UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID TESIS DOCTORAL INTERPRETACIÓN Y CORRELACIÓN AUTOMÁTICAS DE DIAGRAFÍAS GEOFÍSICAS. APLICACIÓN A LA HIDROGEOLOGÍA EN EL SUR DE LA CUENCA DEL DUERO. – MEMORIA – JESÚS M. DÍAZ CURIEL LICENCIADO EN CIENCIAS FÍSICAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS 1995 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOLÓGICA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS INTERPRETACIÓN Y CORRELACIÓN AUTOMÁTICAS DE DIAGRAFÍAS GEOFÍSICAS. APLICACIÓN A LA HIDROGEOLOGÍA EN EL SUR DE LA CUENCA DEL DUERO. Autor: JESÚS M. DÍAZ CURIEL Licenciado en Ciencias Físicas Director: ALFONSO MALDONADO ZAMORA Doctor Ingeniero de Minas 1995 D.12 Tribunal nombrado por el Mgfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día ......... de ................................... de ......... Presidente D. _______________________________________________ Vocal D. _______________________________________________ Vocal D. _______________________________________________ Vocal D. _______________________________________________ Secretario D. _______________________________________________ Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día ………......... de ....................... de 19...... en ...................................... Calificación: ......................... EL PRESIDENTE LOS VOCALES EL SECRETARIO R E S U M E N El trabajo realizado en esta Tesis consiste en el desarrollo de un sistema automático para el tratamiento, interpretación y correlación de diagrafías geofísicas y en la aplicación de dicho sistema a un conjunto de 27 diagrafías realizadas por el autor en el Tercio Sur-Oeste de la Cuenca del Duero. Aunque el diseño del sistema posibilite su aplicación para cualesquiera sondas de testificación, está específicamente encaminado a su utilización para diagrafías de resistividades convencionales (dispositivos normal y lateral), potencial espontáneo y radiación gamma natural en sondeos con fines hidrogeológicos. El sistema automático está compuesto de una serie de programas que realizan los siguientes procesos: Digitalización y grabación de registros analógicos, corrección de decalajes, cálculo de línea base y eliminación de sus desplazamientos, segmentación de los registros, determinación de las capas del sondeo, cálculo del contenido en arcillas, cálculo del total de sólidos disueltos, cálculo de la resistividad real con estimación de la permeabilidad, interpretación litológica, correlación de capas, determinación y correlación de tramos de la diagrafía y representación final. Para la elaboración de los programas, ha sido necesario afrontar estos procesos desde distintos ángulos, resolviendo y realizando una serie de pasos: * Selección minuciosa de los ábacos y métodos más apropiados para su utilización en la interpretación de diagrafías en sondeos para captación de agua. * Realización de medidas de laboratorio para obtener series de valores tanto en procesos previos (viscosidad-temperatura, viscosidad-densidad,...) como en los propios procesos de interpretación (Rwe/Rw, TSD/Rw,...). * Conversión de los datos obtenidos y de los ábacos seleccionados, cuyo rango de aplicación fuera de carácter continuo, a curvas analíticas para su utilización automática. IV * Resolución de problemas inconclusos tales como el cálculo de resistividad real a partir de parámetros convencionales, aproximación de la permeabilidad a partir de aquélla, o modelización teórica de las funciones de corrección de la medida de gamma natural por efecto del sondeo. * Desarrollo de algoritmos para la ejecución automática de procesos tales como el cálculo de la línea base, la delimitación de las capas atravesadas por el sondeo o la determinación de los tramos de la diagrafía. * Modificación de métodos conocidos (cros-correlación, clasificación automática, cros-asociación) para su aplicación al problema específico de diagrafías (corrección de decalajes, interpretación litológica, correlación) * Paralelamente y con carácter de ayuda se han realizado una serie de soportes matemáticos, ajuste de curvas a polinomios de grado n, suavizado de series de puntos mediante spline, ...etc. Por último, en la aplicación del sistema, aparte de la ejecución de las diagrafías, ha sido necesario realizar una síntesis de los conocimientos geológicos encaminada a la determinación de ciclos o períodos coincidentes con los tramos de las diagrafías, y una recopilación de datos (granulometrías, análisis de aguas, ...etc.) que sirvieran para contrastar la validez de los resultados obtenidos. V A B S T R A C T The work made in this Thesis consists in the development of an automatic system for the treatment, interpretation and correlation of geophysical logs, and it´s application to a set of 27 logs performed by the author in the south-western part of the Duero basin. Although the system is designed to make the former processes with any logs, it will be intended to it´s use with the old electrical, S.P. and Gamma Ray logs into hydrogeological open holes. The interpretation system consists in a group of 12 computer CODES, that carry out the following processes: Digitalization and recording of analogical registers, shifts correction, base line correction and elimination of its displacements, register segmentation, bore hole stratums determination, clay contents calculations, total dissolved solid calculation, real resistivity calculation with permeability estimation, lithologic interpretation, stratums correlation, logging section determination and correlation and final representation. In the developing of the programs, it has been necessary to confront the following processes: * Detailed selection of the most appropriated methods and charts in order to convert it to an analytical formulation for its automatic use. * Laboratory measures to obtain a set of values not only in the previous processes but also in the interpretation process. * Conversion of the obtained data and selected charts, with continuous range of application, to analytical curves for its automatic utilization. * Unfinished problem resolution, such as real resistivity calculation from conventional parameter, permeability approximation from that, or theoretical modelling of the natural gamma correction functions for borehole effect. VI * Algorithm development in automatic execution of processes such as base line calculation, crossed boreholes stratums delimitation, or logging section determination. * Modification of well-known methods (cross-correlation, automatic classification, cross-association) in order to apply them to the specific logs problems (shift correction, lithologic interpretation, correlation). * Parallel, a complete set of mathematical supports has been done with a helping characteristic. Finally, in the application of the system, beside the execution of the logs, it has been necessary to synthesize the geological existing data, in order to determine the series or periods coincident with the logs zones, and a summary of granulometric studies, water analysis data, ... etc., to check the obtained results. VII A G R A D E C I M I E N T O S A mi familia y amigos por su paciencia y a Mª Jesús Miguel por su apoyo y ayuda en la elaboración de esta Tesis. A mis compañeros de trabajo Sergio Domínguez, Domingo Martín, Alejandro Rocyzki y Javier Navas, por su ánimo y colaboración. Al Director de Tesis D. Alfonso Maldonado Zamora, catedrático de la Cátedra de Geofísica Aplicada de la E.T.S.I. de Minas de Madrid con cuyos medios informáticos y equipos de testificación geofísica he realizado esta Tesis. A la Empresa de Transformaciones Agrarias (TRAGSA), encargada del control de los sondeos analizados en esta Tesis, y en particular a D. Francisco Mendieta. Al Instituto de Reforma y Desarrollo Agrario (IRYDA), organismo titular de las obras de ejecución de los sondeos estudiados en esta Tesis, y en particular a D. Honorio Domínguez. A la Consejería de Agricultura de la Comunidad de Castilla León, a la que le fueron transferidas la titularidad de algunos de dichos sondeos. A la empresa de sondeos Perforaciones y Riegos (PYRSA) encargada de la ejecución de la mayoría de estos sondeos, por sus facilidades en la realización de las diagrafías. VIII Í N D I C E CAPÍTULO 1 - INTRODUCCIÓN 1.1 OBJETIVOS ............................................................................... 2 1.1.1 Puesta a punto de Metodología e Interpretación .................. 2 1.1.2 Desarrollo del Sistema Automático ..................................... 3 1.1.3 Aplicación a una Cuenca y Evaluación de Éxitos .................. 4 1.2 ESTADO DE CONOCIMIENTO ...................................................... 6 1.2.1 Realización de Diagrafías para Hidrogeología ....................... 6 1.2.2 Estudios en otras Cuencas ................................................ 7 1.2.3 Interpretación de Diagrafías .............................................. 7 1.2.3.1 Interpretación Litológica ......................................... 7 1.2.3.2 Interpretación Cuantitativa ...................................... 9 1.2.4 Zonación ....................................................................... 12 1.2.5 Métodos de Correlación ................................................... 13 1.2.6 Aplicaciones Informáticas Comerciales .............................. 16 CAPÍTULO 2 - PRINCIPIOS GENERALES Y TERMINOLOGÍA 2.1 FACTOR DE FORMACIÓN ......................................................... 17 2.2 CONDUCTIVIDAD IÓNICA DE FLUIDOS ..................................... 19 2.2.1 Naturaleza de los Iones ..................................................