Escuela de Campo Geoambiental UNB: Estudio de un acuífero de valle enterrado
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Escuela de Campo Geoambiental UNB: Estudio de un acuífero de valle enterrado

La escuela de campo geoambiental de la Universidad de New Brunswick (UNB) se ajustó a la pandemia al investigar un acuífero de un valle enterrado ubicado justo en el campus, usando un pulsoEKKO® Sistema GPR y otras herramientas geofísicas

Por Karl E. Butler, Ph.D., P.Geo., P.Eng.
Departamento de Ciencias de la Tierra
Universidad de New Brunswick

I

n la primavera de 2021, los departamentos de Ciencias de la Tierra de todo el mundo se enfrentaron a cómo ofrecer escuelas de campo durante la pandemia de Covid-19. En la Universidad de New Brunswick, en Fredericton, NB, Canadá, finalmente se nos permitió proceder en persona con medidas especiales vigentes. Para nuestra escuela de campo geoambiental, esto incluyó cambiar el sitio de una mina de carbón cerrada a 70 km de distancia a un acuífero del valle del río a solo unos pasos del campus, eliminando la necesidad de transportar a los estudiantes en vehículos. Si bien las preocupaciones sobre la salud fueron lo más importante, el cambio también ofreció una geología mucho mejor para enseñar a los estudiantes cómo usar el radar de penetración terrestre (GPR).

Con el apoyo del personal de suministro de agua de la ciudad de Fredericton, un colega geoquímico y yo encomendamos a los estudiantes que investigaran el impacto de la escorrentía urbana en el agua subterránea dentro de uno de los campos de pozos de la ciudad. El trabajo de campo involucró tres componentes: (i) medir los niveles de agua en los pozos para inferir las direcciones del flujo de agua subterránea, (ii) muestreo hidrogeoquímico de los pozos para buscar evidencia de escorrentía urbana, incluyendo sal y nitrato en las carreteras, y (iii) estudios hidrogeofísicos para definir mejor 'ventanas' a través de un acuitardo de arcilla y limo discontinuo que podría permitir que la escorrentía superficial alcance el acuífero subyacente de arena y grava. Si bien el estudio no reveló ninguna preocupación relacionada con la escorrentía, el ejercicio fue un éxito porque les dio a los estudiantes la oportunidad de aprender habilidades de trabajo de campo. Este artículo destaca algunas de las actividades hidrogeofísicas.

Entorno hidrogeológico

El acuífero de Fredericton es un depósito sinuoso de arena y grava en forma de esker, enterrado dentro de sedimentos glaciales y posglaciales de hasta 60 m de espesor, que llenan parcialmente el moderno valle del río Saint John. El acuífero está semiconfinado, cubierto por un acuitardo de arcilla y limo que ha sido erosionado por los meandros del río Saint John, exponiendo puntos altos a lo largo de la cresta esker enterrada para crear las llamadas 'ventanas'. Donde estas ventanas subyacen al río, son beneficiosas, ya que permiten recargar el agua bombeada por los campos de pozos municipales. Por otro lado, las ventanas al acuífero que subyacen a la ciudad presentan vulnerabilidades desde la perspectiva de una posible contaminación.

Estudios Hidrogeofísicos

La elección de los métodos de estudio geofísico estuvo influenciada por lo que había funcionado bien previamente para delinear ventanas debajo del río. En ese caso, el mapeo de la conductividad aparente en el agua se había aumentado con imágenes de resistividad eléctrica (ERI) a lo largo de la costa y perfiles acústicos del subsuelo en el agua. En esta escuela de campo, operando en tierra, perfilado GPR (Figura 1) se reemplazó por el perfil acústico del subsuelo, proporcionando información estratigráfica de alta resolución similar que no podían proporcionar los otros dos métodos basados ​​en conductividad/resistividad. Aquí, me enfoco en mostrar la complementariedad de las encuestas de conductividad aparente y GPR.

Figura 1
Estudiantes de Geociencia Ambiental e Ingeniería Geológica de la UNB adquieren pulso de frecuencia central de 100 MHzEKKO® Datos GPR en el campo de rugby a principios de mayo de 2021.

Figura 2 muestra un mapa de conductividad aparente, adquirido para definir mejor los límites de una ventana que se sabe que subyace a un parque y un campo de rugby en las cercanías de uno de los campos de pozos de la ciudad. Los datos se adquirieron usando un medidor de conductividad EM31 que tiene una profundidad de exploración efectiva de aproximadamente 6 m, lo que lo hace útil para buscar la presencia o ausencia de la unidad de arcilla-limo eléctricamente conductora (~ 35 - 50 Ωm) que es típicamente (donde presentes) enterrados debajo de 4 a 5 m de arenas fluviales mucho más resistivas. Se interpreta que el cambio abrupto en la conductividad aparente cerca del extremo norte del campo de rugby representa el borde norte de una ventana de arcilla y limo en esta área, como lo sugieren los pozos cercanos.

Figura 2
Foto aérea de Queen Square Park (izquierda) y el campo de rugby (derecha) con mediciones de conductividad aparente (a ~ 6 m de profundidad) superpuestas junto con las ubicaciones de dos líneas GPR de muestra (RF5 y BF1, blancas, recolectadas de norte a sur) y pozos de monitoreo. Las líneas RF5 GPR se muestran en la Figura 3 y las líneas BF1 GPR se muestran en la Figura 4.

Se pidió a los estudiantes que verificaran esta interpretación mediante la adquisición de una serie de líneas topográficas GPR y ERI a lo largo del campo de rugby. Los datos GPR se adquirieron usando nuestros sensores y software pulseEKKO® sistema con el receptor Ultra lanzado recientemente (Figura 1).

Figura 3 muestra perfiles de GPR de muestra adquiridos con antenas de 100 MHz (arriba) y 50 MHz (abajo) a lo largo de la línea RF5. En el extremo izquierdo (norte) de la línea, hay un reflector prominente a ~ 3 m de profundidad que corresponde a la parte superior definida por la erosión del acuitardo de arcilla y limo, o quizás, más probablemente, la parte superior de la capa freática encaramada en el fluvial. arenas por encima de esa unidad. También a la izquierda, hay un segundo reflector que se eleva desde ~ 7 m de profundidad hacia el sur hasta truncarse en la parte superior de la arcilla-limo. Interpretamos esto como una capa dentro del limo, exhibiendo una cortina en el esker subyacente contiguo, algo que también se ve en los perfiles acústicos del subsuelo debajo del río Saint John. En el lado sur (derecho) de la línea, en posiciones superiores a los 50 metros, la capa de arcilla y limo está ausente, lo que revela un reflejo prominente del nivel freático plano a 7 m de profundidad dentro del acuífero esker de arena y grava.

Figura 3
Perfiles GPR de frecuencia central de 100 MHz (arriba) y 50 MHz (abajo) adquiridos de norte a sur en la Figura 2, a lo largo de la línea RF5 que cruza el borde de la ventana de arcilla y limo cerca del extremo norte del campo de rugby. Las imágenes están exageradas verticalmente. En el extremo norte (izquierdo) de la línea, se observa la parte superior erosionada del acuitardo de arcilla y limo a ~ 3 m de profundidad, más claramente en el perfil de frecuencia central superior (imagen superior). Al sur de la marca de 50 m, la unidad de arcilla-limo está ausente, lo que permite que el GPR detecte el nivel freático plano dentro del esker de arena y grava a ~ 7 m de profundidad.

Más al oeste, en el parque municipal, el mapeo de la conductividad aparente dio una idea aproximada de la posición del borde sur de la ventana del acuitardo, pero el cambio en la conductividad fue mucho más gradual (Figura 2). En esta área, la información de profundidad y la geometría de los reflectores del subsuelo evidentes en los datos GPR (Figura 4) fueron especialmente útiles para delinear la posición del borde de la ventana. Las encuestas GPR en esta ubicación incluyeron perfiles recopilados utilizando antenas biestáticas de frecuencia central blindadas de 250 MHz además de las antenas no blindadas de frecuencia central de 100 MHz. Mientras que las antenas blindadas de frecuencia central más alta, 250 MHz, eran convenientes cuando se trabajaba cerca de cercas de metal y gradas alrededor de los bordes del campo de béisbol, los reflectores de mayor interés son más coherentes en la frecuencia central más baja, penetrando más profundamente a 100 MHz. datos.

Figura 4
Perfiles GPR de 250 MHz (arriba) y 100 MHz (abajo) adquiridos de norte a sur en la Figura 2, a lo largo de la línea BF1, cruzando el borde sur de la ventana de arcilla y limo debajo de un campo de béisbol en Queen Square Park (ver Figura 2). Las imágenes están exageradas verticalmente.

Los estudiantes aprendieron a operar el sistema GPR rápidamente y disfrutaron viendo estos perfiles claros desplazándose por la unidad de visualización. Al interpretar sus propios datos, los estudiantes apreciaron la importancia de las buenas prácticas de campo. También aprendieron cómo un método puede ser muy útil para resolver la ambigüedad en la interpretación de otro método. En términos más generales, la experiencia práctica les dará más confianza para aplicar métodos geofísicos para ayudar a resolver cuestiones geológicas en sus carreras profesionales.

Ver también:

Butler, KE, Nadeau, J.-C., Parrott, R. y Daigle, A., 2004, Delineación de la recarga de un acuífero de valle fluvial mediante métodos sísmicos fluviales y electromagnéticos. J. Geofísica Ambiental e Ingeniería, 9, 95-109.

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