EXPLORACIÓN GEOLÓGICO- GEOFÍSICA PARA EL CONTROL DE INFILTRACIONES DE AGUAS ACEITOSAS HACIA ACUÍFEROS PROFUNDOS, CASANARE, COLOMBIA

Fuentes Fuentes María del Carmen (1)

(1) Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Sede Sogamoso Dirección: Calle 4 Sur No. 14-69, Sogamoso, Boyacá, Colombia. Email: marcaf_geo@yahoo.com

Pinto Morales Luis Humberto (2)

(2) IGEOSOFTMINE Colombia, Dirección: Calle 4 Sur No. 14-69, Sogamoso, Boyacá, Colombia.

Email: pintomoraleshumberto@yahoo.com RESUMEN El presente trabajo trata sobre las investigaciones realizadas por especialistas de la Empresa IGEOSOFTMINE Colombia, para la empresa de Prospección y Exploración de Petróleo “Perenco Colombia Limited”, en el Departamento de Casanare, Colombia, los cuales tenían como objetivos:

Establecer la posibilidad de encontrar acuíferos. Diferenciar capas permeables o impermeables, saturadas o no de agua. Seleccionar los sitios óptimos para la perforación y ubicación de piezómetros.

Se realizaron estudios de permeabilidad, de Sondeo Eléctrico Vertical y registros de pozos, en sitios cercanos a las zonas de explotación de la empresa, los cuales aportaron resultados satisfactorios, siendo un paso favorable en la toma de medidas para el control de infiltraciones de aguas aceitosas hacia acuíferos profundos, contribuyendo en el cuidado y conservación de este valioso recurso que es el agua subterránea para estas regiones donde hay temporadas largas de sequía en todo el año, y que sin dudas, en un futuro se convertirá en la principal fuente de abastecimiento para la población.

Los resultados obtenidos permitieron la ubicación de los piezómetros que en la actualidad permiten controlar la calidad del agua cercana a la región de las piscinas de sedimentación de la empresa.

Palabras claves: geofísica, SEV, hidrogeología. INTRODUCCIÓN La empresa IGEOSOFTMINE Colombia, realiza trabajos de exploración geofísica, los cuales son contratados por diferentes empresas estatales y privadas. Su misión es: Brindar servicios geofísicos de alta calidad aplicados a la geología, minería, geotecnia, estudios ambientales, prospección y exploración, búsqueda de aguas subterráneas, perforación de pozos profundos, control de voladuras y vibraciones del terreno, etc., así como asesorías, consultorías y visitas técnicas. Y su visión es: Fortalecer su liderazgo en la exploración del subsuelo Colombiano mediante estudios geofísicos geoeléctricos, Magnetométricos, gravimétricos, sísmicos, etc., tanto en superficie como en pozos, efectuados por profesionales expertos en la rama geológica y minera, mediante el empleo de equipos y softwares de alta tecnología que garantizan la realización de mediciones con gran precisión y calidad.

El Objeto de estudio es el medio geológico- minero- ambiental en interacción con los campos físicos representantes de heterogeneidades de interés económico- social y cultural, en las investigaciones que así lo requieran.

En este sentido, el trabajo presentado, se desarrolla en las estaciones Sardinas, Trinidad, Tocaría y La Gloria, pertenecientes a la empresa de Prospección y Exploración de Petróleo “Perenco Colombia Limited”, en el Departamento de Casanare, Colombia. (ver foto 1).

Figura 1. Localización de las áreas de estudio. MATERIALES Y METODOS Para el control de las infiltraciones de aguas aceitosas en estas áreas, se realizaron sondeos eléctricos verticales, distribuidos estratégicamente, alrededor de las piscinas de sedimentación y tratamiento de aguas residuales, se realizó un estudio de permeabilidad de los suelos y finalmente se buscaron sitios adecuados para la ubicación de piezómetros que permitien el monitoreo continuo de la calidad de agua subterránea, midiendo a su vez la profundidad del nivel freático en diferentes épocas de año. ver fotos 1, 2, 3 y 4.

Foto 1. Vista de la toma de datos en el punto 1. Foto 2. Vista de la toma de datos en el punto 2.

Foto 3. Vista de la toma de datos en el punto 3. Foto 4. Vista de la toma de datos en el punto 4.

SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL (S. E. V.) El método de Sondeo Eléctrico Vertical forma parte de un grupo de métodos geoeléctricos que son denominados métodos de resistividad, que estudian el comportamiento de la resistividad aparente en el medio geológico, luego de la inserción de corriente (I), que se hace pasar a la tierra mediante electrodos de alimentación (A y B), bajo el fundamento de la Ley de Ohm. Después de un cierto intervalo de tiempo, esta corriente primaria es interrumpida y se crea un campo eléctrico secundario que es captado por electrodos de medición (M y N). Si se procede a la medición de la intensidad de corriente IAB y de la diferencia de potencial ΔUMN (Ver la figura No 1), se puede calcular el parámetro de la resistividad aparente por la fórmula: ρa = K x ΔUMN / IAB [Ohm . m] (1.1)

A M O N B

MULTIAMPERIMETRO

MULTIVOTRIMETROV

I

Figura 2. Dispositivo Schlumberger, (simétrico de 4 electrodos).

La posición mutua de A, M, N, B, forman un dispositivo de electrodos (dispositivo Schlumberger 1 ); su distancia y posición, dependen del carácter de la tarea geológica a resolver. En medios heterogéneos, la ρa se convierte en una magnitud convencional que tiene dimensión de la magnitud de la resistividad específica. Esta magnitud se llama la resistencia específica aparente ó resistividad aparente, siendo ésta, la resistencia que ofrece un cuerpo al paso de la corriente de modo perpendicular a una de sus caras. El parámetro ρa, depende de K (constante geométrica del dispositivo de medición) la cual está en función de las distancias entre los electrodos de alimentación y de medición. K = 2π/ (1/rAM - 1/rBM - 1/rAN + 1/rBN) (1.2) La diferencia de potencial ΔU entre los electrodos de medición (ΔUMN) puede ser expresada según la fórmula: ΔUMN = UM - UN = ρ IAB / 2π(1/ rAM - 1/ rBM - 1/ rAN + 1/ rBN ) (1.3) Donde: UM y UN son los potenciales en los electrodos de medición (M y N), rAM, rBM, rAN, y rBN son las distancias mutuas entre los electrodos, ρ es la resistividad eléctrica, (aparente) IAB es la intensidad de corriente entre los electrodos de alimentación (A y B). Se estima que la profundidad de investigación, depende directamente de la distancia entre los electrodos de alimentación.

El valor de la resistividad aparente depende de la composición del corte geoeléctrico a estudiar, por esta razón, al proyectar trabajos geoeléctricos en una región, deben conocerse de antemano, las características geológicas, hidrogeológicas, etc. Los trabajos de campo consisten en medir repetidas veces en un punto de observación, la diferencia de potencial (ΔU) y la intensidad de corriente (I), para una sola posición de los electrodos de medición, variando la distancia entre los electrodos de alimentación como se aprecia en la figura Nº 3.

1 C. M. Schlumberger fue el autor de este dispositivo de medición para los métodos geoeléctricos.

A” A ´ A M O N B B´ B”

Figura 3. Esquema del dispositivo de electrodos de SEV

Los electrodos A y B, son varillas metálicas de una aleación de hierro (polarizables), que transmiten desde 200 hasta 1000 voltios según el requerimiento; los M y N, son electrodos no polarizables, consistentes en dos varillas de cobre las cuales permiten obtener las diferencias de potencial a través del intercambio iónico con el terreno. El equipamiento empleado en este estudio está compuesto por un equipo transmisor, y un receptor ambos digitales, marca DIAPIR VP-17, de fabricación Húngara, portátiles de alta precisión, ambos interconectados entre sí, los cuales hacen que el método sea más rápido y productivo.

La interconexión se realiza mediante un cableado, que hace que en el equipo receptor se lean automáticamente los valores de la diferencia de potencial ΔU y de la intensidad de corriente (I), para las diferentes posiciones del sistema de electrodos. El procesamiento de los datos comienza con la utilización de programas de computación destinados para estos fines, a los cuales se les introducen los datos de campo. Como las mediciones son puntuales según los principios de medición del SEV, se obtendrán curvas representativas del corte geoeléctrico que se encontrará por debajo del punto de observación, las cuales son representadas en escala bilogarítmica para atenuar los efectos heterogéneos de las resistividades, donde, en el eje de las ordenadas se encuentran los valores de resistividades aparentes (�*m), y en el eje de las abscisas se encuentran las dimensiones de AB/ 2 (m). Luego se procede a la interpretación y análisis de los resultados. El objetivo principal de la interpretación de las curvas de SEV, es llegar a conformar el corte geológico que compone un perfil de estudio, utilizando los espesores y profundidades que se han determinado empleando ábacos de curvas teóricas, a través de un procesamiento manual o computarizado. El procedimiento a seguir tanto automático como manual, consiste en comparar las curvas de campo obtenidas y las curvas teóricas que se encuentran en estos juegos de curvas patrones. Finalmente, a través de esta superposición se determinan los valores de las resistividades aparentes y los espesores y profundidades de las litologías presentes por debajo del subsuelo. TOMA DE REGISTROS EN POZOS Para obtener una información del estado de las litologías dentro de los pozos, se obtuvieron los registros correspondientes, lo cual permitió el diseño de los piezómetros.

Foto 5. Estación de registros de pozos. ESTUDIO DE PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS Se realizaron ensayos mecánicos, donde se obtuvieron muestras para el análisis en laboratorio según se muestra en las fotografías siguientes:

Foto 7. Muestras obtenidas.

Foto 6. Toma de muestras. Se emplearon los criterios de Clases de terrenos de Bredding: Tabla 1. Criterios de clases de terrenos de Bredding.

RESULTADOS

En este trabajo se llevaron a cabo un total de ocho SEV, cuyos resultados más representativos se aprecian en las tablas 1, 2, 3, 4 y en las figuras 4, 5, 6 y 7. Tabla 2. Datos obtenidos con el S. E. V. – 1

CAPA PROFUNDIDAD RESISTIVIDAD INTERPRETACIÓN GEOLÓGICA

(metros) (Ohmios-m)

1 0 – 1.2 79.1 Suelo arenoso

2 1.2 – 3.7 43 Arcillas

3 3.7-7.4 138 Arenas

4 ---- 23 Arcillas

Nivel Freático: 1.6 m Tabla 3. Datos obtenidos con el S. E. V. – 2

CAPA PROFUNDIDAD RESISTIVIDAD INTERPRETACIÓN GEOLÓGICA

(metros) (Ohmios-m)

1 0 – 1.0 83 Suelo arenoso

2 1.0 – 3.2 40 Arcillas

3 3.2-9.1 122 Arenas

4 ---- 19 Arcillas

Nivel Freáti .2 m Tab el S. E. V. – 3

IDAD INTERPRETACIÓN GEOLÓGICA

co: 1

la 4. Datos obtenidos con

CAPA PROFUNDIDAD RESISTIV

(metros) (Ohmios-m)

1 0 – 1.1 81 Suelo arenoso

2 1.1 – 4.9 25 Arcillas

3 4.9-12 147 Arenas

4 ---- 32 Arcillas

Nivel Freáti .4 m

Tab el S. E. V. – 4

ID D INTERPRETACIÓN GEOLÓGICA

co: 1

la 5. Datos obtenidos con

CAPA PROFUNDIDAD RESISTIV A

(metros) (Ohmios-m)

1 0 – 0.8 73 Suelo arenoso

2 0.8 – 5.1 22 Arcillas

3 5.1-11 129 Arenas

4 ---- 52 Arcillas

Nivel Freáti .5 m

co: 1

Figura 4. Curva de SEV. Estación La Gloria.

Figura 6. Curva de SEV. Estación Trinidad.

Figura 5. Curva de SEV. Estación Sardinas.

Figura 7. Curva de SEV. Estación Tocaría.

Uno d

e los registros obtenidos en pozos, se aprecia en la figura 9.

Figura 9. Registros de pozos obtenidos en el punto 1.

Los estudios de permeabilidad permitieron obtener la siguiente tabla: Tabla 6. Resultados generales obtenidos con los estudios de permeabilidad.

LIT OLOGIAProf (m) DESCRIPCIÓN

N=1.019.555 E=991.299 SEPTIEMBRE DE 2004

S ec uenc ia de arci llas de tonalidades c afés, muy ex pansivas

A renisc a grano fino de tona lidades grisáceas ,c on permeabil idad media

S ec uenc ia de arenis ca grano muy fino, intercaladas por capas de arcillas de tonal idades c afé, de muy baja permeabil idad por s u al to grano de plas tic idad

Finalmente se ubicaron los piezómetros de la forma que se observa en las fotos 8 y 9.

Foto 8. Instalación de piezómetros.

Foto 9. Piezómetro instalado.

CONCLUSIONES El trabajo se desarrolló sobre un depósito matriz-soportado (arcillo-arenoso), de origen aluvial (Qal), compuesto por arcillas, gravas y arenas. Los sondeos (S.E.V.), realizados muestran continuidad de los materiales enprofundidad por lo que se realiza una descripción general de los perfiles, para másdetalle ver perfiles geoeléctricos y figuras 4, 5, 6, 7. Descripción General: Inicialmente encontramos suelo arenoso poco saturado (seco), con resistividad aparente de 70 a 80 ρ x m. Por debajo de este material se encuentra una capa arcillosa de continuidad lateral entre sondeos con resistividad aparente que varia entre 40 y 50 ρ x m, seguidamente, se presenta una capa arenosa con resistividad aparente de 120 a 150 ρ x m, y finalmente, se presenta una resistividad aparente de 25 ρ x m, la cual se asocia a niveles arcillosos blandos y bastante

saturados. Desde el punto de vista de la permeabilidad:

o En general los materiales encontrados en la exploración de suelos se clasifican como limos arcillosos, según la USC como CL, ML-OL y MH-OH.(USC=Sistema unificado de clasificación).

o Los valores de permeabilidad obtenidos en los suelos que conforman lafundación de las piscinas de oxidación hasta los 4 metros de profundidad,presentan valores promedios de permeabilidad de K= 8.56*10 -5.

o Realizada la correlación de los valores obtenidos en laboratorio con las tablas 3 y 4 de Hazen y de M.R. LLAMAS, el material de fundación de las piscinas hasta los 4 metros de profundidad se cataloga como permeabilidad muy pequeña, poco permeable a impermeable.

BIBLIOGRAFIA Pinto Morales L.H. y Fuentes Fuentes M.C.: Informe Técnico para la empresa deProspección y Exploración de Petróleo “Perenco Colombia Limited”, en el

epartamento de Casanare, Colombia. 2008.

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