Procesos geológicos del campo geotérmico Acoculco, Puebla, México.

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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Procesos geológicos del campo geotérmico Acoculco, Puebla, México.

Josué Gildardo Gutiérrez Gama

Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, UAGro Programa Academia Mexicana de Ciencias

gildardo_gama@hotmail.com

Área 1. Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra Dr. Eduardo González Partida

Profesor investigador del Centro de Geociencias, UNAM Querétaro edgopa@gmail.com

Resumen

Se entiende por energía geotérmica aquella que puede ser extraída por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra y que puede ser transformada en energía eléctrica o en calor para uso humano o procesos industriales y agrícolas (IDAE, 2008). Para que un campo geotérmico exista debe haber tres condiciones fundamentales: una fuente de calor, una roca permeable e impermeable o roca sello y un reservorio o acuífero que permita la circulación del fluido, con la ausencia de cualquiera de ellas no se podrían dar las condiciones necesarias para su existencia. La energía geotérmica ofrece un flujo constante de producción de energía a lo largo del año, ya que no depende de variaciones estacionales como lluvias, viento, sol, etc., como es el caso de otras fuentes de energías renovables, por lo cual se le considera una energía sostenible. Tal es el probable caso, en un futuro, del área de estudio. La zona de Acoculco se localiza entre los límites de los estados de Puebla e Hidalgo, en el municipio de Chignahuapan, Puebla. Desde el punto de vista fisiográfico, está ubicada en la porción oriental de la Faja Volcánica Mexicana. Al inicio del proyecto consultamos distinta bibliografía para conocer los antecedentes del lugar y con ello poder elaborar distintos mapas, editar imágenes y obtener material adecuado para el transcurso del mismo. Mediante la petrografía del Pozo EAC-1 conocimos los tipos de rocas presentes en la zona, así como parte de su litología. Durante la práctica de campo corroboramos algunas de las

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alteraciones, estructuras principales y geomorfología que nos indicaba la literatura. Derivado del trabajo que se hizo en el taller de molienda obtuvimos muestras trituradas granulométricamente muy finas para dar el siguiente paso con los estudios de fluorescencia de rayos X con ayuda de la pistola Niton de Thermo Scientific. Si se examina el ciclo de vida completo de la energía geotérmica, los impactos medio ambientales son destacadamente menores que los existentes en las centrales térmicas de combustibles fósiles y nucleares. Se trata de una energía autóctona, limpia, segura, de producción ininterrumpida y que utiliza un espacio reducido de terreno, permitiendo el aporte de electricidad a comunidades situadas en sitios remotos e inaccesibles. En términos de sustitución, se estima que la energía almacenada en 1 km de roca caliente a 250°C equivale a 40 millones de barriles de petróleo. Según la Geothermal Energy Association de EE UU, los empleos generados por la energía geotérmica son generalmente estables, de larga duración, muy diversificados y de alta calidad.

Palabras Clave: Geotermia, Acoculco, Alteraciones, Cartografía, Geología. Introducción

El complejo Volcánico de Tulancingo-Acoculco se localiza en el centro-oriente de México, al SE de Tulancingo en los límites de los estados de Hidalgo y Puebla. Forma parte de la Faja Volcánica Mexicana (FVTM), constituye un arco volcánico continental relacionado con la subducción de las placas de Cocos y Rivera bajo la placa de Norteamérica a lo largo de la trinchera Mesoamericana (López-Hernández, 2009). La actividad volcánica del complejo ocurrió en cuatro etapas principales. La más antigua corresponde al vulcanismo de Pachuca-Apan-Cerro Grande, la segunda se relaciona con la caldera de Tulancingo, la tercera se asocia a la caldera de Acoculco y una cuarta etapa incluye el vulcanismo periférico de tipo máfico (López-Hernández, 2009). Para este proyecto solo se tomará en cuenta la tercera etapa relacionada a la caldera de Acoculco. El área de Acoculco se localiza entre los límites de los estados de Puebla e Hidalgo, en el municipio de Chignahuapan, Puebla, a 85 kilómetros al noroeste de la ciudad de Puebla y a 65 kilómetros al sureste de la ciudad de Pachuca, Hidalgo. Su elevación está entre los 2800 y 2900 msnm. Se tiene acceso a ella por las carreteras federales 199 y 132, a partir de las cuales se siguen diversas carreteras de terracería. (Fig. 1). Desde el punto de vista fisiográfico, está ubicada en la porción oriental de la Faja Volcánica Mexicana, muy cerca de los límites con la Sierra Madre Oriental (Hiriart Le Bert, 2011).

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Viggiano-Guerra et. al., (2011) publica que la zona exhibe dos áreas alteradas hidrotermalmente con descargas ácido-sulfatadas frías asociadas a una red estructural compleja con orientaciones NW-SE con un espesor de 2000 m de rocas volcánicas del Cuaternario-Terciario, calizas metamorfizadas del Cretácico e incluso granitos del Cretácico. Las áreas son: Los Azufres-El Potrero Colorado y La Alcaparroza. (Rocha-López et al., 2006). La Comisión Federal de Electricidad (CFE) durante un estudio de reconocimiento regional identificó a esta zona como un sitio de interés geotérmico por su asociación con un centro volcánico de gran talla (Romero y Hernández, 1981) perforando dos pozos exploratorios: en 1995 el EAC-1 a 1810 m de profundidad, donde los registros mostraron temperaturas superiores a los 300°C, confirmando con ello la presencia de una fuente de calor asociada al episodio magmático más reciente de la zona (Gama, et al., 1995) y en 2008 el EAC-2 a 1900 m de profundidad (Viggiano-Guerra et. al., 2011).

De la Cruz y Castillo-Hernández, (1986) mencionan que en los márgenes del complejo Tulancingo-Acoculco, varias decenas de kilómetros al SE, en Chignahuapan, Quetzalapa y Jicolapa, se localizan manantiales termales de temperatura moderada, posiblemente relacionados con el sistema hidrotermal de Acoculco. De manera sintética se puede establecer que la zona geotérmica de Acoculco se encuentra en su etapa hidrotermal senil. (Viggiano-Guerra, J.C., et. al., 2011).

El objetivo principal de este trabajo consiste en comprender los procesos geológicos ocurridos en la zona y relacionarlos con lo visto durante la práctica de campo.

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Materiales y Métodos

Al principio del proyecto se consultaron diversos materiales bibliográficos del área de estudio con el objetivo de familiarizarnos con la zona y así tener una idea más clara de los eventos ocurridos en los alrededores y dentro del área de estudio, resaltando lo siguiente: “la actividad volcánica de la zona ocurrió en cuatro etapas principales, la tercera etapa asociada a la caldera de Acoculco fue la mejor documentada debido a que la mayor parte de los productos se encuentran expuestos en superficie, por lo que fue posible establecer relaciones estratigráficas y obtener muestras para su fechamiento. A grandes rasgos, la actividad volcánica en su tercera etapa se puede sub-agrupar en cuatro eventos volcánicos principales: el primero, relacionado con el vulcanismo previo al colapso caldérico, el segundo, asociado con la generación del colapso, el tercero, ligado a la actividad volcánica poscaldérica y el cuarto y más reciente relacionado con la reactivación de la falla del borde caldérico con el emplazamiento de conos monogenéticos (López-Hernández, 2009).

Primer evento de Acoculco. Actividad volcánica pre-caldérica (1.7-1.6 Ma)

El vulcanismo de Acoculco se inició después de un hiatus volcánico de 0.9 Ma que ocurrió sólo dentro de la caldera de Tulancingo mientras que en las inmediaciones se emplazaban volcanes monogenéticos. Se inició con actividad efusiva que dio origen a la acumulación de cuatro unidades de diferente composición química. En el N se extravasaron las lavas más antiguas de composición andesítica-basáltica conocidas como Los Laureles. En el centro y E, sobre la unidad anterior se acumularon las lavas dacíticas de Cruz Colorada (1.6 Ma). En el S fluyeron las lavas basálticas de Cuautelolulco que formaron una extensa mesa hace 1.6 Ma, y al W se emplazaron los primeros domos riolíticos a los 1.7 Ma (Fig. 2).

Segundo evento de Acoculco. Colapso caldérico (1.4 - 1.26 Ma)

En general, se aprecia en campo que las unidades inferiores contienen mayores cantidades de líticos de andesita que disminuyen hacia la cima, incrementándose los líticos de riolita y de vitrófidos, lo mismo que el contenido de pómez dentro de los depósitos de flujo piroclástico se observaron lentes de líticos, posiblemente formados por segregación y turbulencia durante el flujo (Fig. 3).

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Tercer evento de Acoculco. Actividad post-caldérica (1.3 – 0.8 Ma)

Durante la sedimentación lacustre y como resultados de un reajuste de la presión en la cámara magmática se produjo una ligera resurgencia que tuvo su centro al W del poblado de Acoculco. En este sitio debido al empuje vertical se generó un esfuerzo de tensión que formó un conjunto de fallas normales escalonadas de dirección E-W que dieron lugar a un graben apical (Fig. 4). Como resultado de este fenómeno, los sedimentos lacustres se bascularon y deformaron. La inclinación de estos depósitos con diferentes orientaciones muestra que el levantamiento no se concentró en un solo sitio.

Evento terminal de Acoculco

Después de un lapso de 0.5 Ma de inactividad, el ciclo volcánico de la caldera concluye con el emplazamiento de un cono monogenético en el NW, conocido como La Paila NW, de composición andesita basáltica a los 0.24 Ma (Fig. 5). Actualmente, esta caldera se encuentra en la etapa hidrotermal que constituye la fase terminal del ciclo volcánico. Este fenómeno ha originado la depositación de minerales secundarios, disminuyendo la permeabilidad y dando lugar al autosellamiento del sistema hidrotermal. Esto impide la formación de manifestaciones termales superficiales y en su lugar sólo se liberan a la atmosfera gases fríos de origen magmático que logran ascender a través de fisuras muy reducidas, perdiendo casi toda su temperatura (López-Hernández, 2009).

Fig. 2. Actividad volcánica pre-caldérica. Fig. 3. Colapso caldérico.

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Por otra parte, con software del tipo SIG como ArcGis 10.3, Surfer 10, Google Earth y dibujadores como adobe illustrator CC 2014 se prosiguió a la elaboración de mapas de ubicación, edición de imágenes y se modificaron mapas geológicos preexistentes para su corroboración en campo. Dentro del laboratorio de Microscopía Electrónica se tomaron fotografías de secciones delgadas de toda la columna del pozo EAC-1 con ayuda de un microscopio petrográfico Olympus BX50 de luz transmitida para posteriormente realizar su análisis petrográfico dentro del taller de laminación utilizando el microscopio petrográfico modelo Leica DMLP el cual cuenta con la capacidad de usar luz de transmisión, así como de reflexión para hacer análisis de minerales opacos. Del 31 de julio al 6 de agosto se llevó a cabo una práctica de campo en el área antes mencionada pernoctando en puntos estratégicos con el objetivo fundamental de hacer un muestreo de distintas alteraciones mencionadas en la literatura, muestreo de estructuras primarias, así como la cartografía a detalle de la laguna “Cruz Colorada” y el reconocimiento del área para futuras visitas. Dentro del taller de separación de minerales y molienda utilizamos una prensa hidráulica de alta precisión con capacidad de 20 toneladas marca montequipo con el fin de triturar las muestras recolectadas para posteriormente y con ayuda de tamices de laboratorio para análisis granulométrico marca Laval Lab con mallas del #80 obtener una arena muy fina. Cabe mencionar que el tamizaje es un método para el análisis granulométrico universalmente utilizado para el control de calidad en prácticamente todos los sectores industriales tales como la química, la minería y la metalúrgia, la industria alimentaria, los cosméticos, la industria farmacéutica y otros laboratorios de granulometría.

Fig. 4. Fallas generadas como consecuencia Fig. 5. Actividad post-caldérica. Tomada de del colapso caldérico de Acoculco. López-Hernández, 2009.

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Finalmente, dentro del laboratorio de yacimientos minerales se realizaron diversos disparos de fluorescencia de rayos X con el equipo Niton de Thermo Scientific a cada una de las muestras preparadas, cada disparo tuvo una duración de 280 segundos. Los analizadores Niton FRX de Thermo Scientific se destacan proporcionando información solida rápidamente para delinear el área donde está el mineral y las fronteras donde se encuentra el desperdicio, incluyendo el análisis cuantitativo de concentraciones elementales que se requiere para tomar decisiones confiables durante cada etapa del proyecto.

Resultados

Mediante el uso y buen entendimiento de distintos softwares del tipo SIG así como dibujadores pudimos obtener diversos tipos de imágenes y mapas, resaltando el mapa de ubicación (Fig. 1.) y el mapa geológico del área de estudio (Fig. 6.) el cual modificamos debido a que los mapas preexistentes no eran lo suficientemente claros respecto a sus coordenadas y litologías marcadas.

Mediante el mapa geológico podemos observar que la mayor parte de las rocas constituyentes son productos de actividad volcánica, así como también podemos observar las principales estructuras volcánicas denominadas “caldera de Tulancingo” y “caldera de Acoculco” todo ello controlado por un sistema de fallas con orientaciones NE-SW, como lo confirma García-Palomo et al., (2002).

De acuerdo con la petrografía realizada al pozo EAC-1 mediante secciones delgadas podemos corroborar la columna propuesta por López-Hernández, (2009). (Tabla 1).

Fig. 6. Mapa geológico del área de estudio. Modificado de López-Hernández, 2009., con base en la carta .bill obtenida mediante el software Grass Gis.

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Columna litológica del pozo EAC-1 propuesta por

López-Hernández, 2009

Descripción petrográfica mediante secciones delgadas

Profundidad (m) Descripción petrográfica Fotografía

100-103

Ignimbrita. Incolora a gris,

matriz Afanítica

Microcristalina con textura Piroclastica y con formas de los minerales Anedrales y Subedrales. Presencia de

anfíbol, cuarzo,

hornblenda, calcita como mineral secundario y minerales opacos de esfalerita y pirita.

Ambas con 10X

300-303

Ignimbrita. Incolora a gris,

matriz Afanítica

Microcristalina con textura Piroclastica. Presencia de minerales de anfíbol, plagioclasas, orto y clino Piroxenos, hornblenda, cuarzo y minerales opacos de esfalerita.

5X

10X

1500

Dique aplitico. Incolora a

gris, textura aplitica, minerales de cuarzo, plagioclasas, Piroxenos, anfíbol y esfalerita. Resultado de la cristalización de los últimos fluidos. 5X

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1814-1816

Granito de hornblenda.

Incolora a gris, textura xenomórfica Equigranular, minerales de cuarzo, plagioclasas, biotitas, clorita y epidota como minerales secundarios y

pirita. 5X

Tabla 1. Descripción petrográfica del pozo EAC-1

Durante la práctica de campo pudimos observar y corroborar claramente lo que mencionan diversos autores acerca de las alteraciones presentes en el área, así como las estructuras mencionadas anteriormente. Con la siguiente serie de fotografías se muestran evidencias de las mismas.

Fig. 7. Contacto litológico. En la parte superior se observan los depósitos aluviales con distintos tamaños de clastos con matriz de arena. En la parte inferior se observa una toba consolidada.

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Fig. 9. Contacto litológico entre riolita ignimbrítica y toba totalmente intemperizada.

Fig. 10. Se observa claramente la presencia de alteración argílica seguida de una oxidación afectada por intemperismo, misma que por causa de las precipitaciones llegan a la laguna.

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Derivado del trabajo que se hizo en el taller de separación de minerales y molienda se obtuvieron un total de 150 muestras de granulometría muy finas, las cuales son de gran importancia para dar el salto al análisis mediante los disparos de fluorescencia de rayos X con el equipo de Niton de Thermo Scientific, donde se obtuvieron en ppm la cantidad de elementos presentes en cada una de las muestras analizadas.

Discusión y conclusiones

El área propuesta por la CFE mediante los pozos perforados EAC-1 y EAC-2 se caracteriza por ser el único campo geotérmico en México que presenta manifestaciones termales muy peculiares, ya que carece de termalismo evidente. La manifestación con mayor temperatura tiene apenas 49°C y se ubica a unos 18 km al SE de Los Azufres-El Potrero y La Alcaparroza (Rocha-López et al., 2006), fue formada por la acumulación de productos relacionados con la evolución de dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. López-Hernández, (2009) considera que el sistema hidrotermal de la caldera de Acoculco aún está activo. Sin embargo, la descarga de fluidos calientes Fig. 11. Laguna “Cruz Colorada” donde se realizó la recolección de muestras aproximadamente cada 50m. La línea punteada indica su límite aproximado.

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en superficie es prácticamente nula, y sólo se presenta en la forma de emanación de gases fríos, de origen magmático, a través de angostas fisuras en el centro del complejo. Lo anterior indica que seguramente existe una capa sello casi perfecta.

Se observó en campo que existen zonas muy alteradas alrededor de los pozos antes mencionados, alteraciones tipo argílica, argílica avanzada, silicificación, propilitica, etc., infiriendo que existe una fuente de calor cercana a la zona, la cual junto con el intemperismo del lugar propicia las condiciones necesarias para dar lugar a las alteraciones encontradas, hecho que no está lo suficientemente bien descrito en la bibliografía consultada, así mismo se modificó la forma en la cual están plasmadas algunas estructuras como fallas y calderas en los mapas.

En un futuro y con demás estudios e investigaciones el área de Acoculco, Puebla, llegue a ser un campo geotérmico con gran potencial beneficiando a gran parte de las comunidades cercanas en cuanto a energía eléctrica, mejores carreteras y trabajo.

Agradecimientos

Agradecemos a la Universidad Autónoma de Guerrero, nuestra universidad, por darnos la oportunidad de conocer nuevas fronteras en pro de la investigación. Al programa de la Academia Mexicana de Ciencias por aceptar mi solicitud de verano. Al Dr. Eduardo González Partida, por aceptar mi petición de formar parte de su equipo de investigación, al encargado del Laboratorio de Yacimientos Minerales del Centro de Geociencias, el Ingeniero Geólogo Erik Hugo Díaz Carreño por su gran apoyo incondicional para llevar a cabo este proyecto, por su paciencia y horas de trabajo extra, a mis demás compañeros de verano y a todos los que formaron parte de esta gran experiencia.

¡Gracias!

Referencias

De la Cruz, M.V. y Castillo-Hernández, D., 1986. Estudio geológico de la zona geotérmica de la caldera de Acoculco, Puebla. CFE-GPG reporte interno 36/86, 23 pp.

Gama, V.R., Martínez, E.I. y Cedillo, R.F, 1995. Informe geológico del pozo EAC-1. CFEGPG reporte interno RG/HU/02/95, 26 pp.

García-Palomo, A., Macías, J.L., Tolson, G., Valdez, G., Mora, J.C., 2002. Volcanic stratigraphy and geologic evolution of the Apan region, east-central sector of the Trans-Mexican volcanic Belt. Geofísica Internacional 41, 133-150.

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IDAE, 2008. Manual de geotermia. Madrid, España.

López-Hernández, A., 2009. Evolución volcánica del complejo Tulancingo-Acoculco y su sistema hidrotermal, estados de Hidalgo y Puebla, México. Tesis para obtener el grado de doctor en ciencias de la tierra, UNAM.

Rocha-López, S., E. Jiménez-Salgado y H. Palma-Guzmán, 2006. Propuesta para dos pozos exploratorios en el proyecto geotérmico de Acoculco, Pue. CFE, informe interno No. OGL-ACO- 03/06. Inédito.

Romero, R.F., Hernández, V.I., 1981. Evaluación preliminar de zonas de interés geotérmico aplicando el método geostadístico en los estados de Puebla y Tlaxcala. CFE-GPG internal report 69/81, 20 pp.

Viggiano-Guerra, J.C., Flores-Armenta, M., Ramírez-Silva, G.R., 2011. Evolución del sistema geotérmico de Acoculco, Pue., México: un estudio con base en estudios petrográficos del pozo EAC-2 y en otras consideraciones. Revista geotérmica, Vol. 24, No. 1, Enero-Junio.

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