La interacción agua-roca y sus efectos en la adquisición y modelado de datos geofísicos.

Resumen

La mayoría de las técnicas geofísicas tienden a verse afectadas por factores que modifican la sensibilidad de la señal, generando importantes limitaciones durante la toma de datos en campo e, incluso, durante el procesamiento de éstos. Uno de ellos se produce por la interacción del agua con las rocas y suelos, lo que que puede generar diversos escenarios dificultando la adquisición de datos claros y confiables, sin embargo, esta interacción no es solo un elemento que limite las técnicas geofísicas, sino que además, se convierte en el principal indicador durante la búsqueda y prospección de objetivos geohidrológicos.

Int roducción

En la actualidad las técnicas geofísicas, desarrolladas para la exploración y prospección de recursos naturales o el monitoreo de plumas contaminantes, sufren alteraciones por factores que empobrecen o enmascaran la respuesta obtenida, al medir diferentes propiedades físicas en el subsuelo, en particular, durante el modelado de datos algunas anomalías no representan fielmente la magnitud de la propiedad física medida en campo, (conductividad, densidad, velocidad, permitividad dieléctrica), o bien, se presentan con geometrías distintas a las esperadas, por consiguiente, se obtienen imágenes ruidosas o empobrecidas, que dificultan el proceso de interpretación. Estos factores se originan, entre otras razones, por la interacción agua-roca/suelo que se produce por la infiltración del agua desde la superficie, o mediante el flujo de las aguas subterráneas. Así pues, la interacción agua-roca/suelo produce alteración en la magnitud de algunas propiedades físicas medidas mediante diferentes técnicas geofísicas, sin embargo en ocasiones este fenomeno es uno de los factores buscados al desarrollar proyectos de carácter geohidrológico para la explotación de aguas subterráneas.

Efecto s de la interacción agua-roca

Es importante considerar que la mayoría de rocas y materiales en el subsuelo están o han estado en contacto con cuerpos o elementos de agua, y que, en algunos casos ésta ha modificado las propiedades físico-químicas de las rocas. Por ejemplo, la disgregación de rocas sedimentarias por disolución (proceso kárstico), el fracturamiento de rocas por expansión térmica, o bien, el aumento en el índice de humedad, debido a la relación saturación de agua-temperatura en estructuras vulcano-sedimentarias (tobas),  en consecuencia, las respuestas de algunas técnicas geofísicas tienden a ser notoriamente distintas en ausencia de agua.

En primer lugar, la karsticidad producida en algunas rocas sedimentarias −como el yeso y las calizas−, provoca empobrecimiento en la magnitud de la señal eléctrica, causando disminución en la resistividad, mapeando con ello cavernas con hasta 800 Ohm-m (o menos), en calizas, aunque estas se caractericen por poseer resistividades altas del orden de 3000 a 5000 Ohm-m, de manera que, durante el procesamiento de tomografías eléctricas, por ejemplo, se enmascaren aquellas cavidades de dimensiones pequeñas independientemente del arreglo y espaciamiento electródico implementado.

En segundo lugar, el fracturamiento de rocas por expansión térmica que se produce al infiltrarse el agua en la roca -a través de poros y diaclasas –, y congelarse y posteriormente  fracturarla, generando con ello espacios que pueden afectar la adquisición y el procesamiento de datos, dependiendo si estos espacios se encuentran o no con agua, esto puede verse reflejado en el disminución de velocidad de onda “P”, ausencia de onda “S”, aumento o disminución de la resistividad, o en el incremento de reflexiones múltiples, para el caso de la exploración sísmica, eléctrica y electromagnética (GPR), respectivamente.

Por ultimo y siendo este último caso un gran reto a vencer en el campo de la geoelectricidad, tiene lugar durante el mapeo y caracterzación de oquedades y cavidades, las cuales al ser espacios vacios se caracterizan por presentar reistividades altas del orden de cientos hasta miles de Ohm-m dependiendo de su matriz (litología) y del estado fisico mismo de la estructura en donde la relacion saturación de agua-temperatura juega un papel determinante para una correcta caracterización de la misma y es que el problema surge cuando el contenido de humedad se incrementa debido al agua almacenada en la cavidad y que al someterse a temperaturas ambientales altas (por ejemplo un dia caluroso en la Ciudad de México 27°C), el agua se convierte en humedad al estar en un cerrado y a la sombra pero sus paredes y techo radian calor al interior de la caverna lo que incrementa la humedad en el espacio "vacio" que ahora se encuentra ocupado por una fracción de particulas de agua infinitamente pequeñas, las cuales transportaran electrones a traves del espacio "vacio" lo que se vera reflejado como un anomalia de resistividad baja-media y no como se esperaria media-alta enmascarando asi la presencia de cavidades. Ests problematica se convierte en un factor de riesgo en zonas urbanas donde la mayoria de las cavidades existentes ha quedado sin registro debido al rapido creciemiento de la mancha urbana.

Hasta ahora se han abordado los efectos que el agua causa en diferentes tipos de roca durante la adquisición y modelado de datos geofísicos, empobreciendo o limitando la magnitud en ellos, no obstante, esta interacción es altamente aprovechada en el flujo de las aguas subterráneas, ya que estos fenómenos se convierten en excelentes indicadores de sitios propicios para la implementación de pozos para la explotación de aguas subterráneas en rocas volcánicas y sedimentarias, que dependiendo de su fracturamiento y tipo de matriz se convierten en excelentes aportadores de agua una vez perforado y entubado el pozo.

Conclusiones

Se ha hablado de la interacción agua-roca y de los efectos que tiene en la respuesta de la señal de algunas técnicas geofísicas –sísmica de refracción, tomografía eléctrica y radar de penetración terrestre–, en donde esta interacción modifica la magnitud de las propiedades físicas medidas. Sin embargo y dependiendo de los objetivos de estudio, esta interacción llega a ser un efecto de enmascaramiento y empobrecimiento de la señal para la detección de anomalías, o bien, un indicador para la detección de zonas propicias para implementación de pozos en objetivos geohidrológicos. Por tal manera, es imprescindible conocer y entender la interacción del agua y las rocas para resolver problemas de manera integral, que permitan ser aprovechados para el beneficio (recursos naturales) y seguridad de la sociedad (protección civil).

Asi mismo es importante centrar la atención en la física de este problema, ¿cómo es el enmascaramiento y empobrecimiento de la señal en el subsuelo?, ¿Qué pasa ahi abajo?, ¿Qué sucede con las líneas equipotenciales?, ¿Qué alteraciones sufre el campo eléctrico?, ¿Qué ecuaciones podrían modelar este fenomeno?.

Es evidente que existen muchas preguntas ante estos casos, el objetivo ahora, es brindar respuestas por lo que aún hay mucho que hacer en este campo poco estudiado de la geofísica, el modelado directo y la simulación numérica.

Referencia s

Milson, J., 2003, Field Geophysics 3th Ed., Wiley, England

Oliva M.A., 2015, Estudio geofísico de resistividad eléctrica en la modalidad de tomografía eléctrica para explorar las condiciones generales del subsuelo en un predio de la colonia Tlalpan, México D.F.