estudio geofísico mediante tomografía eléctrica (ert) y

Preparado para: VAI Groundwater Solutions Av. Providencia 1476, Santiago

Referencia: AguaEx 1463 Fecha: noviembre 2018

Estudio geofísico mediante Tomografía Eléctrica (ERT) y Cociente Espectral de Ondas

Superficiales (CEOS) en el Embalse Carén, CODELCO CHILE

Reporte técnico

Alhué, Región Metropolitana

Revisión A

Preparado por: AguaEx SPA Coronel Pereira 72 Of.703 Las Condes – Santiago

VAIGS – AguaEx 1463 Página 1

Estudio geofísico mediante ERT y CEOS en el sector Carén

Resumen

VAIGS, contrató a AguaEx Geociencias para desarrollar un estudio geofísico ubicado en el embalse Carén, y forma parte de la División El Teniente, situado en la Comuna de Alhué, Provincia de Melipilla, Región Metropolitana de Santiago, Chile, con el fin de ubicar el contacto sedimento/basamento hidrogeológico e identificar posibles filtraciones en el área de estudio.

Para el alcance de dicho objetivo, se han realizado 8230 metros lineales de tomografía eléctrica (ERT) repartidos en siete perfiles, con separación de electrodos de 10 m. Los perfiles fueron posicionados por parte del cliente, y algunos replanteados por necesidades topográficas del terreno, siempre buscando mantener la orientación del perfil inicial. Una vez realizado el filtrado y proceso de datos, se obtuvieron secciones 2D que reflejan la distribución de los valores de resistividad en profundidad. Adicionalmente, se adquirieron 90 Puntos CEOS, cuya ubicación fue sugerida por parte de AguaEx Geociencias tomando en consideración requerimientos del Cliente, con los cuales se obtuvo la profundidad a la que se encuentra el sustrato competente (elevado contraste de impedancia de velocidades), el cual puede asociarse al contacto sedimento-roca bajo ciertas consideraciones. Las coordenadas de los perfiles y las estaciones CEOS se presentan en el sistema UTM, Datum WGS84, Zona 19S.

Considerando la geología del distrito minero de Alhué, bajas resistividades son reportadas en las secciones de tomografía eléctrica, que pueden estar asociadas al alto grado de alteración y contenido de materiales disueltos y sulfatos. Las unidades de mayor distribución en el área son el Complejo Granítico Alhué y la Formación Las Chilcas, además de depósitos semiconsolidados y no consolidados.

A partir de las secciones 2D de ERT, se interpretó el nivel freático, con la integración de la información de pozos suministrada por el cliente. En cuanto a la información aportada por CEOS, se muestra que los mayores espesores de sedimentos se ubican en el centro del valle desde la zona noroeste en el orden de 90 m y hacia el sureste puede alcanzar unos 120 m de espesor.


Estudio geofísico mediante ERT en el sector Carén

Contenido

I – Antecedentes ...................................................................................................... 5

I.1 – Introducción .................................................................................................... 5

I.2 – Objetivos del Estudio ........................................................................................ 5

I.3 – Alcance del Estudio .......................................................................................... 6

II – Geología del área de estudio ............................................................................... 8

III. – Reporte Geofísico .......................................................................................... 12

III.1 – Introducción ................................................................................................ 12

III.2 – Configuración del levantamiento y proceso ERT .............................................. 12

III.3 – Configuración del levantamiento y proceso CEOS ............................................ 15

IV – Resultados ERT ............................................................................................... 16

IV.1 – Zona A: Perfiles 1 (Plano 1) y 2 (Plano 1 y 2 ANEXO E) ................................... 17

IV.2 – Zona B: Perfiles 3, 4, 5, 6 y 7 (Plano 3,5,6,7 Anexo E) ..................................... 18

V – Resultados CEOS .............................................................................................. 21

V.1 – Inversión ...................................................................................................... 22

VI – Discusión Integrada ........................................................................................ 24

VI – Conclusiones ................................................................................................... 29

Anexo A. Metodología de trabajo de tomografía eléctrica (ERT).................................. 30

Anexo B. Reporte logístico - ERT ............................................................................. 35

Anexo C. Metodología de trabajo de Cociente Espectral de Ondas Superficiales (CEOS) .................................................................................................................. 44

Anexo D. Reporte logístico -CEOS ............................................................................ 49

Anexo E. Resultados ERT ........................................................................................ 54

Anexo E. Resultados CEOS ...................................................................................... 55

Anexo G. Interpretación .......................................................................................... 56



Ilustraciones

Ilustración 1: Ubicación general de los perfiles ERT realizados en el área de estudio (verde) y puntos CEOS (azul). Coordenadas UTM, WGS84 19S ....................... 7

Ilustración 2: Mapa geológico del área del estero Carén-Estero Alhué ......................... 10

Ilustración 3: Zonas de estudio. Zona A (suroeste)- Zona B (noroeste). ...................... 17

Ilustración 4. Perfiles ERT en la Zona B, en una visualización 3D hacia el noreste. ............................................................................................................................ 19

Ilustración 5. Perfiles ERT en la Zona B, en una visualización 3D hacia el noroeste. ............................................................................................................................ 20

Ilustración 6. Modelo de velocidades de onda P, onda S y densidad para la estación C001. ....................................................................................................... 22

Ilustración 7. Unidades diferenciadas por escala de resistividad. ................................. 25

Ilustración 8: Dispositivo de medición de tomografía eléctrica mediante una configuración, donde se muestra el punto de medida (punto blanco) para la posición de los electrodos del cuadripolo y los puntos de medida que se obtendrían desplazando y variando la distancia entre electrodos (puntos negros). En amarillo, se representan las líneas de flujo eléctrico y en gris los isopotenciales. ............................................................................................................................ 31

Ilustración 9. Descripción gráfica del cálculo de la relación H/V. ................................. 46

Ilustración 10. Ejemplo de Mapa de Isoperíodos (izquierda) – Mapa de espesor de sedimentos (derecha) ........................................................................................ 47

Ilustración 11. Ejemplo de Curva de dispersión y modelos para Vp y Vs. ..................... 47

Ilustración 12. Ejemplo de Modelo de Vs a lo largo de un perfil de estaciones de inversión de H/V .................................................................................................... 48

Ilustración 13. Ubicación de los puntos CEOS. .......................................................... 50



Tablas

Tabla 1: Resumen de las unidades litológicas locales presentes en el estero Carén, al oeste del embalse CarénII .................................................................................................. 11

Tabla 2: Configuraciones de los perfiles de tomografía eléctrica realizados. .................... 14

Tabla 3: Resultados de la inversión para la estación C001 ............................................ 23

Tabla 4: Unidades definidas por propiedades geofísicas y geológicas ............................. 26

Tabla 5. Perfiles de tomografía eléctrica y sus longitudes (m). ...................................... 36

Tabla 6: Itinerario de las actividades desarrolladas en faena 05/09/2018 al 14/09/2018. . 38

Tabla 7 Itinerario de las actividades desarrolladas en los días del 01/08/2018 al 31/08/2018, y el día 01/09/2018 y posteriormente 21/09/2018. ....................................................... 53

Fotos

Foto 1. Vista hacia el norte (x=550 m) del perfil P2, el terreno es más consolidado. ....... 39

Foto 2. Al extremo norte del perfil P2 (x=740 m), se observa la presencia del río. .......... 39

Foto 3. Vista hacia el noreste del perfil P3, donde observa un poste. ............................. 40

Foto 4. Vista desde el comienzo del perfil P3 hacia el noreste. ...................................... 40

Foto 5. Tunel en x=140 m del perfil P3, vista hacia el noreste....................................... 41

Foto 6. Extremo del perfil P4. Vista al este (izquierda), donde se identifica la presencia el embalse. Vista al suroeste (derecha), donde se aprecia la extensión del embalse. .......... 41

Foto 7. Poste de alta tensión perfil P4 (x=1500m). ...................................................... 42

Foto 8. Río paralelo al perfil P4. Vista hacia el noreste .................................................. 42

Foto 9. Zona más ancha del Río que corta al perfil P5, Vista al noreste (arriba) y Zona más delgada del Río vista al oeste (abajo). ......................................................................... 43



I – Antecedentes

I.1 – Introducción

VAI Groundwater Services, contrató a AguaEx Geociencias para desarrollar un estudio geofísico ubicado aguas arriba y aguas abajo del embalse Carén, situado en la Comuna de Alhué, Provincia de Melipilla, Región Metropolitana de Santiago, Chile, con el fin de caracterizar geofísicamente el subsuelo hasta alcanzar profundidades de investigación superiores a 80 m. A través de este estudio, se buscan evidencias para investigar el comportamiento del relleno no consolidado en la cuenca, identificar el espesor de la zona saturada y la posición del nivel freático, así como la identificación de posibles evidencias de filtraciones en el área de estudio.

I.2 – Objetivos del Estudio

El objetivo general del presente estudio es el siguiente:

• Caracterizar geofísicamente el subsuelo de la cuenca aguas abajo del Embalse Carén a través de la combinación de distintos métodos geofísicos, que permitan obtener información a una profundidad de investigación superior a 80 m.

De este objetivo general, se desprenden los siguientes objetivos específicos:

• Observar el comportamiento de las resistividades eléctricas en el subsuelo a través del método de Tomografía Eléctrica (ERT), para obtener evidencias de posibles filtraciones provenientes de las áreas industriales, así como la existencia de un nivel freático en distintas posiciones de la cuenca.

• Observar el comportamiento de las velocidades Vp, Vs e isoperíodos del subsuelo a través del método de Cociente Espectral de Ondas Superficiales (CEOS), con el fin de obtener una distribución estimada del espesor del relleno, o en su defecto, que se comporte como tal a lo largo de la cuenca.



• Integrar los resultados de ambas metodologías geofísicas para refinar la distribución de unidades hidro-geofísicas en el subsuelo, como apoyo en la elaboración de modelos hidrogeológicos.

I.3 – Alcance del Estudio

El área de estudio comprende el sector de Carén, que forma parte de la División El Teniente, situado en la Comuna de Alhué, Provincia de Melipilla, Región Metropolitana de Santiago, Chile (Ilustración 1). Fueron realizados 8230 m lineales de tomografía eléctrica (ERT) repartidos en siete perfiles, con una separación de electrodos cada 10 m, lo cuales en su mayoría evidencian el contacto sedimento/roca.

Adicionalmente, se adquirieron 90 puntos CEOS, con los cuales se pudo estimar el tope del sustrato rocoso, alcanzándose hasta profundidades de 150 m en el área de estudio. Además, fue posible estimar las velocidades de onda P y S, mediante modelos de inversión de tres capas en una selección de puntos.

Por otra parte, se contó con información litológica y respuestas de multipiezómetros suministrada por el Cliente, lo que fue utilizado para la interpretación y delimitación de unidades y comportamientos en la zona de estudio.



Ilustración 1: Ubicación general de los perfiles ERT realizados en el área de estudio (verde) y puntos CEOS (azul). Coordenadas UTM, WGS84 19S



II – Geología del área de estudio

La cuenca del estero Carén está conformada por una amplia depresión principal que se encuentra estrangulada topográficamente por la colina Sotelo, en la cual se emplaza el Muro de Relaves del embalse Carén, y una cuenca con relleno sedimentario que conecta con el valle del estero Alhué. Tanto aguas arriba como aguas abajo en el estero Carén, la geología está controlada principalmente por una roca caja de intrusivas intermedias, principalmente tonalitas, granodioritas, diorítas y pórfidos dioríticos del Complejo Alhué (Ksgca/Ksgca(c)) (Ilustración 2). Se espera que estas rocas intrusivas muestren altas resistividades eléctricas (>103), ya que representan unidades litológicas duras, sanas y con porosidad despreciable. Sin embargo, la meteorización y alteración de estas unidades litológicas, especialmente en el perfil de meteorización en el eje del valle, así como fracturamiento asociado a zonas de fallas geológicas, puede inducir la respuesta de resistividades entre 102 y 103 Ohm.m.

El valle del estero Carén, aguas abajo del muro de relaves del Embalse Carén, se encuentra cubierto por una unidad de depósitos fluviales aterrazados y de relleno (PIHf), que puede estar definida por secuencias alternadas de sedimentos gruesos y medios, conforme a la depositación de relleno de valle (Ilustración 2). Estos depósitos fluviales son antíguos a recientes, y su expresión principal se observa en las terrazas fluviales a ambos flancos del estero Carén. Se estima que esta unidad presenta una porosidad importante y un grado de saturación variable, por lo que representaría la unidad hidrogeológica de mayor conductividad hidráulica en la cuenca. Las resistividades eléctricas de esta unidad puede oscilar entre 101 y 102 Ohm.m por debajo del nivel freático. Por encima del nivel freático, las resistividades de los materiales secos tienden a ser medias y altas, mayores a 102-103 Ohm.m.

La unidad PIHf se encuentra entallada parcialmente en el eje del valle por una unidad de depósitos fluviales no consolidados recientes (Hf) (Ilustración 2). Este material se encaja dentro de las terrazas fluviales antíguas de PIHf y conforma la unidad donde descansa el trayecto del estero Carén. Se estima que el espesor de esta unidad es reducido, ya que la expresión topográfica de las terrazas no es de consideración. La unidad presenta un nivel freático superficial, por lo que sus resistividades oscilan entre 101 y 102 Ohm.m, y



se diferencian del resto de unidades sedimentarias debido a su posición geomorfológica y su carácter más reciente.

Depósitos aluviales en conos de deyección (PIHq) y depósitos de remoción en masa (PIHrm) se encuentran a lo largo de las laderas del valle del estero Carén, descansando como aluvios y coluvios superficiales en el piedemonte. De estos conos aluviales, se destaca el cono principal de la Colina Los Cristales, al oeste del muro de Relaves, de gran extensión y que obliga al estero Carén a apoyarse de la ladera norte. Esta unidad se conforma principalmente de granulometría gruesa, mal escogida, y materiales secos, que implican altas resistividades eléctricas (>103 Ohm.m).

La Tabla 1 simplifica las unidades litológicas presentes, así como sus propiedades de resistividad eléctrica:



Ilustración 2: Mapa geológico del área del estero Carén-Estero Alhué



Tabla 1: Resumen de las unidades litológicas locales presentes en el estero Carén, al oeste del embalse CarénII

Simbología (SERNAGEOMIN)

Unidad Litológica

Litologías presentes Propiedades físicas Resistividad eléctrica Ohm.m

Ksgca/Ksgca(c) Complejo Alhué

Roca caja de intrusivas intermedias, principalmente tonalitas, granodioritas, diorítas y pórfidos dioríticos

Litologías competentes, con muy baja porosidad, posiblemente fracturadas por controles estructurales. La meteorización y alteración en el fondo de valle puede exhibir resistividades entre 102 y 103 Ohm.m

>103

PIHf Depósitos fluviales aterrazados y de relleno

Secuencias alternadas de sedimentos gruesos y medios, conforme a la depositación de relleno de valle. depósitos fluviales antiguos a recientes, como expresión de terrazas fluviales a ambos flancos del estero Carén.

La unidad presenta porosidad importante y un grado de saturación variable, representaría unidad hidrogeológica de mayor conductividad hidráulica en la cuenca. Las resistividades eléctricas pueden oscilar entre 101 y 102 Ohm.m por debajo del nivel freático. Por encima del nivel freático, las resistividades de los materiales secos tienden a ser medias y altas, mayores a 102-103 Ohm.m.

101 - 103

Hf Depósitos fluviales no consolidados recientes

Material se encaja dentro de las terrazas fluviales antíguas de PIHf y conforma la unidad donde descansa el trayecto del estero Carén.

Material de relleno de valle, granular, poroso, con facies locales, materiales con humedad relativa

101 – 102

PIHq/ PIrm Depósitos aluviales

Aluviales, coluviales y flujos de arenas, gravas y ripios proveniente de las laderas.

Granulometría gruesa, mal escogida, y materiales secos

>102



III. – Reporte Geofísico

III.1 – Introducción

En este capítulo se realiza una revisión, análisis e interpretación de la información geofísica adquirida en el área de estudio. Los trabajos de geofísica consistieron en la realización de siete perfiles mediante la técnica de Tomografía Eléctrica (ERT), metodología descrita en el Anexo A. El reporte logístico del levantamiento junto con las actividades realizadas en terreno se presenta en el Anexo B.

Por otro lado, se realizó la adquisición de 90 puntos bajo la metodología de Cociente Espectral de Ondas Superficiales (CEOS) descrita en el Anexo C. El reporte logístico de dichos puntos junto con la Bitácora realizada en terreno se encuentra en el Anexo D.

III.2 – Configuración del levantamiento y proceso ERT

Se utilizaron instalaciones de electrodos de acero inoxidable distanciados cada 10 m para la adquisición de tomografía eléctrica. Estos electrodos fueron conectados mediante un cable multi-conductor a un instrumento de medición de resistividad de suelos de extrema sensibilidad. Además, se adquirieron las posiciones de los electrodos impares mediante un GPS diferencial. Después de cada día de adquisición de datos, el equipo de trabajo fue revisado visualmente, cargadas las baterías, descargados los datos de resistividad, así como los de posicionamiento, y se envió la información a gabinete para el procesado de estos.

Las configuraciones de levantamiento están descritas en la Tabla 2.

El pre-procesado de información de resistividad consistió en la visualización del contenido del archivo ASCII, el pre-acondicionamiento del archivo de entrada y la visualización de la pseudo-sección en pantalla. Se agregó la información geométrica proveniente del instrumento GPS. Para el procesado de los perfiles, fueron utilizadas las configuraciones del levantamiento geofísico que se presentan en el Anexo A. Toda la información fue procesada con el algoritmo RES2DINV, considerado como uno de los tres códigos de estándar



industrial. El proceso aplicado es el robusto, que se distingue del proceso suavizado por la rutina de minimización de diferencias absolutas entre los datos observados y modelados de forma iterativa. De esta forma, el algoritmo tiene la capacidad de reconstruir fuertes cambios de resistividad. Mientras ambas tienen sus aplicaciones, para el presente trabajo fue seleccionado el método robusto.



Tabla 2: Configuraciones de los perfiles de tomografía eléctrica realizados.

Item 1463_Perfil 1 1463_Perfil 2 1463_Perfil 3 1463_Perfil 4 1463_Perfil 5.1 Técnica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Largo total (m) 460 740 600 1800 680 Distancia entre electrodos 10 m 10 m 10 m 10 m 10 m Fecha adquisición 14/09/2018 14/09/2018 05/09/2018 06-07/09/2018 13/09/2018 Preparación de puntos Electrodo con humectación Electrodo con humectación Electrodo con humectación Electrodo con humectación Electrodo con humectación

Configuración utilizada Gradiente múltiple+Dip-Dip

Gradiente múltiple+Dip-Dip


Gradiente múltiple+Dip-Dip Gradiente múltiple+Dip-Dip

Corriente Min/Max (mA) 29.8126 / 153.651 61.6733 / 239.808 142.077 / 716.915 0 / 993918 25.815 / 692.311 Datos registrados 123 820 494 2820 1007 Datos para proceso 96 771 471 2326 795 Topografía incorporada 24 puntos 38 puntos 31 puntos 90 puntos 35 puntos

Tipo proceso utilizado Robusto de criterio uniforme

Robusto de criterio uniforme


Robusto de criterio uniforme Robusto de criterio uniforme

Secuencia aplicada Dos corridas de hasta 7 iteraciones

Dos corridas de hasta 7 iteraciones




Exclusión de datos RMS Edit RMS Edit RMS Edit RMS Edit RMS Edit Error RMS final 3.64 % 3.15 % 1.59 % 5.52 % 5.47 % Item 1463_Perfil 5.2 1463_Perfil 6 1463_Perfil 7 Técnica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Tomografía eléctrica Largo total (m) 1540 1000 1410 Distancia entre electrodos 10 m 10 m 10 m Fecha adquisición 12/09/2018 11/09/2018 23/07/2018 Preparación de puntos Electrodo con humectación Electrodo con humectación Electrodo con humectación

Configuración utilizada Gradiente múltiple+Dip-Dip



Corriente Min/Max (mA) 24.4269 / 487.808 43.7895 / 495.138 117.367 / 492.858 Datos registrados 3066 1434 2788 Datos para proceso 2528 1134 2485 Topografía incorporada 78 puntos 50 puntos 71 puntos

Tipo proceso utilizado Robusto de criterio uniforme



Secuencia aplicada Dos corridas de hasta 7 iteraciones



Exclusión de datos RMS Edit RMS Edit RMS Edit Error RMS final 7.69% 8.43 % 3.613 %



III.3 – Configuración del levantamiento y proceso CEOS

De acuerdo con la ubicación de los puntos de adquisición, se procedió a ubicar en el GPS de mano los puntos de medición en terreno. Una vez dispuestos en el lugar de medición, se coloca en el terreno el sismómetro, orientándolo al norte (según marca indicadora en el tope del equipo) y nivelándolo horizontalmente a través de tres tornillos niveladores que se encuentran en la base del sensor, esto con el fin de garantizar la correcta adquisición de los datos. Seguidamente, se procede a instalar la antena GPS y finalmente conecta el cable de alimentación del sismómetro a la batería externa. A partir de ese momento se debe minimizar el tránsito de personas en las cercanías del sensor y con ello minimizar el ruido en las respuestas.

Una vez realizada la instalación, el equipo se mantiene en modo de grabación de datos por un espacio de al menos 25 minutos. Al finalizar este tiempo se procede a respaldar el tiempo de término en la hoja de terreno. Toda la información asociada a la adquisición (coordenadas del punto, hora de inicio, hora de termino, número de la estación, observaciones del terreno) se debe plasmar en la hoja de terreno, ya que esta información es requerida a la hora de realizar la descarga de datos. Finalmente, se desmonta el sistema de adquisición y se moviliza al siguiente punto.



IV – Resultados ERT

A continuación, se presentan los resultados obtenidos, a partir de los siete perfiles de tomografía eléctrica (ERT) realizados en el estudio. Una vez realizado el filtrado y proceso de datos distribuidos, se obtuvieron secciones 2D (planos 1 al 7; Anexo E) que reflejan la distribución de los valores de resistividad en profundidad.

Respecto a la visualización de las secciones, la resistividad está expresada una escala de colores única para todos los perfiles, de unidad Ohm·m, donde los rangos azules indican valores bajos de resistividad (mayor conductividad), que se correlacionan con sedimentos finos, de tipo limo/arcillosos y/o que pueden contener cierta humedad, correspondientes a los depósitos fluviales (PIHf, Hf) descritos en la Tabla 1; los valores de resistividad medios, representados por colores verdes y amarillos, representarían materiales con mayor tamaño de grano, correspondientes a los depósitos aluviales (PIHq/PIrm); y los colores naranjas, rojos y morado representan un rango de resistividades mayores, que se correlacionan con la roca caja (Ksgca/Ksgca(c)).

Se dividió el área de estudio en dos zonas, como se muestra en la Ilustración 3. Además, se han elaborado ilustraciones 3D que muestran la ubicación relativa de cada perfil, para facilitar la visualización e interpretación de resultados.

La resistividad del subsuelo es un parámetro que varía en función de las características del terreno (alteración, humedad, temperatura, contenido en finos, entre otros) por lo que existen múltiples combinaciones de estas propiedades físicas que pueden generar los mismos perfiles geoeléctricos, y, por lo tanto, hay varias interpretaciones para una misma sección. Los modelos interpretados a continuación compaginan el esfuerzo de los geofísicos y geólogos de AguaEx por generar un modelo geoeléctrico lo más coherente posible con el conocimiento geológico y geomorfológico.



Ilustración 3: Zonas de estudio. Zona A (suroeste)- Zona B (noroeste).

IV.1 – Zona A: Perfiles 1 (Plano 1) y 2 (Plano 1 y 2 ANEXO E)

Ubicados al sureste del tranque de Caren en el área de estudio, se tienen los perfiles 1 y 2 orientados en dirección SSW-NNE, que suman 1200 m lineales, con un error resultante del procesamiento menor a 3.5 %. El Perfil 1 alcanzó una profundidad de 65 m y el Perfil 2 por su parte alcanzó una profundidad de 165 m.

Es posible identificar en ambos perfiles el contraste de resistividades marcado por tres niveles, donde el más profundo posee resistividades altas que varían entre los 150 Ohm·m a 4000 Ohm·m, asociado principalmente a rocas ígneas y cuerpos intrusivos correspondientes al posible basamento hidrogeológico. De manera específica, es posible identificarlo en el Perfil 2, con límite superior entre 200-300 msnm, y disminuye hacia el NE de la zona, mientras que en el Perfil 1 no se evidencia completamente debido al alcance en profundidad de la sección, el cual es un factor limitante.

Por encima de éste, se identifica un segundo nivel caracterizado por una disminución de valores de resistividad, entre los 20 Ohm·m a 350 Ohm·m, asociados a zonas saturadas,



donde es posible interpretar el nivel freático a una profundidad promedio de 25 m, de acuerdo con los contrastes resistivos. Además, se identifican algunas anomalías de baja resistividad (menor a 20 Ohm·m) asociadas principalmente a posibles alteraciones litológicas, debido a cambios estructurales del subsuelo, tal como se evidencia en las coordenadas locales X=280m, X=400 y X=480m del Perfil 2.

Finalmente, un tercer nivel incluye la zona superficial de los perfiles que se caracteriza por valores de resistividades entre 100 Ohm·m y 600 Ohm·m, y disminuyen de espesor progresivamente hacia el NE (hasta 15 metros). Dentro de esta unidad es posible identificar la heterogeneidad de los estratos geoeléctricos subhorizontales a partir de la disminución y aumento en los valores de resistividad, posiblemente asociados a diferentes litologías en el cuerpo del aluvial. No obstante, mantiene los valores de resistividades promedio asociado a depósitos secos, no consolidados, expuestos en superficie.

IV.2 – Zona B: Perfiles 3, 4, 5, 6 y 7 (Plano 3,5,6,7 Anexo E)

Dentro de la zona B se encuentran los perfiles 3, 6 y 7 con dirección SW-NE, y los perfiles 4 y 5 transversales con orientación NW-SE, y suman una longitud lineal de 7030 metros (Ilustración 4). El perfil 3 y 4 alcanzan una profundidad de 100 m, en cuanto los perfiles 5, 6 y 7 llegan a una profundidad de 150 m aproximadamente. En términos generales, es posible identificar en todos los perfiles tres comportamientos distintos con espesores variables, de acuerdo con los contrastes de resistividades.

Los perfiles 4 y 5 son los más extensos, 1800 m y 2300 m, respectivamente. El Perfil 5 fue dividido en dos (perfiles 5.1 y 5.2), ya que la quebrada que atraviesa la zona imposibilitó la instalación de los equipos. No obstante, se evidencia la correspondencia de las respuestas geoeléctricas definidas, al igual que en toda la extensión del perfil 4, donde se observa correspondencia lateral en las profundidades y valores de resistividades, donde a mayor profundidad, las altas resistividades se asocian a basamento hidrogeológico; suprayacente a esta, una disminución de resistividades debido a la saturación de la zona, y presentando ciertas anomalías de baja resistividad asociadas a posibles concentraciones de humedad por alteraciones litológicas en la zona; y finalmente, en la parte superior sobre el nivel freático, resistividades características de sedimentos secos, coherentes con la información de pozos contrastada, e identificadas de mejor manera en las zonas con altos topográficos, no afectadas por servicios o aguas meteóricas por riegos artificiales.



Ilustración 4. Perfiles ERT en la Zona B, en una visualización 3D hacia el noreste.

En la zona más profunda de los perfiles se observan resistividades altas entre 200 y 4000 Ohm·m, y variaciones laterales marcadas, como las observadas en a partir de las coordenadas X= 1320 del perfil 4, y la coordenada central X=620 del perfil 7, debido a posibles alteraciones y/o fracturas, y en otros casos, como en el perfil 3 (ANEXO E), entre las coordenadas X=220 m y X=440m está siendo afectado por la base del muro y el eje de la quebrada existente, lo cual sugiere que el basamento hidrogeológico definido se encuentre a mayor profundidad que la observada. En la ilustración 4, en los perfiles 4 y 5.2 se evidencia entre las altas resistividades a profundidad, valores bajos hacia el suroeste, con correspondencia lateral en los en las coordenadas centrales X=1360m (perfil 4) y X=580m (perfil 5.2), que se pueden asociar al eje de la Quebrada Las Tencas.

Por encima de las altas resistividades, desde la elevación promedio de 135 msnm como tope, es posible identificar en todos los perfiles una leve disminución de resistividades (valores entre 10 y 100 Ohm·m) con un rango de espesor promedio de 50 m, afectada en algunos casos por estructuras o fallas que dan lugar a posibles concentraciones de humedad o vías preferenciales de aguas, evidenciadas por anomalías de baja resistividad (menores a 10 Ohm·m).



Ilustración 5. Perfiles ERT en la Zona B, en una visualización 3D hacia el noroeste.

En la parte superficial de los perfiles, se evidencia un cambio en los valores de resistividad, limitada en la base por el nivel freático interpretado, con resistividades media-altas características de sedimentos sueltos y secos, con gran heterogeneidad afectadas por las diferencias topográficas del área, los servicios en la zona y concentraciones de aguas meteóricas utilizadas en el riego de cultivos. No obstante, es posible identificar en los altos topográficos del área, resistividades mayores debido a materiales más secos y sueltos, sin alteraciones artificiales. Además, de acuerdo con la línea del nivel freático interpretado, se observan espesores entre 1m y 10m, dependiendo de altos topográficos observados en la zona.

Es importante destacar la coherencia lateral observada en las intersecciones de los perfiles, tal como se observa en el perfil 4 y 6, donde la elevación del tope del basamento hidrogeológico coincide, al igual que en el perfil 5.2 y el perfil 6.



V – Resultados CEOS

A continuación, se presentan los resultados obtenidos, a partir de 90 estaciones CEOS realizadas en el estudio. A partir de los isoperíodos resultantes descritos en la metodología del CEOS (ANEXO C), se generó un mapa de espesores de sedimentos en el cual se observa el comportamiento del contacto sedimento/ roca (ANEXO F).

Al determinar la frecuencia de resonancia o período fundamental del sitio producto de la relación entre los espectros horizontales y vertical de las vibraciones ambientales grabadas, pueden ser interpretados utilizando ecuaciones de regresión para estimar el espesor sedimentario y la profundidad del basamento.

Esta frecuencia se relaciona con el promedio de la velocidad de ondas de corte (Vs) y el espesor del sitio (H) mediante la siguiente ecuación:

𝑓𝑓 =𝑉𝑉𝑉𝑉4𝐻𝐻

En el ANEXO F se evidencia como el contacto con el sustrato competente se profundiza en el sector noroeste, hasta alcanzar una profundidad de 150 m, y hacia el sureste se muestran zonas donde el espesor de sedimentos se adelgaza variando en un rango de 30-50 m. Estas observaciones nos permiten crear una visión general de la posible morfología de la cuenca asociada el embalse de Carén.



V.1 – Inversión

Al realizar la inversión de las curvas H/V, se obtiene información de las velocidades de Onda P y Onda S, y las densidades asociadas a un modelo predefinido de tres capas, Ilustración 6, Tabla 3

Para una selección de puntos, se realizaron las inversiones y se muestran los resultados en el ANEXO F. En líneas generales, el rango de velocidades de la onda P de la primera capa se encuentra en el orden de 500 a 800 m/s, 1000 a 2000 m/s para la segunda capa, y 2200 a 3500 m/s respectiva a la tercera capa. En cuanto a las velocidades de onda S, estarán en el orden de 200 m/s a 400 m/s para la primera capa, de 500 m/s a 700 m/s para la segunda capa y de 900 m/s a 1300 m/s en la tercera capa. También, mediante la inversión es posible conocer los valores de densidad teniendo una variación en la zona de 1700 a 2200 t/m³.

Ilustración 6. Modelo de velocidades de onda P, onda S y densidad para la estación C001.



Tabla 3: Resultados de la inversión para la estación C001

Punto Este Norte Vp [m/s] Vs [m/s] Rho [t/m³] Misfit

C001

296912 6225583

627.971118 265.648886 1796.06969

0.06

1180.47518 562.026857 1987.40825

2542.84171 1196.61541 2172.59076



VI – Discusión Integrada

La resistividad eléctrica es directamente relacionable con el grado de saturación del subsuelo, el cual varía de acuerdo con diversas características del material en terreno. En función de la continuidad lateral de los datos y el gradiente de separación de las isocurvas de resistividad.

Bajo un criterio geológico coherente, se busca dividir el subsuelo en Unidades Geoeléctricas mediante la interpretación descriptiva y cualitativa de los datos. Por esta razón, las unidades geoléctricas a definir, aunque se han asociado a ciertas litologías, podrían variar de acuerdo con las fluctuaciones de los niveles de humedad en la zona. Además, se contiene información de pozos e información geológica de la zona con lo cual se puede asociar comportamientos litológicos, que nos permitan asociarlos a las respuestas geofísicas.

Dado que la resistividad del subsuelo puede variar dependiendo de la temperatura, humedad, presión, contenido de agua, porosidad y salinidad; existen múltiples combinaciones de estas propiedades físicas que pueden generar los mismos perfiles comportamientos, y, por lo tanto, existen múltiples interpretaciones para una misma sección. Las secciones mostradas compaginan el esfuerzo de los geofísicos y geólogos de AguaEx por generar un modelo interpretado lo más coherente posible con la información que se tiene hasta la fecha.

Las respuestas de la inversión de los datos de CEOS se integraron a los perfiles de tomografía eléctrica con el propósito de identificar comportamientos distintivos. De acuerdo con lo planteado, y según la geología descrita en el área de estudio, la posición de las capas registradas por CEOS, y los contrates de resistividad se han interpretado cuatro unidades. (Ilustración 7) muestra el rango de variación de resistividades a las cuales se pudieran aproximar cada una de las unidades interpretadas.

406080100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760780800820840860880900920940960980

Distancia horizontal (m)

-45

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

45

55

65

75

85

95

105

115

125

135

145

155

165

175

185

195

205

215

Elev

ació

n (m

.s.n

.m)

NESW

Modelo Interpretado

UIV

UII

UI(?)



Ilustración 7. Unidades diferenciadas por escala de resistividad.

Donde:

• La Unidad I (UI) está conformada altos valores de resistividad (Ksgca/Ksgca(c))

• La Unidad II (UII) representada por resistividades medias a altas se asocia con (PIHf)

• Unidad III (UIII) está asociada a valores medios de resistividad (PIHq/ PIrm)

• Unidad IV (UIV) está inmersa dentro de las resistividades intermedias UIII, sin embargo, representa depósitos más recientes (Hf).

En la tabla que se muestra a continuación (Tabla 4) se caracterizan las IV unidades, de acuerdo con el grado de saturación de agua (seco, vadoso y húmedo), rango de resistividades asociados, rangos de Vp encontrados y posibles litologías.



Tabla 4: Unidades definidas por propiedades geofísicas y geológicas

De acuerdo con la interpretación de los perfiles, es posible identificar que la superficie de la unidad IV se restringe a la zona donde descansa el trayecto del estero Carén, solo la vemos en el perfil 4, 5 y 6. La unidad III, ubicada parte de los perfiles de la zona la zona B, tiene una correspondencia con los depósitos del pie aluvional, sin embargo, no se muestra en el perfil 6, dado que éste perfil se encuentra en el eje de la Quebrada, lo que nos lleva a pensar la presencia agentes erosivos que generaron de remoción de masas que ocasionaron su desaparición o desplazamiento. Este perfil esta con resistividades entre 15 y 4000 Ohm·m, de vadoso a seco respectivamente, y sobre el nivel freático interpretado, donde las zonas con menores resistividades responden a aportes de aguas de cultivos altamente conductivas. En segundo lugar, el estrato comprendido por la unidad II se identifican en todos los perfiles por resistividades entre 10 Ohm·m y 600 Ohm·m, estando este rango asociadas a sedimentos de granos más finos y mayor grado de alteración, es la unidad hidrogeológica de mayor conductividad hidráulica en la cuenca, cercanos a las zonas de

Unidad Característica

Rango de resistividad

es (Ohm·m)

Rango de

Vp(m/s) Posible litología

UIV Seca Sobre el nivel freático 15-200 400-750

Material se encaja dentro de las terrazas fluviales antíguas de PIHf

UIII Seca Sobre el nivel

Freático 200-4000 535-800

Aluviales, coluviales y flujos de arenas, gravas y ripios proveniente de las laderas. Vadosa Sobre el nivel

Freático 15-200

UII

Vadosa Sobre el nivel Freático 60-600

1000-1800

Secuencias alternadas de sedimentos gruesos y medios, conforme a la depositación de relleno de valle. depósitos fluviales antiguos a recientes, como expresión de terrazas fluviales a ambos flancos del estero Carén.

Húmeda Bajo el nivel freático 10-60

UI Húmeda Bajo el nivel freático 200-4000 2000-

3500

Roca caja de intrusivas intermedias, principalmente tonalitas, granodioritas, diorítas y pórfidos dioríticos



fallas o ejes de la quebrada, además dentro de ésta se identifica el nivel freático, definido por la disminución de resistividad en profundidad. Finalmente, la UI, identificada en todos los perfiles en profundidad, se asocia a materiales más consolidados y define el posible contacto entre los sedimentos menos consolidados y el sustrato competente.

A partir de la delimitación del contraste de resistividades dentro de las Unidades II y III, y según los datos de pozo suministrados por el cliente, se logró interpretar la envolvente del nivel freático, la cual representa la elevación máxima de canalización de fluidos a lo largo del tiempo reciente (ANEXO G). De esta manera, a partir del mapa de profundidad del nivel freático, encontrado de igual modo en el ANEXO G se evidencia el espesor de las zonas no saturadas, siendo mayor hacia los extremos este y oeste de la zona B del estudio, y disminuye su espesor, cumpliendo una relación geológica, hacia las cercanías de las quebradas, específicamente entre los perfiles 5.1. y 5.2., que continúa su cauce entre el perfil 4 y 6. De igual manera, es posible determinar que el gradiente disminuye 4 metros de elevación por cada 100 metros de distancia (4%) aproximadamente, hacia el centro del Estero Carén.

Por su parte, la resistividad eléctrica es un parámetro que varía en función de la humedad en peso de los materiales sobre el nivel freático, y bajo éste, depende principalmente de la porosidad y competencia de las rocas. Por esta razón, teniendo presente la estrecha relación entre la resistividad y el grado de saturación del terreno, es posible determinar la presencia o no de zonas de humedad en profundidad. Es así como los valores más bajos de resistividad observados en los perfiles, no se consideran indicativos concretos de filtraciones de contaminantes por causa del tranque de relaves, sino la disminución de resistividades por alteraciones de las mismas litologías y presencia de mayor humedad en profundidad, y hacia la parte superficial, en la zona vadosa contenida por el nivel freático, por los aportes externos de aguas meteóricas altamente conductivas.

En el caso del del perfil 2 de la zona A, sólo se dispone de las respuestas de tomografía eléctrica, en la cual se observa un contraste representativo dentro de X=300 y x=420, zona que coincide con el eje de la quebrada principal, por lo tanto, este contraste puede ser generado por una posible zona de alteración y/ o fracturamiento. Lo mismo ocurre en el perfil 3, en el cual encontramos que dentro de X= 260 y X= 420, la tomografía no logra ver el aumento marcado de resistividades que nos permiten asociar el contacto con la roca, debido a la presencia de la posible falla, fractura, alteración de la roca. Sin embargo, mediante la información aportada por CEOS, se logró identificar un contraste de velocidades indicando la tendencia de lo que sería el tope de la Unidad I.

Dentro del área abarcada en el perfil 6 y el perfil 7, tanto las respuestas de la tomografía eléctrica como la distribución de velocidades aportadas por CEOS muestran la presencia



de una falla, que puede ser producida por la zona de fractura anteriormente mencionada. Hacia la zona noroeste del perfil 5, no se muestra una respuesta por parte de la tomografía eléctrica, pero si, por parte de las velocidades y los pozos, por lo que se le puede dar continuidad a las unidades III, II y I, siendo correlacionables con la zona noroeste del perfil 5.1.

Por otro lado, se realizó una revisión de la hidroquímica suministrada por VAIGS específicamente en los pozos contenidos en los perfiles 4, 5 y 7 y se encontraron respuestas de conductividad eléctrica mayores a 500 µm/cm y sulfatos mayores a 500 mg/L, encontrándose estos valores fuera del rango permitido como agua sana. Lo que da cabida a la inferencia de la presencia de aguas meteóricas producto de la percolación agentes contaminantes, fertilizantes que se utilizan en la zona de cultivos.

En los primeros 25 m de los perfiles, nos podemos encontrar con porosidades en el orden de 30% a 40%, aunado a la consideración de altos valores de conductividad eléctrica, altos valores de sulfatos y por lo tanto altos valores de solidos disueltos, vamos a encontrar resistividades de la formación en el orden de 10-15 Ohm·m. Por lo tanto, los bajos valores de resistividad encontrados debajo del Nivel Freático de los perfiles no vienen dados por filtraciones de los depósitos de relave, si no por la presencia de agentes contaminantes.



VI – Conclusiones

A partir de los resultados geofísicos obtenidos en los distintos sectores, y la revisión de información geológica disponible, se puede concluir que:

• Al integrar los resultados de tomografía eléctrica, CEOS y la geología presente en el área, fue posible identificar y caracterizar cuatro unidades, alcanzando profundidades superiores a 80 m, presentes en la cuenca aguas abajo del Embalse de Carén.

• A partir de la Tomografía Eléctrica se lograron identificar contrastes de resistividades que se asocian al grado de saturación del subsuelo.

• Con las respuestas del período fundamental del subsuelo, generado a partir de la relación entre los espectros horizontales y verticales de las vibraciones ambientales grabadas, se logró estimar el espesor de relleno sedimentario, y al realizar la inversión de las curvas H/V se obtuvieron los valores de velocidad de onda P, velocidad de onda S, densidades correlacionables a un modelo de tres capas.

• A partir de la revisión de las respuestas de los multipiezómetros, fue posible descartar zonas de posibles filtraciones.

• Los mayores espesores de sedimentos se ubican en el centro del valle desde la zona noroeste en el orden de 90 m, y al sureste puede alcanzar unos 120 m de espesor.

• El contraste en las resistividades fue determinante para la interpretación del Nivel Freático, y el aporte de altos valores de resistividad y altos valores de velocidad a profundidad fue posible identificar la tendencia del contacto sedimento/sustrato competente.

• La integración de los métodos involucrados en este estudio ayudó a modelar el comportamiento de las unidades a lo largo del área de estudio. De igual modo, la información proveniente de los modelos de capas obtenidos por CEOS fue un gran aporte a la hora de interpretar zonas donde no se tenía información de ERT.

• En las zonas de altas conductividades, sólo se podrá determinar si las bajas resistividades observadas corresponden realmente a filtraciones de contaminantes mediante un control recurrente de mediciones a lo largo de los años.



Anexo A. Metodología de trabajo de tomografía eléctrica (ERT)



Tomografía Eléctrica

La tomografía eléctrica pertenece al grupo de los métodos geofísicos de campos potenciales, y más concretamente a los geoeléctricos. Consiste en obtener una serie de medidas de resistividad aparente con el uso de un resistivímetro que inyecta en el terreno una corriente continua intensidad conocida (mA) mediante dos electrodos de corriente (A y B).

Al inyectar corriente en el terreno, se genera un potencial eléctrico entre ambos electrodos el cual puede ser medido mediante otros dos electrodos, denominados M y N (electrodos de potencial) que registran la diferencia de potencial (mV). Con estas dos medidas conocidas (intensidad de corriente y diferencia de potencial) se obtiene la resistividad aparente del material afectado por la corriente eléctrica en varios puntos del subsuelo. Esta técnica, proporciona conjuntamente información lateral y en profundidad. El sistema consta de un resistivímetro o unidad básica, un selector de electrodos y un juego de cables multiconectores (Ilustración 8).

Ilustración 8: Dispositivo de medición de tomografía eléctrica mediante una configuración, donde se muestra el punto de medida (punto blanco) para la posición de los electrodos del cuadripolo y los puntos de medida que se obtendrían desplazando y variando la distancia entre electrodos (puntos negros). En amarillo, se representan las líneas de flujo eléctrico y en gris los isopotenciales.



Actualmente, se utilizan varias configuraciones diferentes (Wenner, Dipolo-Dipolo, Wenner-Schlumberger, Polo-Polo, Polo-Dipolo, Gradiente Múltiple, etc.), en función de variables como resistencia de contacto del suelo, profundidad requerida, espacio en superficie para extender cables, nivel de detalle que se requiere, entre otros.

El uso del mismo dispositivo, incluso con electrodos de acero inoxidable (Dahlin, Leroux and Nissen 2002)1 gracias al equipo de amplio rango dinámico que posee AguaEx Geociencias permite, de forma adicional, registrar datos de cargabilidad del terreno mediante el registro del decaimiento del potencial inyectado con una tasa de muestreo de 1 kHz y una resolución de 24 bits para obtener un modelo de Polarización Inducida.

Proceso de datos y modelización

El procesado de datos se realiza a través de un algoritmo tomográfico que reconstruye la distribución de las resistividades del subsuelo a partir de las resistividades aparentes registradas. Para eso, hay dos conceptos importantes a mencionar.

Por una parte, nos encontramos con la “ley” geofísica llamada regla de aliasing que indica que la cantidad de celdas de la malla de elementos finitos resultante no puede tener más celdas que la cantidad de datos de entrada, es decir, los puntos de resistividad aparente medidos. Por tanto, sí se obtienen más datos, más celdas puede tener la malla resultante y por lo tanto más detallados son los resultados. Esto es válido dentro del marco de la geofísica de los campos potenciales.

Por otra parte, y similar al primer argumento, cada medición agrega un valor denominado “sensibilidad”, ya que el campo eléctrico inyectado no existe únicamente entre los cuatro electrodos seleccionados (donde es mayor la sensibilidad), sino por todo el subsuelo. Generalmente, cerca de la superficie la sensibilidad es muy alta, es decir los valores de resistividad resultantes del proceso tomográfico tienen mucha similitud en cuanto a magnitud y forma geométrica en superficie, pero esta sensibilidad baja considerablemente en profundidad. Al obtener más puntos de medición, cada una de las sensibilidades agrega algo a la sensibilidad total del registro, por lo tanto, funciona de forma acumulativa. Así pues, dado que la sensibilidad cerca de superficie alcanza valores óptimos para un buen proceso, al agregar más mediciones se benefician también sectores en profundidad.

1 Dahlin T., Leroux V. and Nissen J. (2002) Measuring techniques in induced polarisation imaging, Journal of Applied Geophysics, 50, 3, 279-298.



Por tanto, agregar más mediciones al registro tomado desde superficie genera una mejor imagen en profundidad.

Esta es una técnica que se ve afectada por la ley de modelos equivalentes, que dice que existe una cantidad infinita de modelos vinculados a los datos obtenidos. Para paliar dicho efecto, cada medición es procesada en conjunto con las demás mediciones, lo que restringe de forma considerable la cantidad de modelos posibles por la razón de que no puede cambiar drásticamente el modelo de un punto a su punto vecino (restricción geológica). Como resultado, tanto las estimaciones de profundidad como las del valor de resistividad son de mayor certeza comparadas con los resultados del anticuado método SEV (Sondeo Eléctrico Vertical). Esta disminución de incertidumbre permite una interpretación cuantitativa del modelo geoeléctrico del terreno resultante pudiendo estimar algunas propiedades geométricas a partir de estos resultados.

Finalmente, a partir de la información de la reconstrucción tomográfica, combinado con el uso de información adicional, se puede llegar a generar mapas de humedad en función de profundidad desde superficie. Además, y siendo este uno de los aspectos más importantes, permite que el juego de datos se procese en conjunto en dos, tres e incluso en cuatro dimensiones (incluyendo el tiempo en caso de monitoreo) ya que existe suficiente información para poder emplear los algoritmos tomográficos.

Aplicaciones principales:

• Detección de cambios en la estructura somera del subsuelo. • Detección de contaminación de suelos y acuíferos. • Monitoreo de filtraciones en el subsuelo. Diagnóstico del estado de piletas. • Búsqueda de aguas subterráneas. • Estudios geotécnicos y arqueológicos, entre otros. • Exploración de yacimientos metálicos.



Ventajas del proceso tomográfico:

• Capacidad de procesar la información 2-D, 3-D y 4-D con considerable aumento de certeza geométrica.

• Esta técnica adquiere 20 veces más información comparado con los anticuados SEV en tiempo y esfuerzo comparable, con el resultado de disminuir la incertidumbre y aumentar la capacidad de identificar accidentes como fallas, cavernas o contaminaciones de agua.

• El modelado tomográfico es mucho menos sensible a elementos conductores o resistivos, tiene capacidad de resolver geometrías más complejas.

• Permite registrar de forma simultánea datos de Resistividad y Cargabilidad con los que se pueden generar modelos de Resistividad eléctrica del terreno, así como Polarización Inducida, que ayuda a descartar falsas interpretaciones.

• Debido a la densidad de datos adquiridos, es posible generar gradientes verticales y horizontales de resistividad lo que permite realizar interpretaciones cualitativas y cuantitativas de los datos.

Desventajas

• Se necesita extender electrodos y cables por una distancia larga lo que puede causar problemas de acceso o disponibilidad de terreno, especialmente en ambientes industriales mineros.

• Similarmente a la técnica de SEV, la tomografía depende del contacto galvánico, además hay que preparar el suelo con agua en zonas áridas para bajar la resistencia de contacto.



Anexo B. Reporte logístico - ERT



Reporte logístico

EL proyecto “Estudio geofísico mediante ERT en el sector Carén, situado en la Comuna de Alhué, Provincia de Melipilla, Región Metropolitana de Santiago, Chile, encargado por Codelco, se llevó a cabo entre los días 05/09/2018 al 14/09/2018, respectivamente, sin observaciones de accidentes o incidentes que reportar.

Los trabajos fueron realizados aplicando la técnica de tomografía eléctrica ETR, a lo largo de siete perfiles, sumando un total de 8230 m lineales de tomografía eléctrica, utilizando instalaciones de electrodos de acero inoxidable distanciado cada 10 m. Estos electrodos fueron conectados mediante un cable multi-conductor a un instrumento de medición de resistividad de suelos de extrema sensibilidad, con capacidad de transmisión de corriente continua de hasta 2.500 miliamperios (mA) y 600 voltios (V).

Tabla 5. Perfiles de tomografía eléctrica y sus longitudes (m).

Los participantes en faena fueron: Diego Castro (jefe de terreno), Victor Rocabado (encargado de proyecto), Luis Jara (ayudante), y Diego Inostroza (ayudante).

Nombre del Perfil Longitud (m)

P1 460 P2 740 P3 600 P4 1800 P5 2220 P6 1000 P7 1410

TOTAL 8230



Equipos de adquisición:

Los equipos usados durante la adquisición de tomografía eléctrica se mencionan a continuación:

• Instrumento de medición de resistividad ABEM Terrameter LS 12 Canales. • Cable multiconductor. • Electrodos de acero inoxidable. • GPS diferencial (con corrección en tiempo real). • Computador portátil.

Levantamiento:

Los trabajos de geofísica fueron realizados aplicando la técnica de tomografía eléctrica (ERT), utilizando instalaciones de electrodos de acero inoxidable distanciados cada 10 m a lo largo de los perfiles. Estos electrodos fueron conectados mediante un cable multi-conductor a un instrumento de medición de resistividad de suelos de extrema sensibilidad, con capacidad de transmisión de corriente continua de hasta 1000 miliamperios (mA) y 600 voltios (V). Cada perfil fue construido con una densidad de 1434 mediciones por km. Se registró la posición de los electrodos impares mediante un GPS diferencial.

Después de cada día de adquisición de datos, el equipo de trabajo fue revisado visualmente, cargadas las baterías, fueron descargados los datos de resistividad a un computador portátil, así como los de posicionamiento.

Bitácora de actividades:

El itinerario de las actividades llevadas a cabo en terreno se describe en la Tabla 6.



Tabla 6: Itinerario de las actividades desarrolladas en faena 05/09/2018 al 14/09/2018.

Fecha Perfil Actividad

05-09-2018 P3

INICIO DEL TURNO. Se coordinan los trabajos de tomografía eléctrica en el sector. Posteriormente, se comienza la instalación del perfil 3, de 600 m de longitud y se culmina el mismo día. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos.

06-09-2018 P4 Se comienza la instalación del perfil 4, de 2000 m de longitud originalmente. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos.

07-09-2018 P4 Se continúo midiendo el perfil P4 el cual se culmino en los 1750 m debido a un rio que cortaba a el perfil.

11-09-2018 P6 Se comienza la instalación del perfil 6, de 1000 m de longitud y se culmina el mismo día. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos.

12-09-2018 P5

Se comienza la instalación del perfil 5, de 2300 m de longitud originalmente, el cual a los 700 m se tuvo que cortar ya que era cruzado por un rio, así que estos primeros 700 metros se subdividió en el perfil 5.1. Posteriormente se comenzó a medir la segunda sección del perfil 5, el cual se llamó perfil 5.2, del que se midieron los primeros 800 m. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos.

13-09-2018 P5 Se finalizo el perfil 5.2 midiendo los últimos 750 m restantes.

14-09-2018 P1

Se comienza la instalación del perfil 1, de 500 m de longitud originalmente, ya que se midieron 450 m ya que los ultimo 50 m no se pudieron realizar debido a dificultades del terreno. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos.

14-09-2018 P2

Se comienza la instalación del perfil 2, de 1100 m de longitud originalmente, ya que se midieron 740 m ya que los ultimo 360 m no se pudieron realizar debido a dificultades del terreno. Al mismo tiempo que se medía con el ABEM se realizaba el planteo topográfico con la ubicación de los electrodos. Se procedió a hacer el cierre formal de las actividades en faena. FIN DEL TURNO.



Foto 1. Vista hacia el norte (x=550 m) del perfil P2, el terreno es más consolidado.

Foto 2. Al extremo norte del perfil P2 (x=740 m), se observa la presencia del río.



Foto 3. Vista hacia el noreste del perfil P3, donde observa un poste.

Foto 4. Vista desde el comienzo del perfil P3 hacia el noreste.



Foto 5. Tunel en x=140 m del perfil P3, vista hacia el noreste

Foto 6. Extremo del perfil P4. Vista al este (izquierda), donde se identifica la presencia el

embalse. Vista al suroeste (derecha), donde se aprecia la extensión del embalse.



Foto 7. Poste de alta tensión perfil P4 (x=1500m).

Foto 8. Río paralelo al perfil P4. Vista hacia el noreste



Foto 9. Zona más ancha del Río que corta al perfil P5, Vista al noreste (arriba) y Zona más

delgada del Río vista al oeste (abajo).



Anexo C. Metodología de trabajo de Cociente Espectral de Ondas Superficiales (CEOS)



Método CEOS o H/V – Inversión

El método de Cociente Espectral de Ondas Superficiales (CEOS), también conocido como H/V, es una técnica no invasiva que puede ser utilizada para estimar rápidamente la profundidad del basamento, esta metodología utiliza un sismómetro triaxial de banda ancha para grabar el ruido ambiental por espacios de tiempo definidos. Posteriormente se calcula la relación entre los espectros horizontales y vertical de las vibraciones ambientales grabadas, para luego determinar la frecuencia de resonancia o período fundamental del sitio, los cuales pueden ser interpretados utilizando ecuaciones de regresión para estimar el espesor sedimentario y la profundidad del basamento.

El método ha sido utilizado ampliamente para caracterización de sitios (Bard et al 1999, Ibs- von Seht & Wohlenberg, 1999; Parolai et al., 2001, 2002), motivado a su bajo costo de implementación y su efectividad en tiempo de ejecución, en comparación con otras metodologías geofísicas. La técnica se basa en la medición de microtremores o ruido sísmico ambiental, el cual se caracteriza por presentar bajos niveles de energía y amplitud, permitiendo estimar la frecuencia o período fundamental de resonancia de un sitio en particular. La metodología en sí, considera la relación espectral entre las componentes horizontales y vertical de movimiento registrados en un equipo de adquisición, donde las características espectrales y la polarización del ruido sísmico guardan una estrecha relación con la configuración geológica de la zona en estudio.

En un medio estratificado, con niveles variados en los contrastes de impedancia presentes en subsuelo (sedimentos blandos o capas fracturadas/meteorizadas sobre basamento rocoso) los resultados generaran una curva con un pico característico en torno a la frecuencia o período fundamental de resonancia ((Lachet & Bard, 1994; Field & Jacob, 1995; Konno & Ohmachi, 1998), como resultado del entrampamiento de las ondas superficiales entre los estratos presentes. Esta frecuencia se relaciona con el promedio de la velocidad de ondas de corte (Vs) y el espesor del sitio (H) mediante la siguiente ecuación:

𝑓𝑓 =𝑉𝑉𝑉𝑉4𝐻𝐻



Ilustración 9. Descripción gráfica del cálculo de la relación H/V.

La aplicación de esta metodología de forma extensiva permite en primera instancia obtener mapas de isoperíodos o isofrecuencias, que posteriormente permiten obtener una imagen del espesor de sedimentos en la zona estudiada (Ilustración 13)



Ilustración 10. Ejemplo de Mapa de Isoperíodos (izquierda) – Mapa de espesor de sedimentos (derecha)

Inversión de datos H/V

El objetivo del proceso de inversión H/V es generar un modelo de estratos horizontales de suelo con propiedades elásticas compatibles con las observaciones de terreno (mediciones H/V convencionales con mayor tiempo de registro) y reflejadas a través de las curvas de dispersión o autocorrelación. La idea general de este proceso es calcular las curvas de dispersión o autocorrelación asociadas a modelos de estratos horizontales de suelo (problema directo), y utilizando algún algoritmo de búsqueda, encontrar el modelo que tenga el mayor ajuste con las observaciones de terreno (problema inverso).

Ilustración 11. Ejemplo de Curva de dispersión y modelos para Vp y Vs.



Los modelos generados dispondrán de información de velocidades de propagación de ondas P (Vp), ondas S (Vs) y densidades (ρ) para cada uno de los estratos presentes en profundidad, un diseño adecuado de estas mediciones permitirá generar secciones 2D e inclusive superficies en 3D de contar con un mallado denso de adquisición.

Ilustración 12. Ejemplo de Modelo de Vs a lo largo de un perfil de estaciones de inversión de H/V



Anexo D. Reporte logístico -CEOS



Reporte logístico- CEOS

EL proyecto “Estudio geofísico mediante ERT en el sector Carén, situado en la Comuna de Alhué, Provincia de Melipilla, Región Metropolitana de Santiago, Chile, encargado por Codelco, se llevó a cabo entre los días 01/08/2018 al 31/08/2018, y el día 01/09/2018 y posteriormente 21/09/2018, sin observaciones de accidentes o incidentes que reportar.

Los trabajos fueron realizados aplicando el método de Cociente Espectral de Ondas Superficiales, adquiriendo 90 puntos, abarcando un área de 21.5 km² aproximadamente dentro de, distribuidos como se muestra en la Ilustración 13.

Ilustración 13. Ubicación de los puntos CEOS.



Foto 10. Instalación de la adquisición de punto CEOS

Los participantes en faena fueron: Diego Castro (jefe de terreno), Victor Rocabado (encargado de proyecto), Luis Jara (ayudante), y Diego Inostroza (ayudante).



Equipos de adquisición:

Los equipos usados durante la adquisición de CEOS se mencionan a continuación:

• Sismómetro Banda Ancha • Antena Externa GPS. • Cables de conexión • Batería 12V • GPS portátil • Nivel (Físico o Digital) • Brújula (Físico o Digital) • Computador

Levantamiento:

En primer lugar, se procede a ubicar en el GPS de mano los puntos de medición en terreno a fin de identificar dificultades de acceso o propias del sitio, por ejemplo, debido a topografía, rocas, ríos, caminos u otros tendidos o instalaciones que hacen necesario reubicar el sitio de medición, se considera aceptable un radio no mayor de 50m respecto al sitio original, excepcionalmente pueden considerarse distancias de reubicación entre 50m y 100m.

Posteriormente se coloca en el terreno el sismómetro, orientándolo a norte (según marca indicadora en el tope del equipo) y nivelándolo horizontalmente a través de tres tornillos niveladores que se encuentran en la base del sensor, esto con el fin de garantizar la correcta adquisición de los datos (en caso de niveles digitales el máximo tolerable de desviaciones en XY no debe ser mayor a 1,5°).

Seguidamente se procede a instalar la antena GPS y finalmente conecta el cable de alimentación del sismómetro a la batería externa, a partir de ese momento se debe minimizar el tránsito de personas en las cercanías del sensor. El equipo se mantiene tomando datos por un espacio de al menos 25 minutos.



Bitácora de actividades

El itinerario de las actividades llevadas a cabo en terreno se describe en

Avance diario

Fase 1: externa fuera de las instalaciones

Fase 2: dentro de las instalaciones de Codelco-Caren

Tabla 7 Itinerario de las actividades desarrolladas en los días del 01/08/2018 al 31/08/2018, y el día 01/09/2018 y posteriormente 21/09/2018.

Fecha Estaciones Actividad

31-07-2018 8

INICIO DEL TURNO. Se coordinaron los accesos a las diferentes zonas de adquisición (identificadas en la visita de reconocimiento), procediendo a realizar la medición, los accesos a los puntos de adquisición se realizaron en vehículo y a pie.

01-08-2018 14 Adquisición de datos CEOS





21-09-2018 11 Fin del turno



Anexo E. Resultados ERT



Anexo E. Resultados CEOS



Anexo G. Interpretación

estudio geofísico mediante tomografía eléctrica (ert) y

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