Embed Size (px)
Citation preview
Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016
Memorias
Análisis de datos magnéticos como herramienta en la búsqueda de
Sistemas Geotérmicos
Elizabeth Rivera Calderón.
Unidad Académica de Ciencias de la Tierra de la UAGro.
Programa de verano de la AMC.
Área en la que participa: I Físico-Matemáticas y Ciencias de la Tierra.
Dr. Victor Hugo Garduño Monroy.
Profesor-Investigador de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Resumen
La geotermia es referida como la energía que se deriva del calor natural existente en el interior de
la Tierra. La mayoría de éste calor interno es derivado principalmente de la desintegración de los
isotopos radiactivos 238U y 235U, 232Th y 40K. La demanda de energía limpia de la actualidad abre
la posibilidad de aprovechar otras fuentes de energía como la energía geotérmica. El Lago de
Cuitzeo, localizado al norte de la ciudad de Morelia, entre los límites de los estados de Michoacán
y Guanajuato, México. Destaca entre los sitios de interés para la prospección Geotérmica por la
evidencia de manifestaciones hidrotermales en las localidades de San Agustín del Maíz, San Juan
Benito Juárez, Araró y San Agustín del Pulque. Este yacimiento se ubica geológicamente en el
sector central de la Faja Volcánica Transmexicana y dentro del Campo Volcánico Michoacán
Guanajuato y es afectado por el Sistema de Fallas Morelia- Acambay con estructuras de direcciones
preferenciales E-W.
El método de magnetometría es una técnica basada en la medida y estudio de las variaciones del
campo magnético terrestre. Estas variaciones, son debidas a la existencia de diferente
susceptibtibiliadades magnéticas en las rocas y que, por tal motivo, contribuyen a modificar el
campo magnético terrestre. Estas modificaciones permiten identificar posibles fuentes de calor para
las manantiales de agua caliente en el Lago de Cuitzeo. Se presentan los resultados parciales de la
prospección magnética y las conclusiones preliminares de la investigación.
Palabras Clave: Geotermia, Magnetometría, Campo magnético, manifestación hidrotermal.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Introducción
En el presente siglo es evidente la creciente demanda de energía a nivel mundial y el
acelerado proceso de extracción de los recursos del petróleo con efectos negativos, tanto en los
costos de producción como en el agotamiento de sus reservas y su impacto ambiental, reflejado en
la crecimiento del efecto invernadero, estas han sido algunas de las razones que impulsan la
búsqueda de energías alternativas renovables que den solución al constante requerimiento de
energía de las sociedades.
Dentro de las Energías Renovables (ER) de gran importancia encontramos: la energía solar, eólica,
biomasa, mareomotriz y geotérmica. El desarrollo tecnológico y sustentable de éstas ER ayudará
en el futuro a satisfacer las necesidades y retos energéticos del mundo.
En éste abanico de ER, la energía geotérmica o geotermia ha mostrado una mayor madurez
tecnológica con un importante apoyo al desarrollo sustentable de la humanidad. La explotación de
la geotermia ha sido también impulsada por sus ventajas frente a otras ER, tratándose de una
energía estable, guardada en el subsuelo y no influenciada por la estación del año y la variación
diurna
La geotermia es referida como la energía que se deriva del calor natural existente en el interior de
la Tierra. La mayor parte de este calor se genera a partir de material fundido llamado magma (que
ascienden hasta la superficie o se queda emplazado como cámaras magmáticas o cuerpos
plutónicos. Las fuentes principales son el calor remanente, el decaimiento de elementos radiactivos
K, Th. La mayoría del magma producido en la Tierra no llega a la superficie, sino que tiende
acumularse a profundidades entre 5 y 10 km, en donde suele calentar grandes regiones de roca o
reservorios de fluidos confinados, los cuales dan origen a la formación de los sistemas geotérmicos
(Armstead, 1983; Dickson & Fanelli, 2005). Desde un punto de vista práctico, se denomina energía
geotérmica o simplemente geotermia al estudio y utilización de la energía térmica que, transportada
a través de la roca y/o de fluidos, se desplaza desde el interior de la corteza terrestre hacia los
niveles superficiales de la misma (Dickson & Fanelli, 2005). Esta energía produce en la superficie
terrestre impresionantes manifestaciones tales como fumarolas, manantiales termales, géiseres, así
como la manifestación más extraordinaria de todas: los volcanes. Para aprovechar éstas zonas se
realizan trabajos de exploración que permitan conocer las características de dichos reservorios. Los
objetivos perseguidos durante este trabajo, es la prospección del subsuelo a través del método
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
magnético en la búsqueda de posibles fuentes de calor para el yacimiento geotérmico en el área
centro del Lago de Cuitzeo al norte de la ciudad de Morelia en el estado de Michoacán, México.
Materiales y Métodos
El área de estudio pertenece a una porción central del Lago de Cuitzeo, localizado
geográficamente al norte de la ciudad de Morelia, entre los límites de los estados de Michoacán y
Guanajuato, en la parte central de México. A su vez está situado en el Campo Volcánico
Michoacán-Guanajuato en la región volcánica de la meseta Tarasca al Norte de Michoacán
(Garduño, 2009), se formó dentro de una cuenca tectónica y forma parte del sector central de la
Faja Volcánica Transmexicana. La deformación tectónica del área está asociada a la dominancia
del Sistema de Fallas Morelia Acambay con orientación E-W (Garduño, 2009), y la presencia de
fallas de dirección NNW-SSE pertenecientes al Sistema de Fallas Tzitzio-Valle de Santiago. Las
rocas que afloran en el sitio consisten en andesitas, domos de dacitas y riolitas, depósitos de
ignimbritas, basaltos, depósitos piroclásticos, lacustres y superficiales (Pasquarè, 1991). Existiendo
evidencias de manifestaciones hidrotermales en los poblados de San Agustín del Maíz, San Juan
Benito Juárez, San Agustín del Pulque.
Para realizar los estudios de exploración geotérmica en éste sitio fue utilizado el método de
prospección magnética o mejor conocido como magnetometría. El cual es una técnica basada en
la medida y estudio de las variaciones del campo magnético terrestre, obteniéndose medidas
del valor total del campo magnético o bien, opcionalmente, del gradiente de dicho campo
magnético. Estas variaciones, son debidas a la presencia de rocas con diferentes susceptibilidades
magnéticas y que, por tal motivo, contribuyen a modificar el campo magnético terrestre en su
entorno. Estas son las características que nos ayudarán a identificar posibles anomalías en el área
del Lago de Cuitzeo.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Magnetómetro
Para realizar éste método fue utilizado como instrumento un Magnetómetro de Precesión de
Protones modelo G-857 de Geometrics. El sensor del magnetómetro de precesión de protones
consiste en un contenedor relleno de un fluido rico en átomos de hidrógeno, como queroseno o
agua, rodeado por una bobina. Los protones de hidrógeno actúan como pequeños dipolos y
normalmente se alinean paralelos al campo geomagnético (Be). Se hace pasar una corriente a través
de la bobina para generar un campo magnético Bp, 50 a 100 veces mayor al campo geomagnético,
y en una dirección diferente, causando a los protones alinearse en una nueva dirección. (Kearey,
2002 en Escorza, 2010).
El paso de la corriente en la bobina es cortado, siendo eliminado rápidamente el campo de
polarización, lo que produce que los protones regresen a su posición original y se alineen
nuevamente con el campo Be en un movimiento de espiral o precesión en fase alrededor de su
dirección. (Escorza, 2010).
La precesión de los protones genera una pequeña señal en la bobina para polarizarlos con una
frecuencia que es proporcional a la intensidad total del campo magnético y que es independiente
de la orientación de la bobina, con un periodo de 0.5, tomándoles a los protones de 1 a 3 segundos
conseguir su orientación original (Reford y Sumner, 1964 en Escorza, 2010).
La frecuencia f de ésta precesión está dada por:
Donde Yp es el factor giromagnético del protón, una constante cuyo valor es conocido. En
consecuencia, las mediciones de f a ~ 2 kHz (Kearey, 2002 en Escorza, 2010). Proporcionan una
medida aproximada de la intensidad del campo geomagnético total; f se determina midiendo el
voltaje alternante de la misma frecuencia inducido para fluir en la bobina debido a la precesión de
los protones. Los instrumentos de este tipo proporcionan mediciones del campo magnético total
con una precisión de 0.1 nano Teslas (nT). (Véase Fig. 1).
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Metodología
El procedimiento empleado para la realización de la prospección en el Lago consistió en utilizar el
magnetómetro en intervalos de distancia aproximadamente constante de 200 metros a lo largo de
una línea denominada perfil, previamente trazada a través del software MagLog v.3.43. Las líneas
de perfil fueron creadas con el objetivo de crear una red de puntos uniforme que permita la creación
de mapas de intensidad magnética para el área, a manera que al ser procesados, puedan generar una
conexión de Isolíneas que den como resultado un mapa de anomalía de campo magnético.
Fig. 1. Magnetómetro de Precesión de Protones utilizado en campo, durante la adquisición de datos. Fuente:
(Elaboración propia).
Los datos fueron adquiridos tomando en consideración una distancia > 20 m de fuentes de ruido
antropogénicas que puedan generar un campo magnético de gran magnitud. (Cables de alta tensión,
casas, tuberías de metal, entre otros). Así mismo, el operador del equipo es despojado de la mayor
cantidad de fuentes magnéticas como dispositivos electrónicos, llaves, gafas y otros objetos que
pudieran generan un campo magnético.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Correcciones de los datos y aplicación de filtros.
En un levantamiento magnético las mediciones del campo total involucran una suma de
contribuciones internas y externas a la Tierra. Con el objetivo de obtener una anomalía
magnetométrica que nos proporcione únicamente información de la contribución de la corteza, y
más específicamente de la distribución de los minerales magnéticos en ella, es necesario eliminar
la aportación del campo magnético del núcleo, así como las fuentes de campo magnético externas.
Existen distintas correcciones que es necesario aplicar a los datos de campo magnético medidos,
pero a continuación sólo se mencionan las más significativas para el presente estudio.
Corrección por Variación Diurna
El campo geomagnético tiene variaciones de intensidad en el transcurso del día, las cuales deben
ser eliminadas. El método más sencillo para eliminar éstas variaciones, consiste en registrar el
campo geomagnético en la misma dirección y en un mismo punto a partir de un magnetómetro base
cercano al lugar de estudio (no mayor a 200 km de distancia), durante un periodo mayor o igual a
24 horas en intervalos iguales de tiempo (Breiner, 1973 en Escorza, 2010). Los datos usados para
esta corrección corresponden al observatorio magnético de Teoloyucan, Edo de México.
Si una curva suave en función del tiempo puede ser ajustada a las lecturas de la base, entonces estos
valores pueden ser sustraídos o adicionados de otras lecturas tomando en consideración la hora en
que fueron adquiridas estas últimas mediciones. Así entonces, se examinan los valores del campo
en la base geomagnética y se elige a uno de ellos como referencia (V referencia). Después, teniendo
la hora en la que se realizaron las mediciones de las estaciones de cada perfil, se busca el valor que
corresponda en la base a dicha hora (V base) y se realiza la siguiente diferencia:
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Modelo del Campo Global (IGRF)
Debido a que el campo magnético generado por el núcleo es casi siempre más grande que el de la
geología de la corteza, y como este tiene un gradiente significativo en muchas partes de la Tierra,
es deseable remover un modelo del campo magnético global a los datos, antes de iniciar con el
procesamiento. El modelo más usado hoy en día es el IGRF 14, siglas en inglés para denominar al
Campo de Referencia Geomagnético Internacional. El IGRF es calculado para los coeficientes de
Gauss de orden y grado 10, debido a que se considera que estos pocos términos representan en gran
parte el campo magnético generado por el núcleo (Nabighian, 2005 en Escorza, 2010).
El IGRF es actualizado cada 5 años e incluye los coeficientes para predecir el campo producido
por el núcleo para un futuro inmediato, suponiendo que cada coeficiente cambia linealmente en el
tiempo. Al eliminar la contribución del campo magnético del núcleo, la información restante nos
proporciona de manera aproximada la contribución del campo magnético de la corteza. Así
entonces, el campo que resulta de eliminar los efectos o contribuciones de la variación diurna y la
resta del IGRF, es producto de la distribución de los minerales magnéticos en la corteza (20-30
km), y se le denomina anomalía del campo magnético (Escorza, 2010).
Filtrado matemático de las Anomalías Magnéticas
Las anomalías magnéticas contienen la suma de los efectos de distintas fuentes (cuerpos someros,
intermedios, profundos, fuentes de ruido, etc.) y el proceso de filtrado nos permite separar los
efectos de cada de una de estas aportaciones. Existen diversos filtros con distintos objetivos, pero
su propósito general es realzar las anomalías de interés para obtener información preliminar de la
localización de la fuente. A continuación, se presenta una breve descripción de distintos procesos
de filtrado.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Continuación Ascendente
La continuación ascendente transforma el campo potencial medido en una superficie, al campo que
sería medido en otra superficie más lejana a la fuente. Esta transformación atenúa las anomalías
respecto a la longitud de onda y degrada los datos medidos con la finalidad de poder acentuar
anomalías originadas por cuerpos profundos, suprimiendo el efecto de los cuerpos someros. El
proceso de continuación ascendente es utilizado como herramienta para comparar e incluso unificar
levantamientos aeromagnéticos que se han realizado a distintas altitudes. (Escorza, 2010)
Reducción Al Polo
Las anomalías gravimétricas suelen situarse justo encima del cuerpo causativo, pero en
magnetometría no sucede lo mismo. Una distribución uniforme de material magnético producirá
una anomalía sesgada si el campo magnético inductor no es vertical (Blakely, 1996 en Escorza,
2010). La reducción al polo es un procedimiento matemático que transforma una anomalía medida
bajo cualquier dirección de campo magnético, en aquella que sería medida bajo un campo vertical.
Así, las anomalías magnéticas serán reubicadas sobre sus respectivos cuerpos causativos y los
cuerpos simétricos producirán anomalías simétricas (Bevan, 2006 en Escorza, 2010).
Datos de inclinación y declinación utilizados en este trabajo son: Declinación: 5.6815 Inclinación:
47.4204 calculado a través de la calculadora de campo magnético de NOAA
Anomalía Regional y Residual
Para la interpretación de las anomalías magnéticas es necesaria la separación de las variaciones
regionales de las variaciones locales. La separación de las anomalías se realiza a través de distintos
métodos, como el ajuste polinomial a la tendencia regional que es sustraída a la anomalía, dando
como resultado la anomalía residual; y otros de mayor complejidad como los filtros pasa-bandas a
distintas frecuencias (Nabighian, 2005 en Escorza, 2010). El método utilizado en el caso de
estudio, fue la aplicación de continuaciones ascendentes a diferentes alturas. La anomalía residual
realza los cuerpos someros que han sido enmascaradas por los efectos regionales, en la anomalía
magnética.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Resultados
Los datos obtenidos de los levantamientos de campo en los perfiles trazados se analizaron,
procesaron y fueron graficados en función de suposición geográfica a lo largo de cada una de las
líneas para obtener mapas de anomalías magnéticas a través de la interpolación de los datos con el
método de kriging, usando el software Oasis Montaj v. 8.3.3.
Fig. 2. Imagen del software utilizado para el procesamiento de datos en el método de magnetometría de
nuestro proyecto. Fuente: (Elaboración propia).
Fig. 3. a) Mapa de anomalías de campo magnéticos reducida al polo continuado ascendentemente 200 m, registradas
en el Lago de Cuitzeo, Michoacán, b) Se observa una roseta de las direcciones principales de las aerolineamientos
identificados en el sitio de estudio que han sido marcadas en mapa. Fuente: Elaboración propia.
a
b
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
En la figura 3a se observa el mapa de anomalía de campo magnético continuada ascendentemente
a 200 m, en el que destacan dos anomalías positivas principales. La primera en colores rojos a
rosas muestra una anomalía positiva distribuida en una gran porción del área central del Lago, con
valores de ~ 443-701 nT. Esta anomalía positiva no corresponde a ningún rasgo topográfico por lo
que podría asociarse a efectos de un posible cuerpo plutónico.
La segunda anomalía de menor tamaño se localiza al sur en colores rojos a rosas, con una anomalía
cuyos valores tienen una promedio de 259-700 nT; esta anomalía es producida por la alta
magnetización de los flujos andesíticos-basálticos provenientes de un cono de escoria situado en el
área.
A través de las anomalías magnéticas obtenidas sobre el Lago, se ha podido marcar las estructuras
geológicas más importantes observables en las zonas donde se ha identificado grandes gradientes
horizontales y se resaltaron en líneas punteadas siguiendo el trazo de su dirección. En la roseta que
se encuentra en la Figura 3b, podemos observar la tendencia de su orientación de dichas estructuras
NE – SW y un dominio menor en dirección NW – SE.
Fig. 4. a) Mapa de anomalías magnéticas reducida al polo continuado ascendentemente a 1000 m, registradas en el
Lago de Cuitzeo, Michoacán, b) Se observa una roseta de las direcciones principales de las estructuras geológicas
dominantes en el sitio de estudio que han sido marcadas en mapa. Fuente: Elaboración propia.
a
b
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Con la finalidad de obtener mayor información que pueda ser utilizable se realizó el mapa de
continuación ascendente a 1000 m, donde se resalta la importancia de las anomalías magnéticas
identificadas en el área a través del mapa de la Fig 4a, debido a que ésta continuación ascendente,
muestra la proyección de estas estructuras a una profundidad mayor.
Dentro de las diferencias más notables que encontramos en comparación con el mapa observado
en la Fig. 3a son, que las respuestas magnéticas permiten identificar sólo dos zonas de anomalías
positivas en colores rojos a rosas. Con valores dentro de un rango de ~117 a 274 nT. , En éste
mapa es posible resaltar y definir las estructuras geológicas que se marcan como aerolineamientos
y los contornos de la geometría de los cuerpos con mejor resolución, (Ver fig. 4a).
La identificación de las estructuras geológicas más importantes, son observables en las zonas
grandes gradientes horizontales. Estos límites fueron se resaltados en líneas punteadas. En la roseta
que se encuentra en la Figura 4b, podemos observar la tendencia de su orientación de dichas
estructuras es NE – SW y un dominio menor en dirección NW – SE, siguiendo la misma orientación
de la Fig. 3b.
Discusión y conclusiones
El vulcanismo del Campo Volcánico Michoacán-Guanajuato (CVMG), inició hace ~ 2.8
Ma. Por el registro histórico de volcanes cineríticos como el Jorullo (1759-1774) y el Paricutín
(1943-1952), es evidente que la actividad volcánica esta actividad en la actualidad.
Para un sistema geotérmico, la edad de un vulcanismo aceptable es inferior a 10 ka, lo que
coloca al CVMG, dentro de un sitio con posibilidades para albergar un yacimiento geotérmico.
Como el localizado en el área de estudio y que es demostrado por la existencia de manifestaciones
hidrotermales localizadas en las comunidades de San Agustín del Maíz, San Juan Benito Juárez,
San Agustín del Pulque y Araró.
De acuerdo a los resultados magnéticos obtenidas en el área, se resalta una anomalía
positiva de mayor tamaño de longitud aproximada de ~6600 m con un ancho de ~5 100 m,
localizada hacia el centro de nuestro mapa y que no corresponde a ningún rasgo topográfico, puede
corresponder a un posible cuerpo plutónico en proceso de enfriamiento, cuya temperatura está
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
debajo del punto de Curie (560° C) de la magnética, lo que ha permitido la cristalización de con
susceptibilidades magnéticas altas.
La ubicación de la anomalía magnética parece controlar la distribución de las manifestaciones
hidrotermales. Las vías de ascenso para los fluidos hidrotermales son las fallas pertenecientes al
SFMA.
Es importante resaltar que es necesario hacer más investigaciones que sustenten la hipótesis que se
plantea, apoyarse en métodos de prospección geofísica como la sísmica y magnetoteluria. Además
de realizar una complementación con los estudios geológicos, que permita establecer un escenario
geológico que proporcione mayor información.
El método magnético es una herramienta importante en la localización de cuerpos en el
subsuelo y estructuras geológicas. Que puede ser utilizado en la búsqueda de zonas de ascenso para
los fluidos, muchas de estas vías de ascenso corresponden a fallas y fracturas que pueden ser
identificadas por los aerolineamientos. Además, es un método de menor costo a diferencia de otros
métodos de prospección Geofísica. En el caso del área de estudios, su utilización ha sido de gran
importancia para la zona de estudio. Aunque su utilidad depende del escenario/contexto geológico
de cada área.
Agradecimientos
A la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), por el apoyo brindado en el XXVI Verano
de la Investigación Científica, que me permitió participar como alumna veraniega en éste proyecto.
Al Dr. Víctor Hugo Garduño Monroy, que fue mi tutor durante mi estancia de verano y el
responsable de la dirección de nuestras actividades.
Al Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (CemieGeo) por la proporción
de datos para la realización de este trabajo. Proyecto No. 17
A la Universidad Autónoma de Guerrero por dar la oportunidad a jóvenes estudiantes
como yo, de ser talentos en la investigación científica y sembrar en cada uno de nosotros la semilla
de la ciencia.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Referencias
Armstead, H.C.H. (1983) Geothermal Energy: Its Past, Present and Future Contributions to the
Energy Needs of Man. Spon Press; 2nd edition, 448 p.
Dickson, M.H., Fanelli, M. (2005) Geothermal Energy: Utilization and Technology. Earthscan
Publications Ltd., 226 p.
Escorza, R.M. (2010). Magnetometría de la Isla Socorro Archipiélago de las Revillagigedo. Tesis
de Ingeniería Geofísica UNAM, México. Pp.18-28.
Garduño-Monroy, V.H., Pérez-Lopez, R., Israde-Alcantara, I., Rodríguez-Pascua, M.A.,
Szynkaruk, E., Hernández-Madrigal, V.M., Mora Chaparro, J.C., (2009). Paleoseismology of the
southwestern Morelia–Acambay fault system, central Mexico. Geofís. Int. 48 (3), 319–335
(http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S00161692009000300006&lng=es
&tlng=es).
Pasquarè, G., Ferrari, L., Covelli, P., De Agostini, G., (1991). Geologic Map of the Central Sector
of the Mexican Volcanic Belt, States of Guanajuato and Michoacán, Mexico. Geological Society
of America
![Untitled Document [tlamati.uagro.mx]tlamati.uagro.mx/t7e2/t7e2.pdf · Campos escalares en el formalismo de quintaesencia, ... Armando Emmanuel Vélez ... Inventario de la diversidad](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5ba123ca09d3f2666b8bbb29/untitled-document-campos-escalares-en-el-formalismo-de-quintaesencia-.jpg)
