Aguilera B., Felipe

Honores, Carolina

Lemus, Martín

Pérez, Yasna

Repositorio Digital Sernageomin

Fundada  en 1962SOCIEDAD GEOLOGICA DE CHILEla serena   octubre 2015548Ambientes geotermales de la Región de Los Ríos, Chile: Definiciones en base a la geoquímica de fluidos termales  Felipe Aguilera*, Martín Lemus, Carolina Honores, Yasna Pérez 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 basado en la geoquímica de fluidos (fases líquida y gaseosa) emitidos desde fuentes termales de la Región de Los Ríos, y combinados con información geológica y estructural, es presentado con el objetivo de definir ambientes geotermales a nivel regional. 4 ambientes geotermales fueron definidos, correspondientes a a) ambiente Volcánico, constituido por los sistemas volcánicos i) Villarrica (flanco Sur) y ii) Cordón Caulle; y ambientes b) Bloque Estructural Norte; c) Bloque Estructural Centro; d) Bloque Estructural Sur. La geoquímica de las fases líquida y gaseosa indica que los fluidos del ambiente volcánico son una mezcla de contribuciones de origen hidrotermal y magmático, mientras que en el caso de los ambientes restantes corresponden a contribuciones de origen hidrotermal y abundantes aportes de origen meteórico. La temperatura de los reservorios calculados mediante geotermómetros de solutos en fase líquida e H2/Ar en fase gaseosa corresponden a: Ambiente Volcánico i) Villarrica (130-180°C) y ii) Cordón Caulle (152-500°C); y ambientes b) Bloque Estructural Norte y Centro (134-160°C); d) Bloque Estructural Sur (90-175°C).  Palabras Claves: Geoquímica, fluidos geotermales, Región de Los Ríos, ambientes geotermales   1 Introducción  El plan exploratorio de la Unidad de Recursos Energéticos del SERNAGEOMIN entre los años 2013 y 2015 se ha enfocado en el mejoramiento de la información geológica, geoquímica, geofísica e hidrogeológica de las regiones de Los Lagos y Los Ríos, con el objetivo de reconocer las zonas con potencial geotérmico desde muy baja a alta entalpía. Dentro de este contexto, una de las zonas más promisorias corresponde a la franja geomorfológica de la Cordillera Principal, localizada en el sector E de ambas regiones. En el caso de la Región de Los Ríos (39,42°- 40,58°S), de acuerdo a los catastros de Hauser (1997) y Pérez (1999), esta Región presenta 24 manifestaciones termales en la zona de la Cordillera Principal. Sin embargo, mediante la recopilación de información publicada previamente y según los resultados de este plan exploratorio, se han logrado reconocer un total de 35 fuentes termales a lo largo de esta zona.  En este trabajo es presentada una completa evaluación de la geoquímica de los fluidos emitidos desde emisiones termales de la Región de Los Ríos, que incluye tanto fase líquida como gaseosa. Adicionalmente, mediante la integración de información geológica (litología) y estructural de superficie, son definidos ambientes geotermales para la zona de la Cordillera Principal. El objetivo principal de este trabajo es establecer el origen, naturaleza de los fluidos geotermales y determinar las temperaturas profundas de los respectivos reservorios geotermales.   2 Definición de ambientes geotermales  En términos generales, las fuentes termales se distribuyen en zonas bien definidas de acuerdo a los patrones geológicos-estructurales que dominan a la Región. De acuerdo a estos criterios, y sumado a las características de los fluidos termales emitidos, se ha determinado la existencia de cuatro ambientes termales:  a) Ambiente Volcánico: Emisiones localizadas en los sistemas volcánicos Villarrica (sólo flanco sur; Rincón, Vergara y Geométricas) y Cordón Caulle (Trahuilco, Aguas Calientes, Los Venados, Las Sopas, Los Baños, Las Azufreras, Morro Solfataras y El Azufral), los que se encuentran en los extremos norte y sur de la Región, respectivamente. Las aguas termales son emitidas principalmente desde rocas volcánicas (lavas basálticas a dacíticas y depósitos piroclásticos). En el caso del Cordón Caulle, las emisiones mayoritariamente se alinean a lo largo de estructuras de orientación NW-SE.  b) Ambiente Bloque Estructural Norte: Emisiones localizadas a lo largo de la Zona de Falla Liquiñe – Ofqui (ZFLO) y fallas de extensión kilométrica que se orientan en dirección NW-SE. El bloque está limitado en el norte por el lago Calafquén, mientras que por el sur por los lagos Panguipulli y Pirihueico, además del flanco norte del volcán Mocho-Choshuenco. Las fuentes termales (Culán, Pellaifa, Coñaripe, Trafún, Trafipán, Manquecura, Liquiñe, Rayen-Co, Punulaf, Hipólito Muñoz y Carranco) se emplazan en rocas intrusivas del batolito norpatagónico (BNP), depósitos morrénicos, depósitos de remoción en masa y rocas del Complejo Metamórfico Liquiñe (principalmente esquistos).  c) Ambiente Bloque Estructural Central: Ambiente dominado por la presencia del volcán Mocho-Choshuenco en la porción oeste y con fuerte influencia del sistema de 549AT 2  geología económica y recursos naturalesfalla Liquiñe – Ofqui, además de fallas de orientación NW-SE. Actualmente se conoce sólo la emisión Termas del Lago, la que se emplaza en rocas intrusivas del BNP.  d) Ambiente Bloque Estructural Sur: Bloque limitado al norte por el flanco sur del volcán Mocho-Choshuenco y en el sur por el lago Maihue. Las emisiones termales (Cerrillos, Río Florín, Llifén, Calcurrupe, Oporto, Cupío, Chihuio, Bajo Chihuio, Huenteleufú, Sandoval, Rupumeica y La Esperenza) de este ambiente se emplazan a lo largo de las trazas principales de la ZFLO y en los juegos de fallas de orientación NW-SE, principalmente en afloramientos de rocas intrusivas del BNP y depósitos morrénicos.   3 Geoquímica de fluidos  3.1 Fase líquida  El ambiente Volcánico presenta temperaturas de descarga superficial que varían entre 31,5 y 94ºC, y pH entre 2,1 y 9,4. Las aguas corresponden a aguas SO42-–Na+, aguas SO42-–Ca2+ y HCO3-–Na+. Los valores del Total de Sólidos Disueltos (TSD) es variable entre 235 y 3081 mg/l, siendo estas aguas clasificables mayoritariamente como aguas ligera a moderadamente salinas. La Figura 1 indica que en este ambiente, las aguas se encuentran enriquecidas en SO42-, lo que podría ser explicado como una posible absorción y posterior oxidación de especies gaseosas tales como H2S y SO2, provenientes directamente desde el sistema magmático/hidrotermal. Este enriquecimiento se observa en las emisiones del flanco sur del volcán Villarica, mientras que en el caso de las emisiones del Cordón Caulle, solamente en Las Sopas se observa un comportamiento similar. Las emisiones restantes se encuentran enriquecidas principalmente en HCO3-, con diversos grados de incremento en los contenidos de SO42-.  Las temperaturas y pH del agua emitida de las emisiones del ambiente Bloque Norte varían desde los 33 hasta los 85ºC, y desde 7,4 hasta 9,5 respectivamente. Estas fuentes termales emiten aguas variables desde no salinas a ligeramente salinas, con valores de TSD en rangos desde 147 a 514 mg/l. En este ambiente las aguas presentan una transición que varía desde aguas HCO3-(SO42-)–Na+ a SO42-(HCO3-)–Na+. En el caso del Bloque Central, la temperatura es de 42°C, pH 9, emitiendo aguas no salinas del tipo HCO3-(SO42-)–Na+, cuyos valores de TSD alcanza los 142 mg/l. En el caso de los ambientes Bloque Norte y Central, las emisiones presentan un enriquecimiento progresivo en SO42- (Fig. 1), teniendo al Na+ como catión principal. Esta composición podría reflejar la presencia de aguas subterráneas ricas en HCO3-, las cuales absorben en distintos grados especias gaseosas ricas en azufre tales como el H2S, o probablemente, ocurre una fuerte interacción agua-roca, siendo esta última rica en compuestos sulfatados. Diversas emisiones presentan un mayor enriquecimiento en Cl- y Na+, lo que estaría indicando la incorporación de fluidos directamente de un reservorio hidrotermal maduro (Fig. 1).  En el caso del ambiente Bloque Sur, la variación de temperatura y pH cubren desde los 17 hasta los 83ºC, y desde 7,5 hasta 9,6 respectivamente. En este ambiente, las aguas corresponden mayoritariamente a SO42-–Na+. El TSD en estas emisiones varía entre 117 y 472 mg/l, correspondiente a aguas no salinas. El ambiente Bloque Sur se caracteriza por el fuerte enriquecimiento en SO42- y altos contenidos en Na+ (Fig. 1). El aumento en los contenidos de SO42- se produce mayormente hacia el sector este del ambiente, mientras que se produce un ligero enriquecimiento de HCO3- hacia el W. Del mismo modo que en el ambiente Bloque Norte y Central, los mayores contenidos en SO42- podría ser explicado por la absorción de gases ricos en azufre, tales como el H2S y/o interacción de fluidos con rocas sulfatadas.   Figura 1. Diagrama ternario HCO3-–Cl-–SO42- (en meq/l, Giggenbach, 1988) para las aguas provenientes de las emisiones termales de los ambientes a) Bloque Estructural Norte y Central (círculos rellenos verde y azul, respectivamente), b) Bloque Estructural Sur (círculos rellenos amarillo) y c) Volcánico (volcán Villarrica flanco sur círculos rellenos anaranjados, Cordón Caulle círculos rellenos rojo).  La isotopía de G18O y GD‰ en H2O indica que el origen de las aguas en todos los ambientes, corresponden a aguas meteóricas, sin evidenciarse incorporación de aguas de origen magmático, ni la ocurrencia de procesos secundarios que modifiquen la composición isotópica del agua. Sin embargo, en el caso de Las Sopas (Cordón Caulle), un incremento hacia valores más positivos de G18O y GD‰ evidenciaría una mezcla entre aguas de origen meteórico y aguas andesíticas (aguas magmáticas en zonas de subducción).    550SIM 4  SISTEMAS GEOTERMALES ANDINOS3.2 Fase Gaseosa  La composición química de las emisiones gaseosas del ambiente Bloque Norte está dominada principalmente por CO2 y N2, siendo hasta el 98% vol. del total del gas emitido. La fase gaseosa está dominada por una mezcla de contribuciones de origen hidrotermal y, especialmente de meteórico (Fig. 2). Las contribuciones de especies de origen hidrotermal, tales como H2S y CH4 son escasas, no superando 0,08% vol., mientras que especies de origen principalmente meteórico tales como Ar y O2, puede alcanzar hasta los 5% vol. En el ambiente Bloque Sur, específicamente en las emisiones del sector del valle de Chihuio (fuentes termales de Chihuio-Cupío), el gas emitido es de origen exclusivamente meteórico (Fig. 2), dominado por N2 y una concentración de aire que supera el 13% vol.  Figura 2. Diagrama ternario 100*Ar-CO2/10-St de las emisiones termales de los ambientes Bloque Estructural Norte y Sur, y Volcánico. Símbolos como en la Figura 1.  En el caso del Ambiente Volcánico, las emisiones gaseosas están dominadas por H2O y CO2 como componentes principales, alcanzando una concentración máxima de 99% vol. del total del gas emitido. La fase gaseosa está dominada por contribuciones de origen principalmente hidrotermal, aunque con significativos aportes de origen magmático (Fig. 2). Los aportes magmáticos pueden ser claramente distinguidos en las emisiones del Cordón Caulle, donde ha sido detectada la emisión de gases ácidos tales como SO2 y HCl, sumado a los altos valores de R/Ra, los cuales varían entre 6,2 y 8, donde el valor de referencia para el manto superior en zonas de subducción es de 8 (Sano y Marti, 1995), lo que indica que en este sistema volcánico las contribuciones magmáticas de He (3He) varían entre el 78 y 100% del total medido. Sumado a lo anterior, y tal como fue indicado previamente en las composiciones isotópicas de G18O y GD‰ en H2O, estas sugieren la mezcla de agua de origen meteórico y magmático en algunas emisiones de este sistema. Adicionalmente, los valores de isótopos de G13C en CO2 (-4.1‰ en Las Sopas) se encuentran en el rango correspondiente al manto, lo que es compatible con un origen de tipo magmático. Sin embargo, en el caso del sector de Trahuilco en Cordón Caulle, y de las emisiones asociadas al flanco sur del volcán Villarrica, las emisiones están dominadas principalmente por contribuciones de origen hidrotermal y meteórico, con abundante CO2, N2 y ocasionalmente presencia de H2S. Sin embargo, las contribuciones de origen magmático, especialmente en las emisiones asociadas el volcán Villarrica, no pueden ser descartadas, considerando que los valores de R/Ra alcanzan los 4,5 significando un aporte de ~56% de fluidos magmáticos.   4 Geotermometría  4.1 Geotermómetro de Na+–K+–Mg2+–Ca2+ en aguas  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 (Giggenbach, 1988). Las emisiones asociadas al ambiente Volcánico, específicamente en el Cordón Caulle, no se encuentran en equilibrio con la roca de caja, siendo el principal proceso que predomina la disolución de la roca de caja. La única excepción corresponde a la emisión Trahuilco, donde existe equilibrio entre el fluido y la roca de caja, a una temperatura de ~160°C. En las emisiones del flanco sur del volcán Villarrica, estas presentan una transición entre disolución de la roca de caja y equilibrio agua-roca, estás últimas a una temperatura que varía entre 150 y 180°C. En los ambientes Bloque Norte y Central existe una transición entre disolución de la roca de caja y equilibrio agua-roca, estas últimas alcanzando temperaturas variables entre 150 y 160°C. En el ambiente Bloque Sur la mayoría de las emisiones se encuentran en equilibrio con la roca de caja. Las emisiones localizadas hacia la porción oeste de este ambiente presentan temperaturas de equilibrio que varían entre los 90° y 145°C, mientras que las emisiones en el sector este presentan temperaturas de equilibrio entre los 155 y 175°C. Este aumento en la temperatura para las emisiones de la porción este del ambiente coincide con el incremento en las concentraciones de SO42-.  4.2 Geotermómetro de Na+–K+ en aguas  Los cálculos de temperaturas profundas mediante el geotermómetro de Na+-K+ (Giggenbach, 1988) indican que en el ambiente Volcánico, las aguas corresponden principalmente a aguas inmaduras, por lo que la aplicación de este geotermómetro es inviable. Sin embargo, las emisiones termales de las Geométricas (Villarica) y Trahuilco (Cordón Caulle), cuyas aguas se encuentran parcialmente en equilibrio, indican que en zonas profundas estas alcanzan temperaturas de 157-166°C y 152-167°C, respectivamente. En el ambiente Bloque Norte existe una 551AT 2  geología económica y recursos naturalestendencia evolutiva desde aguas inmaduras hasta aguas parcialmente maduras, con un rango de temperatura de equilibrio relativamente estrecho que varía entre 134 y 158°C. En el ambiente Bloque Central, esta corresponde a aguas inmaduras, por lo que su temperatura no puede ser calculada. Finalmente, en el caso del ambiente Bloque Sur, cuyas aguas varían entre el campo inmaduras y parciamente en equilibrio, de la misma forma en que fue observado previamente, pueden distinguirse dos familias, las localizadas más al oeste, donde las temperaturas de equilibrio varían entre 108 y 141°C, mientras que en las emisiones del sector este, las temperaturas de equilibrio varían entre 157 y 167°C.  4.3 Geotermómetro de H2/Ar en gas  El geotermómetro de H2/Ar, el cual ha sido ampliamente utilizado para sistemas geotermales desde su formulación (Giggenbach, 1991), ha sido aplicado para los ambientes Volcánico y Bloque Norte, donde la composición de la fase gaseosa ha permitido su utilización. Las emisiones del ambiente Bloque Norte y Volcánico asociado al sistema del Villarrica presentan temperaturas profundas muy similares, las que varían entre 130 y 155°C, y con valores de RH (logH2/H2O) entre -3.5 y >-4.0 (Fig. 3), lo que implica condiciones relativamente oxidantes. En el ambiente Volcánico asociado al Cordón Caulle, las temperaturas profundas son significativamente más altas, variando entre los 340 y 500°C. La única excepción la constituye la emisión de Trahuilco, donde la temperatura profunda alcanza los ~160°C. De acuerdo a la Figura 3, el o los reservorios asociados al Cordón Caulle se ajustan a un buffer de roca (buffer hidrotemal), los cuales corresponderían a reservorios dominados por líquido. Sin embargo, los altos valores de temperatura profunda, algunos de los cuales superan el punto crítico el agua (374°C), indican que algunas zonas están dominadas por fluidos supercríticos (dominio de fase vapor), lo que estaría relacionado a la presencia de fluidos de origen magmático. Esto último es compatible con el hecho que el Cordón Caulle corresponde a un sistema volcánico activo, con actividad eruptiva reciente, tanto del tipo explosiva como efusiva, en los años 1960 y 2011.  Figura 3. Diagrama binario log(H2/Ar) vs. Log(CH4/CO2) de las emisiones termales de los ambientes a) Volcánico y b) Bloque Estructural Norte. Símbolos como en la Figura 1.   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  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. In: D’Amore, F. (coordinator), Application of geochemistry in geothermal reservoir development. UNITAR/UNDP publication, Rome, 119-142  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  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  Sano, Y., and Marty, B. 1995. Origin of carbon in fumarolic gas from island arcs. Chem. Geol.119, 265- 174 

Ambientes geotermales de la Región de Los Ríos, Chile: Definiciones en base a la geoquímica de fluidos termales

https://repositorio.sernageomin.cl/bitstreams/8739a97d-7dbb-45a5-82de-066fc9c3576c/download

Ambientes geotermales de la Región de Los Ríos, Chile: Definiciones en base a la geoquímica de fluidos termales

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repositorio Digital Sernageomin