Hidrogeología de fallas geológicas

La hidrogeología de fallas geológicas es el estudio de cómo las rocas deformadas frágilmente alteran el flujo de agua u otros fluidos subterráneos en diferentes litologías como lo son las rocas clásticas, ígneas o carbonatadas.[1] Los movimientos de fluidos, que pueden ser entendidos mediante la permeabilidad del medio, pueden verse facilitados o impedidos por la existencia de una zona de falla.[1] Esto se debe a que los distintos mecanismos que deforman las rocas en fallas alteran la porosidad y permeabilidad de su entorno.[1][2] Los fluidos albergados en los sistemas de falla generalmente son agua, ya sea dulce o salobre, o hidrocarburos como el petróleo y el gas natural.[3]

GIF 1. Este GIF muestra como zonas de falla afectan la migración de fluidos vistos en una sección transversal. A) La zona de falla actua como barrera que restrinje la circulación de fluidos. B) La zona de falla actua como conducto que permite o facilita el flujo de fluidos.

Tómese nota que permeabilidad (k) y conductividad hidráulica (K) son usados de forma intercambiable en este artículo.

Figura 1. La figura muestra la arquitectura de una zona de falla en la cual el núcleo de la falla esta rodeado por una zona de daño.

Una zona de falla de falla puede en términos generales dividirse en dos zonas; un núcleo de falla (NF) y una zona de daño (ZD) que lo rodea.[4][5] (Figura 1). El núcleo de falla tiene un espesor medible, mayor cuanto más largo ha sido el desplazamiento de la falla, lo que implica una mayor deformación.[1] La zona de daño rodea al núcleo de falla de forma irregular y puede tener un ancho (perpendicular a la zona de falla) desde pocos decímetros a cientos de metros.[6] Dentro de grandes zonas de falla pueden haber mútiples núcleos de fallas y zonas de daño.[1] Núcleos de falla y zonas de daño de origen más reciente pueden sobrelapar con núcleos y zonas de daño más antiguas.

Son varios los procesos que pueden alterar la permeabilidad en los núcleos y zonas de daño en una zona de falla. En general, la permeabilidad de una zona de daño supera a la del núcleo de falla asociado por varias ordenes de magnitud, siendo así las zonas de daño conductos para el agua subterránea.[7] Dentro de la zona de daño la permeabilidad tiende a disminuir al alejarse del núcleo de falla.[7]

Clasificación de fallas según permeabilidad

Existen varias clasificaciones para zonas de falla según sus patrones de permeabilidad. Algunas categorias de clasificación son intercambiables, mientras otras tienen subgrupos diferentes. La mayor parte de las expresiones se muestran en la siguiente tabla. La clasificación de Dickerson es la más usada ya que es fácil de entender en una amplia gama de estudios.[4]

La clasificación de una zona de falla según permeabilidad puede variar en el tiempo y espacio, esto dado que el núcleo de falla y la zona de daño pueden comportase de maneras diferentes para acomodar deformaciones.[1] Además, una zona de falla puede ser dinámica a través del tiempo. Así, los patrones de permeabilidad pueden variar a escalas temporales tanto cortas como largas.[1]

Clasificaciones comunes de zonas de falla
Autor Kzf < Krc Kzf < Krc y Kzf > Krc Sistema dinámico Kzf > Krc
Dickerson (2000) [8] Barreras Barrera-Conducto / Conducto
Aydin (2000) [9] Transmitting Transmisión vertical y sellado lateral Transmisión o trasmisón lateral intermitente Sellado
Caine y Foster (1999) [10] Mapeo cuantitativo y modelos de fractura discretos
Otros [4] Descripción detallas (Débil/Fuerte); Razón Barrera/Permeabilidad de conducto

*K = Permeabilidad o conductividad hidráulica

*zf = zona de falla

*rc = roca encajante, roca sin deformación que rodea la zona de falla

Referencias
  1. Bense, V.F.; Gleeson, T.; Loveless, S.E.; Bour, O.; Scibek, J. (2013). «Fault zone hydrogeology». Earth-Science Reviews (en inglés) 127: 171-192. Bibcode:2013ESRv..127..171B. doi:10.1016/j.earscirev.2013.09.008.
  2. Farrell, N.J.C.; Healy, D. (2017). «Anisotropic pore fabrics in faulted porous sandstones». Journal of Structural Geology 104: 125-141. Bibcode:2017JSG...104..125F. ISSN 0191-8141. doi:10.1016/j.jsg.2017.09.010. Parámetro desconocido |doi-access= ignorado (ayuda)
  3. Hadley, Daniel R.; Abrams, Daniel B.; Roadcap, George S. (2020). «Modeling a Large‐Scale Historic Aquifer Test: Insight into the Hydrogeology of a Regional Fault Zone». Groundwater (en inglés) 58 (3): 453-463. ISSN 0017-467X. PMID 31290141. S2CID 195871567. doi:10.1111/gwat.12922.
  4. Scibek, J.; Gleeson, T.; McKenzie, J. M. (2016). «The biases and trends in fault zone hydrogeology conceptual models: global compilation and categorical data analysis». Geofluids (en inglés) 16 (4): 782-798. doi:10.1111/gfl.12188.
  5. Lin, Aiming; Yamashita, Kazuhiko (1 de diciembre de 2013). «Spatial variations in damage zone width along strike-slip faults: An example from active faults in southwest Japan». Journal of Structural Geology (en inglés) 57: 1-15. Bibcode:2013JSG....57....1L. ISSN 0191-8141. doi:10.1016/j.jsg.2013.10.006. hdl:2433/179482.
  6. Bu, F.; Xu, T.; Wang, F.; Yang, Z.; Tian, H. (2016). «Influence of highly permeable faults within a low-porosity and low-permeability reservoir on migration and storage of injected CO 2». Geofluids (en inglés) 16 (4): 769-781. doi:10.1111/gfl.12185. Parámetro desconocido |doi-access= ignorado (ayuda)
  7. Achtziger-Zupančič, P.; Loew, S.; Hiller, A.; Mariethoz, G. (2016). «3D fluid flow in fault zones of crystalline basement rocks (Poehla-Tellerhaeuser Ore Field, Ore Mountains, Germany)». Geofluids (en inglés) 16 (4): 688-710. doi:10.1111/gfl.12192. Parámetro desconocido |doi-access= ignorado (ayuda)
  8. R.P. Dickerson (19 de octubre de 2000). Hydrologic Characteristics of Faults at Yucca Mountain, Nevada. doi:10.2172/860273.
  9. Aydin, Atilla (1 de agosto de 2000). «Fractures, faults, and hydrocarbon entrapment, migration and flow». Marine and Petroleum Geology (en inglés) 17 (7): 797-814. ISSN 0264-8172. doi:10.1016/S0264-8172(00)00020-9.
  10. Faults and subsurface fluid flow in the shallow crust. Haneberg, William C. Washington, DC: American Geophysical Union. 1999. ISBN 0-87590-096-8. OCLC 42061057.
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