Caracterización mineralogica del pozo H-43 y su …tlamati.uagro.mx/t7e2/358.pdfCaracterización mineralogica del pozo H-43 y su correlación con pozos cercanos, en el campo geotermico

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, 21 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Caracterización mineralogica del pozo H-43 y su correlación con pozos

cercanos, en el campo geotermico Los Humeros, Puebla. Diana Valencia Cabrera

Unidad Académica Ciencias de la Tierra

Área I Fisico Matematico y Ciencias de la Tierra

[email protected]

Eduardo Gonzalez Partida

Centro de Geociencias Campus Juriquilla UNAM. [email protected]

Resumen

La geología presente en el campo geotermico Los Humeros esta predominantemente

definida por basaltos, andesitas-basalticas, ignimbritas con tobas liticas rioliticas y vitricas con

textura criptocristalina. Se reliazo el estudio petrografico del pozo H-43 a profundidades de 1176

metros para determinar algunos minerales de alteración debido a que son indicadores de cambios

de presión y temperatura. Además de observar la falla inferida “La Cuesta” donde se ubica

perforado este pozo. En el análisis se encontró clorita a profundidades de 250 m (mineral índice

de alteración clorítica), además de Epidota a 905 m de profundidad (mineral índice de alteración

propilitica) formada a temperaturas de entre 200º C y 300º C el cual nos indica un grado bajo-

medio de alteración hidrotermal, originado por la circulación de fluidos (Viggiano, J.C. 1988).

Además se localizaron cambios de profundidad en algunas litologías, lo que se infiere en

fallamientos y localización de estructuras. Este análisis petrográfico en lamina delgada se integro

a tres perfiles con diferentes direcciones, el primero E-W, el segundo SW-NE y el tercero NW-

SE, realizados con resultados geológicos, geoquímicos y geofísicos, previos de pozos cercanos al

H-43, todo esto para correlacionar profundidades litológicas, mineralogía (alteraciones de

minerales) y temperatura y con ello se reafirma las condiciones del funcionamiento de los pozos

cercanos al pozo H-43 en el sistema geotérmico, Los Humeros Puebla.

Palabras Clave: Minerales, Alteración,Temperatura, Epidota



Introducción

México está ubicado en un sistema de vulcanismo y sismicidad; gracias a esta ubicación

ocupa el cuarto lugar a nivel mundial en generación de electricidad por medio de la geotermia

con una capacidad de generar casi 1000 Megawatts(MW). La primera central en el país que

utilizó la geotermia para generar energía eléctrica fue Pathé, Hidalgo, en 1959. Actualmente

existen cuatro centrales geotermoeléctricas en el territorio mexicano, Cerro Prieto en Baja

California, Los Azufres en Michoacán, La Primavera en Jalisco y Los Humeros en Puebla.

El campo geotérmico de Los Humeros se encuentra localizado en el extremo oriental del

Cinturón Volcánico Mexicano, en el estado de Puebla, (ver figura 1). Actualmente es el tercer

campo geotérmico más grande de México, produce alrededor de 50 MW. Los primeros estudios

realizados en el campo geotérmico, se efectuaron en el año de 1986, por la Comisión Federal de

Electricidad (CFE) enfocándose en estudios geológicos, geoquímicos y geofísicos. En el año de

1982 se perforó el pozo H-1 en el campo geotérmico Los Humeros, Puebla. Fue hasta 1990 que

se inició la explotación comercial del primer yacimiento con la instalación de la primera unidad

con capacidad de 5 MW. (Quijano y Torres, 1995)

Figura 1.- Mapa de ubicación del campo geotermico Los Humeros. Fuente: Carrasco et al 2015.

Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

En su extensión están perforados alrededor de 43 pozos geotérmicos, de los cuales 23

están en operación y tres de ellos se utilizan para reinyectar el agua a los pozos. Los pozos en

operación irradian al año más de 4 millones de toneladas de vapor y producen más de 800 mil

toneladas de salmuera; la cual regresa por completo al yacimiento a través de tres pozos

inyectores. La excavación de pozos geotérmicos ocupa mecanismos y técnicas similares a la de

los pozos petroleros, los pozos son el conducto para llevar los fluidos geotérmicos

(predominantemente agua salada).

La geología del subsuelo en el área de Los Humeros esta constituida por un intrusivo de

esquistos de clorita- muscovita en un basamento metamórfico de edad paleozoica, una secuencia

sedimentaria mesozoica plegada, intrusiones sieníticas y granodioríticas del terciario inferior y

andesitas pliocénicas. La primera erupción volcánica en Los Humeros, se creé dio origen a la

Formación Teziutlán, constituida por lavas andesíticas y ferrobasáltica, de edad variable (3.50 a

1.55 millones de años). Posteriormente hace menos de 500 mil años, se emplazo gran cantidad

de unidades volcánicas, acompañadas de la formación de calderas. La caldera de los Humeros

colapso por la erupción de la Ignimbrita Xáltipan ( hace 460 mil años). Después del colapso, se

formaron varios domos silícicos (300 mil años).La emisión de la Ignimbrita Zaragoza (100 mil

años) provocó el colapso de la caldera de Los Potreros y las emisiones de andesitas, andesitas

basálticas, pómez y cenizas (80 mil a 40 mil años) originaron El Xalapazco. Las erupciones

volcánicas recientes son los basaltos de olivino hace 20 mil años (ver tabla 1). Cedillo, 1997.)

La geología superficial esta conformada por eventos eruptivos no mayores a 0.06 Ma, se pueden

observar depósitos piroclasticos, basaltos de olivino, arenas riodacitas, andesitas-basálticas de

diferentes edades, además observando la geomorfología del área por medio de imágenes

satelitales se observan lineamientos de los cuales se infieren fallas (ver figura 2). Estos episodios

eruptivos originaron las condiciones actuales del campo geotérmico los Humeros.

Los estudios detallados actuales sobre las propiedades físicas y termodinámicas de cada

formación litológica que componen el sistema geotérmica los Humeros, han podido abrir un

panorama más real a los ingenieros al momento de localizar un pozo exploratorio, un pozo

inyector o un pozo productor y así con ello se han dejado atrás técnicas rusticas y mejorado otras

técnicas gracias al avance tecnológico.



Tabla 1. Geología del subsuelo de la región de Los Humeros, Puebla.

Fuente: Cedillo, 1997

Una técnica que se mejoró debido al desarrollo de microscopios fue la petrografía, ahora

se sabe del contenido mineralógico exacto de cada litología por el análisis de roca en lamina

delgada,. Cada tipo de roca está formado por un conjunto de minerales característicos, llamados

minerales primarios. Por ejemplo, el basalto que se caracteriza por contener principalmente

plagioclasa y olivino, una andesita por feldespatos de plagioclasa y anfibol.

Las alteraciones minerales, y determinación de temporalidad de eventos hidrotermales se

obtiene cuando la roca se somete a ciertos procesos, como compresión, intrusión de magma o

hidrotermalismo así cambia en su composición mineralógica. En el caso particular de los

reservorios geotérmicos, los minerales de alteración hidrotermal, o minerales secundarios,

muestran una típica progresión con la temperatura. Esta progresión es casi independiente del tipo

de roca. En las partes superiores de los sistemas geotérmicos, las temperaturas son inferiores a

150°C, predominan los minerales arcillosos, la caolinita, esmectita y la zeolita. Mientras en la

parte superior del reservorio se presentan minerales del grupo de la aparece la epidota y la

Unidades

litológicas

Según Viggiano y

Robles (1998a)

Unidades

litológicas

según Cedillo

(1997)

Descripción

Permeabilidad Hidrogeología

I

1

Pómez, basaltos de olivino y

andesitas

Alta

Acuíferos

superficiales fríos y

calientes

II 2 Tobas líticas e Ignimbrita

Zaragoza

Media Posible Acuífero

III

3 Ignimbrita Xáltipan De baja a nula Acuicludo

4

Intercalación de andesitas e

ignimbritas

Baja

Acuicludo

5 Andesitas de Augita Tezuitlan Media Yacimiento

geotérmico superior

IV

6

Toba vítrea Humeros

Baja

Acuitardo

7

Andesita de hornblenda

Media

Yacimiento

geotérmico inferior

8

Basaltos

Media

Yacimiento

geotérmico inferior

9

Calizas, mármoles e intrusivos

(Basamento local)

Baja Acuitardo


Figura 2. Mapa geologico del campo geotermico Los humeros, Puebla. Fuente: Modificada de

Carrasco et al., 2015

la wairakita, esta última asociada a zonas de alta permeabilidad. El cuarzo es un mineral que se

encuentra en un rango amplio de temperaturas dentro del reservorio. Si las temperaturas del

reservorio son inferiores a 240° C, habrá presencia importante de calcita y cuarzo, pero no de

epidota. En los casos de que al agua de mar esté presente, habrá abundancia de anhidrita. En las

partes más profundas del reservorio, donde las temperaturas superan los 320° C, los minerales

representativos son los anfíboles y biotita.

Materiales y Métodos

El estudio petrografico se realizo con un microscopio BX51 marca Olympus con sistema

óptico UIS. La muestra de roca para hacer las laminas fueron esquirlas de roca, obtenida por

núcleos de barrenos que posteriormente se montaron en resina y después se laminaron hasta

conseguir un espesor máximo de 30 micras. El metodo utilizado es el analisis petrografico de

laminas delgadas en luz paralela y luz polarizada en microscopio petrografico. En el estudio se



realiza la descripción física-visual de las rocas, con este método la información del contenido,

abundancia, formas, tamaños y las texturas de sus componentes minerales, permite clasificar la

roca y establecer ciertas condiciones cualitativas de formación, así como establecer posibles

procesos evolutivos del área de origen de la roca.

Resultados

Mineralogía

La distribución zonal de los minerales hidrotermales identificados petrográficamente en el

pozo H-43, junto con sus implicaciones genéticas y con la comparación con las zonas

hidrotermales que se habían propuesto originalmente (Viggiano-Guerra y Robles-Camacho,

1988a) y (Cedillo, 1997) se presenta de manera muy sintética, en la Tabla 2. Nuestros resultados

del estudio petrografico no mostraron variaciones en profundidad de la determinación del

contenido litologico con respecto a las nueve litologias propuestas por (Cedillo, 1997),

Tabla 2. Zoneamiento mineralógico-hidrotermal, profundidades, asociaciones e implicaciones genéticas en el pozo

H-43, Los Humeros, Puebla.

Fuente: Cedillo, 1997.

Zona Prof. (m) Mineralogía Observaciones

Epidota incipiente-

calcita (Zona de

Zeolita)

0-290

Clorita/smectita+calcita+zeolitas

(bicarbonatada).

Caolinita+pirita+anhidrita+jarosit

a +calcedonia+(ácido-sulfatada).

Alteración en zona vadosa debida

a mezcla de fluidos ácido

sulfatados y bicarbonatados.

Alteración deutérica, quizá

meteórica también. (100-200 °C)

Epidota- incipiente-

calcita (Zona de

Epidota)

290-785

Calcita+cuarzo+pirita+/-

montmorillonita+/-illita+/-epidota

incipiente.

Alteración directa (ebullición) y

de reemplazo debajo del nivel del

fluido sódico clorurado. (>220 -

250°C)

Epidota (Zona de

Epidota) 785-1145

Epidota+cuarzo+clorita(peninita)

+ /-prehnita

Idem (>250 350°C)


A continuacin se mostraran imágenes de laminas delgadas de profundidades claves, donde se

observa el cambio litologica y sus componentes minerales, abarcando los minerales primarios, asi

como minerales secundarios (minerales de alteración)

Pozo H-43 profunfidad 60 metros (Lamina H-43-60)

Basalto Olivinico

Figura A (objetivo 5x): Se puede observar una plagioclasa con zoneamiento debil; Figura B

(objetivo 10x): Textura porfirica; Figura C (objetivo 5x): El olivino se observa xenoformo, con

pirita en la muestra; Figura D (objetivo 2.5x): se observa la textura traquitica como general en el

basalto.Fotografias tomadas en luz polarizada Plg (Plagioclasas); Px (Piroxeno); Olv (olivino)

La muestra presenta fragmentos de basaltos compuestos por Piroxeno, abundante plagioclasa en

microlitones con macla carlsbagy plagioclasas en textura traquitica , contiene pirita diseminada y

oxidos subredondeados, además de olivino fragmentado tal vez por el rapido enfriamiento. La

matriz se aprecia oxidada.



Pozo H-43 profunfidad 845 metros (Lamina H-43-845) andesita con abundante Epidota.

Figura A(objetivo 5x):Textura de roca andesita es porfitica fragmentos de toba litica y andesita;

Figura B(objetivo 2.5x): Fragmento de toba litica alterada; Figuras C-D(objetivo 5x): Fragmentos

de andesita con abundante epidota.Fotografias tomadas en luz polarizada. Plg (Plagioclasas);

Epidota (Ep).

La muestra contiene fragmentos de andesita, en la cual se observan textura porfiritica

conformada por plagioclasa , piroxenos y sericita reemplazando a minerales primarios. Posee

fragmentos de toba litica un poco alterada.La epidota aparece a esta profundidad de manera

abundante lo que indica temperaturas de entre 200º C y 300º. La muestra no presenta una

alteración de alto grado, ya que sus componente mineralogicos se observan intactos.


Pozo H-43 profunfidad 500 metros (Lamina H-43-500) Toba vitrea

Figura A(objetivo 5x en luz polarizada)- Figura B(objetivo 5x en luz paralera):Fragmento de toba

litica alterada con sericita (mineral secundario) y Cuarzo (Qz)

La muestra contiene un gran contenido de vidreo, algunos fenocristales y fragmentos vitreos se

encuentran Aislados de las muestra . La mineralogia es escasa , pero se logran apreciar pocas

plagioclasas, se puede encontrar sericita reemplazando a minerales primarios. Se observaron

pequeños cristales de cuarzo rellenando espacios subcirculares. El grado de alteración no es muy

apreciable pero por la presencia de sericita se puede determinar un grado bajo-debil .



Tabla 3.-Tabla de profundidades de litologias de los nucleos del pozo H-43

Prof. (m)

Litología

Prof. (m)

Litología

10 Basalto de olivino 410 Toba lítica soldada

20 Basalto de olivino 420 -------------------

30 Basalto de olivino con oxidación 430 Toba lítico-cristalina gris claro

40 Basalto de olivino 440 Toba lítico-cristalina gris claro

50 Basalto de olivino 450 Toba lítico-cristalina- andesita

60 Basalto de olivino 500 Toba vitrica

70 Basalto con amígdalas alteradas 605 Toba lítica-cristalina

80 Basalto de olivino 655 Toba lítica-cristalina

90 Toba vítrea alterada 695 Toba lítica- > andesita

100 Toba vítrea >basalto andesitico 755 Toba lítica > andesita

110 Toba lítica, toba vítrea 796 Toba lítica>andesita

120 Toba vitro-cristalina color blanco 845 Toba lítica>andesita con demasiada epidota

130 Toba vitro-cristalina color blanco 905 Toba lítica>andesita con epidota

140 Toba vítrea color blanco 925 Toba lítica>andesita con epidota

150 Toba lítica> toba vítrea 935 Toba lítica>andesita con epidota

160 Toba litica-cistalina color blanco 945 Toba lítica>andesita con epidota

170 Toba lítica-cristalina-oxidados 955 Andesita con abundante epidota

180 Toba lítica 965 Toba cristalina alterada

190 Toba líticas>basaltos-andesiticos 975 Toba cristalina alterada> pómez caída

200 Toba líticas>basaltos-andesiticos 985 Andesita con epidotabasaltos-andesiticos 995 Andesita con epidota>toba cristalina

220 Toba líticas>basaltos-andesiticos 1005 Andesita con epidota>poca toba cristalina

230 Toba líticas>basaltos-andesiticos 1015 Andesita con abundante epidota

240 Toba líticas>basaltos-andesiticos 1025 Andesita con epidota

250 Toba líticas>altera. Clorita 1035 Andesita alterada con epidota y Pirita

260 Toba líticas> poca altera. Clorita 1045 Andesita alterada con epidota y oxidados

270 Toba lítica 1055 Andesita alterada con poca epidota

280 Toba vitro-lítica 1065 Andesita alterada con epidota

290 Toba lítico-cristalina 1075 Andesita alterada con epidota

300 Toba cristalina color gris 1085 Andesita alterada con epidota

310 Toba cristalina color gris 1095 Andesita alterada con epidota

320 Toba lítico-cristalina, andesita 1105 Andesita porfiritica

330 Toba vitro-lítica y toba lítica 1115 Andesita porfirica con epidota

340 Toba lítica 1125 Andesita porfirica con epidota y pirita




380 Toba lítica, ignimbrita 1165 Andesita porfirica con epidota

390 Toba lítica color blanco 1175 Andesita porfirica con poca epidota

400 Andesita porfirica 1176 Andesita porfirica con poca epidota

Fuente: Modificado de Proyecto Humeros CFE-UNAM


Perfiles 1, 2, 3

El area de estudio abarco la parte Noroeste del campo geotermico Los Humeros, con el

resultado del estudio petrográfico del pozo H-43 se realizaron tres perfiles con diferentes

direcciones, el primero E-W, el segundo SW-NE y el tercero NW-SE, (ver figura 3) para analizar

la continuidad de las características mineralógicas, con esto se logro establecer rangos de

profundidad de alteraciones minerales y temperatura, correlacionando pozos cercanos con el fin

de localizar la continuidad mineralógica y por ende de cambios de temperatura de formación.

Figura 3.- Mapa geologico, de estructuras y ubicación de pozos productores e inyectores del

campo Geotermico y perfiles de correlación litologica Los Humeros Puebla.

Perfil 1

Perfil con direcion W-E cruzando los pozos geotermico productores, el H-9, H-35, H-37 y H-16,

(Ver figura 4) este ultimo presenta fluidos con pH bajo lo que ocasiona corroción de las tuberias

y por ello en él se emplea una constante verificación. El pozo H-43 se observa correlacionado

uniformemente con todas las demás litogias a excepcion del Basalto en los pozos H-35-37 y H-16

se puede ver un salto en el espsor de corteza, lo cual puede indicar la existencia de una fallla. Del

pozo H-9 a los pozos H-35-36 se mira una disminución del espesor de la Toba los Humeros.



Figura 4. Perfil-1 muestra las correlación de unidades litologicas Fuente:Modificado de A.Garcia

et. Al. 2002.

Perfil 2

Figura 5. Perfil-2 muestra las correlación de unidades litologicas. Fuente:Modificado de A.Garcia

et. Al. 2002.


Perfil con direcion SW-NE comenzando al partir del pozo H-43, con una distancia total

de 1800 metros, pasando los pozos productores, el H-30, H-15, H-31 y H-21, (Ver figura 5). El

pozo H-43 se observa correlacionado uniformemente con todas las demás litogias, solo en el pozo

H-15 se observa un desplazamiento de la toba litica de al menos 150 metros de espesor con

respecto al pozo H-30. A partir del pozo H-43 hacia el NE se puede observa un engrosamiento en

el espesor de la andesita augita que va de 250 metros aprox. a 520 metros de espesor al llegar al

pozo H-21.

Perfil 3

Perfil con direcion NW-SE comenzando al partir del pozos H-35 y H-37, con una

distancia total de 975 metros, pasando por el pozo exploratorio, el H-43, el pozo productor H-33,

y termiando en el pozo inyector H-29, (Ver figura 6). A diferencia de los demas pozos el pozo H-

43 no se observa correlacionado uniformemente con todas las demás litogias, del pozo H-43

hacia el pozo H-33 se ve un engrosamiento de casi 190 m del basalto. Otro cambio observado es

ela disminución del espesor de la toba litica que va de 440 m en el H-43 a 150 m en el pozo H-33.

Figura 6. Perfil-3 muestra las correlación de unidades litologicas. Fuente:Modificado de

A.Garcia et. Al. 2002.



Discusión y conclusiones

Las unidades litológicas identificadas microscópicamente corresponden a las ya conocidas

en el campo de Los Humeros. Sin embargo, algunos rsultados locales resultan insuficientes como

para plantear un modelo evolutivo diferente al concebido previamente. Estos estudios

petrograficos permitieron determinar diversas fases minerales secundarias (alteraciones de

minerales primarios de rocas) distribuidas en cada litologia. Estas fases se encuentran formando

asociaciones minerales parageneticas las cuales indican y reafirman condiciones particulares de

temperatura actual del sistema geotermico. Existen saltos en la correlación de los litotipos que

dan cuenta del comportamiento estructural del sistema y contribuyen a la afinación del modelo ya

establecido. Con la ayuda de la mineralogía hidrotermal y de diagramas de equilibrio entre fases,

pero también de observaciones empíricas, Por ello los calculos de indices de saturación de los

minerales y el analisis del estado de equilibrio de los minerales en el yacimiento. Se comparan

con las observaciones mineralógicas del estudio petrográfico. La aplicación de la petrología

demuestra que sigue siendo necesaria para los estudios iniciales y en el monitoreo de pozos

geotermicos, muestrando indicios del contexto geologico en el subsuelo, así se establecen

correlaciónes y anticorrelaciones por constituyentes mineralogicos y por ende quimicos de las

rocas .


Agradecimientos

Le agradezco a la Academia Mexicana de Ciencias por apoyar a todos los jovenes que

mantienen una constante inquietud por las ciencias, su investigación y desarrollo. Un gran

agredecimiento al Centro de Geociencias (CEGEO) campus Jueriquilla perteneciente a la

UNAM, por la hospitalidad brindada a todos mis compañeros. Un profundo agradeciento al Dr.

Eduardo Gonzalez Partida y al alumno de posgrado Erick Diaz Carreño por la atención y

enseñanzas brindadas este verano.

Referencias

Carrasco-Núñez, G., et al., 2015.A New Geothermal Exploration Program at Los Humeros

Volcanic and Geothermal Field (Eastern Mexican Volcanic Belt)., Proceedings World

Geothermal Congress 2015.,Melbourne, Australia., pág. 19-25.

Cedillo, F., Geología del subsuelo del campo geotérmico de Los Humeros, Pue., Informe

HU/RE/03/97 Comisión Federal de Electricidad, Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos,

Residencia Los Humeros, Puebla, 1997, 30 p.

García-Gutiérrez, V. Arellano, R. M. Barragán, G. Espinosa Paredes Initial temperature

field in the Los Humeros geothermal reservoir Geofísica Internacional, vol. 41, núm. 3, july-

september, 2002, pp. 303-312, Universidad Nacional Autónoma de México México

Viggiano, J.C. y Robles, C. Mineralogía hidrotermal en el campo geotérmico de Los

Humeros, Pue., I: Sus usos como indicadora de temperatura y del régimen hidrológico,

Geotermia, Vol. 4, No. 1, 1988 a, pp. 15-28.

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