Geotermometría en
los
pozos H27
y
H14
del campo geotérmico de
Los
Humeros, Puebla
\
Georgina Izquierdo Víctor Manuel Arellano
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Los objetivos de este trabajo son probar la aplicación de diferentes geotermómetros en las mues- tras de dos pozos del mismo yacimiento geotérmico (en este caso el de Los Humeros, Puebla) y comparar los datos obtenidos. Los pozos seleccionados son el H27 y el H14. Durante las etapas de exploración y explotación de una zona geotérmica no siempre se dispone de las metodologías adecuadas y de los materiales necesarios (núcleos y recortes de perforación) para conocer la temperatura del subsuelo. En este trabajo se emplearon varios geotermómetros: mediciones directas obtenidas empleando equipo Kuster (proporcionadas por la Comisión Federal de Elec- tricidad, CFE), simulación matemática utilizando registros de temperatura y, aplicación de geo- termómetros mineralógicos como son: mineralogía de la fracción arcillosa y microtermometría de inclusiones fluidas. En general para el pozo H27 los resultados muestran buena concordancia entre ellos a excepción de los datos microtermométricos que indican temperaturas superiores. El pozo H14, que es un pozo frío con bajo grado de alteración hidrotermal, no proporcionó material adecuado para el estudio microtermométrico de inclusiones fluidas. Sin embargo, las mediciones directas son semejantes a la temperatura estimada por medio de la mineralogía de la fracción arcillosa.
Palabras clave: minerales arcillosos, microtermometría, difracción de rayos-X, inclusiones fluidas, geotermometría, Los Humeros, geotermia.
Introducción
Durante la etapa de exploración de recursos geotérmi- cos es de vital importancia conocer la temperatura del subsuelo; por lo que rutinariamente se emplean uno o varios métodos para estimar la temperatura y determi-
nar la historia térmica los sistemas hidrotermales. Así, mediciones directas de temperatura empleando Cuando se combinan los datos obtenidos al utilizar di- equipo Kuster, proporcionadas por la
Comisión
Fede- ferentes métodos de geotermometría, es posible obte- ral de Electricidad, CFE, y cálculo de temperaturas ner información más detallada sobre la intensidad y la teóricas empleando un modelo matemático, corres- duración de eventos térmicos, que cuando se emplea ponden a los primeros. Mientras que los geotermóme-un solo geotermómetro. tros mineralógicos como son: el uso de arcillas como
Por otro lado, también es importante considerar el termoindicadores y microtermometría de inclusiones aspecto práctico y económico en el uso de cada geo- fluidas corresponden a los últimos.
termómetro. Se ha observado que en algunos sistemas Dentro de los minerales formados como producto hidrotermales existe buena concordancia entre los dis- de la interacción agua-roca se encuentra el grupo de tintos geotermómetros, aunque este no es siempre el los minerales arcillosos. De estos, existen numerosos caso. El objetivo de este trabajo es comparar el resul- estudios acerca de su ocurrencia, mecanismos de for- tado obtenido al aplicar diversos geotermómetros en mación y variaciones de composición como respuesta un mismo pozo. Los geotermómetros utilizados son: a cambios de presión y temperatura del medio (Pollas- Aquellos que proporcionan una indicación de la temperatura del fluido (cercana al pozo), la cual ha sido perturbada por la perforación
tro, 1985; Kristmannsdottir, 1977; Smart y Clayton, Aspectos geológicos del campo geotérmico
1985; Izquierdo y Cathelineau, entre otros). de
Los
Humeros, PueblaEn general, se ha observado que la mineralogía de
la fracción arcillosa muestra una fuerte dependencia Los Humeros se localiza en el extremo oriental de la de la composición de la roca y de la temperatura del provincia geológica conocida como Cinturón Volcáni- medio. Por ejemplo en rocas félsicas es común encon- co Mexicano, CVM, entre los límites de los estados de trar caolinita a una temperatura menor de 120°C. Es- Puebla y Veracruz.
mectita e interestratificación de illita/esmectita ocurren Este campo se encuentra contenido dentro de la a menos de 200°C y como componente dominante, arri- caldera de Los Humeros, CLH. Las manifestaciones ba de se presenta illita. Mientras que en rocas termales así como la mayoría de los pozos de explora- máficas la fase principal a temperaturas entre 150°C y ción, se localizan dentro de la región conocida como 200°C es la esmectita, en ocasiones acompañada de Colapso Central, así como una franja asociada a la fa- escasa caolinita y de interestratificación de clorita/ lla Mastaloya en el interior de las calderas de Los Po- esmectita. Entre y 250°C es posible que existan treros y Los Humeros (ilustración l , Ferriz y Mahood, esmectitas, clorita/esmectita y clorita y a temperatura 1984).
superior a 250°C clorita es el mineral dominante. Actualmente el campo geotérmico de Los Humeros El estudio microtermométrico de inclusiones fluidas es considerado como la tercera fuente de energía geo- proporciona información sobre la temperatura, la pre- térmica dentro de la República Mexicana. Con el fin de sión y la composición de
los
fluidos en el momento de localizar sitios de interés geotérmico, a partir de quedar atrapados en la inclusión. La temperatura de se iniciaronlos
trabajos de prospección geofísica, homogeneización es una transición de fase que, a geológica y geohidrológica del área de Los Humeros- su vez, es una propiedad cuantitativa del sistema ce- Las Derrumbadas. A la fecha se han perforado po- rrado que es la inclusión fluida. zos para exploración y explotación; de estos, de La Th puede ser interpretada directamente como la ellos son productores. El pozo H27 se localiza entre las mínima temperatura de formación del mineral donde fallas de Las Víboras y la falla Papas. El pozo H14 se quedó atrapada la inclusión. Con base en el diagrama ubica al sur de la caldera, ilustraciónde fases del sistema NaCI-H20, es posible estimar la La geología del campo geotérmico de Los Humeros composición del fluido atrapado en la inclusión por se ha descrito ampliamente en varios trabajos (Pérez- medio de la determinación de su punto de fusión. De Reynoso, 1978; Yañez García
y
García-Durán, 1986; tal manera, en sistemas hidrotermales la aplicación bá- Romero-Ríos, entre otros). De acuerdo con Vig- sica delos
estudios microtermométricos es construir giano y Robles 988) se han delimitado cuatro unida- perfiles térmicos y estimar la composición del fluido des litológicas en el subsuelo:geotérmico.
El modelo matemático empleado para el cálculo de Andesitas basálticas con intercalaciones de basaltos temperaturas, propuesto por Ascencio
et
al. (1 se lgnimbritas Iíticas y vítreas, las primeras constituidas basa en que la reequilibración, después de una per- por fragmentos de andesitas, basaltos, calizas, turbación térmica creada por la circulación (durante la hornfels e intrusivosperforación de un pozo), sigue un patrón de calenta-
miento radial esférico. Las temperaturas de formación Rocas: calizas, intrusivas y metamórficas como se obtienen de la gráfica de la variación de la tempe-
ratura con el tiempo de reposo, después de que cesa
la circulación de fluidos. Metodologías experimentales
Las mediciones directas de temperatura se realizan
por medio de equipos electrónicos con respuesta en Caracterización de minerales arcillosos tiempo real o mecánicos a base de interpretación de por difracción de rayos X
una carta alojada dentro de los elementos sensores en
donde van quedando marcadas las mediciones a fon- Siguiendo la metodología establecida anteriormente do de pozo. Los perfiles térmicos se efectúan hacien- (Izquierdo et al., se llevó a cabo la caracteriza- do, dentro del pozo, tantas estaciones como se requie- ción de los filosilicatos formados hidrotermalmente en ra. Se pueden hacer estaciones cada m a lo largo las rocas que atraviesan los pozos H27 y H14. Los re- de todo el pozo, o si se tiene interés sobre una zona cortes de perforación se seleccionaron a intervalos de particular se fijan estaciones hasta cada metro o a m, o menores en el caso en el que ocurriera menos (Alfonso Aragón, comunicación personal). un cambio notable en la litología.
Andesitas de augita y de hornblenda
Los filosilicatos se separaron en un baño de ultraso- nido y por sedimentación se obtuvo la fracción arcillo- sa, la cual se analizó en un difractómetro Siemens D500, con radiación filtrada de cobre. Para identificar esmectitas y minerales estratificados, todas las prepa- raciones se saturaron en una atmósfera de etilenglicol. La abundancia relativa de cada mineral presente en la fracción arcillosa se determinó por medio de la in- tensidad de la reflexión principal de cada especie.
Microtemometría de inclusiones fluidas
Bajo el microscopio binocular se revisaron los recortes de perforación a las profundidades disponibles. Ma- nualmente se separaron minerales transparentes como
cuarzo y calcita. Los pequeños fragmentos se desbas- taron por las dos caras y en lo posible se pulieron con alúmina por los dos lados.
El estudio microtermométrico se llevó a cabo en una platina de calentamiento-enfriamiento Chaix Meca. La platina se calibró para temperaturas mayores a 25°C usando reactivos orgánicos, y para temperaturas me- nores a 0°C se emplearon inclusiones fluidas sintéticas y naturales.
Determinaciones directas de temperatura.
Cálculo de temperaturas teóricas
El perfil de temperatura estabilizada para el pozo H27 se obtuvo por medio del modelo matemático de As- cencio et al., (1994). Según este modelo, la tempera- tura estática se obtiene como la interceptada en el ori- gen de una gráfica de la temperatura contra el inverso de la raíz cuadrada del tiempo de reposo.
Resultados
Para cada pozo se representó la columna litológica, la proporción relativa de
los
minerales encontrados en la fracción arcillosa y sobrepuestos los datos obtenidos:por microtermometría (temperatura de homogeneiza- ción), por medio del cálculo teórico, las temperaturas actuales y la temperatura estimada por la presencia de minerales arcillosos, ilustraciones y
Los filosilicatos identificados en la fracción arcillosa de los recortes de perforación del pozo H27 son: es- mectitas (raramente sódica y comúnmente cálcica), illita y clorita. Como minerales contaminantes, se iden- tificaron cuarzo y plagioclasas.
El término illita se empleó de acuerdo con Bradley y Grim (en Brindley y Brown, para nombrar mine- rales micáceos que muestran pequeñas desviaciones de la serie integral de
A.
catos formados en este sistema hidrotermal responden marcadamente a cambios de temperatura del medio y a la composición de la roca que les da origen, obser- vándose una transformación gradual de estos. Des- pués de los m no se contó con recortes de per- foración a intervalos cerrados, únicamente se analiza- ron dos muestras profundas.
La proporción relativa de
los
tres filosilicatos consi- derados y la ocurrencia de interestratificación de illi- ta/esmectita, indican una temperatura menor a250°C.
Este mismo comportamiento se observa en los perfiles térmicos elaborados con
los
registros directos y con el cálculo de temperaturas estabilizadas.pozo
H27
indican sobreestimación de las temperatu- ras actuales. Tal diferencia podría deberse a que las inclusiones fluidas pertenezcan a otro evento térmico, donde en el momento de la depositación de los mine- rales existieron fluidos más calientes o bien que exista enfriamiento en el yacimiento.En general, para estos dos pozos, a pesar de que los recortes de perforación presentaron poco efecto de la alteración hidrotermal, se observa una buena concordancia entre los resultados obtenidos al com- parar los distintos geotermómetros.
Recibido: mayo,
Aprobado: julio,
En el pozo
H14,
en toda la columna litológica se identificó únicamente esmectita, indicando temperatu- ras menores a grados centígrados.Los perfiles elaborados con las temperaturas esta- bilizadas y las temperaturas de los registros directos muestran un aumento progresivo en función de la pro- fundidad pero siempre indicando temperaturas meno- res a ilustración
Las inclusiones fluidas atrapadas en los minerales autigénicos son de dos fases: vapor y líquido, por lo que Únicamente se determinaron dos parámetros: tem- peratura de fusión del hielo,
Tm
y temperatura de homo- geneización Th.Del estudio microtermométrico se obtuvo poca infor- mación, ya que desafortunadamente en estos pozos los recortes de perforación muestran un grado de alte- ración moderado, por
lo
que son escasoslos
minera- les transparentes. Sin embargo laTm
indicó una sal- muera diluída y las temperaturas de homogeneización, para el pozoH27,
indican una evolución térmica en función de la profundidad. En general, lasTh
son con- sistentemente más altas que las mediciones actuales. De acuerdo con Belkinet
a/. esto puede signi- ficar un cambio reciente en el régimen térmico del pozoH27.
El pozo
H14
es un pozo frío con un grado de altera- ción bajo, por lo que no se encontraron minerales se- cundarios propios para el estudio microtermométricoConclusiones
Los minerales arcillosos, entre otros minerales de alte- ración, pueden ser empleados como termoindicadores ya que por su estructura y composición química son sensibles a cambios térmicos.
Las temperaturas basadas en la proporción de mi-
propuestas para otros sistemas geotérmicos como
Los
Azufres, Michoacán y Reykjanes, Islandia.
Los resultados del estudio microtermométrico del
Agradecimientos
AI personal de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad, que amablemente proporcionaron el material de estudio; al doctor Alfonso Garcia G. quién llevó a cabo la simulación matemática de las temperaturas; al ingeniero Alfonso Aragón por sus valiosos comentarios, y al señor Rubén Ponce por su apoyo en la preparación de muestras para difracción de rayos-X y para microtermometría.
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Abstract
Izquierdo, G. and V.M., Arellano. “Geothermometry of Wells H27 and H14 in the Los Humeros Geothermal Field, Puebla”. Hydraulic Engineering in Mexico (in Spanish). Vol X. Num. pages. September- December,
The objectives of this work are: to test the application of different geothermometers on the samples from two wells from the same geothermal reservoir (in this case Los Humeros, Pue.) and to compare the obtained results. Wells H27 and H14 were chosen to carry out this work.
During the stages of exploration and exploitation of geothermal zones, not always are available equipments and materials (cores and cuttings) to determine underground temperatures. For the present work it was pos- sible to apply different temperature approaches on the same site and compare the obtained results.
The geothermometers used in this study were: down hole temperature measurements using Kuster equip- ment (CFE), stabilized temperatures estimated by mathematical simulation using temperature logs and, mine- ralogical geothermometers such as: mineralogy of the clay fraction as thermoindicators and fluid inclusions microthermometry In general terms for well H27, results indicated that there is good agreement between the different approaches except fluid inclusions data. Well H14 is a cold well with low degree of hydrothermal alte- ration, so no transparent minerals suitable for fluid inclusions measurements were available. However there is good agreement between direct measurements and the temperature estimated by the mineralogy of the clay fraction.
