Innovación en la aplicación de técnicas modernas de prospección geotérmica a partir de la integración de métodos geológicos, geoquímicos y geofísicos, caso de estudio del campo volcánico-geotérmico de Los Humeros

Número de proyecto

P05

Título de proyecto

Innovación en la aplicación de técnicas modernas de prospección geotérmica a partir de la integración de métodos geológicos, geoquímicos y geofísicos, caso de estudio del campo volcánico-geotérmico de Los Humeros

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Gerardo Carrasco Núñez

Institución

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, IPICYT

United States Geological Survey, USGS

University of Leicester

Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR

Antecedentes y justificación

México ocupa actualmente el cuarto nivel a nivel mundial en lo que se refiere a generación de energía geoeléctrica con cerca de 1,000 MW, lo cual sirve para satisfacer apenas un 2-3 % de la producción de electricidad a nivel nacional. Las estimaciones sobre el potencial geotérmico del país son muy variables (Hiriart, 2011), oscilando de entre 4,000 (Alonso, 1975) hasta 45,000 MW (Mercado et al., 1985), aunque más recientemente se ha propuesto una estimación de cerca de 10,000 MW (Ordaz et al., 2011). Estas estimaciones reflejan una fuerte incertidumbre acerca de las posibilidades reales de este recurso renovable a futuro y son una clara muestra del aún escaso conocimiento que se tiene acerca de los recursos geotérmicos existentes, de sus posibilidades de crecimiento y de las capacidades estimadas de nuevos prospectos a futuro, lo cual puede ser atribuído en parte a una inadecuada y prácticamente inexistente política de exploración geotérmica en el país hoy en día.

Cabe mencionar que una buena parte de los recursos geotérmicos de nuestro país está asociada a complejos volcánicos activos o con actividad geológicamente reciente, algunos ellos están asociados a domos volcánicos o a volcanes grandes dimensiones conocidos como calderas volcánicas. En estos volcanes la formación de un yacimiento geotérmico está asociada a la presencia activa de una fuente de calor, la cámara magmática residual, y un sistema hidrotermal durante un largo periodo de tiempo después de la formación de la caldera, lo que permite la circulación de fluidos hidrotermales que conllevan al sellado e impermeabilización de todo el sistema, favoreciendo así el establecimiento de complejos geotérmicos en su interior. Las condiciones particulares que permiten formar un yacimiento geotérmico están intimamente ligadas al sistema magmático y los procesos eruptivos que se manifiestan a través de complejos volcánicos silícicos. Es importante entonces conocer con detalle la estructura interna de esos volcanes, el origen de los fluidos geotérmicos y las estructuras que facilitan su transporte a la superficie terrestre.

Existe una diversidad de estudios y publicaciones sobre diferentes aspectos relacionados con el campo volcánico y geotérmico de Los Humeros, muchos de ellos reflejados en informes inéditos llevados a cabo por la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad. Sin embargo, la mayoría de ellos datan de los años 80`s y principios de los 90´s, y son la base de los modelos existentes en la actualidad, que es evidente requieren ser actualizados por estudios que incorporen las nuevas tecnologías y métodos, a fin de refinar las interpretaciones hasta ahora planteadas, esto incluye tanto a estudios geoquímicos, como geofísicos y geológicos. La resolución mejorada de los nuevos instrumentos proporcionará mayor precisión y calidad de los resultados, lo cual hará una gran diferencia en la aplicación de la ciencia a la exploración geotérmica.

Por lo que respecta a los estudios geológicos, la geología regional de la caldera de Los Humeros y áreas circundantes ha sido estudiada por diversos autores en estudios tanto a nivel regional (Negendank et al., 1985) como local, en donde se destacan los trabajos realizados los trabajos pioneros de Pérez-Reynoso (1979) y Yañez y García (1982) para la Comisión Federal de Electricidad (CFE), así como por Ferríz y Mahood (1984, 1987), quienes proponen la evolución general del complejo volcánico, basados en fechamientos radiométricos e información petrológica. Asimismo, existen numerosos reportes internos que proporcionan una documentación mas detallada de las estructuras (González-Morán y Suro, 1982) o la cartografía geológica de la caldera, a diferentes escalas, sobresaliendo los trabajos de De la Cruz (1983) y López (1995), siendo en éste último trabajo en donde se realiza una compilación cartográfica de la caldera y sus alrededores. Existen otras publicaciones más detalladas sobre el origen de la caldera han sido presentados más recientemente (Carrasco-Núñez y Branney, 2005; Carrasco-Núñez et al., 2002), en tanto que la geología del subsuelo ha sido descrita por Cedillo et al. (1994).

Existen numerosos estudios geoquímicos que documentan diferentes aspectos del campo (Verma and López, 1982; Verma, 1983; Verma, 1984; Verma et al., 1990; Tello-Hinojosa, 1992; Verma, 2000; Martínez-Serrano, 2002; Bienkowski et al., 2005) así com también algunos de tipo geofísico (Flores et al., 1978; Campos et al., 1992), o bien de tipo geohidrológico (González–Partida et al., 2001, Cedillo, 2000) o relacionado con el flujo térmico (Prol and González-Morán, 1982). A pesar de todas estas investigaciones, es evidente que los modelos evolutivos propuestos para la caldera de Los Humeros necesitan ser revisados, dada la complejidad structural y petrológica que presenta.

Un aspecto adicional que debe ser considerado es que tan reciente ha sido la actividad volcánica de Los Humeros, ya que algunas evidencias sugieren que es más reciente de lo que se ha reportado, lo cual hace necesario que se haga una evaluación del potencial de riesgo volcánico que pueda existir a futuro, aspecto que sera también considerado en este proyecto.

A pesar de la gran diversidad de estudios realizados en La caldera de Los Humeros, existe aún hoy en día un pobre conocimiento de su estructura y evolución geológica, debido a que la mayor parte de los trabajos publicados hasta la fecha no reportan descripciones detalladas sobre las secuencias piroclásticas que caracterizan las fases explosivas de la caldera, en donde se encuentra gran parte de la historia eruptiva de la caldera, y su relación con la historia magmática y el origen y la formación del yacimiento geotérmico. La escasez de este tipo de investigaciones conduce a un conocimiento incompleto y parcial de su evolución, lo que se traduce en un conocimiento pobre sobre su estructura interna, el funcionamiento del sistema magmático, y por ende, del sistema geotérmico asociado y como funcionará a futuro.

Justificación

La búsqueda de fuentes alternativas de energía motivada por el advenimiento de la crisis energética mundial, crea perspectivas interesantes para el fortalecimiento de fuentes renovables como la geotermia, que en México representa apenas entre el 2-3 % de la generación de energía eléctrica del país. La exploración geotérmica es uno de los rubros más importantes para el desarrollo de la Geotermia como fuente alternativa de energía, ya que de ella depende la identificación de áreas favorables para la selección de los sitios más adecuados para la perforación de pozos geotérmicos, encaminados a la explotación eficiente de este recurso energético. El grupo de investigadores del CGEO, y de otras instituciones académicas, se especializa en diversos campos de las geociencias que son estratégicos para la exploración, conjuntando las áreas geológicas, geoquímicas y geofísicas. La implementación de nuevos métodos de investigación aunados a los avances tecnológicos en materia analítica, permiten hoy en día proponer nuevas estrategias de exploración geotérmica que representan una innovación, de tal manera que se puede considerar que responden a las demandas de este proyecto.

Esta propuesta contempla un programa completo de exploración geotérmica en un área conocida, con lo cual será posible caracterizar de una manera integral al yacimiento geotérmico, incluyendo algunos aspectos relevantes como son: la naturaleza de las fuentes primarias de calor, su composición, estructura y evolución con el tiempo, las propiedades de los fluidos y su interacción con la roca encajonante, la estructura física del yacimiento en su conjunto, la permeabilidad para facilitar su ascenso a la superficie, etc.

En lo particular consideramos que muchos de estos parámetros no parecen ser adecuadamente determinados ya que deben estar soportados por modelos geológicos robustos, lo cual suele ser en general una de las mayores debilidades en la integración del modelo conceptual del yacimiento, que tiende dar más peso a los métodos geoquímicos y geofísicos convencionales. Al revisar las metodologías empleadas en trabajos exploratorios, se observa la carencia de aplicación de metodologías y conceptos modernos de vulcanología, que inciden en una incompleta e imprecisa determinación de ciertos parámetros críticos, información que al conjuntarse con la derivada de las áreas geoquímicas y geofísicas, se llega a traducir en resultados no siempre exitosos, que quizás no hayan considerado tantos éstas como otras metodologías de reciente aplicación, como es el propósito de este proyecto. Para ello se propone el desarrollo de un proyecto demostrativo, seleccionando para ello al campo volcánico de Los Humeros, actualmente en explotación, el cual se considera como un sitio estratégico para probar como el adecuado empleo de las metodologías propuestas puede generar resultados de mayor calidad y precisión que redunden en una optimización de los procedimientos utilizados para la prospección geotérmica, con la posibilidad de poder extrapolarlos a otros prospectos a futuro.

Objetivos y metas

Siguiendo el espíritu formulado para la creación del Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica, una de las políticas que deben ser implementadas de manera prioritaria para el desarrollo de la Geotermia, es sin duda la propuesta de un programa de exploración sólido que permita ampliar las posibilidades de expansión de futuros prospectos geotérmicos, así como de optimizar la producción de los campos geotérmicos ya existentes. La estrategia propuesta consiste en el desarrollo de un modelo integral de exploración que combine de manera estratégica las herramientas geológicas, geoquímicas y geofísicas necesarias, y que aproveche de una manera más efectiva los avances tecnológicos modernos, que permitan mejorar las metodologías de investigación y se constituyan en procedimientos innovadores para beneficio de la Geotermia.

En ese contexto, el objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un programa de explotación geotérmica integral para el área el campo volcánico de Los Humeros, que usado como un proyecto demostrativo permita mostrar las ventajas que puede representar el empleo de medologías modernas e innovadoras que, con la incorporación de nuevos marcos conceptuales, particularmente en el área de la Vulcanología, permita generar modelos conceptuales geotérmicos mas apropiados para la prospección geotérmica, basado en la adecuada integración de técnicas novedosas empleadas en las diferentes áreas geológicas, geoquímicas y geofísicas. La generación de estos modelos conceptuales es fundamental para la optimización de los procedimientos empleados actualmente para la exploración geotérmica, mediante el diseño de estrategias metodológicas que resultan de un apropiado análisis.

Otro objetivo importante de éste projecto será la evaluación del potencial de peligro volcánico que pudiera tener este centro volcánico basado en una documentación detallada de su actividad mas reciente. Este es un aspecto que no debe ser ignorado para garantizar una operación segura del campo.

El carácter innovador de este proyecto consiste en intentar mejorar las metodologías convencionales que han sido usadas en la exploración geotérmica, en este caso particular aplicándolas a Los Humeros. Adicionalmente, el uso de equipamientos del más alto nivel tecnológico permitirá generar resultados de mayor precisión y calidad, y darán mas certidumbre a las interpretaciones derivadas de ellos, aspecto de gran relevancia para dar sustento a los estudios de viabilidad de un prospecto geotérmico.

Número de proyecto

P05

Título de proyecto

Innovación en la aplicación de técnicas modernas de prospección geotérmica a partir de la integración de métodos geológicos, geoquímicos y geofísicos, caso de estudio del campo volcánico-geotérmico de Los Humeros

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Gerardo Carrasco Núñez

Institución

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, IPICYT

United States Geological Survey, USGS

University of Leicester

Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR