Geophysical modeling of the middle Bogotá River Basin with support from interpretation of electrical resistivity, gravity, seismic and borehole data to evaluate potential deep aquifers

Modelo geofísico de la cuenca media del río Bogotá con apoyo de la interpretación de datos de resistividad eléctrica, gravedad, sísmica y sondeos para evaluar potenciales acuíferos profundos

The main objective of this research was to develop a geological and geophysical modeling to infer the geometry and thickness in the sedimentary sequence of the middle basin of the Bogotá River with emphasis on the Guadalupe Group, reconstructing the stratigraphic sequence, structural setting, hydrogeological modeling, and potential geothermal uses. Various geophysical methods were applied, including vertical electrical soundings (VES), and magneto telluric soundings (MT-VES), whose results were complemented with the interpretation of seismic lines, regional and local gravity anomaly maps, and borehole data, among others, which allowed to model the subsurface from the surface to depths beyond 3000 meters, with emphasis on the interval between 500m to 1000m depth. Integrated models were developed from interpretations of electrical resistivity data, gravity and magnetic data, reflection seismic and borehole data. Based on the results, potential deep aquifers have been proposed to be confirmed by drilling. These deep aquifers can contribute to satisfy the need for water, which historically has been explored and overexploited from shallower aquifers in this sector of the basin. A recommendation was also made to consider the potential of low enthalpy thermal energy for agro-industrial purposes associated with groundwater’s temperature at the depth of this research. As a result, the modeled sedimentary sequence is characterized by a thick quaternary overburden overlying an intensively folded and faulted Neogene, Paleogene, and upper Cretaceous formations, mainly composed of siltstone, sandstones, and shale sequences of fluvial and marine environment, including facies of marine regressions and transgressions near the coastline. The penetration obtained allows establishing a high hydrogeological potential in the first 2000m depth, especially associated with the Guadalupe group, where the Labor and Tierna and Arenisca Dura formations have the highest hydrogeological potential. In addition, the preliminary estimation of thermal gradients suggest that low enthalpy geothermal energy potential is feasible to be used for the agro-industrial demand of energy of the study area.

El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un modelo geológico y geofísico para inferir la geometría y espesor en la secuencia sedimentaria de la cuenca media del río Bogotá con énfasis en el Grupo Guadalupe, reconstruyendo la secuencia estratigráfica, el estilo estructural, el modelo geológico conceptual y las posibles aplicaciones geotérmicas. En el estudio se aplicaron diversos métodos geofísicos, entre ellos sondeos eléctricos verticales (VES) y sondeos magnetotelúricos (MT-VES), cuyos resultados se complementaron con la interpretación de líneas sísmicas, mapas de anomalías gravimétricas regionales y locales, y datos de perforaciones, entre otros, que permitieron modelar el subsuelo desde la superficie hasta profundidades superiores a los 3000 metros, con énfasis en el intervalo entre 500m y 1000m de profundidad. Se desarrollaron modelos integrados a partir de interpretaciones de datos de resistividad eléctrica, datos de gravimetría y magnetometría, sísmica de reflexión y datos de pozos. Como resultado, se ha propuesto la presencia de posibles acuíferos profundos a ser validados mediante perforación. Estos acuíferos profundos pueden contribuir a satisfacer la necesidad de agua, que históricamente ha sido explorada y sobreexplotada a partir de acuíferos someros en este sector de la cuenca. También se recomienda considerar el potencial de la energía térmica de baja entalpía para fines agroindustriales asociados a la temperatura del agua subterránea a la profundidad del subsuelo de esta investigación. Como resultado, la secuencia sedimentaria modelada se caracteriza por una gruesa cobertura cuaternaria que se superpone a formaciones del Neógeno, Paleógeno y Cretácico superior intensamente plegadas y falladas, compuestas principalmente por secuencias de limolitas, areniscas y lutitas de ambiente fluvial y marino, incluyendo facies de regresiones y transgresiones marinas cerca de la línea de costa. La penetración obtenida permite establecer un alto potencial hidrogeológico en los primeros 2000m de profundidad, especialmente asociado al grupo Guadalupe, donde las formaciones Labor y Tierna y Arenisca Dura tienen el mayor potencial hidrogeológico. Además, la estimación preliminar de gradientes térmicos sugiere que el potencial de energía geotérmica de baja entalpía es factible de ser utilizado para la demanda agroindustrial de energía del área de estudio.