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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 mediante Microtomografía De Rayos X de rocas
carbonatadas, con potencial geotérmico en Las Derrumbadas, Puebla, México
Diana Atenea Guevara Alday
Unidad Académica de Ciencias de la Tierra
Programa de verano AMC
Físico – Matemáticas y Ciencias de la Tierra
Dr. Víctor Hugo Garduño Monroy
Docente-Investigador del Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Tierra de la
UMSNH [email protected]
Resumen
Para la evaluación del potencial geotérmico de un área de estudio, es de gran importancia
considerar la estimación de distintos parámetros relacionados con las características petrofísicas
de la roca involucrada en el yacimiento. La permeabilidad es uno de ellos, y está directamente
relacionada con la porosidad de la roca y la conexión existente dentro de ella. Esta característica
en particular, determina la posibilidad de movimiento de los fluidos a través de la matriz de la
roca. El análisis de las porosidades fue elaborado en las rocas carbonatadas y metamorfizadas del
área de Las Derrumbadas, Pue., aplicando la microtomografía computarizada de rayos X (MTC)
conjugada con la geología. La MTC es una técnica de caracterización no destructiva que permite
estudiar la porosidad interna en las rocas de forma tridimensional, así como también nos ayuda a
identificar los diferentes minerales que la componen, gracias a que la imagen se crea en el modo
de absorción. La MTC aprovecha la diferencia que existe en la atenuación de la radiación que
pasa a través de ella, de manera que las imágenes obtenidas de los cuerpos estudiados son
representaciones gráficas de los diferentes coeficientes de atenuación que tienen éstos, es decir,
una imagen en un espectro de grises. Estás imágenes serán tratadas con filtros y operaciones
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
morfológicas que permitirán separar las fases presentes, basándose en el contraste que existe
entre ellas y su análisis se realizara con ayuda del software Image J. A partir de esas imágenes
binarias es posible crear representaciones tridimensionales, que nos permitirá analizar la
porosidad de la roca de manera tridimensional, para obtener parámetros como la fracción en
volumen, interconectividad, tortuosidad y permeabilidad de la porosidad real en 3D de la roca.
Palabras Clave: Microtomografía de rayos X, Geotermia, Porosidad, Permeabilidad, Las
Derrumbadas.
Introducción
México cuenta con un escenario tectónico-estructural favorable para el desarrollo de la
energía geotérmica de baja, media y alta entalpia, que es generada a partir de la energía calorífica
de la Tierra. Sin embargo, el desarrollo de esta energía renovable se ha restringido a sistemas
geotérmicos de alta entalpia como es el caso de Cerro Prieto, Baja California, Los Azufres,
Michoacán y los Humeros, Puebla, que han sido operados por la Comisión Federal de
Electricidad (CFE), en los que actualmente se obtiene una capacidad total instalada de 1,028 MW
(Flores, 2015) colocando al país en el cuarto lugar a nivel mundial en producción geotérmica;
dichos campos empezaron a funcionar en la década de los 60´ pero cada vez este tipo de sistemas
son más escasos.
En el mundo, la tecnología ha avanzado de manera progresiva permitiendo la explotación de los
sistemas de baja y media entalpia, que en el pasado no se podían explotar. Por ello, México ha
puesto un especial interés para localizar estas zonas apoyándose en estudios multidisciplinarios
que permitirán su localización y en algunos casos permitirá estimar el nivel de producción dando
como resultado el desarrollo de varios yacimientos del país.
Este estudio se encuentra basado en uno de los sitios de interés de baja entalpia localizado en el
estado de Puebla, en el campo volcánico Las Derrumbadas, ubicado a 37 km al sur del Campo
Geotérmico “Los Humeros”. Se propone utilizar la microtomografía computarizada de rayos X
en rocas sedimentarias y metamórficas para determinar principalmente la porosidad, tortuosidad
y permeabilidad de la porosidad real en 3D de la roca. Esta tecnología es un método no
destructivo que consiste en hacer pasar un haz de rayos X a través de la muestra, la cual gira
sobre su propio eje a 360° y se adquieren radiografías en diferentes posiciones angulares
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
alrededor de la misma.. En este trabajo se espera conjugar los resultados que se obtendrán de la
MTC con la geología para poder obtener la porosidad real de la roca, debido a que la interacción
entre estas dos disciplinas permitirá obtener resultados más reales y precisos, esto en función de
las facies carbonatadas presentes.
Materiales y Métodos
Este trabajo se lleva a cabo en cuatro etapas, el primero es el trabajo de gabinete y el
segundo el trabajo de campo, el tercero, trabajo de laboratorio y el cuarto, análisis de resultados;
en algunas ocasiones se conjugan estos cuatro trabajos para poder obtener un resultado eficaz y
veras.
Trabajo de Gabinete
Este trabajo radica de manera inicial en la revisión bibliográfica del área de estudio, buscando
antecedentes o datos de los diferentes tipos de estudios asociados al tema, que favorezcan la
comprensión previa del área.
La segunda etapa consiste en hacer estudios de fotointerpretación para el reconocimiento previo
de las diferentes litologías, siendo de particular interés las rocas carbonatadas que forman parte
del basamento de la zona. Este trabajo se realiza con el apoyo de dos softwares: ArcMap v. 10.3 y
Google Earth Pro v.7.1.2 y Global Mapper v.16.
La tercera etapa es posterior al trabajo de campo, consiste en procesar e interpretar los datos
obtenidos de la salida de campo.
Trabajo de Campo
La salida se planeó para 7 días, proponiendo transeptos que favorecieran la obtención de datos y
muestras a colectar, apoyándonos con la fotointerpretación previamente obtenida con el objetivo
de generar un mapa cartográfico con las diferentes unidades litológicas de rocas carbonatadas en
el área.
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Se propusieron diferentes puntos estratégicos para la obtención de muestras y la descripción en
muestra de mano y afloramiento, obteniendo un total de 45 muestras de los diferentes
afloramientos seleccionados (ver figura 1).
Figura 1: En el afloramiento se observan los diferentes espesores de los estratos pertenecientes a la
formación Tamaulipas Superior que consiste en rocas carbonatadas denominadas Calizas.
Trabajo de Laboratorio
Procesamiento para laminas delgadas
Para el análisis petrográfico se utilizó la técnica de petrografía de luz transmitida, para lo que se
hace incidir un haz de luz a través de una lámina delgada de cada muestra preparada con
anterioridad en un microscopio petrográfico Axio Scope; donde a través de las propiedades
ópticas, como son sus características paleontológicas y texturales, fueron descritos los
constituyentes de las rocas.
Para la preparación de las láminas delgadas se siguió el procedimiento que se describe a
continuación:
1. La muestra fue cortada con una cortadora manual de disco de diamante (ver figura 2), al
tamaño del portaobjetos (26mm x 46mm) en el que posteriormente se ha de pegar.
2. La muestra se pule en la superficie que será pegada en el portaobjetos (previamente
pulido), de manera progresiva con los abrasivos (polvo de carburo de silicio) No. 240,
No. 360, No. 400, No. 600 y No. 1000
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3. Se procede con el lavado ultrasónico de las muestras por periodos de entre 5 y 15
minutos, para eliminar cualquier residuo producto del cortado o pulido de la muestra
4. Una vez seca la muestra se pega con resina fotosensible, la superficie pulida de la
muestra, sobre la cara de un portaobjetos, que previamente fue pulida con el abrasivo
N°600.
5. Una vez endurecida la resina se corta la muestra con una cortadora de precisión para
retirar la roca excedente (ver figura 2) que se observa en el centro de la imagen con
tonos grises.
Figura 2: Se observa los diferentes instrumentos utilizados para el procesamiento de las
láminas delgadas de las rocas carbonatadas.
6. Se pule la muestra con los abrasivos mencionados anteriormente, hasta lograr que
sobre el portaobjetos solo permanezca una delgada lamina de 30 micras (figura 3). Todo
este procedimiento se realiza para la apreciación de los diferentes minerales existentes
bajo el microscopio petrográfico
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Figura 3: Se observa el método para rebajar la muestra hasta 30 micras. Consiste en desbastar la
muestra previamente cortada en la cortadora de precisión, para ello, se utiliza un cristal grueso
donde se rebaja la muestra con uso de los abrasivos de diferente espesor.
Procesamiento de muestras para el microtomografo
Para el estudio de la porosidad y permeabilidad en la roca se realizó un procesamiento de 5
muestras diferentes que fueron previamente seleccionadas por sus diferencias petrográficas y
físicas. Este procedimiento consiste en sacar pequeños núcleos del tamaño 5/32”” utilizando
brocas con punta de diamante.
Posteriormente, se mandó a analizar la muestra al microtomografo que consiste en hacer pasar
un haz de rayos X a través de la muestra, la cual gira sobre su propio eje a 360° y se adquieren
radiografías en diferentes posiciones angulares alrededor de la misma.
Resultados
Los campos geotérmicos se generan principalmente a partir de la intrusión de un plutón de
edades recientes <100ka con composición ácida en la superficie de la corteza terrestre, a
aproximadamente 5 a 10 km de profundidad. Esta intrusión genera una alteración en las rocas
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cercanas al yacimiento geotérmico cambiando la estructura interna de la roca. En el caso de las
rocas carbonatadas (rocas sedimentarias), se transforman en mármol (rocas metamorfizadas)
debido a las altas temperaturas y presión a las que están sometidas.
En el área se reconocieron 5 unidades estratigráficas de rocas carbonatadas, pertenecientes
a las Formaciones Tamaulipas Inferior, Tamaulipas Superior, Orizaba, Agua Nueva y San Felipe,
que fueron reconocidas por su diferente ambiente deposicional y contenido paleontológico (ver
tabla 1).
En el caso de la microtomografía computarizada no se pudo obtener los resultados debido
al escaso tiempo del verano de investigación, sin embargo, se participó en el procesamiento de las
dos muestras metamórficas.
MUESTRAS COORDENADAS FORMACIÓN FOSILES TEXTURA
1 LDAT-01 Y=659050 X=2128750
Fm. Tamaulipas Inferior
Pellets, bioclastos, bivalvos, braquiópodos, miliolidos, coral
Packstone
2 LDAT-02 Y=659030 X=2128550
Fm. Tamaulipas Inferior
Miliolidos, bioclastos con matriz de micrita
Wackestone
3 LDAT-03 Y=659252 X=2126540
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos con matriz de micrita
Mudstone
4 LDAT-04 Y=659252 X=2126540
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos Mudstone
5 LDAT-05 Y=659252 X=2126540
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos, globigerinidos, bioclastos, foraminíferos
Wackestone
6 LDAT-06 Y= 659033 X=2128137
Fm. Tamaulipas Superior
Equinodernos, bivalvos, globotruncanas, miliolidos, bioclastos, litoclastos.
Packstone
7 LDAT-07 Y=659122 X=2127953
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos, pedazos de coral Mudstone
8 LDAT-08 Y= 659124 X=2127799
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos, braquiópodos, oolitas
Grainstone
9 LDAT-10 Y= 659124 X=2127799
Fm. Tamaulipas Superior
Miliolidos, globotruncanas(?)
Grainstone
10 LDAT-11 Y=659652 X=2127497
Fm. Tamaulipas Inferior
Bioclastos, miliolidos Mudstone
11 LDAT-13 Y= 659654 X=2127312
Fm. Tamaulipas Superior
Miolidos, bioclastos Grainstone-Packstone
12 LD-22-SA0 Y=660264 X=2129694
Fm. Orizaba Gasterópodos, braquiópodos, bivalvos,
Packstone
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Z=2576 bioclastos, rudistas
13 LD-23-SAO Y= 660222 X=2129609 Z=2584
Fm. Tamaulipas superior
Globotruncanas, miliolidos, bioclastos.
Mudstone
14 LD-26-SAO Y=660201 X=2129260 Z=2576
Fm. Tamaulipas inferior
Bivalvos, miolidos, bioclastos
Wackestone
15 LD-27-SAO Y=660292 X=2128774 Z=2607
Fm. Tamaulipas Inferior
Miliolidos, bioclastos Mudstone
16 LD-29-SAO Y= 660134 X=212746 Z=2433
Fm. Tamaulipas Inferior
Miliolidos, bioclastos y otros foraminíferos
Mudstone/ Wackestone
17 LD-30-SAO Y= 660280 X=2127057 Z=2427
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos, miliolidos, oolitas, globotruncanas
Packstone
18 LDAT-15 Y=671084 X=2154102 Z=2334
Fm. Tamaulipas superior
Pellets (?), globigerinidos. Wackestone Terrígena
19 LDAT-17 Y=670799 X=2152871 Z=2399
Fm. Tamaulipas Superio (?) o Agua Nueva
Globontrucanas (?), oolitas(?)
Mudstone
20 LDAT-20 Y=670539 X=2150296 Z=2327
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos globigerinidos
Mudstone
21 LDAT-23 Y= 671721 X=2149784 Z=2443
Fm. San Felipe Foraminiferos, globontrucanas(?) bioclastos
Mudstone Terrígena
22 LDAT-24 Y=663583 X=2137737 Z=2423
Fm. Tamaulipas Superior
Miolidos, fantasmas de fosiles, bioclastos
Mudstone Terrígena
23 LDAT-16 Y=670988 X=2153378 Z=2371
Fm. Tamaulipas Superior (?) o Agua Nueva
Globigerinidos Mudstone
24 LD-05 Y=667548 X=2145068 Z=2345
Fm. Tamaulipas Superior (?)
Bioclastos Mudstone
25 LD-08 Y=667516 X=2144751 Z=2370
Fm. Tamaulipas Superior (?)
Miliolidos, globigerinidos, bioclastos
Mudstone/ Wackestone
26 LD-10 Y=666987 X=2143965 Z=2364
Fm. Tamaulipas Superior (?)
Miliolidos, pellets Packstone
27 LD-37-CH Y= 670363 X= 2152783 Z= 2360
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos. La muestra se encuentra reclistalizada
Mudstone recristalización
28 LD-40-CH Y= 670748 Fm. Tamaulipas Dolomitización Grainstone
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X= 2151225 Z= 2357
Inferior (?)
29 LDAT-18 Y= 670783 X= 2150961 Z= 2352
Fm. Tamaulipas Inferior
Pellets Packstone
30 LDAT-19 Y= 670309 X= 2150813 Z= 2338
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos, globigerinidos Mudstone
31 LDAT-21 Y= 670804 X=2149919 Z= 2364
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos, globigerinidos Mudstone
32 LDAT-22 Y= 670721 X= 2149810 Z= 2340
Fm. San Felipe Globotruncanas Wackestone
33 LD-16-21 Y= 659610 X= 2129526 Z= 2463
Fm. Tamaulipas Inferior
Bioclastos Mudstone
34 LDAT-15 Y= 671084 X= 2154102 Z= 2334
Fm. Tamaulipas inferior
Oolitas, bioclastos, globigerinidos
Wackestone
35 LDAT-14 Y= 671342 X= 2155043 Z= 2330
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos, pellets (?), globigerinidos
Mudstone
36 LDAT-16 Y= X= Z=
Fm Tamaulipas Superior
Bioclastos, pellets o/y oolitas
Mudstone
37 LD16-22 Y= 659434 X= 2129322 Z= 2487
Fm. Tamaulipas Superior
Bioclastos, pelletes y/o oolitas
Packstone
38 LD35-CH Y= X= Z=
Fm. Tamaulipas superior
Bioclastos, globigerinidos Packstone
39 LD32-CH Y= X= Z=
Fm. Tamaulipas Superior
Globigerinidos, bioclastos Mudstone (?)
40 LD-Est-07 Y=667526 X=2144949 Z=2358
Fm. Tamaulipas Superior
Globigerinidos, bioclastos. Mudstone
41 LD-16-19
Y= 659915 X= 2129765 Z= 2611
Orizaba Biclastos, bivalvos, rudistas, Packstone
42 LDAT-25
Orizaba Bioclastos, bivalvos, Packestone
43 LDAT-12 X= 659670 Fm. Tamaulipas Miliolidos, oolitas, Greinstone
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Tabla 1: Se presenta de manera ordenada los datos obtenidos en campo que posteriormente
fueron corroborados en gabinete. En esta tabla se muestran el número total de las diferentes
muestras obtenidas en campo con su respectiva rotulación y coordenadas en formato UTM
(Universal Transverse Mercator), incluyendo las formaciones a las que pertenecen, el contenido
paleontológico (fósiles) y tipo de textura que presenta la roca carbonatada.
Discusión y conclusiones
La geotermia es una de las áreas menos desarrolladas en México, por ello en la actualidad
se ha buscado ampliar el desarrollo tecnológico y científico para beneficio del país, produciendo
energía limpia en una economía baja en carbón. Para su desarrollo es necesaria la interacción
entre diferentes disciplinas, sin embargo, a pesar de los diferentes esfuerzos por reducir el riesgo
de pozos fallidos el porcentaje de éxito no es total, esto es debido a que en algunas zonas la
permeabilidad de la roca es nula lo que impide la infiltración del agua meteórica y el ascenso de
fluidos dando como resultado un pozo no productor.
La microtomografía es un nuevo método aplicado a la geotermia que reduciría el riesgo de
pozos fallidos, debido a que permite estudiar la porosidad interna en las rocas de forma
tridimensional; este método nos permite realizar análisis cuantitativos y cualitativos de la
permeabilidad que se encuentra directamente relacionada con la porosidad de la roca y la
conexión existente dentro de ella. Esto en particular, determina la posibilidad de movimiento de
fluidos a través de la matriz de la roca, lo que facilita el ascenso de los fluidos geotérmicos que
favorece la producción y explotación del yacimiento.
En el área se detectaron cinco formaciones diferentes de rocas carbonatadas
pertenecientes al Cretácico, abarcando desde el Berriasiano al Maastrichtiano, que fueron
generadas a partir de los diferentes ambientes de depósito. De acuerdo a los estudios previos
realizados por Camilo y García (1982) por parte de la CFE se corrobora la existencia de estas
litologías, sin embargo, la columna estratigráfica que ellos presentan es más amplia debido a la
extensión del área que estudiaron.
Y=2125467
Superior bioclastos
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Agradecimientos
Agradezco a la Academia Mexicana de Ciencias por el apoyo económico brindado para
realizar mi Verano de la Investigación Científica.
Agradezco de manera personal al Dr. Víctor Hugo Garduño Monroy por la oportunidad de
realizar mi verano de investigación en el Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Tierra de
la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo perteneciente al estado de Morelia,
Michoacán y por integrarme al proyecto estratégico No. 17 denominado “Estudio de
fracturamiento-fallamiento y campo de deformación actual, apoyados con sísmica y tomografía
en los campos geotérmicos de Cuitzeo, Michoacán, Rancho Nuevo, Guanajuato, Las
derrumbadas, Puebla y volcán Tacana, Chiapas. También al Dr. Luis Olmos por las enseñanzas y
la paciencia que tuvo al mostrarme el arte de la microtomografía.
Agradezco al Instituto de Geofísica Unidad Morelia perteneciente a la UNAM,
principalmente al laboratorio de petrografía por permitirme realizar las láminas petrográficas.
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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
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Humeros-Las Derrumbadas, Estado de Puebla y Veracruz. Comisión Federal de Electricidad.