Bol. Soc. Geol. Mexicana, Tomo XXXVIII, No.2, pp. 34-51, Diciembre 1977.

Posibilidades acuíferas en sedimentos continentales terciarios de la República Mexicana

http://dx.doi.org/10.18268/BSGM1977v38n2a4

Jorge Antonio Trujillo Candelaria*

*Dirección de Geohidrología y Zonas Áridas. de la S.A.R.H.

Introducción

En el país, las aguas subterráneas se encuentran principalmente en tres diferentes tipos de rocas:

1.- Sedimentos clásticos continentales.

2.- Rocas volcánicas basálticas.

3.- Sedimentos marinos.

Actualmente la producción acuífera más importante, tal vez el 70^% del total, se obtiene de los primeros.

Los sedimentos clásticos continentales están constituidos esencialmente por gravas, arenas y arcillas, con diferentes grados de selección y consolidación.

Hasta hace poco tiempo, a las unidades litológicas formadas por estos elementos clásticos, se les denominaba simplemente rellenos aluviales y se les consideraba de edad cuaternaria.

Recientes investigaciones efectuadas en la Dirección de Geohidrología y de Zonas Áridas de la S.A.R.H., han demostrado que la mayor parte de las unidades litológicas clásticas del Altiplano y del Noroeste del País, son en realidad de edad terciaria, depositados en cuencas lacustres y aluviales, en épocas de gran actividad volcánica y tectónica,

Para dar una idea de la formación de las cuencas en que se depositaron los clásticos continentales durante el Período Terciario, enseguida se presenta una interpretación sintetizada de la geología histórica de México desde el Cretácico hasta nuestros días.

Geología histórica

Periodo Cretácico

El Período Cretácico, tuvo una duración de 60 millones de años, durante ese tiempo, gran parte de lo que ahora es territorio mexicano, estuvo ocupado por mares, permaneciendo emergidas parcialmente algunas áreas que en la actualidad forman la Sierra Madre Occidental, la Península de Baja California, en aquel tiempo unida longitudinalmente al continente y a la Sierra Madre del Sur (Figura 1). El resto del país se encontraba sumergido en mares de diferentes profundidades, en los que se depositaron sedimentos predominantemente calcáreos, que alcanzaron espesores de miles de metros.

Cerca del final del Cretácico, grandes movimientos de la corteza terrestre de la Orogenia Laramide, provocaron que los fondos marinos se plegaran iniciándose la formación de la Sierra Madre Oriental.

 Figura 1. Plano paleogeográfico del Cretácico Superior de México.

Figura 2. Plano paleogeográfico del Plioceno-Eoceno de México.

Periodo Terciario

Terminado el Período Cretácico, hace unos 70 millones de años, se inició el Período Terciario, el cual se divide en cinco épocas que son de más antigua a más joven; Paleoceno (10), Eoceno (20), Oligoceno (15), Mioceno (15), Plioceno (9). Los números entre paréntesis indican su duración en millones de años.

Al comenzar el Período Terciario, durante el Paleoceno y Eoceno Inferior, la actividad de la Orogenia Laramide se incrementó notablemente acelerando el plegamiento y levantamiento de las sierras y transformando en áreas emergidas el norte y centro del país (Figura 2).

En el Eoceno Medio, la Orogenia Laramide terminó y, como consecuencia de ella, se había formado una gran cuenca cerrada, limitada al W por la Península de Baja California (unida al continente) y la Sierra Madre Occidental, al S por la Sierra Madre del Sur y al E por la recién formada Sierra Madre Oriental. Hacia el Norte la cuenca se prolonga entre la Sierra Nevada y las Montañas Rocosas, en territorio de los Estados Unidos de Norteamérica.

En esa cuenca se depositaron en condiciones aluviales y lacustres, grandes volúmenes de sedimentos clásticos de tipo molasse, característicos de la fase final de una etapa orogénica, los cuales están representados en toda el área por unidades litológicas que se conocen con el nombre genérico de Conglomerados Rojos, esta etapa estuvo acompailada de vulcanismo (Figura 3).

En el Oligoceno continuó el vulcanismo, al sureste, la Península de Yucatán emergió parcialmente y al noroeste la Península de Baja California inició su despegue del continente.

Durante el Mioceno y Plioceno, existió gran actividad volcánica; en ese tiempo, a lo largo de la Sierra Madre Occidental, se formaron gigantescas acumulaciones de rocas efusivas predominantemente riolíticas, cuyo afloramiento está considerado como uno de los más grandes del mundo. En la parte central del País, una ancha franja que va de Puerto Vallarta, Jal., en el Océano Pacífico a las cercanías del Puerto de Veracruz en el Golfo de México, se vió afectada por un movimiento de placas tectónicas el cual dió lugar a la formación de profundos grabens y a la aparición de numerosos volcanes de tipo andesítico y basáltico, iniciándose la formación del Eje Neovolcánico (Figura 4).

La acumulación de materiales volcánicos en la gran cuenca propició el bloqueo de drenes, dando lugar a la formación de extensas zonas lacustres en los que se depositaron enormes cantidades de sedimentos clásticos, constituidos por gravas, arenas y arcillas, derivados principalmente de rocas volcánicas, provenientes de la erosión de las montañas circundantes. En esas zonas lacustres se presentaron, ocasionalmente, condiciones que facilitaron la depositación de yesos y calizas.

Intervalos de estabilidad permitieron el desarrollo de vida acuática, predominando las diatomeas, cuyos restos fósiles microscópicos, han ayudado a determinar la edad y el medio ambiente de depósito.

El vulcanismo y la sedimentación se presentaron simultáneamente en esta época, por lo que sus productos se encuentran intercalados y en ocasiones mezclados, formando rocas volcanoclásticas de composición compleja.

La gran cuenca, que al principio del Terciario debió presentar un relieve demasiado abrupto, al final del mismo, presentaba las características de un altiplano, pues los productos de la erosión de las montañas y los depósitos volcánicos habían rellenado las partes bajas dándole un aspecto relativamente plano, y una altura media de unos 2000 m.s.n.m.

Figura 3. Distribución geográfica de la Cuenca Sedimentaria del Terciario Inferior en México.

Figura 4.  Distribución geográfica de la Cuenca Sedimentaria del Plioceno-Eoceno de México.

Periodo Cuaternario

Al iniciarse el Período Cuaternario, hace aproximadamente 1 millón de años, los ríos del Pacífico y del Golfo iniciaron el drenado del Altiplano, desapareciendo paulatinamente los lagos y sometiendo a toda el área a un proceso de intensa erosión que persiste en nuestros días, el cual es propiciado por la geomorfología del territorio, ya que las corrientes que lo drenan, debido al gran desnivel entre el altiplano y la costa, tienen regímenes turbulentos con gran capacidad de arrastre (Figura 5).

Dadas las condiciones en que se está desarrollando el Cuaternario en el país; caracterizado más por la erosión que por el depósito, se considera que el espesor de los sedimentos de esta edad es muy reducido.

En este período, el vulcanismo se ha presentado principalmente a lo largo del Eje Neovolcánico, produciendo rocas andesíticas y basálticas.

Figura 5. Mapa geográfico del Reciente de México.

Estratigrafía

Se describe la columna estratigráfica del Terciario Continental, de la base hacia la cima.

Conglomerados Rojos (Eoceno-Oligoceno)

Descanzando discordantemente sobre rocas cretácicas o más antiguas, se observan en numerosas localidades del altiplano, unidades litológicas, constituidas por conglomerados formados por fragmentos arredondados de caliza, riolitas, andesitas, rocas metamórficas, granitos, etc.; predominando algunos de ellos según la región de que se trate, empacados en una matriz arcillosa o arcilloarenosa de color generalmente rojo, razón por la cual se les conoce como Conglomerados Rojos (Figura 6).

Intercalados con los conglomerados, se encuentran capas de lutitas, areniscas, calizas lacustres, yeso y tobas de composición riolítica y andesítica.

Normalmente se presentan en estratos bien definidos con echados fuertes, afectados por fallas y fracturas, siendo por lo contrario muy raros los pliegues.

Los siguientes autores han estudiado algunas formaciones de este tipo:

Salas, 1949. Formación Huajapan en Oaxaca.

Edward, 1956. Conglomerados Rojos en Zacatecas, Guanajuato y Taxco.

Fries, 1960. Grupo Balsas en Morelos y Guerrero.

Bryan, 1948. Grupo El Morro en Hidalgo y México.

Rogers et al., 1961. Formación Ahuichila en Coahuila, Zacatecas y Durango.

Su espesor es muy variable aún en cortas distancias; Edwards 1956, midió secciones de 2000 m, 418 m y 475 m, en Guanajuato, Zacatecas y Taxco, respectivamente.

No ha sido fácil determinar la edad de los Conglomerados Rojos, debido a su escasez de fósiles, sin embargo, en base a restos del cráneo de un pequeño roedor colectado por Fries (1952) en Guanajuato se le dió edad Eoceno-Oligoceno, la que se ha ido corroborando por otros medios como se verá más adelante.

Rocas intrusivas (Eoceno-Oligoceno)

Es frecuente encontrar cuerpos mtrusivos afectando a los Conglomerados Rojos, como el Tronco de Riodacita de La Imagen en Acahuizotla, Gro., 25 kms, al Sur de Chilpancingo, el cual intrusiona al Grupo Balsas. A este cuerpo se le determinó por métodos radiométncos una edad de 39±5 millones de años antes del presente, (De Cserna, 1974), lo que equivale a Eoceno Superior.

Figura 6. Distribución de los afloramientos de sedimentos continentales del Eoceno-Oligoceno en México.

Figura 7. Correlaciones cronoestratigráficas basadas en diatomeas.

En el Estado de Morelos, El Tronco de Granodiorita de Tlaica, 10 km., al Sureste de Cuautla intrusiona al Grupo Balsas y se le determinó por el mismo método que al interior, una Edad de 30 ± 3 millones de años antes del presente, lo que equivale a Oligoceno Superior (De Cserna, 1974).

Rocas volcánicas (Oligoceno)

Intercaladas hacia la cima de los Conglomerados Rojos y cubriéndolos, se observan, en toda el área, unidades volcánicas de tipo riolítico y andesítico. Algunas de estas unidades ya han sido estudiadas, como la Riolita Tilzapotla (Fries, 1960), la cual, en Morelos y Guerrero, cubre al Grupo Balsas. En la localidad tipo, tiene un espesor de 250 m. Su edad se determinó por el método radioactivo plomo-alfa, aplicado sobre Circón y resultó 25±10 millones de años antes del presente (Jaffe et. al., 1958), lo cual equivale a Oligoceno Superior, afianzando la edad Eoceno-Oligoceno de los Conglomerados Rojos subyacentes.

Otros afloramientos de este tipo, son:

Grupo Pachuca (Segerstrom, 1961) consistente de rocas volcánicas andesíticas, riolíticas y basálticas, las cuales en el Estado de Hidalgo y Norte del Estado de México, descansan sobre los Conglomcrados Rojos del Grupo El Morro.

Su espesor puede ser algo mayor de 1000 m, y su edad por correlación estratigráfica se considera Oligoceno.

Formación Vizcarra (De la Vega, 1968). Descansa sobre la Formación Ahuichila en el área de Cuencamé, Dgo., y consiste de tobas riolíticas y algunos derrames andesíticos y basálticos. Por posición estratigráfica se le ha dado edad Oligoceno-Mioceno.

Mioceno-Plioceno

Descansando discordantemente sobre los Conglomerados Rojos o sobre rocas más antiguas, se encuentran en el Altiplano Mexicano y el Noroeste del país, una gran cantidad de clásticos continentales y materiales volcánicos de edad Mioceno-Plioceno.

Muy pocas de estas unidades litológicas han sido descritas como formaciones e inclusive, frecuentemente se les ha confundido con sedimentos recientes.

Enseguida se presenta una relación de formaciones consideradas de esta edad.

Formación Tarango (Bryan 1948) Clástico y volcánico, basáltico y andesítlco, aflora en el D.F., Méx. e Hidalgo, edad por estudio de diatomeas: Plioceno Medio-Plioceno Superior (Jiménez R., 1977).

Formación Tepoztlán (Fries, 1960) clástica y volcánica andesítica, aflora en el Estado de Morelos, edad por posición estratigráfica: Mioceno Inferior.

Formación Cuernavaca (Fries, 1960) Clástica y volcánica andesítica. Aflora en el Estado de Morelos, edad por Diatomeas: Plioceno Superior (según Jiménez R., 1977).

Toba Don Guinyo (Segerstrom, 1961) Volcánica riolítica, aflora en el Estado de Hidalgo, edad por restos de plantas: Plioceno Inferior.

Formación Santa Inés (Pantoja, 1963) Conglomerados de caliza y de rocas volcánicas, aflora en el Estado de Durango, edad por posición estratigráfica Plioceno Superior-Pleistoceno.

Formación Chilpancingo (Ordóñez-Bose, 1899) Clástica lacustre aflora en el Estado de Guerrero (De Cserna, 1965) le da edad Plioceno y la correlaciona con la formación Cuernavaca.

Formación La Zona (De la Vega, 1968) Volcánica basáltica con intercalaciones de arenisca, aflora en Durango. Edad por posición estratigráfica: Mioceno-Plioceno.

Formación San José (De la Vega, 1968) clástica, aflora en el área de Cuenamé, Dgo., edad por posición estratigráfica: Plioceno Superior.

Formación Santo Domingo (Carrillo Bravo, 1971) Clásticos, lacustres y fluviales, aflora en S.L.P. Edad por diatomeas: Plioceno Superior (según Jiménez R., 1977).

Para la datación de edades de unidades sedimentarias lacustres del Altiplano, se han practicado análisis palinológicos a base de diatomeas. Algunos resultados se muestran en la Figura 1.

Periodo Cuaternario

Se considera que los sedimentos depositados durante este período, en el Antiplano, son, en general, de poco espesor, dado que el área se encuentra en una etapa de intensa erosión.

En el Valle de México, aflora la Formación Becerra, constituida por sedimentos lacustres (Arellano, 1953), eI límite s del valle, lo constituyen rocas basálticas del Grupo Chichinautzin (Fries, 1960).

Geología estructural

Las unidades litológicas del Terciario Inferior Continental, tanto clástico como volcánicas, se presentan en estructuras complejas, afectadas por fallas que se produjeron durante el Eoceno, al finalizar la Revolución Laramide. Durante el Oligoceno, continuó la deformación debido al emplazamiento de numerosos cuerpos intrusivos.

Durante. el Mioceno y Plioceno, el intenso vulcanismo y el fallamiento, dieron lugar al bloqueo de corrientes y a la formación de fosas tectónicas, dando origen a extensas y profundas zonas lacustres y valles aluviales, donde se depositaron grandes volúmenes de sedimentos. En El Bolsón de El Hueco, en el área de Ciudad Juárez, los sedimentos lacustres y fluviales del Grupo Santa Fé del Mioceno-Plioceno tienen 3000 metros de espesor (Mattick, 1967).

En muchos lugares, etapas volcánicas y sedimentarias sucesivas produjeron la alternancia de ambos tipos de rocas. El tectonismo, la erosión y la perforación de pozos, han puesto en evidencia esta situación.

En la Cuenca del Valle de México, hace años se perforó con fines de exploración acuífera, el Pozo Texcoco No. 1 en terrenos del antiguo lago. La profundidad del pozo fue de 2065 metros, habiéndo atravesado una secuencia formada por rocas volcánicas y sedimentarias encontrando en el fondo, yesos y conglomerados del Grupo Balsas.

En lo que va del Período Cuaternario, la erosión es el agente que más ha actuado en la conformación de las estructuras del área en estudio, salvo a lo largo del Eje Neovolcánico donde se han presentado grandes emisiones volcánicas, tan recientes como la del Paricutín en el año de 1943, en el Estado de Michoacán.

Geohidrología

El interés de estudiar las posibilidades acuíferas de los sedimentos continentales terciários, se despertó en el autor, en el año de 1973 al analizar los resultados de un pozo perforado por la Dirección de Geohidrología y de Zonas Áridas junto al poblado de Sain Alto, en la porción Noroccidental del Estado de Zacatecas (Figura 8). En ese pozo, la producción acuífera. importante, se encontró al atravesar una capa de toba riolítica que cubre un depósito de grava y arena, de gran permeabilidad; una revisión de campo comprobó que en un lugar relativamente cercano aflora una secuencia geológica semejante a la cortada en el pozo.

Dado que las rocas riolíticas y andesíticas del área son consideradas de edad Terciario Medio y Superior, se les tomó como "Horizontes índices", así las rocas subyacentes a ellas se consideran de edad terciaria a más antigua.

Existen grandes afloramientos de sedimentos continentales terciarios en los que la cubierta volcánica no se presenta, ya sea porque se erosionó o porque nunca se depositó, en estos lugares su identificación como sedimentos terciarios se dificulta más, dada su semejanza con sedimentos recientes, siendo necesario recurrir a análisis palinológicos,

Figura 8. Columna litológica del pozo Sain Alto, Zac.

Figura 9. Columna litológica del pozo Crisóstomos.

Como sIguiente paso, se revisaron gran número de cortes litológicos de pozos, seleccionando los que habían logrado atravesar rocas volcánicas y alcanzado sedimentos clásticos continentales, asimismo, se visitaron y estudiaron afloramientos que presentaban esas características, primero en el propio Estado de Zacatecas y luego en los estados vecinos; de este modo, el área de estudio fue creciendo hasta abarcar todo el altiplano y recIentemente la porción Noroeste del país.

Los resultados de esta primera etapa del estudio fueron muy alentadores, obteniéndose las siguientes:

Conclusiones

1).- Se ha comprobado que grandes afloramientos de sedimentos clásticos continentales considerados hasta hace poco tiempo de edad cuaternaria, son en realidad de edad terciaria.

2).- La mayor proporción del agua subterránea que se explota en el país, proviene de acuíferos en sedimentos clásticos continentales de edad terciaria,

3).- Es factible obtener buena producción acuífera mediante la perforación de pozos sobre rocas riolíticas o andesíticas impermeables, ya que se ha comprobado que en algunos lugares, éstas descansan o están intercaladas con unidades constituidas por clásticos continentales permeables. Esto abre a la explotación acuífera extensas áreas del país, antes desechadas por estar ocupadas superficialmente por rocas volcánicas impermeables. (Figura 9 y Figura10).

4).- Los límites fisiográficos de una cuenca, si están formados por rocas volcánicas impermeables, no necesariamente serán los límites hidrológicos de la misma, pues puede existir circulación subterránea de agua a través de sedimentos clásticos subyacentes.

5).- Una gran proporción de pozos y manantiales en este tipo de acuíferos, produce agua termal (Figura 11) y este termalismo está asociado principalmente a rocas de tipo riolítico.

6).- Algunas unidades de sedimentos terciarias continentales, son tan impermeables que pueden actuar como confinantes.

A principios de 1975 presenté este nuevo concepto geohidrológico al Ing, Heinz Lesser Jones, Director de Geohidrología y de Zonas Áridas, de la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos, habiendo recibido su apoyo para el desarrollo del estudio a detalle que se está llevando a cabo.

Figura 10. Columna del pozo Explomin 3. 

Figura 11. Localización de manantiales termales en México.

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