea en las rocas metamórficas está gobernada en esencia por las

estructuras secundarias (fallas, fracturas, etc), debido a que sus estructuras primarias tienen como

característica una baja o casi nula permeabilidad.

Fig, 11 Rocas Metamórficas

CCLLAASSIIFFIICCAACCIIÓÓNN DDEE RROOCCAASS SSEEGGÚÚNN LLAA CCAAPPAACCIIDDAADD DDEE AALLMMAACCEENNAARR EELL AAGGUUAA

Los Acuíferos son las rocas que poseen intersticios intercomunicados que permiten con relativa

facilidad el movimiento y la acumulación del agua a través y dentro de ellos (Fig. 12). Los

Acuitardos son rocas semipermeables que retienen el agua, pero permiten cierto flujo a través de


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ellas por efectos de diferencias de potencial. Estas estructuras pueden servir de recarga para los

acuíferos subyacentes. Los Acuicierres o Acuicludos, son capas confinantes; rocas que aunque

pueden tener agua, no permiten el flujo de esta a través de sus poros o intersticios, debido a su

carácter impermeable; sin embargo estas rocas pueden tener un gran potencial de absorción de

agua. Finalmente, las Acuifugas son capas confinantes que no poseen intersticios comunicados,

razón por la cual no absorben ni permiten el paso de agua a través de ellas.

Alm

acen

amie

nto

y

Tra

nsm

isió

n

Capacidad de

almacenar

Capacidad

de drenar

Capacidad de

transmitir

Rocas características

ACUIFEROS ALTA ALTA ALTA Gravas, arenas, calizas

ACUITARDOS ALTA MEDIA/BAJA BAJA Limos, arenas limosas y arcillosas

ACUICLUDOS ALTA MUY BAJA NULA Arcillas

ACUIFUGOS NULA NULA NULA Granitos, gneises, mármoles, basaltos

Fig. 12. Formaciones geológicas frente al agua, y su clasificación (Luis I. González de Vallejo,

Mercedes Ferrer, Luis Ortuño, Carlos Oteco, 2002).

CCLLAASSIIFFIICCAACCIIÓÓNN DDEE RROOCCAASS

SSEEGGÚÚNN LLAASS CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAASS

DDEE SSUUSS IINNTTEERRSSTTIICCIIOOSS

Los intersticios son los espacios

intergranulares creados durante

la formación de la roca. Las

características de los intersticios son el tamaño, la forma, la

regularidad, la distribución y la intercomunicación. Las

rocas portadoras de agua se clasifican de acuerdo al tipo de

intersticios predominantes, así:

Fig. 13. Intersticios en los acuíferos de porosidad

intergranular (1 a 4). (Luis I. González de Vallejo, Mercedes Ferrer, Luis Ortuño, Carlos Oteco,

2002).

Formaciones consolidadas con porosidad intergranular. Los intersticios que predominan son de

tipo intergranular; en estas rocas los espacios están caracterizados por el grado de consolidación y

de cementación de la roca. Además, debemos notar si estos intersticios están rellenados o no, ya


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que pueden contener matriz limosa, arcillosa o granos porosos (Fig. 13). El flujo de agua en estas

rocas se puede considerar realizado en un medio poroso.

Formaciones consolidadas con intersticios de origen secundario. Dichos intersticios son los que

se han formado por los fenómenos tectónicos, físicos o químicos, a los cuales se sometieron las

rocas después de formadas (Fig. 14).

Estos espacios pueden ser fracturas,

fisuras, fallas, diaclasas y aberturas de

disolución. El flujo del agua en estas

rocas se presenta a lo largo de canales

o planos preferenciales que hacen que

tanto el tipo de flujo como la tasa del

mismo varíen ampliamente según la

distribución y tamaño de los espacios.

Fig. 14 Formación rocosa densamente fracturada.

Los acuíferos formados por depósitos no consolidados están constituidos por materiales sueltos;

fundamentalmente arenas, gravas o mezclas de ambas, de origen geológico muy diverso. Es

importante destacar que la mayoría de los mejores acuíferos se presentan no en rocas, sino en

sedimentos; por esto, se encuentra en un estado más avanzado el conocimiento del flujo a través

de medios porosos. Sin embargo el entendimiento del flujo en medio fracturado ha tenido

notables progresos en las últimas décadas, para atender las necesidades de agua en zonas sin

porosidad primaria.


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Fig.:15 Acuíferos formados por depósitos no consolidados

El concepto de acuífero es en cierto modo relativo, ya que una formación geológica que sea

capaz, por ejemplo, de producir 1L/s, no se considerará como acuífero en un lugar donde haya

otras en que sea posible captar 50 L/s o más; pero en una región árida, donde no haya otras

posibilidades, esa formación que brinda 1 L/s a pesar del ínfimo caudal, constituye sin duda un

acuífero, aunque pobre, para resolver las necesidades de una población pequeña.

Como ya se ha dicho, los espacios vacíos o intersticios que presentan las rocas que componen los

acuíferos, pueden ser poros (rocas formadas por depósitos sedimentarios granulares) o fracturas,

fisuras y canales de disolución. Es oportuno destacar aquí, que una porosidad alta puede ser una

buena cualidad de un acuífero, pero que la alta porosidad no significa la posibilidad de transmitir

grandes cantidades de agua. Por ejemplo las arcillas son muy porosas, pero a la vez poco

permeables. La existencia de dos tipos de intersticios ha hecho que algunos autores europeos

hablen de rocas y terrenos de permeabilidad por porosidad y permeabilidad por fisuración.

222... TTTIIIPPPOOOSSS DDDEEE AAACCCUUUIIIFFFEEERRROOOSSS

De acuerdo con el grado de confinamiento de las aguas que contienen, los acuíferos pueden

clasificarse en: libres, confinados o semiconfinados.


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AACCUUÍÍFFEERROOSS LLIIBBRREESS

Son aquellos en los que el agua subterránea está bajo la presión atmosférica en su límite superior;

esto quiere decir que el agua está comunicada con la atmósfera por medio de los intersticios de la

zona de aireación. La superficie superior del agua en un acuífero libre es lo que se denomina tabla

de agua o nivel freático como se observa en la figura 16. Por esta razón en los pozos perforados

en este tipo de acuífero, el agua se eleva bajo condiciones estáticas, hasta el nivel freático.

Estos acuíferos se forman cuando es recargado el material sedimentario permeable (sedimento o

roca), que descansa sobre una capa impermeable (acuifuga), que no permite que el agua siga hacia

abajo, con lo cual el agua comienza a acumularse y a circular en la dirección dada por la pendiente

de la superficie freática (gradiente hidráulico).

En la mayoría de los casos existe solamente un nivel freático, pero algunas veces, a causa de la

presencia de acuicierres o acuitardos de pequeñas dimensiones relativas (lentes arcillosos), pueden

existir acuíferos que se denominan acuíferos colgados, con niveles freáticos más altos que el nivel

regional, como se ilustra en la figura 16

Fig: 16 Acuíferos libres


20

Fig. 17. Representación de un acuífero

libre. La línea punteada indica el nivel

freático. Note que el nivel del agua está

debajo del techo de la formación

permeable. ((Luis I. González de Vallejo,

Mercedes Ferrer, Luis Ortuño, Carlos

Oteco, 2002).

En algunos acuíferos libres compuestos de partículas finas, el drenaje por gravedad de los poros con frecuencia no es instantáneo; en ese caso, el acuífero entrega el agua un cierto tiempo después de que el nivel freático baja en el mismo. A este tipo de acuífero se les denomina libres con entrega retardada.

El agua del subsuelo se presenta como agua intersticial y agua en combinación química mineral en las rocas. El agua intersticial se distribuye, verticalmente en dos grandes zonas: la zona de aireación y la zona de saturación. Zona de Aireación. También es llamada zona vadosa, zona no saturada o zona de humedad. En esta zona los intersticios se encuentran parcialmente ocupados por agua y aire; el agua se encuentra bajo succión (presión negativa porque es inferior a la atmosférica). Esta zona está limitada en la parte superior por la superficie del terreno y en la parte inferior por el nivel freático, como se aprecia en la figura 3. En esta zona el agua se puede encontrar como agua de capilaridad, agua higroscópica y agua gravitacional.

Zona de Saturación. Como su nombre lo indica, en esta zona todos los intersticios comunicados

se encuentran llenos de agua, que está bajo presión hidrostática; la zona de saturación comienza

desde el nivel freático. Es esta zona en la que se encuentra lo que comúnmente se llama agua

subterránea.

AACCUUÍÍFFEERROOSS CCOONNFFIINNAADDOOSS

Son formaciones geológicas permeables, completamente saturadas de agua, confinadas entre dos

capas o estratos impermeables o prácticamente impermeables, una inferior (acuifuga) y otra

superior (acuicierre). En estos acuíferos, el agua está sometida, en general, a una presión mayor

que la atmosférica y al perforar un pozo en ellos, el agua se eleva por encima de la parte superior

(techo) del acuífero hasta un nivel que se denomina nivel piezométrico que es la superficie


21

imaginaria que representa la carga de presion en los distintos puntos del acuífero, como se

representa por la línea punteada en la figura 18. En algunos casos, la superficie piezométrica

puede estar por encima del nivel del terreno natural, por lo que un pozo perforado en el lugar

fluirá solo, como si fuera un manantial, esto se conoce como pozo saltante (ver pozo C en la figura

3.). Los acuíferos confinados se nombran también artesianos, a causa de que en la región francesa

de Artois fue el primer lugar donde se perforaron pozos profundos en acuíferos confinados,

alrededor del año 1750. Originalmente, el término artesiano se aplicaba solamente a los pozos

saltantes, pero en la actualidad, la palabra se aplica a cualquier pozo perforado en un acuífero

confinado e incluso (erróneamente) a cualquier pozo profundo.

Precipitación

Nivel

FreáticoCapa impermeable

Capa impermeable

Espesor

saturado

Acuífero

confinado

Nivel

Freático

Acuífero

libre

Manantial

Pozo saltantePozo

Zona de

aireación

Fig: 18 Acuífero confinado

Fig. 19. Representación de un acuífero

confinado. La línea punteada indica el

nivel freático. Note que el acuífero

confinado está aislado del subsuelo;

limitado por estratos impermeables. El

nivel freático encima del techo del

acuífero está a presión o en carga,

debido al peso de los materiales

superiores. (Luis I. González de Vallejo,

Mercedes Ferrer, Luis Ortuño, Carlos Oteco, 2002).

Nivel Piezometrico


22

Un acuífero confinado se convierte en libre en el sitio donde la superficie piezométrica está por

debajo de la base de la roca superior confinante; en esta zona es captada el agua que recarga el

acuífero. Se puede decir que el acuífero confinado actúa como un conducto a presión llevando

agua desde la zona de recarga hasta la zona de descarga ya sea artificial (pozo) o natural

(manantial). Las variaciones en el nivel piezométrico en este tipo de acuíferos, afectan muy poco

el almacenamiento existente en el mismo.

44..33 AACCUUÍÍFFEERROOSS SSEEMMIICCOONNFFIINNAADDOOSS

También se conocen como acuíferos de goteo (en inglés “leaky aquifers”). Son acuíferos

completamente saturados sometidos a presión, que están limitados en su parte superior por una

capa semipermeable (acuitardo) y en su parte inferior por una capa impermeable (acuicierre o

acuífuga), o también por otro acuitardo. En este tipo de acuífero, la disminución de la carga

piezométrica originada por el bombeo, inducirá un flujo vertical del agua contenida en el

acuitardo, que actuará como recarga del acuífero; si por el contrario el nivel piezométrico del

acuífero está por encima de la tabla de agua el goteo se presenta del acuífero hacia el acuitardo. En

la figura 4 se muestran estos dos casos de goteo; como se puede deducir de lo anterior, este goteo

se puede presentar siempre que exista una diferencia de presiones, entre los lados del acuitardo,

lo suficientemente grande para vencer la baja permeabilidad del acuitardo.

La baja permeabilidad del acuitardo confinante en un acuífero semiconfinado permite que se

ignore la componente horizontal del flujo en el acuitardo; si este no es el caso, y no se puede

despreciar el flujo horizontal en dicha capa entonces se dice que el acuífero es semilibre.


23

GOTEO

P/g

Z

Nivel piezometrico acuífero semiconfinado

CAPA SEMIPERMEABLE

GOTEO

P/g

Z

NIVEL FREÁTICO

ACUIFERO

SEMICONFINADO

ACUIFERO

SEMICONFINADO

Nivel piezometrico acuífero semiconfinado

CAPA IMPERMEABLE

Fig: 20. Acuífero semiconfinado

En conclusión, si se consideran los acuíferos apoyados en una capa impermeable, el tipo de

acuífero queda determinado por el carácter de la capa confinante superior y tal como se presenta

el cuadro que aparece en la tabla 1, que puede ser útil como instrumento para caracterizar los

acuíferos.

Tabla 2 Caracterización de los Acuíferos

Capa Superior Tipo de Acuífero

Impermeable (acuicerre) Confinado

Semipermeable (acuitardo) en que puede

ignorarse la componente horizontal del

flujo

Semiconfinado

Semipermeable (acuitardo), menos

permeable que la parte principal del

acuífero, en que hay que tomar en cuenta

la componente horizontal del flujo

(Semilibre)

Igual que la parte principal del acuífero Libre

-Acuífero libre


24

333... EEESSSTTTRRRUUUCCCTTTUUURRRAAASSS GGGEEEOOOLLLOOOGGGIIICCCAAASSS DDDEEE IIIMMMPPPOOORRRTTTAAANNNCCCIIIAAA

EEENNN HHHIIIDDDRRROOOGGGEEEOOOLLLOOOGGGIIIAAA

Todas las rocas poseen características que constituyen su estructura. Las estructuras pueden ser

primarias o secundarias según se generen durante el proceso de formación de las rocas o después

de este. La estructura de una roca es pues el conjunto de las deformaciones y discontinuidades

permanentes que existen en la roca. Estas estructuras producen variaciones en la porosidad y

permeabilidad de la roca con lo cual intervienen de manera determinante dentro de la

acumulación y movimiento del agua subterránea.

EESSTTRRUUCCTTUURRAASS PPRRIIMMAARRIIAASS

Estas estructuras se hacen más evidentes e importantes para la hidrogeología en las rocas

sedimentarias, en las cuales se forman durante el depósito y la consolidación. Las estructuras

primarias producen lo que se conoce como porosidad primaria.

La estratificación. Es la estructura primaria más importante en las rocas sedimentarias, pueden

tener desde unos cuantos centímetros hasta varias decenas de metros de espesor. La

estratificación de una roca o formación rocosa determina las diferentes capas que pueden actuar

como acuíferos, acuifugas o acuitardos según su permeabilidad.

La laminación. Es una estratificación interna a menor escala que poseen las rocas sedimentarias,

es formada por intercalaciones de sedimentos muy finos con espesor constituido por uno o varios

granos. Estas intercalaciones pueden ser paralelas o estar inclinadas con respecto a los planos de

estratificación. Esta estructura puede determinar una dirección preferente del flujo del agua

contenida en determinado estrato.


25

Fig.21 Estructuras Primarias

EESSTTRRUUCCTTUURRAASS SSEECCUUNNDDAARRIIAASS

Son deformaciones o discontinuidades permanentes que se ha generado después de la formación

de al roca. Algunas de estas estructuras producen variación de la porosidad generando lo que se

conoce como permeabilidad secundaria.

Los pliegues. Son las ondulaciones en las rocas producidas por esfuerzos que se desarrollan

durante procesos tectónicos; se presentan de manera más clara en rocas estratificadas ya sean

sedimentarias, ígneas ó metamórficas. La figura 22 y 23 muestran como los pliegues pueden ser

anticlinales (convexo hacia arriba) o sinclinales (cóncavo hacia arriba), los primeros se caracterizan

por tener las rocas más antiguas hacia el centro de la curvatura y los segundos poseen la rocas más

jóvenes hacia el centro de la curvatura. Los plegamientos se convierten en superestructuras que

actúan como soporte y/o como planos de confinamiento de diferentes estratos, que dependiendo

de sus características pueden llegar a ser acuíferos; es así como un sinclinal puede constituir una

capa subyacente de un acuífero o un anticlinal puede ser el techo de un acuífero o puede

convertirse en un plano de distribución de agua infiltrada hacia los flancos.


26

Fig.: 22 Pliegues (Adaptada de Loboguerrero, 1996)

Fig.: 23 Pliegues los pliegues pueden ser anticlinales (convexo hacia arriba) o sinclinales

(cóncavo hacia arriba),

Las fallas y diaclasas se presentan cuando la roca es sometida a esfuerzos mayores a los que

soporta en deformación plástica y la roca se rompe. Si la rotura ocurre acompañada de un

desplazamiento diferencial en ambos lados del plano de rotura esta es llamada falla; si por el

contrario no hay desplazamiento, entonces se da lugar a una diaclasa.

Formación más antigua

Formación más jóven

Eje

Flanco

ANTICLINAL

SINCLINAL

Formación más jóven

Formación más antigua

Discordancia

Estructuras Invertidas Falla

Anticlinal Recumbente


27

Las fallas frecuentemente son una zona de intenso fracturamiento, que pueden tener desde unos

pocos centímetros hasta varios metros de espesor. A su vez, las fallas se clasifican según el

movimiento relativo de los dos bloques como se explica a continuación y como se puede ver en

la figura 24. La Falla normal o de gravedad ocurre cuando un bloque baja con relación al otro; la

Falla inversa o de cabalgamiento se presenta cuando un bloque sube con relación al otro; se llama Falla

de rumbo cuando el desplazamiento de los bloques es paralelo al rumbo de la falla.

Tanto fallas como diaclasas generan permeabilidad secundaria, lo cual mejora las condiciones de

una roca para contener y transportar agua como acuíferos. Muchas rocas que en estado inalterado

son consideradas impermeables, son buenos acuíferos en zonas de intenso fracturamiento. En

este sentido, en hidrogeología se consideran importantes las diferentes características de las fallas

y fracturas, tales como orientación, densidad, apertura, textura de las paredes y lo más importante,

el grado de conectividad entre fracturas.

Fig.24 La Falla normal o de gravedad


28

La foliación es la aptitud que tiene una roca para partirse o separarse en superficies paralelas.

Cuando esta foliación se da como resultado del proceso de formación de la roca por la

orientación paralela de las partículas y minerales, se presenta en forma paralela a los planos de

estratificación y se llama foliación de estratificación. Cuando la foliación se da tiempo después de la

formación de la roca, por deformación plástica de la roca bajo presión y cizallamiento, es una

foliación secundaria y se denomina clivaje. En rocas metamórficas se presenta dos variedades de

clivaje denominadas esquistosidad y pizarrosidad.

Teniendo en cuenta que la foliación genera planos de discontinuidad en la matriz de la roca, esta

estructura cobra importancia dentro del flujo de agua subterránea ya que genera caminos

preferentes en el desplazamiento del agua.

Figura 25 Tipos de Fallas (Tomado de Loboguerrero, 1996)

Procesos de aumento y disminución de porosidad. El agua que circula a través de los intersticios

puede contener minerales, que al ser depositados se recristalizan, cementando los espacios entre

granos o las diferentes discontinuidades (diaclasas, fracturas etc.). Por otro lado el agua, como

solvente universal que es, se puede abrir camino diluyendo los granos o el material de

cementación, incrementando la porosidad de la roca; este último es el caso que se presenta en


29

rocas calcáreas (Calcita y dolomita) donde el agua con cierto contenido de anhídrico carbónico,

disuelve la roca caliza, generando cavernas por las cuales fluye el agua (acuíferos kársticos).

Fig: 26 La península de Yucatán Un acuífero especialmente Vulnerable.

444... CCCAAASSSOOOSSS DDDEEE EEESSSTTTUUUDDDIIIOOO

HHIIDDRROOGGEEOOLLOOGGÍÍAA DDEELL VVAALLLLEE DDEE MMÉÉXXIICCOO

La compleja geología de la Cuenca de México ha proporcionado a lo largo de la historia abundantes recursos de agua a sus habitantes a pesar de la escasez de agua superficial. A continuación se describen brevemente las características físicas e hidrogeológicas de la cuenca, especialmente de la porción sur, donde la presencia humana ha sido un factor importante desde los tiempos de la capital azteca de Tenochtitlán. La historia de la explotación del acuífero de la Ciudad de México y los problemas de hundimiento asociados a él se examinan brevemente, asimismo se examina la disponibilidad de agua en el acuífero. La Cuenca del Valle de México se localiza en la parte central del Cinturón Volcánico Transmexicano y tiene un área aproximada de 9000 kilómetros cuadrados. El valle, situado a una altitud cercana a los 2,400 metros sobre el nivel del mar, es el más alto de la región y se encuentra


30

rodeado por montañas que alcanzan elevaciones superiores a los 5000 metros. La temperatura promedio anual es de 15 grados centígrados. La mayor parte de los 700 milímetros de agua de lluvia que caen anualmente en la región se concentra en unas cuantas tormentas intensas, las cuales se presentan por lo regular de junio a septiembre. Durante el resto del año las precipitaciones pluviales suelen ser escasas o nulas.

Fig. 27: Flujo del Agua Subterránea

Fig. 28: Secciones estructural e hidrogeología de la sierra.


31

Esta cuenca es una depresión cerrada de manera natural, que a fines del siglo XVIII fue

modificada artificialmente para controlar las inundaciones en la ciudad. Las fuentes de recarga del

agua subterránea en la cuenca se derivan, en gran medida, de las precipitaciones infiltradas y de la

nieve derretida en las montañas y cerros que la rodean. En su estado natural, la cuenca tenía una

serie de lagos, desde los de agua dulce en el extremo superior, hasta los salados del extremo más

bajo, en los que se concentraba la sal debido a la evaporación. La corriente de agua subterránea

originaba numerosos manantiales al pie de las montañas, así como pozos en el valle.

CARACTERÍSTICAS DEL SUBSUELO

De acuerdo a las características geológicas y geotécnicas el valle de México, para su estudio se ha

dividido en tres zonas principales: zona de lomas, zona de transición y zona de lago (Fundación

ICA 1985).

Zona de Lomas

Incluye las faldas de la sierra de Guadalupe, la serranía de las Cruces y otras. Está formada por

suelos firmes areno – limosos y tobas compactadas de carga y baja deformabilidad, encargadas de

alimentar la recarga por escorrentía superficial.

Las montañas que circundan la Cuenca de México son de origen volcánico. La Sierra Nevada se

encuentra hacia el este, mientras que la Sierra de las Cruces se localiza hacia el oeste. La Sierra

Chichinautzin, en el sur, forma la cadena más reciente. Su erupción ocurrió hace

aproximadamente 600,000 años, bloqueando lo que antes fue un drenaje hacia el sur y cerrando

definitivamente la cuenca. La Sierra Chichinautzin es la zona de recarga natural del acuífero del

valle de México, debido a la alta permeabilidad de su roca de basalto. Los grandes manantiales de

Xochimilco son un punto de descarga del flujo subterráneo; aquí se localizan algunos de los pozos

más productivos del área. Debido a que toda la cuenca se encuentra rodeada por montañas,

probablemente existan otras zonas de recarga del acuífero. (Luis Felipe Sanchez,1994).


32

Zona de transición

Constituye el cambio progresivo de los materiales que forman la zona de lomas y los existentes en

la zona del lago. Debido a la disposición muy compleja de la estratigrafía se han reconocido tres

condiciones típicas: 1) progresiva, en la que la formación rocosa aparece cubierta por depósitos de

origen aluvial, a su vez subyacentes a las capas más recientes de arcilla lacustre; 2)

interestratificada, característica de regiones en que las fases aluvial y lacustre se suceden en forma

alterada, dando lugar a la intercalación de mantos blandos arcillosos con otros de matriz granular

contaminados por finos, generalmente duros y más resistentes. 3) abrupta, que se distingue por

que los depósitos lacustres están en contacto con la formación rocosa con interfase de suelo

residual.

Aquí, las capas de arcilla lacustre se intercalan con las de sedimento y arena; en las áreas más

cercanas a la base de las montañas, el piedemonte está compuesto en gran medida por basalto

fracturado de flujos volcánicos. La formación de basalto es altamente permeable, con una buena

capacidad de almacenamiento, y es considerada como el componente principal del acuífero en

explotación; se encuentra expuesta cerca de la porción superior del piedemonte y se extiende por

debajo de los depósitos aluviales del valle. El piedemonte, conocido también como zona de

transición, es importante para la recarga natural del acuífero (Luis Felipe Sanchez,1994).

Zona de Lago

Por último la zona de lago sobre la cual se asienta gran parte de la ciudad de México está formada

por la sedimentación de arenas y arcillas de origen volcánico, las cuales fueron transportadas por

el aire y las corrientes hacia las aguas tranquilas de los lagos que se originaron en la cuenca. A

medida que se depositaron tales materiales se definieron las siguientes formaciones: el primer

horizonte u horizonte inferior lo constituye la formación Tarango, la cual se desarrolla a partir de

los primeros depósitos aluviales (anteriores al cierre de la cuenca) e incluye el estrato de arcilla

inferior y una capa de material desecado y/o compacto, en su parte más superficial; a

continuación sobre dichos depósitos se encuentra la formación Tacubaya, la cual está constituida

por arcilla lacustre de alta compresibilidad y baja resistencia al corte y finalmente, las formaciones

más recientes y en consecuencia más superficiales corresponden a la Becerra, Barrilaco y

Totolcingo.


33

ESTRATIGRAFÍA

La zona lacustre se encuentra formada por los siguientes estratos (Ver figuras 29 y 30):

Manto superficial: también denominado costra superficial, está constituido por rellenos

superficiales heterogéneos y depósitos areno – limosos o arcillosos los cuales se han desecado

intensamente, por lo que presentan un alto grado de preconsolidación.

Formación arcillosa superior: Constituye un estrato potente con espesores que varía entre 15 y

32 m formados por arcillas blandas, saturadas y altamente compresibles que se depositaron en el

ambiente lacustre del valle; se detectan, además, intercalaciones de lentes de arena de origen

volcánico. Hacia su frontera inferior con la capa dura, se encuentra preconsolidada debido a un

proceso de consolidación inducido por bombeo.

Capa dura: (dio origen a los primeros pozos artesianos) es un estrato de aproximadamente 3 m

de espesor, en promedio, que se formó en periodos secos, por lo que está formada principalmente

de materiales limo – arcillosos y areno – limosos con intercalaciones de grava cementados con

carbonato de calcio; presenta alta resistencia debido a la alta compacidad de los materiales.

Formación arcillosa inferior. Se encuentra constituida por arcillas volcánicas semejantes a la de

la formación arcillosa superior, sujetas a un proceso de consolidación más extenso, por lo que su

compresibilidad es menos presentando una mejor resistencia al esfuerzo cortante.

Depósitos profundos: Son suelos muy compactos formados principalmente por arenas limosas

con gravas, los que constituyen los primeros acarreos que se depositaron en las partes más

profundas de la cuenca.

El relleno aluvial se encuentra por debajo de las arcillas lacustres (superior e inferior) y tiene un

espesor de 100 a 500 metros. Este material está interestratificado con depósitos de basalto, tanto

del Pleistoceno como recientes; juntos, abarcan la porción superior del acuífero principal en

explotación.


34

Otra unidad inferior del acuífero, compuesta por depósitos volcánicos estratificados que tienen

de 100 a 600 metros de espesor, alcanza una profundidad que va de los 500 hasta los 1000 metros,

aproximadamente. Esta unidad más profunda está limitada por un depósito de arcillas lacustres

del Plioceno.

Figura 29 Corte Geológico N-S del Valle de México

Fig 30 Corte Geológico E-W del Valle de México


35

EL NIVEL FREÁTICO

Dentro de la zona del lago anteriormente descrita, se registra la presencia de niveles freáticos, con

profundidades variables entre 1,50 y 2 m; para la zona de transición, la presencia de niveles

freáticos es muy irregular debido a la estratigrafía tan errática, se reporta principalmente en

estratos impermeables confinados como “mantos colgados”. Para la zona de lomas, este nivel se

encuentra muy profundo y en algunos casos no existe.

PRINCIPALES ACUÍFEROS

Acuífero Andesítico: constituido por rocas porfidoandesíticas, en algunos casos por su denso

fracturamiento, constituyen un buen vehículo para la infiltración de agua lluvia; transmiten el agua

infiltrada hacia la zona de saturación, llegando a constituir acuíferos cuya capacidad productora es

de 1 a 1.3 l/s (Luis Felipe Sanchez,1994).

.

Acuífero Tarango: constituido por arenas fluviales, aglomerados, y piroclásticos, sus características

hidrogeológicas están gobernadas por la granulometría, el caudal aportado por cada pozo oscila

entre 15 y 40 l/s.

Acuífero aluvial: la forma del depósito, la granulometría y los cambios laterales y verticales de la

litofacie, son los factores que controlan su comportamiento hidrogeológico. Conformado en su

parte superior por un paquete de arcilla; se recarga por infiltración en los flancos de las sierras del

sur y oriente. Tiene una productividad por pozo de 20 a 70 l/s.

Acuífero Basáltico: Conformado por corrientes de lava y piroclásticos de todos los tamaños. Los

pozos ubicados allí experimentan una producción de 50 a 140 l/s.

El modelo conceptual de la porción sur de la cuenca ha permitido identificar dos unidades

permeables más profundas: un acuífero intermedio y otro profundo. Ambos están pobremente

caracterizados, pero se les considera independientes del acuífero principal. El acuífero intermedio


36

se compone de depósitos volcánicos del Mioceno. La formación subyacente de calizas del

Cretácico puede también ser un acuífero. En los lugares donde la formación de calizas se

encuentra expuesta (la parte exterior de la porción sur de la cuenca) es donde generalmente se

efectúa la explotación de agua subterránea.

Históricamente, el principal acuífero abastecedor de agua estuvo sujeto a la presión artesiana, de

manera que todos los pozos del fondo del valle llevaban el agua a la superficie sin necesidad de

bombeo. Los gradientes hidráulicos naturales provocaban que el agua ascendiera sobre los

acuitardos arcillosos. La proliferación de pozos en los últimos cien años ha cambiado las

condiciones hidrológicas naturales. Ahora, los gradientes y el flujo en las capas superiores de los

depósitos se encuentran, generalmente revertidos, hacia las zonas de mayor extracción.

Aunque el volumen de agua almacenada es muy grande, su calidad es susceptible de sufrir un serio

deterioro, debido la permanente actividad que tiene lugar sobre el acuífero. La falta de tratamiento

a las aguas residuales y el control insuficiente de los desechos han colocado a este acuífero y a

todo el sistema de distribución de agua en riesgo de contaminación microbiológica y química.

Además, el uso del acuífero se ve restringido debido a una serie de problemas relacionados con el

hundimiento del suelo, llamado subsidencia. En efecto, desde que se inició la explotación del

agua subterránea en el siglo XIX hasta 1999, el constante descenso en los niveles de agua

subterránea han provocado una subsidencia cercana a los 7.5 metros en el centro de la Ciudad de

México. Este hundimiento ha aumentado la propensión natural de la ciudad a las inundaciones, al

tiempo que ha dañado la infraestructura urbana.

Ante esta grave situación el gobierno mexicano por intermedio de la Comisión Nacional del Agua

expidió la norma NOM-003-CNA de 1996 ,que lleva como título “Requisitos durante la

construcción de pozos de extracción de agua para prevenir la contaminación de acuíferos¨.


37

Fg.31 Asentamiento del terreno en el Valle de México


38

HHIIDDRROOGGEEOOLLOOGGÍÍAA DDEE LLAA SSAABBAANNAA DDEE BBOOGGOOTTÁÁ

Fig. 32 Hidrogeología de la Sabana de Bogotá

La Sabana de Bogotá se localiza en promedio a 2650 m. de altitud sobre el eje de la cordillera

Oriental de Colombia. Geomorfológicamante se diferencian dos zonas: La plana, ubicada hacia la

parte central de área en donde se concentra la mayor parte de la población, y la de Relieve

montañoso con una parte habitada, otra dedicada a la minería de tajo abierto (canteras, gravilleras

y chircales).

La zona plana es drenada por el río Bogotá, que corre en sentido Noreste-Sureste con sus

afluentes Tunjuelito, Fucha y Juan Amarillo. Las zona montañosa es drenada por los ríos

Tunjuelito, San Francisco y quebradas de menor caudal que corren en sentido Sur-Norte y Este-

Oeste que al entrar a la zona plana, sus cauces se utilizan como canales de conducción de las aguas

servidas de la capital a los ríos Bogotá y Tunjuelito.


39

ESTRATIGRAFÍA

Geológicamente se localiza sobre un extenso relleno sedimentario y está rodeada por los cerros

constituidos por rocas de tipo arenisca, arcillocitas y conglomeradas.

En estudios realizados por INGEOMINAS (1992) se localizaron afloramientos de diferentes

formaciones geológicas conformadas por rocas sedimentarias de origen marino y continental, que

en orden cronológico, de las más antiguas a las más recientes, es (ver figura 33):

Grupo Cáqueza

Arenisca Cáqueza

Grupo Villeta

Formación Fómeque

Formación Une

Formación Chipaque

Grupo Guadalupe

Formación arenisca dura

Fig. 33 Bancos de areniscas de la Formación Dura. Carretera Tabio- Subachoque.


40

Formación planeares

Fig 34 Afloramiento de la Formación Plaeners. Sección de Mondoñedo.

Formación arenisca Labor

Formación arenisca Tierna.

Fig: 35 Contacto neto y concordante entre las formaciones Tierna y Guarduas


41

Formación Guaduas: aflora en los cerros de Suba, en el Piedemonte de los cerros Orientales y

en los sectores Sur y suroeste de Santafé de Bogotá.

Formación Cacho: Aflora a lo largo del Piedemonte Oriental de Santafé de Bogotá, haciendo

parte del flanco occidental del anticlinal de Bogotá.

Formación Bogotá: Aflora en los flancos del sinclinal de Usme - Tunjuelito

Formación arenisca de la Regadera: aflora hacia la parte media en las ladras del valle del río

Tunjuelito, haciendo parte del sinclinal Usme - Tunjuelito.

Formación de Usme: La parte inferior aflora a lo largo del eje sinclinal de Usme - Tunjuelito.

Formación Tunjuelo: Aflora a lo largo del piedemonte oriental de Santafé de Bogotá, se

presentan en el valle del río Tunjuelito, entre Yomasa y la escuela de artillería.

Formación Sabana: Constituye la mayor parte de la superficie plana del área de estudio. Se

divide en:

Depósitos aluviales, terrazas bajas y altas: Los afloramientos son escasos y su delimitación se

realiza exclusivamente con base geomorfológica. Algunos de los afloramientos están

constituidos por limos y arenas.

Coluvión: Sus mejores afloramientos se presentan en los Piedemonte Oriental, Suroriental y

suroccidental de área.

Fig.36: Segmento B de la Formación Chipaque. Vereda Gazuza. Municipio de Manta.


42

Figura 37 Corte Geológico de La Sabana de Bogotá

Suelos residuales: Son importantes por su espesor y se encuentran localizados en la parte Suroeste,

son arcillosos, su permeabilidad es baja y su comportamiento geomecánico es pobre.

Rellenos de excavación: Son depósitos resultantes de obras urbanas para adecuarlos como

terrenos para desarrollo de vivienda; se realizan en zonas pantanosas y deprimidas, donde el

material utilizado es el sobrante de las excavaciones. Estos depósitos abundan principalmente

en los alrededores de Guaymaral, Aeropuerto el Dorado, autopista norte y Norte de Bosa.

Rellenos de Basura: Están conformados por desechos sólidos que produce la ciudad y que se

han concentrado sobre los lechos relativamente impermeables, previamente excavados y

acondicionados. Se destacan los rellenos sanitarios del Cortijo, Gibraltar, Santa Cecilia y Doña

Juana.

Por la formación tectónica y estructural, el área de trabajo se ha dividido en tres

partes:

Bloque al norte de la falla de Usaquén: Bajo los sedimentos de la sabana, de los cerros de

suba, Cota-Chía y Tabio-Tenjo (que corresponden a estructuras anticlinales), los valles que

separan estos cerros parecen haberse formado sobre depresiones estructurales de forma

sinclinal. La falla de Usaquén interrumpe la continuidad de los cerros Orientales hacia el

norte, sitio a partir del cual los cerros Guadalupe y Monserrate aumentan de altura

CCOONNVVEENNCCIIOONNEESS

FFOORRMMAACCIIÓÓNN SSAABBAANNAA

FFOORRMMAACCIIÓÓNN BBOOGGOOTTÁÁ

FFOORRMMAACCIIÓÓNN GGUUAADDUUAASS

FFOORRMMAACCIIÓÓNN GGUUAADDAALLUUPPEE

FFOORRMMAACCIIÓÓNN VVIILLLLEETTAA

FFOORRMMAACCIIÓÓNN CCÁÁQQUUEEZZAA

FFAACCAATTAATTIIVV

ÁÁ MMAADDRRIIDD

BBOOGGOOTTÁÁ


43

notoriamente y el bloque central presenta desplazamiento lateral. La falla de Usaquén está

cartografiada en los cerros orientales de la sabana, pero parece prolongarse más al suroriente

por varias decenas de kilómetros. Debido a su alineamiento en la parte sur de los cerros de

Suba, Cota-Chía y Tabio-Tenjo y el control y alineamiento del cauce del río Juan Amarillo.

Bloque al sur de la falla San Cristóbal: Se localiza al sur del bloque central teniendo como

limite la prolongación de las fallas de San Cristóbal - Facatativá. Como estructuras

sobresalientes se mencionan el sinclinal de Usme-Tunjuelito y la falla del río Tunjuelito, que

parecen curvarse al noroeste y la falla de San Cristóbal.

Bloque central: Limita con los bloques norte y sur y por las fallas de Usaquén y San Cristóbal-

Facatativá, respectivamente. En este sector tiene la mayor amplitud y profundidad del relleno

de la Sabana. Esta falla se pone en contacto con la formaciones Guaduas y Guadalupe sobre la

parte media baja de los cerros Orientales, su traza esta bien definida pero luego de Usaquén

no se tiene conocimiento de su continuidad.

A continuación se resumen las estructuras más importantes, las cuales se pueden apreciar en la

figura 38..

Fig.38 Corte Geológico de La Sabana de Bogotá


44

Anticlinales:

Bogotá

Usaquén

Suba

Juaica

Nemocón

Sopó

Sinclinales:

Bogotá

Usaquén

Suba

Fig.39 Sinclinal de Checua en la localidad de Cucunubá

Fallas:

En los cerros orientales

Bogotá

Alto del Cabo

Chicó

De la Vieja

En el cerro de Suba

Los lagartos

Suba

En Tabio y Tenjo


45

Juaica

Otras

Fig: 40 Fallas y anticlinales en la Sabana

Fig: 41 Sinclinal de Subachoque, formando el Valle, aflora la formación Guaduas (K2E1g) y hacia

los flancos las unidades del grupo Guadalupe (K2d, K2p y K2


46

PRINCIPALES ACUÍFEROS

Los acuíferos mas importantes de la Sabana de Bogotá, están presentes en las formaciones

Labor y Tierna, Arenisca Dura, Tilatá, Depósitos de Terraza Alta y Arenisca del Cacho

(INGEOMINAS-CAR, 1993).

Los acuíferos presentes en la formación Labor y Tierna se clasifican con gran a moderada

importancia hidrogeológica y tienen gran potencial. La formación Labor y Tierna está constituida

de la base al techo como sigue: En la base está constituida por areniscas blancas y amarillentas,

cuarzosas, de grano fino a medio en estratos hasta de 6 m. En la parte media abundan las lodolitas

y liditas gris claras compactas. En el techo está formada por areniscas blancas de grano medio,

grueso y conglomerático cuarzosas y friables, con estratos de 2 a 3 m, eventualmente separados

por delgadas capas de lodolitas, limolitas y arcillolitas amarillentas. Espesor entre 200 y 500 m,

depositada en ambiente marino somero. Se han perforado 132 pozos con profundidades entre 60

y 600 m y caudales entre 0,9 y 18 l/s. El agua se extrae con bombas sumergibles, especialmente

para consumo humano y para riego. Se estimó el volumen de agua de almacenada en 35400

millones de m³ (Malaver y Méndez ,1996). El agua proveniente del grupo Guadalupe es de buena

calidad, de baja salinidad.

Los acuíferos de la formación Arenisca Dura se clasifican en gran a moderada importancia

hidrogeológica, arrojando caudales entre 2 y 35 l/s. Los acuíferos de Terraza Alta y Cacho tiene

poca importancia hidrogeológica, reportando caudales entre 0.1 y 10 l/s.

Los acuíferos de la Formación Tilatá tienen de gran a moderada importancia hidrogeológica. La

formación Tilatá está constituida por gravas, arenas grises y cantos angulares de areniscas

principalmente, con intercalaciones de arcillolitas abigarradas y eventualmente turba. Edad

Plioceno-Pleistoceno. Espesor 100 – 180 m, depositada en ambiente fluvio – lacustre. Se han

perforado 50 pozos con profundidades entre 200 y 600 m y caudales de 1 a 40 l/s. Son explotados

con bombas sumergibles principalmente para riego y consumo humano.


47

CCOOLLUUMMNNAA LLIITTOOLLÓÓGGIICCAA DDEE UUNN PPOOZZOO EENN PPAALLMMIIRRAA ((VVAALLLLEE))

Como ilustración de la forma de reportar la estratigrafía de pozos de agua, en la figura 42, se

muestra la columna litológica obtenida, cuya descripción es:

1. Suelo arcilloso café oscuro (0-0.60m).

2. Arcilla limosa a gris pardusca blanda con manchas blancas blanda (0.60-2.00m).

3. Arcilla gris a gris pardusca blanda suave algo plástica con abundantes gránulos de arena fina

oxidada. (2.00-6.00m).

4. Arcilla igual a la encontrada entre 2.00 y 6.00m pero con algunos guijarros finos a medios 15%

fracturados por la broca (6.00-10.00m).

5. Arcilla gris limosa a gris pardusca, blanda, suave algo plástica (10.00-20.00m).

6. Arcilla verdosa a gris verdosa blanda, suave plástica (20.00-30.00m).

7. Limo arenosa gris verdosa blanda suave con granos hasta término fino (30.00-44.00m).

8. Arena gris granos de muy finos a medios pero principalmente finos a medios, irregulares,

angulares a subangulares regular a buena selección de rocas verdes y cuarzos (44.00-49.00m).

9. Limo arenoso igual al encontrado entre 36.00 y 44.00m (49.00-50.00m).

10. Arena girs, granos de finos a muy gruesos pero principalmente medios a gruesos, irregulares,

angulares a subangulares regular a buena selección de rocas verdes y cuarzo (50.00-64.00m).

11. Arcilla limosa gris verdosa blanda suave algo plástica con un 5% de arena. Igual a la

encontrada entre 50.00 y 64.00m (64.00-75.00m).


48

(m) (m) (m) (m)

1,00 61,00 121,00 181,00

2,00

3,00

64,00

125,00

6,00 186,00

9,00 129,00

10,00 70,00 130,00 190,00

73,00

15,00 135,00 195,00

138,00

20,00 80,00 140,00 200,00

141,00

25,00 85,00 145,00 205,00

30,00 90,00 150,00 210,00

211,00

35,00 95,00 155,00

216,00

40,00 100,00 160,00 220,00

44,00

105,00 165,00 225,00

49,00

50,00 110,00 170,00 230,00

55,00 115,00 175,00 235,00

60,00 120,00 180,00 240,00

Figura 42 Columna Litológica de un pozo en Palmira (Valle)


49

12. Arena gris. Granos de finos a muy gruesos pero principalmente gruesos a muy gruesos,

irregulares, angulares a subangulares, regular a buena selección de rocas verdes y cuarzo +/-

15% guijarros muy finos a finos (75.00-85.00m).

13. Arcilla gris verdosa blanda, suave plástica con trozos pequeños de suelo fósil café oscuro

(85.00-90.00m).

14. Arcilla limosa gris verdosa blanda suave algo plástica con limo arcilloso parda blando untuoso

(90.00-129.00m).

15. Arcilla y arena grises 80% arcilla igual a la anterior y 20% de arena gris. Granos de finos a

medios irregualres angulares, a subangulares, regular selección de rocas verdes y cuarzo

(129.00-138.00m).

16. Arcilla gris verdosa blanda algo plástica con abundante limo arcilloso pardo oscuro, blando.

Entre 168.00 y 170.00 se observa gran cantidad de suelo fósil café oscuro al igual que entre

180.00 y 182.00 (138.00-186.00m).

17. Arena gris. Granos de finos a muy gruesos, pero principalmente medios a gruesos, irregulares,

angulares a subangulares, regular selección de rocas verdes y cuarzo. 10% guijarros de muy

finos a finos, irregulares, subangulares, a subredondeados, regular selección de rocas verdes y

cuarzo (186.00-216.00m).

18. Grava y arenas grises 70% guijarros de muy finos a medios, irregulares, subangulares a

redondeados regular a buena selección de rocas verdes y cuarzo. Gran canrtidad de guijarros

fracturados por la broca 30% arena, igual a la encontrada en el tramo 186.00-216.00 (216.00-

240.00m).


50

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