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IX CONGRESO CUBANO DE GEOLOGÍA (GEOLOGIA´2011) Taller sobre Aguas subterráneas y Contaminación GEO12-O4

CUARTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2011. Memorias en CD-Rom, La Habana, 4 al 8 de abril de 2011. ISBN 978-959-7117-30-8

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ESTUDIO HIDROGEOQUÍMICO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS ENTRE LOS SECTORES BARBACOAS, ESTADO ARAGUA Y CACHAMAS, ESTADO GUÁRICO, VENEZUELA Ramón Luis Montero Mudarra, Andreína M. Faublack y José Vicente Gutiérrez Centro de Geoquímica, Instituto de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela. Av. Los Ilustres, Apartado postal 3895, Caracas 1010 A, Venezuela. Teléfono: 58-212-6051539; Fax: 58-212-6051152. Correo electrónico: [email protected] RESUMEN Aproximadamente el 50% del agua usada en Venezuela con fines domésticos, industriales y de riego, proviene de las aguas subterráneas. En regiones donde la actividad agrícola es importante, como en los estados Aragua y Guárico, pocos estudios geoquímicos han sido realizados; debido a ello, se este captaron 16 muestras de aguas subterráneas, entre los sectores Barbacoas en el estado Aragua y Cachamas en el estado Guárico, Venezuela, con el propósito de estudiarlas hidrogeoquimicamente e identificar las facies presentes en ambos sectores, así como conocer los procesos que controlan la composición química de esta agua. Para ello, durante la fase de campo, fueron medidos los parámetros fisicoquímicos pH, Eh, conductividad, temperatura y la alcalinidad; mientras que en el laboratorio, se determinaron las especies químicas Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, NO3

-, SO4

2- y SiO2. Los resultados obtenidos fueron validados a través del balance de cargas, cuyos valores están por debajo de 10%. Asimismo, se identificaron dos facies hidrogeoquímicas: I) Mg2+- HCO3

-, ubicadas en la Formación Mesa; y II) Mg2+- SO4

2-, captadas en áreas donde geológicamente predomina la Formación Roblecito. Los procesos asociados a la facies Mg2+-SO4

2-, corresponden a la hidrólisis de silicatos, aluminosilicatos y carbonatos y para la facies Mg2+-HCO3

-, domina la disolución de cuarzo. En ambos sectores ocurre el intercambio catiónico. Mientras que, las altas concentraciones de NO3

- detectadas es derivada de las actividades agrícolas de la zona Por su parte, los factores imperantes para ambas facies son: el clima, la litología, el tiempo de residencia y las actividades antrópicas. . ABSTRACT Approximately 50% of water used in Venezuela for domestic, industrial and irrigation activities comes from groundwater. In areas where farming is important, as in the states of Aragua and Guarico, few geochemical studies have been conducted; because this, 16 groundwater samples were captured, between the sectors Barbacoas at the state of Aragua and Cachamas at the Guarico state, Venezuela, with the aim to realize a hydrochemical study and identify the facies present in both sectors and understand the processes that to control the chemical composition of this water. During the field work, the physicochemical parameters pH, Eh, conductivity, temperature and alkalinity were measured; while at the laboratory, the chemical species Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, NO3

-, SO42- and SiO2 were determinated.

The results were validated through ionic balance, whose values are below 10%. On the other hand, two hydrogeochemical facies were identify, namely: I) Mg2+-HCO3

-, located in the Formación Mesa, and II) Mg2+-SO4

2-, spatially captured in areas geologically dominated by the Formación Roblecito. The associated processes with the facies Mg2+-SO4

2-, correspond to the silicates, aluminosilicates and carbonate hydrolysis, and the Mg2+-HCO3

- facies, is dominates by the dissolution of quartz. In both sectors the ion exchange occurs. While high concentrations of NO3

- detected, is derived from agricultural activities. For its part, the prevailing factors for both facies are: climate, lithology, residence time and antropogenic activities.



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INTRODUCCIÓN Las aguas subterráneas son el resultado de la infiltración del agua a través de un suelo o roca, que presenta una permeabilidad y porosidad favorable para su transporte y almacenamiento (Montero, 1996). Representa el 0.62% del total del agua contenida en el globo terrestre, siendo un volumen más importante que el involucrado en lagos o ríos (0.02%). El agua subterránea constituye una fuente importante para el suministro del agua en el mundo, además de ser la mayor reserva de agua dulce que resulta fácilmente asequible a los seres humanos. Esto explica el aumento por el interés en estudiar este recurso renovable, bajo el impulso de una serie de necesidades fundamentalmente prácticas. Esta necesidad surge debido a que en la sociedad moderna las aguas subterráneas fueron adquiriendo importancia y un uso de forma continua en actividades agrícolas, industriales y domésticas (Davis y De Wiest, 1973; 1973; Montero, 1996). La composición química de las aguas subterráneas, es principalmente el producto del proceso de meteorización geoquímica entre el agua percolante y la formación geológica que está siendo infiltrada; acompañado a su vez por cambios en el transporte físico del material a través del sustrato penetrado y por un conjunto de complejos procesos físicos, químicos y biológicos que actúan dentro del sistema acuífero. Entre estos pueden ser mencionadas las reacciones ácido-base, de hidrólisis, isotópicas y de óxido-reducción, así como los procesos de disolución y precipitación de fases minerales, acomplejamiento, sorción y de intercambio iónico. (Hernández-García y Custodio, 2004; Jalali, 2005; Rao, 2006). Estos procesos están a su vez afectados por factores tales como: el clima, el ambiente geológico, la composición del agua de recarga y el tiempo de residencia (edad del agua); por su parte, el ambiente geológico incluye la litología, las relaciones estratigráficas, las estructuras geológicas, la dirección y variabilidad del flujo del agua subterránea y la geomorfología (Custodio y Llamas, 1976; Hem, 1985; Al-Agha y El-Nakhal, 2004; Rajmohan y Elango, 2004; Al-Agha, 2005; Van der Hoven et al., 2005; Rao, 2006). Otro de los factores que controlan la acumulación y composición de las aguas subterráneas es la actividad tectónica. Su importancia radica en que durante eventos orogénicos ocurren no sólo el levantamiento de grandes cordilleras montañosas, sino también la formación de cuencas sedimentarias, las cuales posteriormente pueden formar importantes reservorios de hidrocarburos y de agua subterránea en las áreas intramontanas (Hidalgo y Cruz-Sanjulián, 2001; Van der Hoven et al., 2005). Asimismo, las actividades antrópicas tienen un impacto considerable sobre la condición final del agua. De este modo, los solutos pueden ser directamente incorporados al agua subterránea a través de la infiltración de las aguas servidas de origen doméstico, de desechos industriales, de rellenos sanitarios, de actividades agropecuarias, por derrame de hidrocarburos, por escape de gasolina desde tanques de almacenamiento y por sobreexplotación de pozos (Custodio y Llamas, 1976; Hem, 1985; Domenico y Schwartz, 1990; Diaz et al., 2000; Elhatip et al., 2003; Rodríguez y Candela, 2004; Böhlke et al., 2007; Li, et al., 2010). En la literatura existen importantes ejemplos de la contaminación de acuíferos por elevadas concentraciones de NO3

-, constituyéndose es un problema común en muchas regiones rurales del mundo (Montero, 1996). Asimismo, los estudios hidrogeoquímicos de las aguas subterráneas, no sólo permiten determinar su uso, sino además establecer indicadores importantes como la velocidad y dirección de flujo, evolución geoquímica del cuerpo de agua bajo estudio, la identificación de las áreas de recarga y descarga, así como la detección de probables depósitos minerales de interés económico cuyas manifestaciones no han sido detectadas en superficie (Daniele, 2004; Guo y Wang, 2004; Jin et al., 2004; Jacks et al., 2005; Demirel y Güler, 2006). En Venezuela, existe una gran demanda de las aguas subterráneas, ya que aproximadamente el 50% del abastecimiento de agua potable, industrial y de riego, proviene de las aguas subterráneas. En ese



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sentido, las actividades humanas asociadas al crecimiento demográfico, han tenido una fuerte influencia sobre los recursos hídricos en muchas regiones de Venezuela, particularmente hacia las áreas ubicadas al norte y centro del país, así como aquellas zonas donde existen actividades económicamente importantes como la ganadería, la agricultura y la exploración y explotación minera y de hidrocarburos. Tal es el caso de las cuencas del Lago de Valencia, de Maracaibo y de los Llanos Centrales y Orientales Orientales, donde en regiones específicas como en los estados Aragua y Guárico, este recurso natural puede presentar alteraciones en la composición química debido a las actividades antrópicas, que influyen marcadamente en la composición de las mismas. En estos estados, donde se desarrolla una abundante actividad agrícola, pecuaria, turística y comercial, es de interés conocer el impacto que puede tener sobre estas aguas las actividades realizadas por el hombre, así como la posibilidad del aprovechamiento de esta agua (Ferreira, 2007). En este sentido, el presente trabajo de investigación tiene como objetivo realizar un estudio hidrogeoquímico de las aguas subterráneas de los sectores Barbacoas, estado Aragua, y Cachamas, estado Guárico, con el fin de identificar las facies hidrogeoquímicas presentes, así como conocer los procesos y factores que controlan la composición química de estas aguas. ZONA DE ESTUDIO El presente estudio fue realizado en los sectores Barbacoas y Cachamas, en los estados Aragua y Guárico, respectivamente; específicamente ubicados entre los 09º23’ y 09º29’ de latitud Norte, y 66º58’ y 67º 01’ de longitud Oeste. Hojas de Cartografía Nacional, Nº 6843 y 6844, de escala 1:100.000. El mapa mostrado en la Figura 1 presenta el área que conforma la zona de estudio.

Esta zona se caracteriza por presentar un bajo relieve, que promedia entre los 60 y 120 m.s.n.m., de pendiente suave que en general disminuye hacia el sur. Por su parte, la temperatura media anual es de 27,5ºC y humedad relativa de 74,5%. Mientras que, la precipitación oscila entre 1000 y 1500 mm, con una media anual de 1.238 mm. Por otro lado, el clima predominante de la zona es seco con tendencia a húmedo. Existen dos estaciones bien marcadas, el de lluvias que se extiende de mayo a octubre y el de sequía de diciembre a marzo, mientras que abril y noviembre se comporta como meses de transición (APV, 1998).



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Figura 1. Mapa de la ubicación relativa de la zona de estudio, mostrando los sectores Cachamas, en el estado Guárico y Barbacoas, en el estado Aragua en la República Bolivariana de Venezuela. Marco geológico González de Juana et al. (1980) señala que en el subsuelo de Guárico la unidad que marca el comienzo del ciclo transgresivo del Terciario Superior es la Formación La Pascua, sedimentada sobre un basamento de rocas Cretácicas peneplanadas. La continuación de la transgresión durante el Oligoceno, conllevó a la acumulación sobre la Pascua de una secuencia de lutitas marinas con intercalaciones de areniscas cerca de la base y del tope de la unidad, conocidas como la Formación Roblecitos; posteriormente, durante el Mioceno comenzó la regresión con desarrollo de ambientes someros y parálicos que caracterizan a la Formación Chaguaramas, constituida por una alternancia irregular de arenas, lutitas y lignitos con arcillas y conglomerados de guijarros arcillosos. Hacia el norte fueron desarrolladas secciones predominantemente lutáceas suprayacentes a las areniscas limpias de la Formación Naricual e infrayacente a los conglomerados ferruginosos y arcillitas abigarradas de la Formación Quiamare, reconocidas en la Formación Quebradón.



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Figura 2.Tabla de Correlación estratigráfica de la Cuenca Oriental de Venezuela (CECPV, 2011) Finalmente, en el Pleistoceno discordante sobre la Formación Las Piedras del Plioceno, fue depositada una secuencia sedimentaria fluvio-deltáica en la Cuenca Oriental de Venezuela, producto de la intercalación coalescente de abanicos aluviales, sedimentos fluviales, deltaicos y pantanosos, asociados al levantamiento contemporáneo de la Serranía del Interior, conocida como la Formación Mesa. La misma está formada por arenas de grano grueso y gravas con mucho cemento ferruginoso, que presentan frecuentemente alto grado de cementación y endurecimiento, dando lugar a conglomerados muy duros de color rojo oscuro, casi negro, arenas brillantemente coloreadas en blanco amarillo, rojo y púrpura con fuerte estratificación cruzada, lentes discontinuos de arcilla finamente arenosa y lentes de limonita (CECPV, 2011). Es en esta formación donde son formados los acuíferos mayormente aprovechables de los Llanos Orientales. En la figura 2 se presenta la estratigrafía del subsuelo del Estado Guárico, mediante la tabla de correlaciones de la Cuenca Oriental de Venezuela (CECPV, 2011).



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METODOLOGÍA El aspecto metodológico desarrollado en el presente estudio, fue dividido en tres etapas, a saber: pre-campo, campo y laboratorio. Etapa de pre – campo Esta etapa consistió en la búsqueda y ubicación de toda la información referida a la zona de estudio, tales como los principales rasgos geológicos, geomorfológicos, climáticos, hidrológicos e hidrogeológicos; así como las principales vías de penetración, incluyendo la ubicación de los pozos de bombeo existentes en la zona de estudio, a través del inventario suministrado por el Ministerio del Ambiente (Minamb). Asimismo, esta etapa incluyó el tratamiento previo a la salida de campo, de los envases de polietileno de 0,250 L, 0,5 y 1,0 L a ser utilizados para el almacenamiento de las muestras de agua, atendiendo la normativa recomendada por la EPA (1983) y APHA (2000). Etapa de campo Esta etapa involucró la medida de los parámetros fisicoquímicos pH, Eh y conductividad, así como la captación definitiva de 16 muestras de aguas subterráneas y su almacenamiento en las botellas de polietileno previamente tratadas en la etapa de pre-campo. La figura 3 presenta la ubicación relativa de la zona de estudio y de los puntos muestreados.

Figura 3. Mapa de ubicación de la zona de estudio y de los pozos muestreados en el sector de Güigüe. Las muestras para ser usadas en la determinación de los cationes mayoritarios y minoritarios fueron almacenadas en envases de 1,0 L de capacidad. Estas fueron previamente filtradas a través de membranas de filtro de 0,45 μm, luego preservadas con 2 mL de HNO3 12M, bidestilado, para obtener un pH < 2. Para los aniones mayoritarios y minoritarios, así como para la determinación de la alcalinidad, fueron tomadas alícuotas de 0,5 y 0,25 L de agua en botellas previamente curadas, seguidamente preservadas a una temperatura no mayor de 5 ºC, para inhibir la formación de NO3

- biológico y la pérdida de CO2. La alcalinidad fue realizada mediante titulación potenciométrica, aplicando el método de Gran (Drever, 1988), garantizando su realización en un tiempo no mayor de 24 horas, una vez captadas las muestras. Etapa de laboratorio En esta etapa se determinó la concentración de los cationes Na+, K+, Ca2+ y Mg2+, a través de la técnica de espectrometría de emisión óptica con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES); mientras que la concentración de los aniones Cl-, NO3

- y SO42-, fue conocida por la técnica de

cromatografía iónica. La determinación de sílice disuelta (SiO2) fue llevada a cabo a través de espectrofotometría de absorción molecular, aplicando el método del Molibdato Azul.



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PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los resultados obtenidos a partir del análisis químico de las muestras de aguas, fueron usados para identificar las principales facies hidrogeoquímicas presentes en los sectores Barbacoas y Cachamas, en los estados Aragua y Guárico, respectivamente; así como los procesos y factores geoquímicos que controlan su composición química. Sin embargo, inicialmente estos resultados fueron validados a través del balance iónico, el cual estuvo por debajo del 10%. En las tablas I y II son presentados las datos asociados tanto a la ubicación y profundidad de los pozos muestreados, así como los distintos parámetros fisicoquímicos medidos y las especies químicas determinadas. Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas Los objetivos propuestos en este estudio hidrogeoquímico de las aguas subterráneas de los sectores Barbacoas y Cachamas, son alcanzados mediante la visualización de la variabilidad espacial de los parámetros fisicoquímicos medidos, de la identificación de las facies hidrogeoquímicas presentes y de la construcción algunas inter-relaciones iónicas que incluyen al diagrama de Gibbs y de la relación propuesta por Jalali (2005). Variabilidad de los parámetros fisicoquímicos, sílice disuelta (SiO2) y sólidos disueltos totales (SDT) La distribución espacial seguidamente discutida para cada parámetro medido o determinado, es discutido en función de la ubicación de los altos o bajos valores según se ubique en la zona cuya divisoria es indicada mediante una línea roja, en cada mapa elaborado. En ese sentido, la distribución obtenida para el pH, representada en la figura 4, permite notar que los valores más altos están ubicados al este de la zona de estudio (6,77 a 7,24 incluyendo un valor anómalo de 7,85 unidades); mientras que hacia el oeste, fueron detectados los bajos valores de pH (6,56 a 6,77 unidades). Drever (1988) señala que en general, aguas cuyos valores de pH están entre 4,5 y 9,0 unidades, la especie que controla la alcalinidad es el bicarbonato (HCO3

-); sin embargo, atendiendo a este intervalo, altos valores medidos en las aguas subterráneas, indican que el HCO3

- es mayormente controlado por el proceso de interacción agua-litología, por medio de la disolución de minerales carbonáticos, silicatos y aluminosilicatados, y los bajos valores se atribuyen al aporte atmosférico a través del equilibrio CO2-H2O. Por su parte, el Eh presenta un intervalo que oscila entre 37 y 122 mV (tabla I), detectándose dos valores negativamente anómalos de -57 y -77mV, correspondientes a las muestras ASBA-12 y ASBA-13 respectivamente, captadas en el sector Barbacoas. De acuerdo a la distribución espacial de Eh mostrada en la figura 4, no es observada una tendencia en los valores de este parámetro, ya que tanto en el sector Cachamas, como en el sector Barbacoas existen altos y bajos valores de Eh. Cabe destacar que para este último sector fueron captadas las muestras que arrojaron los valores negativamente anómalos de Eh. No obstante puede en general indicarse, la existencia de un efectivo proceso de infiltración directa de aguas, indicando un ambiente netamente oxidante, favorable para la introducción de oxígeno o circulación de aguas saturadas en oxígeno disuelto; mientras que la zona que arrojó los valores anómalos, representa condiciones reductoras como consecuencia de su poca interacción con la atmósfera. Esto permite establecer que el acuífero para esta zona probablemente se encuentre confinado o semiconfinado, quizás probablemente asociado a efectos de interdigitación. De acuerdo a la distribución espacial de la conductividad mostrada en la figura 5, las aguas subterráneas de la zona presentan un intervalo de valores mínimos y máximos de 530 y 3555 μS/cm. El amplio intervalo observado puede ser consecuencia de la influencia de diversas fuentes de aporte de solutos hacia las aguas subterráneas, durante su proceso de infiltración, percolación y flujo hacia y en el acuífero. Es de resaltar que los valores más elevados corresponden a las muestras de aguas



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captadas en la zona este y en algunos pozos del sector oeste del área en estudio, donde en mayor proporción fueron arrojados los valores más bajos. Según la distribución espacial observada, existe una zona donde hay una mayor interacción entre el agua percolante con el material rocoso, representada por los valores elevados de conductividad, la cual origina la disolución de los minerales presentes en el sustrato; y otra, donde esta interacción es baja y presenta un tiempo de residencia menor o posee minerales menos susceptibles. Este comportamiento espacial concuerda con el observado para el pH, lo que apunta hacia la presencia de minerales más susceptibles a los procesos de meteorización geoquímica como carbonatos y aluminosilicatos hacia el este, y minerales más resistentes hacia el oeste como silicatos. En el mismo orden de ideas, en la figura 5 también es mostrada la distribución espacial de la sílice disuelta (SiO2). Nótese que la concentración determinada para esta especie tiene un intervalo de concentración entre 31 y 51 mg/L (tabla II), con una tendencia de valores altos y medios de SiO2 hacia el sector este, mientras que los valores medios y bajos se encuentran ubicados en el sector oeste, con un comportamiento similar al pH y a la conductividad. La fuente principal de los altos valores de concentración de SiO2, probablemente es la disolución de silicatos y aluminosilicatos; por su parte, los bajos valores pudiesen estar asociados a minerales resistentes a procesos de meteorización geoquímica, como el cuarzo.

Figura 4. Variación espacial de los parámetros pH y Eh medidos en el campo



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Figura 5. Variación espacial del parámetro conductividad y de la sílice disuelta (SiO2) Los SDT para la zona estudiada, presentan un intervalo entre 350 y 2379 mg/L (tabla I). Al igual que la conductividad, los SDT no sólo tienen un comportamiento espacial similar, sino que además muestran un amplio intervalo, reflejando la presencia de más de una fuente de aporte de solutos a las aguas subterráneas. Los valores más altos de SDT están ubicados hacia el sector este de la zona de estudio y en algunos pozos del sector oeste, donde predominan los valores más bajos. Hem (1985) señala que aguas con concentraciones de SDT entre 0 y 1000 mg/L son consideradas dulces, mientras que aquellas que presentan concentraciones entre 1000 y 10000 mg/L son catalogadas como salobres. De este modo, el 62% de las aguas subterráneas estudiadas son dulces, mientras que el 38% restantes son clasificadas como salobres. Espacialmente, las aguas salobres están ubicadas hacia el este de la zona de estudio, es decir localizadas en la Formación Roblecito, mientras que las aguas dulces están ubicadas en la Formación Mesa (depósitos de sedimentos del Cuaternario), reflejando esto, la presencia de aguas meteóricas de reciente infiltración. Es pertinente señalar que las diferencias espaciales observadas, permitió verificar que las mismas están asociadas a la presencia en la zona de estudio de dos unidades litológicamente distintas. El sector A corresponde a la Formación Mesa, conformada por alternancias de gravas, arenas, arcillas y limos, litología características del Cuaternario reciente; mientras que el sector B perteneciente a la Formación Roblecito, está constituida por lutitas marinas inter-estratificadas con algunas areniscas. En la figura 6 se presentan las dos unidades litológicas existentes dentro de la zona de estudio, señalando aproximadamente el límite espacial entre ellas. Finalmente, el NO3

- fue detectado en 4 muestras de aguas subterráneas de las 16 captadas, con valores oscilando entre 11 y 91 mg/L, donde 3 muestras corresponden al sector Cachamas y 1 muestra al sector Barbacoas; el restante (75%) presenta una concentración menor al límite de detección (LD). Davis y De Wiest (1971) señala que las concentraciones más frecuente de NO3

- en las aguas subterráneas, oscilan entre 0,1 y 10 mg/L. Los valores obtenidos en este estudio, sobrepasan estas concentraciones, lo que permite inferir que el aporte de esta especie química parecen estar relacionadas con actividades antrópicas. Alvarado y Pérez (1998) señalan que en las zonas donde son realizadas prácticas agroindustriales, es muy frecuente el uso de fertilizantes, herbicidas y pesticidas que no sólo contienen compuestos clorados y sulfatados, sino también nitrogenados que luego es convertido por las bacterias del suelo en nitritos y nitratos a través del proceso conocido como nitrificación.



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Figura 6. Mapa de las unidades litológicas presentes en la zona de estudio Facies hidrogeoquímicas Los cambios químicos de las aguas subterráneas en la zona bajo estudio, generaron la formación de zonas hidrogeoquímicas en las diferentes partes del sistema de flujo, como consecuencia de los diversos procesos geoquímicos y factores que allí operan. La proyección de los resultados obtenidos para las especies iónicas mayoritarias en un diagrama de Piper (figura 7), permitió identificar la presencia de dos facies hidrogeoquímicas, a saber: sulfatada magnésicas (Mg2+-SO4

2-) y bicarbonatadas magnésicas (Mg2+-HCO3

-).

Figura 7.Diagrama de Piper para las muestras de aguas estudias en Cachamas y Barbacoas



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Las aguas de la facies del tipo Mg2+- HCO3

-, que representan el 75% de la población total de muestras captadas, están espacialmente ubicadas hacia el oeste de la zona de estudio. Mientras que las aguas de tipo Mg2+-SO4

2-, que constituyen el 25% restante se localizan hacia el este. Por otro lado, la figura 8 muestra la distribución espacial de los tipos de aguas identificadas para la zona en estudio. En general, la distribución de estos tipos de aguas presenta una correlación definida con la concentración de los SDT, ya que las muestras de aguas del tipo Mg2+-SO4

2- son las que presentan los mayores de concentración. Esto puede ser atribuido al aporte proveniente de la actividad antrópica, ya que esta es una zona de actividad agrícola, donde es frecuente el uso de fertilizantes, herbicidas y pesticidas. En resumen, estas herramientas geoquímicas permiten señalar que no sólo factores como la litología, el clima y el tiempo de residencia, son los que controlan la composición química de esta agua, sino además las actividades antrópicas.

Figura 8. Mapa de ubicación de las facies hidrogeoquímicas identificadas en la zona de estudio Procesos y factores controladores de la composición química del agua subterránea Con el fin de evaluar los procesos que modifican la composición química de estas aguas, fueron usados los diagramas de Gibbs, aplicados en estudios similares por Rajmohan y Elango (2004), así como la relación inter-iónica propuesta por Jalali (2005), que permite identificar si las aguas están siendo o no afectadas por el intercambio iónico. En el diagrama de Gibbs se utiliza la concentración de los sólidos disueltos totales (SDT) en función de las relaciones (Na++K+)/ (Na++K++Ca2+) y de Cl-/ (Cl-+HCO3

-), cuyas relaciones permiten identificar tres zonas, encerradas en un bumerang, que corresponden a los posibles procesos y factores controladores de la composición química del agua: precipitación, interacción agua-roca y evaporación. Los diagramas de Gibbs obtenidos para el total de las muestras de aguas, están presentados en la figura 9. Obsérvese que en el diagrama de la izquierda, las muestras están ubicadas en la zona que corresponden al proceso de interacción agua-roca, presentando una tendencia hacia el proceso de evaporación. Además se observa un aumento en la relación (Na++K+)/ (Na++K++Ca2+), la cual permite inferir que el proceso dominante es el de interacción agua-roca posiblemente manifestándose a través del intercambio iónico, donde el agua se enriquece en Na+ y se empobrece en Ca2+,



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acompañado a su vez por el proceso de evaporación. Mientras que, en el diagrama de Gibbs de la derecha, se nota que las muestras se sitúan hacia el área donde domina el proceso de interacción agua-roca, exceptuando unas pocas muestras que caen fuera del bumerang del diagrama. Esto parece indicar que existen uno o más factores adicionales que controlan la composición química de las aguas bajo estudio, tales como las actividades antrópicas.

Figura 8. Diagrama de Gibbs elaborados para la identificación de procesos y facores controladores de la composición química de las aguas subterráneas: a) relación SDT- (Na++K+)/ (Na++K++Ca2+) y b) SDT- Cl-/ (Cl-+HCO3

-). Por su parte, el proceso de intercambio iónico afecta principalmente a cationes como Mg2+, Ca 2+ y Na+. Para ser identificado este proceso, fue construida la relación iónica utilizada por Jalali (2005), la cual relaciona el factor Ca2++Mg2+-SO4

2--HCO3- en función del factor K++Na+-Cl-, ambos expresados

en meq/L. Esta relación indica la cantidad relativa de Na+ y K+ ganada o perdida frente a la cantidad relativa de Ca2+ y Mg2+ ganada o perdida, por las fases minerales disueltas que contienen estos cuatro cationes. En este sentido, puede establecerse el control que tiene el proceso de intercambio iónico sobre la composición química de las aguas, de acuerdo a la correlación lineal existente entre los dos factores, relacionados y al valor de la pendiente. De esta manera, aguas cuya relación arrojen una pendiente de -1 o cercana a este valor, indica que está operando el proceso de intercambio iónico. En ese orden de ideas, la figura 10 presenta la gráfica que relaciona los parámetros Ca2++Mg2+-SO4

2-

-HCO3- contra K++Na+-Cl- para el total de las muestras analizadas en el área evaluada. Obsérvese

que el valor obtenido para la pendiente es de –1,3577 alejándose casi un 30% del valor esperado (-1); sin embargo, para la relación de estos dos parámetros existe una buena correlación, expresada por el valor de coeficiente de correlación lineal, r2= 0,9424. Sin considerar las muestras alejadas de la tendencia general, se puede señalar que la composición química de la mayoría de las aguas estudiadas está controlada fuertemente por el intercambio iónico. Evidentemente, la composición química de las muestras alejadas de la tendencia, deben estar siendo controladas por factores como el clima y las actividades antrópicas. El proceso de intercambio iónico ocurre generalmente en los acuíferos que presentan fracciones arcillosas cuyos minerales posean Na+ intercambiable. Así mismo, este proceso viene acompañado por la disolución de carbonatos en la medida que el Ca2+ es retirado del agua y es reemplazado por



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Na+, produciendo además un incremento en las concentraciones de HCO3- (Drever, 1980; Jalali,

2005).

Figura 10. Relación entre Ca2++Mg2+-SO4

2--HCO3- y K++Na+-Cl- para la zona de estudio

CONCLUSIONES Los resultados obtenidos y las discusiones realizadas en este trabajo de investigación, permitieron alcanzar las siguientes conclusiones: La variabilidad espacial observada para los parámetros pH, conductividad, SDT y SiO2, apunta hacia la presencia de distintas fuentes de aportes de solutos hacia las aguas subterráneas. Asimismo, los valores de concentración de los SDT, permiten señalar que las aguas subterráneas ubicadas hacia la Formación Mesa son dulces; mientras que las captadas en la Formación Roblecito, son salobres. La distribución espacial de los diferentes parámetros fisicoquímicos, así como de las especies químicas mayoritarias, permitió limitar las dos unidades litológicas presentes en la zona de estudio. Esto a su vez ejerce un fuerte control sobre las dos facies hidrogeoquímicas identificadas, a saber: bicarbonatadas magnésicas (Mg2+ - HCO3

-), conformadas por las muestras de aguas captadas en la zona donde predomina la Formación Mesa; y sulfatadas magnésicas (Mg2+ - SO4

2-), espacialmente localizadas en el sector litológicamente dominado por la Formación Roblecito. La composición química de las aguas de la facies Mg2+ - SO4

2-, está probablemente controlada por reacciones de interacción agua-roca, que involucran la disolución de silicatos, aluminosilicatos y carbonatos; mientras que la composición de la facies Mg2+ - HCO3

-, involucra la disolución de silicatos como cuarzo. En ambas facies hidrogeoquímicas, también es verificado el proceso de intercambio iónico. Asimismo, las concentraciones mayores a 10 mg/L de NO3

- detectadas en 3 pozos ubicados en el sector Cachamas y en 1 pozo en Barbacoas, es producto de las actividades agrícolas practicadas en la zona. Los factores que influyen sobre la composición química de las aguas subterráneas en ambos sectores estudiados son: el clima, la litología, el tiempo de residencia y las actividades antrópicas.



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Tabla I. Ubicación, parámetros fisicoquímicos y profundidad de los pozos muestreados

latitud (N) longitud (W) Norte (N) Este (E) Temp. Cond. Eh Prof.

Muestra Sector Coord. Geográficas Coordenadas UTM (m) ºC (μS/cm) pH mV m ASCG-1 Cachamas 09º24'53" 67º00'18" 19719066 1041317 29,83 1370 6,77 58 5 ASCG-2 Cachamas 09º24'55" 67º00'22" 19718937 1041397 28,59 961 6,74 90 6 ASCG-3 Cachamas 09º24'55" 67º00'22" 19718950 1041383 28,64 953 6,58 122 5 ASCG-4 Cachamas 09º25'20" 67º00'27" 19718778 1042170 30,23 964 6,89 119 5,5 ASCG-5 Cachamas 09º25'21" 67º00'33" 19718589 1042182 30,32 603 6,64 81 7 ASCG-6 Cachamas 09º25'08" 67º00'23" 19718917 1041784 27,8 804 7,24 84 8 ASCG-7 Cachamas 09º25'12" 67º00'14" 19719169 1041917 27,62 2551 6,98 98 10 ASCG-8 Cachamas 09º24'22" 66º59'39" 19720269 1040369 29,62 2876 7,03 107 12 ASCG-9 Cachamas 09º24'22" 66º59'43" 19720146 1040365 29,34 1930 6,84 91 ND

ASCG-10 Cachamas 09º24'57" 66º59'29" 19720546 1041460 29,92 2640 6,99 112 12 ASBA-11 Barbacoas 09º27'19" 66º58'42" 19721981 1045826 27,62 3555 7,85 77 5 ASBA-12 Barbacoas 09º27'36" 66º59'56" 19719722 1046339 28,03 530 6,56 -57 6 ASBA-13 Barbacoas 09º27'40" 67º00'00" 19719598 1046474 28,62 730 6,69 -77 8 ASBA-14 Barbacoas 09º28'00" 66º59'39" 19720231 1047080 27,6 530 6,65 37 9 ASBA-15 Barbacoas 09º27'58" 66º59'21" 19720763 1047025 28,1 655 6,7 102 ND ASBA-16 Barbacoas 09º28'00" 66º58'59" 19721457 1047096 27,6 2425 6,71 104 ND

Tabla II. Concentración de cationes, aniones, SiO2 y SDT en mg/L

Muestra Na+ K+ Mg2+ Ca2+ SiO2 HCO3- Cl- NO3

- SO42- SDT

ASCG-1 37 0,4 77 51 36 372 40 <LD 193 808 ASCG-2 27 0,3 74 43 35 315 62 <LD 110 664 ASCG-3 23 0,3 79 46 35 364 67 <LD 86 700 ASCG-4 24 0,4 75 48 34 331 54 <LD 85 651 ASCG-5 5 0,3 37 30 33 205 11 <LD 50 372 ASCG-6 16 0,6 44 43 33 297 13 <LD 74 521 ASCG-7 69 0,7 231 119 43 373 75 <LD 883 1792 ASCG-8 106 0,4 242 57 51 465 66 91 779 1856 ASCG-9 78 0,3 142 32 50 310 24 11 571 1218

ASCG-10 98 0,3 268 45 49 452 36 28 741 1716 ASCG-11 136 1,2 329 92 32 336 43 <LD 1408 2378 ASBA-12 4 0,4 44 34 35 183 58 <LD 26 384 ASBA-13 11 0,4 43 37 35 244 37 <LD 45 453 ASBA-14 3 0,3 32 30 31 208 10 <LD 36 350 ASBA-15 5 0,3 47 35 32 226 13 13 55 427 ASBA-16 93 0,5 168 78 43 347 61 <LD 868 1657

< LD: Menor al límite de determinación

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ESTUDIO HIDROGEOQUÍMICO DE LAS AGUAS …€¦ · Aproximadamente el 50% del agua usada en...

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