La tomografía geoeléctrica como herramienta de diagnóstico ambiental del subsuelo- Sexta parte

CASO 4:

1- “Diagnostico Ambiental para Detección de una Pluma Contaminante causada por el Derrame Subterráneo de Hidrocarburo por la Rotura de un Oleoducto”

Introducción

El presente Caso se refiere al Estudio Geofísico-Geoquímico-Ambiental realizado en una zona de rivera en el que se encuentra una cañería de hierro de transporte de Hidrocarburo.

El objetivo del mismo fue determinar, mediante la Técnica de Tomografía Geoeléctrica, la forma, extensión, concentración y sitios de máximo espesor de la pluma contaminante provocada por la invasión subterránea de hidrocarburos, producto de la rotura del oleoducto.

Esto se logró midiendo la resistividad eléctrica somera del subsuelo a través de perfiles de Tomografía Geoeléctrica, con el micro dispositivo Dipolo-Dipolo con distancias interelectródicas calculadas para tal fin.

Descripción General del Área. Geología

En general la geología observada en superficie esta compuesta por areniscas con intercalaciones de limos y arcillas. Estas se observaron aflorantes y muy erosionadas en la barranca oeste del área de estudio. Por ser una zona de frecuentes precipitaciones, la erosión produce cárcavas de mas de un metro de profundidad sobre las paredes de esta generando deslizamientos hacia la zona de bajas pendientes.

Modelo dinámico de masa

De acuerdo a las observaciones hechas en campo se observó una gran acumulación de sedimentos muy recientes (20 a 25 años) producto de la erosión generada en la barranca descripta en el párrafo anterior.

Dichos sedimentos compuestos mayoritariamente por arenas y limos se desplazaron gradualmente por la quebrada hacia el este, acumulándose en la confluencia con el arroyo que proviene del norte y que drena sus aguas hacia el sur.
Dicha acumulación alcanza mas de 6 metros de espesor sobre el oleoducto, quedando este sepultado en un tramo de unos cien metros de longitud.

Por otra parte es de destacar que los niveles de agua del Rió se incrementan en la temporada estival cubriendo la zona de estudio con mas de 5 metros, con lo cual se produce un fenómeno de movilización de masa de los sedimentos de fondo, efecto similar al de los glaciares, es decir la masa de sedimentos sueltos y saturados se moviliza por efecto gravitatorio hacia las zonas de menor pendiente. Podemos afirmar que este fenómeno sumado a la carga vertical sobre el oleoducto produjo la rotura del mismo en algún punto de este.

Posteriormente se produjo la infiltración del hidrocarburo en la masa de sedimentos sueltos por encima del mismo lo que provocó la contaminación subterránea.

Puesto que el nivel del Río es variable a lo largo del año y dado que los trabajos se hicieron antes de la temporada estival, se pudo investigar la zona en la época de mínimos.

Nivel Freático dinámico

Se destaca que la zona de estudio en la época del año de mínimos deja al descubierto una gran extensión de terreno, parte suelo seco y firme y parte suelo muy saturado intransitable (lodos). En esta zona se pudo observar el dinamismo de la freática. Se tuvo la oportunidad de observar que con la precipitación de solo un día fue suficiente para que la freática aflore en el área de trabajo. Este fenómeno dinámico hace que la resistividad medida para los puntos superficiales cambie (aumenten) a medida que se produce el drenaje posterior (disminución del nivel freático). Esto se observa claramente al comparar los perfiles1 y 3 medidos en la misma zona y con distinto nivel freático.

Comportamiento de la Pluma Contaminante

Además de lo mencionado en el punto anterior y haciendo referencia al nivel freático podemos afirmar que los restos de hidrocarburos sobre nadantes (Pluma Contaminante) tienen movilidad vertical en toda el área de arenas limpias no confinadas, no así en sectores donde la presencia de arcillas y limos producen confinamiento de la freática y hacen que el sobrenadante de hidrocarburo se vea forzado a migrar lateralmente hacia zonas donde luego se produce la emersión en forma de pequeñas gotas como las observadas en la laguna norte.

De la evaluación general de los datos la Pluma Contaminante producida por los restos de hidrocarburo presenta valores de resistividad mayores a su entorno en la zona de sedimentos sueltos, presentando un contraste resistivo lo que permitió su clara identificación.

Resultados de la Tomografía Geoeléctrica Caso 4

A partir de las Imágenes Geoeléctricas obtenidas con Tomografía Geoeléctrica, los datos de observaciones en campo y los resultados de laboratorio de las muestras tomadas con la sonda de detección de contaminantes en el suelo Dräger, las que muestran el contenido de Hidrocarburo Total expresados en mg/Kg versus profundidad, se han elaborado tres Figuras.

En general se ha observado un corte de resistividades con valores progresivos con un fuerte aumento en profundidad, observando en toda el área una resistividad para el basamento de mas de 3000 ohm.m. Sobre este se apoyan los sedimentos sueltos contaminados (arenas, limos y arcillas) con resistividades en general inferiores a los 200 ohm.m Imagen de TGe y Gráficos de HCT. Perfil_TGe_1 Figura 9.

Este perfil se realizó con una distancia interelectródica “a” igual a 3 metros y 15 niveles “n” de medición, lo que nos permitió llegar a una profundidad de investigación máxima de 12 metros.

En esta Imagen se observa claramente un cuerpo de resistividad mayor a los 200 ohm.m situado entre los electrodos 11 y 16 y entre 1 y 5 metros de profundidad que corresponde al núcleo de la infiltración subterránea de hidrocarburo, es decir seria el centro de la Pluma Contaminante dado que debajo de esta y entre los electrodos 14 y 15 se encontraría el ducto.

De la información de los Dräger se destaca en primer lugar la exacta coincidencia de la Imagen de Tomografía Geoeléctrica y los valores en mg/Kg de HTC del Dräger N° 13, el cual presenta valores entre 584 y 16300 mg/Kg, siendo este ultimo el máximo valor medido del total de las muestras extraídas con Dräger.

En este perfil se presentan también los Dräger N° 12 y 16 proyectados sobre el perfil, los que dieron valores entre 61 y 78 mg/Kg.

A la derecha del perfil entre los electrodos 23 y 25 se observa la Imagen una anomalía resistiva que corresponde a filtración local de agua del arroyo que proviene de la quebrada norte del área.

En todo el perfil se tiene un basamento de areniscas resistivas que afloran a la derecha (electrodos 26 y 27) el cual tiene una profundidad variable, detectándose el máximo a una profundidad de 8.9 m y resistividad superior a los 250 ohm.m.

Figura 9: Imagen Perfil de Tomografía Geoeléctrica N 1 y Gráficos de Hidrocarburo Total / profundidad expresados en mg/Kg obtenidos con sonda Dräger.

Imagen de TGe y Gráficos de HCT. Perfil_TGe_3 Figura 10.

Este perfil se realizó con una distancia interelectródica “a” igual a 1.5 metros y 15 niveles “n” de medición, lo que nos permitió llegar a una profundidad de investigación máxima de 6 metros.

En este perfil se destaca el basamento resistivo (areniscas) que aflora a la izquierda del mismo y se profundiza hacia la derecha con una resistividad superior a los 240 ohm.m.

Por encima del basamento se tienen las arenas y limos sueltos saturados. Estas presentan una variabilidad en su resistividad vertical debido a que en los primeros 0.5 m a 1.2 m se encuentran secos (o muy drenados), concepto ya enunciado e árrafos precedentes, lo que hace que eleven su resistividad en esta zona (resistividad superior 150 ohm.m). No podríamos asegurar que esto se deba a una contaminación de esta zona del perfil ya que de las observaciones de campo no se tienen datos que revaliden esta hipótesis.

Por debajo de la anterior se observa en la Imagen Geoeléctrica una zona que corresponde a las arenas y limos sueltos saturados los que están comprendidos entre los 30 a 160 ohm.m, dentro de ella se presume que la anomalía ubicada debajo del electrodo 17 entre los 1.5 y 2.5 m, correspondería a la Pluma Contaminante ya que esta aumenta su resistividad por encima de los 90 ohm.m, igualmente ocurre algo similar entre los electrodos 21 y 23 entre los 0.5 y 2 m.

De la información suministrada por los análisis de las muestras Dräger se deduce que las arenas y limos saturados se encuentran contaminados entre los 2 y 5 m con tenores entre los 60 y 75 mg/Kg.

Imagen de TGe y Gráficos de HCT. Perfil_TGe_3 Figura 11.

Este perfil se realizó con una distancia interelectródica “a” igual a 1.5 metros y 15 niveles “n” de medición, lo que nos permitió llegar a una profundidad de investigación máxima de 8 metros.

Debe aclararse que las mediciones se realizaron con electrodos especiales fijados directamente sobre el agua, colgados desde la pasarela que atraviesa la laguna de norte a sur.

En este perfil se destaca el basamento resistivo en toda su extensión (areniscas) que se tienen desde lo 2.2 m de profundidad.

Por encima del basamento se observa una capa muy delgada inferior a los 0.5 m de espesor con una resistividad que va desde los 80 a 200 ohm.m. Esta interfase podría corresponder a la migración de hidrocarburo que proviene de la zona de rotura del Ducto y que se desplazó por confinamiento hasta la laguna norte.

Por encima de esta se observa una capa delgada inferior a los 2 m. Esta está compuesta de sedimentos muy finos totalmente saturados y en suspensión y por encima de esta está la placa de agua.

Nótese que la placa de agua presenta una resistividad variable, es decir resistiva entre los electrodos 3 y 11 y entre el 17 y 22, esto puede deberse a una concentración de hidrocarburo en suspensión de acuerdo a lo observado en campo, es decir la densidad del agua con lodo sería similar a la del hidrocarburo.

Entre los electrodos 12 y 17 la resistividad es menor debido a que esta zona estuvo contenida con barreras para la purga de petróleo en superficie lo que aisló esta área de contaminación confiriéndole una menor resistividad.

En la figura 12 se ha representado esquemáticamente la situación relativa de todos los perfiles de TGe, la situación relativa de la traza de Oleoducto, las zonas de Roca aflorante (areniscas) y se han trazado los límites aproximados de la Pluma Contaminante de Hidrocarburo obtenida con la interpolación de la información de las Imágenes de TGe.

Conclusiones Caso 4

Podemos decir que la Técnica de Tomografía Geoeléctrica en una eficaz y poderosa herramienta para la detección de Plumas Contaminantes provocadas por la infiltración de Hidrocarburos.

De acuerdo a la evaluación general de los datos se pudo detectar perfectamente la mayor concentración de HCT por los valores de resistividad mayores a su entorno en la zona de sedimentos sueltos, esto es, los hidrocarburos generalmente presentan valores resistivos (entre 100 y 350 ohm.m).

Si bien el fin de la aplicación de la Técnica de Tomografía Geoeléctrica en este Caso se enfocó hacia la detección y seguimiento de la Pluma Contaminante, esta también permitió definir y situar con bastante precisión el espesor y profundidad de la capa de sedimentos sueltos como así también delinear en casi toda el área el perfil del basamento resistivo.

De la información general de los Dräger se destaca la exacta coincidencia de la Imagen de TGe N 1 y los valores en mg/Kg de HTC del Dräger N° 13, el cual presenta valores entre 584 y 16300 mg/Kg, siendo este ultimo valor el máximo medido del total de las muestras extraídas con Dräger.

Conclusiones Generales

Del análisis y observación de los resultados obtenidos con Tomografía Geoeléctrica en estos Cuatro Casos podemos aseverar que la Técnica Geofísica de TGe_R2D en una eficaz y poderosa herramienta para la Observación y Diagnostico Ambiental del Subsuelo a través de su Resistividad, parámetro físico indicativo de cualidades asociadas mayoritariamente a fenómenos Antrópicos tales como Plumas de Hidrocarburo, Filtraciones de Agua Coproducida, Efluentes, etc., además de poder observar estructuras de Geología compleja.

Las siguientes características son de fundamental importancia en aplicaciones de Diagnostico Ambiental Subsuperficial:

1- Imágenes de elevada resolución para profundidades someras.
2- La cobertura en dos y tres dimensiones es mayor que la lograda con los métodos tradicionales, tales como perforación, sondeos y calicatas mecánicas, otros.
3- Los resultados se presentan en forma que posibilitan una fácil comprensión por parte de Geólogos, Hidrogeólogos, Ingenieros, u otros especialistas.

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Por: Lic. Andrés López Hidalgo
Consultor Geofísico
Investigador Instituto Geofísico Sismológico Ing. F. S. Volponi, Facultad de Cs. Exactas,
Físicas y Naturales. Universidad Nacional de San Juan
e-mail: [email protected]

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