Fluidos hidrotermales hidrotermales
• La com composi ci ón de l os f l ui dos sub subt er r áneos
r egi st r an su hi st or i a en base al t i empo, t emper at ur a y asoci asoci aci ones r ocosas. cosas. • Los Los par par ámet r os qu quí mi cos más se s enci l l os qu que s e ut i l i z an an par a c ar ac t er i z ar ar l os f l ui dos geot ér mi cos cos son, son, • el con cont eni do t ot al de sól sól i dos di di sue suel t os ( t sd) sd) en par t es po por mi l l ón ( ppm) o mi l i gr amos po por l i t r o ( mg/ 1) y pH. L os va val or es de de t sd osci sc i l an desd es de un unos cu c uant ant os ci c i ent ent os a más de 300. 000 mg/ l .
• La com composi ci ón de l os f l ui dos sub subt er r áneos
r egi st r an su hi st or i a en base al t i empo, t emper at ur a y asoci asoci aci ones r ocosas. cosas. • Los Los par par ámet r os qu quí mi cos más se s enci l l os qu que s e ut i l i z an an par a c ar ac t er i z ar ar l os f l ui dos geot ér mi cos cos son, son, • el con cont eni do t ot al de sól sól i dos di di sue suel t os ( t sd) sd) en par t es po por mi l l ón ( ppm) o mi l i gr amos po por l i t r o ( mg/ 1) y pH. L os va val or es de de t sd osci sc i l an desd es de un unos cu c uant ant os ci c i ent ent os a más de 300. 000 mg/ l .
• se r equi er e l a ej ecuci cuci ón de anál i si s qu quí mi cos cos de di di f er ent es muest r as de ag aguas sub subt er r áneas ( manant i al es, pozos, zos, et c) , que i ncl uyen l a det er mi naci ón de l os " con const i t uyent es i nor gáni cos" cos" , medi das de del pH, con conduct i vi dad el éct r i ca, ca, gases ses di di sue suel t os y r adi onucl ei dos.
• - Cat i ones : Cal c i o, Magnesi o , Sodi o , pot asi o. • - Ani ones : Sul f at os , Cl or ur os , Fl uor ur os , Car bonat os y Bi Bi car bonat os. • Ot r os co c omponent es de i nt er és geo geot ér mi co son: son: Cont eni dos en Sí l i ce, Bor o y el ement os menor es com como: Est r onci o , Rubi di o, L i t i o , Cesi o, Hi er r o, Al umi ni o , Fl uor , Mer cur cur i o y ot r os el ement os t r az a como el Bar i o, Pl omo y Va Vanadi o. • La aci dez del del agua vi enen expr xpr esada sada en f unci ón del con cont eni do en en i ones hi dr ógeno.
• Gases di suel t os : Di óxi do de Car bono, Sul f ur o de Hi dr ógeno, Anhí dr i do Sul f ur oso y ot r os asoci ados a l a f ase gaseosa,
Sodi o • Cat i on domi nant e en aguas de al t a t emper at ur a. Na/ K se ha cor r el aci onado par a def i ni r l o como geot er momet r o
• El or i gen pr i mar i o del sodi o en l a mayor par t e de l as aguas subt er r áneas, est á r el aci onado con pr oduct os sol ubl es der i vados de l a al t er aci ón de f el despat os de t i po pl agi ocl asa. • - Las concent r aci ones menos i mpor t ant es, son l as que se der i van de mi ner al es como: nef el i na, sodal i t a, est i l bi t a, nat r ol i t a, j adei t a, et c, .
• Por l a coexi st enci a de al bi t a, mi ca pot ási ca y f el un sol en
despat o pot ási co, a cada t emper at ur a se da val or úni co de Na / K , K / H y Na / H en uci ones de al t a t emper at ur a y baj o cont eni do cal ci o.
potasio • Las aguas asoci adas a r ocas í gneas si l i cat adas , cont i enen cant i dades equi val ent es de sodi o y pot asi o, est as aguas, por l o gener al , t i enen cont eni dos baj os en el t ot al de sól i dos. • Aguas t er mal es gener al ment e pr esent an al t os cont eni dos de est e el ement o
• El or i gen común del pot asi o est á r el aci onado con pr ocesos de al t er aci ón de l os f el despat os t i po or t os a, mi cr ocl i na, bi ot i t a, l euci t a y nef el i na en r ocas í gneas y met amór f i cas. La ci r cul aci ón de l as aguas a t r avés de depósi t os evapor í t i cos, pueden r epor t ar gr andes cont eni dos de pot asi o en r el aci ón con pr ocesos de di sol uci ón de l a si l vi na.
calcio • Las aguas geotérmicas contienen los iones de varias sales de calcio solubles, por ejemplo Ca CO3, Ca SO4, Ca F2.
• La mayoría de aguas geotérmicas a nivel profundo están saturadas en calcita, este mineral precipita cuano las agua hierven y pierde el CO2
magnesio • Dolomitas en sedimentarias, • Olivino, biotitam horblenda, augita rocas ígneas • Serentina, talco, diópsido y tremolita • En geotermia sus concentraciones son muy bajas de 0.01 a .01 ppm • Mg/Ca bajos son indicadores de alta temperatura
Silice • Aguas saturadas en sílice en equilibrio con cuarzo son indicadoras de alta temerpatura.
• Las soluciones de equilibrio de alta temperatura,
contienen solamente especies de sílice con estructura molecular simple. • Las formas amorfas y cristalinas metaestables de la sílice, persisten en contacto con agua a temperaturas de al menos 300oC, • Cuando los fluidos se aproximan a la superficie, pasan por un estado de saturación en cuarzo y subsaturación en sílice amorfa,
cloruros • Los altos contenidos de cloruros en aguas subterráneas pueden estar relaciones con masas de aguas salobres atrapadas en los sedimentos, soluciones de halita y minerales relacionados con depósitos evaporíticos
Sulfatos y compuestos sulfurosos • El ion sulfito en las aguas subterráneas deriva del contacto con yesos y anhidritas y su concentración es función de la temperatura • La solubilidad de los minerales sulfatados alcalinos (calcio, estroncio, bario, etc.) en las soluciones hidrotermales, depende de la temperatura, presión y salinidad
• sulfato cálcico, la mayor parte de las aguas geotérmicas con temperaturas comprendidas entre los 200oC y los 300oC, con un pH próximo a la neutralidad, y una salinidad moderada (0.02 a 0.1 m) poseen concentraciones de sulfatos del orden 10 a 100 ppm
fluoruros • La solubilidad del flúor es similar a la del cuarzo, su solubilidad es fuertemente afectada por la presencia de electrolitos y la cantidad de fluorita disuelta o precipitada
• la solubilidad de la fluorita, en presencia de la sílice, es del orden de los 10 ppm de flúor, a temperaturas que oscilan entre los 200oC y los 300oC.
boro • Es un elemento minoritario o traza contenido en turmalinas asociadas a pegmatitas, granitos y en pequeñas cantidades en rocas subvolcanicas como los gabros. • Las aguas de fumarolas y áreas que recientemente han presentado actividad volcánica, suelen presentar altos contenidos en boro. • el boro es indicativo de la existencia de fallas en profundidad. La concentración del boro (ácido bórico) en los sistemas agua-vapor de alta temperatura, tiende a aumentar en la fase vapor, cuando aumenta la temperatura de evaporación
Tipos de aguas importantes • Bicarbonatadas: Las cuales responden a tipos de aguas frías o hipotermales, con salinidades generalmente inferiores a 1 g/l, que caracterizan circuitos hídricos poco profundos constituidos por depósitos aluviales, materiales volcánicos y formaciones carbonáticas aflorantes o subaflorantes.
• Sulfatadas: Las cuales pertenecen a manifestaciones termales con características de salinidad comprendida entre 0,5 y 3 gil y con valores medios de temperatura, y que responden a circulaciones de profundidad media en rocas carbonatadas y formaciones de evaporitas
• Cloruradas: Estas aguas suelen estar relacionadas con procesos de circulación más profunda que las de los otros tipos y corresponde a acuíferos relacionados con las rocas del basamento regional, aun cuando no pueda afirmarse esto de forma definitiva
Tipos de aguas: Na-Cl (1)
• Aguas en reservorio geotérmico • • • •
profundo alta entalpia Na-Cl con Cl hasta miles con pH de ácido a neutro y alta SiO2, K, Li, B y F bajo Mg principales gaes son CO2 y H2S. En los sistemas asociados a edificios volcánicos pueden ocurrir HCl, HF, SO2 y H2S y CO2 con H2O. soluciones inicialmente ácidas vuelven a Na-Cl neutral.
Las aguas profundas a Na-Cl, pueden llegar hasta la superficie y ser liberadas de las piscinas de ebullición con un pH de neutro a alcalino o se mezclan con las aguas menos profundas que producen soluciones acuosas con Cl diluido. Muy a menudo, estas aguas pueden encontrar
Aguas sulfato ácidos
• Ellas están por lo general por encima del sistema geotérmico donde hay la separación de vapor. • El vapor se condensa, para
• •
producir aguas de vapor calentadas, el H2S se oxida a sulfato, el cloro reacciona y produce alteración argilica (caolinita alunita) Aguas sulfatadas, bajos valores de Ph Se pueden producir descargas de vapor
Aguas bicarbonatadas • El H2CO3 es un ácido débil que convierte feldespatos en minerales de arcilla con la producción de soluciones neutras Na-HCO3-,
• Las aguas a Na-Cl que circulan en yacimientos geotérmicos profundos y alta entalpía con pH de ácido a concentraciones neutros y altos de SiO2, K, Li, B y C, bajo Mg. Los principales gases disueltos son CO2 y H2S. Estas aguas profundas pueden llegar a la superficie y ser liberado de las piscinas de ebullición con un pH de neutro a alcalino puede haber dilución con agua de la superficie. Se encuentran a km de distancia. • Aguas a Na-HCO3 para la disolución del CO2 o la condensación del vapor geotérmico en acuíferos poco profundos y sin O2. Se encuentran en las partes marginales dominadas por el agua de un sistema geotérmico. • • Aguas acidas a Cl-SO4 tipica de ambiente magmatico con HCl, SO2 y H2S, que conducen a la producción de soluciones ácidas reactivas y oxidadas. En los gago cratericos no se neutralizan por què hay poca rocas como ocurre en profundidad adonde essos aguas interactuan con las rocas y forman aguas neutras neutre ricos en NaCl. De ahí la escasez de agua acidos a Cl-SO4 en yacimientos geotérmicos asociados con los sistemas volcánicos.
Geotermómetros isotópicos • El fraccionamiento de isótopos estables de diferentes elementos presentes en fluidos, minerales y rocas, es reconocido en últimas fechas como un importante geotermómetro a causa de su dependencia con respecto de la temperatura.
• Principalmente se emplea la proporción de isótopos del Hidrógeno (D/H), oxigeno (O18/O16), azufre (S34/S32) y carbono
• C13/C12), el cociente es expresado en partes por mil (0/00). Con ayuda del análisis de masas se determina las proporciones de isótopos. Además se debe suponer que el componente analizado refleja la condición de equilibrio de una reacción de intercambio de isótopos
• El O18 es el isótopo más utilizado en geotermia. Se mide principalmente en H20, CO2, SO4-2 y ejemplares rocosos. Es utilizado para especular sobre las temperaturas sub superficiales y sobre la génesis de las rocas. • El azufre • casi todos los ambientes naturales ígneas y metamórficas (como sulfuro), • en la biosfera y sustancias orgánicas relacionadas (petróleo y carbón), en el agua marina (como sulfato) • en sedimentos marinos (sulfuro y sulfato); • mientras que como componente mayor puede encontrársele en yacimientos minerales y en evaporitas
• Los isótopos utilizados son medidos en emanaciones de CO2 y CH4. • La temperatura isotópica del carbono puede indicar aproximadamente la temperatura de la fuente de calor. • orígenes separados, el termómetro isotópico no puede ser usado para evaluar los sistemas geotérmicos.
• La química isotópica combinada con la geoquímica se utiliza para evaluar los siguientes aspectos: a. Origen del fluido geotérmico. b. Comportamiento sub superficial del fluido geotérmico. c. Relaciones agua-roca en el reservorio geotérmico. d. Geotermometría química.* e. Área de recarga del fluido y ruta de circulación.* f. Geología del reservorio geotérmico. g. Datación del fluido geotérmico. •
• Medición de cantidades de varios componentes y determinación de cocientes entre estos componentes da información sobre la temperatura del acuífero bajo el suelo, tipos de rocas, el origen y formación del agua de manantial caliente. • Estos métodos se basan en la reacción entre los minerales de la roca y agua y la solubilidad bajo cierta temperatura y condiciones de presión • Dilución por agua superficial, separación de vapor y los factores influenciados por Ph. • Los datos analíticos del agua de manantial caliente y gases de fumarolas resulta ser muy efectivo ayuda a más registro detallado de áreas promisorias y pruebas de barrenación para generación de poder geotérmico.
• Depósitos y sinter alrededor de los manantiales pueden indicar la naturaleza y extensión de la mineralización del agua. • Terrazas de sílice amorfo son comúnmente encontradas cerca de manantiales de aguas cloruradas de Ph neutro originadas de aguas profundas de alta temperatura. • Depósitos calcáreos pueden ocurrir alrededor de manantiales donde el agua profunda y las temperaturas son bajas (menos de 150º C, o donde el agua caliente es considerablemente diluida con aguas frías superficiales).
• Aguas ácidas altas en sulfatos pueden tener sulfuros en o cerca de los manantiales, y son usualmente turbias. Las rocas a los alrededores de los manantiales están altamente alteradas a minerales tipo caolín y pueden ocurrir depósitos de yeso. • Los manantiales ácidos de este tipo están a menudo asociados con fumarolas en las partes elevadas de un área, y ahí puede haber ebullición vigorosa de gases a través del agua. • Un vapor saliendo de un volcanismo activo es realmente distinguible por la forma química de vapor hirviente de sistemas de agua caliente debajo del suelo. El vapor de volcánico a menudo contiene dióxido de azufre, ácido clorhídrico y ácido fluorhídrico, los cuales son compuestos poco comunes en vapores formados de agua caliente debajo del suelo.
GEOQUÍMICA EN LA PROSPECCIÓN DE UN CAMPO GEOTÉRMICO • En un nuevo campo geotérmico la información básica requerida es: 1.La temperatura bajo la superficie del suelo; 2. La extensión areal de los fluidos calientes bajo la superficie del suelo; 3. La permeabilidad de las rocas a varias profundidades y 4.La naturaleza física y química de los fluidos bajo la superficie del suelo
• En la etapa de la exploración inicial de un campo geotérmico, la investigación de manantiales de agua caliente, fumarolas, vapor del suelo y aguas superficiales frías pueden dar información sobre: 1. El rango en composición y homogeneidad de los fluidos calientes. 2. Temperatura de los fluidos sub-superficiales y presión de gas. 3. El tipo de sistema presente: vapor calentado o campo de agua caliente clorurada. 4. Las rocas sub-superficiales asociadas con fluidos calientes. 5. El origen de los fluidos calientes, la dirección de flujo a través del área, y el tiempo del ciclo del agua en el campo.
6. La deposición mineral potencial de los fluidos. 7. El flujo de calor natural. 8. Las zonas de la salida de flujo y la permeabilidad es alta. 9. Constituyentes de los fluidos los cuales podrían tener valores económicos. 10, Indicaciones de un campo geotérmico sin obvia actividad superficial, a través de lixiviación de químicos en el agua fría local.
