Hidrogeología de la cuenca de la Pampa del Tamarugal, Región de

HIDROGEOLOGÍA DE LA CUENCA DE
LA PAMPA DEL TAMARUGAL, REGIÓN
DE TARAPACÁ
Luis López V.
Unidad de Hidrogeología
Departamento Geología Aplicada
Sernageomin
Agosto 2016
Introducción
• Objetivo Principal
– Obtención y presentación de información hidrogeológica básica a
escala 1:250.000, como parte de la “Carta Geológica de Chile”, Serie
Hidrogeología
• En este estudio se desarrolló un Modelo Conceptual
Hidrogeológico, que busca representar en forma simplificada
los elementos más importantes del sistema físico y su
comportamiento, basándose en todos los antecedentes
técnicos disponibles (geología, geofísica, hidrología,
hidrogeología, hidrogeoquímica e isotopía).
• En el mapa hidrogeológico se destaca la distribución espacial
de las unidades hidrogeológicas, isopiezas, direcciones de
flujo y la ubicación de las muestras de agua.
• El área de estudio cubre
una superficie de
22.332 km2
Base Geológica
Autor
Título
Hojas
Silva (1977)
Geología de las Hojas Pisagua y Zapiga, I
Región - Tarapacá - Chile
Cartas
1:100.000:
Tomlinson et al.
(2001)
Geología de la Precordillera Andina de
Quebrada Blanca - Chuquicamata,
Regiones I y II (20°30´-22°30´S)
Cuadrángulos
1:50.000:
Quebrada Caya, Copaquiri,
Ujina, Quehuita, Volcán
Miño, Cerro Yocas, Chitigua
Skarmeta
y
Marinovic (1981)
Hoja Quillagua, Escala 1:250.000.
Instituto Investigaciones Geológicas.
Carta Geológica De Chile
Cartas
1:250.000:
Blanco
(2012)
al.
Levantamiento geológico para el
fomento de la exploración de recursos
minerales e hídricos de la Cordillera de
la Costa, Depresión Central y
Precordillera de la Región de Tarapacá
(20°-21°S)
Cartas
Gardeweg et al.
(2013)
Geología
del
área
CollacaguaRinconada, Región de Tarapacá
Cartas
1:100.000:
Geológicas
Valenzuela et al.
(2014)
Carta Camiña, Regiones de Tarapacá y
de Arica y Parinacota
Cartas
1:100.000:
Geológicas
Cortés
(2014)
Geología de las Áreas Isluga y Sierra de
Huailla, Región de Tarapacá.
Cartas
1:100.000:
Geológicas
Morandé et al.
(2015)
Carta Guaviña, Región de Tarapacá.
Cartas
1:100.000:
Geológicas
Sellés
(2016)
Geología del área Pampa LirimaCancosa, Región de Tarapacá
Cartas
1:100.000:
Geológicas
et
et
et
al.
al.
Geológicas
Geológicas
Geológicas
1:100.000:
Iquique – Pozo Almonte,
Mamiña, Patillos – Oficina
Vitoria,
Guatacondo,
Quillagua – Salar Grande
Unidades
Hidrogeológicas
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•
•
•
A1: Forma acuíferos libres a semiconfinados dependiendo
de la proporción de sedimentos finos en la columna
estratigráfica y de la continuidad lateral de la porción fina.
Posee la principal importancia hidrogeológica debido a la
distribución areal y espesor que pueden alcanzar sus
sedimentos. Además, en esta unidad se observan la mayor
cantidad de pozos perforados.
A2: Forma acuíferos libres (donde aflora), pero
principalmente se presenta de manera semiconfinada a
confinada. La unidad confinante puede ser ignimbritas de
la unidad hidrogeológica C3. Su extensión areal y espesor
la sitúan como segunda en la importancia hidrogeológica,
a pesar de no tener una gran cantidad de pozos
perforados, dado el espesor de la cubierta sedimentaria
(UH A1) evidenciado por este estudio
A3: Forma acuíferos libres a semiconfinados, dependiendo
de la proporción de sedimentos finos en la columna
estratigráfica y de la continuidad lateral de la porción fina,
lo que le confiere transmisividades puntualmente bajas a
esta unidad hidrogeológica. Su extensión areal se
encuentra delimitada a las costras actuales de los salares
en superficie, aunque no se posee información
determinante de su relación de contacto lateral en
subsuperficie con las unidades hidrogeológicas vecinas
(A1 y B1 principalmente).
B1: Pueden formar acuíferos libres, semiconfinados y/o
confinados dependiendo de la superficialidad y la
presencia de niveles volcánicos que actuarían como
confinantes, aunque las pruebas de bombeo disponibles
entregan datos de transmisividades asociados a acuíferos
libres. Debido a la distribución de las unidades
mencionadas, es posible que predominen los acuíferos
semiconfinados a confinados por sobre los acuíferos
libres.
Unidades
Hidrogeológicas
•
•
•
C1: Puede formar acuifugos, acuicludos y acuíferos en roca
fracturada, dado que se ubica en la zona de la Precordillera,
donde, por su altura, se registran eventos de recarga por
precipitación. Esta unidad posee rocas que permiten que el
agua escurra superficialmente hasta las quebradas naturales
del sistema, o bien, el agua puede quedar entrampada en los
espacios generados por las fracturas y pliegues. En las zonas
donde las fracturas presentan interconexión el agua puede
moverse en acuíferos fracturados, inclusive aflorando en
superficie en forma de vertientes. Las agua de las Termas
Chuzmiza poseen las temperaturas más altas del área de
estudio (40,2°C), lo que hace pensar una circulación de agua a
gran profundidad a través de las estructuras presentes,
pudiendo ser calentadas mediante el gradiente geotérmico, sin
embargo, no se cuenta con datos específicos que permitan
determinar el origen y procesos que permitan el afloramiento
de agua a esas temperaturas.
C2: Puede formar acuifugos, acuicludos y acuíferos en roca
fracturada, pero no se tiene evidencia de la presencia de
algunos de estos acuíferos en esta unidad. La información
disponible corresponde a que esta unidad de ubica en una zona
de recarga por precipitación, asociada a la altura donde se
encuentra aflorando (Precordillera). La geología asociada a
edificios volcánicos en general son rocas impermeables o de
muy baja permeabilidad, la que estaría asociada a las fracturas
o a los contactos de las distintas formaciones geológicas o
depósitos volcánicos. La precipitación que ocurre en esta
unidad probablemente escurre por su superficie hacia las
quebradas naturales del sistema hídrico.
C3: La Ignimbrita Huasco, al tener baja permeabilidad primaria
puede tener dos tipos de comportamiento: el primero como
acuífero en roca fracturada si es que hay estructuras que la
afecten, o puede mostrarse también como borde impermeable
de un acuífero (acuifugo), que podría actuar como capa
confinante de A2. Si llega a albergar agua, lo hará en sus
fracturas, y el movimiento horizontal del agua dependerá de la
interconexión de las estructuras que la afecten. La ignimbrita
Tambillo, puede ser una capa confinante para la unidad A2 y
B1.
Unidades
Hidrogeológicas
•
•
•
C4: La posición geográfica de esta unidad, en la Cordillera de la Costa,
le resta importancia hidrogeológica por su baja recarga por
precipitaciones. En el caso de que ésta unidad albergue y transmita
agua, podría formar acuíferos libres, semiconfinados, confinados,
kársticos y/o en roca fracturada. Al ser una roca sedimentaria, la
compactación y consolidación de los sedimentos que la componen,
dependerá de si está expuesta en superficie o si es atravesada por
estructuras, dado que la permeabilidad puede aumentar por el
incremento de la conexión de poros, tanto por meteorización como
por fracturamiento. También presenta niveles que pueden formar
acuíferos kársticos donde la disolución de los carbonatos crean vías
preferentes de flujo, que a su vez, podrían actuar como capas
confinantes. La relación de esta unidad con los niveles piezométricos
no es clara, dado que no se cuenta con información de pozos
perforados en esta unidad..
C5: La ubicación geográfica de esta unidad, en la Cordillera de la
Costa, le confiere una baja recarga por precipitaciones, disminuyendo
así su potencial hidrogeológico. En el caso de que exista agua en esta
unidad, se podrían formar acuíferos libres, confinados y
semiconfinados. La litología que compone a esta unidad de gravas y
arenas le confiere una permeabilidad que le permitiría albergar y
transmitir agua, así como también, la presencia de intercalaciones de
tobas podría permitir la presencia de acuíferos en presión, tanto
semiconfinados como confinados. Sin embargo, la presencia de estos
acuíferos serían de superficies acotadas y no se cuenta con
antecedentes que permitan inferir la relación que podría tener esta
unidad con las unidades hidrogeológicas de mayor potencial
presentes en la Pampa del Tamarugal.
D1:En esta unidad se pueden encontrar acuífugos y acuicludos. En
particular, dada la escasa precipitación registrada en la Cordillera de
la Costa, y debido a la naturaleza de las rocas que componen a esta
unidad (metamórficas, ígneas intrusivas y volcánicas continentales),
se le asigna a esta unidad una baja a nula permeabilidad,
considerándose como el basamento hidrogeológico de la cuenca
(acuifugos). En las zonas donde se presentan intersecciones de
estructuras mayores con sus conjugados, la permeabilidad de la roca
puede aumentar, dando la posibilidad de almacenar agua,
(acuicludos), pero una vez más, la ausencia de precipitaciones que
puedan recargar a estos posibles acuíferos terminan por otorgarle un
muy bajo a nulo potencial hidrogeológico.
Geometría de la
Cuenca
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•
•
•
A partir de la modelación y reintrepretación de datos sísmicos
y gravimetrícos, se presenta la geometría compuesta por una
capa de RELLENO (formado por las UH A1, A2, A3, B1 y C3)
depositada sobre un BASAMENTO (formado por las UH C1, C2,
C4, C5 y D1).
Depocentro DC1, ubicado al E de Pica, entre las Quebradas
Saguachinca y de Infiernillo, donde se encuentran los
espesores máximos de RELLENO para toda el área de estudio,
alcanzando unos 1.700 m. Tiene una longitud de unos 30 km
con orientación NNO/SSE. Su ancho promedio es unos 12 km,
sin embargo, en su sección más ancha (al centro del
depocentro) alcanza unos 20 km.
Depocentro DC2, ubicado entre las Quebradas Cahuiza y
Guatacondo, con unos 1.350 m de espesor de RELLENO. Tiene
una longitud de unos 30 km con orientación NNE/SSO. Su
ancho promedio es de 15 km.
Los depocentros DC3 (ubicado en la Quebrada Sipuca, llega a
los 1.100 m de espesor de RELLENO), DC4 (ubicado entre las
Quebradas Sama y Tambillo o Seca, alcanzando los 1.100 m de
espesor de RELLENO) y DC5 (ubicado al S de la Quebrada
Tambillo o Seca, llega a los 1.200 m de espesor de RELLENO)
representan 3 depocentros locales de una gran depresión
ubicada en el extremo SE del área de estudio. Su longitud es de
unos 50 km, con un ancho promedio de unos 25 km.
Depocentro DC6, ubicado al NO del cerro Challacollo y al O de
DC2, muestra unos 1.200 m de espesor de RELLENO. Su
longitud es de unos 30 km, terminando al S de Puquío Núñez,
con orientación NNE/SSO. Su ancho promedio es de unos 8 km,
alcanzando 10 km en su sector más ancho.
Los depocentros DC7 (ubicado al S de la Estación Pintados y al
E de la Oficina Victoria, alcanzando los 975 m de espesor de
RELLENO) y DC8 (ubicado al SO de Esmeralda, presenta 975 m
de espesor de RELLENO) representan 2 depocentros locales de
una depresión ubicada entre los salares de Pintados y
Bellavista. Su longitud es de unos 25 km con orientación
NNE/SSO. Su ancho promedio es de unos 10 km.
DC8
DC1
DC7
DC6
DC2
DC3
DC4
DC5
Geometría de la
Cuenca
A
B’
B
A’
A
B
B’
A’
Entradas y salidas del
sistema
• Las entradas del sistema consisten en la
recarga por precipitaciones, fluviométrica y
entradas subterráneas
• Las salidas corresponden a la
evapotranspiración, evaporación, bombeos y
la salida subterránea
Balance hídrico
2014 (Este estudio)
Entrada
Recarga por precipitación
3.509
Recarga fluviométrica
837
Recarga subterránea
395-655
Salida
Evapotranspiración
750
Evaporación
1.876
Salida de agua subterránea
99
Bombeos
2.096-2.683
Total
Balance
4.741-5001
4.821–5.408
-80 a -407
Piezometría y Volumen embalsado
•
Utilizando el espesor de la cubeta
sedimentaria, la piezometría y el
coeficiente de almacenamiento (10%) se
determina un volumen embalsado de
0,27 billones de m3.
•
Este volumen corresponde a un valor
máximo disponible para almacenar agua
en cuanto se considera todo el relleno
sedimentario de la Pampa del
Tamarugal,
incluyendo
rocas
sedimentarias pre mesozoicas de media
a baja consolidación.
•
DGA, (2009) define como caudal
disponible para ser utilizado en una
cuenca como el 5% del volumen
embalsado a ser extraído en 50 años. Así
se obtiene un caudal máximo teórico
disponible a ser utilizado de 8.457 l/s.
Para verificar este resultado, se necesita
la
realización
de
exploración
hidrogeológica
profunda,
logrando
reconocer el contacto roca relleno en la
base de la cuenca.
•
Caracterización
hidráulica de la
cuenca
•
•
Para el área de estudio se contó con datos de
78 captaciones de agua subterránea.
Se definieron cuatro zonas de transmisividad
(ZT)
o ZT1: valores registrados en UH A1.
114 a 2.930 m2/d y 1.270 m2/d promedio
o ZT2: valores en UH A1 y A3
22 a 4.280 m2/d y 1.960 m2/d promedio
o ZT3: Valores en UH A1 y un dato en A2
49 a 1.960 m2/d y 666 m2/d en promedio
o ZT4: Predominan datos en UH A3 y 5 en A1
20 a 1.490 m2/d y 569 m2/d en promedio
•
El coeficiente de almacenamiento (S)
corresponde al porcentaje de agua
disponible para ser drenada de los poros de
los sedimentos. Se considera un valor
conservador (DGA, 2013) de un 10%
Hidrogeoquímica
• Respecto a cationes: Aguas son principalmente sódicas y en menor medida
cálcicas
• Respecto a aniones: Aguas son principalmente sulfatadas a mixtas y en
cloruradas
Caracterización Isotópica de las Aguas
•
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•
Aguas de UH A1 tienen un amplio rango de oxígeno 18 (-13‰ a -4‰)  aporte de diversas fuentes. Se encuentran principalmente
entre la LML (línea meteórica local) y LAS (línea de aguas subterráneas), lo que indica que habría un grado de evaporación previa a la
infiltración.
Aguas de UH A2 son principalmente livianas (bajo -9‰ de oxígeno 18)  su recarga habría ocurrido a cotas elevadas (~3.500 msnm).
Se asocia a aguas que fluyen a través de fracturas que aflora en Pica. La muestra más pesada (≈0‰ de oxígeno 18) se asocia a aguas
afloran debido a fracturas en el sector de La Calera, la que habría sido infiltrada a bajas cotas (incluso bajo los 2.700 msnm).
Aguas de UH A3 son principalmente pesadas (sobre -10‰ de oxígeno 18), lo que se trata de precipitaciones ocurridas bajo los 3.500
msnm. Aguas de UH A3 son las únicas fuertemente evaporadas, ajustándose parcialmente a la LE (línea de evaporación)
Aguas de UH C1
Precipitaciones se encuentran sobre la LML (línea meteórica local)
Las aguas tomadas fuera del área de estudio:
–
–
Salar del Huasco (este del área): misma señal isotópica que aguas del sector este de Pica (A1 y A2), por lo que habrían sido infiltradas en las
mismas condiciones.
Sector de Soga (norte del área): isotopía pesada, distinta a sus captaciones más cercanas, lo que indica desconexión con ellas.
Modelo Conceptual
Hidrogeológico
•
•
•
•
•
Variación química entre las muestras que se
ubican en el drenaje de la Quebrada Aroma y
las que se ubican al norte de éste, más allá
del límite de la cuenca (sector de Soga), las
que presentan un mayor contenido en calcio
Los niveles observados en los pozos
ubicados fuera del área de estudio
de alrededor de 10 m b.n.s.,
mientras que los que están dentro
del área de estudio presentan
niveles de unos 50 m b.n.s.
El máximo nivel piezométrico lo
presenta el pozo SNGM-PTA-0006
(rojo), evidenciando una divisoria de
aguas subterránea, lo que haría que
la dirección de flujo de agua
subterránea al norte del pozo
SNGM-PTA-0006 sea hacia el norte,
mientras que al sur del mismo pozo,
la dirección de flujo sea hacia el sur.
3 de estos pozos (SNGM-PTA-0002,
SNGM-PTA-0006 y SNGM-PTA0007) presentan un descenso de
0,11 m/año, mientras que el pozo
SNGM-PTA-0001 muestra un
ascenso de 0,07 m/año.
Por la habilitación mostrada por los
pozos, la profundidad y
comportamiento del nivel estático,
es muy probable que todos ellos
estén obteniendo agua del mismo
acuífero
Dulce
Mineralizada
Salobre
Modelo Conceptual Hidrogeológico
•
•
•
Acuífero Somero:
sulfatado sódico y
salobre
Acuífero Profundo:
bicarbonatado sódico y
dulce moderadamente
mineralizado
Las aguas provienen desde el
este a través de la unidad
hidrogeológica A2, (confinadas
por la unidad hidrogeológica
C3), y son desconfinadas
producto del fracturamiento
de las ignimbritas al llegar a la
Flexura Chintaguay. Motivo de
esto es que el agua asciende
hacia niveles subsuperficiales,
interactuando con la unidad
hidrogeológica A1,
evolucionando a sulfatada
sódica y salobre, y bajando su
temperatura. En tanto, las
aguas que se encuentran en
profundidad se mantienen
bicarbonatadas sódicas y
dulces moderadamente
mineralizadas, además de
mantener su temperatura
originada por el gradiente
geotérmico.
Modelo Conceptual Hidrogeológico
•
•
•
Las muestras de agua que fueron retiradas en
la reserva de tamarugos en el salar de
Pintados, se extraen a partir de norias que no
superan los 15 m de profundidad. Se
caracterizan por presentar una notoria
variación estacional en su composición,
aunque mantienen su salinidad que varía
entre salobre y salada. En la campaña de
invierno, las muestras son cloruradas cálcicas,
mientras que en las de verano son cloruradas
sódicas.
La muestra de agua del pozo que abastece de
agua potable a la Colonia Pintados es sódica
cálcica y dulce en la campaña invierno (PTAMC-045), pero varía a sulfatada sódica y dulce
mineralizada para la campaña de verano (PTAMC-071). De igual manera, las muestras de
agua que fueron extraídas a partir de las
norias de la reserva de tamarugos en el salar
de Bellavista, y de todos los pozos que están al
este y sureste de este bosque, reportan las
mismas variaciones para cada estación. Para la
campaña Invierno 2014, las muestras son
cloruradas cálcicas, o al menos aumenta
considerablemente su contendido relativo en
calcio con respecto a la campaña de verano,
donde todas son cloruradas sódicas. La
salinidad no varía entre las campañas.
En el límite entre ambos salares, y más al sur
del bosque de Bellavista, las muestras que
fueron extraídas a partir de pozos y norias
ubicadas en los salares alrededor de las
oficinas de Victoria y Buenaventura no varían
mayormente en composición ni en salinidad,
son cloruradas sódicas y varían de muy
saladas a salmueras.
Acuífero Somero: Clorurado
Mixto, Dulce Mineralizada
Acuífero Profundo: Clorurado
Sódico a Mixto, Salobre
Modelo Conceptual
Hidrogeológico
Modelo Conceptual
Hidrogeológico
Modelo Conceptual
Hidrogeológico
Conclusiones
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•
•
•
•
•
En base a sus características geológicas y sus propiedades hidrogeológicas, en el área de estudio se han
definido 10 Unidades Hidrogeológicas, 3 con alto potencial acuífero (A1, A2 y A3), 1 con potencial medio
(B1), 5 con potencial bajo a muy bajo (C1, C2, C3, C4 y C5) y una unidad con nulo potencial acuífero (D1).
Tanto en la Depresión Central del área de estudio como en la localidad de Pica es posible identificar dos
niveles acuíferos. En la Depresión Central, las aguas subterráneas profundas, en las cercanías de las
localidades de Pintados y Bellavista, son: salobres, con isotopía enriquecida. En tanto, las aguas
subterráneas someras (< 20 m de profundidad) en la misma latitud, levemente al este, son: dulces
mineralizadas a dulces moderadamente mineralizadas, con isotopía empobrecida.
En la mitad este de Pica, a diferencia de la Depresión Central, el agua subterránea profunda es dulce
moderadamente mineralizada de tipo bicarbonatada sódica, mientras que el agua subterránea somera
alcanza salinidades de salobre y es de tipo sulfatado sódico. Tal como lo indica la isotopía de ambas
aguas, ambas tienen un origen en común, donde la diferencia en la química radica en la interacción en
niveles someros entre aguas de origen profundo y los depósitos aluviales antiguos.
La similitud en la señal isotópica de las vertientes del Salar del Huasco y Pica permiten asegurar que
ambas tienen al menos un origen similar (recarga sobre los 3.500 m s.n.m.). Sin embargo, para asegurar o
descartar la conexión entre ellas es necesario el uso de otras herramientas, como lo son el conocimiento
de la forma del basamento hidrogeológico entre ambos sectores, así como la modelación hidroquímica,
numérica y el uso de trazadores.
Se observan cambios estacionales en la química donde se registra un incremento en la componente
cálcica para muestras de Invierno 2014 en algunos sectores de la Pampa del Tamarugal. Estos sectores
son el sur de Quisma y al este del Salar de Bellavista. Se recomienda realizar nuevas campañas de
muestreo en invierno para descartar la influencia del terremoto de Mw 8,2 ocurrido en los meses previos
a la toma de muestras.
Las aguas cloruradas sódicas y saladas del Salar de Llamara son consistentes con la proveniencia de aguas
desde el norte como lo indica la dirección de flujo, sin embargo, la señal isotópica pesada sugiere un
importante aporte de aguas posiblemente desde el este, por lo que es necesario complementar con un
muestreo de aguas del este.
Muchas Gracias