Estudio de fracturamiento-fallamiento y campo de deformación actual y modelos numéricos apoyados con sísmica y geofísica de exploración en los campos geotérmicos de Cuitzeo, Michoacán, Rancho Nuevo, Guanajuato, Las Derrumbadas, Puebla, y Volcán Tacaná, C

Número de proyecto

P17

Título de proyecto

Estudio de fracturamiento-fallamiento y campo de deformación actual y modelos numéricos apoyados con sísmica y geofísica de exploración en los campos geotérmicos de Cuitzeo, Michoacán, Rancho Nuevo, Guanajuato, Las Derrumbadas, Puebla y Volcán Tacaná, Chiapas

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Víctor Hugo Garduño Monroy

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Antecedentes y justificación

El CVTM tiene una distribución bastante homogénea con una dirección general E-O que se extiende por más de 900 km, desde las costas del Pacífico hasta las costas del Golfo de México (Fig. 1). El CVTM inició su formación hace 14 Ma (Mioceno) y sigue activo en la actualidad (Pasquaré et al., 1991, Ferrari et al 2012). Las rocas del Cinturón Volcánico comenzaron a ser afectadas por un sistema de fallas hace aproximadamente 12 Ma, la geometría del fallamiento respondió a un campo de esfuerzos de tipo extensivo (Mosser, 1972; Pasquare et al., 1987; Suter et al., 2001).

EL CVTM está emplazado sobre tres grandes bloques del basamento que se han formado por la fragmentación de la placa Norteamericana precisamente a la altura del CVTM, estos son el bloque Jalisco, el bloque Michoacán y el Bloque Guerrero (Johnson and Harrison 1990). El bloque Jalisco está delimitado por los grabens de Colima y Tepic-Zacoalco y la subducción de la Placa Rivera. El bloque Michoacán está delimitado al norte por el Sistema de Fallas Chapala-Oaxaca, al oeste por el graben de Colima y al sur por la subducción de la Placa de Cocos. El bloque Guerrero está delimitado al sur por el sistema de fallas Chapala-Oaxaca de orientación E-SE, formado por fallas laterales izquierdas. Al norte por el sistema Chapala-Tula formado por una serie de fallas orientadas E-O y NE-SO, muchas de ellas con evidencias de actividad sísmica reciente. Esta actividad ha sido registrada en Acambay en 1912, Ms=6.7 (Urbina y Camacho, 1913), Cardonal en 1976 Mw=5.1 (Suter et al, 1996), Maravatio en 1979 Mb= 5.3 (Astiz, 1980), y en Morelia 2007 Ms= 3.8. Todos estos sismos tienen epicentros en fallas con orientación E-O (Morelia-Acambay) con mecanismos focales transtensivos izquierdos, mostrando una dirección del campo de esfuerzos que varía de N0° a N328°. El vulcanismo del campo geotérmico de Los Azufres se encuentra dentro de este campo de esfuerzos regional (Pasquare et al., 1987; Suter et al., 1992; 1995; Garcia-Palomo et al., 2000; Ego y Ansan, 2002).

Localización de las zonas de estudio y datos geológicos

Las zonas de Cuitzeo Mich., Rancho Nuevo, Gto., y Las Derrumbadas, Puebla, se localizan dentro del Cinturón Volcánico Transmexicano (CVTM), la primera y segunda formando parte de las depresiones E-O y NE-SW del CVTM, mientras que el volcán Tacana se localiza en el estado de Chiapas y siendo parte del vulcanismo de la subducción en Centro América e influenciado por el sitema de fallas Tagua- Polochic (Fig. 1).


Fig. 1. Localización de las dos zonas de estudio, Cuitzeo y Cerritos Colorados en el contexto del CVTM

Desde el punto de vista regional los campos geotérmicos de Cuitzeo se encuentra localizados en la intersección de dos sistemas estructurales, por un lado el Sistema de Fallas E-W de Morelia Acambay (MAFS) y por el otro el sistema de fallas NNW-SSE de Taxco-Querétaro (TSMA), ambos juegan un papel básico en la región al definir la geometría del fracturamiento y fallamiento, distribución del vulcanismo y los procesos hidrotermales. El sistema de fallas y fracturas NO-SE es el más antiguo, afecta a las rocas del Mioceno y Oligoceno de la Sierra de Mil Cumbres y se correlaciona con el sistema de fallas Taxco-Querétaro (Figs. 2 y 3). El sistema de fallas y fracturas E-O es el más joven con generación de vulcanismo monogenético que corta aparatos volcánicos de 700 mil años de edad (Pleistoceno Temprano) en la región de Queréndaro. A continuación se realiza una descripción de estos dos sistemas en la región de estudio.

Sistema de estructuras NO-SE

En el mapa regional elaborado en este proyecto, se puede apreciar claramente, que la Sierra de Mil Cumbres y la Sierra del Fraile son dos secuencias volcánicas formadas de una serie de rocas que sobreyacen tanto a rocas vulcano-sedimentarias del Jurásico con metamorfismo de esquistos verdes, como a rocas vulcano-sedimentarias del Cretácico Superior-Eoceno (Capas Rojas) (Pasquare et al., 1991). Los fechamientos realizados en estas rocas extrusivas van desde 18 Ma hasta 7 Ma. Dentro de la secuencia extrusiva de Mil Cumbres observamos paquetes andesíticos formados por derrames y de brechas volcánicas de carácter andesítico y dacítico, se observan flujos piroclásticos bien soldados (ignimbritas) y productos de caída relacionados con estructuras caldéricas, éstos sobre todo en la región de Huajumbaro (La Venta) y en las presas de Pucuato y Sabaneta (detalles en el informe vulcanológico). Todas estas rocas están afectadas por estructuras NO-SE y N-S, a pesar de que su límite norte, está controlado por el sistema de fallas Morelia-Acambay de dirección E-O.

El análisis del mapa estructural regional de la zona de estudio resalta que las estructuras NO-SE controlan y desplazan a los graben y semigraben de Cuitzeo y Maravatío que tiene una orientación E-O. Hacia el oeste, la falla Tztzio-Valle de Santiago revela una componente lateral derecha, que se corrobora en cierta medida con la falla paralela de Huajumbaro-Zinapécuaro. El sistema NO-SE se pierde dentro del campo geotérmico de Los Azufres, sin embargo, reaparece al norte, entre los poblados de Maravatío y Ciudad Hidalgo, en una depresión lacustre que se manifiesta con el surgimiento de conos volcánicos monogenéticos. Por lo tanto, estas estructuras son las responsables de haber conformado la depresión de Maravatío-Ciudad Hidalgo, que en su flanco SO está limitada por la Sierra de Mil Cumbres y en su borde oriental por el alto de la Sierra de Chincua-Tlalpujahua.

Las zonas de estudio que se abordaran en este proyecto constituyen dos áreas que han sido poco desarrolladas desde el punto de vista geotérmico, en los primeros años (80’s) de la geotermia en México se intentó perforar el campo de Araro, sin embargo las técnicas de perforación y el bajo conocimiento respecto a donde se aloja el yacimiento geotérmico no permitieron su correcta explotación, siendo por ahora solo un aprovechamiento en la parte de salud y de recreación. Por otro lado en Cerritos Colorados, por la mala información a la sociedad e intereses de los que manejan los bienes raíces han logrado frenar el desarrollo de un campo geotérmico que podría ser el segundo campo geotérmicos de México, ello debido a que contiene todo el escenario para contar con un excelente campo geotérmico, como son una cámara magmática activa, una buen acuífero, excelentes estructuras y una actividad sísmica que mejoran el potencial del campo.

Sistema de estructuras E-O

Son las estructuras más claras tanto a nivel regional como en el campo geotérmico de Los Azufres. Regionalmente, conforman el graben de Cuitzeo al poniente y el de Maravatío al oriente, ambos separados por la depresión de Maravatío-Ciudad Hidalgo. La depresión de Cuitzeo está conformada por una serie de fallas normales que generan una rotación en todas las rocas del Mioceno y Pleistoceno, denotando la presencia de fallas lístricas que generan el basculamiento de bloques. Por el contrario, en Maravatío la depresión E-O no muestra fallas con geometría lístrica sino falla E-O con movimiento traslacional izquierdo.

En el borde norte del bloque que conforma la Sierra de Mil Cumbres, el fallamiento E-O Morelia-Acambay, permitió el emplazamiento de más de 10 conos monogenéticos (región de Queréndaro). Los aparatos y lavas extravasados a lo largo de la falla fueron afectados por movimientos posteriores de la misma, al menos después de 700 ka fecha encontrada en el vulcanismo de esta zona. En la región de Araro, se encuentra una secuencia lacustre con cerámicas prehispánicas, que fue levantada del nivel del lago actual por más de 20m, evidenciando un movimiento de las estructuras E-O durante tiempos históricos. Dentro del campo geotérmico de los Azufres, las estructuras E-O, más sobresalientes son las de Agua Fria y las de Maritaro. Estas dos fallas son estructuras que tienen continuidad con las fallas de Queréndaro y Araro, respectivamente. Las longitudes de los segmentos de estas fallas dentro del campo son de varios kilómetros con saltos de más de 200m. Tomando en cuenta sus longitudes se puede deducir una magnitud potencial para sismos futuros de 5 y 6 grados.

Del análisis del fracturamiento en el Modelo Digital de Terreno se obtiene que el fracturamiento más representativo de toda la zona de estudio varíe de N80° a N100°, lo que corrobora la dirección principal del fracturamiento reciente. Sin embargo, también se aprecian fracturas con dirección NNO-SSE y las NE-SO.

Sistema de estructuras NE-SO

Las estructuras NE-SO destacan dentro del CVTM y los bloques de Guerrero y Michoacán. En Michoacán son las responsables de la distribución espacial del vulcanismo monogenético del Corredor Tarasco, el cual llega a alinear en una sola estructura a más de 60 conos, con una orientación que varía de N35º a N45º. En la zona de estudio y principalmente en las rocas del Mioceno, estas estructuras tienen morfología de fallas normales. En la Sierra de Mil Cumbres, las fallas NE-SO se observan claramente, pero no denotan la geometría del tipo de falla. Estas estructuras también son visibles en la Sierra de Santa Inés, al norte del campo geotérmico. Por el contrario en el campo geotérmico de Los Azufres solo se observa con claridad un pequeño graben (Tejamaniles).

Este proyecto se justifica debido a que los campos geotérmicos de Cerritos Colorados y de Cuitzeo, se encuentra localizado del CVTM y que responden a la subducción de la placa de Cocos. Además de estar comprometidos con segmentos de fallas intraplaca que a su vez han y están generando una importante actividad sísmica. Toda esta deformación frágil y la actividad sísmica, seguramente le darán un mayor potencial geotérmico al fracturamiento que contiene a los diferentes yacimientos geotérmicos, el de Cuitzeo más asociado a fallas normales y el de Cerritos Colorados respondiendo a una caldera resurgente comprometida además con una tectónica activa que genera estructuras NO-SE.

La zona de Rancho Nuevo es una zona nueva que nace en abril del 2014 en las planicies del Bajío, al este de Celaya. Geológicamente se localiza en planicies que han sido formadas por dos sistemas importantes de fallamiento, el más claro es el NNW-SSE que forma parte del sistema de fallas Taxco Querétaro y que se trata de fallas normales con una componente derecha. En este sistema se distinguen dos zonas que son visibles tanto en anomalías magnéticas como en rasgos superficiales, al este en la ciudad de Querétaro son las fallas NNW-SSE que forman las depresiones y fallas de esa localidad y que están asociadas a los procesos de subsidencia creep falla tanto de Celaya como de Querétero. Hacia el oeste está la falla regional Tzitzio-Valle de Santigo, que hacia el sur se aprecia por ser una zona de ausencia de magmatismo en el CVTM, mientras que en el norte da lugar al vulcanismo de Valle de Santiago, formado por más de diez maars. Se trata de una manifectación puntual donde la actividad hidrotermal está hecha de agua, vapor, gases y material de alteración. Se miden hasta 92° C.

Las Derrumbadas corresponde a una zona geotérmica, ya explorada por la Gerencia de estudios Geotermoeléctricos, pero que en sus estudios de exploración de subsuelo resulto un campo de baja temperatura. Geologicamente se trata de un campo volcánico donde existen domos daciticos, volcanes de lava, conos de escoria y gran actividad de maars. Los domos daciticos son los más espectaculares en altura y se observa en ellos resurgencias acompañados de depósitos de avalanchas y flujos piroclásticos. .No obstante tener edades antiguas del Pleistoceno, existen fuertes indicios de que parte de este vulcanismo tenga edades del Holoceno.

El Volcán Tacana

El volcán Tacana se encuentra en la intersección de tres ambientes tectónicos, por un lado forma parte del arco volcánico de Centroamérica, donde la Placa de Cocos subduce por debajo de una placa que podría ser parte de la de Norteamérica, por otro el sistema de fallas de Motagua Polochic. Así el volcán Tacana podría estar dentro de una coña donde el campo de esfuerzos es complejo, paro más en un campo compresivo que le otorgan al volcán un índice de potencial sísmica alto, ya que la cámara magmática se encontraría en un estado de gran acumulación de energía.

El volcán tiene una altura de más de 4100msnm, el estratovolcán se levanta sobre un basamento Paleozoico, sobre el cual se desarrolla una serie de estratovolcanes que en muchos de los cosos terminaron por formar grandes edificios caldericos.

Desde el punto de vista geotérmicos los estudios de la gerencia de Proyectos geotermoelectricos y en especial lo de De La Cruz y Hernández (1985), mostraron un potencial geotérmico muy potencial. Sin embargo no existe por ahora ningún estudio que ayude a entender la relación entre el vulcanismo y el fallamiento.

Objetivos y metas

Realizar un estudio del fracturamiento y fallamiento para definir la geometría de ellos y los campos de esfuerzos que se encuentran asociados a los yacimientos geotérmicos de la zona de Cuitzeo (Yacimiento de Baja entalpia), Las Derrumbadas, Rancho Nuevo y Volcán Tacana.

Número de proyecto

P17

Título de proyecto

Estudio de fracturamiento-fallamiento y campo de deformación actual y modelos numéricos apoyados con sísmica y geofísica de exploración en los campos geotérmicos de Cuitzeo, Michoacán, Rancho Nuevo, Guanajuato, Las Derrumbadas, Puebla y Volcán Tacaná, Chiapas

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Víctor Hugo Garduño Monroy

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM