Clasificación de los fluidos hidrotermales

El objetivo principal de la hidrogeoquímica en la industria geotérmica es identificar el origen de los fluidos geotermales, la incorporación de componentes magmáticos y los procesos que gobiernan su composición junto con la transformación química y mineralógica de la roca con la cual el fluido interactúa (Instituto Geológico y Minero de España, 1985a).

Pozo geotérmico Fuente termal Área de recarga Agua meteórica fría Reservorio Roca permeable Capa impermeable Capa impermeable Flujo de calor (conductivo) Intrusión magmática Fluidos calientes

En consecuencia, de la distancia de transporte y de la interacción agua-roca, la descarga de los fluidos geotérmicos trae consigo la historia de su circulación en el subsuelo. Giggenbach (1991) propuso que de acuerdo con el tipo de información que entregan los constituyentes de los fluidos, ellos pueden ser subdivididos en dos grupos: conservativos (trazadores o inertes) y reactivos (geoindicadores).

Los elementos conservativos son aquellos que, una vez introducidos en la fase fluida, estos permanecen en ella sin cambio alguno, de este modo, proporcionan información sobre su propia fuente y de la fuente del fluido. Se dice que son conservativos porque solo forman minerales solubles y la fuente de donde son extraídos es limitada para saturar los fluidos. Especies como B, Br, Cl son ejemplos de este tipo (Nicholson, 1993).

Por otra parte, la concentración de los elementos reactivos responde a variaciones en los parámetros fisicoquímicos del ambiente en que se encuentran; entregan información de las condiciones de equilibrio

de los minerales del sistema geotérmico. Especies como Na, K, Mg, Ca y SiO₂ forman parte de reacciones ocurridas en el sistema geotérmico, por lo que su concentración es dependiente de la temperatura de los fluidos hidrotermales y de la composición de la roca que los hospeda (Nicholson, 1993).

En relación con el comportamiento y la información que pueden entregar las especies químicas presentes en los fluidos geotérmicos, Arnórsson et al. (2007) proponen su clasificación, distinguiéndolos entre primarios y secundarios. Los fluidos primarios se encuentran en la parte inferior de las celdas convectivas, y su origen puede ser una mezcla de fluidos, como agua de origen meteórico y fluido con volátiles magmáticos. Cuando los fluidos primarios avanzan hacia la superficie, ellos dan formación a los secundarios, ya que cambian su composición a partir de los siguientes procesos.

• Vaporación por despresurización (flasheo) y generación de una fase liquida y otra gaseosa. • Separación de fases en un fluido salino; resultando una salmuera híper salina y vapor diluido. • Condensado de vapor al contacto con aguas subterránea o superficial; produce aguas sulfato-

ácidas o bicarbonatadas con abundancia de Na ó CO2.

• Mezcla de aguas termales subterráneas con CO2 gaseoso proveniente de una fuente profunda.

Los fluidos primarios son aquellos de composición dependiente de las características de sus fuentes (agua marina, meteórica y fluidos magmáticos, metamórficos); de las reacciones de equilibrio producidas por la interacción agua-roca, como disolución de los minerales primarios y precipitación de los secundarios; los procesos de absorción y su inverso.

De acuerdo con Nicholson (1993) las aguas cloruradas son típicas de la parte profunda del sistema geotérmico. En la composición química, el cloruro es el anión dominante, mientras que el sodio y el potasio son los cationes principales. Sus descargas comúnmente son manantiales calientes que en superficie lucen de color azul verdoso y/o geiseres. Los manantiales calientes de cloruro de buen flujo generalmente indican una zona de alimentación altamente permeable (por ejemplo, falla, tubería o conducto de brecha de erupción) y son las únicas aguas de manantial que se pueden usar con confianza en la geotermometría. Las aguas sulfatadas-ácidas están formadas por condensación de gases geotérmicos en aguas subterráneas someras y oxigenadas. Nicholson (1993) menciona que su formación es a partir del fluido profundo (aguas cloruradas), en las cuales, los cloruros son separados por ebullición, mientras que el vapor de agua y otros volátiles que sí pudieron ser condensados (NH3, As, B) avanzan hacia los márgenes del

campo, para encontrar un área de flujo ascendente; sus descargas se encuentran en superficie como piscinas de lodo. Su composición química consiste en sulfato como anión principal, y se forma por la oxidación del sulfuro de hidrógeno condensado y la condensación de dióxido de carbono, esta última

reacción produce protones, creando aguas ácidas con pH ≤ 2.8. Las reacciones cercanas a la superficie

entre las aguas ácidas y las rocas circundantes pueden lixiviar cationes de sílice y metal (Na, K, Mg, Ca, AI, Fe, etc.) que pueden alcanzar altas concentraciones en las aguas (Nicholson, 1993).

A partir de la misma situación que da origen a las aguas sulfatadas-ácidas se pueden generar las aguas sulfatadas-carbonatadas, solo que el vapor condesado lleva un mayor contenido de CO2, que luego de

avanzar hacia los márgenes del campo y llegar a un área de flujo ascendente, interactúa con aguas subterráneas someras poco oxigenadas; las descargas de este tipo se encuentran en superficie como manantiales calientes y fríos. La reacción de las aguas en profundidad o en el flujo lateral con las rocas locales neutraliza la acidez inicial de estas aguas, por lo cual, la pérdida de protones en tales reacciones produce aguas casi neutras con bicarbonato y sodio como componentes principales (Nicholson, 1993).

Las aguas sulfatada-cloruradas pueden formarse por varios procesos: (1) mezcla de aguas cloruradas y sulfatadas a profundidades variables; (2) descargas cerca de la superficie y oxidación de H2S en aguas

condensación de vapor magmático en profundidad; (5) paso de fluidos de cloruro a través de secuencias que contienen sulfatos (evaporitas) o litologías que contienen azufre nativo. La composición química se caracteriza por tener cloruros y sulfatos en proporciones aproximadamente iguales y un pH entre 2 y 5, además, las aguas formadas por los procesos (3) y (4) pueden tener concentraciones muy altas de Cl, SO4

(Nicholson, 1993).

La aguas Cloruradas-bicarbonatadas se forman por la dilución de fluidos dominados por cloruro en aguas subterráneas, o bien, por aguas dominadas por bicarbonato durante un flujo lateral. Son descargadas comúnmente en manantiales en sistemas de bajas temperaturas. En su composición química hay una dominancia de ion cloruro y concentraciones variables de bicarbonato, por lo que tienen un pH cercano al neutro, entre 6 y 8 (Nicholson, 1993).