Arqueólogo / La presente memoria se enmarca dentro del proyecto Fondecyt 1130279 “Arqueología en la Pampa del Tamarugal (Tarapacá, Andes Centro Sur): El período Formativo como discursos sobre naturaleza, cultura y resistencia (ca. 400 a.C.-900 d.C.)”, e incluye los restos materiales recuperados en los proyectos Fondecyt 1030923 y 1080458, todos al interior de la Región de Tarapacá y manteniendo la misma línea de investigación. Esta memoria consiste en el estudio arqueobotánico de los restos vegetales (carporrestos) provenientes de dos poblados del curso bajo de la quebrada de Tarapacá, específicamente los sitios Pircas y Caserones. El primero con fechas calibradas entre los 370 a.C. y 500 d.C. (Urbina y Adán 2007), situándolo en el Formativo Temprano; mientras que Caserones presenta fechas entre el 20 d.C. y el 1.020 d.C., con ocupaciones del Formativo Tardío y del Período Intermedio Tardío (Urbina, Adán y Pellegrino 2012). Dichos asentamientos y fechados corresponden a reevaluaciones de dichos sitios en la última década durante el transcurso de los proyectos Fondecyt mencionados (García y Vidal 2006; García et al. 2014; Méndez-Quirós 2012; Pellegrino 2013; Santa-Sagredo et al. 2015; Urbina et al. 2012; Uribe 2006; Uribe y Adán 2009); aunque fueron primeramente estudiados en la década de 1960 en adelante, cuando surgen los primeros postulados e interpretaciones sobre estos sitios (Núñez 1966, 1979, 1982, 1984 a y b; Meighan y True 1980)

Geólogo / El presente trabajo corresponde al estudio hidrogeoquímico realizado durante los años 2013 y 2014, en el acuífero de la Pampa del Tamarugal, I región, norte de Chile. Específicamente, el acuífero está ubicado, en la Depresión Central, conocida como la Pampa del Tamarugal entre los 19° y 20°S. La Pampa, con una extensión de más de 4800 km2, está limitada por el oeste con la Cordillera de la Costa, y por la Precordillera por el este. Está situada a unos 40 km de la línea de costa, se encuentra entre los 900 y 2000 m s.n.m y corresponde a una cuenca sedimentaria endorreica, cuya litología principal son rocas sedimentarias continentales alcalinas. El trabajo de esta memoria de grado, está basado en 28 muestras que fueron analizadas para comprender los procesos fisicoquímicos de las aguas de esta zona. Los resultados fueron que las aguas del acuífero en su zona norte presentan 2 tipos de aguas cloruradas sódicas y aguas sulfatadas cálcicas. Las concentraciones de elementos mayores tuvieron los siguientes rangos: sodio (Na+; 5,13-285 meq/l), potasio (K+; 0,47-13,88 meq/l), magnesio (Mg2+; 0,05-10,93 meq/l), calcio (Ca2+; 3,46-51,39 meq/l), cloruro (Cl-; 6,40-182,62 meq/l), sulfato (SO42-; 2,6-211 meq/l), bicarbonato (HCO3-; 0,56-3,16 meq/l). Se analizaron además los elementos menores: hierro (Fetotal; 0,04-42,6 mg/l), manganeso (Mntotal; 0,01-1,8 mg/l), nitrato (NO3-; 0,02-403 mg/l), y el elementos traza arsénico (Astotal; 0,006-2,052 mg/l). Los rangos de conductividad eléctrica (CE) en las aguas subterráneas varían entre 955 y 22300 µS/cm, lo cual indica aguas salinas. En general, las aguas están duras y son incrustantes, teniendo mayor Ca2+ que Mg2+. Luego del análisis de concentraciones y ratios se llegó a la conclusión que los principales procesos hidrogeoquímicos en el acuífero son: interacción agua-roca, evaporación y mezcla de aguas. El ratio rHCO3/rCl fue usado como indicador de flujo, esto debido al aumento del contenido del anión conservativo Cl- y la ausencia de material carbonatado en la litología del acuífero, lo que hace que la concentración de HCO3- no aumente en el recorrido del agua a través del acuífero. La calidad de las aguas del acuífero fue comparada con aguas de riego (NCh1333 1978) y aguas de consumo humano (NCh409-2004) según las normativas vigente en Chile. Su composición química, se evaluó como peligrosa para agua de riego por su alta salinidad y peligrosa también para agua potable por la alta salinidad y concentración de As (>0,01 mg/l).

Dans les zones arides, la grande variabilité des eaux de surface a conduit les Hommes à exploiter les eaux souterraines. Cependant, afin de préserver durablement cette ressource, une bonne connaissance des processus de recharge est nécessaire. Ces travaux de thèse ont pour objectifs de caractériser les facteurs de contrôle de la recharge et des écoulements souterrains en zone de piedmont aride et hyper-aride. Dans le Nord du Chili, l’activité minière et les villes nouvelles associées aux déplacements de populations depuis quelques dizaine d’années ont engendré une surexploitation des ressources en eaux souterraines contenues dans l’Aquifère de la Pampa del Tamarugal. Cet aquifère régional est l’une des principales ressources en eau de l’ensemble du Nord du Chili, ce qui en fait une ressource stratégique. Le contexte hyper-aride de cette zone de piedmont (extension nord du Désert d’Atacama) semble suggérer que la recharge actuelle de l’aquifère ne permet pas de soutenir son bilan hydrologique.Afin d’identifier et de caractériser les facteurs de contrôle de la recharge et des écoulements souterrains de l’Aquifère de la Pampa del Tamarugal, une approche multidisciplinaire a été utilisée. Cette approche est basée dans un premier temps sur la caractérisation géologique et géomorphologique de la Dépression Centrale et notamment du Piedmont Andin entre 19,5°S et 20°S. Celle-ci a permis d’identifier le rôle du substratum pré-Oligocène sur l’organisation de la couverture fin-Cénozoïque (i.e. axes de drainages, barrières sédimentaires & paléovallées) et sur les circulations souterraines au niveau du piedmont. Dans un second temps, une approche hydrogéophysique et hydro(géo)logique a été utilisée afin de caractériser et d’identifier les conditions aux limites ainsi que l’évolution spatiale de la piézométrie au sein de la plaine de la Pampa del Tamarugal et du piedmont. De nombreux sondages de résistivité, réalisé par TDEM, ont permis d’identifier un contraste bien défini et corrélé avec le niveau piézométrique de la nappe libre. Des relevés hydro(geo)logiques ont permis de valider les échanges rivière-nappe (zones de recharge) qui ont été déduits à partir de l’étude géophysique. Dans un troisième temps, la caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines de la zone d’étude a permis d’identifier les origines, les circulations ainsi que les processus de recharge de l’aquifère. La distribution des âges de l’eau de la zone saturée a permis d’identifier les grandes phases de recharge paléoclimatiques de l’Holocène. Dans un quatrième temps, une approche exploratoire par la modélisation des écoulements au sein de la zone non saturée, basée sur un modèle à base physique (Hydrus-1D) et complétée par des relevés de terrain, ont permis d’évaluer la recharge induite par une crue au niveau des cônes alluviaux. L’analyse des chroniques piézométriques a apporté de nombreuses informations sur la quantification de la recharge.Sur la base des résultats de cette étude multidisciplinaire, ces travaux de recherche ont permis de définir, au niveau de l’Aquifère de la Pampa del Tamarugal (Nord Chili), les facteurs de contrôle de la recharge et des écoulements souterrains en zone de piedmont aride et hyper-aride. / In drylands, the scarcity of surface waters has led the population to mainly extract the groundwater resource for water supply. To preserve the groundwater resource of the over-exploitation, the understanding of the groundwater recharge processes is required. The present work aims to assess the factors of control on both the groundwater recharge and the groundwater circulation in dryland piedmonts.In Northern Chile, since a few tens of years, mining activities and the associated population movements have induced an over-exploitation of the Pampa del Tamarugal Aquifer. This regional size aquifer is one of the main groundwater resources of Northern Chile as a whole.In order to assess the controls on the groundwater recharge processes that allow recharging the Pampa del Tamarugal Aquifer as well as the groundwater circulation in the Andean Piedmont, a multidisciplinary approach was carried out in the endorheic catchment of the Pampa del Tamarugal (i.e. lowlands and piedmont) between 19.5°S and 20°S. Firstly, the study is based on a geological and geomorphological assessment of the Central Depression sedimentary basin with a focus on the Andean Piedmont. This work allowed identifying the control of the pre-Oligocene bedrock on both the late-Cenozoic piedmont cover (i.e. alluvial drainage axis, sedimentary barriers, and paleovalleys) and the groundwater circulation. Secondly, a hydrogeophysical (resistivity soundings, via TDEM) and hydrogeological characterization of the vadose zone and the saturated zone of the aquifer was carried out. These measurements allowed identifying a well-defined contrast of resistivity that is correlated with the water-table. This allows to better define the boundary conditions of the aquifer and to shift eastwards (i.e. in the piedmont) the oriental limit of the aquifer. Hydrological surveys allowed to validate the identification of groundwater recharge areas where the rivers fed the aquifer. Thirdly, the study is based on the assessment of the geochemical, isotopic and dissolved gas content of the groundwater. This approach allowed identifying the origin and also the groundwater circulation of the aquifer. The characterization of the groundwater distribution ages allowed to identify the main stages of recharge during Holocene and late-Pleistocene times. Fourthly, an exploratory approach was carried out in order to address the recharge fluxes in the vadose zone. Based on Hydrus-1D model and soil sampling carried out in the field, the recharge fluxes induced by one flood in the alluvial fans were estimated. The behavior analysis of water-table on time series of a few years were also used to estimate the recharge in the lower part of alluvial fans according to the surface geomorphology features.Based on this multidisciplinary approach, these works (performed in Northern Chile) allow defining the controls on the groundwater recharge and circulation in arid and hyperarid piedmont areas.

Geólogo / La cuenca de la Depresión Central a lo largo del norte de Chile fue rellenada por sedimentos detríticos y depósitos volcánicos explosivos predominantemente durante el Oligoceno y Plioceno. Dicho relleno consiste principalmente en depósitos de conglomerados gruesos y tobas, al este, gradando a limos y evaporitas, al oeste. Esta cobertura se encuentra formada principalmente por las Formaciones Altos de Pica y El Diablo, las Ignimbritas Tambillo y Huasco, y los Depósitos de Piedemonte. Se han realizado trabajos que definen la configuración del relleno de la cuenca, sin embargo, una nueva metodología permite precisar dicha configuración. Mediante la interpretación de 8 perfiles sísmicos de reflexión y la información de 2 pozos petroleros, en este trabajo, se determinó la profundidad del contacto basamento-cobertura y la configuración de la cuenca, en la parte sur de la Pampa del Tamarugal (20°45 21°30 S/69°00 69°30 O). Además se definieron 4 horizontes sísmicos dentro de la Cobertura y se correlacionaron con las unidades geológicas del área. Se observaron dos discordancias angulares: una, entre el Basamento el Miembro 1 Fm. Altos de Pica, y otra, entre el Miembro 2 Fm. Altos de Pica y la Fm. El Diablo. En general, la posición de la interfaz basamento-cobertura, se inclina abruptamente al oeste en la porción oriental de la mayoría de los perfiles. Se midió una velocidad de onda p de 1.497 [m/s] en la Formación El Diablo, 3.007 [m/s] en el Miembros 1 de la Formación Altos de Pica, y de 6.007 y 6.494 [m/s] en el Basamento. Los valores de velocidad de onda, el tiempo de viaje, el gradiente vertical de la velocidad (k) y la posición inicial permiten la conversión de la variable vertical (temporal) en profundidad de los perfiles sísmicos. Aplicando dicha conversión, las capas superiores de la Cobertura disminuyen su espesor, mientras que las inferiores, lo aumentan. Asimismo, en profundidad las fallas aumentan su inclinación. El análisis de sensibilidad del parámetro k, indica un error promedio para la posición de la interfaz basamento-cobertura de 48 ± 17 m. Una vez realizada la conversión se interpoló el contacto Basamento-Cobertura, a partir de los espesores de cada perfil, de los pozos y de la ubicación en planta de dicho contacto. El relleno alcanza un espesor máximo de 1.310 m, al este del cerro Chipana. Existen 3 sub-cuencas: A, B y C, en las cuales se preservan ambos miembros de la Formación Altos de Pica, junto a las unidades superiores. Al oeste del cerro Raúl, el espesor presenta una menor variabilidad, entre 500 y 700 m. Existe una franja N-S a NO-SE de alto de basamento, desde el cerro Chipana, pasando por el cerro Challacollo, los cerros Raúl y Antena, hasta la Sierra Moreno. En la porción norte de esta franja, el alto de basamento separa las sub-cuencas A y B y se explicaría por la presencia de un sistema de fallas inversas, de edad neógena, con vergencia al oeste. En las secciones sísmicas, se interpretaron o se infirieron estructuras, generando una solución a las geometrías presentes. La configuración del relleno de la cuenca puede explicarse por sedimentación pasiva y en parte por la actividad pre y syn-sedimentaria de las fallas inversas reconocidas. La forma asimétrica de las sub cuencas A y B, estaría determinada principalmente por dichas estructuras, que habrían acentuado el paleorelieve de la cuenca de la Pampa del Tamarugal, al reactivarse entre el Oligoceno y el Mioceno.

Ingeniero Civil / En la I Región, uno de los acuíferos más importantes es el de la Pampa del Tamarugal, y de él dependen el agua potable de la ciudad de Iquique, la minería no metálica, la agricultura y los recursos naturales protegidos. La recarga de este acuífero es alóctona (Viguier, 2013), pues viene dada por la circulación de agua desde la zona altiplánica y precordillerana y uno de los mayores aportes hídricos viene dado por la cuenca de la Quebrada de Tarapacá. El presente trabajo consiste en el estudio de esos aportes hídricos mediante la implementación del modelo hidrológico GSSHA, el cual permite realizar simulaciones hidrológicas tanto de procesos superficiales como subterráneos y corresponde a un modelo de carácter distribuido y base física. Para cumplir con el objetivo principal del trabajo, se construyó y adecuó el set de forzantes hidrometeorológicas a escala horaria requerido por el modelo para el periodo 2004-2015. Ahora bien, debido a la inexistencia de una estación fluviométrica a la salida de la cuenca Quebrada de Tarapacá se procedió a calibrar y validar la modelación en la estación Quebrada de Tarapacá en Sibaya, obteniendo métricas de eficiencia NSE=0,66 y NSElog=0,63 para la calibración y NSE=0,62 y NSElog= 0,61 para la validación a nivel mensual. Analizando los resultados de la modelación se estima un aporte de escurrimiento superficial promedio a la salida de la cuenca Quebrada de Tarapacá del orden de 586 (l/s) en que la mayoría de éste sucede durante eventos lluviosos del invierno Altiplánico, específicamente durante los meses de enero a marzo, mientras que el resto del año se aprecia una clara disminución de este flujo promediando el resto de los meses un monto de 127 (l/s). Por otro lado, también se estima la circulación profunda del sistema o bien flujo subterráneo permanente promedio de 99 (l/s), valor cercano a lo entregado por DGA (2014) cuyo valor es de 90 (l/s). Ambos aportes representarían los mecanismos mediante el cual se recarga la Pampa, el primero por la infiltración que ocurriría en el abanico aluvial de la cuenca y el otro por una circulación profunda.

Geólogo / La región de Tarapacá se caracteriza por sus cuencas endorreicas, ya sea en el Altiplano (cuencas altiplánicas) como en la Depresión Central (cuenca Pampa del Tamarugal). Estas cuencas endorreicas limitan al norte y al sur con cuencas exorreicas que tienen su desembocadura en el mar (Camiña y Río Loa). Sumado a esta característica, también destaca la condición de clima árido, cuya evaporación supera con creces a la precipitación, condicionando el funcionamiento hidrológico e hidrogeológico de esta zona, en la cual dominan los ambientes evaporíticos y napas subterráneas con recarga lateral. En el presente trabajo se realiza un análisis geológico, hidrológico e hidrogeológico para estudiar la interacción entre dos sistemas de importancia hidrogeológica en la región de Tarapacá, estos son el acuífero Pampa del Tamarugal y la cuenca de la Quebrada de Tarapacá. El área de estudio comprende la cuenca de la quebrada de Tarapacá, y también el abanico aluvial situado a la salida de la cuenca, dentro del cual se localiza el sondaje Huara de la Dirección General de Aguas (DGA). Este organismo del Estado es el que ha solicitado el estudio sedimentológico y estratigráfico de este sondaje. Desde el punto de vista geológico se realizó una descripción sedimentológica y estratigráfica del sondaje, cuya interpretación sedimentaria es complementada con los valores de conductividad hidráulica en distintos tramos del sondaje, obtenidos a partir de ensayos realizados por el IDIEM. Mediante una caracterización hidrogeológica, se definen unidades de importancia hidrogeológica en el área de la cuenca, considerando la geología, la hidrografía y usando métodos de SIG y teledetección. A partir de la caracterización hidrogeológica, se estudia y analiza hidrológicamente la cuenca, lo cual conduce a la estimación la recarga natural hacia el acuífero Pampa del Tamarugal mediante el método de la Curva Número. Con este método y con una caracterización de los parámetros morfométricos de la cuenca, se hace una estimación de caudales máximos líquidos a la salida de la cuenca, con los cuales se calculan caudales y volúmenes mínimos y máximos detríticos que permiten desarrollar modelos flujos de detritos para el abanico aluvial, para una escenario de caudales con períodos de retorno de 100 años y otro escenario que reproduce el evento de crecidas de 2012 que ocurrió en la región de Tarapacá. Como conclusiones generales de este trabajo se obtiene que la interacción que existe entre el acuífero de la Pampa del Tamarugal y la Quebrada de Tarapacá se ve reflejada en la sedimentología y estratigrafía de los depósitos de flujos de detritos y de inundación del sondaje Huara.

Geólogo / La cuenca Pampa del Tamarugal, ubicada en la Depresión Central, entre los 20°20 -20°50 S, posee un relleno que se configura en superficie como un extenso pediplano interrumpido por cerros islas alineados en donde el substrato pre-oligoceno aflora. La cuenca ha sido rellenada con material sedimentario-volcánico desde el Oligoceno, cubriendo la ocurrencia de altos del substrato, los cuales, local y espacialmente, se encuentran asociados a pórfidos cupríferos del Cretácico Superior y de la franja Paleocena-Eocena. Debido a lo anterior, la determinación del espesor de la cobertura post-mineral por sobre el substrato pre-oligoceno resulta de gran importancia para la exploración minera. El espesor de la cobertura oligocena-holocena en la zona de estudio fue interpolado, anteriormente, en base a la interpretación y conversión a profundidad teórica de perfiles sísmicos. Sin embargo, la baja densidad de puntos, y la falta de puntos de control del substrato en superficie, no permitieron definir claramente el espesor del relleno en la cuenca y localizar altos del substrato. En este trabajo, se reinterpretaron, y convirtieron a profundidad usando un modelo empírico de velocidades, seis perfiles sísmicos de la Empresa Nacional del Petróleo (ENAP), y luego se interpolaron en conjunto a la actual información catastrada del Servicio Nacional de Geología y Minería (SNGM) de la zona de estudio. Posteriormente, se generó un nuevo mapa isópaco de la cobertura, un modelo tridimensional de la superficie del substrato y, finalmente, integrando la distribución de la cobertura interpolada entre los 20°45 -21°30 S, se construyó un modelo ampliado de la cuenca Pampa del Tamarugal. En el mapa isópaco de la cobertura, y en la superficie tridimensional del substrato, se reconocieron tres depresiones, o sub-cuencas, llamadas A, B y C. Las tres sub-cuencas están delimitadas por altos de substrato con orientaciones NNE-SSO, E-O y NNO-SSE. Los altos de substrato se asociaron en sub-superficie a dos fallas inversas de alto ángulo: la falla Challacollo controló el relleno de la sub-cuenca A y C; mientras que la falla Longacho lo hizo, además, con la geometría de la sub-cuenca B. Estas fallas estuvieron activas principalmente durante el Oligoceno Superior-Mioceno Inferior y hasta al menos el Mioceno Medio en el sur, mientras que al norte se observó escasa deformación asociada a esta edad, lo cual sugiere que la sedimentación ocurrió bajo un mayor control climático que estructural. Se lograron reconocer al menos tres áreas favorables para la exploración en sub-superficie ubicadas, al sur del Cerro Longacho, al este de la quebrada Chacarillas, y en el cordón de cerros islas Challacollo-Antena. Las principales fuentes de errores analizadas, y asociadas a la metodología, corresponden al error de interpretación, ajuste topográfico y del modelo de velocidades.