Aguilera B., Felipe

Honores, Carolina

Lemus, Martín

Neira, Hugo

Pérez, Yasna

Rojas, Juan

Repositorio Digital Sernageomin

Fundada  en 1962SOCIEDAD GEOLOGICA DE CHILEla serena   octubre 2015544Geoquímica de la fase líquida en fuentes termales de la Cordillera Principal, Región de Los Lagos, Chile: Definición de ambientes geotermales a nivel regional  Felipe Aguilera*, Carolina Honores, Martín Lemus, Hugo Neira, Yasna Pérez y Juan Rojas Unidad de Recursos Energéticos, Departamento de Geología Aplicada, Servicio Nacional de Geología y Minería, Avenida Santa María 0104, Santiago  * email: felipe.aguilera@sernageomin.cl  Resumen. Un estudio detallado de la geoquímica de aguas emitidas desde emisiones termales de la Región de Los Lagos, en combinación con información geológica y estructural, es presentado con el objetivo de definir ambientes geotermales a nivel regional. 3 ambientes geotermales fueron definidos, correspondientes a a) ambiente Volcánico, constituido por los sistemas volcánicos-geotermales i) Antillanca-Casablanca, ii) Yate-Hornopirén-Apagado y iii) Huequi-Cerro Colorado; b) ambiente ZFLO Marino, donde se encuentran los sistemas geotermales i) estero Reloncaví e ii) Isla Llancahué; c) ambiente ZFLO Continental, constituido por las fuentes termales independientes de Cayetué, La Nueva, Cahuelmó, El Peñón, Lago Negro, El Amarillo, y el sistema geotermal Yelcho-Moraga. Los ambientes volcánico, ZFLO Marino y Continental se caracterizan por la emisión de aguas del tipo Cl--Na+, Cl--Na+ (con altos contenidos relativos de SO42+, Ca2+ y Br-) y transición de HCO3- a SO42- altas en Na+, respectivamente. Geotermometría de Na+–K+–Mg2+–Ca2+ y Na+–K+ indican que las temperaturas de los sistemas geotermales definidos son: i) Antillanca-Casablanca (140-190°C), ii) Yate-Hornopirén-Apagado (75-120°C), iii) Huequi-Cerro Colorado (215-250°C), iv) estero Reloncaví (130-195°C), v) Isla Llancahué (140-150°C), vi) emisiones individuales de Cayetué, La Nueva, Cahuelmó, El Peñón, Lago Negro, El Amarillo (variable entre 130 y 160°C) y vii) Yelcho-Moraga (temperaturas no determinables mediante ambos geotermómetros).  Palabras Claves: Geoquímica, aguas termales, Región de Los Lagos, ambientes geotermales   1 Introducción  El proceso inicial de exploración geotermal puede involucrar diversas metodologías, mediante las cuales se construyen modelos preliminares de distribución de zonas de interés. La integración de la información proveniente de estas metodologías permite mejorar dichos modelos y en consecuencia, establecer no solamente sistemas geotermales individuales, sino también definir ambientes termales a nivel regional. Una de las zonas que presenta una amplia distribución de emisiones termales y en contextos geológicos diversos, a lo largo del territorio Chileno, es la región de Los Lagos. De acuerdo a Hauser (1997) y Pérez (1999), la actual Región de Los Lagos presenta 32 manifestaciones termales, distribuidas a lo largo de la Cordillera Principal, las que se localizan sobre una variedad de litologías y estructuras (e.g. rocas intrusivas, rocas metamórficas, asociados a sistemas volcánicos, asociados a sistemas de fallas). En este trabajo es presentada una completa evaluación de la geoquímica de las aguas emitidas desde emisiones termales de la Región de Los Lagos, la cual es combinada con información geológica (litología) y estructural de superficie, con el objetivo de definir los ambientes geotermales de dicha Región y, determinar el origen, naturaleza y distribución de los fluidos geotermales.   2 Marco geodinámico  La Región de Los Lagos (40°-44°S) se enmarca en un contexto geodinámico de subducción entre las placas Sudamericana y Nazca, con una tasa de convergencia de 7,89 cm/año y un ángulo de subducción de 30° (Lavenu y Cembrano, 1999). Desde los 38°S, los Andes del sur presentan cambios en la configuración tectónica asociado probablemente a la cercanía al punto triple por el sur y a estructuras transformantes asociadas al ridge de Chile que intersectan la fosa por el norte (~38ºS). Este hecho produce un cambio drástico en el estilo de deformación, variando de un sistema compresivo al norte de los 38ºS a uno transformante en el sur, marcado por el inicio de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO) (Cembrano y Lara, 2009). Un segundo rasgo estructural de primer orden corresponde a la Zona de Falla del Basamento (ZFB), que junto a la ZFLO, delimitan distintas unidades morfoestructurales. En la parte este de la Región, la unidad geomorfológica denominada Cordillera Principal (CP) está constituida por volcanes andesítico-dacíticos, construidos sobre rocas plutónicas del Batolito Norpatagónico (BNP; Cretácico-Mioceno), unidades volcano-sedimentarías del Mesozoico y rocas metamórficas paleozoicas correlacionables con el Complejo Metamórfico Bahía Mansa (CMBM). De acuerdo a lo anterior, ha sido posible definir un ambiente geotérmico mayor, correspondiente a un ambiente de media a alta entalpía, asociado principalmente a estructuras volcánicas y a puntos de emisión localizados a lo largo de la traza principal y estructuras secundarias asociadas a la ZFLO y ZFB.    545AT 2  geología económica y recursos naturales3 Definición de ambientes geotermales y geoquímica de las emisiones termales  3.1 Ambientes termales  Según las características geológicas-estructurales, sumado a la distribución de las emisiones termales y las características geoquímicas de los fluidos, en la CP han sido reconocidos tres ambientes termales (Aguilera et al., 2014): a) Ambiente Volcánico, correspondiente a emisiones localizadas en los flancos de los sistemas volcánicos de i) Antillanca-Casablanca (fuentes termales de Pangal, Pichichanleufú, Puyehue, Aguas Calientes y Rupanco); ii) Yate-Hornopirén-Apagado (Lago Cabrera, Pichicolo y Chucau); y iii) Huequi-Cerro Colorado (Porcelana y Comau). En este ambiente las aguas termales son emitidas principalmente desde el contacto entre rocas volcánicas (lavas andesíticas-dacíticas y depósitos piroclásticos) y/o contacto con rocas del basamento. b) Ambiente ZFLO Marino, emisiones localizadas sobre la traza de la ZFLO en zonas costeras e influenciadas por los efectos de las mareas, ubicadas en el i) estero Reloncaví (Ralún, Rollizos, Las Conchas, Sotomó y Puelo); e ii) Isla Llancahué (Llancahué). Las emisiones termales se emplazan en rocas correspondientes al BNP (tonalitas, dioritas, monzogranitos, granitos y leucogranitos) fuertemente afectadas por el ZFB y ZFLO, depósitos morrénicos y depósitos de remoción en masa. c) Ambiente ZFLO Continental, emisiones termales emplazadas en la traza principal de la ZFLO y en fallas subsidiarias de orientación NW-SE y NE-SW, correspondiendo a las fuentes termales de Cayetué, La Nueva, Cahuelmó, El Peñón, Lago Negro y El Amarillo, además del sistema Yelcho-Moraga, constituido por 2 emisiones del mismo nombre. Las fuentes termales se encuentran en afloramientos de gabros de edad paleozoica, rocas intrusivas del BNP, y esquistos anfibolíticos de la Formación Bahía Mansa.  3.2 Geoquímica de las emisiones termales  El ambiente volcánico se caracteriza por la presencia de aguas maduras (Cl--Na+; Fig. 1) ligeramente salinas (Total de Sólidos Disueltos o TSD entre 243 y 1.997 mg/l), provenientes directamente desde reservorios hidrotermales, donde el Cl- es inicialmente derivado de la desgasificación de HCl magmático, y de manera secundaria por la lixiviación de roca de caja (e.g. Ellis y Mahon, 1977), mientras que el Na+ es derivado de la intensa lixiviación de la roca de caja (e.g. Giggenbach, 1991). Sin embargo, algunas emisiones se encuentran enriquecidas parcialmente en HCO3- y Mg2+ (Fig. 1), sugiriendo interacción con aguas subterráneas someras y/o aguas superficiales. El enriquecimiento parcial de SO42- (Fig. 1) en las distintas emisiones podría estar relacionado a procesos de interacción agua-gas-roca (e.g. absorción de H2S y/o SO2 y/o interacción con posibles secuencias sulfatadas del basamento). El ambiente ZFLO Marino está dominado por aguas Cl--Na+, desde ligera a moderadamente salinas (TSD 804-4.443 mg/l). Los altos contenidos de Cl-–Na+ (Fig. 1) podrían ser inicialmente interpretados como aguas provenientes directamente desde el reservorio profundo. Aunque, la tendencia al aumento de Mg2+, las bajas concentraciones de HCO3-, y los altos contenidos de SO42+ y Ca2+ sugieren que esta composición estaría asociada a una fuerte incorporación de aguas de origen marino en niveles someros, lo que sería favorecido por la presencia de diversas estructuras. Esta interpretación es compatible con la localización de las emisiones termales, las cuales se ubican a lo largo de la línea de costa del estero Reloncaví y fiordo Llancahué, presentándose en la mayoría de los casos, influenciados por las variaciones de las mareas. Uno de los elementos que se encuentra típicamente enriquecido por incorporación de agua marina es el bromo (Nicholson, 1993), tal como es observado en las emisiones del ambiente ZFLO Marino (Fig. 2), donde dichas aguas presentan altas concentraciones relativas hasta 7,15 mg/l.  Figura 1. Diagrama ternario HCO3-–Cl-–SO42- (en meq/l, Giggenbach, 1988) para las aguas provenientes de las emisiones termales de los ambientes, figura superior Volcánico (circulos rellenos rojo) y figura inferior ZFLO Marino y Continental (círculos rellenos verde y azul, respectivamente). Se indica el campo de composición del agua marina en el estero Reloncaví y fiordos Llancahué y Comau (triángulos rellenos grises).  El ambiente ZFLO Continental se caracteriza por presentar una transición composicional que varía desde aguas ricas en HCO3- a SO42- (Fig. 1), y en general altas en Na+, con la excepción de la emisión de Yelcho, la cual presentan altas concentraciones relativas de Mg2+ y Ca2+. Los valores de TSD varían entre 243 y 3.023 mg/l, correspondiendo a aguas no salinas hasta moderadamente salinas.  Las aguas bicarbonatadas sódicas (Cahuelmó, y El Amarillo) son compatibles con la presencia de aguas subterráneas calentadas por circulación profunda o aumento en el gradiente geotérmico local, mientras que las 546SIM 4  SISTEMAS GEOTERMALES ANDINOSaguas sulfatadas sódicas (Cayetué, Lago Negro, El Peñón y La Nueva) podrían estar relacionadas a una fuerte interacción agua-roca (interacción con secuencias sulfatadas). La predominancia del Na+ como principal catión podría ser explicada por la circulación profunda de las aguas con la consecuente lixiviación de Na+ desde la roca de caja y/o mezcla de las aguas subterráneas con aguas provenientes de un reservorio profundo. Aunque, la última opción parece ser menos probable producto del bajo TSD de estas emisiones. Un hecho particular en este ambiente lo constituyen las emisiones termales Yelcho y Moraga, las cuales se caracterizan por presentar un alto TSD (3.023 y 2.036 mg/l, respectivamente, concentraciones comparables a los ambientes Volcánico y ZFLO Marino), altas concentraciones de bicarbonato, cloro, sodio, y altas concentraciones de calcio y magnesio para la fuente termal Yelcho. Algunas explicaciones para estas aguas se relacionan a: 1) Aguas subterráneas típicamente de composición bicarbonatada de circulación muy profunda con una extrema lixiviación de Na+ por interacción con la roca de caja; 2) aguas subterráneas bicarbonatadas mezcladas con aguas provenientes de un reservorio profundo rico en aguas maduras Cl-–Na+. Sin embargo, los altos contenidos de HCO3- no pueden ser totalmente explicados por la presencia abundante de aguas subterráneas. Las vías posibles de enriquecimiento en bicarbonato pueden estar asociados a: 1) fuerte absorción de CO2; 2) interacción agua-roca por presencia de secuencias carbonatadas. En el primer caso, es necesaria la emisión intensa de CO2, la cual puede ser de origen magmático, CO2 proveniente desde un reservorio geotermal o degradación de materia orgánica (e.g. Nicholson, 1993; Giggenbach, 1996). Las explicaciones más plausibles para el caso de las emisiones de Yelcho y Moraga corresponden a la fuerte absorción de fluidos ricos en CO2, proveniente desde una fuente profunda de origen hidrotermal, la cual es compatible con la alta concentración de Cl- y Na+, y la interacción con secuencias carbonatadas, lo cual es compatible con la presencia de altos contenidos de Ca2+ y la presencia de un basamento constituido parcialmente por tobas carbonatadas y calizas (SNGM y BRGM, 1995).  Figura 2. Diagrama ternario F-–Li+–Br- (en meq/l) para las aguas provenientes de las emisiones termales de los ambientes Volcánico y ZFLO Marino. Se indica el campo de composición del agua marina en el estero Reloncaví y fiordos Llancahué y Comau. Símbolos como en la Figura 1.  Con respecto al origen de las aguas, de acuerdo a la composición de los isótopos de GD y G18O en H2O, estas corresponden en su totalidad a aguas meteóricas, sin evidenciarse incorporación de aguas de origen magmático, ni la ocurrencia de procesos secundarios que modifiquen la composición isotópica del agua (e.g. evaporación, interacción agua-roca a alta temperatura).    4 Geotermometría  4.1 Geotermómetro de Na+–K+–Mg2+–Ca2+  El geotermómetro de los principales cationes presentes en aguas termales se representa gráficamente por la relación 10K+/(Na+ + 10K+) vs. 10Mg2+/(10Mg2+ + Ca2+), y en ella es presentada la curva que representa a las aguas en equilibrio producto de la disolución isoquímica de una roca cortical promedio a una temperatura cuyo rango varía entre 50 y 300°C. Las emisiones asociadas al ambiente Volcánico (Fig. 3) se presentan fuertemente dispersadas y abarcan un área que representa la transición entre disolución de roca (e.g. Lago Cabrera) y equilibrio agua-roca (e.g. Pozo Pangal). En este caso, la proyección que puede ser realizada mediante esta tendencia, sugiere que para el caso del sistema Antillanca-Casablanca, las temperaturas del reservorio profundo varían entre 140 y 190°C, mientras que para el sistema Yate-Hornopirén-Apagado (fuentes termales de Lago Cabrera, Pichicolo y Chucau), las temperaturas de reservorio serían en general bajas, variando entre los 75 y 120°C. Para el caso de una de las emisiones de Porcelana (sistema Huequi-Cerro Colorado), su composición representa más la disolución de roca de caja que un equilibrio agua-roca, por lo que no puede ser estimada una temperatura profunda. En las emisiones restantes de Porcelana y Comau, todas relacionadas al sistema Huequi-Cerro Colorado, estas se encuentran en la línea de equilibrio, por lo que puede ser estimado un rango de temperatura para dicho reservorio de 215-250°C.  El ambiente ZFLO Marino muestra en general un agrupamiento a lo largo de la línea de equilibrio agua-roca (Fig. 3), con dos emisiones representando la transición entre agua marina y aguas en equilibrio (Sotomó y Llancachué), y una emisión cuya composición refleja la composición promedio de agua marina (Las Conchas). En este caso, es posible inferir que las emisiones asociadas al sistema del estero Reloncaví presentan un reservorio cuya temperatura profunda varía entre 130 y 195°C, mientras que para el caso de Llancahué presentan un rango muy limitado de temperatura entre 140 y 150°C. Las emisiones asociadas al ambiente ZFLO Continental presentan composiciones muy similares (Fig. 3), con rangos de temperaturas profundas variables entre 130 y 160°C, sin embargo, en el caso de las emisiones de Moraga y Yelcho, estas se encuentran muy lejos del equilibrio, y su composición probablemente esté reflejando una mayor incorporación de Mg2+ producto de la disolución de la roca de caja, en consecuencia, no puede ser calculada una temperatura de equilibrio para dichos sistemas. 547AT 2  geología económica y recursos naturales  Figura 3. Diagrama binario 10K+/(Na+ + 10K+) vs. 10Mg2+/(10Mg2+ + Ca2+) para aguas provenientes de emisiones termales de los ambientes figura superior Volcánico, figura medio ZFLO Marino y figura inferior ZFLO Continental. La línea sólida negra indica la composición esperada de las aguas en equilibrio completo respecto a una roca cortical promedio. Círculos y líneas rojas indican disolución de basaltos, granito y roca cortical promedio (corteza). Se indica el campo de composición del agua marina en el estero Reloncaví y fiordos Llancahué y Comau (b). Símbolos como en la Figura 1.   4.1 Geotermómetro de Na+–K+  La geotermometría de Na+-K+ aplicada en el ambiente Volcánico indica que el reservorio asociado al sistema Antillanca-Casablanca presenta una temperatura profunda variable entre 120 y 246°C, mientras que en los sistemas Yate-Hornopirén-Apagado y Huequi-Cerro Colorado estas corresponden a 76-244°C y 162-234°C, respectivamente.  En los sistemas asociados al ambiente ZFLO Marino, en el sistema del estuario Reloncaví, las temperaturas del reservorio según la proyección varían entre 117 y 182°C, mientras que para el caso de isla Llancahué la temperatura varía desde 124 a 133°C.  En el caso del ambiente ZFLO Continental, ninguna de las temperaturas Na+-K+ pueden ser utilizadas con un 100% de confiabilidad, debido a que sus composiciones estarían representando principalmente la disolución de la roca de caja.   Agradecimientos  Trabajo financiado por el acuerdo kFW-República de Chile, para ejecución del Programa de Geotermia BMZ-Nr.: 2007 65 412 / 2007 396 y por la Subdirección de Geología del SERNAGEOMIN. Este trabajo ha sido patrocinado por la Subdirección de Geología del SERNAGEOMIN.   Referencias  Aguilera, F., Honores, C., Lemus, M., Neira, H., Pérez, Y., Rojas, J. 2014. Evaluación de los recursos geotérmicos de la Región de Los Lagos. Informe Registrado IR-14-57, Subdirección Nacional de Geología, Servicio Nacional de Geología y Minería. Boletín. 253 p Cembrano, J., Lara, L. 2009. The link between volcanism and tectonics in the southern volcanic zona of the Chilean Andes: A review. Tectonophysics 471, 96-113 Lavenu, A., Cembrano, J. 1999. Compressional and transpressional-stress pattern for Pliocene and Quaternary brittle deformation in fore arc and intra-arc zones (Andes of Central and Southern Chile). Journal of Structural Geology 21, 1669-1691 Ellis, A., Mahon, W. 1977. Chemistry and Geothermal Systems. Academic Press. 392 p. New York. Giggenbach, W. 1988. Geothermal solute equilibria. Derivation of Na–K–Mg–Ca geoindicators. Geochim. Cosmochim. Acta 52, 2749–2765 Giggenbach, W. 1991. Chemical techniques in geothermal exploration. Application of Geochemistry in Geothermal Reservoir Development. UNITAR, NewYork, pp. 253–273 Giggenbach, W. 1996. Chemical composition of volcanic gases. En Scarpa, R., Tilling, R., eds. Monitoring and mitigation of volcano hazards. Springer – Verlag, Berlin, pp. 222–256 Hauser, A. 1997. Catastro y caracterización de las fuentes de aguas minerales y termales de Chile. Servicio Nacional De Geología y Minería. Boletín N° 50 Nicholson, K. 1993. Geothermal fluids: Chemistry and exploration techniques. Springer–Verlag. 268 p. Berlin Pérez, Y. 1999. Fuentes de Aguas Termales de la Cordillera Andina del centro - sur de Chile (39- 42° Sur). Servicio Nacional de Geología y Minería. Boletín 54, 65 p. Santiago, Chile Servicio Nacional de Geología y Minería y Bureau de RecherchesGeologiques et Miniers (SNGM y BRGM). 1995. Carta metalogénica X Región Sur, Chile. Informe Registrado IR-95-05, 4 Tomos, 10 Vols., 95 mapas. Santiago 

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