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Centro de Estudios de Postgrado UNIVERSIDAD DE JAÉN Centro de Estudios de Postgrado Trabajo Fin de Máster Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada) Alumno/a: Domínguez García, Ana Teresa Tutores: Ana Ruiz Constán Jesús Galindo Zaldívar Francisco Juan García Tortosa Dpto: Geología Octubre, 2016
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UNIVERSIDAD DE JAÉN Centro de Estudios de Postgrado
Trabajo Fin de Máster
Estructura superficial de zonas de
recarga artificial de agua a partir
de tomografía eléctrica en Sierra
Nevada (Bérchules, Granada)
Alumno/a: Domínguez García, Ana Teresa Tutores: Ana Ruiz Constán
Jesús Galindo Zaldívar Francisco Juan García Tortosa
Dpto: Geología
Octubre, 2016
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Resumen
Desde la época medieval, las vertientes meridionales de Sierra Nevada
han tenido sistemas de recarga artificial, denominados careos, para mejorar la
gestión de recursos hídricos. Mediante un sistema de acequias se deriva el agua
procedente de las altas cumbres para su infiltración en sectores de baja
pendiente sobre las poblaciones. La tomografía eléctrica permite precisar la
estructura superficial de dos sectores de recarga, denominados simas, situados
en Bérchules (Granada). Se han realizado cuatro perfiles de resistividad y
polarización inducida en dos sectores seleccionados de la Acequia del Espino:
uno perpendicular y uno paralelo en cada sector. Bajo una primera capa de
sedimentos de grano fino depositados por las sucesivas etapas anuales de
recarga se identifican zonas de fractura vertical que alimentan el acuífero. La
mayor acumulación de sedimentos se localiza en zonas de menor pendiente
próximas a la acequia que permiten su depósito y que actúan como elemento
que regula la recarga. Esta técnica de estudio no invasiva permite avanzar en el
conocimiento de estos sistemas tradicionales de recarga.
Abstract
Since the Middle Ages, the southern slopes of Sierra Nevada have had
artificial recharge systems, called ‘careos’, to improve the management of water
resources. Through an irrigation system, the water from the high peaks is derived
to low-slope areas by infiltration above the main villages. Electrical tomography
allows specify the surface structure of two recharge sections, called ‘simas’,
located in Bérchules (Granada). Four profiles of resistivity and induced
polarization have been made into two sectors selected of the Espino ditch, one
perpendicular and one parallel in each sector. Under a first layer of fine-grained
sediments deposited by successive recharge annual stages, vertical fracture
zones which feed the aquifer can be identified. The greatest accumulation of
sediments is located in areas of lower slope near the ditch, allowing its deposit
and acting as an element that regulates the recharging. This non-invasive
technique allows to improve the knowledge of these traditional irrigation systems.
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AGRADECIMIENTOS
La realización de este trabajo no hubiera sido posible sin el apoyo de
muchas personas a las que quiero mostrar mi agradecimiento.
En primer lugar a Jesús y a Ana por su acogida en el proyecto. Sus
consejos, su paciencia, y toda su ayuda y tiempo prestado, tanto en su
participación en la campaña geofísica como a la hora de procesar, interpretar y
revisar la memoria, han hecho posible este trabajo.
Al Instituto Geológico y Minero de España por financiar los gastos de
desplazamiento de las jornadas de campo necesarias para la realización de este
TFM, y por poner a mi disposición sus fuentes de información bibliográfica y
permitir la participación de Sergio Martos y Antonio González.
Al departamento de Geodinámica de la Universidad de Granada por
permitirme la utilización del equipo de tomografía eléctrica necesario para la
realización de este trabajo.
A Fran, por ser el mejor profesor de campo que he tenido el gusto de
conocer, por superar aquella ‘invasión’ de pulgas en compañía de sus alumnos y
por facilitar los trámites burocráticos de último momento.
A Clara, por su eficacia y rapidez a la hora de resolver los numerosos
contratiempos a lo largo del curso.
A Juan y a Ana, mis compañeros de máster, por todos los buenos y malos
momentos que hemos tenido este año, pero sobre todo, por su paciencia y
ayuda en la resolución de tantos problemas que han ido surgiendo.
A Guille, mi cómplice en la vida, por confiar siempre en mí, por su apoyo
en los momentos más difíciles y por su infinita paciencia.
A mi familia, por apoyar y ayudarme en mis decisiones y respetar mis
horas de ‘aislamiento’ durante todo este tiempo.
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tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Índice
1. Introducción 4
2. Objetivo 6
3. Localización y contexto del área de estudio 7
3.1. Localización geográfica 7
3.2. Contexto hidrogeológico 9
3.3. Contexto geológico 12
4. Metodología 15
4.1. La prospección geofísica 15
4.2. Fundamento teórico de la tomografía eléctrica 17
4.3. Equipo de medida 24
5. Tomografía eléctrica en la Acequia del Espino 30
6. Discusión e interpretación 41
7. Conclusiones 48
8. Referencias 49
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1. INTRODUCCIÓN
En la margen sur de Sierra Nevada (sector central de la Cordillera Bética)
se localiza la comarca de la Alpujarra. En esta zona existe una densa red fluvial
alimentada por las altas cumbres, cuyas aguas son la principal fuente de
suministro para abastecimiento de la población y regadío, que mantiene
numerosos ecosistemas. El medio natural singular de Sierra Nevada junto con
aspectos de tipo paisajístico y cultural, han hecho que esta zona haya sido
declarada Reserva de la Biosfera desde 1986 y Parque Nacional desde 1999.
La vida de los habitantes de la zona está condicionada por la regulación
del agua que se realiza mediante un sistema de acequias que conducen el agua,
desde hace siglos, hasta las áreas donde se localizan los principales cultivos. La
mayor demanda de agua se ha producido tradicionalmente en época estival,
cuando el ganado era conducido desde Granada hasta los pastos de alta
montaña y la mayor parte de los alpujarreños habitaban los cortijos de la Sierra y
cultivaban cereales, patatas y algo de hortalizas. Hoy día, el cultivo más
frecuente son las habichuelas de la Sierra y la ganadería.
El régimen de funcionamiento de los ríos de la Alpujarra suele ser de tipo
pluvio-nival, con dos máximos de caudal en noviembre-diciembre y en mayo-
junio. La necesidad de prolongar la disponibilidad de recursos hídricos a lo largo
del año ha condicionado el uso del agua desde la época medieval y ha
moldeado el paisaje mediante un sistema de irrigación basado en el uso de
acequias. En la Alpujarra, estos canales antrópicos tradicionalmente excavados
directamente en el terreno, se utilizan para transportar el agua procedente del
deshielo desde la parte alta de los cauces fluviales. Se denominan acequias de
careo cuando se utilizan para derivar el agua a zonas de infiltración preferente y
favorecer su almacenaje en la zona de alteración de las rocas sobre las que
discurren (Martos-Rosillo et al., 2015). Esta regulación antrópica ha provocado
que las cuencas, localizadas sobre materiales metamórficos poco permeables y
con una elevada pendiente, tengan una alta componente subterránea, con más
del 40% del caudal (Al-Awani, 1997).
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En la zona de Bérchules existen ejemplos significativos para el estudio de
las acequias de careo y sus depósitos asociados (Martos-Rosillo et al., 2015). La
realización del proyecto “Investigación hidrogeológica de acuíferos de alta
montaña sometidos a uso intensivo del agua subterránea. Cabecera del Río
Bérchules (Sierra Nevada, Granada)” por parte del Instituto Geológico y Minero
de España ha puesto en valor la importancia de las acequias de careo para el
desarrollo de la zona. Sin embargo, las observaciones geológicas de superficie
no permiten establecer con detalle la estructura de estos sectores. Estas
observaciones son esenciales para comprender el funcionamiento los sistemas
de recarga artificial que han sido utilizados desde la época medieval.
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2. OBJETIVO
El objetivo principal de este trabajo de fin de máster es establecer la
estructura geológica superficial de dos zonas de careo de la Acequia del Espino,
para determinar la potencia de los depósitos asociados y localizar zonas de
fractura en el basamento metamórfico. Para ello se utilizará la tomografía
eléctrica, que es el método geofísico superficial idóneo para esta investigación.
Las actividades que han permitido alcanzar el objetivo general son las
siguientes:
- Planificación de la campaña geofísica con el método elegido: sistema de
adquisición, espaciado, etc.
- Adquisición de datos de resistividad y polarización inducida mediante
tomografía eléctrica a lo largo de los perfiles seleccionados.
- Procesado e interpretación de datos de tomografía eléctrica con el fin de
determinar el espesor de la zona de depósito en los lugares donde se
realiza la infiltración de manera preferente y localización de fracturas y
discontinuidades en el basamento metamórfico.
- Comparación de los resultados de los dos sectores estudiados y relación
con el funcionamiento hidrogeológico del sistema.
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3. LOCALIZACIÓN Y CONTEXTO DEL ÁREA DE ESTUDIO
3.1. Localización geográfica
El área de estudio se localiza en la cuenca del Río Grande de Bérchules,
en el Término Municipal de Bérchules, en la Provincia de Granada (SE de la
Península Ibérica). Se sitúa en la vertiente sur del Parque Natural de Sierra
Nevada, dentro de la Comarca de la Alpujarra (Fig. 1).
Figura 1. Situación geográfica del área de estudio. A: situación de la Península Ibérica. B: cuenca de Bérchules en el marco de Sierra Nevada.
La Acequia del Espino, está situada en la margen derecha del Río Grande
de Bérchules y en ella se han seleccionado para su estudio dos zonas de
recarga artificial: la Sima de Márcula y la Sima de los Helechales (Fig. 2).
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Figura 2. Localización geográfica de la Acequia del Espino en la cuenca del Río Grande de Bérchules´. 1: Sima de Márcula, localización de la Zona 1 de estudio. 2: Sima de los Helechales, localización de la Zona 2 de estudio.
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3.2. Contexto hidrogeológico
La cuenca del Río Grande de Bérchules presenta una morfología
alargada, con una longitud aproximada de 15 km en dirección norte-sur y una
anchura media cercana a 5 km. La red de drenaje principal está compuesta por
cuatro ríos: Río Grande de Bérchules, Río Chico, Barranco de Montina y Rambla
del Cairo (Fig. 3). Limita al oeste con la cuenca del Río Trevélez, al este con la
del Río Mecina y por el extremo septentrional, la línea de cumbres de Sierra
Nevada marca la divisoria con la cuenca del Río Guadix.
Figura 3. Mapa de la Red Hidrográfica (modificada de Cabrera, 2014).
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El Río Grande de Bérchules tiene la longitud máxima, con 16. 5 km de
recorrido desde el noreste de la cabecera de la cuenca hasta el sur de la misma
y cotas comprendidas entre 2600 y 979 m s.n.m. . El Río Chico nace a la cota
más elevada, a 2800 m s.n.m. al noroeste de la cuenca, recorre 10.5 km hasta
confluir con el Río Grande de Bérchules en la zona media de la cuenca. Tanto la
Rambla del Cairo como el Barranco de Montina nacen en la zona oeste de la
cuenca, y con un recorrido de 6.7 km y 4.0 km respectivamente, confluyen en la
zona baja de la cuenca en el Río Grande (Fig. 3).
La Acequia del Espino dentro del sistema de irrigación de la Alpujarra
Atendiendo a su función se diferencian dos tipos de acequias en la
Alpujarra:
- Acequias de riego: su principal función es el transporte del agua a los
cultivos, generalmente desde los cauces fluviales a sistemas abancalados
(Navarro-Pérez, 1983). Los procesos de infiltración ayudan a mantener el agua
en la cuenca durante periodos más prolongados en el tiempo, de este modo se
favorece el desarrollo de una vegetación especial alrededor de los límites de la
acequia aumentando así la diversidad de hábitats de la sierra.
- Acequias de careo: su función es facilitar la infiltración del agua que
corre por sus cauces, principalmente en zonas de bajas pendientes durante el
período de deshielo (primavera). Permiten aprovechar estos recursos para el
regadío en el periodo estival. De este modo se dispone de una cantidad regular
de agua durante todo el año y se consigue retardar la salida del agua de la
cuenca, así como contribuir a mejorar otras funciones ecológicas asociadas a la
descarga subterránea (Fernández-Escalante et al., 2006). Estas acequias
contribuyen a la recarga artificial de los acuíferos y su abandono o mal
mantenimiento parece ser el responsable de la reducción del caudal de las
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cabeceras de los principales ríos que nacen en la margen sur de Sierra Nevada
(Martos-Rosillo et al., 2015).
En la actualidad, el sistema socio-económico encargado del desarrollo y
mantenimiento de estas acequias se encuentra en crisis, pues muchas acequias
han desaparecido y su continuidad supone un reto para las administraciones que
gestionan los recursos naturales de la zona.
La Acequia del Espino (Fig. 4) tiene una longitud total de 7070 m, con
una anchura media de canal de 1.5 m. Comienza en el río Chico, a cota 1998 m
s.n.m. y recorre su margen derecha hasta la Sima Bérchules, a 1820 m s.n.m.,
con un desnivel de 178 m y pendiente media de 6.8% (Martos-Rosillo et al.,
2015).
Figura 4. Localización detallada de la Acequia del Espino, situación de las simas y de los puntos de aforo (Modificada de Martos-Rosillo et al., 2015).
A lo largo de su recorrido, la acequia no presenta ninguna derivación para
el riego. Sin embargo, existen varias áreas donde se puede derivar el agua hacia
diversas zonas de careo. En este trabajo de fin de máster se analizan dos de
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ellas: la Sima de Márcula y la Sima de los Helechales (Fig. 4). La deriva del agua
a la acequia se realiza en función del caudal del río en la toma. En los años
secos, se comienza a derivar agua a finales de otoño, mientras que en años
húmedos se puede esperar hasta casi la primavera. Generalmente se satura en
primer lugar la sima más alejada y posteriormente las situadas hacia la cabecera
de la acequia. Al final de la época de careo se reduce el caudal derivado del río
que se infiltra en la propia acequia y no llega agua a las simas más alejadas.
3.3. Contexto geológico
La Cordillera Bética (Fig. 5), junto con el Rif, constituye la terminación
occidental de los dominios alpinos del Mediterráneo. Estas cadenas se han
desarrollado en el marco de convergencia oblicua NO-SE entre las placas
Africana y Euroasiática. Este sistema incluye todos los relieves montañosos del
SE de la Península Ibérica situados al sur del río Guadalquivir, con dirección
ENE-OSO (Puga et al., 2004). En su parte más septentrional limita con el Macizo
Figura 5. Mapa geológico de la Cordillera Bética y localización del área de estudio (rojo). Modificado de Ruiz-Constán, 2009.
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Ibérico y con la Cordillera Ibérica. El área de estudio se sitúa en la zona central
de la Cordillera Bética.
La Cordillera Bética se divide en función de las distintas estructuras y de
su desarrollo tectónico, en: Zonas Externas, el Complejo del Campo de Gibraltar
y la Zonas Internas (Fig. 5). En esta última se localiza la zona de estudio objeto
de este trabajo de fin de master.
Las Zonas Internas, también conocidas como el Dominio de Alborán, son
la región más deformada del orógeno y están constituidas esencialmente por
tres complejos metamórficos de mantos tectónicamente superpuestos, que en
orden ascendente son: el Nevado-Filábride, el Alpujárride y el Maláguide. Los
dos primeros tienen sucesiones paleozoicas y triásicas, fuertemente afectadas
por metamorfismo alpino. Además, en el complejo Alpujárride se han localizado
grandes cuerpos de peridotitas, algo metamorfizados, de edad Mioceno inferior
(Puga et al., 2004). Por su parte, el complejo Maláguide incluye materiales
paleozoicos bien representados y series mesozoicas y terciarias reducidas, pero
sin metamorfismo alpino. Estos tres complejos metamórficos están separados
por fallas normales de bajo ángulo (García-Dueñas y Martínez-Martínez, 1988;
Galindo-Zaldívar et al., 1989; García-Dueñas et al., 1992; Crespo-Blanc, 1995).
La Acequia del Espino discurre sobre materiales del Complejo Nevado–
Filábride que constituyen los principales relieves montañosos de Sierra Nevada.
Se trata de un potente conjunto de rocas afectadas por el metamorfismo alpino
(Puga, 1971) que finalizó hace aproximadamente 19 Ma (Monié et al., 1991;
1994). Están deformadas por antiformas de gran radio y limitadas por estructuras
asociadas al funcionamiento de sistemas de fallas normales de bajo ángulo
(Galindo-Zaldívar et al., 1989).
En el sector estudiado la litología predominante son esquistos grafitosos
de probable edad paleozoica, con intercalaciones de esquistos cuarcíticos y
cuarcitas. Localmente se identifican cuerpos de metabasitas (Aldaya et al., 1983;
Díaz de Federico et al., 1981). Estas rocas tienen una foliación bien marcada
que generalmente buza hacia el E y SE, aunque localmente están afectadas por
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pliegues tardíos de diferentes orientaciones. Las deformaciones frágiles más
recientes corresponden a juegos de diaclasas, generalmente de orientación N-S
a NO-SE, aunque localmente se identifican otras orientaciones. Estas diaclasas
son habitualmente de tensión, lo que implican la existencia de apertura que
facilita la circulación de fluidos. Parte de las diaclasas están tapizadas por
mineralizaciones de hierro (siderita, goethita) y de cuarzo producto de la
circulación profunda en el macizo metamórfico (Galindo-Zaldívar y González-
Lodeiro, 1990).
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4. METODOLOGÍA
4.1. La prospección geofísica
La geofísica es la ciencia que estudia las propiedades físicas de la Tierra.
La Prospección Geofísica, denominada también Geofísica Aplicada, se encarga
de determinar la estructura interna de la Tierra, teniendo en cuenta las diversas
propiedades físico-químicas de los materiales que la forman. La prospección
geofísica utiliza un conjunto de métodos geofísicos que permiten realizar el
estudio del subsuelo mediante observaciones realizadas en superficie.
Sus aplicaciones más comunes se encuentran en los campos de la
investigación, la hidrogeología, la geotecnia y la ingeniería civil, donde permiten
obtener información de la estructura del subsuelo. Entre ellos cabe destacar:
determinación de la profundidad del nivel freático y del sustrato rocoso;
determinación de fracturas (naturales o artificiales); evaluación del estado de las
zonas de recarga.
Las técnicas geofísicas tienen la ventaja de que además de ser técnicas
no destructivas, pueden cubrir grandes extensiones del terreno con costes
relativamente bajos. Respecto a los inconvenientes, cabe destacar la posibilidad
de indeterminación de resultados, ya que al ser una técnica indirecta, siempre es
necesario realizar una inversión e interpretación de los datos. Hay que añadir la
disminución de la resolución del método al aumentar la profundidad de
investigación. Por todo lo anterior, es frecuente el análisis de diferentes
propiedades físicas, ya que además de proporcionar información adicional, los
resultados son más fiables aumentando las posibilidades de éxito de la
campaña.
Los estudios geofísicos aplicados comprenden varias etapas: (a)
planteamiento del problema, (b) planificación de la campaña, (c) adquisición de
datos, (d) procesado de los datos y (e) la interpretación de los resultados.
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(a) Planteamiento. Se define el problema que se desea resolver. Se
deberá recopilar toda la información disponible sobre el área de interés que
incluye fundamentalmente los antecedentes geológicos y geofísicos.
(b) Planificación de la campaña. Se elige el método más adecuado para
la resolución del problema planteado si se considera la información recopilada y
las propiedades físicas de las rocas involucradas en el estudio. Además, también
habrá que tener en cuenta otros factores de carácter logísticos como relieve
topográfico, ruidos culturales y accesibilidad.
La selección del método incluye la definición del dispositivo y parámetros
de toma de datos adecuada (tiempo de registro, distancia entre mediciones,
dimensiones de las antenas, etc.). Se deberá de tener en cuenta que si esto no
se ha estudiado con antelación, podrá suceder que aunque el método en sí
mismo resulte apto para la resolución del problema, los datos de campo
obtenidos no lo sean. En la zona de estudio el método de Tomografía Eléctrica,
con medida de resistividad y de polarización inducida, es el más idóneo ya que
los diferentes materiales tienen altos contrastes de resistividad y cargabilidad
eléctrica.
(c) Adquisición de datos. Esta etapa incluye la toma de medidas.
Requiere la preparación de equipos, la instalación en campo y la recogida de
todo el material.
(d) Procesado de los datos. Fase de gabinete en la que se procesan los
datos. Los cálculos se basan en principios físicos y matemáticos y se realizan
generalmente mediante software especializado. En esta etapa también se realiza
la presentación de los resultados.
(e) Interpretación de los resultados. Se discuten los modelos
compatibles con los datos desde el punto de vista físico-matemático, y sólo se
seleccionan aquellos que se consideren viables desde el punto de vista
geológico y den respuesta al problema planteado.
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4.2. Fundamento teórico de la tomografía eléctrica
La tomografía eléctrica utiliza la resistividad eléctrica (ρ) y su inverso, la
conductividad eléctrica (σ), así como la cargabilidad, para identificar las
diferentes estructuras del subsuelo. Estas propiedades miden la respuesta que
tienen los materiales al paso de la corriente eléctrica. Los materiales que oponen
una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica, se conocen como resistivos;
frente a los materiales conductores que tienen valores de resistividad muy bajos
(Telford et al., 1990)
La corriente eléctrica puede propagarse de tres maneras diferentes a través del
subsuelo:
- Conducción dieléctrica, asociada a materiales muy poco conductivos o
aislantes,
- Conducción electrónica, asociada a materiales con electrones libres,
como por ejemplo los metales,
- Conducción electrolítica, asociada al movimiento de los iones presentes
en el fluido intersticial del terreno.
El principio físico fundamental de los métodos eléctrico-resistivos es la ley
de Ohm (1). Establece que la diferencia de potencial, V, que aparece entre los
extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de
la corriente, I, que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley
introduciendo la noción de resistencia eléctrica, R; que es el factor de
proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I:
𝑉 = 𝐼𝑅 (1)
En un semiespacio homogéneo e isótropo de resistividad ρ, y sometido a
una intensidad I, el valor de potencial V de un punto situado a una distancia r con
respecto a un electrodo puntual es:
𝑉 =𝐼𝜌
2𝜋𝑟 (2)
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Teniendo en cuenta la ley de Ohm (1), la diferencia de potencial eléctrico,
∆V, se ve afectada por las resistividades de los materiales del subsuelo que
atraviesa el campo eléctrico (Telford et al., 1990).
Resistividad
La tomografía eléctrica pretende la determinación de resistividades reales
del terreno a partir de la medida de resistividades aparentes. Para ello se hace
pasar un campo eléctrico a través de dos electrodos de corriente (A y B) donde
se inyecta una cantidad de corriente determinada al subsuelo (I, en mA) y se
mide la diferencia del potencial eléctrico (∆V, en mV) mediante dos electrodos de
potencial (M y N) (Fig. 6).
Figura 6. Esquema de funcionamiento del método de prospección eléctrica en corriente continua. Dispositivo Schlumberger simétrico. M, N electrodos de potencial, y A, B electrodos de corriente.
Para una disposición electródica como la mostrada en la figura 6, donde A
y B son los responsables de la inyección de corriente eléctrica en el terreno, el
potencial medido por los electrodos de medida M y N es:
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VM = 𝐼𝜌
2𝜋[1
𝐴𝑀−
1
𝐵𝑀]; VN =
𝐼𝜌
2𝜋[1
𝐴𝑁−
1
𝐵𝑁] (3)
Por lo que la diferencia de potencial ΔVMN entre ambos puntos es:
ΔVMN = 𝐼𝜌
2𝜋[1
𝐴𝑀−
1
𝐵𝑀−
1
𝐴𝑁+
1
𝐵𝑁] (4)
Si ahora se despeja ρ, se obtiene el valor de la resistividad para el punto
medio del dispositivo. En un material heterogéneo o formado por diferentes
capas, en cada medida se obtiene una resistividad intermedia denominada
resistividad aparente (ρa):
ρa = ∆𝑉
𝐼 K (5)
En donde ρa se mide en ohmios*metro (ohm*m), I en Amperios y V en
Voltios. El término K es el “Factor de penetración” o “coeficiente del dispositivo”,
y dependerá de las distancias entre los electrodos.
K = 2𝜋 [1
𝐴𝑀−
1
𝐵𝑀−
1
𝐴𝑁+
1
𝐵𝑁]−1
(6)
Las rocas se comportan generalmente como conductores iónicos, con
resistividades que varían en un determinado rango (Fig. 7), en función de los
Figura 7. Rangos de variación de la resistividad eléctrica en las distintas rocas y minerales en ohm.m (Orellana, 1982).
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materiales que componen el subsuelo y de diferentes factores tales como la
porosidad y la forma de los poros, el grado de saturación del terreno, la salinidad
del agua contenida, la temperatura, la humedad, la presión y la anisotropía. La
relación entre la resistividad eléctrica y el grado de saturación del terreno es la
combinación crucial, ya que permite la aplicación de los métodos de resistividad
en la búsqueda de focos de filtración de agua en el terreno. En este sentido,
incrementos del contenido en agua del terreno provocarán disminuciones de la
resistividad.
Polarización Inducida
El fenómeno de Polarización Inducida (IP) se produce por la conducción
electrolítica en la que se registra una demora de tiempo en establecer un
equilibrio de cargas. Este tiempo de polarización o relajación (al eliminar la
diferencia de potencial) es medible instrumentalmente. La constante de tiempo
asociada a este proceso permite inferir la presencia de cuerpos con
conductividad metálica (algunos minerales metálicos y grafito) o arcillas. Una vez
establecido el flujo de iones, la sinuosidad del medio acuoso induce la
generación de barreras polarizadas con cargas de signo opuesto (Martínez,
2011).
Configuraciones electródicas
Las medidas de resistividad y polarización inducida se realizan
simultáneamente. La tomografía eléctrica utiliza corrientes eléctricas artificiales.
Aunque idealmente se podría aplicar corriente continua, ésta produce
polarización de los electrodos que genera una diferencia de potencial anómala.
Este problema se soluciona mediante la inversión automática de la corriente en
el equipo de inyección o en determinadas aplicaciones con el uso de electrodos
impolarizables.
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En tomografía eléctrica, la profundidad de la investigación es función de la
equidistancia a la que se instalan los electrodos. Cuanto mayor sea la distancia
que separa los electrodos del perfil, mayor será la profundidad que se alcance,
obteniendo menor resolución y viceversa. Además, los perfiles pierden definición
lateralmente debido a la ausencia de itinerancia de medidas en estas zonas.
La elección del dispositivo depende del tipo de estructura a estudiar, del
nivel de ruido y de las características del dispositivo, entre las que deben
considerarse la sensibilidad del dispositivo ante cambios verticales y horizontales
de la resistividad del subsuelo, la profundidad de investigación, la cobertura
horizontal y la potencia de la señal.
Se dispone de 4 electrodos que se pueden configurar de varias maneras
(Loke, 2004). Esto se conoce como configuraciones electródicas, siendo las más
utilizadas:
- Wenner (la variante α): consiste en ir extrayendo los electrodos
manteniendo la misma distancia entre AM – MN – NB (Fig. 8).
Figura 8. Configuración eletródica del método Wenner α.
- Schlumberger: Los electrodos MN conservan una separación constante,
siendo los electrodos A y B los que se van extendiendo (Fig. 9).
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Figura 9. Configuración electródica del método Schlumberger.
- Wenner-Schlumberger: combina las dos anteriores (Fig. 10).
Figura 10. Configuración eletródica del método Wenner-Schlumberger.
Con todos los electrodos conectados al resistivímetro, y mediante un
programa secuencial específico que se crea para cada objetivo, el equipo ordena
cuáles deben ser los conjuntos de electrodos que funcionan en cada momento y
con qué disposición. De esta manera se obtienen gran número de datos de
resistividades aparentes.
El objetivo del problema inverso es obtener un modelo de distribución de
las resistividades reales del subsuelo que, dado un determinado dispositivo
electródico, genere una respuesta similar (resistividades aparentes teóricas) a
los valores de resistividad medidos con el mismo dispositivo (resistividades
aparentes experimentales). Ambas magnitudes se cuantifican finalmente con el
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
23
empleo de técnicas numéricas (elementos finitos o diferencias finitas). La
obtención de secciones de resistividades y polarizaciones inducidas reales del
subsuelo se realiza mediante el programa RES2INV.
Ventajas y limitaciones de la Tomografía Eléctrica
Las ventajas que presenta el método de Tomografía Eléctrica respecto a
otras técnicas son:
- Se trata de un método no destructivo.
- El proceso de toma de datos está completamente automatizado, de tal
manera que se puede realizar un gran número de medidas, y se
obtienen secciones 2D con buena resolución en ambos ejes. Por este
motivo los perfiles son de alta resolución.
- El procesado de los datos es relativamente sencillo, e incluso se
puede realizar directamente en campo con la posibilidad de realizar
un procesado casi a tiempo real.
- Se puede controlar la profundidad máxima de estudio.
Las principales limitaciones de este método son:
- Como en la mayoría de las técnicas geofísicas, es fundamental
disponer del equipo adecuado.
- La presencia de material muy resistivo en superficie imposibilita un
buen funcionamiento del método, siendo necesario la utilización de
otras técnicas.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
24
4.3. Equipo de medida
Para realizar las medidas de tomografía eléctrica, se ha utilizado el
tomógrafo ABEM Terrameter SAS 4000, perteneciente a la Universidad de
Granada. El equipo consta de cuatro canales de entrada, resolución de 25 μV
(teóricos, a 1 segundo de tiempo de integración), tres rangos de medición
automática y una precisión y seguridad mayor del 1% en todo el rango de
temperaturas.
La estructura del dispositivo está formada por una unidad central
constituida por un pequeño ordenador desde donde se programan las medidas y
se almacenan los datos en los proyectos creados. Además, incluye una batería
de alimentación y una caja de conexiones. Comprende un sistema de cables
LUND compuesto por 4 bobinas de cable de 100 m de longitud cada una, 80
piquetas de acero inoxidable y conectores para emitir y recibir la electricidad del
terreno. La corriente consiste en pulsos de polaridad opuesta con una intensidad
máxima de 1 amperio separado por periodos de espera.
A continuación se detallan los componentes del equipo:
- Electrodos: barras metálicas cuyo número variará en función de las
dimensiones del área de estudio y el espaciado seleccionado.
- Batería: es la fuente de alimentación de todo el sistema (Fig. 11A).
- Cable: Conduce la corriente eléctrica a los electrodos. Consta de 20
conexiones, con intervalos de 5 metros que determina el espaciado
máximo que permite utilizar el equipo (Fig. 11B).
- Conectores: pequeños cables de cobre con pinzas en los extremos. Son
los encargados de conectar los electrodos al cable (Fig. 11D).
- Panel de conexiones (Fig. 11E).
- Unidad central (resistivímetro): Una vez programado, se encarga de
ejecutar de forma automática toda la secuencia de medidas
predeterminada, verificar el buen estado de las conexiones, así como
almacenar digitalmente todos los resultados (Fig. 11G).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
25
Figura 11. Equipo de tomografía eléctrica. A: batería. B: cables. C: conector de bobinas D: conectores entre las bobinas y las piquetas E: Panel de conexiones. F: Equipo en funcionamiento. G: Equipo ABEM Terrameter System.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
26
- Ordenador portátil: Incluye el software que permite al inicio de la
adquisición determinar las variables de trabajo (tipo de dispositivo
electródico, número de electrodos, espaciado entre ellos, número de
medidas a realizar, etc.), y, a posteriori, procesar y visualizar los
resultados obtenidos.
Después de la instalación el equipo se programa mediante diferentes
protocolos de medida. Para este proyecto se ha seguido el protocolo ‘4 channel
multiple gradient’, que realiza las medidas en dos ciclos denominados
GRAD4LX8 y GRAD4S8 (Fig. 12). Esta combinación de protocolos ofrece una
resolución superior al método Wenner y al Schlumberger. Los cuatro canales de
medida aumentan la velocidad de adquisición de datos, siendo más rápida que
en equipos monocanal.
Figura 12. Dispositivo ‘4 Channel multiple gradient’ consta de 4 bobinas de cable para el ciclo largo de medida (GRAD4LX8) y dos para el ciclo corto (GRAD4S8). Tomada de Geotomo Software, 2006.
Este protocolo se inicia con un ciclo largo (GRAD4LX8) al que le sigue
otra medida de ciclo corto (GRAD4S8). En el ciclo largo se realizan medidas
entre los electrodos de las 4 bobinas, mientras que en el ciclo corto sólo se
utilizan las dos bobinas centrales. Este protocolo ofrece una alta densidad de
datos cerca de la superficie, y una medida un poco más escasa en el modelo en
profundidad. El ciclo corto ha sido diseñado para completar el ciclo largo en el
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
27
espaciado más corto entre electrodos (Fig. 13). Con el protocolo largo
(GRAD4LX8) se obtienen 340 puntos de datos en la parte alta y 340 en la parte
baja. Con el protocolo corto (GRAD4S8) se obtienen 160 puntos de datos en la
parte alta y otros 160 en la parte baja. El número total de datos obtenidos
mediante 4 bobinas de cable para una estación de medida, según el
procedimiento descrito, es 1080. Para cuatro bobinas de cable se realizan tres
estaciones de medida que se colocan en la intersección entre bobinas. Si se
quiere extender el perfil y aumentar el número de estaciones de medida, se
traslada al extremo final la bobina utilizada al inicio del perfil, de modo que no
existe limitación en la longitud del perfil.
Figura 13. Cobertura de datos de los protocolos GRAD4LX8 y GRAD4S8 para el despliegue a lo largo de tres estaciones de medida completas. El número de modelo de bloques que se obtiene es 1289, para un modelo de 14 capas. El número de puntos de datos es 1699 para un total de 119 electrodos usados entre las estaciones de medida. Tomada de Geotomo Software, 2006.
Una vez terminado el proceso de captura de datos, la información
registrada digitalmente se vuelca en el portátil, a fin de proceder a su procesado
e interpretación con el programa RES2DINV versión 3.55 (Geotomo Software,
2006) en inversión de resistividad y polarización inducida 2D. Se trata de un
programa de inversión con el que se obtienen las resistividades reales a partir de
las pseudosecciones de resistividades aparentes que se han medido. En caso
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
28
de que no se faciliten los datos de topografía, el software aplica el método de
mínimos cuadrados, mientras que si se introducen datos topográficos se basará
en el método de elementos finitos.
En cada uno de los perfiles del proyecto se ha seguido la siguiente
metodología:
- Introducción de la topografía
Los valores de cota obtenidos a través del GPS se introdujeron de
manera manual al final de cada uno de los archivos de datos de resistividad.
- Verificación de los datos de campo
Una vez abierto uno de los perfiles en el software RES2DINV, se procede
a eliminar los datos erráticos puntuales, situado en el menú ‘Edit/Exterminate
bad datum points’, dónde se eliminan los datos ruidosos que puedan generar
distorsiones a los resultados. En esta opción trataremos de dejar los valores de
resistividad lo más suavizado posible en función de la tendencia que lleven,
evitando los picos de valores o errores acumulados. En las figuras 14 y 15 se
muestra un perfil antes y después de haber eliminado estos puntos.
- Cambio de la configuración
En este apartado tendremos la posibilidad de cambiar determinadas
opciones para personalizar el procesado de los datos. Opciones referentes a la
definición, malla de datos, control de errores, salida de iteraciones o disposición
de los resultados se podrán elegir en este menú.
- Inversión
Res2dinv ofrece diversos métodos de inversión. En función de la
geometría y características del terreno que estemos estudiando será
recomendable la aplicación de una inversión u otra. En el caso de este proyecto,
se han realizado una inversión de modo robusta y otra suavizada.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
29
El error del modelo obtenido mediante iteraciones debe ser menor del 10
% para que los resultados sean de confianza. A continuación, se trabaja en
RES2DINV en modo inversión, en el que se carga el archivo de inversión
obtenido. En este modo se obtienen los resultados de resistividad y polarización,
se incluye la topografía y se ajusta la escala de colores para poder comparar
todos los perfiles.
Figura 14. Perfil 3 original. Conjunto de datos en el que se detectan algunos puntos mal ajustados.
Figura 15. Perfil 3 modificado. Conjunto de datos corregidos y eliminados para evitar la distorsión en los resultados.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
30
5. TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA EN LA ACEQUIA DEL ESPINO
El elevado contraste de resistividades entre los sedimentos y las rocas
metamórficas permiten el uso de la tomografía eléctrica en las zonas de careo.
Además, la escasa potencia previsible del relleno sedimentario permite el uso
de un espaciado reducido entre electrodos (1 a 2 m) y obtener una buena
resolución de los primeros metros del terreno. La topografía es acusada pero de
fácil acceso.
Adquisición de perfiles
En la figura 16, se muestra la de la Acequia del Espino, en la que se
localizan áreas con más abundancia en la vegetación que corresponden a
zonas de careo donde se vierte el agua de las acequias para su infiltración (Fig.
16). En ellas se han seleccionado dos zonas de estudio. La campaña se realizó
en el mes de abril de 2016, tras la infiltración en la zona 2 del agua de careo,
mientras que la zona 1 no ha recibido aportes durante este año. Además, el
invierno 2015-2016 fue anómalamente seco.
Figura 16. Localización de la Acequia del Espino (en rojo) desde A, toma de aguas del Río Bérchules hasta B, terminación de la acequia. Zona 1: localización de los perfiles 1 y 2. Zona 2: localización de los perfiles 3 y 4.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
31
En la figura 16, se observa la disposición de los perfiles en el contexto de
la acequia. Los perfiles 1 y 2 se encuentran en la Zona 1, en la Sima de Márcula,
mientras que los perfiles 3 y 5 están en la Zona 2, Sima de los Helechales.
Ambas parejas de perfiles se disponen de manera perpendicular, uno de ellos
paralelo al trazado de la acequia y otro ortogonal a esta. En las figuras 17 y 18
se ve en detalle la ubicación de los cuatro perfiles. Tras instalar cada uno de los
perfiles, se obtuvieron las coordenadas y cota de los electrodos mediante un
GPS navegador para posteriormente introducir la topografía en el procesado.
Figura 17. Localización en la Acequia del Espino (en rojo) de los perfiles 1 (240 m) y 2 (80 m).
Figura 18. Localización en la Acequia del Espino (en rojo) de los perfiles 3 (120 m) y 4 (100 m).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
32
A continuación se muestra la tabla 1 con las características de cada uno
de los perfiles:
X (m) Y (m) Z(m.s.n.m.) Distancia
(m)
Espaciado electródico
(m)
Número de
electrodos
Perfil 1 INICIO 481232 4093560 1825
240 2 119 FIN 481178 4093790 1827
Perfil 2 INICIO 481204 4093647 1814
80 1 80 FIN 481279 4093664 1825
Perfil 3 INICIO 481240 4095125 1887
100 1 119 FIN 481355 4095112 1860
Perfil 4 INICIO 481274 4095048 1867
120 1 120 FIN 481288 4095144 1874
Tabla 1. Características de los perfiles de tomografía eléctrica realizados en la Acequia del Espino. Coordenadas UTM 30 del principio y fin de cada perfil y sus respectivas cotas. Distancia total de los perfiles. Espaciado entre electrodos dispuestos por perfil. Número de electrodos utilizados en cada perfil.
Procesado de perfiles
Se han realizado dos tipos de inversión para el procesado de los datos,
robusto y suavizado; con el fin de determinar cuál puede proporcionar mejores
resultados a las interpretaciones de estos datos (Fig. 19).
La inversión Robusta, resalta los contrastes de resistividad para que sean
lo más netos posibles. De esta manera obtenemos un perfil del subsuelo con
contactos más definidos, lo que facilitará la delimitación de los espesores de los
depósitos de la acequia. Sin embargo, las geometrías que refleja el método
robusto son excesivamente cuadradas y angulosas, lo que sugiere una
interpretación ficticia, alejada de un modelo geológico real.
La inversión suavizada de resistividades y polarización inducida presenta
modelos más reales, que permiten detectar y delimitar con mayor detalle las
estructuras geológicas del perfil.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
33
Figura 19. Perfil 1 de tomografía eléctrica: Modelo de resistividad de Inversión Suavizada (A), modelo de resistividad de Inversión Robusta (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
34
Descripción de los perfiles
A continuación se describen las principales características de los cuatro
perfiles (Fig 20, 21, 22 y 23)
Perfil 1 (Zona 1 – Sima de Márcula, paralelo a la Acequia del Espino)
En el modelo de resistividad (Fig. 20A) se observa una primera capa
superficial con valores comprendidos entre 1300 y 4000 ohm.m . Comienza en el
metro 26 m hasta los 200 m, con un espesor de hasta 8 m en el metro 182 m. Por
debajo, aparece otra capa que se caracteriza por la presencia de contrastes en los
valores de resistividad. Se observan geometrías con contrastes verticales y otros
casi horizontales. El contraste principal se sitúa en la mitad del perfil, a 126 m, con
una diferencia de valores de resistividad que oscila entre mínimos de 150 ohm.m
hasta máximos de 2000 ohm.m .
El modelo de polarización inducida (Fig. 20B) tiene contrastes de
cargabilidad que en algunos casos no coinciden con los determinados en el perfil
de resistividad. El rasgo más característico son los valores elevados en la parte
meridional y bajos en la septentrional con un contraste neto en la zona central del
perfil, a 126 m.
Perfil 2 (Zona 1 – Sima de Márcula, perpendicular a la Acequia del Espino)
En el modelo de resistividad (Fig. 21A) se observa de nuevo una primera
capa superficial con valores comprendidos entre 1000 y 2700 ohm.m . Esta capa
comienza al principio del perfil acuñándose hacia el metro 32 m, con un espesor
máximo de 8 m, que coincide con el perfil 1 y se extiende hasta el metro 58. En la
parte inferior, a los 41 m, aparece otro cuerpo conductor con un valor mínimo de
178 ohm.m y elongación vertical, entre dos máximos de 750 ohm.m . Desde el
metro 48 m hasta el 54 m, hay otro máximo de 300 ohm.m.
En el modelo de polarización inducida (Fig. 21B) predominan los valores
medios, entre 1 y 2 msec. Además, aparece una zona de máximos y mínimos que
secunda el cuerpo vertical mencionado en el modelo de resistividad. Los valores de
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
35
polarización inducida son mínimos en la parte superior, rozando los 0 msec, frente
a la parte inferior que alcanza máximos de 10 msec.
Perfil 3 (Zona 2 - Sima de los Helechales, paralelo a la Acequia del Espino)
En el modelo de resistividad (Fig. 22A), entre los 50 y 84 m se observa una
estructura horizontal con valores comprendidos entre los 2500 y 4000 ohm.m y un
espesor que no supera los 2 m. Bajo esta primera capa y englobando la mayor
parte del perfil, se muestra una estructura más heterogénea. Tiene fuertes
contrastes en los valores de resistividad, destacando dos mínimos. El primero
situado entre los metros 26 m y 36, con valores mínimos de 200 ohm.m . El
segundo, una estructura con geometría vertical en el metro 79 m del perfil, con
valores de hasta 600 ohm.m . De modo menos marcado aparece otros dos
cuerpos, uno en el metro 60 m y otro en el 105 m Además de estos contrastes,
cabe mencionar un cuerpo con extensión horizontal situado entre los metros 50 y
58.
En el modelo de polarización inducida (Fig. 22B) se diferencian dos sectores.
La parte superior del perfil tiene valores mínimos frente al resto del perfil con
valores intermedios. Su valor máximo, 6 msec, se localiza en el metro 105 m.
Además, se observan un posible máximo coincidente con el cuerpo de extensión
vertical del modelo de resistividad situado en el metro 79 m, así como otros dos en
el 55 m y 26 m. Las tres últimas zonas mencionadas con valores máximos de 4
msec.
Perfil 4 – (Zona 2 – Sima de los Helechales, perpendicular a la Acequia del Espino)
En el modelo de resistividad (Fig. 23A), se diferencia una primera capa
superficial con valores comprendidos entre 2000 y 3000 ohm.m, situada desde el
comienzo del perfil hasta el metro 20 m y que continúa en el metro 32 m hasta el 58
m. Presenta un espesor constante entre 2 m y 3 m. En este caso, la capa inferior
muestra numerosos contrastes de resistividad. El contraste más importante con
extensión vertical se sitúa en el metro 63 m, con valores de resistividad próximos a
los 300 ohm.m. En el metro 27 aparece otra fractura de características similares a
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
36
la anterior con mínimos de resistividad de 600 ohm.m. Por último, un mínimo de
pequeñas dimensiones en el metro 23 m y entre los metros 26 m y 29 m un mínimo
con tendencia horizontal.
El modelo de polarización inducida (Fig. 23B) tiene una tendencia de valores
bajos de cargabilidad en la parte superior y altos en profundidad. Aparecen valores
máximos en los metros 29 m y 48 m. Respecto al modelo de resistividad, se
aprecia que el contraste del vertical del metro 70 m tiene valeres altos de
cargabilidad, mientras que el contraste resistivo del metro 27 m se caracteriza por
valores bajos.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
37
Figura 20. Perfil 1 de tomografía eléctrica: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Figura 21. Perfil 2 de tomografía eléctrica: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Figura 22. Perfil 3 de tomografía eléctrica: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
40
Figura 23. Perfil 4 de tomografía eléctrica: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
41
6. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN
La diferenciación de cuerpos de distintas resistividades y valores de
polarización inducida permite realizar la interpretación geológica de los perfiles.
En las figuras 24, 25, 26 y 27 se muestran los perfiles con las interpretaciones
realizadas. La Zona 1 y la Zona 2 de estudio están separadas geográficamente,
con lo cual, los valores de resistividad y polarización inducida no coinciden en las
zonas. Por este motivo se analizan las parejas de perfiles de cada zona.
En los perfiles 1 y 2 (Zona 1) (Fig. 24; Fig. 25), se observa una capa
horizontal con valores altos de resistividad, en torno a 1500 y 3800 ohm.m . La
capa está compuesta por sedimentos de grano fino, tales como limos y arenas
que alcanza espesores máximos de 8 m. Debido a la orientación de los perfiles,
el perfil 1 (paralelo a la acequia) tiene un espesor relativamente constante ya
que siempre está a la misma distancia de la acequia. Sin embargo, el perfil 2
refleja una gran acumulación de sedimentos en la parte oeste, próxima a la
acequia y se acuña en el metro 33 y continua con un espesor constante entre 3 y
4 m hasta los 58 m, donde termina el depósito de careo. Esta primera capa
registra en el modelo de polarización inducida valores intermedios a bajos. Esto
se debe a la baja proporción de material con elementos metálicos, arcillosos o
grafitosos.
Bajo estos sedimentos detríticos se localiza otra formación con valores de
resistividad y cargabilidad más heterogéneos, que corresponden al basamento
metamórfico de esquistos.
En el perfil 1 (Fig. 24), el modelo de polarización inducida presenta dos
zonas diferenciadas: la parte sur, con valores más altos de cargabilidad, frente a
la parte norte con valores mínimos. Este cambio se produce aproximadamente
en el metro 115 a 122 del perfil. En el modelo de resistividad se identifica una
fractura vertical sin mineralización en el metro 122 y aunque no coincide
exactamente con el límite vertical de valores de polarización inducida descritos,
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
42
está muy próximo. Por ello, esta sección se ha interpretado como un cambio en
la litología asociado a una fractura vertical, con esquistos sin mineralizaciones en
la parte norte, y con materiales con mineralizaciones metálicas o grafito en la
parte sur.
Se identifican dos fracturas conductivas en la parte norte del perfil. La
primera en el metro 158 m con buzamiento norte, y una segunda prácticamente
vertical en el metro 202. A diferencia de las anteriores, se han identificado dos
fracturas en las zonas resistivas. Aparece una primera fractura en el metro 78 m
buzando hacia el sur y en el metro 86 m otra falla con buzamiento hacia el norte.
Las cuatro fracturas descritas coinciden con mínimos (al norte) y máximos (al
sur) en los valores de cargabilidad. Las zonas con valores altos tanto en el
modelo de resistividad como en el de polarización inducida, corresponden con
zonas en las que no hay presencia de agua y las fracturas se encuentran vacías,
mientras que las zonas de mínimos son fracturas por las que se ha infiltrado
agua.
En el perfil 2 (Fig. 25), en el modelo de resistividad se observa una
fractura vertical situada en el metro 40, que coincide con un fuerte contraste de
cargabilidad en el modelo de polarización inducida. En este, dicha fractura
presenta valores mínimos en superficie y máximos en profundidad. Se interpreta
como una falla o diaclasa con mineralizaciones en la parte inferior, que además,
en el momento de la toma de datos, almacenaba agua.
Los perfiles 3 y 4 están muy influenciados por la topografía. El perfil 3,
perpendicular a la acequia, comienza con una fuerte pendiente que se suaviza
en el metro 53 hasta llegar al final del perfil. El perfil 4, sin embargo, tiene menor
relieve. Estas caracterices geomorfológicas, son las responsables de que en el
perfil 3 no se identifiquen sedimentos hasta el cambio en la topografía
mencionado. Desde el metro 50 m hasta el 81 m, se observa una variación en
los valores de resistividad. En este caso, al contrario de los resultados obtenidos
en los perfiles 1 y 2, los valores (en torno a 1000 y 2000 ohm.m) son más
conductores que los valores del basamento. El perfil 4 también presenta una
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
43
pequeña capa horizontal con valores de resistividad entre los 1200 y 2000
ohm.m. Estas zonas conductoras en la parte superior de estos dos perfiles, con
potencias máximas de 3 m, corresponden a los sedimentos de grano fino, limos
y arenas, de los depósitos de careo.
El basamento de ambos perfiles tiene múltiples anomalías con fuertes
contrastes en las propiedades medidas. El modelo de resistividad es muy
heterogéneo mientras que los modelos de polarización inducida tienen valores
más altos de cargabilidad en la parte más profunda y bajos en zonas más
superficiales.
Las fracturas verticales en ambos perfiles (perfil 3: 25-35 m, 62 m y 80 m;
perfil 4: 8 m y 63 m) corresponden con fallas verticales que han favorecido el
paso del agua, y gracias a los contrastes de resistividad y cargabilidad, se
estima que en las más profundas haya acumulación de agua y mineralizaciones
con elementos metálicos. Además, en el perfil 3, cabe destacar en el metro 106
m una pequeña variación en los valores de resistividad que coincide con
máximos en la cargabilidad. Se trata de una fractura con mineralización. En
ambos perfiles se observa una estructura horizontal, con alternancia de cuerpos
anómalos conductores y resistivos que puede corresponder a variaciones
litológicas del basamento.
De manera general, los cuatro perfiles de las dos zonas tienen una
estructura similar. En la parte superior se distinguen depósitos de careo que en
la Zona 1, tienen valores altos de resistividad debido posiblemente a que se
encuentran secos mientras que en la Zona 2, esto depósitos son conductores
por la presencia de un mayor contenido de agua. Por debajo de estos niveles,
aparece un basamento metamórfico de esquistos del Complejo Nevado-
Filábride, en el que se observan varias fracturas, a veces con mineralizaciones
que contienen elementos metálicos y actúan como zonas de infiltración y
acumulación de agua. En definitiva, esta zona de alteración y las fracturas del
basamento facilitan la infiltración de agua en el acuífero.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
44
Figura 24. Perfil 1 de tomografía eléctrica e interpretaciones geológicas: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Figura 25. Perfil 2 de tomografía eléctrica e interpretaciones geológicas: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
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Figura 26. Perfil 3 de tomografía eléctrica e interpretaciones geológicas: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
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tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
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Figura 27. Perfil 4 de tomografía eléctrica e interpretaciones geológicas: Modelo de resistividad (A), modelo de polarización inducida (B) y localización (C).
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
48
7. CONCLUSIONES
La tomografía eléctrica es el mejor método geofísico para establecer la
geometría de los elementos que componen el sistema de infiltración asociados a
las acequias de careo: los depósitos detríticos superficiales y la fracturación del
basamento. Se han estudiado dos sectores de la Acequia del Espino en los que
se producen importantes pérdidas de caudal: la sima de Márcula (zona 1) y la
sima de los Helechales (zona 2) en los que se han realizado respectivamente
dos perfiles de tomografía eléctrica paralelos y perpendiculares a la acequia, en
la zona de recarga.
En los dos sectores estudiados de la Acequia del Espino se identifica una
capa superficial, formada por limos y arenas sin compactar, resistiva en la zona
1, ya que está seca y conductora en la zona 2, ya que está húmeda por el
proceso de infiltración. Esta capa, formada por los fragmentos transportados por
la acequia se deposita en zonas de escasa pendiente. En la zona 1, donde
alcanza 8 m de potencia, se localiza cerca de la acequia y cubre una extensión
desde el metro 26 m hasta el 200 m. En la zona 2, caracterizada por una fuerte
pendiente próxima a la acequia, se deposita sólo en las zonas alejadas en las
que alcanza un espesor máximo entre 2 y 3 metros.
Bajo la capa de sedimentos se localizan esquistos nevado-filábrides
deformados por fracturas. La tomografía eléctrica muestra, además de las capas
del terreno, anomalías verticales en los valores de resistividad que corresponden
a fracturas del basamento, en las que se produce la infiltración de agua en el
acuífero. Los datos de cargabilidad permiten diferenciar fracturas con alta
cargabilidad, posiblemente por la presencia de mineralizaciones con elementos
metálicos conductores, y de baja cargabilidad, probablemente fracturas abiertas.
La tomografía eléctrica permite realizar un control detallado en las acequias
de careo, monitorizar el estado de humedad de los depósitos detríticos y ayudar
a la gestión y mantenimiento de este sistema de recarga tradicional.
Estructura superficial de zonas de recarga artificial de agua a partir de
tomografía eléctrica en Sierra Nevada (Bérchules, Granada)
49
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