EMANOMETRIA Y SIMULACIN ESTOCSTICA PARA SISTEMAS HIDROGEOLOGICOS COMPLEJOS EMESH

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EMANOMETRIA Y SIMULACIÓN ESTOCÁSTICA PARA
SISTEMAS HIDROGEOLOGICOS COMPLEJOS (EMESH)
REN2002-04328-C02-02
BARCELONA, 17-DIC-2004
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EMANOMETRIA Y SIMULACIÓN ESTOCÁSTICA PARA
SISTEMAS HIDROGEOLOGICOS COMPLEJOS (EMESH)
DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO Investigador
Principal Francisco Javier Elorza
Tenreiro Organismo Universidad Politecnica de
Madrid Centro Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Minas Subvención concedida
130.525,01 Personal 45.000,00 Otros
Costes 68.500,00 Fecha Inicio 1 de octubre de
2002 Fecha finalización (prevista) 30 de
septiembre de 2005
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PARTICIPANTES

• Entidades Públicas
• Universidad Politécnica de Madrid, Escuela
  Técnica Superior de Ingenieros de Minas
• Universidad Complutense de Madrid, Facultad de CC
  Geológicas
• Investigadores

FCC Geológicas, UCM Alfonso Muñoz Martín Gerardo
de Vicente Muñoz Antonio Olaiz Campos
(Bec) Silvia Martín Velázquez Marta Santamaria
(Bec)
ETSI Minas, UPM Francisco Javier Elorza Tenreiro,
Ricardo Lain Huerta Juan Llamas Borrajo Luis
Felipe Mazadiego Martínez Pedro Ramírez
Oyanguren Rogelio de la Vega Panizo Ruxandra Nita
(Bec) Germán Pajares (Bec)
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BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

• OBJETIVOS DEL PROYECTO
• El primer objetivo de este proyecto consiste en
  la caracterización y simulación condicionada de
  medios geológicos heterogéneos a través de
  métodos geoquímicos en superficie, con objeto de
  identificar las zonas activas hidráulicamente. De
  esta manera, se procederá a la integración de los
  valores registrados en campo (emanometría,
  cromatografía de gases) con los modelos
  matemáticos generados a partir de datos
  geológicos e hidrogeológicos.
• El segundo objetivo será la simulación
  hidromecánica de estos medios, determinando sus
  parámetros geomecánicos fundamentales, su estado
  de esfuerzos tectónicos tridimensionales y sus
  condiciones de contorno. Finalmente, se realizará
  una estimación de las posibilidades de extracción
  de agua del macizo rocoso analizado.

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TAREAS Y ACCIONES DEL PROYECTO
Tareas Caracterización y simulación
hidrogeológica estocástica en rocas fracturadas 1
Caracterización emanométrica (Radón y otros
gases) 2 Simulación estocástica condicionada
de medios fracturados 3 Simulación hidro-mecánica
de los medios fracturados
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Área de trabajo El stock granítico de El
Berrocal.
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DESARROLLO DEL PROYECTO

• Tarea 1 CARACTERIZACIÓN EMANOMÉTRICA (Radón y
  otros gases)
• Se han realizado las siguientes tareas
• Diseño de la campaña piloto
• La malla recubre una superficie, en la parte este
  del batolito de El Berrocal, de unos 7,5km2, y
  consta de 176 puntos equidistantes, con un paso
  de malla de 200m.
• Campaña piloto adquisición de datos en campo,
  abril-julio 2004
• Fase de gabinete - se estudian 1) los
  estadísticos básicos, distribución de los datos,
  asimetría/simetría de los valores 2) Mapas de
  representación proporcional (Existencia o no de
  estructura espacial o autocorrelación de los
  datos) 3) Representación gráfica de la
  distribución de valores conjetura acerca de su
  ley de probabilidad 4) estudio de la
  estacionariedad (I) Nubes Direccionales, 5)
  estudio de la estacionariedad (II) Nubes de
  correlación diferida 6) Variografía 7) Base de
  Datos de Variables Transformadas (Utilización de
  la varianza a pequeña escala como medida de
  fracturación)

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DESARROLLO DEL PROYECTO

• Tarea 1 CARACTERIZACIÓN EMANOMÉTRICA (Radón y
  otros gases)
• Campaña piloto protocolo aplicado en la toma de
  datos
• Posicionamiento con la ayuda del GPS creación
  del archivo de datos con las coordenadas UTM.
• Medidas atmosféricas velocidad del viento (en
  m/s), temperatura (en grados Fahrenheit) y
  presión atmosférica en HPa.
• Medidas con el emanómetro 1) blanco sin
  introducir la sonda en el terreno se registra el
  número de partículas alfa durante un minuto. Se
  realiza un agujero de unos 20cm. en el que se
  introduce la sonda, tomándose a continuación las
  siguientes medidas. 2) número de impactos de
  partícula alfa al primer minuto, al segundo
  minuto y al tercer minuto.
• Las medidas se repiten cuando el blanco es
  superior o igual a la medida en el primer minuto,
  realizándose un nuevo agujero.
• Se realizan dos réplicas, a una distancia de 2m
  del punto, alternando la dirección N-S y la E-O,
  volviéndose a repetir todo el protocolo.

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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 1 Caracterización emanométrica (Radón y
otros gases)
Medidas de concentraciones de radón, a partir de
la medida de partículas alfa, tomadas con el
Emanómetro RD-200.
Malla regular de la campaña de piloto
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 1 Caracterización emanométrica (Radón y
otros gases)
Met. Inverso de la distancia
Kriging ordinario
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DESARROLLO DEL PROYECTO

• Tarea 1 Caracterización geológica (Segunda
  campaña de reconocimiento), Noviembre 2004 -
  Enero 2005
• estudio de la fracturación a escala local
• se realizan fotografías digitales desde una
  altura de 150-200m
• se digitalizan las fracturas reconocidas

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DESARROLLO DEL PROYECTO

• Tarea 2 Simulación estocástica condicionada de
  medios fracturados
• Mejora de las técnicas de simulación
  estocástica. Estos cambios se refieren sobre todo
  a la función de distribución de los tamaños de
  traza. Las nuevas generaciones no condicionadas
  se han realizado para la escala de trabajo
  110000 y 12000, utilizando una función power
  law para el tamaño de trazas.

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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 2 Simulación estocástica no condicionada
de medios fracturados (II)
Comparación de las generaciones Lognormal y Power
Law Escala 1 10 000
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 2 Simulación estocástica no condicionada
de medios fracturados (III)
Generaciones Escala 1 2 000
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DESARROLLO DEL PROYECTO

• Tarea 3 Simulación hidromecánica de los medios
  fracturados
• En los modelos de esfuerzos de El Berrocal
  realizados en anteriores análisis (HIDROBAP II),
  se aplicaban unas cargas tectónicas horizontales
  de 10, 15 y 20 MPa, con las que se obtenían unas
  magnitudes de esfuerzo horizontal menores que las
  determinadas por Brudy et al. (1997) en el
  proyecto KTB (Alemania). Por ello se han
  realizado tres nuevas series de modelos en el
  macizo de El Berrocal
• aplicando un amplio rango de magnitudes de
  cargas horizontales, a partir de la formulación
  recopilada por Twiss y Moore (1992) y Engelder
  (1993).
• se han estudiado los esfuerzos al aplicar
  simultáneamente las cargas horizontales del
  apartado anterior con la carga vertical.
• en la última se han analizado los esfuerzos al
  aplicar la carga vertical gravitacional, la carga
  horizontal litostática y la carga horizontal
  tectónica.

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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 3 Simulación hidromecánica de los medios
fracturados (II)
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 3 Simulación hidromecánica de los medios
fracturados (III) Carga vertical litostática
carga horizontal litostática (que simularía un
estado de referencia de esfuerzos litostático)
carga horizontal tectónica (que reproduciría el
empuje de África-Eurasia) Al incluir una carga
tectónica constante de 20 MPa se produce un
aumento de los esfuerzos horizontales y una
disminución de los verticales, respecto al caso
de gravedad carga litostática, con una
diferencia entre ambos de unos 35 MPa. La curva
de esfuerzo horizontal es comparable con la del
proyecto KTB (Brudy et al., 1997), pero la del
esfuerzo vertical es mucho menor. En la parte
central de los modelos, los esfuerzos
horizontales son elevados desde zonas muy
superficiales y el régimen es compresivo en toda
la sección estudiada.
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Magnitudes de esfuerzos al aplicar la gravedad,
la carga litostática y una carga tectónica
variable (0-20 MPa). Figura superior esfuerzos
horizontales (Sx). Figura inferior esfuerzos
verticales (Sy). Derecha perfiles de magnitud de
esfuerzos respecto a la profundidad de la parte
más elevada del macizo de El Berrocal. (En el eje
vertical se representa la magnitud de esfuerzos
en pascales y en el eje horizontal la profundidad
en metros.)
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COMENTARIOS / RESUMEN FINAL DEL SEGUIMIENTO
Colaboraciones ENS des Mines de Paris. Estancias
de R. Nita (junio 2004, marzo-abril 2005).
FRACAS-BRUEL.
Próximas tareas Caracterización y simulación
hidrogeológica estocástica en rocas fracturadas 1
Caracterización emanométrica (Radón y otros
gases) en preparación el desarrollo la campaña 2
2 Simulación estocástica condicionada de medios
fracturados estudio de las redes de
percolación 3 Simulación hidro-mecánica de los
medios fracturados en desarrollo los modelos
discretos de fracturas (Udec)
Publicaciones 3 artículos en redacción
Tesis doctorales 3 en elaboración (R. Nita, S.
Martín, A. Olaiz)
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REFERENCIAS

• Autores Elorza, F. J. Nita, R. Flórez, F.
  Paredes, C. Vives, L. Ruiz, E. Sánchez Vila,
  X. Carrera, J. Martín, S. Muñoz, A. de
  Vicente, G. Vela, A. y Bajos, C. Titulo
  Simulación hidrogeológica estocástica en medios
  geológicos fracturados Ref. Libro Geoestadística
  y modelos matemáticos en hidrogeología. Ed. J.
  Mateu, I. Morell. pp. 139-194. Editorial
  Publicacions de la Universitat Jaume I,
  Castellón. Col lecció Medi Ambient, 1. (2003),
  ISBN 84-8021-417-1
• Autores G. De Vicente, R. Vegas, A. Muñoz
  Martín, J. M. González Casado, A. Carbo, J.
  Álvarez, S. Cloetingh, P. Andriessen, F. J.
  Elorza y A. Olaiz. Titulo El Sistema Central.
  Ref. Libro Geología de España (J. A. Vera, Ed.).
  pp 621-625. (2004). Ed. SGE-IGME. Madrid. ISBN
  84-7840-546-1
• S. Martín Velázquez, G. de Vicente, A. Muñoz
  Martín, F.J. Elorza The magnitude range of the
  tectonic stresses in an intraplane zone Southern
  border of the Spanish Central System (El Berrocal
  massif). Tectonophysics (presentado a revisión).
• R. Nita, F. Flórez, F.J. Elorza Analysis of the
  Relationship Between Fracture Size Distribution
  Function and 3d-DFN Connectivity. PEDOFRACT 2004
  - International Workshop on Fractals Mathematics
  Describing Soil and Heterogeneous Systems. (En
  edición).