Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT
11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Memorias
Aplicación de fluorescencia de rayos X (FRX) en la caldera de Acoculco,
Puebla, México
Francisco Daniel Diaz Carreño Universidad Autónoma De Guerrero Unidad Académica de Ciencias de la Tierra
Área: Ciencias de la Tierra Programa de verano Delfín
diaz_94@live.com.mx
Dr. Eduardo González Partida
Universidad Nacional Autónoma De México Investigador Titular “C” y S.N.I. Nivel III.
Centro de Geociencias UNAM edgopa@gmail.com Resumen
La energía geotérmica es la que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor interno de la Tierra; para su obtención es necesario realizar diversas etapas de prospección identificando zonas que sean anómalas. La Caldera de 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 Transmexicana (FVTM) provincia que se extiende desde Nayarit en el W hasta Veracruz en el E, y constituye un arco volcánico continental relacionado con la subducción de las placas de Cocos y Rivera bajo la placa de Norteamérica. La actividad hidrotermal produce en superficie extensas zonas de alteración, los fluidos hidrotermales ascienden por fallas y fracturas presentes en la zona, provocando la alteración de las rocas caja (López Hernández, 2009).
En gabinete se realizó la compilación bibliográfica de libros y artículos de alteración hidrotermal así como de formación de estructuras volcánicas, se utilizaron software SIG (Sistema de Información Geográfica) bajo licencia GPL (software libre), Grass 7.0.3, Qgis, Inkscape 0.91. Donde se desarrollaron mapas mediante imágenes en formato Raster, las cuales fueron adquiridas de la página de http://earthexplorer.usgs.gov, mientras que los datos vectoriales fueron obtenidos de la página del CONABIO e INEGI.
2 En los laboratorios del Centro de Geociencias (UNAM), se realizó la preparación de muestras, para después realizar un estudio a detalle, logrando identificar la composición y el tipo de alteración que presentan. Todo esto fue posible con la obtención de muestras recolectadas en campo. Con los mapas geológicos realizados, así como con el procesamiento de los datos obtenidos con la pistola Nitón XL3t se realizan mapas de alteración hidrotermal para identificar zonas con mayores anomalías geotérmicas.
Acoculco posee un sistema hidrotermal activo en su porción Este (López Hernández, 2009) y en el sector oriental sólo se observan los centros eruptivos alineados, lo que muestra un evidente control estructural. Aparentemente el emplazamiento del vulcanismo en esta zona está controlado por dos sistemas de fallas principales con orientaciones de NW-SE y NE-SW (López Hernández, 2009).
Palabras clave: energía geotérmica, caldera, anomalía, vulcanismo.
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 Transmexicana (FVTM), provincia que se extiende desde Nayarit en el W hasta Veracruz en el E, y constituye un arco volcánico continental relacionado con la subducción de las placas de Cocos y Rivera bajo la placa de Norteamérica (López Hernández, 2009).
La zona ha sido estudiada desde 1981, principalmente por la Comisión Federal de Electricidad, con el objetivo de evaluar la posibilidad de explotar los recursos geotérmicos generados por el magmatismo que dio lugar al complejo volcánico. Resultados de este trabajo fueron la identificación de la zona de Acoculco y de extensas áreas de alteración hidrotermal acompañadas de manantiales fríos ácidos, así como el reporte de emisión de gases y la presencia de animales muertos que se aproximaban a beber agua, aparentemente por envenenamiento por CO2.
El complejo volcánico Acoculco es un centro eruptivo formado por la acumulación de productos relacionados con la evolución de dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. La primera tiene un diámetro de 32 km y una edad de >3.0 Ma; la segunda y más reciente, se emplazó dentro de la anterior, con un intervalo de actividad de 1.7 - 0.9 Ma, y un diámetro de 18 km. En el sistema geotérmico de Acoculco se observan manifestaciones superficiales como pulsos de agua burbujeante de baja temperatura con contenidos de ácido – sulfato, con descargas de gas con CO2 como gas predominante, lo cual sugiere recientes explosiones hidrotermales. Estas características sugieren un origen magmático activo. Las rocas que afloran son tobas y brechas las cuales muestran alteración hidrotermal. En la superficie alterada de las rocas se encuentran minerales como: ópalo, caolinita, alunita interestratificados con Illita, también se presenta alteración argílica avanzada, este tipo de alteración es reportada en otros sistemas geotérmicos. (López Hernández et al. 2009).
3 El potencial geotérmico de la zona, actualmente no es explotado, se han llevado a cabo registros térmicos los cuales muestran un régimen de transferencia de calor conducción, esta zona es un sitio candidato para el desarrollo futuro de esta zona geotérmica (López Hernández et al. 2009). En el complejo Tulancingo - Acoculco, los sistemas de fallas no son tan evidentes, en su lugar sólo se observa el alineamiento de centros de emisión volcánicos, cuyo emplazamiento en apariencia fue controlado por fracturas o fallas profundas de origen tectónico. Asimismo, los depósitos derivados de la erosión, los productos volcánicos, cubren gran parte de la zona, incluyendo a las fallas y demás estructuras. (López Hernández, 2009). Para conocer la topografía y geología del lugar se analizaron mapas topográficos, geológicos en conjunto con modelos de elevación del terreno (MDT), con la ayuda de software (SIG) antes de la salida a la Caldera de Acoculco. De las muestra levantadas en campo se realizaron análisis de difracción de rayos X con la pistola Nitón XL3t para después elaborar mapas de alteraciones y ubicar en que zonas se presentan las mayores anomalías hidrotermales.
Materiales y métodos:
Para elaborar los mapas de alteración hidrotermal de la zona de Acoculco se realizó un análisis de muestras de roca, con la pistola Nitón XL3t, la cual es un analizador portátil que detecta hasta 45 elementos de los más abundantes sobre la Tierra, en cantidades de partes por millón (ppm).
Antes de utilizar la pistola Nitón XL3t se necesita tener las muestras de roca ordenadas y clasificadas con una clave, también las rocas necesitan estar secas lo cual se logra poniéndolas en secado al sol.
Cuando las muestras de roca están listas se toma la pistola Nitón se enciende y se ingresan los datos, como: la clave de la roca, y el nombre de la persona que realiza tal análisis, (ver imagen 1).
Después se pone la muestra de roca sobre una superficie sólida, se apunta directamente hacia la roca con la pistola y se presiona un botón durante cuatro minutos ¨sin soltar¨ (ver imagen 2).
Es muy importante llevar a cabo el tiempo de cuatro minutos sin dejar de apuntar a la muestra de roca, para que el resultado sea confiable.
Estos mismos pasos se realizan con todas las muestras de roca, la pistola Nitón crea una base de datos la cual después se descarga a una computadora y se procesan los datos con un software de tipo (SIG).
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Formación de una caldera:
Para la formación de una caldera como la de Acoculco, Puebla, previamente debe de existir un volcán, el cual es una estructura cónica (ver figura 3) que se forma a partir de un conducto que conduce roca fundida (magma) desde el interior de la Tierra hasta su superficie (Ramírez Espinoza, 2013). El magma se forma por un proceso llamado fusión parcial donde se funden parte de las rocas del manto, este magma se almacena en cámaras magmáticas donde ocurren procesos de evolución magmática.
Una Caldera es una gran depresión con una forma más o menos circular, se forma por el hundimiento del techo de una cámara magmática (Tarbuck et al. 2005), después de la erupción del volcán donde eyecta grandes volúmenes de material piroclástico y derrames de lava, dejando a la cámara
magmática parcialmente vacía, lo cual da lugar a un colapso (ver figura 4).
Imagen 2: se muestra al analista con la pistola Nitón, cabe mencionar que la pistola está directamente sobre la roca y debe permanecer así durante cuatro minutos por muestra. Fuente: ThermoFisher
Imagen 1: se observa la pistola Nitón, cabe destacar la pantalla donde se ingresa la clave de la roca y el nombre del analista. Fuente: ThermoFisher
Figura 3: se muestra un volcán cabe destacar sus estructuras. Fuente: Etna
5
Evolución de una caldera:
Resultados:
Ubicación geográfica de la Caldera de Acoculco, Puebla:
La zona en estudio se localiza en el centro - este del país donde colindan los estados de Puebla, Hidalgo y Tlaxcala. Las ciudades más importantes incluidas en el área son: Zacatlán, Chignahuapan y Huauchinango, del estado de Puebla. Tulancingo y Apan, del estado de Hidalgo, y Tlaxco del estado de Tlaxcala. La zona esta comunicada por carreteras federales de primer orden, carreteras estatales, así como caminos vecinales, terracerías y brechas que comunican entre sí los poblados de la zona. En el mapa (ver figura 5) se puede observar la zona de estudio señalada con un rectángulo de color rojo, donde es posible distinguir una topografía semicircular la cual corresponde a la caldera de Acoculco, zona de interés para este estudio.
Lago
Figura 4: (a) Erupción de un volcán. (b) Cámara magmática parcialmente vacía. (c) Colapso del techo de la cámara magmática (d) Formación de la caldera con un posible lago. Modificado de: (Ramírez Espinoza, 2013).
6 El complejo volcánico Acoculco es un centro eruptivo formado por la acumulación de productos relacionados con la evolución de dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. La primera tiene un diámetro de 32 km y una edad de >3.0 Ma; la segunda y más reciente, se emplazó dentro de la anterior, con un intervalo de actividad de 1.7 - 0.9 Ma, y un diámetro de 18 km. La estructura caldérica de Acoculco (ver figura 6) posee un sistema hidrotermal activo que se ubica en su porción este. El complejo volcánico de Tulancingo - Acoculco se eleva en promedio 800 m sobre el nivel general de la zona, el cual está formado principalmente por la acumulación de productos volcánicos derivados de la actividad eruptiva.
Figura 5: se observa el mapa de ubicación con las principales vías de acceso hacia Acoculco, también es posible observar la forma semicircular que presenta dicha caldera. Fuente: propia
7 Geología y estratigrafía
Tulancingo-Acoculco es un complejo volcánico del Plioceno - Cuaternario, constituido principalmente por la acumulación de derrames de lava, domos y productos piroclásticos, que incluyen ignimbritas, y depósitos de caída. Este complejo se formó durante dos ciclos volcánicos importantes, el más antiguo denominado Tulancingo tiene una edad del Plioceno Medio. El más reciente, de edad Pleistoceno asociado a la formación de una caldera fue denominado como Acoculco (De la Cruz y Castillo-Hernández, 1986).
El complejo volcánico Tulancingo-Acoculco es un centro eruptivo formado por la acumulación de productos relacionados con la evolución de dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. La primera tiene un diámetro de 32 km y una edad de >3.0 Ma; la segunda y más reciente, se emplazó dentro de la anterior, con un intervalo de actividad de 1.7-0.9 Ma, y un diámetro de 18 km. Los productos del complejo volcánico pertenecen a la serie calco-alcalina, con composiciones principalmente de dacitas y riolitas.
Figura 6: se muestra un modelo de elevación del terreno 3D donde es posible observar la forma semicircular que presenta la Caldera de Acoculco, Puebla. A la derecha de la imagen se presenta una leyenda hipsométrica. Fuente: propia
8 La secuencia estratigráfica del complejo Tulancingo-Acoculco solo puede ser descrita en su totalidad si se consideran los datos obtenidos por el pozo exploratorio EAC-1, (ver figura 7) el cual fue perforado por la CFE en el centro del complejo de Acoculco, en una zona de intensa alteración hidrotermal, hasta los 2000 metros de profundidad (López Hernández, 2009).
La Caldera de Acoculco es un complejo del Plioceno-Cuaternario, constituido principalmente por la acumulación de derrames de lava, domos y productos piroclásticos, que incluyen ignimbritas, y depósitos de caída.
La zona geotérmica Acoculco, presenta una geología variada las rocas del basamento incluyen, desde la base hasta la parte superior:
(a) Areniscas Jurásicas con pelitas interestratificadas, biopelitas con capas de calizas menores, y dolomitas (Tarango-Ontiveros, 1967) ricas en hidrocarburos, concordantemente cubierta por:
(b) Calcarenitas del Cretácico y calizas de arrecife, con pelitas y limolitas (Viniegra-Osorio, 1965). Un granito de edad Cretácico superior (?) Se ha transformado la sección sedimentaria debajo de la caldera (Campos-Enríquez et al., 2003). Este granito se cruzó a 1600 m de profundidad en el pozo exploratorio 1. De Plioceno a Pleistoceno rocas volcánicas son, en su mayor parte, los productos de la Formación la Caldera.
Acoculco es una caldera anidada ~ 18 km de diámetro que se formó en respuesta a dos períodos principales de actividad volcánica (López-Hernández et al., 2009). El episodio más antiguo (3,0-2,6 Ma) produce sobre todo lavas dacíticas a lavas riodacíticas (Las Minas) y los depósitos piroclásticos (Ignimbrita Alcholoya), con un espesor total de hasta ~600 m.
La distribución de los depósitos piroclásticos es controlado por un evento más grande, a 34 km de diámetro una estructura circular que encierra la caldera Acoculco. El segundo episodio de formación de la caldera-se produjo a los 01.07 a 01.26 Ma produciendo domos riolíticos, depósitos de la (Ignimbrita Acoculco) y los flujos de lava dacitica menores (Dacita Cruz Colorada), hasta 300 m de espesor total.
Las rocas de la caldera se sometieron a una amplia alteración arcillosa (Canet et al., 2010). Simultáneamente con la andesita basáltica hubo basaltos más jóvenes eruptivos de 1.0 y 0.24 Ma los cuales cubren las rocas volcánicas félsicas anteriores, (López, Hernández et al, 2009).
9 Columna litologica:
Sistema hidrotermal de la caldera de Acoculco, Puebla:
Generalmente los centros con calderas pueden durar activos por 1 Ma. Cuando el sistema hidrotermal está aún activo frecuentemente se manifiesta de distintas maneras en la superficie, tales como manantiales calientes, fumarolas, suelos calientes, volcanes de lodo, etc. Las calderas volcánicas son los sitios ideales para el desarrollo de los sistemas hidrotermales de gran magnitud debido a los grandes volúmenes de magma que se acumulan en el subsuelo a poca profundidad (Sigurdsson et al., 2000; Gottsmann y Martí, 2008). Estos cuerpos en proceso de enfriamiento funcionan como la fuente de calor del sistema debido a
Figura 7: Columna litológica obtenida de la perforación del pozo EAC – 1 por la CFE. Modificado de: (López Hernández, 2009).
10 las altas temperaturas existentes y los grandes volúmenes de magma almacenados en cámaras someras. Si la permeabilidad de las rocas en el subsuelo es elevada, lo mismo que la recarga de los acuíferos, se reúnen las condiciones ideales para la formación de un sistema hidrotermal.
A diferencia de lo que ocurre en otros sistemas hidrotermales asociados a calderas volcánicas, donde existen extensas zonas de manifestaciones termales activas en superficie, en el complejo Tulancingo- Acoculco los manantiales presentan temperaturas muy bajas. Sólo dos sitios en el sector E dentro de la caldera de Acoculco, en Alcaparrosa y Los Azufres, se observa pequeño burbujeo en manantiales fríos causado por el desprendimiento de gases, algunos de ellos de carácter tóxico. Asimismo, existen extensas zonas dentro de esta estructura caldérica de Acoculco que son térmicamente inactivas pero presentan una intensa alteración hidrotermal (López Hernández, 2009).
La edad de las emisiones volcánicas más recientes (0.24 Ma) sugieren que la cámara magmática de Acoculco aún podría encontrarse en enfriamiento y funcionar como la fuente de calor de este sistema hidrotermal activo (García-Estrada, et al. 2002). Los 307°C registrados en el pozo perforado por la CFE a 2000 m de profundidad confirman que en efecto existe a una fuente de calor activa a nivel profundo. De acuerdo a los estudios disponibles sobre modelado térmico, las elevadas temperaturas medidas en los pozos geotérmicos requieren la existencia de intrusiones relativamente recientes, (< 0.3 Ma) y a distancias muy próximas de los puntos de medición considerando el caso de formaciones conductivas. Estos estudios sugieren que las altas temperaturas medidas en Acoculco (>300°C) no pueden ser consecuencia del vulcanismo félsico asociado a la formación de la caldera de Acoculco ya que este finalizó hace 0.8 Ma, por lo que la fuente de calor actual se relaciona con intrusiones asociadas con el vulcanismo basáltico andesítico más reciente, único que por su edad (0.24 Ma) puede explicar la existencia de un sistema hidrotermal activo.
Por lo que respecta a la exploración con fines geotérmicos, con base en los análisis, el modelo propuesto sugiere que el área de mayor interés se localiza al SE de la zona de la Caldera de Acoculco (ver figura 8), a lo largo de la traza de una antigua falla de dirección NW-SE, interpretada a partir de datos gravimétricos (López Hernández, 2009).
11 Discusión y conclusiones:
El complejo volcánico Acoculco es un centro eruptivo formado por la acumulación de productos relacionados con la evolución de dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. La primera tiene un diámetro de 32 km y una edad de >3.0 Ma; la segunda y más reciente, se emplazó dentro de la anterior, con un intervalo de actividad de 1.7 - 0.9 Ma, y un diámetro de 18 km. Después de un hiatus de O.5 Ma, el último evento es un cono basáltico emplazado hace 0.24 Ma. Los productos del complejo volcánico pertenecen a la serie calco-alcalina, con composiciones principalmente de dacitas y riolitas.
Con base en los datos de la CFE las temperaturas medidas en el pozo EAC - 1, son superiores a 300°C se infiere que la zona debe tener una cámara magmática que aún permanece caliente pero en proceso de enfriamiento. Actualmente, el sistema hidrotermal de la caldera de Acoculco se considera aún activo. Sin embargo, la descarga de fluidos Figura 8: Mapa de alteración hidrotermal, cabe destacar que las mayores anomalías hidrotermales se encuentran hacia el E y el SE debido a fallas presentes de dirección NW – SE. Fuente: (López Hernández, 2009).
12 calientes en superficie es prácticamente nula, y sólo se presenta en forma de emanación de gases fríos, de origen magmático, a través de angostas fisuras en el centro del complejo y hacia el SE del mismo, como se muestra en el mapa de alteración hidrotermal anteriormente. Con base en esto posiblemente existe una capa sello, por lo cual las anomalías hidrotermales solo se presentan en determinados sitios donde existen fallas o fracturas las cuales permiten el ascenso de fluidos hidrotermales.
Acoculco posee un sistema hidrotermal activo en su porción Este y en el sector oriental sólo se observan los centros eruptivos alineados, lo que muestra un evidente control estructural. Aparentemente el emplazamiento del vulcanismo en esta zona está controlado por dos sistemas de fallas principales con orientaciones de NW-SE y NE-SW estas fallas se encuentran cubiertas por los derrames de lava y la erosión de las rocas, las fallas se infieren con base en la alineación de las estructuras volcánicas.
Agradecimientos:
Al programa Delfín que financio mi estancia en el Centro de Geociencias de Querétaro, perteneciente a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
Al Dr. Eduardo González Partida por haber aceptado ser parte de su proyecto sobre el estudio de anomalías hidrotermales en la Caldera de Acoculco, Puebla.
Al Ing. Geólogo Erik Hugo Diaz Carreño, por haberme apoyado durante todo el transcurso de este verano de investigación, por haberme hecho críticas constructivas, compartir información y experiencias conmigo, durante todo el desarrollo del trabajo. Agradezco también a todos los miembros de mi familia y amigos por estar ahí para apoyarme y motivarme.
Referencias bibliográficas:
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.
García-Estrada, G. H. 2002. Estudio sobre la identificación de fallas con métodos
geofísicos en el campo geotérmico de Los Humeros, Pue., Informe interno GF-HU-05-
04, Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos, Comisión Federal de Electricidad. López Hernández, Á. (2009). Evolución Volcánica del Complejo Tulancingo-Acoculco Y
su Sistema Hidrotermal, Estados de Hidalgo y Puebla, México. Tesis doctoral.
Universidad Nacional Autónoma de México.
Ramírez, J. (2013). Productos volcánicos [Diapositivas de power point]. Recuperado de: Ciencias de la Tierra. Págs.: 152 – 156.
13 Sigurdsson, H. et al. (2000). Enciclopedia de volcanes. Academia Press, 803-810. Tarbuck, E. et al. (2005). Ciencias de la Tierra. Pearson Educación S. A., Madrid.
14 Objetivo 10 X Cristal subhedral de anfíbol
visto en NX envuelto en una mesostasis de vidrio desvitrificado
Objetivo 10 X Se observa la mesostasis de vidrio desvitrificado visto en NX
Petrografía realizada del pozo EAC – 1. Muestras otorgadas por la CFE.
ÁREA DE GEOLOGÍA
LABORATORIO DE YACIMIENTOS MINERALES DESCRIPCIÓN DE ROCAS ÍGNEAS
I.- DATOS DE CAMPO
Muestra: EAC1 – 102 – N1 Localidad: . Coordenadas: Norte: Este:
II.- DESCRIPCIÓN MICROSCÓPICA
Color: Incolora - gris Tamaño de cristal: Microcristalinos Textura: Piroclástica Tamaño Cristalino Inequigranular
Cristalinidad: Hipocristalina Birrefringencia Verde, azul, rosa de segundo a tercer orden
Forma de los cristales: Anhedrales - subhedrales
Estructuras:
MINERALOGÍA :
Transparentes Secundarios Transparentes Primarios opacos Esenciales Accesorios Secundarios
Feldespato potásico Anfíbol Plagioclasa Cuarzo Calcita Neoformados Pirita?
IV.- ORIGEN DE LA ROCA Ígnea volcánica (Piroclástica) V.- CLASIFICACIÓN
Nombre de la roca: Ignimbrita
Alteración : Sericítica Oxidación:
VI.- REGISTRO FOTOGRÁFICO
Fecha:
27/08/2016
Petrógrafo:
Francisco Daniel Diaz Carreño ANEXO:
15 Objetivo 2.5 X. Se observa un feldespato
potásico envuelto en la mesostasis de vidrio desvitrificado, visto en NX
Objetivo 2.5 X. Cristal subhedral de plagioclasa visto en NX envuelto en una mesostasis de vidrio desvitrificado
Petrografía realizada del pozo EAC – 1. Muestras otorgadas por la CFE.
ÁREA DE GEOLOGÍA
LABORATORIO DE YACIMIENTOS MINERALES DESCRIPCIÓN DE ROCAS ÍGNEAS
I.- DATOS DE CAMPO
Muestra: EAC1 – 300 – N2 Localidad: .
Coordenadas: Norte: Este:
II.- DESCRIPCIÓN MICROSCÓPICA
Color: Incolora - gris Tamaño de los
cristales: Microcristalino Textura: Piroclástica Tamaño Cristalino Inequigranular Cristalinidad: Hipocristalina Birrefringencia Amarillo, azul, rosa de
segundo – tercer orden
Forma de los cristales: Anhedrales -
subhedrales Estructuras:
MINERALOGÍA :
Transparentes Secundarios Transparentes Primarios opacos Esenciales Accesorios Transparentes Secundarios
Anfíbol Ortopiroxeno Clinopiroxeno Feldespato potásico Plagioclasa Cuarzo Calcita Neoformados Pirita
IV.- ORIGEN DE LA ROCA Ígnea volcánica (Piroclástica) V.- CLASIFICACIÓN
Nombre de la roca: Ignimbrita riolítica
Alteración : Oxidación:
VI.- REGISTRO FOTOGRÁFICO
Fecha:
27/08/2016
Petrógrafo:
