Exploración sísmica pasiva y magnetotelúrica en los campos geotérmicos de Tulancingo-Acoculco y Volcán Ceboruco

Número de proyecto

P24

Título de proyecto

Exploración sísmica pasiva y magnetotelúrica en los campos geotérmicos de Tulancingo-Acoculco y Volcán Ceboruco

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Francisco Javier Núñez Cornú

Institución

Centro de Sismología y Volcanología de Occidente, Universidad de Guadalajara, UDG

Instituciones y/o empresas asociadas

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Goethe Universitat Frankfurt am Main, Alemania

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, CICESE

Universidad de Granada, España

Universidad de Lisboa, Portugal

Antecedentes y justificación

El presente proyecto constituye una propuesta a ser desarrollada dentro del portafolio de proyectos del Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (CEMIE-Geo) dentro de la convocatoria CONACYT – SENER – SUSTENTABILIDAD ENERGÉTICA – 2013 – 01.

De acuerdo a la Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética, la proyección en el uso de energías renovables hecha para el año 2026 en México debe alcanzar el 35% en la generación de electricidad por medio de energías clasificadas como limpias. De entre las energías renovables que se consideran en el Plan de Desarrollo se encuentra la energía geotérmica, la cual ha sido explotada en el país por más de 50 años. En la actualidad la energía geotérmica representa casi 1 GW de la potencia eléctrica generada por CFE. Existen estimaciones preliminares que México tiene un potencial de explotación de potencia geotérmica de hasta 24.7 GW. Estos valores hacen clara la necesidad de invertir en desarrollos geotérmicos.

En este proyecto estratégico se pretenden cubrir los objetivos del CEMIE-Geo con proyectos de campo demostrativos en las zonas geotérmicas de Tulancingo-Acoculco y Volcán Ceboruco. Estos campos geotérmicos han sido objeto de estudios geológicos, geoquímicos y geofísicos previos. Sin embargo, se han recomendado que los estudios de estas zonas sean complementados con más estudios geofísicos.

Motivación

Uno de los pasos prominentes en un programa de evaluación geotérmica en una zona local consiste en la aplicación de algunas técnicas de exploración geofísica, geológica y geoquímica designadas para localizar reservorios específicos. Estas técnicas de exploración detectan la presencia de inhomogeneidades en las propiedades físicas del subsuelo, que pueden ser medidas como anomalías medibles desde la superficie.

Algunos de los parámetros físicos susceptibles a ser medidos incluyen la temperatura, conductividad eléctrica, las propiedades elásticas, densidad y susceptibilidad magnética. Las anomalías de estas propiedades proporcionan información valiosa en el tamaño, forma y profundidad de las estructuras geológicas que constituyen un reservorio geométrico, y algunas veces de la fuente de calor. Muchos de los objetivos en la exploración geotérmica pueden ser alcanzados por medio de los métodos geofísicos. Las prospecciones geofísicas están destinadas a obtener indirectamente, de la superficie o a profundidades someras, los parámetros físicos de los sistemas geotérmicos.

En un sistema geotérmico existen cuatro elementos principales: una fuente de calor, un reservorio, un fluido, y un área de recargamiento. La fuente de calor es generalmente un cuerpo magmático somero, muchas veces parcialmente fundido. El volumen de rocas de donde el calor puede ser extraído es llamado reservorio geotérmico. Un reservorio geotérmico está usualmente rodeado de rocas más frías que están conectadas hidráulicamente al reservorio. De este modo el agua se puede mover de las rocas frías, externas al reservorio, hacia él, donde los fluidos calientes se mueven bajo la influencia de fuerzas boyantes hacia el área de descarga.

Antecedentes

Un proyecto de explotación geotérmica no puede ser desarrollado sin una etapa previa de exploración. El potencial de explotación y los riesgos económicos que se pueden evaluar dependen mucho de esta etapa. La exploración geotérmica es una herramienta para determinar si un área es rentable para un desarrollo geotérmico y para localizar los lugares de perforación, Es por eso que hasta un 42% del costo de un proyecto geotérmico son destinados a exploración con una duración de 2 a 3 años. Es importante resaltar que la exploración geotérmica reduce los riesgos económicos de un plan de explotación geotérmica, más no los elimina. Los objetivos principales radican en la determinación del tamaño del cuerpo geotérmico, así como su forma, estructura y características físicas.

El campo geotérmico del Volcán Ceboruco se encuentra localizado en el Cinturón Volcánico Mexicano. La última erupción a gran escala ocurrió en 1875, pero ha seguido registrando actividad sísmica y expresiones termales hasta hoy en día.Este campo geotérmico ha sido objeto de estudios geológicos, geoquímicos y geofísicos por parte de CFE, además de haber perforado algunos pozos exploratorios profundos de hasta 2800 m.Sin embargo, no encontraron temperaturas superiores a 115° en las perforaciones. Sin embargo, el potencial preliminar se estima de alrededor de74 MW en un área no mayor a 10 km2. En los últimos años el Volcán Ceboruco ha sido objeto de estudio sísmico por parte de la Universidad de Guadalajara y se cuenta con un registro de la sismicidad reciente y una red sísmica que transmite en tiempo real. Se espera que con las nuevas técnicas se puedan determinar lugares aptos para perforación.

La Caldera de la Primavera al igual que el Volcán Ceboruco se encuentra también en el Cinturón Volcánico Mexicano y en el pasado fue estudiada por la Comisión Federal de Electricidad y es uno de los proyectos prioritarios para explotación geotérmica por parte de CFE. La aplicación de nuevas técnicas de prospección geofísica permitirá comparar y/o complementar los estudios existentes permitiendo un aprovechamiento más eficiente de los recursos geotérmicos.

Estudio del estado de la técnica

Las técnicas de exploración geotérmicas han mostrado un crecimiento significativo las tres últimas décadas, sobre todo por el crecimiento en el poder computacional. Algunas de ellas muestran avances significativos y otras están en proceso de desarrollo. Sin embargo, existe el consenso que las técnicas geofísicas deben mejorar sobre todo en resolución, confiabilidad y reducción de ruido en las exploraciones. Muchas de las técnicas de exploración geotérmicas han sido adoptadas de la exploración de otros recursos naturales, tales como el petróleo o minerales. Sin embargo, los campos geotérmicos poseen características especiales diferentes de otros entornos que algunas veces hacen que la aplicación de estas técnicas no sea tan directa. Estas observaciones muestran la necesidad que estudios en las técnicas de exploración geotérmica deben ser desarrollados.

Mucho del esfuerzo en las últimas tres décadas ha sido enfocado en el uso de modelos tridimensionales para interpretar los datos geofísicos. Sin embargo, estos siguen siendo computacionalmente costosos y se suele simplificar la complejidad del sistema con modelos bidimensionales e inclusive unidimensionales. Los modelos tridimensionales han evolucionado mucho con el avance del poder computacional y se esperan imágenes completas y computacionalmente eficientes para los próximos años. En particular, la técnica “Imaging” pretende localizar y representar gráficamente anomalías de la estructura de la velocidad de ondas sísmicas dentro del volumen de una región de interés. Las variaciones de velocidad sísmica que se pretende identificar en el estudio tienen su manifestación principal en el proceso dispersivo de las ondas sísmicas, en este caso ondas superficiales de Rayleigh.

Objetivos y metas

Crear una infraestructura física y humana capaz de desarrollar estudios de exploración geofísica y proponer nuevas soluciones a la problemática de análisis, manejo y procesamiento de datos geofísicos. Las áreas específicas de estudio son la región de Tulancingo-Acoculco, en el estado de Hidalgo; Volcán Ceboruco y Graben de Compostela en el estado de Nayarit; y la zona de Hervores de la Vega en Jalisco. Estas zonas son elegidas en base a sus características especiales y a la necesidad de estudios geofísicos adicionales.

Objetivos Particulares

Objetivo 1. Exploración utilizando sísmica pasiva. Tener la capacidad de desarrollar exploración sísmica pasiva. Con datos de estudios de campo determinar la sismicidad para un arreglo local de duración corta. Determinación de los modelos de velocidades sísmicas del área prospecto. Soluciones de falla plana para la microsismicidad. Estimación de la tasa de Poisson. Desarrollar un método tomográfico para la determinación de zonas de baja velocidad.

Metas:

  • a) Incorporar nuevos investigadores al SisVOc en el área de estudios de la estructura de corteza, en particular Geofísica Aplicada. Se tiene como meta integrar al menos 4 investigadores (Permanente a lo largo del Proyecto).
  • b) Contratar asistentes de investigación o técnicos para apoyar las labores en los Proyectos de Investigación.

Objetivo 2. Exploración utilizando método magnetotelúrico. Desarrollar las técnicas para hacer estudios magnetotelúricos de banda ancha y correlacionar los resultados obtenidos con modelos obtenidos con datos sísmicos. De ser necesario se contempla la utilización de otros métodos geofísicos de exploración.

Metas:

  • a) Adquirir equipo para mediciones de campo magnético.
  • b) Adquirir equipo para mediciones de campo eléctrico.
  • c) Adquirir equipo para mediciones magnetotelúricas.
  • d) Adquirir equipo para estudios de sísmica somera y tomografía sísmica.
  • e) Adquirir equipo para estudios geodésicos de alta precisión.
  • f) Calibrar los instrumentos adquiridos.
  • g) Adquirir software y herramientas de programación especializadas.
  • h) Mantenimiento y reparación (en su caso) de equipos.

Objetivo 3. Formación de recursos humanos. Entrenar y capacitar a los recursos humanos actuales y a las futuras generaciones de geofísicos de exploración desde la licenciatura, maestría, doctorado y posdoctorado.

Metas:

  • a) Dar difusión al Programa de posgrado para incrementar la Matrícula (Permanente a lo largo del Proyecto).
  • b) Alentar a los estudiantes a realizar tesis en temas relacionados con la geotermia (Permanente a lo largo del Proyecto).
  • c) Realizar talleres, programas de movilidad e intercambio y cursos para investigadores, técnicos y estudiantes (Permanente a lo largo del Proyecto).

Objetivo 4. Realizar proyectos de campo demostrativos en el Volcán Ceboruco y la Caldera de la Primavera. Se realizarán estudios utilizando técnicas nuevas o recién desarrolladas utilizando nuevos instrumentos con más resolución, lo que permitirá, por una parte, entrenar y actualizar a investigadores y estudiantes en el uso de nuevos instrumentos y métodos de análisis, y por otra parte comparar los resultados con los obtenidos en estudios previos realizados ya hace algún tiempo.

Metas:

  • a) Realizar estudios de sismicidad en las estructuras volcánicas.
  • b) Realizar estudios de gravimetría y magnetismo.
  • c) Realizar estudios de tomografía sísmica.
  • d) Realizar estudios magnetotelúricos.
  • e) Realizar un levantamiento geodésico de precisión.
  • f) Obtener modelos preliminares de los yacimientos geotérmicos.
  • g) Comparar con los modelos previos de dichos yacimientos disponibles.

Número de proyecto

P24

Título de proyecto

Exploración sísmica pasiva y magnetotelúrica en los campos geotérmicos de Volcán Ceboruco y La Caldera de la Primavera

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Francisco Javier Núñez Cornú

Institución

Centro de Sismología y Volcanología de Occidente, Universidad de Guadalajara, UDG

Instituciones y/o empresas asociadas

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Goethe Universitat Frankfurt am Main, Alemania

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, CICESE

Universidad de Granada, España

Universidad de Lisboa, Portugal