Integración de Metodologías Geofísicas para la evaluación de zonas de interés Geotérmico

Integración de Metodologías Geofísicas para la evaluación de zonas de interés Geotérmico.

Especialidad: Ingeniería Geofísica Subespecialidad: Exploración Geotérmica

Gran Reto de la Ingeniería Mexicana: Estimación de la estructura termal del subsuelo por métodos indirectos.

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“Integración de Metodologías Geofísicas para la

evaluación de zonas de interés Geotérmico”

Especialidad: Ingeniería Geofísica

Subespecialidad: Exploración Geotérmica

Gran Reto de la Ingeniería Mexicana: Estimación de la

estructura termal del subsuelo por métodos indirectos.

Carlos Pita de la Paz

Ingeniero Geofísico

28 de junio de 2016

Ciudad de México




2

INDICE

RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................................... 4

ABSTRACT .......................................................................................................................... 4

OBJETIVO: .......................................................................................................................... 5

ALCANCE: ........................................................................................................................... 5

INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................... 6

1. La Geotermia en el contexto de la demanda energética............................................ 8

1.1 Demanda Energética Mundial .................................................................................. 8

1.2 Demanda Energética Nacional ................................................................................. 9

1.3 La Geotermia como fuente de energía ................................................................... 10

1.4 El Potencial Geotérmico Mexicano ........................................................................ 11

1.5 Política Energética ..................................................................................................... 13

2. Exploración Geotérmica ............................................................................................ 14

2.1 Actividades de Reconocimiento ............................................................................. 14

2.2 Exploración Geológica ............................................................................................. 14

2.3 Exploración Geoquímica .......................................................................................... 14

2.4 Exploración Geofísica............................................................................................... 14

2.4.1 Métodos Potenciales .............................................................................................. 15

2.4.1.1 Magnetometría ................................................................................................. 15

2.4.1.2 Gravimetría ...................................................................................................... 16

2.4.2 Métodos Geoelectromagnéticos ............................................................................ 17

2.4.2.1 Transitorio Electromagnético en el Dominio del Tiempo (TDEM) .............. 17

2.4.2.2 Magnetotelúrico de Fuente Natural (MT) ...................................................... 18

2.4.2.3 Audio-Magnetotelúrico de Fuente Controlada (CSAMT) ............................ 18

2.4.3 Métodos Sísmicos ................................................................................................... 19

2.4.3.1 Sísmica Pasiva ................................................................................................. 19

2.4.3.2 Sísmica Activa .................................................................................................. 19

2.4.4 Exploración Directa ............................................................................................... 20

3 FAJA VOLCANICA TRANSMEXICANA (FVTM) .............................................. 21

3.1 Marco fisiográfico de la FVTM ............................................................................. 21

3.2 Marco tectónico de la FVTM .................................................................................. 21




3

3.3 Análisis estructural de la FVTM mediante información magnética ............... 24

3.4 Isoterma de Curie, gradiente geotérmico y flujo de calor asociado a la FVTM

.......................................................................................................................................... 27

3.5 Potencial geotérmico asociado a la FVTM .......................................................... 29

4 ESTUDIO INTEGRAL EXPLORATORIO CON FINES GEOTÉRMICOS ...... 31

4.1 Antecedentes de estudio y metodologías implementadas ................................. 31

4.2 Localización e identificación de manifestaciones ................................................... 31

4.3 Estratigrafía y Geología Estructural ...................................................................... 34

4.4 Geoquímica de las manifestaciones del área de estudio ........................................ 35

4.5 Gravimetría y su correlación estructural ............................................................... 36

4.6 Magnetometria y su correlación estructural. ......................................................... 37

4.7 Profundidad a la Isoterma de Curie, Gradiente Geotérmico y Flujo de Calor en

la zona termal de Rancho Nuevo ................................................................................... 40

4.8 Perfil MT-CSAMT/ Rancho Nuevo ....................................................................... 42

4.9 Perfil TDEM Regional............................................................................................ 42

4.10 Integración de Modelos Gravimétricos y de Resistividad .................................. 43

4.11 Modelo conceptual geotérmico .............................................................................. 48

5 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 51

6 REFERENCIAS ......................................................................................................... 53

7 AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 57




4

RESUMEN EJECUTIVO

Desde hace algunos años la utilización de energías renovables se ha planteado como una

solución factible para la reducción de emisiones de GEI resultado directo de la combustión

de combustibles fósiles. El interés actual por este tipo de energías también es impulsado por

las proyecciones de un aumento en la demanda energética mundial conforme el crecimiento

de la población y el desarrollo industrial, así como una percepción de decremento en las

reservas mundiales de petróleo y su capacidad de producción. La energía geotérmica se

encuentra entre la lista de los diferentes tipos de energía renovable y amigables con el medio

ambiente, con un gran potencial de desarrollo a nivel nacional. En lo que respecta al

aprovechamiento de recursos geotérmicos intervienen diferentes etapas de evaluación y

caracterización de naturaleza geológica, geoquímica y geofísica; las cuales a su vez están

conformadas por un gran número de metodologías que tienen por objetivo la elaboración de

un modelo conceptual e integral del yacimiento geotérmico que detalle sus condiciones más

específicas. En este trabajo se presenta una metodología que apoya en los estudios de

reconocimiento y exploración de sistemas geotérmicos; enfatizando la versatilidad de

aplicación que mantienen los métodos de exploración geofísica con un caso de estudio en la

zona central de la FVTM, Celaya Gto.

Palabras clave: energía renovable, geotermia, geoquímica, geología, geofísica.

ABSTRACT

For several years the use of renewable energy has emerged as a viable solution for reducing

emissions direct result of the excessive burning of fossil fuels. The current interest in this

type of energy is also driven by projections of an increase in global energy demand as

population growth and a perceived decline in world oil reserves and production capacity.

Geothermal energy is among the list of favorable energies and favorable environment with

great potential for development at national level. Regarding the utilization of geothermal

resources involved different stages of evaluation and characterization of its geological,

geochemical and geophysical natures; which in turn they are based on a large number of

methods which aim at developing a conceptual and comprehensive model of the geothermal

reservoir that detail their specific conditions. This paper presents a methodology based on

studies of recognition and exploration of geothermal systems; emphasizing the versatility of

application that keep geophysical exploration methods with a case study to estimate the

geothermal potential in the central area of the Mexican Volcanic Belt, Celaya Gto.

Key words: renewable energy, geothermal, geology, geochemistry geophysics.




5

OBJETIVO:

Aplicación e integración de técnicas geofísicas para la caracterización de zonas de interés

geotérmico en la zona central de la FVTM, Celaya-Apaseo el Grande, Guanajuato, México.

ALCANCE:

En este trabajo se presenta un breve esbozo global y nacional de la energía geotérmica; sus

características, ventajas y beneficios. Se presentan los elementos esenciales que definen el

proceso de exploración de recursos geotérmicos y la implementación de metodologías

geofísicas que en conjunto con información geológica y geoquímica permite la valorización

del recurso geotérmico para su aprovechamiento en la generación de energía.




6

INTRODUCCIÓN.

Como sociedad enfrentamos el reto de abandonar aquel ideal energético basado en

combustibles fósiles que durante un poco más de 150 años condujo al crecimiento, desarrollo

y bienestar de naciones enteras tomando como realidad la explotación de recursos finitos de

la Tierra como si fuesen inagotables. Sin embargo, resultado de nuestras actividades

desmedidas dentro del sistema económico actual, muy probablemente la transformación

energética mediante este tipo de combustibles se ha encargado de acelerar lo que

reconocemos como cambio climático (Conferencia sobre el Cambio Climático COP21 París

2015). Un problema global que en la actualidad gobiernos de todo el mundo están tratando

de resolver mediante la aplicación de diversas medidas y planes emergentes en el sector

energético. Uno de ellos y quizás el de mayor beneficio le corresponde a la ingeniería y

consiste en avanzar al siguiente peldaño que garantice la permanencia del ser humano en la

Tierra y de su cultura organizacional: la transición energética basada en energía limpia o

renovable (biomasa, hidroeléctrica, eólica, geotérmica, mareomotriz). El interés actual por

este tipo de energías también es impulsado por las proyecciones de un aumento en la demanda

energética conforme el crecimiento poblacional, así como una percepción de lentitud en el

crecimiento de las reservas mundiales de petróleo y su capacidad de producción.

Un panorama a considerar dentro de esta transición es el que ofrece la energía geotérmica

(International Energy Agency, IEA 2015; Outlook for Energy Exxon Mobil 2014; Grupo

Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático IPCC). Un recurso renovable,

virtualmente inagotable proveniente de cámaras magmáticas a gran profundidad en el

subsuelo y normalmente relacionado con zonas de contacto entre placas tectónicas donde

predominan calderas y volcanes. Esta energía consiste en el aprovechamiento del calor

interno de la Tierra para diversas aplicaciones tales como la generación de energía eléctrica

y uso directo para operaciones de climatización y uso industrial directo. A escala global este

tipo de aprovechamiento energético apenas alcanza el 0.11% de la generación total de energía

eléctrica (REN21 Renewables 2014 Global Status Report); sin embargo, al considerar el

enorme potencial calórico almacenado en las profundidades de la Tierra, estamos frente a

una fuente de energía de base (sin variaciones diurnas y estacionales) totalmente sustentable,

amigable con el medio ambiente y llena de ventajas para el aprovechamiento energético en

beneficio de la humanidad.

México cuenta con un potencial geotérmico notable que ha sido probado con la puesta en

operación de 5 campos geotérmicos con una capacidad instalada de aproximadamente 1,000

MW (Inventario Nacional de Energías Renovables (INERE)- Secretaria de Energía SENER,

junio 2015) y con centenares de manifestaciones termales superficiales, reflejando en la

energía geotérmica un seguro de prosperidad energética para nuestra nación. Según datos del

BID (2011) el potencial geotérmico mexicano asociado con reservas posibles, probables y

probadas es del orden de los 10,000 MW. Para el año 2010 nuestro país mantenía solamente

el 26.4% de la capacidad instalada para la generación de energía eléctrica proveniente de

fuentes energéticas limpias y la meta establecida para el año es de 35%. Bajo la luz del marco

regulatorio que brinda la llamada Reforma Constitucional en Materia Energética y la creación




7

del Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (CEMIE-Geo) las expectativas

de hacer de México un lugar sustentable son más altas.

El aprovechamiento del recurso geotérmico requiere de técnicas geofísicas para la

prospección del subsuelo en las primeras etapas de reconocimiento y exploración en sitios

con potencial geotérmico Las tecnologías de adquisición y proceso empleadas en este trabajo

nos permiten obtener información sobre las variaciones en las propiedades físicas de los

materiales geológicos y nos permite obtener un modelo conceptual del sistema geotérmico.




8

1. La Geotermia en el contexto de la demanda energética

1.1 Demanda Energética Mundial

Según el (World Energy Outlook, 2015) el consumo energético mundial en 2013 fue de

20,144 TWh y para 2040 se estima un incremento en la demanda del 71.1% (34,457 TWh).

El 87% de la energía consumida en 2013 provino de combustibles fósiles. (REN21

Renewables 2014 Global Status Report) (Figura 1).

Figura (1). Consumo energético global en 2013 (Modificado de. REN21 Renewables 2014 Global Status Report).

La generación de energía a partir de fuentes renovables representará aproximadamente el

55% de la capacidad instalada en el mundo para mediados de este siglo, como se observa en

la (Figura 2) la fuente de energía con mayor crecimiento corresponde a la energía solar

fotovoltaica, 1,066.4 GWh, con un 9.3% anual; la generación hidroeléctrica se mantiene con

el mayor nivel de participación mundial con 1,836.9 GWh, el 16% del total de generación.

Particularmente el caso de la energía geotérmica, de acuerdo con estimaciones del World

Energy Outlook 2015, la capacidad instalada en el año 2040 alcanzará 56.3 GWh

contribuyendo con el 0.11% del prospecto energético estimado (390 TWh) para la generación

de electricidad en el mundo.




9

Figura (3) Producción de Energía Primaria 2014 Fuente. (Sistema

de Información Energética SENER)

Figura (2). Capacidad mundial por fuente de Energía. Fuente. (SENER con información de World Energy Outlook).

1.2 Demanda Energética Nacional

De acuerdo con los datos de SENER señalados en el Balance Nacional de Energía 2014,

cada habitante en el territorio nacional consumió en promedio 72.04 GJ (20 MW) durante

todo el año. La producción de energía primaria a nivel nacional, alcanzó en el mismo año, un

total de 8,826.15 PJ (2.2% menor que en 2013), basada predominantemente en hidrocarburos

fósiles con aproximadamente una

producción de 5,560 PJ; en tanto que

otras fuentes de energía han

incrementado su participación dentro

de la matriz energética nacional

(Figura 3). En este contexto el

aprovechamiento energético a partir

energías renovables es de solo el 7.6%

es decir un total de 670 PJ y sobre

estas se incluye el aprovechamiento de

la energía geotérmica, de interés

principal en este trabajo.




10

1.3 La Geotermia como fuente de energía

Cuando las condiciones geológico-estructurales lo permiten la movilidad del magma puede

ejercer la suficiente presión para vencer la corteza más superficial dando origen a sistemas

volcánicos; gran parte de este material no logra salir a superficie y permanece en el subsuelo

formando cámaras magmáticas que servirán como grandes focos de calor que calentarán las

rocas circundantes y si estos materiales mantienen una buena permeabilidad o fracturas y

además existe circulación de agua subterránea, el fluido aumentará de temperatura

ascendiendo a la superficie a través de grietas y fallas, dando lugar a lo que reconocemos

como una manifestación

geotérmica, la cual podrá

identificarse en superficie

como aguas termales,

geiseres, fumarolas o domos

volcánicos (Guía de la

Energía Geotérmica,

Universidad Politécnica de

Madrid). Estas

manifestaciones son los

principales indicadores

observables en superficie

que denotan calor que

proviene del subsuelo y por

lo tanto incentivan la

exploración de recursos

geotérmicos.

Figura (4). Diagrama ilustrativo de un sistema geotérmico

De acuerdo con lo anterior es posible especificar las condiciones que un sistema geotérmico

deberá cumplir para considerarse como tal; esto se describe en la (Figura 4).

a) Existencia de un flujo de calor elevado debido a la presencia de una fuente de calor

situada en la corteza terrestre superior (de 1 a 10 km).

b) Presencia de una capa de alta porosidad y permeabilidad (acuífero) que permita la

acumulación y circulación del agua y/o vapor (de 1 a 2 km).

c) Capa sello (reservorio) con suficiente permeabilidad que facilite el transporte

convectivo o el almacenamiento de calor.

Una vez en superficie el fluido hidrotermal, en función de su temperatura, será destinado a

la producción de energía eléctrica (temperaturas mayores a 150 °C) o en caso contrario se

buscará el aprovechamiento directo de su calor en sectores industriales y de servicios




11

(temperaturas menores a 150°C y mayores a 90ºC) y en aquellos donde la temperatura es

menor a 90ºC, su uso se destina principalmente a la calefacción y refrigeración.

1.4 El Potencial Geotérmico Mexicano

En el informe “Evaluación de la Energía Geotérmica en México” elaborado por la Comisión

Reguladora de Energía (CRE) para el BID (2011) se llevó a cabo la recopilación e

inventariado de las zonas geotérmicas existentes incluyendo sus principales características,

ubicación, contexto geológico, tipo de manifestaciones termales presentes, temperaturas

superficiales para entonces definir un potencial geotérmico nacional.

La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de CFE presentó en el año 2011 el potencial

geotérmico de la República Mexicana (Christian Arturo Ordaz Méndez, Magaly Flores

Armenta y German Ramírez Silva) de acuerdo con la clasificación de reservas:

Tabla. 1 El Potencial Geotérmico y sus reservas. Fuente. CFE, 2011.

RESERVAS Alta entalpía

[MWe]

Moderada entalpía

[MWe]

Baja entalpía

[MWe]

TOTAL

[MWe]

Posibles 5,691 881 849 7,422

Probables 1,643 220 212 2,077

Probadas* 186 Cap. instalada= 956 1,142 *Se tomó como la capacidad adicional que puede instalarse en cada uno de los campos geotérmicos conocidos más lo instalado.

Para el año 2015 CFE alcanzó una capacidad total instalada de 1,018 MWe y una capacidad

efectiva de 840 MWe en 4 campos geotérmicos (Cerro Prieto, 720 MWe; Humeros, 94 MWe;

Azufres, 194 MWe; Tres Vírgenes, 10 MWe) con una producción de 6000 GWh/año que

representan el 2.3% de la producción energética total de México, ocupando el 5º lugar a nivel

mundial (Figura 5). Actualmente se encuentran en construcción dos campos geotérmicos

(Azufres III, 50 MWe; Humeros IIIA, 27 MWe) y el Domo de San Pedro que inició

operaciones a inicios del 2015 con una capacidad instalada de 10 MWe. Ruggero Bertani,

“Geothermal Power Generation in the World 2010-2014”. Proceedings World Geothermal

Congress 2015. Melbourne, Australia, 19-25 April 2015.




12

Figura (5). Mapa de manifestaciones termales y campos geotérmicos. Fuente. CEMIEGEO/ INERE Modificado por GEOTEM




13

1.5 Política Energética

Uno de los objetivos principales de Reforma Constitucional en Materia Energética considera:

“Reducir las barreras para el desarrollo de proyectos de generación eléctrica que permitan

aprovechar recursos renovables y dar certidumbre a la transición energética sustentada en bajas

emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI)”.

En el año 2013 se realizó la mayor inversión en la historia en investigación, desarrollo e

innovación con un presupuesto aproximado de 1,600 millones para la creación de los tres

primeros Centros Mexicanos de Innovación en Energía Geotérmica, Solar y Eólica (CeMIE).

En donde participan instituciones de educación superior, centros de investigación y el sector

privado, con el objetivo de establecer sinergias que permita el desarrollo de tecnologías para

el aprovechamiento de los recursos renovables con los que cuenta nuestro país, privilegiando

la formación de recursos humanos especializados. En el año 2015 el esfuerzo de inversión

continúo con la creación de dos nuevos CeMIE Biomasa y CeMIE Océano en el marco de la

Estrategia Nacional de Energía 2014-2028. México cuenta ahora con un marco jurídico para

el aprovechamiento sustentable de sus recursos geotérmicos a través de la Ley de Energía

Geotérmica. Esta ley tiene por objetivo regular el reconocimiento, la exploración y la

explotación de recursos geotérmicos nacionales. Las actividades reguladas son:

Reconocimiento. Esta actividad permite determinar si una zona puede ser fuente de

recursos geotérmicos para su aprovechamiento.

Exploración. En esta etapa se realizan actividades que contribuyen al conocimiento

geológico, geofísico y geoquímico de un área, así como obras y trabajos con el objeto de

corroborar la existencia de recursos geotérmicos delimitando el área potencial.

Explotación. Estas actividades tienen como finalidad concretar el aprovechamiento del

recurso geotérmico.




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2. Exploración Geotérmica

2.1 Actividades de Reconocimiento Las actividades de reconocimiento con fines de aprovechamiento del recurso geotérmico

inician con la consulta, recopilación, adquisición y análisis de información topográfica,

geológica, geofísica, hidrogeológica, satelital y del inventario geotérmico disponible, para

seleccionar áreas promisorias e iniciar los trámites para obtener los permisos y autorizaciones

ante las entidades federales responsables SENER, CRE, CENACE, SEMARNAT y

CONAGUA, además de las que corresponden al ámbito Estatal y Municipal. De esta manera,

si el análisis de los resultados de las actividades iniciales es favorable, entonces se procede

con la actividad de planificar los trabajos de exploración de determinada zona de estudio

como posible prospecto geotérmico. Una vez obtenida la autorización y licencia para llevar

a cabo las actividades de exploración, se da inicio con los trabajos de exploración geológica,

geoquímica y geofísica que se describen a continuación.

2.2 Exploración Geológica

Se realiza un reconocimiento de las unidades geológicas que afloran, su posición

estratigráfica, edad relativa y se lleva a cabo la toma de muestras de roca y sedimentos en las

estaciones de muestreo seleccionadas en gabinete, describiendo profusamente los

afloramientos y las estructuras localizadas. Incluye caminamientos transversales a las

estructuras y zonas de alteración, registrando adecuadamente los datos obtenidos en campo

incluyendo la descripción en muestra de mano y se especificará el tipo de análisis sugerido

para cada muestra (DRX, SEM, Microtermometría de inclusiones fluidas, etc.).

2.3 Exploración Geoquímica

Se realiza la descripción detallada del tipo y características de la manifestación hidrotermal.

Se miden parámetros fisicoquímicos en campo y se realiza la toma de muestras de fluidos

hidrotermales y de fuentes frías siguiendo los protocolos adecuados para la toma, registro y

preservación de la muestra, acorde con el tipo de análisis químico e isotópico que se vaya a

realizar. De esta manera se podrá obtener información relativa al origen, zona de recarga,

posible trayectoria de flujo subterráneo, la interacción con los materiales con los que ha

estado en contacto, su estado de equilibrio, patrones de mezcla y se podrá calcular la

temperatura del fluido a profundidad utilizando geotermómetros.

2.4 Exploración Geofísica

Un prospecto geotérmico lo podemos identificar a través de manifestaciones tales como

fumarolas, aguas termales, zonas de alteración y otras expresiones superficiales; sin embargo,

en ocasiones los fluidos hidrotermales no se manifiestan en superficie por lo que se hace

necesaria la exploración mediante métodos indirectos; ejemplo de ello son los métodos de

exploración geofísica. Se trata de métodos indirectos que miden una señal en tiempo y




15

espacio asociada a fenómenos físicos; esta señal contiene información de las variaciones en

dichas propiedades asociadas a las condiciones presentes en el área de estudio y mediante un

análisis detallado de procesamiento e interpretación, podemos generar un modelo que

represente las condiciones geológicas del subsuelo. Los fluidos de más alta temperatura

calientan mayores extensiones de roca induciendo una serie de reacciones químicas que

modificaran la estructura mineralógica de la misma, lo que puede dar lugar a cambios en las

propiedades físicas y químicas de las formaciones geológicas siendo la alteración

hidrotermal uno de estos resultados en los procesos de interacción química.

2.4.1 Métodos Potenciales

2.4.1.1 Magnetometría

Es un método de fuente natural cuyo objetivo principal es medir las desviaciones locales del

valor normal del campo magnético terrestre (anomalías magnéticas) atribuidas a las

propiedades magnéticas de las rocas. Todos los materiales geológicos están bajo influencia

de este campo potencial, sin embargo, su contenido de minerales ferromagnéticos será el

parámetro que condicione la intensidad de susceptibilidad magnética como propiedad física

a determinar mediante estas mediciones. La adquisición puede ser terrestre (magnetometría

terrestre) o aérea (aeromagnetometría) utilizando magnetómetros de alta precisión capaces

de medir la orientación e intensidad del campo magnético en el orden de hasta 0.0001nT

(nanoteslas). Lo que nos interesa es la medición de anomalías magnéticas representativas de

la distribución de los minerales magnéticos presentes en la corteza terrestre. Debido a la no

estacionalidad del campo magnético terrestre (en particular para este caso, la variación

diurna) es necesaria la aplicación de una corrección sobre los datos magnéticos que considere

los cambios temporales en el campo magnético terrestre durante el tiempo de registro.

Por otra parte, debido a la naturaleza dipolar de los campos magnéticos las ubicaciones

espaciales de las anomalías magnéticas están desplazadas respecto a la fuente que las origina,

para recuperar la posición original de una anomalía se aplica el proceso denominado

reducción al polo (RP). Una vez corregidos, los datos son configurados en perfiles

magnéticos (1D) o mapas de contorno (2D) sobre los cuales es posible llevar a cabo la

interpretación de anomalías magnéticas sobre determinada área de estudio.

La aplicación de este método con objetivos de exploración geotérmica es válida ya que

encontramos una relación directa entre la temperatura y el efecto magnético de las rocas;

denominado temperatura de Curie, que se refiere al punto crítico de temperatura (580°C para

la magnetita) en el cual los materiales pierden sus propiedades magnéticas transformándose

en materiales paramagnéticos. Considerando la alteración hidrotermal asociada a fluidos

geotérmicos, nos interesa demarcar anomalías de baja susceptibilidad magnética como

resultado de la interacción de las rocas con fluidos de alta temperatura. De esta manera a

través de mediciones magnéticas, las anomalías bajas en amplitud podrían estar asociadas a

fuentes de calor geotérmico. También es posible identificar estructuras como domos,

cráteres, conos o plumas de lava volcánicas a partir de la interpretación de dicha información.




16

La profundidad a la que se alcanza la temperatura de Curie (CPD, Curie Point Depth)

representa el límite estructural entre el material magnético receptivo y la estructura

paramagnética en determinada área de estudio. Para estimar dicha profundidad, se asume

que las anomalías magnéticas son causadas por un ensamble de prismas verticales como

idealización de una distribución de fuentes magnéticas arbitrarias y no correlacionables,

equivalentes a una distribución de ruido blanco; la cual se define a través de la información

magnética de campo y analizada mediante análisis espectral con el objetivo determinar la

profundidad al punto en el cual se alcanza la temperatura de Curie. La localización de este

punto depende de la naturaleza térmica de la corteza terrestre y del manto superior y su

estimación permite inferir sobre la distribución de aquellas zonas con elevado gradiente

geotérmico. Existen varias referencias para este tipo de procedimientos (Gundmundsson,

1966; Heirtzler and Le Pichon, 1970; Treitel et al. 1971; Naidu, 1869, 1970; Bhattacharyya,

1967; Spector y Grant, 1970; Negi et al. 1986; Dimri, 1992.)

2.4.1.2 Gravimetría

El método gravimétrico se define como un método potencial de fuente natural; cuyo objetivo

consiste en la medición de las variaciones en la intensidad de campo gravitacional terrestre

(anomalías gravimétricas) debidas a los contrastes de densidad (deficiencias y excesos de

masa en las rocas del subsuelo). Las mediciones pueden ser terrestres o áreas y consisten en

registrar el componente vertical de la intensidad de campo mediante gravímetros con

resolución de hasta 3 microGales.

Todos los materiales están sometidos a la acción del campo gravitacional terrestre y serán las

variaciones en densidad la propiedad física vinculada a este tipo de mediciones (variable de

un tipo de roca a otra, de acuerdo con su composición mineralógica, litificación y porosidad).

En campo lo que se registra es el efecto superpuesto de todas las masas por debajo de la

superficie de la Tierra y al igual que en el caso magnético, nosotros estamos interesados

solamente en la contribución gravimétrica de la corteza superior terrestre; por lo tanto, es

necesario aplicar una serie de correcciones y reducciones que eliminan todos aquellos efectos

ajenos a la respuesta gravimétrica de los materiales que conforman el subsuelo para obtener

de esta manera la llamada Anomalía de Bouguer (AB) y mediante la residualización de este

dato se obtiene la Anomalía Residual de Bouguer (RB) de principal interés para la geofísica

de prospección.

Los resultados pueden ser desplegados en perfiles gravimétricos (1D) o mapas de contornos

(2D) que sirven como indicadores estructurales a nivel regional, apoyando en la

identificación de geometría del basamento metamórfico y volcánico de una caldera o bien en

el reconocimiento de fallas geológicas dentro de un sistema geotérmico lo que facilita la

comprensión del sistema, ya que estas zonas de mayor permeabilidad permiten el ascenso de

fluidos y vapor.

A partir de los datos gravimétricos (o magnéticos) es posible generar modelos que se ajustan

a los datos observados y que describen las propiedades geométricas de las fuentes potenciales




17

(Talwani et al. 1975). Las técnicas de inversión modernas permiten utilizar la información

potencial en la generación de modelos más robustos del subsuelo considerando múltiples

datos geofísicos (y la relación entre las diferentes propiedades físicas asociadas a éstos) por

ejemplo la conjunción de datos potenciales, electromagnéticos y sísmicos mediante inversión

conjunta.

2.4.2 Métodos Geoelectromagnéticos

La propiedad física con mayor rango de variabilidad de acuerdo con las condiciones de

temperatura y contenido de fluidos en las rocas, es la resistividad eléctrica (con unidades en

Ohm-m); la aplicación de estos métodos para la caracterización geoeléctrica del subsuelo en

la exploración geotérmica permite obtener información detallada y de carácter único sobre

estos recursos (Maxwell A. Meju, 2001). Los cambios en la resistividad eléctrica debido a

las altas temperaturas en el reservorio geotérmico se mantienen en un rango de 0.1 a 10 Ohm-

m y por lo tanto en muchos casos, las manifestaciones hidrotermales se caracterizan por

mantener bajas resistividades; siendo estos conductores los principales indicios de un posible

yacimiento geotérmico.

2.4.2.1 Transitorio Electromagnético en el Dominio del Tiempo (TDEM)

El método TDEM (Transitorio Electromagnético en el Dominio del Tiempo) es un método

electromagnético de fuente controlada que trabaja en el dominio del tiempo y que utiliza la

difusión de un campo electromagnético transitorio en el subsuelo para determinar la

distribución eléctrica; se utiliza un tamaño de bobina dependiendo de la profundidad de

investigación requerida, en la que se hace circular un pulso de corriente eléctrica,

produciendo un campo magnético primario central; la variabilidad en la corriente da lugar a

un fenómeno de inducción a profundidad cuyos cambios en el tiempo inducen un decaimiento

en el voltaje medido en la bobina receptora, dicho voltaje contiene información sobre la

distribución de resistividad en el subsuelo. Este fenómeno es representado por las curvas de

decaimiento de voltaje respecto al tiempo, las que son procesadas analizando la estadística

de cada una de los registros.

Para conocer la resistividad del medio es necesario llevar a cabo la inversión 1D de las curvas

de resistividad aparente, comúnmente aplicando el método de inversión suavizada o

multicapas (Constable, 1987). Posteriormente las mediciones, de acuerdo con su ubicación,

son configuradas para integrar un perfil geoeléctrico.

El método TDEM se caracteriza por presentar una gran sensibilidad a medios conductores

buena resolución lateral y vertical; su logística y ejecución en campo es muy rápida en

terrenos de topografía moderada. Permite identificar las rocas afectadas por procesos

hidrotermales, como son las zonas alteradas relacionadas con el reservorio, así como la

envoltura superior de alteración argílica que presenta altas conductividades. El nivel de

investigación a profundidad de este método se sitúa entre los 10m a 1500m.




18

2.4.2.2 Magnetotelúrico de Fuente Natural (MT)

Este método electromagnético utiliza como fuente natural las variaciones de los campos

eléctricos y magnéticos naturales de la Tierra originados por diversos fenómenos a niveles

de la ionosfera planetaria (ej. tormentas eléctricas y perturbaciones); dichas variaciones son

registradas de forma simultánea al incidir sobre la superficie terrestre mediante sistemas

digitalizadores, bobinas de flujo magnético y electrodos no polarizables (en específico 3

canales magnéticos y 2 eléctricos). El método opera en el dominio de la frecuencia (en un

rango que va de los 10,000 Hz a 0.00001 Hz).

Lo que se mide representa la impedancia electromagnética del subsuelo (una relación entre

los campos eléctricos y magnéticos incidentes) y contiene información sobre la distribución

de resistividad a profundidad, la cual dependerá de las propiedades del medio por el que las

corrientes se desplazan.

El procesamiento involucra la evaluación y filtrado de las series de tiempo para obtener una

curva de resistividad aparente y fase, sobre la cual se aplican algoritmos de inversión

unidimensional (1D) en una primera etapa y algoritmos más robustos de inversión

bidimensional (2D).

Es un método de investigación profunda y de buena resolución que alcanza decenas de

kilómetros; presenta grandes ventajas para alcanzar la cámara magmática y/o fuente de calor

de un reservorio geotérmico y proporciona información sobre su geometría, también permite

delimitar estructuras geológicas que presentan contrastes de permeabilidad. Una de las

desventajas del método tiene que ver con el impacto de ruido electromagnético sobre el

registro en campo por efecto antropogénico y/o geológico.

2.4.2.3 Audio-Magnetotelúrico de Fuente Controlada (CSAMT)

El método Audio-Magnetotelúrico de fuente controlada (CSAMT), es una variante del

método MT que utiliza una fuente activa para emitir pulsos de inyección de corriente en un

rango de frecuencias específicas. El rango operativo de las frecuencias de inyección en

algunos sistemas está entre los 0.1 Hz y 100 kHz. La resolución de este método permite

obtener mayor certidumbre en las frecuencias de audio, con una profundidad de investigación

del orden de los 3km. La logística de campo consiste en la ubicación de un sitio de

transmisión Tx y uno de recepción Rx separados por una distancia de entre 5 a 10km (Zonge

y Hughes, 1991). En el sitio Tx se coloca un arreglo dipolar de inyección alimentado por un

motogenerador de 50kVA, que inyecta al subsuelo hasta 40 A de corriente eléctrica y sirve

de campo electromagnético artificial a través de una lista de trabajo programada de

frecuencias de inyección.

En los sitios receptores Rx mediante las series de tiempo se buscan los pulsos de inyección

emitidos en Tx, buscando garantizar una óptima relación señal/ruido. Siguiendo una

metodología similar a la metodología MT la señal se procesa con el fin de obtener la




19

distribución de resistividad eléctrica del subsuelo. Se debe considerar que la simplificación

del método requiere de una configuración óptima entre transmisor y receptor para evitar

efectos 3D en la generación y recepción del campo electromagnético artificial. (Zonge y

Hughes, 1991). El método CSAMT puede ayudar a obtener registros con una calidad superior

en zonas urbanas con niveles altos de ruido electromagnético.

2.4.3 Métodos Sísmicos

Los métodos Sísmicos se pueden dividir en dos principales grupos: a) los métodos sísmicos

pasivos que utilizan fuentes naturales tales como: terremotos, microsismos, ruido sísmico o

las provocadas por fracturamiento relacionado con la extracción e inyección de fluidos y b)

los métodos sísmicos activos que hacen uso de señales sísmicas generadas por una fuente

artificial, como explosivos y vibradores.

2.4.3.1 Sísmica Pasiva

La sísmica pasiva consiste en el monitoreo de los disturbios sísmicos generados en el

subsuelo como consecuencia de la actividad tectónica. En circunstancias especialmente

favorables los estudios microsísmicos pueden servir como guía para la perforación en rocas

fracturadas en un depósito geotérmico.

Dentro del grupo de metodologías actuales se tiene la interferometría sísmica que consiste en

el registro de ruido sísmico de fuentes diversas que permite generar un modelo de velocidades

sísmicas de corte, asociados con las zonas de mayor fracturamiento.

Para que los métodos pasivos puedan ser una herramienta de exploración eficaz, es necesario

de un número relativamente grande de eventos registrados durante un período de grabación

razonable (algunos años) en un área de estudio. Cuando se dispone de suficiente información,

es posible interpretar el mecanismo focal que produjo el sismo e inferir la geometría del plano

de falla, con base en la distribución de la dirección de llegada de las ondas P a la superficie

del terreno. Cuando se cuenta con una base de datos de microsismos, es posible obtener un

modelo tridimensional detallado de distribución de velocidades de propagación de las ondas

sísmicas en las rocas dentro de una zona de interés geotérmico.

2.4.3.2 Sísmica Activa

A diferencia de lo métodos pasivos, está técnica utiliza fuentes artificiales como son:

explosivos o fuentes mecánicas de vibración. Se han utilizado con mucho éxito en la

exploración petrolera; su uso en la exploración geotérmica ha sido limitado debido a su alto

costo económico y a que, en los ambientes volcánicos, donde generalmente se encuentran los

recursos geotérmicos, no existen horizontes reflectores o refractores bien definidos.

La sísmica de refracción ha sido una herramienta de gran utilidad para identificar y elaborar

mapas de fallas, zonas de fractura, intrusiones, tipos de roca y características estructurales;




20

diversos estudios han probado que esta técnica puede ser de gran ayuda en áreas geotérmicas

(Hill 1976; Majer 1978; Gertson et al. 1979; Hill et al. 1981). Los perfiles sísmicos de

refracción han sido usados tradicionalmente para estimar la profundidad de los campos

geotérmicos (Palmason, 1971). Su limitante es la potencia de la fuente de energía.

La sísmica de reflexión ha probado ser eficaz en el mapeo estructural y estratigráfico en

diversas localidades geotérmicas (Hayakawa 1970; Denlinger et al. 1981; Ross et al. 1982;

Blakeslee 1984) y en algunos casos los reflectores pueden ser utilizados para identificar

desplazamientos en zonas falla. Esta técnica es útil para estudiar el potencial de un reservorio

geotérmico previo a la perforación (Harsh et al, 2007).

2.4.4 Exploración Directa

Se realiza la perforación de pozos u orificios de gradiente de temperatura (usualmente 3) de

hasta 15 cm de diámetro (6”) para insertar una sonda de temperatura y medir de manera

directa la variación de la temperatura con la profundidad. Durante la perforación se pueden

obtener núcleos para realizar los análisis y obtener información directa y corroborar la

presencia de las estructuras a profundidad. Estos pozos, se perforan en la zona en donde los

trabajos de exploración geológicos, geoquímicos y geofísicos han encontrado rasgos

indicativos de mayor potencial. Se perforan bajo un programa prestablecido con el objetivo

de confirmar la existencia del yacimiento geotérmico, geometría y evaluar su potencial.




21

3 FAJA VOLCANICA TRANSMEXICANA (FVTM)

3.1 Marco fisiográfico de la FVTM

El Instituto Nacional de Geografía y Estadística (INEGI) define a la Faja Volcánica

Transmexicana (FVTM) en términos fisiográficos como la cordillera más alta del país, tiene

una extensión de 880 Km de longitud y 130 Km de espesor. La provincia inicia en el

occidente del país, en la zona del pacifico con la desembocadura del Río Grande en la Bahía

de Banderas y finaliza en la zona de Cofre de Perote en el sector del Golfo de México.

3.2 Marco tectónico de la FVTM

La FVTM es una zona activa que ha atraído la atención de numerosos investigadores (desde

las primeras hipótesis de von Humboldt, 1808, relacionadas con la oblicuidad de la FVTM

respecto de la zona de trinchera en la margen Pacífica, hasta estudios más recientes (Tarán

et al., 2014). Se le considera un arco magmático continental asociado con una zona de

trinchera en la que dos placas tectónicas, con velocidades y ángulos de subducción diferentes

(Rivera y Cocos); cuya evolución geológica, para efectos de síntesis ha sido dividida en 3

porciones (Demant, 1978)

- Sector Occidental: Delimitado por el rift de Colima y superpuesto al bloque Jalisco. El

vulcanismo en la porción sur de esta área geográfica es bimodal, con presencia de

complejos de domos dacíticos y riolíticos, así como por centros monogenéticos

basálticos, mientras que el vulcanismo en el Bloque Jalisco es monogenético y de

composición basáltico-andesítica.

- Sector central: se extiende desde el rift de colima hacia el sistema de Fallas Taxco-

Querétaro, en donde se desarrolla el campo volcánico Michoacán-Guanajuato formado

por volcanes monogenéticos y pequeños volcanes escudo de composición basáltica

basáltica-andesítica.

- Sector oriental: presenta un vulcanismo dominante de grandes estratovolcanes y

calderas o complejos de domos de composición andesítica a riolítica alineados a lo largo

de estructuras corticales.

Gómez-Tuena, et al., (2007) reconoce cuatro episodios principales y diferencias

composicionales, basado en la compilación de Ferrari, et al., (2005) que se muestra en la

siguiente (Tabla 2).

Cuando los materiales de las placas alcanzan una profundidad determinada de acuerdo al

modelo convencional de la subducción comienzan a fundirse y a ascender por diferencia de

densidad entre el magma y la corteza continental, dando como resultado la efusión de

materiales magmáticos a la superficie. La distribución con respecto a la trinchera, está




22

íntimamente ligada con las morfologías de las placas de Cocos y de Rivera Gómez-Tuena, et

al., (2007); Ferrari Luca et al, (2012).

Tabla 2. Actividad ígnea y edad en la FVTM. Elaborada con datos de Gómez-Tuena y Luca Ferrari (2005)

Periodo Época Edad m.a.a.p. Actividad

Cuaternario Pleistoceno-

Holoceno

Antropoceno* -

Calabriano < 1.8

Depósitos volcaniclásticos y

avalanchas de escombros

Volcanismo silícico

Neógeno-

Cuaternario

Plioceno-

Pleistoceno

Gelasiano

Piacenciano- < 3

Volcanismo máfico a

intermedio

Gelasiano

Zancleano- ~ 5 -1.8 Volcanismo silícico

Neógeno

Mioceno-

Plioceno

Zancleano

Mesianiano- ~ 6 - 3

Volcanismo máfico a

intermedio

Mioceno

Mesianiano

Tortoniano-

~ 7.5 - 5 Volcanismo silícico

~ 11 - 5 Volcanismo máfico

Serravaliano

Burdigaliano- ~ 19 10 Volcanismo andesítico

*Antropogeno (término que aún no es aceptado)

Figura (6) Mapa esquemático de las propiedades tectónicas de la zona central de México. Los triángulos representan volcanes activos.

Las líneas azules son de isoprofundidad que describen la subducción de las placas (Pardo-Suarez, 1995). RAG: Rio Ameca Garben;

TZG: Tepic-Zacoalco graben; CG: Colima Graben; CHP: Chapala Graben; GG: El Gordo Graben; OFR FZ: Zona de fractura Orozco

OG FZ: Zona de fracture O´Gorman; f: localizaciones de pozos de flujo de calor. (Ziagos et al., 1985). Fuente. Yuri Taran et al., 2013.

Del trabajo de (Pardo y Suarez, 1995) derivaron diversos análisis en la trinchera,

integrando estudios geofísicos con los perfiles de Benioff, con el objetivo de determinar las

morfologías de las zonas de contacto entre las placas de Cocos, Rivera y Norteamericana,

encontrando en ellas claros contrastes que pueden explicar el ángulo de la zona de arco con

respecto a la trinchera De igual manera, la configuración de curvas de Benioff para México




23

muestran que la profundidad promedio de la placa (donde posiblemente inicie la fusión

parcial de Cocos hacia el manto) es de aproximadamente 100 km (Yuri Taran et al. 2013).

(Figura 6).

Taran et al. 2013, centra su estudio sobre aguas termales y descarga de gases sobre todo el

bloque Jalisco; reporta la composición del gas de 35 manantiales termales y dos fumarolas

volcánicas, junto con la composición isotópica de He y CO2, en la que distingue cuatro

grandes regiones de manifestaciones termales entre el bloque Jalisco: 1) parte oeste de la

FVTM, 2) el graben de Colima 3) manantiales termales a lo largo de la costa del Pacífico y

4) manantiales dentro del bloque Jalisco. Deduce que la relación isotópica de 3He/4He

sugiere un origen mantélico y proponen la existencia de una ventana en la corteza en esta

porción del país. Como se muestra en las siguientes figuras (Figura 7):

Figura (7) Diagrama esquemático de la interacción de subducción de las placas de Rivera y Cocos; se muestra la posible geometría de

la subducción con diferentes ángulos iniciales de buzamiento que dan origen a un gap superior entre dichas placas y por lo tanto

confinando el flujo que proviene del manto a la sección de Michoacán de la placa Norteamericana. Son mostrados (en amarillo) algunas

ubicaciones de puntos termales. Los diagramas inferiores muestran esquemas del mecanismo de la geometría de subducción propuesta

para las placas de Cocos y Rivera cercanos a los límites de placa. Fuente. Yuri Taran et al., 2013.




24

3.3 Análisis estructural de la FVTM mediante información magnética

A partir de la información magnética adquirida por el SGM; se llevó a cabo el análisis y la

interpretación de la misma para la FVTM. Se observan algunos dominios magnéticos

representando tendencias estructurales en rocas de origen volcánico de intermedias a básicas,

donde la presencia de magnetita y pirrotita generan una alta susceptibilidad magnética,

mientras que los materiales de relleno de las estructuras como los graben por esfuerzos

distensivos, presentan una susceptibilidad menor.

En el mapa magnético de campo total y reducción al polo de la (Figura 8 y 9) se identifica

un elemento con una alta respuesta magnética y una tendencia peculiar que no está reflejada

en el relieve topográfico actual y no guarda relación espacial con alguna provincia

fisiográfica o geológica (delimitada por líneas discontinuas de color negro). El extremo norte

de este elemento coincide con el extremo septentrional del Bloque Jalisco y el extremo sur

coincide con la Brecha de Guerrero. Se ubicaron en color rojo las principales estructuras

geológicas recopiladas por Susana A. Alaniz et al; 2005. Podemos observar que la fosa del

bajío (FB) se sobrepone con la geometría de este alineamiento magnético en forma de arco.

En estos mismos mapas se aprecian otras zonas con altos valores magnéticos que en conjunto

con el elemento magnético descrito plantean posibles líneas de investigación futuras para una

mejor comprensión del régimen tectónico del sector centro occidental de nuestro país.




25

Figura (8) Mapa magnético de Campo Total. En líneas de color rojo se muestran las fallas y estructuras mayores recopiladas para la FVTM. La línea discontinua en negro identifica el elemento

magnético en forma de arco. Fuente. GEOTEM




26

Figura (9) Mapa magnético de Reducción al Polo. En líneas de color se muestran las fallas y estructuras mayores recopiladas para la FVTM. La línea discontinua en negro identifica el elemento magnético en forma de arco. Fuente. GEOTEM




27

3.4 Isoterma de Curie, gradiente geotérmico y flujo de calor asociado a la FVTM

Los datos aeromagnéticos utilizados para la estimación de profundidad a la isoterma de Curie

en la FVTM corresponden a los levantados por el Servicio Geológico Mexicano (SGM). Estos

datos fueron adquiridos por la empresa GEOTEM Ingeniería S.A de C.V para su reproceso

con el objetivo de generar un mapa de gradiente geotérmico a partir de las estimaciones en

profundidad de la isoterma

de Curie y en última

instancia calcular el flujo de

calor para la caracterización

termal de la FVTM. El

método adoptado para

estimar la profundidad de la

isoterma de Curie (CPD) por

sus siglas en inglés, se basa

en el análisis espectral

(Figura 10) de la

información magnética

(Spector y Grant; 1970). El

proceso de cálculo exige la

preparación de una serie de

mallas que servirán de dominios magnéticos para aplicar dicha metodología. Dicho

procesado consistió en la generación de ventanas de análisis de diferentes dimensiones

(60x60, 100x100, 160x160, 200x200 y 250x250 km2) (Figura 11) con el objetivo de obtener

valores asimilables en el cálculo de profundidades de la base de fuentes magnéticas.

Figura (11) Espectro de potencia radial y cálculo de las pendientes para determina profundidades a la fuente magnética utilizando

distintos tamaños de ventana.

Figura (10). Ventanas de análisis para el cálculo

de profundidad a la isoterma de Curie.




28

Una vez estimada la profundidad a la isoterma de Curie; se puede calcular el gradiente

geotérmico. Se asume una temperatura de 580°C (a esta temperatura la magnetita pierde sus

propiedades magnéticas) y una temperatura superficial que fue obtenida de registros

nacionales del INEGI (considerando la temperatura media del mes más cálido). Junto con las

profundidades calculadas y la altura de vuelo de la adquisición de datos aeromagnéticos (en

este caso 300m); se calcula el gradiente geotérmico para cada una de las ventanas

configuradas. El llamado flujo de calor puede estimarse de igual manera asociando un valor

de conductividad térmica a los materiales geológicos que conforman el subsuelo basándose

en el tipo de roca que domina a las profundidades inferidas por la isoterma de Curie. Nuestra

estimación y cálculo del gradiente geotérmico para la zona de exploración Rancho Nuevo se

discute en la sección (4.7).

La aplicación de esta metodología involucra un gran número de trabajos referentes a la

FVTM (J.O Campos Enríquez et al. 1989; Marina Manea and Vlad Manea 2010). El objetivo

de dichos trabajos es la investigación de la estructura termal de la corteza usando el cálculo

de profundidad a la isoterma de Curie. En el trabajo titulado: “Curie Depth Estimates and

Correlation with Subduction in México” Marina Manea and Vlad Manea 2010, se estima el

flujo de calor para México a partir de los CPD calculados considerando un tamaño de ventana

de 210x210km2. Los diferentes CPD fueron comparados con el régimen tectónico y las

principales fronteras fisiográficas observando buena correlación entre el contexto morfo-

tectónico y las profundidades estimadas para la isoterma de Curie (Marina Manea and Vlad

Manea 2010) (Figura 12); se observa que en la región de la FVTM los diferentes CPD se

estiman en profundidades del orden de los 10 a 20 km, se observa que la profundidad de la

isoterma de Curie, es menor en el límite convergente con la trinchera del pacifico.

Figura (12) Mapa CPD delimitando las principales provincias morfo-tectónicas de México Fuente. (Manea & Manea. 2010)




29

La (Figura 13) muestra la estimación de flujo de calor obtenido en el trabajo antes citado

(Marina Manea and Vlad Manea 2010). En el que se considera un valor de temperatura para

la isoterma de Curie de 580°C (Haggerty, 1978) y se adopta un valor promedio para la

conductividad térmica de 2.5 mW/m2 asociada a rocas ígneas intrusivas y con el gradiente

geotérmico de la zona se obtiene el valor correspondiente al flujo de calor. De la siguiente

manera:

Flujo de Calor = Conductividad térmica x Gradiente geotérmico (mW/m2)

En este mapa en color magenta se visualizan las zonas con mayor flujo de calor en el

subsuelo, con un valor calculado de 100 a 140.0 mW/m2. Los valores de flujo de medios a

altos de 60 a 90 mW/m2 en colores azules a verdes.

En el mapa de la (Figura 13) se han marcado en color verde, las zonas con permiso y

concesiones que tiene la Comisión Federal de Electricidad (SENER, INERE 2015) así como

los campos geotérmicos actualmente en operación. Estas zonas y campos abarcan la parte

occidental de la FVTM.

Figura (13) Mapa de Flujo de Calor obtenido a partir del cálculo de la Isoterma de Curie. Fuente: Manea y Manea 2010.

3.5 Potencial geotérmico asociado a la FVTM

Con el objetivo de definir el potencial geotérmico en México, el INERE y la CFE se han

encargado de mapear las zonas de mayor interés para la prospección de recursos geotérmicos.

Dicho mapa se construyó mediante la evaluación de las temperaturas calculadas con

geotermómetros de más de 1300 manifestaciones termales que son evaluadas desde 1983




30

(compiladas por Torres-Rodríguez, et al. 1983). El potencial geotérmico se calculó mediante

geotermómetros de base líquida (INERE, SENER, CFE 2015). En la (Figura 14) se muestran

la distribución de temperaturas obtenidas.

Figura (14) Mapa de Potencial Geotérmico Mexicano Fuente. INERE 2015 modificado por GEOTEM.




31

4 ESTUDIO INTEGRAL EXPLORATORIO CON FINES GEOTÉRMICOS

4.1 Antecedentes de estudio y metodologías implementadas

La presencia de hidrotermalismo en la zona de estudio es identificada desde hace ya varios

años en el estado de Guanajuato, sobre todo en los alrededores de la ciudad de Celaya y

Apaseo El Alto (Morales et al., 2016a y b; Morales et al., 2015). El presente caso de estudio

surge como una motivación inicial a del grupo de la Dra. Ruth Esther Villanueva

Investigadora Titular del departamento de Recursos Naturales del Instituto de Geofísica

(IGF, UNAM) y Líder del Proyecto Estratégico 02 “Mapa de Provincias Geotérmicas de

México a partir de la Geoquímica de Fluidos y Distribución de Acuíferos: herramienta para

la exploración y desarrollo de recursos geotérmicos convencionales” del CeMIE Geo

proyecto en el que GEOTEM Ingeniería S.A de C.V, participó activamente.

En diferentes trabajos se han documentado las manifestaciones presentes en la Porción

central de la FVTM, sin embargo, basándonos en el trabajo más reciente el cual lleva por

título “Distribución de Anomalías Geotérmicas en México: Una guía útil en la prospección

geotérmica” (Luis E. González-Ruiz, Eduardo González-Partida, Víctor Hugo Garduño

Monroy, et al. 2015) se reportan 12 manifestaciones termales en la zona de estudio y 2

manifestaciones más en la zona de Rancho Nuevo.

Una vez recopilados los datos y analizados, se llevó a cabo una etapa de reconocimiento en

campo con el fin de determinar la localización de las manifestaciones termales, así como

determinar la temperatura de las mismas para evaluar el potencial de un posible yacimiento

en el subsuelo. Posteriormente el Grupo del Proyecto P02 del CeMIE Geo muestreó

químicamente cada una de las manifestaciones determinando el tipo de agua y finalmente

por medio de geotermometría, se determinó la temperatura del último estado de equilibrio de

las muestras.

La geofísica se inició con el procesamiento de datos aeromagnéticos que apoyara en el

conocimiento de las estructuras de la zona y su entorno geológico, con lo que se elaboró un

programa de exploración terrestre mediante los métodos de gravimetría, sondeos TDEM,

sondeos MT y sondeos CSAMT.

Terminadas las labores de campo se llevó a cabo el proceso, integración e interpretación de

la información, recopilando los resultados en un sistema de información geográfica (GIS)

para su análisis en conjunto con el objetivo de construir un modelo conceptual del

funcionamiento geotermal de la zona de estudio y con ello realizar inferencias acerca del

potencial geotérmico de la zona de Rancho Nuevo en Guanajuato.

4.2 Localización e identificación de manifestaciones

Con base en el reconocimiento de campo en conjunto con el grupo de trabajo del P02 CeMIE

Geo del Instituto de Geofísico de la UNAM (IGF) han sido localizadas en la zona de Rancho




32

Nuevo a unos 5 km al este de la Ciudad de Celaya Guanajuato 8 manifestaciones geotermales

que siguen una tendencia particular N-S a lo largo de aproximadamente 11.5 km desde el

poblado de Juan Martin, hasta San Miguel Octopan. Como se muestra en la imagen (Figura

15) las manifestaciones se concentran al sur del poblado de San Miguel Octopan (Norte del

área de estudio) y en los alrededores del poblado de Juan Martin (al sur de la zona de estudio).

En la porción sur se han detectado la presencia de pozos termales, con temperaturas de 36 a

48 °C (como referencia la temperatura ambiente medida en el área de estudio cuando se

colectaron las muestras fue de 23°C). En el sector norte se identificaron manifestaciones

termales en pozo con temperaturas de 58°C y en Rancho Nuevo de 90°C, esta última

manifestación corresponde a la de mayor temperatura en la zona de estudio.

Acorde a la clasificación termal de las manifestaciones, la mayoría de los manantiales tiene

una temperatura de descarga intermedia con temperaturas mayores a 45 °C y menores al

punto de ebullición, mientras que el manantial de Rancho Nuevo es clasificado como un

manantial hirviente debido a su temperatura elevada.




33

5

Figura (15) Mapa de ubicación perfiles geoeléctricos y estaciones gravimétricas




34

4.3 Estratigrafía y Geología Estructural

La información geológica de la zona de estudio se apoyó en el mapa geológico regional escala

1;250 000 con clave F14-10 “Querétaro” del SGM. El análisis superficial y del subsuelo

revela que el basamento de la zona de estudio se encuentra compuesto por rocas

volcanoclásticas con un ligero grado de metamorfismo datado en el Jurásico Superior,

mientras que el cretácico queda definido por calizas y limolitas del Cretácico Inferior y

calizas lutitas del Cretácico Superior. Las evidencias de rocas jurásicas se encuentran hacia

la localidad de San Miguel de Allende, mientras que el cretácico se encuentra al norte de la

Ciudad de Celaya, cerca de la localidad de Juventino Rosas. El inicio del terciario (Eoceno)

queda representado por un espesor considerable de conglomerados polimícticos identificados

de manera informal como conglomerados rojos de Guanajuato, el resto del terciario se

encuentra compuesto riolitas que afloran al sur de la Ciudad de Celaya Guanajuato. Las

elevaciones circundantes al área de estudio, están compuestas por rocas andesíticas-

basálticas. Los materiales más recientes corresponden con basaltos del cuaternario

representados por dos volcanes cuaternarios al sur de Celaya, mientras que las zonas de

bolsón se encuentran sobre depósitos aluviales (Figura 16).

Las elevaciones al norte de la zona de estudio están datadas en el terciario y corresponden

con andesitas y basaltos y es solo al norte de la población de Juventino Rosas, donde aflora

el Cretácico. El Cerro de San Pedro al Norte de la Ciudad de Celaya, tiene una composición

andesítica basáltica y conforma un aparato volcánico del Terciario. Hacia el sur, el Cerro

Mandinga tiene una composición basáltica y corresponde con un aparato volcánico

Cuaternario asociado a la FVTM, mientras que el cerro de Las Cruces se asocia a andesitas

y basaltos con una base riolítica de acuerdo a los afloramientos del mapa geológico.

Con base en la recopilación de información local se tienen identificadas 3 estructuras

regionales en la zona de estudio. Presentándose de norte a sur, se identifica a la Falla San

Miguel de Allende, al menos a 5 km al oeste de Celaya Guanajuato; es una falla normal cuyo

bloque de techo cae hacia el oeste con un desplazamiento mínimo de 450 m con dos fases

diferenciadas de actividad durante el Oligoceno y el Mioceno y afecta rocas del Mesozoico

hasta finales del Terciario (Alaniz, 2001). En la zona de estudio se presenta un escarpe de 50

m y se extiende desde el poblado de las Liebres hasta San Andrés, su continuidad se infiere

hacia la ciudad de Celaya con el curso del Río Laja.




35

Figura (16) Mapa Geológico de la zona de estudio (1:250,000) Fuente. Servicio Geológico Mexicano.

Otra falla regional encontrada cercana a la zona de estudio corresponde con el sistema

Tlacote- Bartolomé que tiene orientación N-S (Alaniz et al. 2002), su comportamiento es

normal y el bloque de techo cae hacia el este. Esta falla se alinea con las manifestaciones

geotermales localizadas en la zona de exploración geotérmica del salitre con esta evidencia,

es posible argumentar que la zona que se encuentra entre las fallas de San Miguel de Allende

y Tlacote Bartolomé se encuentra en un alto estructural.

Otro elemento regional corresponde a la Falla del Bajío, tiene una orientación NW-SE (Desde

León Guanajuato hasta Irapuato Guanajuato donde realiza un cambio en la orientación a una

tendencia E-W que conserva de Irapuato hasta el norte de Celaya). El comportamiento de la

falla es normal y el bloque de techo cae hacia la porción SW hacia la ciudad de León

Guanajuato y hacia el sur en la zona de Celaya (SGM, 2016).

4.4 Geoquímica de las manifestaciones del área de estudio

Los análisis fueron realizados por el Dr. Rubén Alejandro Bernard Romero, en el laboratorio

de Geoquímica de Fluidos Volcánicos del IGF UNAM en el marco del proyecto P02; en

campo se determinaron los parámetros fisicoquímicos, así como la concentración de

bicarbonatos (HCO3-). y de sílice (SiO2). Se colectaron muestras de agua para el análisis

químico de Cl-, SO42-, Na+, K+, Li+, Ca2+, Mg2+; en este trabajo sólo se reporta la química de

agua de iones mayores de la manifestación de más alta temperatura de descarga, manantial

Rancho Nuevo que permitan definir la geotermometría. Cabe mencionar que la concentración

de magnesio está por debajo del límite de detección (1 mg/L) del equipo y para este trabajo




36

se utiliza éste valor. A continuación, se presentarán los resultados preliminares de los estudios

geoquímicos proporcionados por el P-02 IGF UNAM.

El agua termal de la manifestación presente en Rancho Nuevo tiene un pH ligeramente

alcalino (8.25). Los resultados revelan que el agua es sódica-clorurada con evidencia de

posible mezcla con aguas superficiales. Esto indica que las manifestaciones termales que se

presentan en superficie son aguas mezcladas con flujos superficiales meteóricos, con una

interacción considerable con el medio poroso o el acuífero superficial y un flujo lateral.

Se aplicó el diagrama de Giggenbach (1988) para evaluar el estado de equilibrio entre el

fluido con la roca. Los resultados muestran que los fluidos están en equilibrio parcial y por

tanto se pueden aplicar los geotermómetros químicos. Sin embargo, considerando que la

descarga es rica en CO2 y el pH ligeramente alcalino, emplear geotermómetros de Na/K y

Na-K-Ca tiene incertidumbre. El geotermómetro que se puede aplicar es el de K/Mg dando

un valor de 141 °C a profundidad (concentración de magnesio del límite de detección). De

acuerdo a la posible mezcla de agua termal con aguas superficiales, la aplicación del

geotermómetro de sílice adiabático puede ser la del último equilibrio, es decir de 172 °C.

Con estos resultados preliminares, se puede decir que la temperatura mínima a profundidad

sea de 141 °C. (Tabla 3)

Tabla 3. Geotermómetros utilizados para la estimación de la temperatura a profundidad de la manifestación de Rancho Nuevo.

4.5 Gravimetría y su correlación estructural

La información gravimétrica se trabajó sobre la anomalía residual de Bouguer. En ocasiones,

los efectos topográficos sobre los resultados de la gravimetría son demasiado relevantes en

la configuración; debido a esto se generó el mapa de residual de Bouguer mediante un ajuste

polinomial que ayudo a reconocer las condiciones estructurales del subsuelo. (Figura 17)

Las fallas reportadas en diferentes trabajos se presentan en la (Figura 17). La línea marrón

corresponde a los lineamientos inferidos a partir de los contrastes gravimétricos; en negro se

muestran las documentadas por la CEAG. Sobre este mapa se han inferido al menos 8

Geotermometro Temperatura por geotermometría (C°)

Cuarzo conductivo 186

Cuarzo adiabático 172

Na-K-Ca 215

Na/K (Fournier, 1979) 238

Na/K (Truesdell, 1976) 215

Na/K (Giggenbach, 1988) 252

Na/K (Arnorsson, 1983) 221

K/Mg (Giggenbach, 1986) 141




37

estructuras geológicas en un nivel local a semiregional. Dos de estos elementos pueden ser

utilizados para corregir de cierta manera, la trayectoria de la Falla San Miguel de allende y

la Falla Tlacote al este, que aparentemente se encuentra desplazada unas decenas de metro o

bien el lineamiento corresponde con una estructura de mayor envergadura, paralela a dicho

sistema y con un desplazamiento superior.

En general, los lineamientos en la zona de manifestación Rancho Nuevo presentan

orientaciones N-S, NW-SE y NE-SW similar al sistema de fallas reportadas en el trabajo

gravimétrico. Para la manifestación termal El Salitre se tiene un comportamiento de las fallas

del Tlacote y San Miguel de Allende asociadas a mínimos gravimétricos.

La trayectoria inferida de la Falla San Miguel de Allende se corrobora con la gravimetría y

se comprueba que el bloque de techo se desplaza hacia el Oeste de la falla, coincidiendo con

el mínimo gravimétrico.

Es posible determinar a partir de la información gravimétrica, las variaciones constantes en

los espesores y profundidades estructurales que se observan a través de los máximos y

mínimos gravimétricos. Toda esta información revela la intensa actividad tectónica que

presenta una serie de fallas normales en algunos de los sistemas mencionados.

4.6 Magnetometría y su correlación estructural.

Como se comentó anteriormente a través de la información magnética es posible determinar

la presencia de elementos volcánicos y estructuras regionales que se observan en forma de

alineamientos con contrastes fuertes de susceptibilidad magnética. El mapa de reducción al

polo para la zona de estudio, es mostrado en la (Figura 18) sobre el cual, se han marcado

estructuras y fallas recopiladas por la CEAG (en color negro) y las inferidas (en marrón) a

partir de la información gravimétrica disponible.

En el mapa se observa un alineamiento magnético con una dirección E-W desde los límites

del estado de Querétaro hasta la ciudad de Celaya, cruzando las fallas de Tlacote y la falla de

San Miguel de Allende, con comportamiento ligeramente diferente al que presenta la

información gravimétrica. Hacia la zona de Rancho Nuevo es distinguible la traza de la falla

de San Miguel de Allende, así como el sistema de fallas menores recopiladas por la CEAG.

En el extremo NE (donde se ubica la falla el Tlacote) los alineamientos magnéticos más

notables son coincidentes con el sistema de fallas Querétaro-Taxco.

Hacia el sur en el extremo SW se observa un alto magnético bien definido, el cual se asocia

a material basáltico del cuaternario. Los contrastes más bajos en susceptibilidad magnética

coinciden con la distribución de materiales aluviales y los más altos probablemente reflejen

la distribución de materiales volcánicos del Cretácico; de acuerdo con lo revisado en el mapa

geológico de la (Figura 16).




38

Figura (17) Mapa gravimétrico residual de Bouguer con ajuste polinomial; en color negro fallas recopiladas (CEAG) y en marrón estructuras inferidas a partir de la información gravimétrica

adquirida en la zona de exploración.




39

Figura (18) Mapa magnético de Reducción al Polo, en color negro fallas recopiladas (CEAG) y en marrón estructuras inferidas a partir de la información gravimétrica.




40

4.7 Profundidad a la Isoterma de Curie, Gradiente Geotérmico y Flujo de Calor en la

zona termal de Rancho Nuevo

El gran aporte de la magnetometría como método indirecto, aplicado a la exploración

geotérmica está relacionado con el cálculo de profundidad a la isoterma de Curie. Este

proceso permite obtener y estimar profundidades asociadas a las fuentes magnéticas para

posteriormente calcular el gradiente geotérmico y flujo de calor.

Para la estimación de profundidad a la isoterma de Curie como se describió en la sección

(3.5) se utilizaron diferentes tamaños de ventana; las cuales fueron procesadas tomando como

punto de interés la manifestación termal en Rancho Nuevo (GRN1). Los cálculos mostraron

profundidades para la isoterma de Curie en el rango de 16.53 km a 7.46 km, que

corresponden con valores de gradientes geotérmicos (GG) de 33.19ºC/km hasta 73.54 °C/km,

respectivamente, como se puede observar en la Tabla 3.

Tabla (3) Parámetros de ventanas, Profundidad de la cima (Z0), centroide (Z0) y base (Zb), rangos de numero de onda para el punto y

GG gradiente geotérmico evaluado en la manifestación termal de Rancho Nuevo.

El valor inferior de GG corresponde a la ventana más amplia y se observa que este valor se

acerca al GG normal (30 °C/km) por lo que interpretamos que al emplear ventanas de mayor

tamaño los dominios magnéticos de alta frecuencia se promedian con los del entorno

regional, atenuando los efectos locales de mayor resolución (Figura 19). En la misma figura

también se observa que al reducir el tamaño de la ventana, aumentamos la resolución y los

efectos locales prevalecen respecto del entorno regional y los valores de GG se acercan

asintóticamente al valor máximo que se puede calcular. Por lo que podemos deducir que este

método, como herramienta de exploración geotérmica es capaz de proveer de información

valiosa una vez que se pueda determinar la función que mejor se ajuste al comportamiento

de la curva.

Figura (19). - Gráfica de GG contra Tamaño de Ventana, zona Rancho Nuevo.

Ventana [km] X Y Zt[km] Rango k (Zt) Z0[km] Rango k (Z0) Zb[Km] GG [°C/Km]

250x250 317750 2270748 3.03 0.06-0.2 9.93 0.01-0.07 16.53 33

200x200 317750 2270748 3.12 0.08-0.27 8.14 0.007-0.098 12.86 43

160x160 317750 2270748 2.60 0.11-0.34 6.60 0.06-.15 10.30 53

100x100 317750 2270748 2.73 0.1-0.25 5.36 0.02-0.11 7.69 71

60x60 317750 2270748 2.32 0.21-0.4 5.04 0.04-0.18 7.46 74

30x30 317750 2270748 1.79 0.17-0.42 4.64 0.08-0.19 7.19 76




41

Marina Manea and Vlad Manea, 2010, señalan que sus resultados del cálculo de flujo de

calor con una ventana de 210 km x 210 km, son consistentes con las mediciones directas

reportadas por Ziagos, et al., 1985; con las estimaciones calculadas por geotermómetros de

sílice (Prol-Ledesma y Juárez, 1986; y con cálculos realizados con isótopos de He por Polyak,

et al., 1985 como por Taran, et al., 2002. Para el cálculo de flujo de calor utilizaron la

temperatura de Curie para la Magnetita de 580 °C y un valor promedio de conductividad

térmica de k=2.5 W/°Cm para rocas ígneas y como se observa en (Figura 13) la zona termal

de Rancho Nuevo presenta un flujo de calor cercano a los 110 mW/m2.

Para el caso de Rancho Nuevo la gráfica de la (Figura 19), muestra que la ventana de 160

km x 160 km se ubica cerca del punto de inflexión, compensando los valores del efecto

regional con los valores de los efectos locales y al utilizar su valor de GG, de 53.26 ºC/km

con un valor de k=2.5 W/°Cm, obtenemos un valor de flujo de calor de 133 mW/m2, valor

ligeramente superior al obtenido en el trabajo de Manea & Manea, 2010.




42

4.8 Perfil MT-CSAMT/ Rancho Nuevo

A continuación, se describen los resultados interpretados a partir de la información

electromagnética mediante sondeos MT/CSAMT en la zona de Rancho Nuevo. El perfil

generado mantiene una orientación N-S, con una longitud de 19 km alcanzando una

profundidad de 3500 m con la manifestación termal de Rancho Nuevo al centro.

Los cuerpos conductores se encuentran abarcando la porción superficial desde unas decenas

de metros en la porción sur hasta cerca de un kilómetro en la porción norte, debajo de los

sondeos RN016 a RN012, asociados con materiales volcánicos fracturados que alcanzan

hasta los 2500 m, cuyas variaciones de profundidad corresponden con valores de 1000 m en

la porción central, mientras que, en la porción sur las zonas conductoras se reducen

notablemente debido a la presencia de las rocas volcánicas terciarias que se encuentran

aflorando y que tienen mayores valores de resistividad.

Las zonas resistivas que se observan en el perfil, están interrumpidas de manera lateral por

cuerpos tabulares conductores localizados entre los sondeos RN18 a RN16, RN12 a RN9 y

RN7 a RN6, asociados con las estructuras geológicas que cortan las rocas volcánicas

terciarias, con una amplia zona de cizalla caracterizada por su baja resistividad posiblemente

relacionada con la presencia de fluidos calientes y posibles alteraciones hidrotermales.

(Figura 20)

4.9 Perfil TDEM Regional

El perfil geoeléctrico regional que une las zonas termales de Rancho Nuevo y El Salitre, tiene

una orientación E-W con una longitud de 46 km; muestra un comportamiento muy similar al

perfil anterior, sin embargo, el nivel de investigación es menos profunda (750 m) ya que se

utilizó información de sondeos TDEM recopilados.

Se observan que los cuerpos resistivos predominan hacia la porción Oriental en donde se

ubica la zona de El Salitre; en tanto que en la porción Occidental, casi con el cruce del perfil

N-S (Zona de Rancho Nuevo), predominan las zonas de mayor conductividad dominando

los primeros 300 m de profundidad.

En este perfil se observa un fuerte contraste lateral en las cercanías de Apaseo El Grande,

donde el cuerpo conductor contrasta con el resistivo, este último gana cierta elevación

estructural hacia el este, asociado este comportamiento con las estructuras geológicas y

reportadas en este documento, e inferidas con los datos gravimétricos

De igual modo que en el perfil anterior, el cuerpo resistivo se asocia a rocas volcánicas

Terciarias, mientras que los cuerpos conductores posiblemente se asocien con horizontes

arcillosos del material de relleno o con temperaturas elevadas. En esta zona la presencia de

alta temperatura en el agua de los pozos nos permite relacionar la baja resistividad con la

presencia de fluidos hidrotermales. (Figura 21)




43

4.10 Integración de Modelos Gravimétricos y de Resistividad

Se realizó el modelado gravimétrico bidimensional (Talwani et al. 1959) a partir del Residual

de Bouguer, apoyando de forma interactiva con los perfiles de resistividad obtenidos con los

Sondeos MT y TDEM como modelos de restricción en la configuración de horizontes

litológicos. Esta integración nos permitió construir un modelo conceptual que se ajusta al

marco geológico de la zona de estudio.

Esta integración permite inferir tendencias estratigráficas y la presencia de estructuras

geológicas (fosas y pilares). Una primera aproximación a este objetivo se muestra en las

(Figuras 22 y 23) mostrando el modelo estructural inferido a partir del modelado

gravimétrico 2D.

En este modelo gravimétrico se muestran los colores utilizados para definir temporalmente

las unidades, representando los depósitos cuaternarios en color amarillo, el marrón para

depósitos volcánicos basálticos del cuaternario correspondientes con la FVTM, con

tonalidades rosáceas rocas terciarias (materiales volcánicos y sedimentarios) y el color verde

representa el basamento de la cuenca (rocas calcáreas del cretácico).

Las densidades de los materiales para el modelo Talwani fueron asignadas conforme a los

siguientes valores de densidad; Para los materiales de cobertura sedimentaria no consolidada

del cuaternario: 1.75 g/cm3, para los basaltos fracturados del Cuaternario 2.1 g/cm3; para las

riolitas-andesitas-basaltos del terciario con fracturamiento intenso 2.2 g/cm3; para el terciario

de bajo a moderado fracturamiento: 2.4 g/cm3 y para el basamento cretácico-jurásico: 2.55

g/cm3. En este modelo se infieren algunas estructuras geológicas a partir de los gradientes

mayores y menores en la respuesta gravimétrica observada (residual de Bouguer) así como

la correlación de estructuras mapeadas en la zona de estudio a partir de los referentes

geológicos recopilados. En los modelos se han marcado también los límites de investigación

alcanzados por las metodologías MT y TDEM en cada caso.




44

Figura (20) Perfil MT-CSAMT Rancho Nuevo

Figura (21) Perfil TDEM Regional




45

Figura (22). Modelo gravimétrico

para el Perfil MT (N-S)




46

Figura (23). Modelo gravimétrico para

el perfil TDEM regional (W-E)




47

Modelo Geológico Estructural Perfil MT Rancho Nuevo (N-S)

El perfil une las manifestaciones termales presentes en la zona de Rancho Nuevo y al sur,

cerca de la población de Juan Martín con una disposición N-S y una longitud de 19 km.

El perfil mostrado en (Figura 22), presenta una serie de altos y bajos estructurales

consecutivos que responden a altos y bajos gravimétricos en la curva de residual de Bouguer.

Los bajos estructurales en esta zona, responden a valores del orden de 12 y 10 mGal mientras

que los altos estructurales responden a valores del orden de 16 mGal. El espesor de los

estratos modelados está definido en gran medida por la presencia de estructuras que cortan

el Mesozoico y el Terciario. Los materiales cuaternarios presentan un incremento

considerable en su espesor sobre todo en la zona norte donde, acorde al modelo gravimétrico,

se alcanzan espesores de hasta 400 m. Dicho espesor se reduce hacia la zona sur, conforme

se acerca a los afloramientos del Terciario.

Las rocas del Terciario que conforman la base de los depósitos de relleno, presentan un

espesor mínimo de 500 m en la porción central del perfil, mientras que, en el sector sur, su

espesor se incrementa considerablemente hasta unos 1,100 m. El espesor de la segunda capa

del Terciario que sobreyace a las rocas del Cretácico, varía desde el mínimo de 400 m al sur

y un máximo de 1000 m en algunos bajos estructurales.

A través de la gravimetría se detectaron dos bajos estructurales considerables y un pequeño

pilar; el primer bajo corresponde con una fosa mapeada al norte de la zona de estudio,

coincidente con la traza de la Falla del Bajío, en la zona de San Miguel Octopan. En la zona

central del perfil se aprecia un alto estructural que corresponde con un máximo gravimétrico,

en la zona de la manifestación termal Rancho Nuevo. Al sur del pilar de Rancho Nuevo se

presenta un mínimo gravimétrico que corresponde a una fosa cuyo límite meridional se

localiza en la zona de San Juan Martin.

Modelo Geológico Estructural Perfil (W-E)

En (Figura 23) el Perfil de residual de Bouguer define altos y bajos gravimétricos; en la parte

occidental se aprecia la fosa Celaya-Irapuato, se trata de una fosa escalonada que alcanza su

mínimo gravimétrico al occidente de Celaya en dirección hacia Irapuato; el limite oriental de

esta fosa es el pilar de Rancho Nuevo identificado también en el perfil N-S, quedando este

rasgo tectónico claramente definido y en el que se ubica el manantial termal de Rancho

Nuevo con temperatura de 90ºC. Al oriente del pilar de Rancho Nuevo se localiza un amplio

mínimo gravimétrico que caracteriza la fosa de Apaseo El Grande, cuyo límite oriental es el

Pilar de El Salitre; este pilar está delimitado al Oriente por la falla El Tlacote, donde inicia la

fosa del mismo nombre. La fosa del Tlacote está caracterizada por los sínter silíceos que

caracterizan la zona hidrotermal de El Salitre.




48

4.11 Modelo conceptual geotérmico

El modelo geotérmico conceptual (Figura 24) se realizó a partir de la integración de toda la

información adquirida durante los procesos de gabinete y campo en el área de estudio, y

pretende explicar el funcionamiento de la zona donde se ubica la manifestación hidrotermal

de Rancho Nuevo. Este modelo tiene como base la interpretación gravimétrica con el

modelado de Talwani y el perfil geoeléctrico MT; en él, se modelaron los espesores de los

diferentes estratos que componen los materiales geológicos, diferenciados por color acorde

a su edad correspondiente. Se asignaron densidades representativas de cada composición

litológica para calibrar el residual obtenido de las mediciones en campo con el del modelo

propuesto, considerando la estratigrafía y las estructuras documentadas en la zona de estudio.

La correlación de las variaciones del residual que consideran espesores regulares, permitió

modelar altos y bajos estructurales, siguiendo el modelo geológico del subsuelo presentado

por el SGM. Los altos y bajos estructurales, fueron correlacionados con las fallas tanto las

mapeadas como las inferidas a partir en la planta gravimétrica.

En este modelo, las manifestaciones hidrotermales de la zona de estudio, están representadas

en el perfil N-S con un símbolo triangular de color ocre. De norte a sur, se encuentra el

manantial Los Mezquites (32°C), el pozo termal covemex (58°C) y el manantial termal

Rancho Nuevo (90°C).

Sobre las unidades gravimétricas, se dibujaron los intervalos de resistividad menores de 5

Ohm-m y entre 5 y 50 Ohm-m. Los valores menores de 5 Ohm-m representan elementos

conductores relacionados con la presencia de fluidos hidrotermales y/o alteraciones

entrampadas en las fallas geológicas. Los contrastes de resistividad con morfología tabular

vertical presentan colores que varían de rojo (menores a 5 Ohm-m) a verde (50 Ohm-m) los

cuales ya han sido asociados a las fallas geológicas en el apartado de exploración

electromagnética.

Debajo del elemento delimitado como el basamento, que en términos gravimétricos

corresponde con las formaciones del Cretácico y Jurásico; con el cálculo de la profundidad

de la isoterma de Curie, se puede inferir la presencia de la fuente de calor a aproximadamente

10 km de profundidad, con un gradiente geotérmico asociado de 53°C/km. Las flechas azules

en la superficie, indican el flujo regional del acuífero en la zona de estudio el cual se desplaza

de norte a sur, al menos en la zona correspondiente con el acuífero superficial en las primeras

decenas de metros del perfil.

Sobre la fuente de calor inferida con flechas de color rojo se indica el probable aporte de

compuestos químicos presentes en agua que ha entrado en contacto con el calor de una fuente

térmica a profundidad. La composición de los fluidos hidrotermales en esta zona es dominada

por H2O, HCl, HF, SO2 y HBO3. Estos fluidos, conforme ascienden a la superficie se

enriquecen con CO2, H2S y NaCl debido a la interacción de los fluidos con la roca huésped.

También con flechas en rojo paralelas a las líneas de falla, se indican las rutas de migración

de los fluidos hidrotermales.




49

Figura (24). Integración geofísica y

modelo conceptual geotérmico.

Perfil MT Rancho Nuevo




50

La exploración geotermométrica, indica que el último estado de equilibrio termodinámico

del fluido se encuentra a 141 °C, lo que corresponde en el perfil con las zonas de

concentración de algunos elementos conductores y que se fortalece la hipótesis de la

circulación de fluidos hidrotermales en las zonas de cizalla.

La presencia de altas temperaturas en los pozos circundantes a la manifestación de Rancho

Nuevo, se puede explicar por la influencia de los fluidos hidrotermales que ascienden por

zonas de cizalla y entran en contacto con el acuífero superior.




51

5 CONCLUSIONES

Este trabajo demuestra que la aplicación de diversas técnicas geofísicas como herramientas

que en conjunto con la aplicación de algunas técnicas geológicas, geohidrológicas y

geoquímicas como diagnóstico y/o evaluación de zonas con potencial, son el primer

acercamiento al modelo conceptual del funcionamiento de un yacimiento para implementar

(o en su defecto descartar) exploraciones más profundas y detalladas, funcionando como

baliza de despegue para exploraciones de mayor detalle en la zona central de la FVTM.

La FVTM, es resultado de una serie de mecanismos tectónicos que rigen el comportamiento

y la distribución del recurso geotérmico en nuestro país. Un resultado importante de este

trabajo es la identificación de un elemento magnético en forma de arco y su posible relación

con la zona de brecha sísmica de Guerrero en el sur y con la Fosa del Bajío en la zona centro

norte, como punto de inflexión y el Bloque Jalisco en su extremo norte; lo que podría derivar

en nuevas líneas de investigación para la comprensión de la evolución tectónica de esta

porción del país.

A partir de los resultados de este trabajo, se concluye que:

Las evidencias superficiales de valores anómalos de temperatura tales como las

manifestaciones hidrotermales y gasotermales, son indicadoras de áreas con posible interés

geotérmico en las que se puede iniciar con un programa sistemático comenzando con el

reconocimiento geológico y geoquímico y reforzado empleando métodos geofísicos.

El primer paso dentro de las técnicas geofísicas, consiste en el procesamiento de la

información aeromagnética con el uso de programas de cómputo especializados, para obtener

una primera estimación de la estructura geológica y termal del subsuelo, así como detectar

zonas con gradiente térmico anómalo, estos resultados permitirán orientar un adecuado

programa de exploración mediante la adquisición de datos terrestres.

La correlación entre la gravimetría con los sistemas estructurales documentados, permitió

corroborar algunos desplazamientos de Fallas como la San Miguel de Allende e inferir

algunos lineamientos que en los perfiles gravimétricos componen bloques estructurales

consecutivos (pilares y fosas) lo que sugiere que la intensidad de fallamiento en la zona de

estudio se presente en al menos 3 sistemas (N-S, NW-SE y NE-SW), todos interconectados

entre sí en lo que podría definirse como una red de drenaje de fluidos geotermales, lo que

justificaría la aparente aleatoriedad de la disposición de las manifestaciones en la zona de

estudio.

La exploración electromagnética mediante los métodos TDEM, MT y CSAMT, reveló los

contrastes de una serie de cuerpos conductores tabulares que corresponden con las estructuras

documentadas o inferidas con base en los contrastes gravimétricos. La respuesta de baja

resistividad que se extiende a profundidad, se asocian con la presencia de amplias zonas de




52

cizalla, donde los materiales rocosos pueden tener un fracturamiento fuerte que permita el

desplazamiento convectivo de los fluidos.

Para la zona termal de Rancho Nuevo, aun cuando las estimaciones de temperatura a

profundidad se valoraron de forma conservativa, con geotermómetros químicos, 141 °C;

profundidad de la fuente de calor, 10 km; gradiente geotérmico, 53 °C/km y flujo de calor de

133 mW/m2; esta zona termal se considera como una zona de interés para continuar con la

exploración.

La propuesta de exploración complementaria deberá alcanzar profundidades mayores a los 3

km (sondeos MT), con una densidad de estaciones que permita conocer la distribución

espacial de las estructuras encontradas tanto geológicas como aquellas asociadas a las zonas

termales. Estos trabajos de exploración permitirán en un futuro, proponer sitios de

exploración directa y conocer la factibilidad de este sitio para la generación de electricidad.

La aplicación de métodos superficiales de exploración considerando paralelamente modelos

de gestión de calidad, disminuye la incertidumbre en las exploraciones directas del subsuelo

que representan el mayor costo durante la exploración geotérmica, además de que nos

permite obtener resultados satisfactorios para la óptima toma de decisiones.




53

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7 AGRADECIMIENTOS

Este proyecto se llevó a cabo en el marco de colaboración de la empresa GEOTEM

Ingenieria, S.A. de C.V. como miembro del Centro Mexicano de Innovación en Energía

Geotérmica (CeMIE Geo) y particularmente dentro del Proyecto Estratégico 02 “Mapa de

Provincias Geotérmicas de México a partir de la Geoquímica de Fluidos y Distribución de

Acuíferos: herramienta para la exploración y desarrollo de recursos geotérmicos

convencionales”.

Se agradece la extraordinaria colaboración de los compañeros de nuestra empresa GEOTEM

Ingeniería: Alfredo Sánchez-Galindo, Alberto Garfias-Quezada, Omar Hernández-

Cervantes, Sergio José García Pérez, Francisco Villegas Díaz. Al personal académico del

Departamento de Recursos Naturales del Instituto de Geofísica (IGF, UNAM) y Líder del

Proyecto Estratégico 02, la Dra. Ruth Esther Villanueva-Estrada, a su equipo de trabajo el

Ing. Roberto Rocha-Miller, Dr. Rubén Bernard-Romero y Mtro. Augusto Rodríguez.

Engineering

Integración de Metodologías Geofísicas para la evaluación de zonas de interés Geotérmico