Exploración geotérmica de los complejos volcánicos de Cerritos Colorados, Acoculco y El Aguajito-La Reforma: estudios de vulcanología, estratigrafía, geoquímica y petrología experimental

Número de proyecto

P15

Título de proyecto

Exploración geotérmica de los complejos volcánicos de Cerritos Colorados, Acoculco y El Aguajito-La Reforma: estudios de vulcanología, estratigrafía, geoquímica y petrología experimental

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Giovanni Sosa Ceballos

Institución

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Antecedentes y justificación

La demanda alta de energía en las próximas décadas será un problema de carácter mundial. La búsqueda y utilización de energías que permitan un crecimiento sustentable y minimicen la alteración del entorno natural deberá ser una estrategia de carácter nacional en México. El aprovechamiento del calor interno de la Tierra es un método que ha generado energía eléctrica en México por décadas ubicándolo entre los primeros productores a nivel mundial (e.g., Azufres, Cerro Prieto, Los Humeros). El hecho de que una parte importante del territorio nacional se encuentre sobre una faja volcánica convierte a la Geotermia en una estrategia energética viable para las próximas décadas. En esta región del país se encuentran varios complejos volcánicos con un alto potencial geotérmico que no han sido completamente explorados, como son Cerritos Colorados en el Estado de Jalisco y Acoculco en el Estado de Puebla. La Comisión Federal de Electricidad (CFE) ha catalogado a Cerritos Colorados y a Acoculco como yacimientos de alta y baja entalpia, respectivamente. Además existen otras regiones en el país que también cuentan con un importante potencial geotérmico como es el complejo volcánico El Aguajito-La Reforma en Baja California Sur.

En este proyecto se plantea la actualización geológica de estos tres complejos volcánicos mediante la aplicación de nuevas metodologías para la exploración geotérmica. Estos estudios permitirán definir la evolucione de estos complejos volcánicos, la ubicación de la fuente de calor y del yacimiento geotérmico en el subsuelo, así como las zonas más propensas a ser explotadas en la actualidad. Con este fin se analizará, estudiará y reinterpretará toda la información geológica, geofísica y geoquímica de pozos para obtener un modelo conceptual. Durante los últimos cinco años, estas metodologías geológicas modernas se han aplicado con éxito al estudio de los yacimientos geotérmicos de Azufres, Cerro Prieto, Tres Vírgenes y Chichonal para la Comisión Federal de Electricidad. A continuación se presenta un resumen de los estudios previos en las zonas de estudio.

El campo de Cerritos Colorados en la Sierra de La Primavera, Jalisco, es un complejo volcánico-riolítico del Pleistoceno con una historia eruptiva entre 30,000 y 120,000 años (Mahood, 1980). La Sierra de La Primavera se encuentra a menos de 25 km al oeste de la Ciudad de Guadalajara y está formada por domos, lavas, flujos de ceniza y depósitos de caída intercalados con sedimentos lacustres. Hace aproximadamente 95,000 años ocurrió la erupción de la Toba Tala (Mahood, 1980), la cual catalizó el colapso de una caldera de aproximadamente 11 km de diámetro. Los sistemas de fallas en la Sierra de La Primavera se cree están relacionados al colapso de la caldera y al levantamiento producido por las últimas manifestaciones magmáticas. Esta deformación propició la generación de diferentes etapas de formación de domos y actualmente mantiene activo un sistema de degasificación y manantiales de agua caliente, ~65 °C (Mahood et al., 1983). Las manifestaciones geotérmicas en La Primavera motivaron a la CFE para perforar múltiples pozos en el centro y los alrededores de la Sierra. Las perforaciones han alcanzado hasta 2000 metros y se han encontrado temperaturas de hasta 307 °C (Mahood et al., 1983). Una característica común encontrada durante las perforaciones fue la alta complejidad y los problemas de pérdida de fluidos de perforación. Los problemas fueron asociados principalmente a la ocurrencia de la Toba Tala y su naturaleza granular y deleznable (Santoyo-Gutiérrez, et al., 1991).

Las sierras de Aguajito y la Reforma, ubicadas en el Estado de Baja California Sur, han sido desde hace varios años tema debate entre los investigadores. La Reforma forma parte del campo volcánico Plio-Cuaternario Tres Vírgenes-Aguajito-La Reforma, el cual es a la vez parte del vulcanismo syn-rift del margen oriental de Baja California que se ha estado desarrollando desde hace 12 Ma asociado a la apertura del GC (Hausback 1984). A pesar de estar asociado a la apertura del Golfo de México, este magmatismo representa el volcanismo más joven de tipo calcialcalino en la región. La caldera de La Reforma de edad Cuaternario 1.2 Ma (Sawlan, 1986; Schmidt, 1975), está localizada a 34 km al norte del pueblo de Santa Rosalía. Recientemente, la Gerencia de Estudios Geotermoeléctricos realizó el primer estudio detallado de la cartografía del Complejo Volcánico de Tres Vírgenes (Macías et al., 2011), sin embargo, este estudio no incluyó a la caldera de la Reforma y en parte a la caldera del Aguajito. En este trabajo, a través de técnicas de microanálisis se estableció que la profundidad de la cámara magmática que infrayace al Volcán La Virgen se encuentra entre 9-12 km, que se correlaciona muy bien con la sismicidad pasiva que ocurre entre 7 y 9 km de profundidad, y por ende se asocia a la ubicación del sistema geotérmico. Los únicos trabajos detallados que existían en la región eran aquellos de cartografía general y petrogénesis en el área corresponden al Complejo Volcánico Tres Vírgenes (Gastil et al., 1975, 1979; Sawlan, 1981, 1986, 1995; Demant, 1981; Macías et al.,. 2011). A pesar de los estudios detallados de las Tres Vírgenes no existe todavía un mapa geológico detallado de la caldera Reforma, ni una estratigrafía relativa y absoluta de la misma. En consecuencia, no se ha realizado una prospección geotérmica de la zona que permita evaluar de manera más precisa su potencial geotérmico. Con este fin se pretende realizar este estudio precisando su cronología eruptiva basada en una cartografía y estratigrafía vulcanológica detallada apoyada con fechamientos con el método de 40Ar/39Ar.

La zona geotérmica de Acoculco se ubica en el municipio de Chignahuapan, Estado de Puebla, a 85 km al NW de la ciudad de Puebla y a 65 km de distancia al SE de la ciudad de Pachuca Hgo. Los estudios de prospección geotérmica por parte de la CFE iniciaron con el mapa geológico de Acoculco por De la Cruz y Castillo-Hernández (1986) quienes sugirieron que la actividad geotérmica está relacionada a magmatismo. Le siguieron estudios de DC Schlumberger (Palma, 1987) y de la geoquímica de fluidos en manantiales (Tello-Hinojosa, 1986; 1987). Estos trabajos sirvieron para perforar el primer pozo exploratorio EAC1 en donde se midieron temperaturas superiores a los 200C a 2,000 m de profundidad (Gama et al., 1995). Estudios subsecuentes incluyeron diversos tipos de mediciones en el pozo (Tello-Hinojosa, 1994; Palma, 1995; García-Estrada, 1995), estudios geológicos (López-Hernández y Martínez, 1996), y estudios gravimétricos regionales (García-Estrada, 2000). Con la integración de esta información se propuso la localización de dos pozos (Gama et al., 1995); EAC-1 y EAC-2, alcanzando una profundidad de 1 810 y 1 900 m respectivamente, identificando una anomalía termal conductiva de 307-263 °C, de interés geotérmico, pero con la carencia de zonas permeables susceptibles de explotación, lo cual lo hace de interés para el desarrollo de los sistemas de Roca Seca Caliente.

De la síntesis anterior es evidente que a pesar de los estudios que se han realizado en los sitios de estudio, en la actualidad, no se cuenta todavía con un mapa vulcanológico detallado, tampoco se tiene una estratigrafía relativa y/o absoluta de los mismos dado que existe una limitada cantidad de fechamientos radiométricos. Posiblemente se obtenga un mapa vulcanológico y geoquímico este mismo año por parte de la CFE por lo que en este estudio se plantea refinar el estudio vulcanológico, petrológico y geoquímico integral de los complejos volcánicos que permita comprender mejor la estructura y ubicación del yacimiento geotérmico.

Justificación

Debido a su importancia para el desarrollo de energía geotérmica para el país, se requiere una evaluación detallada de los tres complejos volcánicos, la cual deberá ser desarrollada con técnicas de punta en geología, geofísica y geoquímica. Nuestra revisión de los estudios previos indica que existen muchos vacíos en la información geológica-petrológica-geoquímica-vulcanológica existente:

  • No existe una cartografía vulcanológica detallada de los complejos volcánicos de La Primavera y Reforma y por ende no existe una relación espacio temporal confiable. Tampoco existe un estudio estructural detallado que relacione las manifestaciones magmáticas con la deformación de la corteza.

Un estudio detallado de la cartografía y la estratigrafía permitirá conocer mejor las unidades factibles para perforación y ubicaría con mejor precisión todas las manifestaciones geotérmicas superficiales en al área de estudio. Actualmente no se cuenta con mapas geológicos para estos dos complejos, por lo tanto la interpretación y correlación de las unidades y estructuras del subsuelo no potencializan su real valor. La cartografía y estratigrafía a detalle asistidas por Sistemas de Información Geográfica nos permitirán ubicar de manera precisa las unidades volcánicas en tiempo y espacio. El estudio estructural regional podrá relacionar las fallas con los eventos magmáticos que formaron los anillos de domos y permitirá evaluar la alteración provocada por la ocurrencia de fluidos. El estudio geofísico permitirá definir con mayor precisión la ubicación del sistema geotérmico y su asociación con la estratigrafía del subsuelo en el caso de existir y con los estudios de petrología experimental por desarrollar.

  • Se conocen parcialmente las edades del magmatismo, pero no las edades del vulcanismo más joven, que en varios centros geotérmicos ha resultado ser inclusive de edad Holocénica.

La falta de fechamientos isotópicos no permite ubicar efectivamente la edad del magmatismo más joven, el cual podría estar asociado al sistema magmático que actualmente se manifiesta térmicamente en superficie. Los fechamientos han sido realizados hasta el momento son mediante el método de K-Ar. Se ha comprobado que el método Ar-Ar brinda mejores resultados, por lo tanto es necesario realizar una campaña de fechamientos con ésta técnica para ajustar las edades publicadas y aumentar el espectro cronológico de ambos complejos.

  • Se conoce parcialmente el quimismo de sus productos pero su diversidad y control no está basado en una cronología apoyada con suficientes fechamientos isotópicos.

Muy poco se sabe de la evolución magmática y de los procesos que han modificado los reservorios magmáticos a lo largo de la historia eruptiva de estos complejos. Esto es muy importante porque si la mezcla con magmas más calientes hubiera sido común y habría catalizado erupciones, esto significaría que la fuente de calor sería latente.

  • No se conocen de manera precisa las profundidades de almacenamiento de los magmas en los tres complejos volcánicos, de hecho, se conoce muy poco sobre sus condiciones pre-eruptivas (contenido de volátiles, presión, y temperatura).

El conocimiento del almacenamiento y la temperatura pre-eruptiva de los magmas más jóvenes es de mucha importancia. Por ejemplo, la perforación de pozos profundos en La Primavera invariablemente alcanza un horizonte de rocas intrusivas. Lo que no se sabe es si esas rocas intrusivas representan la cobertura del reservorio magmático y a qué profundidad está la fuente de calor. Con petrología experimental y técnicas analíticas para determinar la concentración de volátiles podremos estimar la profundidad del reservorio y la temperatura a la que estaba el magma antes de las erupciones. Por otro lado, este estudio petrológico será potenciado y validado con el análisis de la información geofísica existente (i.e. estudios de, sismicidad pasiva y magnetotelúricos etc.) de las zonas de estudio para que en su conjunto se pueda definir la profundidad del yacimiento geotérmico.

  • No se cuenta con modelos conceptuales de los yacimientos geotérmicos fundamentados en resultados más modernos de estratigrafía, geoquímica, y petrología experimental.

Los nuevos estudios de cartografía, estratigrafía, geoquímica, y petrología sentarán bases muy sólidas para la ubicación y potencial de los reservorios que alojaron los magmas más recientes y de los lugares más favorables para diseñar una campaña de perforación, como recientemente se ha demostrado su uso en los campos geotérmicos de los Azufres, Tres Vírgenes y Chichón (Macías et al., 2008; 2009; 2011). Así mismo, se revisará y reinterpretarán la información geológica y geofísica disponible en pozos. Si es necesario, se realizarán nuevos análisis de núcleos para obtener un modelo conceptual que integre el registro estratigráfico del subsuelo y superficie.

Objetivos y metas

El objetivo principal de este proyecto es llevar a cabo un estudio multidisciplinario de geociencias para el estudio de los complejos volcánicos de Cerritos Colorados, Acoculco y El Aguajito-La-Reforma que caracterice su evolución espacio temporal, estado de actividad, profundidad del reservorio magmático y ubicación del yacimiento geotérmico. Con esto estudios se pretende actualizar el mapa de estos complejos y definir su potencial geotérmico con la aplicación y desarrollo de nuevas metodologías geológicas en la exploración geotérmica en México. Con este fin y con la necesidad imperativa de formar especialistas en exploración geotérmica en México se promoverá la participación de estudiantes de licenciatura y posgrado en el proyecto. Problemas más especializados, contarán con la incorporación de posdoctorantes.

Estos objetivos se cumplirán al seguir los siguientes objetivos particulares:

  • Actualizar la cartografía y la estratigrafía detallada de las zonas de estudio con la ayuda de fechamientos isotópicos (40Ar/39Ar, U/Th y 14C).
  • Reinterpretar y correlacionar la estratigrafía superficial con la de subsuelo disponible en la literatura.
  • Determinar el arreglo estructural de la zona de estudio, las zonas de magmatismo más reciente y su relación con las manifestaciones hidrotermales.
  • Localizar las manifestaciones hidrotermales superficiales de los complejos volcánicos definiendo su origen y tipo.
  • Definir la petrología y evolución geoquímica de los complejos volcánicos.
  • Realizar la caracterización petrológica de fases cristalinas y vidrio, así como el desarrollo de experimentos de petrología que permitan interpretar el origen de las erupciones más jóvenes para determinar las zonas de ascenso y almacenamiento de los magmas (fuente de calor).
  • Definir la ubicación aproximada del yacimiento geotérmico estableciendo la roca encajonante y la zona de recarga.
  • Proponer un modelo conceptual de los yacimientos geotérmicos.
  • Fomentar la formación de recursos humanos de licenciatura, posgrado y posdoctorados capacitados en la geotermia.

Número de proyecto

P15

Título de proyecto

Exploración geotérmica de los complejos volcánicos de Cerritos Colorados, Acoculco y El Aguajito-La Reforma: estudios de vulcanología, estratigrafía, geoquímica y petrología experimental

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Giovanni Sosa Ceballos

Institución

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM