morales casique

7/26/2019 Morales Casique

1/12

64 RMCG | v. 31 | nm. 1 | www.rmcg.unam.mx

Morales-Casique et al.

Morales-Casique, E., Escolero, Oscar A., Arce, J.L. 2014, Resultados del pozo San Lorenzo Tezonco y sus implicaciones en el entendimiento de la hidrogeologaregional de la cuenca de Mxico: Revista Mexicana de Ciencias Geolgicas, v. 31, nm. 1, p. 64-75.

RESUMEN

Los resultados del pozo exploratorio San Lorenzo Tezonco con2008 m de profundidad permiten investigar las caractersticas hi-drogeolgicas de las formaciones profundas en la cuenca de Mxico.Con base en el anlisis de los registros litolgico y elctrico se definencinco unidades hidrogeolgicas: a) de 0 a 70 m acuitardo compuesto

por sedimentos lacustres arcillosos; b) de 70 a 500 m acufero superiorcompuesto por materiales vulcanoclsticos; c) de 500 a 750 m acuferoen lavas y flujos piroclsticos (con una intercalacin lacustre de 590 a604 m); d) de 750 a 1140 m acuitardo compuesto por ignimbritas, arci-llas y materiales vulcanoclsticos con resistividades elctricas de entre2 y 20 m; e) de 1140 a 2008 m acufero en rocas volcnicas con inter-calaciones de acuitardos de baja resistividad elctrica (de entre 2 y 10m) y que exhibieron poca o nula penetracin del lodo de perforacininferida del registro elctrico. Estas cinco unidades hidrogeolgicasson heterogneas en su composicin y parmetros hidrogeolgicos talcomo se deduce del registro elctrico. Con base en una prueba de aforose calcul la conductividad hidrulica promedio y el almacenamientoespecfico promedio de la quinta unidad hidrogeolgica. Puesto quenicamente se cont con muestras de recorte, la incertidumbre en el

corte litolgico es alta y para reducirla ser necesario obtener ncleosen exploraciones futuras. Adicionalmente se analizan las caractersti-cas qumicas e isotpicas del agua proveniente del intervalo de 1176a 2008 m (que es la longitud ranurada en el pozo). La composicinisotpica de 18O = -67.3 y D = -9.44 sugiere un origen porinfiltracin de la precipitacin; la datacin del agua por carbono 14(corregida por carbono 13) result en 14,237265 aos de tiempo deresidencia, mientras que la presencia de microfracturas rellenas decalcita y yeso en muestras de 1800 a 1920 m de profundidad y valores de13C = -5.8 sugieren circulacin a travs de rocas carbonatadas, queno fueron encontradas en el pozo San Lorenzo Tezonco pero que seinfiere se encuentran a mayor profundidad con base en los resultadosde los pozos Mixhuca y Tulyehualco.

Palabras clave: hidrogeologa, capas profundas, agua subterrnea,tiempo de residencia, cuenca de Mxico, Mxico.

ABSTRACT

Results from the 2008 m deep San Lorenzo Tezonco exploratoryborehole allow investigating the hydrogeological characteristics of deep

formations in the basin of Mexico. Based on the analysis of the lithologyand well logs five hydrogeologic units are defined: a) from 0 to 70 maquitard composed by clay-rich lacustrine sediments; b) from 70 to 500m upper aquifer composed by volcanoclastic materials; c) from 500 to 750m aquifer composed by lava and pyroclastic flows (with a lacustrine layerembedded from 590 to 604 m); d) from 750 to 1140 m aquitard composedby ignimbrites, clay and volcanoclastic materials, which exhibited electric

resistivity ranging from 2 to 20 m; e) from 1140 to 2008 m aquifercomposed by volcanic rocks interbedded with aquitard layers of electricresistivity ranging from 2 to 10 m and which exhibited almost no drillingmud invasion as shown by the electric log. These five hydrogeologic unitsare highly heterogeneous in their composition and their hydrogeologicparameters as inferred from the electric well log. Average hydraulicconductivity and specific storage were computed for the fifth hydrogeologicunit from a step drawdown test. Since only cuttings were availablefor analysis, the lithology record obtained is uncertain; to reduce thisuncertainty it will be necessary to obtain cores in future explorations. Inaddition, the chemical and isotopic characteristics of water from 1176to 2008 m (which is the screened length of the well) were analyzed.The isotopic composition (18O = -67.3 and D = -9.44 ) suggestsan origin by infiltration of precipitation. Carbon 14 dating (corrected

by carbon 13) resulted in a residence time of 14,237265 years. Micro-fractures filled with calcite and gypsum observed in cuttings from 1800to 1920 m and values of 13C = -5.8 suggest deep groundwater flowthrough carbonated rocks, which were not found in the San LorenzoTezonco well but are inferred at greater depths on the basis of resultsfrom the Mixhuca and Tulyehualco wells.

Key words: hydrogeology, deep formations, groundwater residence time,basin of Mexico, Mexico.

INTRODUCCIN

El suministro de agua es un aspecto crtico para el funcionamiento

de la ciudad de Mxico, el cual ejerce una presin alta sobre los recursoshdricos en la Cuenca de Mxico y en las cuencas hidrolgicas vecinasde los ros Lerma y Cutzamala. Aproximadamente el 50% del volumende agua que requiere la ciudad proviene del acufero bajo la Ciudadde Mxico y esta extraccin ha ocasionado el descenso sostenido delnivel piezomtrico en el acufero (DGCOH, 1992; Carrera-Hernndezy Gaskin, 2007), as como la despresurizacin y consolidacin delacuitardo que sobreyace al acufero, ocasionando subsidencia del

Resultados del pozo San Lorenzo Tezonco y sus implicacionesen el entendimiento de la hidrogeologa regional de la cuenca de Mxico

Eric Morales-Casique*, Oscar A. Escolero y Jos L. ArceDepartamento de Geologa Regional, Instituto de Geologa, Universidad Nacional Autnoma de Mxico,Ciudad Universitaria, 04510, Mxico, D.F., Mxico.* [email protected]

REVISTA MEXICANA DE CIENCIAS GEOLGICAS v. 31, nm. 1, 2014, p. 64-75


2/12

65RMCG | v. 31 | nm. 1 | www.rmcg.unam.mx

El pozo San Lorenzo Tezonco, implicaciones en el entendimiento de la hidrogeologa regional de la cuenca de Mxico

Central de Abastos

Eje 5 Sur

Pozo San Lorenzo

Tezonco

EUA

Mxico

Ciudad de Mxico

Belice

Guatemala

0 400 km

terreno (Ortega-Guerrero et al., 1993, 1999; Osmanoglu et al., 2011;Cabral-Cano et al., 2008). Esta situacin presenta retos importantespara el manejo integral de los recursos hdricos en la cuenca y paraenfrentarlos se requiere entre otras cosas un mejor conocimiento delsistema hidrogeolgico, entendido no solo como el acufero en explo-tacin sino compuesto por las diversas formaciones que componen elsubsuelo y su interrelacin hidrolgica.

En este sentido el Gobierno de la Ciudad de Mxico a travs del

Sistema de Aguas de la Ciudad de Mxico (SACMEX) llev a cabo laperforacin del pozo San Lorenzo Tezonco ubicado en las coordenadas19 22' 44.27" N y 99 5' 5.25" O y que alcanz 2008 m de profundidad(Figura 1). El propsito de este artculo es analizar los resultados deesta perforacin y discutir sus implicaciones en el entendimiento delas caractersticas geolgicas e hidrogeolgicas de la cuenca. Cabesealar que esta perforacin se enfoc al conocimiento del subsueloy sus caractersticas hidrogeolgicas, en contraste con perforacionesprofundas anteriores cuyo objetivo final fue el conocimiento del sub-suelo como apoyo para entender y modelar sus propiedades ssmicas(Prez-Cruz, 1988).

El artculo est organizado de la siguiente manera. Primero se pre-senta una breve revisin de los modelos conceptuales hidrogeolgicosde la cuenca de Mxico y esto proporciona un marco conceptual para el

anlisis posterior. A continuacin se describen algunos detalles tcnicosde la perforacin que proveen contexto para el anlisis posterior. Losresultados se reportan en el siguiente orden: (a) la descripcin litolgicaobtenida con base en el anlisis de muestras de recorte y se discuten

las fuentes de incertidumbre en estos resultados, (b) los resultados demediciones efectuadas durante la perforacin y las pruebas hidrulicas,los registros geofsicos y su relacin con la litologa observada y (c) losresultados de las caractersticas qumicas e isotpicas del agua extradadel tramo ranurado del pozo que es de 1176 a 2008 m de profundidad.Finalmente los resultados se analizan en el contexto del modelo con-ceptual hidrogeolgico de la cuenca y se presentan las conclusiones.

ANTECEDENTES HIDROGEOLGICOS

Esta revisin no intenta cubrir de manera exhaustiva la variedadde estudios geolgicos e hidrolgicos publicados sobre la cuenca deMxico, sino revisar algunas publicaciones seleccionadas que hanpropuesto modelos conceptuales hidrogeolgicos a escala regional yalgunos que han investigado la estratigrafa y estructura del subsuelode la cuenca.

Las caractersticas geolgicas y estratigrficas de la cuenca hansido estudiadas por varios autores, en particular por Vzquez-Snchezy Jaimes-Palomera (1989) y Mooser y Molina (1993). Estos autoresagrupan de manera diferente los materiales geolgicos presentes en lacuenca y se apoyan en estudios previos sobre las perforaciones pro-

fundas existentes y las interpretaciones geofsicas de estudios ssmicos(Prez-Cruz, 1988). Con base en esta estratigrafa y agrupando lasdiversas formaciones en unidades hidrogeolgicas, Ortega y Farvolden(1989) proponen un modelo hidrogeolgico de cuenca cerrada para

Figura 1. Ubicacin del pozo San Lorenzo Tezonco.


3/12



el Valle de Mxico. El modelo hidrogeolgico de Ortega y Farvolden(1989) se basa en los conceptos de continuidad hidrolgica entre lasformaciones y la organizacin jerrquica y dinmica de la circulacindel agua en sistemas de flujo (Toth, 1963, 1995). En este modelo, unparteaguas subterrneo (esto es, una frontera impermeable virtual) sedesarrolla en las sierras que rodean la cuenca; el agua que recarga elsistema dentro de este parteaguas descargaba de manera natural haciael centro de la cuenca en la forma de manantiales y humedales (Durazo

y Farvolden, 1989). La ubicacin del parteaguas subterrneo dependede las propiedades hidrulicas de las formaciones y la estructura delsubsuelo y no necesariamente coincide con el parteaguas topogrfico,sino que el parteaguas subterrneo se encuentra desplazado hacia elvalle de mayor elevacin, en este caso, el valle de Mxico (Ortega yFarvolden, 1989; Morales-Casique, 1997).

Con respecto a la evolucin qumica del agua subterrnea por lainteraccin agua-roca, existen varios modelos que tambin se basan enel concepto de sistemas de flujo y que son consistentes con el modeloconceptual de cuenca cerrada de Ortega y Farvolden (1989). Cardonay Hernndez (1995) proponen un modelo de evolucin de las caracte-rsticas qumicas del agua subterrnea en la cuenca del valle de Mxico.Su anlisis se basa en la composicin qumica del agua subterrneaproveniente de pozos de las porciones oeste y sur (desde las sierras de

Las Cruces y Chichinautzin) y de la porcin central de la ciudad. Losprocesos identificados que afectan las caractersticas qumicas del aguade los pozos son: a) mezcla de miembros extremos inducida por elbombeo, b) intercambio inico fijando calcio y magnesio en la matrizarcillosa del acufero y liberando sodio y potasio al agua subterrnea, yc) procesos de oxidacin-reduccin que condicionan las concentracio-nes de sulfato, bicarbonato, nitrato, hierro, manganeso y posiblementearsnico. Edmunds et al.(2002) analizaron la evolucin geoqumica delagua subterrnea a lo largo de 24 km en la direccin del flujo, desde laSierra de las Cruces hasta el Lago de Texcoco. Usando istopos establesconcluyen que el origen del agua es por infiltracin de agua de lluvia enlas sierras circundantes, y su composicin qumica evoluciona debidoa la interaccin agua-roca. Tambin identifican una frontera redox quecoincide con el inicio del semiconfinamiento del acufero superior. Los

trabajos de Cardona y Hernndez (1995) y Edmunds et al.(2002) sebasan en el anlisis de muestras de agua obtenidas de pozos de entre100 y 500 m de profundidad. Entre otros resultados, en este trabajopresentamos datos de la composicin qumica del agua provenientede profundidades de 1176 a 2008 m.

PERFORACIN DEL POZO SAN LORENZO TEZONCO

El pozo San Lorenzo Tezonco (SLT) est ubicado cerca de laCentral de Abastos de la Ciudad de Mxico (Figura 1). El objetivo deesta seccin es proporcionar una panormica general del proceso deperforacin y proporcionar el contexto para analizar los resultados delas secciones posteriores.

El mtodo de perforacin utilizado durante todo el proceso fuerotatorio con circulacin directa utilizando lodo a base de bentonitay durante la segunda etapa (descrita en el siguiente prrafo) se utili-zaron adems polmeros y barita. El lodo era bombeado a travs de latubera de perforacin y al ascender por el espacio anular arrastrabalos recortes. Cada avance de 2 metros se tomaba una muestra delrecorte utilizando un cedazo. La muestra se colectaba del canal desalida del lodo, lo ms cercano posible de la perforacin, era colocadaen un recipiente y se aada agua para eliminar parte del lodo deperforacin dejando sedimentar el recorte; en general se aadan 40L de agua, pero en casos donde el intervalo perforado se considerabacon alto contenido de material fino, no se agregaba agua. La muestra

obtenida se empacaba en frascos de plstico y se etiquetaba con elintervalo de profundidad correspondiente. El canal era limpiado entrelos intervalos de toma de muestra para minimizar contaminacin; lalongitud del canal era de aproximadamente 30 metros y conectaba a2 presas de lodos, la primera para sedimentar el material de recortey la segunda para bombear el lodo de regreso a la perforacin. Paraevitar recirculacin de recortes hacia la perforacin, a partir de los1000 m de profundidad el lodo con recorte se hizo circular a travs

de un desarenador y una mquina vibradora. En general este tipo demuestreo produce una incertidumbre alta, tanto en la composicindel material geolgico como en la profundidad a la que correspondela muestra. El impacto potencial de esta fuente de incertidumbre esdiscutido en el anlisis.

La perforacin del pozo SLT fue conducida en tres etapas. Durantela primera etapa, de 0 a 500 m de profundidad, nicamente se recu-per muestra de 0 a 70 m y otra muestra aislada correspondiente auna profundidad de entre 100 y 120 m debido a que a los 72 metrosocurri prdida total de circulacin. Al llegar a los 500 m se ampli laperforacin, se corri un registro elctrico, posteriormente se colocademe ciego y finalmente el espacio anular entre el ademe y la perfo-racin fue cementado.

La segunda etapa de perforacin fue de 500 a 1140 m de profun-

didad. La perforacin de este tramo se ejecut en dos subetapas, laprimera de 500 a 998 m y posteriormente de 998 a 1140 m. El registroelctrico se corri nicamente de 500 a 998 m, justo despus de laprimera subetapa. A los 998 m ocurri prdida de circulacin, demodo que al continuar la perforacin no se recuper muestra de 998a 1140 m, excepto por algunos testigos (material que queda adheridoa la barrena). Se adem con ademe ciego toda la longitud, excepto dostramos: de 923 a 1003 m y de 1103 a 1115 m con el fin de conducir unaforo que al final no fue completado. Para evitar cualquier contamina-cin de muestras de agua posteriores, se cement el tramo ranurado yse reperfor el tapn de cemento para continuar con la tercera etapa.

La tercera etapa fue de 1140 a 2008 m. Se corri un registro elctricode 1140 a 1640 m, sin profundizar ms debido a que la temperaturasuper los 65C que era el lmite operativo del equipo empleado. A

los 1960 m ocurri prdida de circulacin parcial. Se instal ademeranurado (0.168 m de dimetro, abertura de ranura de 3 mm y reaabierta de 226 cm2/m) en toda la longitud, de 1176 a 2008 m, termi-nando el pozo sin filtro de grava debido al limitado espacio anularentre la perforacin (0.25 m de dimetro) y el ademe ranurado. Seevacu el lodo de la perforacin inyectando agua desde la superficie,se desarroll (mediante bombeo por etapas aumentando el caudal)durante 72 horas y se procedi a realizar tres aforos.

REGISTRO LITOLGICO

La columna estratigrfica fue construida mediante la descrip-cin de las muestras de canal, usando microscopio estereoscpico yanalizando secciones delgadas de muestras seleccionadas medianteun microscopio petrogrfico. Para poder refinar la identificacin dediferentes unidades estratigrficas, tambin se llevaron a cabo anlisisqumicos de roca total y geocronologa de 40Ar/39Ar y U-Pb (Arce etal., 2013). La Figura 2 muestra la columna litolgica resultante parael pozo perforado; el detalle de la cronologa y el anlisis litolgico ypetrogrfico se reporta en otra fuente (Arce et al., 2013). Las edadesen letras negritas en la Figura 2 se consideran de mayor exactitud quelas edades en letra cursiva; las discrepancias en las edades pueden serdebidas a dos causas: 1) al tipo de muestreo (muestras de canal) en elque ocurre mezcla de recortes proveniente de varios niveles o 2) quela muestra con la edad joven ms profunda haya sufrido "reseteo" por


4/12



1255

1165

1090

998

945

915

875

760

580

510

120

70

0

18 Ma*

15 Ma*

14 Ma*

13 Ma*

9 Ma**

700

590-604

0.24 Ma*

1 Ma*

5 Ma**

16 Ma*

Chichinautzin

Sierradelas

Cruces

FormacinTepoztln

VulcanismodelMioceno

Andesita

Basltica

San Nicols

16 Ma*

Andesita

Eoceno???

1930

1800

1510

1470

2008

Tipo de roca

A-B

AA

A

D

A

A

A

A

A

AA

A

A

A

A

A

A-B

A

AA

A-B

A-B

afantica de color gris oscuro, con algunosfenocristalesde Plg, Cpx, Opx, y poco Ol.

Lavas y depsi tos pi roclsticos decomposicin dactica, con fenocristales dePlg,Anf,y Opx.

Sedimentos lacustres de color amarillo claro,incluye fragmentos fluviales. Ostrcodos envarios niveles.

Ign imbri ta de co lor r osado , pococonsolidada, con abudantes fenocristalesdePlg,Qz y vidrio.

Secuencia de flujos de lava afantica ydepsitos pioclsticos de composicinandestica, con algunos cristales de Plg,Opx, inmersos en vidrio. La composicinqumica es homognea.

Secuencia de flujos de lava porfritica, decolor gris oscuro, con fenocristales de Plg,

hidrotermal presente (epidota, pirita,montmorillonita).

Secuencia de flujos de lava andestica, grisoscuro, porfirtica, con fenocristales de Plg,

Mineralizacin hidrotermal como epidota,pirita y montmorillonita estpresente.

Flujo de lava de color gris oscuro, porfritica,confenocristales de Plg, Opxy Qz en matrizvtrea.

rojizo, afantica, con fenocristales de Plg, Cpx,Opx, Ol.

Lava andestica, de color gris oscuro y rojizo, conpocos cristalesde Plg, Opxen unamatrizvtrea.

Lacustre

Opx, xidos de Fe-Ti. Mineralizacin

Opx, xidos de Fe-Ti, en una matriz vtrea.

Secuencia andestico basltica y dactica

Lava andestico basltica, de color gris oscuro

Figura 2. Corte litolgico del pozo San Lorenzo Tezonco. Edades en millones de aos (Ma) determinadas por los mtodos de *40Ar/39Ar y **U-Pb en circones; lasedades en negritas se consideran de mayor exactitud que aquellas en cursivas. Abreviaciones: A, andesita, D, dacita, A-B andesita basltica (Modificado de Arceet al., 2013).


5/12

68 68RMCG | v. 31 | nm. 1 | www.rmcg.unam.mx


t (s)

Profundidad(m)

-10 0 10 20

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Ubicacin dezonas con

prdida de circulacin

alteracin (Arce et al., 2013). A lo largo de los 2008 m de la perfora-cin se identificaron dos tipos de depsitos: sedimentos lacustres noconsolidados y rocas volcnicas.

En la Figura 2 se observa que los depsitos lacustres se encuentrande 0 a 70 m; estn constituidos por sedimentos finos (arcillas y limos)intercalados con depsitos fluviales y a diferentes niveles se encontra-ron conchas de ostrcodos en diferentes proporciones. De 590 a 604m se encuentra un horizonte parcialmente consolidado constituido

por sedimentos finos de color gris claro que sugieren un ambientelacustre. Esta unidad est separada de la unidad lacustre superior porcasi 500 m de lavas andesticas y dacticas (Figura 2), lo que sugiereuna edad mayor para esta unidad lacustre profunda. Aunque no seobtuvo una muestra adecuada para ser fechada, su edad probablementese encuentra entre 0.24 Ma y 1 Ma que son las edades reportadas paralas unidades volcnicas suprayacentes y subyacentes, respectivamente(Arce et al., 2013).

Las rocas volcnicas (flujos de lava y depsitos piroclsticos)constituyen el mayor componente de la columna litolgica. De 700 a875 m se encuentran depsitos piroclsticos, en particular depsitosde flujos de bloques y ceniza, sobreyaciendo a depsitos de ignimbritaque estn constituidos por varias unidades (Figura 2). Los depsitos deignimbrita se observan alterados, son de color rosa y estn compuestos

de cristales de feldespato, biotita, cuarzo y vidrio, lo que correspondea una composicin rioltica. Arce et al.(2013) determinaron una edadde ~5 Ma con base en fechamientos por U-Pb en cristales de circn.

Los flujos de lava tienen composicin variable, desde andesita ba-sltica hasta riolita, con un predominio de lava andestica. Las andesitasbaslticas estn presentes en dos niveles distintos, a 120 metros y entre1800 y1930 metros de profundidad (Figura 2), con edades contrastantesde 18 Ma. El espesorconsiderable de productos andesticos de 875 a 1470 m en un periodorelativamente corto de tiempo (16 a 13 Ma) sugiere una intensa acti-vidad volcnica en esta zona (Arce et al., 2013).

Lavas cidas estn presentes como riolitas y en mayor proporcincomo dacitas (Figura 2). Las muestras de mano se caracterizan poruna textura porfirtica con abundantes fenocristales de plagioclasa,anfbol, biotita y menores cantidades de ortopiroxeno y cuarzo. Lasriolitas muestran textura porfirtica y fueron clasificadas con base enla proporcin de minerales de feldespato-K, cuarzo, biotita y vidrio(Arce et al., 2013).

ANLISIS DEL SEGUIMIENTO DE LA PERFORACIN, DELREGISTRO GEOFSICO Y DE LAS PRUEBAS DE AFORO

En esta seccin se analizan los resultados del seguimiento de laperforacin, en particular la ocurrencia de prdidas de circulacin yvariaciones relativas en la viscosidad del lodo de perforacin, as comolos resultados del registro geofsico del pozo para correlacionarlos demanera cualitativa con la presencia de zonas permeables. La seccin

cierra con el anlisis de las pruebas de aforo para calcular una conduc-tividad hidrulica promedio para para la unidad hidrogeolgica quese encuentra de 1140 a 2008 m de profundidad, definida ms adelanteen este trabajo.

Prdidas de circulacin y dilucin del lodo de perforacinUn indicador de permeabilidad localizada es la prdida de circu-

lacin durante la perforacin. Prdidas totales de circulacin fueron

registradas a profundidades de 72 a 120 m, a los 998 m (perforandode 998 a 1140 m a fondo perdido) y aproximadamente a los 1960 m(Figura 3). La prdida de circulacin en el primer intervalo (de 72 a120 m) coincide con un derrame de basalto identificado en el cortelitolgico y el registro elctrico. La segunda ocurrencia a los 998 m fueprecedida por la surgencia temporal de agua a travs de la columnade perforacin, lo que en principio se interpret como artesianismobrotante; sin embargo, este artesianismo no se mantuvo ni se manifestposteriormente en el nivel esttico de la perforacin, lo que sugieretres posibilidades: a) se trat de una sobrepresin en la columna deperforacin, b) el estrato con sobrepresin hidrulica fue obstruido porel lodo de perforacin, o c) las diferencias de carga hidrulica entreestratos fueron disipadas (promediadas) dentro de la perforacin (loque implicara flujo entre estratos a travs de la perforacin). Con los

datos recabados no fue posible distinguir entre estas posibilidades. Encualquier caso, la ocurrencia de prdida total de circulacin sugierealta conductividad hidrulica probablemente por fracturamiento. Latercera zona con prdida de circulacin fue a partir de los 1960 m de

Figura 3. Prdida de circulacin total y registro de dilucin de lodo de perfora-cin (crculos). Valores negativos de tindican aporte de agua de la formacin.


6/12



Resistividad ( m)

Pro

fun

dida

d(m)

10-1

100

101

102

0

500

1000

1500

Lodo

Puntual

Normal 16"

Normal 64"

Lateral

Radiacin gamma (API)

0 50 100

0

500

1000

1500

Potencial natural (mV)

-1000 -500 0

0

500

1000

1500

Temperatura (C)

0 20 40 60

0

500

1000

1500

a) b) c) d)

profundidad y sugiere fracturamiento.Adicionalmente se puede relacionar de manera cualitativa la pre-

sencia de zonas permeables con la dilucin del lodo en la perforacin.Puesto que el lodo de perforacin transporta el recorte perforado haciala superficie, el caso tpico es que el lodo a la salida de la perforacinsea ms viscoso por efecto de los slidos que transporta. Sin embar-go, si existen aportes importantes de agua de la formacin hacia laperforacin, el lodo ser diluido y esta dilucin se ver reflejada en

una disminucin de la viscosidad. Este aporte de agua sugerir zonaspermeables y con suficiente presin de poro para originar flujo de laformacin hacia el pozo venciendo la carga hidrulica impuesta porel lodo de la perforacin. Conforme la perforacin avanza, el lodoinvade esas zonas permeables y las impermeabiliza temporalmente(la remocin del lodo de las paredes de la formacin es el objetivo dela limpieza y desarrollo del pozo), por lo que el registro continuo delos cambios de viscosidad puede ser un indicador cualitativo viable dela ubicacin de zonas permeables. Con el fin de detectar dilucin dellodo de perforacin, durante el seguimiento de la perforacin fueronregistradas peridicamente la viscosidad del lodo de perforacin enla fosa de lodos (entrada) y justo a la salida de la perforacin (salida). Laviscosidad se midi con un embudo Marsh y el resultado se reporta ensegundos (el tiempo que tarda 1.5 litros de fluido en salir del embudo;

como referencia, el agua tarda 26 segundos). Puesto que nicamenteestamos interesados en cambios relativos de viscosidad, el tiempo medi-do en el embudo Marsh es un indicador suficiente. La Figura 3 muestra

el comportamiento de la diferencia entre los tiempos medidos para loslodos a la salida y a la entrada de la perforacin t=tsalidatentrada. Losvalores negativos de tindican dilucin del lodo debido a aportes deagua de la formacin. La Figura 3 muestra que existen varios intervalosdonde se infieren aportaciones significativas de agua, en particular de1250 a 1350 m, de 1450 a 1570 m y de 1680 a 1750 m.

Registro geofsico

El registro del pozo SLT se llev a cabo al final de cada etapa de per-foracin, es decir, se cuenta con tres registros que van de 0 a 500 m, de500 a 998 m y de 1140 a 1640 m. El tercer registro alcanz nicamente1640 m de profundidad debido a que el equipo que se utiliz no tuvola capacidad para registrar temperaturas mayores a 65C. La Figura 4muestra el registro geofsico del pozo SLT que consisti de los regis-tros elctricos Normal Largo (64"), Normal Corto (16"), Lateral (RL),Puntual, la resistividad del lodo de perforacin, el registro de radiacingamma, el registro de potencial natural y el registro de temperatura.

A partir del registro elctrico se puede identificar, de manera cua-litativa, la presencia de zonas permeables con base en la separacin delas curvas del registro de resistividad Puntual, Normal Corto y NormalLargo, que para efectos de la discusin son denotadas como P, NC yNL, respectivamente. Cabe sealar que un anlisis cuantitativo reque-

rira registros adicionales que no estn disponibles para el pozo SLT,tales como el registro de neutrn-densidad que permitira estimar laporosidad. La identificacin de zonas permeables se ilustra con el com-

Figura 4. Registro de (a) resistividad, (b) radiacin gamma, (c) potencial natural y (d) temperatura del pozo San Lorenzo Tezonco. La lnea discontinua en el grficode temperatura corresponde al gradiente geotrmico medio de 30 C/km.


7/12



portamiento del registro elctrico entre 120 y 180 m de profundidad,donde se observa que la resistividad de la curva NC es intermedia entrela P y la NL (Figura 4). Esto evidencia diferentes grados de invasindel lodo de perforacin en la formacin y sugiere una zona permeable(que de hecho forma parte del acufero que actualmente se explota enla Ciudad de Mxico). Un comportamiento similar de las curvas seobserva de 1260 a 1290 m, de 1440 a 1470 m, de 1490 a 1510 m, de1520 a 1560 m y de 1600 a 1640 m de profundidad (Figura 4) y sugiere

zonas con potencial significativo para el flujo de agua. En contraste, de570 a 1000 m se observa que las curvas NC y NL registran resistividadsimilar, la cual es menor que la registrada por la curva P (Figura 4);esto evidencia una limitada penetracin del lodo de perforacin en laformacin y sugiere baja permeabilidad. Una situacin similar ocurreen varias zonas entre 1140 y 1640 m de profundidad (Figura 4) lo quesugiere baja permeabilidad.

El registro de radiacin gamma (Figura 4) muestra valores entre 20y 50 API en la mayor parte de la perforacin. Los saltos en el registrode potencial natural (Figura 4) son debidos a que se reporta en la escalarelativa de cada etapa y en particular se observa que durante la terceraetapa el sensor de potencial natural no funcion.

Con respecto a la temperatura, el comportamiento a profundidades consistente en trminos generales con un gradiente geotrmico

promedio de 30 C/km (Figura 4). Debe recordarse que los registrosgeofsicos se realizaron en tres etapas al igual que la perforacin, y lossaltos que se observan en el registro de temperatura a los 500 y 1000 mcoinciden con cada registro geofsico de pozo, por lo que probablemen-te son un efecto artificial por el cambio de condiciones en cada registro.

Pruebas de aforoLas pruebas de aforo fueron precedidas por el desarrollo del pozo y

el intervalo probado fue de 1176 a 2008 m que es la longitud del cedazodel pozo (832 m); esta longitud corresponde a la unidad hidrogeolgica5 tal como es definida ms adelante en este trabajo. El desarrollo delpozo tuvo una duracin de 71 horas. Concluido el desarrollo, el nivelse dej recuperar durante 1 hora y se procedi al aforo (aforo 1) quedur 35 horas y consisti en seis etapas. Debido a la evidente limpieza

del pozo, manifestada por la reduccin del abatimiento para un mis-mo caudal al comparar el desarrollo y el aforo 1 (Figura 5), se decidirepetir el aforo conduciendo dos ms, denotados como aforos 2 y 3,en los que se registr menor abatimiento para caudales similares a losdel aforo 1 (Figura 5). Los caudales durante todas las pruebas fueronmedidos con el mtodo del orificio calibrado. Durante las primeras trespruebas (desarrollo, aforos 1 y 2) se tomaron muestras de agua para suanlisis fisicoqumico y se registr de manera peridica la temperaturay la conductividad elctrica del agua en la descarga del pozo, con el finde tener un control sobre la evacuacin del agua ajena a la formacin(por la limpieza) y la representatividad de las muestras de agua (Figura6). Con el fin de obtener una conductividad hidrulica promedio dela unidad hidrogeolgica 5, los datos del aforo 3 fueron analizadossuponiendo un acufero confinado con flujo radial y adicionandoun trmino que cuantifica prdidas de carga no lineales (Batu, 1998)

(1)

(2)

donde ses el abatimiento (medido en relacin al nivel esttico en elpozo), Qes el caudal de extraccin, W(u) es la funcin de pozo de Theis,rees radio efectivo del pozo (igual al radio de la perforacin porqueno se instal filtro de grava), tes tiempo, bes el espesor del acufero,Kes conductividad hidrulica, Sses almacenamiento especfico, y el

s= Q

4 KbW(u)+CQ

n

u=

Ssr

e

2

4Kt

coeficiente Cy el exponente ndependen de las caractersticas cons-tructivas del pozo y su vecindad y expresan las prdidas de carga nolineales (Kawecki, 1995; Batu, 1998). Puesto que el intervalo de pruebaen el pozo SLT no es homogneo, los parmetros Ky Ssobtenidos delas Ecuaciones 1 y 2 son interpretados como parmetros promediodefinidos como

(3)

(4)

donde K(z) ySs(z) son la conductividad hidrulica y el almacenamientoespecfico a la profundidad z, respectivamente.

La Ecuacin 1 fue ajustada a los datos del aforo 3, es decir, a lasnueve etapas simultneamente, minimizando la diferencia entre elabatimiento observado y el abatimiento simulado mediante un pro-cedimiento de regresin no lineal, basado en el mtodo linealizado deGauss-Newton (Duffield, 2007). Para estimar Ss, en primera instanciasu valor fue fijado en 110-6m-1y el resto de los parmetros (C, ny

K) fueron estimados mediante regresin; posteriormente los valoresestimados en la primera regresin se usaron como valores iniciales enuna segunda regresin, para estimar los cuatro parmetros simultnea-mente. El ajuste obtenido entre el abatimiento observado y el simuladose muestra en la Figura 7 y los valores de los parmetros estimadosse reportan en la Tabla 1. Puesto que los parmetros estimados Ky Ss representan un promedio para la longitud total captada por elpozo de 1176 a 2008 m, en las zonas permeables evidenciadas por elregistro elctrico (Figura 4) el valor local de conductividad hidrulica,Klocales mayor que K, mientras que en los estratos menos permeablesKlocal


8/12



Tiempo (das)

Nivel

dinmico(m),

Cau

dal

(l/s)

Temperatura(C

)

ConductividadElctrica

(S/cm)

0 1 2 3 4 5 6

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

0

500

1000

1500

2000

2500Nivel dinmico

Caudal

Conductividad elctrica

Temperatura

Tiempo (das)

Abat

imiento(m)

0 2 4 6

0

20

40

60

80

100

120

Simulado

Medido

C on ce pt o P ro fu nd id ad ( m) D i me tr o (m )Adem e c iego 0 - 114 0 0.32 4Perforacins in f il tro d e g rav a 1 140 - 2 00 8 0 .2 5

Adem e c iego 114 0 - 1176 0.16 8Adem e ra nurad o 117 6 - 2008 0.16 8

CARACTERSTICAS FISICOQUMICAS E ISOTPICAS DELAGUA

Durante el proceso de desarrollo y los dos primeros aforos, se regis-traron de manera continua la temperatura y la conductividad elctricadel agua en la descarga (Figura 6) y se tomaron muestras de agua aintervalos irregulares. Las muestras fueron colectadas directamente dela descarga del pozo; se les midi pH, temperatura y conductividadelctrica y se mantuvieron en refrigeracin. En total se colectaron23 muestras de agua pero en este trabajo se presentan nicamentelos resultados obtenidos para la ltima muestra al final del aforo 2,denominada muestra M; esta muestra fue colectada el 16 de enero de2013. Un anlisis hidrogeoqumico detallado se preparar una vez quetodos los anlisis qumicos estn disponibles.

En la Figura 6 se observa que la temperatura y la conductividadelctrica varan durante el bombeo. Probablemente estos parmetrosaumentan durante el desarrollo a medida que se evacan los restosdel lodo de perforacin de los diferentes estratos y stos empiezana aportar agua. Puesto que el aforo 1 procedi casi de inmediato aldesarrollo, la temperatura y conductividad elctrica mostraron poca

variacin (Figura 6). En contraste, durante el aforo 2, despus decasi 12 horas en reposo, tanto la temperatura como la conductividadelctrica aumentan al inicio del bombeo, de 40 a casi 50C y de 1500 a2000 S/cm, respectivamente, para luego disminuir y no se estabilizandel todo (Figura 6). Estas variaciones sugieren que la temperatura y laconductividad elctrica no son uniformes en el intervalo considerado ylos valores registrados a la descarga del pozo (Figura 6) son el resultadode un proceso de mezcla. El registro geofsico sugiere al menos cincoestratos entre 1140 y 1640 m de profundidad con temperaturas que

Figura 7. Simulacin del aforo 3.

Parmetro Smbolo Valor estimado Unidades

Coeficiente de prdidasno lineales

C 310-8 dan/m3n-1

Exponente de prdidasno lineales

n 2.465 Adimensional

Conductividadhidrulica promedio

K 0.2 m/da

Almacenamientoespecfico promedio

Ss 410-6 m-1

Tabla 1. Parmetros estimados de la prueba de aforo 3.

Figura 6. Datos de campo registrados durante el desarrollo y aforos 1 y 2.


9/12



van de 55C a ms de 65C (Figura 4) y que posiblemente difieren enla conductividad elctrica del agua subterrnea que contienen. Por lotanto, los datos qumicos e isotpicos que aqu se presentan deben serconsiderados como valores promedio correspondientes al intervalo de1176 a 2008 m. Cabe sealar que la temperatura de la Figura 6 no essolo el resultado del proceso de mezcla sino tambin de la disipacinde calor en casi 1 km de cmara de bombeo donde la temperatura varaen casi 20C (Figura 4).

Iones mayores y elementos trazaEl anlisis de iones mayores fue realizado en el Laboratorio de

Edafologa Ambiental del Instituto de Geologa, UNAM y los elementostraza fueron determinados con el mtodo ICP-MS (Espectrometra deMasas con fuente de Plasma de Acoplamiento Inductivo) en ActivationLaboratories Ltd.; los resultados se reportan en la Tabla 2. Con baseen el contenido de iones disueltos, la muestra M se clasifica como deltipo Na-HCO3-Cl tal como se muestra en el diagrama radial de laFigura 8 donde se observa que predominan los iones Na, HCO3y Cl,sin que se le considere agua salina, ya que el valor de la conductividad

elctrica fue de 1580 S/cm. Por otro lado, en el diagrama de Piperde la Figura 9 se observa que la posicin relativa de la muestra Mcorresponde a agua que no es de reciente infiltracin, lo cual puededeberse a trayectorias de flujo largas y/o tiempo de residencia largo enel subsuelo; esto ltimo es lo que confirma la datacin por carbono 14que se reporta ms adelante.

La Tabla 2 tambin compara la concentracin de elementos trazapara la muestra M con los lmites permisibles en agua potable estable-

cidos en Mxico (NOM-127-SSA1-1994) y los recomendados por laUSEPA (Agencia de Proteccin Ambiental de Estados Unidos). Conrespecto a lo recomendado por la USEPA todos los elementos traza,con excepcin del arsnico, estn dentro de los lmites permisibles.Con respecto a la norma mexicana todos los elementos traza satisfacenlos lmites permisibles (incluido el arsnico, porque el lmite permi-sible de la norma mexicana es mayor al establecido por la USEPA).Probablemente el arsnico proviene de la disolucin de pirita (de1100 a 1500 metros se observaron cristales de pirita y epidota) y es unfactor que se deber considerar si se extrae agua de esas profundidades.

Istopos estables y datacin por 14CLa Tabla 3 muestra la composicin isotpica de la muestra M,

as como las tcnicas utilizadas para su determinacin en Isotech

Laboratories Inc. En la Figura 10 se observa que los valores de 18

Oy D de la muestra M son consistentes con las lneas de regresinestimadas para Mxico para agua de lluvia (Corts et al., 1997) y paraagua subterrnea somera (Wassenaar et al., 2009). Esto sugiere unorigen del agua por infiltracin de la precipitacin y es consistente conmodelos conceptuales de flujo de agua subterrnea a nivel de cuenca(Ortega y Farvolden, 1989).

El carbono inorgnico disuelto en la muestra M tiene un 13C =-5.8 (Tabla 3). Las principales fuentes de carbono inorgnico en elagua subterrnea son el CO2del suelo durante la infiltracin y la di-solucin de carbonatos. El 13C de las rocas carbonatadas tpicamentese encuentra entre -1.85 y +0.3 (Muller y Mayo, 1986; Mayo etal., 1992). Cuando ambas fuentes, el gas del suelo y disolucin de car-bonatos, contribuyen en cantidades similares al carbono inorgnico

disuelto en el agua subterrnea, su 13

C tpicamente estar entre -10a -13 (Mayo et al., 1992). El valor obtenido para la muestra M de13C = -5.8 sugiere una contribucin mayor al 50% de la disolucinde carbonatos y sugiere que el agua extrada por el pozo ha estado encontacto o ha circulado a travs de rocas carbonatadas. Con respecto

Elementos traza Pozo SanLorenzoTezonco

Lmite mximo permitido

en agua potable

US EPA a S. Salud b

Concentracin en g/l

Al 6 200

As 21.5 10 25

Ba 450 2000 700

Be < 0.1 4

Cd 0.08 5 5

Cr < 0.5 100 50

Cu 2.6 1300 2000

Fe 10 300

Hg < 0.2 2 1

Mn 167 150

Pb 0.32 15 25

Sb 0.07 6

Se < 0.2 50

Tl 0.016 2

U 1.19 30

Zn 6 5000Pozo San Lorenzo Tezonco

Parmetros de campo

Conductividad elctrica (S/cm) 1580

Temperatura (C) 45.4

Iones mayores(concentracin en mg/L)

HCO3 6.1

Cl 5.98

SO42 0.67

Ca2+ 1.01

Mg2+ 0.98

Na+ 10.1

K+ 0.67

Tabla 2. Composicin qumica de la muestra M del pozo San Lorenzo Tezonco.

aEnvironmental Protection Agency; bSecretara de Salud, NOM-127-SSA1-1994.

0 5

Mg Ca

Na

Cl

SO4 HCO3

10 meq/l

Figura 8. Diagrama radial de la composicin de la muestra de agua M.


10/12



a 34S, la muestra M tiene un valor de 11.1. En promedio, las evapo-ritas se caracterizan por un 34S en sulfatos de 20, mientras que lasemisiones volcnicas tienen un 34S promedio de 5 (Luhr y Logan,2002). El valor de 11.1 observado en la muestra M es intermedioentre estos valores y sugiere un origen combinado.

Finalmente, la edad del agua tse estim con base en el modelo

(5)

dondeAces la actividad especfica de la muestra en pMC, A0es laactividad especfica al tiempo t=0, Tc= 573030 aos, la vida media del14

C, y Qes un factor de ajuste (Wigley, 1975). Para estimar la actividadinicial A0se utiliz el modelo de Pearson y colaboradores (Fontes yGarnier, 1979) que se basa en el 13C de la muestra; el modelo se aplicconsiderando valores de 100 % de actividad del CO2en el suelo y 13C de-26 y 0.8 para el CO2en el suelo y en carbonatos, valores utilizadoscon anterioridad para el valle de Mxico (Edmunds et al., 2002). Conestas consideraciones, la edad de la muestra M es de 14,237265 aos,sustancialmente ms vieja que dataciones de pozos someros (entre 100 y300 m de profundidad) donde utilizando el mismo mtodo de Pearsony colaboradores se determin un mximo de 6080 aos (Edmundset al., 2002). La edad calculada estimandoA0mediante el mtodo dePearson y colaboradores toma en cuenta indirectamente la qumica delcarbono, en trminos de la mezcla de diferentes componentes pero noincluye el efecto de fraccionamiento isotpico durante las reacciones

de intercambio (Fontes y Garnier, 1979) lo que podra introducirincertidumbre adicional en la edad calculada.

DISCUSIN

Unidades hidrogeolgicasCon base en el corte litolgico (Figura 2) y en el registro geofsico

(Figura 4) se proponen cinco unidades hidrogeolgicas.1) La primera unidad hidrogeolgica se ubica de 0 a 70 m de

profundidad (Figura 2) y corresponde al acuitardo compuesto pordepsitos lacustres del ex lago de Texcoco.

t=T

c

log 2log

QA0

Ac

2) La segunda unidad hidrogeolgica corresponde al acuferoactualmente en explotacin y se ubica de 70 a 500 m de profundidad.Esta unidad es heterognea y agrupa materiales granulares y rocas vol-cnicas fracturadas (Figura 2), donde el fracturamiento es evidenciadopor la prdida de circulacin a los 72 m. El registro elctrico sugiereque se divide en dos subunidades: (a) de 70 a 180 m con resistividaddel orden de 250 m registrada por la curva Normal Larga y (b) de180 a 500 m con resistividad de entre 50 y 100 m (Figura 4). En el

corte litolgico del pozo Agrcola Oriental 2 con profundidad total de280 m y localizado a aproximadamente 300 m del pozo SLT, se reportaun incremento en el contenido de arcilla a partir de 152 m (SACMEX,expediente no publicado) lo que explicara la menor separacin decurvas despus de los 180 m y el cambio en los valores de resistividad.Esto es sustentado por el incremento en la lectura de radiacin gammaentre 100 y 200 m de profundidad (Figura 4).

3) De 500 a 750 m aproximadamente se encuentra la unidad hidro-geolgica tres, de origen volcnico, aunque se identific al menos unhorizonte intercalado de sedimentos lacustres (Figura 2). El registroNormal Largo registra resistividades de entre 20 y 30 m (Figura 4).Se infiere que esta unidad es heterognea y el registro elctrico mues-tra menor separacin entre curvas de resistividad y poca infiltracindel lodo de perforacin dentro de la formacin, en gran parte de la

unidad (Figura 4).4) La unidad hidrogeolgica cuatro, de 750 a 998 m, se compone deignimbrita en su parte superior y secuencias de lava en su parte inferior(Figura 2). El registro Normal Largo midi resistividades entre 2 y 3m de 755 a 855 m y de entre 3 y 10 m de 855 a 998 m; en generalel registro elctrico sugiere baja penetracin del lodo de perforacin(Figura 4). La baja resistividad registrada puede deberse a un contenidode arcilla significativo en esta unidad, sugerido por el rango de lecturasde radiacin gamma de entre 45 y 65 API (Figura 4). Con base en estosindicios, esta unidad se clasifica como acuitardo de litologa heterog-nea y con intercalaciones de roca fracturada evidenciada por la prdidade circulacin a los 998 m (Figura 3). Aunque no existen muestras niregistro geofsico de 998 a 1140 m, la bitcora de perforacin reportamaterial arcilloso. Por esta razn, de manera preliminar se extiende la

clasificacin como acuitardo de 750 a 1140 m, con una edad entre los5 y 13 Ma (Arce et al., 2013). Por la edad y la litologa, es posible queesta unidad se correlacione con depsitos vulcanoclsticos, depsitosfluvio-lacustres y lavas encontrados en la cuenca de Tepeji del Ro-Taxhimay, ubicada al norte de la Ciudad de Mxico, y reportados porAguirre-Daz y Carranza-Castaeda (2000, 2001).

5) La quinta unidad hidrogeolgica, de 1140 a 2008 m de pro-fundidad, agrupa rocas volcnicas de edad mayor a 13 Ma (Figuras2). Aunque el registro elctrico alcanz nicamente 1640 m de pro-

Figura 9. Diagrama de Piper donde se muestra la composicin de la muestra M.

Istopo Unidad Resultado Desviacinestndar

Observaciones

D -67.3 CRDS (cavity ring-downspectroscopy)

18O -9.44 CRDS

13C DIC -5.8 Analizador elemental (EA)acoplado a un IRMS (isotoperatio mass spectrometer)

34S SO42- 11.1 Analizador elemental (EA)acoplado a un IRMS

14C DIC pMC 4.4 0.1 AMS (accelerator massspectrometry)

DIC: carbono inorgnico disuelto.

Tabla 3. Composicin isotpica de la muestra de agua M.


11/12



fundidad, la extensin a 2008 m se propone con base en el registrolitolgico, el registro geofsico y en los resultados de las pruebas deaforo. El registro geofsico sugiere una unidad heterognea, en la quealternan zonas contrastantes en conductividad hidrulica, lo que esinferido por la alternancia de zonas donde el lodo invadi la formacin(evidenciada por la separacin de curvas Puntual, Normal Corta yNormal Larga) y zonas donde las curvas Normal Corta y Larga registranla misma resistividad y sugiere limitada o nula penetracin del lodode perforacin (Figura 4). Adicionalmente presenta zonas fracturadascomo sugiere la prdida de circulacin a los 1960 m. Mediante la pruebade aforo se estimaron parmetros promedio para esta unidad de K=0.2 m/da y Ss=410-6m-1. En algunas zonas dentro de esta unidad se

observa un incremento en la lectura de radiacin gamma que coincidecon resistividades bajas y poca o nula penetracin del lodo de perfora-cin, sugerida por la nula separacin entre las curvas Normal Corta yLarga. Estas zonas son: (a) de 1380 a 1430 m con resistividad de entre2 y 20 m y lecturas de radiacin gamma de 22 a 75 API y (b) de1560 a 1610 m con resistividad de entre 10 y 20 m y de 30 a 40 APIde lectura de radiacin gamma (Figura 4). Estas zonas con cerca de50 m de espesor pudieran presentar contenidos significativos de arcilla,sin embargo, dado que el registro de potencial natural no respondiy no se cuenta con registro de neutrn-densidad, no es posible serconcluyente en este aspecto.

Inferencias sobre el sistema de flujo de agua subterrneaLas caractersticas qumicas e isotpicas del agua proveniente

del intervalo de 1176 a 2008 m (que es la longitud ranurada en elpozo) sugieren un origen de recarga pluvial sin influencia notable deevaporacin (Figura 10). El tiempo de residencia de 14,237265 aosobtenida por carbono 14 contrasta con las edades reportadas parapozos de entre 100 y 300 m de profundidad (Edmunds et al., 2002) ysugiere circulacin profunda. La presencia de microfracturas rellenasde calcita y yeso entre 1800 y 1920 m de profundidad y el 13C=-5.8sugieren circulacin a travs de rocas carbonatadas, las cuales no fueronencontradas en el pozo SLT, pero que con base en los resultados de lospozos Mixhuca y Tulyehualco se infiere que se encuentran a mayor pro-fundidad (Arce et al., 2013). Estas caractersticas son consistentes conlos modelos conceptuales propuestos para la cuenca de Mxico (Ortega

y Farvolden, 1989; Durazo y Farvolden, 1989; Cardona y Hernndez,1995; Edmunds et al., 2002) y aportan informacin nueva sobre las ca-ractersticas qumicas e isotpicas del agua subterrnea a profundidadesmayores a 1000 m. Finalmente, se debe considerar que el agua extradadel pozo SLT es una mezcla de la aportada por los diferentes estratosubicados de 1176 a 2008 m o incluso de estratos ms someros y/o msprofundos mediante flujo inducido por el bombeo. La variabilidad enla composicin es sugerida por las variaciones en la temperatura y

conductividad elctrica observadas durante el desarrollo y los aforos(Figura 6). En este sentido, es probable que exista estratificacin en eltiempo de residencia y en la composicin qumica e isotpica y quelos parmetros y concentraciones que resultan del agua extrada por elpozo probablemente estn sesgados hacia la composicin del agua delos estratos que aportan mayor cantidad de agua al caudal total y queno es posible obtener a menos que se registre el flujo dentro del pozo.

Con respecto al sistema de flujo de agua subterrnea, son necesariosdatos de carga hidrulica espacialmente distribuidos y a diferentesprofundidades para caracterizarlo, por lo que el pozo SLT proporcionael primer dato de carga hidrulica promediado en 832 m. En la Figura5 se observa que la profundidad al nivel esttico en el pozo terminadofue de 56.81 m el 31 de enero de 2013, valor similar al observadoactualmente en el acufero superior (en pozos del orden de 300 m de

profundidad). El hecho de que el valor registrado en el pozo SLT seasimilar al observado en pozos someros tiene dos posibles explicaciones.La primera posibilidad es que el pozo SLT se encuentre en una zonadonde el sistema de f lujo es predominantemente horizontal, por lo quelas equipotenciales (lneas que unen puntos con igual carga hidrulica)sern predominantemente verticales y por tanto pozos someros y pro-fundos registrarn valores similares de carga hidrulica. La segundaposibilidad es que la carga hidrulica se incremente con la profundidadpero que las diferencias (en carga hidrulica) se disipen debido a flujoentre los diferentes estratos al interior del pozo. La bitcora de perfo-racin no reporta variaciones importantes del nivel de lodo en el pozo,por lo que la primera explicacin parece la ms probable. Sin embargo,se reitera que sern necesarios ms datos espacialmente distribuidospara conocer el sistema de flujo a esas profundidades.

CONCLUSIONES

Los resultados del pozo San Lorenzo Tezonco proporcionan datossobre las caractersticas hidrogeolgicas de las formaciones profundasen la cuenca de Mxico. Con base en el anlisis del corte litolgico y elregistro elctrico se ha propuesto agrupar los materiales del subsueloen cinco unidades hidrogeolgicas. Estas unidades hidrogeolgicas sonaltamente heterogneas en su composicin y parmetros hidrogeol-gicos tal como se deduce del registro elctrico, donde alternan zonasde alta permeabilidad (deducidas por la separacin entre curvas deresisitividad lo que indica invasin de lodo de perforacin) con zonasde baja permeabilidad (nula separacin entre curvas). Por tanto, laagrupacin en unidades hidrogeolgicas tiene un fin cualitativo. Si sedeseara caracterizar las unidades mediante parmetros hidrogeolgi-cos equivalentes, esta heterogeneidad conducira a anisotropa. Conbase en una prueba de aforo se calcularon valores promedio para laconductividad hidrulica y el almacenamiento especfico de la unidadhidrogeolgica 5 que el pozo SLT atraves de 1140 a 2008 m.

Entre los 750 y 1140 m y entre 1380 y 1610 m de profundidad elregistro elctrico muestra la presencia de estratos de entre 50 y 120 m deespesor con resistividad registrada por la curva Normal Larga de entre2 y 20 m y con lecturas de radiacin gamma de entre 30 y 75 API quesugieren contenido de arcilla y/o agua salobre; adicionalmente el regis-tro elctrico sugiere baja conductividad hidrulica inferida de la baja o

18

O0

/00

D

0/ 0

0

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

-100

-80

-60

-40

-20

Pozo SLT

Cort s 1 99 7et al.

W assena ar 2 00 9et al.

Figura 10. Grfico de 18O contra D de la muestra de agua M del pozo SanLorenzo Tezonco, la lnea meterica de Corts et al.(1997) y la lnea de regresinpara agua subterrnea somera de Wassenaar et al.(2009).


12/12



nula penetracin del lodo de perforacin. Es posible que estos estratostengan un origen fluvio-lacustre y es probable que se comporten comoacuitardos. De confirmarse el origen lacustre y con base en las edadesreportadas por Arce et al.(2013) estos estratos sugieren que entre 18y 5 Ma ocurrieron varios periodos en los que la cuenca hidrolgicaestuvo cerrada. Con respecto al comportamiento hidrogeolgico delsistema, en el caso de explotar las capas profundas, estos estratos debaja permeabilidad retardaran el efecto del bombeo sobre los acuferos

ms someros. Sin embargo, an no hay suficiente informacin paraevaluar este tiempo de respuesta. A futuro ser necesario investigarla extensin de esos acuitardos y evaluar su permeabilidad mediantepruebas hidrulicas y/o anlisis de trazadores ambientales.

Por otro lado, las caractersticas qumicas e isotpicas del aguaproveniente del intervalo de 1176 a 2008 m (que es la longitud ranu-rada en el pozo) sugieren un origen por recarga pluvial y circulacinprofunda a travs de rocas carbonatadas con un tiempo de residenciade 14,237265 aos obtenido por carbono 14. Debe hacerse notarque la composicin qumica e isotpica determinada correspondea una mezcla del agua proveniente del intervalo ranurado con unalongitud de 832 m. En esta longitud con seguridad se mezclan aguascon diferentes edades y composiciones, y la proporcin de cada com-ponente en la mezcla depende en buena medida de la conductividad

hidrulica de cada estrato. Sin embargo, obtener muestras de agua aesas profundidades y que correspondan a longitudes pequeas es anun reto tecnolgico.

Por ltimo, ya que nicamente se cont con muestras de recorte,la incertidumbre en el corte litolgico es alta y para reducirla sernecesario obtener ncleos en exploraciones futuras.

AGRADECIMIENTOS

Este proyecto fue financiado por el Sistema de Aguas de la Ciudadde Mxico mediante el convenio 0627-1O-ED-DT-1-11. En particularse agradece a los ingenieros Ramn Aguirre Daz, Fernando A. vilaLuna y Alejandro Escobedo por su apoyo en la realizacin de este

trabajo y a Oscar M. Rodrguez Salas por su apoyo en las actividadesde campo. La Dra. Lucy Mora apoy en la realizacin de los anlisisqumicos. Las sugerencias de dos revisores annimos mejoraron lapresentacin del manuscrito.

REFERENCIAS

Aguirre-Daz, G.J., C arranza-Castaeda, O., 2000, Las grandes cuencas delOligo-Mioceno del centro de Mxico (resumen): Geos, 20(3), 301.

Aguirre-Daz, G.J., Carranza-Castaeda, O., 2001, Los grandes lagos delMioceno-Plioceno contemporneos al desarrollo del Cinturn VolcnicoMexicano (resumen), enVI Reunin Nacional de Geomorfologa,Sociedad Mexicana de Geomorfologa A.C.: Instituto de Geografa,UNAM, Mxico, p. 3.

Arce, J.L., Layer P.W., Morales-Casique E., Benowitz J.A., Rangel E., EscoleroO., 2013, New constraints on the subsurface geology of the Mexico CityBasin: The San Lorenzo Tezonco deep well, on the basis of 40Ar/39Argeochronology and whole-rock chemistry: Journal of Volcanology andGeothermal Research: 266, 34-49.

Batu, V., 1998, Aquifer Hydraulics: A Comprehensive Guide to HydrogeologicData Analysis: New York, John Wiley & Sons, Inc., 727 pp.

Cabral-Cano, E., Dixon, T.H., Miralles-Wilhelm, F., Daz-Molina, O., Snchez-Zamora, O., Carande, R.E., 2008, Space geodetic imaging of rapid groundsubsidence in Mexico City: Bulletin of the Geological Society of America,120(11-12), 1556-1566.

Cardona, A., Hernndez, N., 1995, Modelo geoqumico conceptual de laevolucin del agua subterrnea en el Valle de Mxico: Ingeniera Hidrulica

en Mxico, 10(3), 71-90.Carrera-Hernndez, J.J., Gaskin, S.J., 2007, The Basin of Mexico aquifer

system: Regional groundwater level dynamics and database development:Hydrogeology Journal, 15(8), 1577-1590.

Corts, A., Durazo, J., Farvolden, R.N., 1997, Studies of isotopic hydrology of thebasin of Mexico and vicinity: annotated bibliography and interpretation:Journal of Hydrology, 198(1-4), 346376.

Direccin General de Construccin y Operacin Hidraulica / SecretaraGeneral de Obras / Departamento del Distrito Federal (DGCOH), 1992,

Hidrologa subterrnea en el valle de Mxico: Ingeniera Hidrulica enMxico, Enero-Abril, 90-98.

Duffield, G.M., 2007, AQTESOLV for Windows Version 4.5 User's Guide:Reston, VA, USA, HydroSOLVE, Inc.

Durazo, J., Farvolden, R. N., 1989, The groundwater regime of the valleyof Mexico from historic evidence and field observations: Journal ofHydrology, 112(1-2), 171-190.

Edmunds, W.M., Carrillo-Rivera, J. J., Cardona, A., 2002, Geochemical evolutionof groundwater beneath Mexico City: Journal of Hydrology, 258(1-4), 1-24.

Fontes, J.C., Garnier, J.M., 1979, Determination of the initial 14C activity of thetotal dissolved carbon: A review of the existing models and a new approach:Water Resources Research, 15(2), 399-413.

Kawecki, M.W., 1995, Meaningful interpretation of step-drawdown tests:Ground Water, 33(1) , 23-32.

Luhr, J.F., Logan, M.A., 2002, Sulfur isotope systematics of the 1982 El Chichntrachyandesite: An ion microprobe study: Geochimica et Cosmochimica

Acta, 66(18), 3303-3316.Mayo, A.L., Nielsen, P.J., Loucks, M., Brimhall, W.H., 1992, Use of solute and

isotopic chemistry to identify flow patterns and factors which limit acidmine drainage in the Wasatch Range, Utah: Ground Water, 30(2), 243-249.

Mooser, F., Molina, C., 1993, Nuevo modelo hidrogeolgico para la cuenca deMxico: Boletn del Centro de Investigacin Ssmica Fundacin JavierBarros Sierra, 3(1), 1-26.

Morales-Casique, E., 1997, Anlisis numrico de flujo regional de aguasubterrnea: Cuenca del Ro Amacuzac: Mxico, D.F., UniversidadNacional Autnoma de Mxico, Posgrado en Geofsica, Tesis de Maestraen Aguas Subterrneas, 59 pp.

Muller, A. B., Mayo, A. L., 1986, C-13 variation in limestone on an aquifer-widescale and its effects on groundwater C-14 dating models: Radiocarbon,28(3), 1041-1054.

Ortega, A., Farvolden, R. N., 1989, Computer analysis of regional groundwaterflow and boundary conditions in the Basin of Mexico: Journal of Hydrology,

110(3-4), 271-294.Ortega-Guerrero, A., Cherry, J. A., Rudolph, D. L., 1993, Large-scale aquitard

consolidation near Mexico City: Ground Water, 31(5), 708-718.Ortega-Guerrero, A., Rudolph, D. L., Cherry, J. A., 1999, Analysis of long-term

land subsidence near Mexico City: Field investigations and predictivemodeling: Water Resources Research, 35(11), 3327-3341.

Osmanoglu, B. Dixon, T.H., Wdowinski, S., Cabral-Cano, E., Jiang, Y., 2011,Mexico City subsidence observed with persistent scatterer InSAR:International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,13(1), 1-12.

Prez-Cruz, G. A., 1988, Estudio sismolgico de reflexin del subsuelo de laciudad de Mxico, Mxico, D.F.: Universidad Nacional Autnoma deMxico, Facultad de Ingeniera, Tesis de maestra, 83 pp.

Toth, J., 1963, A theoretical analysis of groundwater flow in small basins: Journalof Geophysical Research, 68(16), 4795-4812.

Toth, J., 1995, Hydraulic continuity in large sedimentary basins: Hydrogeology

Journal, 3(4), 4-16.Vazquez-Sanchez, E., Jaimes-Palomera, R., 1989, Geologa de la Cuenca de

Mxico: Geofsica Internacional, 28(2), 133-190.Wassenaar, L. I., Van Wilgenburg, S. L., Larson, K., Hobson, K. A., 2009,

A groundwater isoscape (delta D, delta O-18) for Mexico: Journal ofGeochemical Exploration, 102(3), 123-136.

Wigley, T., 1975, Carbon 14 dating of groundwater from closed and opensystems: Water Resources Research, 11(2), 324-328.

Manuscrito recibido: Agosto 28, 2013Manuscrito corregido recibido: Febrero 1, 2014Manuscrito aceptado: Febrero 3, 2014

morales casique

Documents