DOMOS SALINOS DEL SURESTE DE MÉXICO Origen: Exploración ... · domos salinos del Sureste de...
Transcript of DOMOS SALINOS DEL SURESTE DE MÉXICO Origen: Exploración ... · domos salinos del Sureste de...
DOMOS S A L I N O S D E L S U R E S T E D E MÉXICO
Origen: Exploración: Importancia Económica
Luis Benavides García*
R E S U M E N
La sal, - balita esencialmente, con algunas impurezas, - es una roca monomineral que se origina en aribientes marinos o lagunares de poco fondo, de aridez extrema, donde la evaporación sobrepasa a la aportación de agua nueva, lo que provoca la sobresaturación de la solución salina y la precipitación de las sales contenidas en el agua de mar. De esta manera llegan a formarse depósitos potentes y de gran extensión que pueden cubrir miles de kilómetros cuadrados.
Posteriormente, tales depósitos sufren deformaciones tectónicas, si bien la sal en sí misma resiste cambios químicos y físicos durante el proceso de deformación. A causa de su relativamente baja densidad (2.1) y su alta plasticidad, la sal puede actuar como el agente causante de importantes eventos tectónicos.
Los estudios relativos al depósito, distribución y deformación de la sal son de interés en las ciencias geológicas, pero existen también importantes aplicaciones prácticas del conocimiento científico acerca de las acumulaciones de sal.
Con ella están asociados los yacimientos de sales de potasio, que son tan importantes en la industria; con ciertas estructuras formadas por la sal se relacionan muchos yacimientos de petróleo y gas, y en el "casquete" que se desarrolla en algunos domos pueden existir grandes acumulaciones de azufre.
Ciertas estructuras salinas se usan para formar cavidades en la sal que sirven para almacenar hidrocarburos, sustituyendo a los más costosos y menos seguros tanques superficiales, y son también interesantes como sitios potenciales para sepultar desechos radioactivos. Por último, la sal misma es una fuente de materias primas para la industria.
En México se conoce la existencia de depósitos salinos en varias partes del país (Chihuahua, Nuevo León y el sureste de México), pero son los depósitos del norte del Istmo de Tehuantepec, en el sureste del país, los de mayor importancia económica y los mejor conocidos. Su descubrimiento data de principios de siglo, con motivo de trabajos de exploración petrolera realizados en la región de Jáltipan - Potrerillos, Ver., en los años de 1902 a 1906. Hoy día se conocen en el sureste un gran número de estructuras salinas, algunas someras, en las cercanías de Coatzacoalcos y muchas otras profundas, en el sureste de Veracruz, en Tabasco y en Chiapas.
En la exploración de domos salinos se utilizan las mismas técnicas que se aplican en la exploración petrolera.
A B S T R A C T
Rock salt -halite mainly, with some impuri t ies- is a monomineralic rock wich is originated in both shallow marine or lagoonal environments with an excessive degree of dryness, where evaporation far
* Exploración у DesanoUo de Recursos, S.A.
BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
I N T R O D U C C I Ó N
En este trabajo se presenta un panorama general de la sai y de los domos salinos del Sureste de México , particularmente de aquellos que se localizan en la porción occidental de la Cuenca Salina, en lo que viene a ser la porción norte del Istmo de Tehuantepec, d o m o s en los que la cima de la sal se encuentra a profundidades relativamente someras, del orden de los 100 a 2 0 0 metros bajo la superficie del terreno.
El propósito del trabajo es el de ver la posibilidad de utilizar algunas de las estructuras salinas mencionadas para crear cavernas susceptibles de ser aprovechadas c o m o almace-nadoras de hidrocarburos.
El tema ha sido desarrollado en forma tal que primero se citan algunos antecedentes acerca del conoc imiento de la existencia de sal gema en el Sureste del país, la evolución de ese c o n o c i m i e n t o y sus implicaciones de carácter económico , para enfocarse f inalmente en el uso potencial de algunos de los domos , c o m o almacenadores de hidrocarburos, según se dijo en el párrafo precedente.
AGRADECIMIENTOS
T o d o lo que con relación a los dom o s y a las diversas estructuras salinas del Sureste de México se ha hecho , teniendo c o m o origen la actividad geológico-petrolera que,
10
exceeds tlic inllux of water. This rouses an over saturat ion of the saline and the consequent precipitat ion of the salts that marine water bear. So, this sediments can form thick and broad deposi ts which can be extended in thousands of square kilometers.
Afterwards, such deposits undergo tectonic deformations, altough the salt, itself, resists many of the chemical and physical changes during the deformation processes. Because of its somewhat low density (2.1) and its high plasticity, salt can act as a responsible agent of significant tec tonic events.
Studies concerning to deposit ion, distr ibution and rock salt deformat ions are very interesting in geological sciences, but there are a few impor tant practical advantages of the util ization of the scientific knowledge about the salt accumulat ions.
With .salt deposits are associated the reservoirs containing potassium salts, which are very impor tan t in industry; some geological features, formed because of the salt movement , are related with many oil and gas reservoirs. In the "cap-rock" developed in some of the salt domes large sulphur accumulat ions may exist.
Some of the salt domes arc used to dig cavities that serve to store hydrocarbons . Such cavities replace deposits on the surface, that are more expensive and unsafe. They are also
interesting as potential sites to bury radiactive residues. Finally, salt itself is a source of raw material for industry. In Mexico, there is knowledge about salt deposits in different places of the count ry (Cliihuahua, Nuevo Leon and Southern Mexico), bu t the deposits in the nor th of the Is thmus of Te-huantcpec have the main economical significance and are the best known. They were discovered at the begining of this century when prospecting for hydrocarbons were carried in the Jalt ipan-Potreril los, Ver., from 1902 to 1906. Nowadays, a number of salt domes are known in southern Mexico. Some of therm arc very shallow, as those located near to Coatzacoalcos; many other are deep southern Veracruz, Tabasco and Oiiapas.
Petroleum exploration techniques ared also being applied during salt domes explorat ion.
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
iniciada a principios de siglo, ha sido desarrollada con mayor intensidad en años subsecuentes, bajo los auspicios de Petróleos Mexicanos, con los buenos resultados que en materia de reservas de hidrocarburos son del conoc imiento público. Podría decirse que los exploradores de azufre han aportado algo al conocimiento del problema, pero ellos también se sirvieron, c o m o primera referencia, de los resultados de los diversos trabajos de exploración geológico-petrolera realizados en la región.
Por lo anterior, el autor, que alguna vez fue colaborador directo de la Gerencia de Exploración de Petróleos Mexicanos, expresa su agradecimiento a esa Empresa y a los Sres. Ings. Miguel Ángel Zenteno B. y José Santiago Acevedo, Subdirector de Producción Primaria y Gerente de Exploración, respectivamente, por haber permitido hacer uso de alguna información específica. Otra parte de los datos presentados corresponden a publicaciones previas del propio autor.
Se agradece, igualmente, al Comité de Obras Subterráneas de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A. C , comité que preside el Ing. Armando Wong Ramos, la oportunidad de presentar esta contribución, con mot ivo de la celebración de la Primera Reunión Técnica sobre Almacenamientos Subterráneos, promovida por aquella Sociedad.
ANTECEDENTES
Los domos salinos del norte del Istmo de Tehuantepec (Ver las Figs. 1 y 2, fueron descubiertos en los primeros años del presente siglo cuando, con fines petroleros, se perforaron en plan exploratorio algunas estructuras geológicas en las cercanías de Jáltipan, Ver.
El primer pozo petrolero perforado en la parte norte del Istmo lo fue el Potrerillos No . 1, que se inició el 7 de julio de 1902 y se terminó el 13 de agosto del mismo año, a la profundidad de 365 .7 metros. Ese pozo resultó improductivo, pero las perforaciones realizadas a partir de esa fecha dieron lugar, entre los años de 1903 y 1911 , al descubrimiento de los campos petroleros de Jáltipan-Potrerillos, San Cristóbal, Soledad, Tecuanapa e Ixhuatlán. En todos ellos se alcanzó la sal, en algunos casos a profundidades de solamente 3 0 0 a 4 0 0 metros. En algunas de las estructuras mencionadas, sobre la sal se encuentra una cubierta de anhidrita, yeso y caliza que constituye el "cap-rock" o casquete de ciertos domos salinos.
En los años siguientes la búsqueda de petróleo puso de manifiesto la presencia de otras masas salinas, algunas de ellas de forma dómica, asociados a las cuales se descubrieron campos petroleros como los de Filisola, Francita, Ixhuatlán, Teapa, Moloacán, Tonalá-El Burro, El Plan, La Venta y varios mas, confinados, salvo el de La Venta, a la zona que
11
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
se localiza al poniente del R í o Tonala y que se ext iende en esa dirección hasta cerca de Acayucan, Ver. Es decir, los campos mencionados quedan en territorio del extremo suroriental del Edo. de Veracruz, salvo el c a m p o de La Venta, que se localiza en terrenos de Tabasco (Fig. 2).
A esta parte de la Cuenca Salina del Sureste de México se le dio, en años pasados, el nombre de Cuenca Salina del Is tmo, nombre que persistió hasta el principio de los años 60's, cuando, c o m o resultado de las perforaciones realizadas por Petróleos Mexicanos, se conf irmó la existencia de masas de sal, relativamente profundas, en el centro y oriente de Tabasco y en el noroeste de Chiapas. Vista, pues, la mayor extensión de la región en c u y o subsuelo existe sal, se cambió el nombre por el que ahora se emplea aquí: Cuenca Salina del Sureste de México .
México en el que se interna, probablemente más alia del paralelo de los 20° de latitud norte. Por lo pronto , existe un pozo marino perforado por PEMEX a 4 0 km. de la costa que cortó evaporitas a 3201 metros de profundidad bajo el nivel del mar.
Cabe indicar que la profundidad de la sal aumenta de poniente a oriente; así, mientras en Jáltipan-Potrerillos y en Chinameca se le encuentra a 2 0 0 metros, o menos , bajo la superficie, en Tonalá-El Burro la cima de la sal está a 1000 m., en el Campo Magallanes está a 1600 m.: en Jalupa (área de Comal-calco, Tab.) se le encontró a 2 6 0 0 m. de profundidad y en el pozo Ayapa 1, de la misma zona, la sal se cortó a los 3511 m de profundidad.
GENERALIDADES SOBRE EL ORIGEN DE LA SAL Y DE
LOS DOMOS SALINOS
LOCALIZACIÓN; LIMITES
La Cuenca Salina del Sureste de México se localiza, c o m o ya su nombre lo indica, en la porción suroriental del país y comprende la parte suroriental del Edo. de Veracruz, el Edo. de Tabasco y parte de los Edos. de Chiapas y Campeche. Mas que definir sus l ímites , se ruega ver la Fig. 3 en la que se muestra gráficamente la extens ión de dicha cuenca. El l ímite norte queda dentro del actual Golfo de
La halita, el componente principal de los depósitos de sal, es un mineral compuesto por iones de cloro y de sodio, cuya fórmula química es Na Cl. La silvita, menos abundante que la halita, tiene por composic ión K Cl y posee una estructura cristalina similar a la de la halita. Su estructura cristalina consiste de iones de cloro dispuestos en un arreglo según tres ejes perpendiculares entre si que definen al sistema cúbico, con iones de Na* o K* rellenando los intersticios, de manera que cada Cl ' está rodeado por 6 iones alcalinos.
13
BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.
y cada uno de éstos tiene a su vez, 6 iones de Cl c o m o vecinos. La unión se debe a fuerzas iónicas electrostáticas. En consecuencia, los minerales de que se habla son malos conductores de la electricidad y el calor. Cuando son puros, son transparentes; sin embargo, es común que las capas de halita o de silvita presenten coloración café o rojiza debida a inclusiones finas de goe-thita o hematita, o bien, de color gris causado por anhidrita, arcillas, o materia carbonosa.
La halita y la silvita son relativamente suaves (2.5 y 2 .0 , de la escala de Mohs, respectivamente) y tienen fractura perfecta con clivaje cúbico. A altas temperaturas (300° — 4 0 0 ° C ) y presiones se vuelven plásticas. La densidad de la halita ( 2 . 1 6 ) y de la silvita ( 1 . 9 9 ) , es menor que la de la mayoría de los minerales que forman rocas, por lo que los depósitos masivos de sal son menos densos que las rocas que los circundan, circunstancia que favorece su detección por métodos gravimétricos, cuando se explora en busca de domos salinos.
Origen de la sal
La sal se presenta originalmente en capas estratificadas, en rocas sedimentarias marinas. Es en sí una eva-porita de origen marino (con menos frecuencia, también de origen lagunar), formada en un medio de aridez extrema, donde la evaporación es mayor que la aportación de agua
nueva a la cuenca marina, dando lugar de esta manera a la sobresaturación de la solución salina y a la precipitación de las sales disueltas en el agua de mar. Por lo generaL el mar que tiene estas condic iones debe ser también de poca profundidad, para que el área de evaporación sea grande en comparación con el tirante de agua.
Las sales que se depositan lo hacen en el orden inverso a su grado de solubilidad: así, primero se precipitan los carbonates (calizas), después los sulfatos (yeso y anhidrita) y por ú l t imo los cloruros, primero los de sodio y después los de potasio y de magnesio . La cristalización de la halita (Na Cl) requiere que la concentrac ión del agua de mar por evaporación haya aumentado 11 veces, lo que da idea del ambiente de aridez que se requiere para su precipitación
Algunos ambientes paleogeográ-ficos, tales c o m o el Jurásico del Gol fo de México , o el Pérmico del suroeste de los Estados Unidos , fueron propicios para la acumulación de sal de varios miles de metros de espesor y decenas de miles de ki lómetros cuadrados de extens ión. Para poder alcanzar el espesor de sal indicado fue necesario que el fondo marino sobre el cual tuvo lugar la precipitación de sal se fuese hundiendo gradual y paulatinamente a medida que la sal se depositaba.
El depós i to de sal cesa cuando cambian las condic iones del m e d i o
16
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
marino, por ejemplo, porhundimien-to acelerado del fondo del mar y por modif icaciones climáticas drásticas, con lo que, entonces , sobre la sal comenzarán a depositarse otros tipos de sedimentos , tales c o m o arenas, arcillas, l imos, otras calizas, etc. Estos nuevos depós i tos marinos pueden alcanzar a su vez espesores considerables, de c ientos o miles de metros.
D o m o s salinos
Los domos salinos son cuerpos intrusivos de sal que penetran a través de grandes espesores de rocas sedimentarias superyacentes. Se les distingue de otras deformaciones geológicas que involucran a la sal, por la forma burdamente circular o elíptica que tienen en sección horizontal y por tener dimensiones horizontales del mi smo orden de magnitud, o menores , que sus dimensiones verticales, c o m o se ilustra en el siguiente esquema, que corresponde al d o m o de Zanapa, del sur de Veracruz. (Fig. 4 ) .
Formación de los domos
El proceso geológico de la formación de los d o m o s debe ser m u y complejo, pero el mecanismo general parece bastante claro. Los d o m o s se encuentran en áreas en las que existen depósi tos evaporít icos que contienen grandes espesores de sal, la cual fluye de las áreas circundantes hacia el d o m o . La sal, s iendo
relativamente plástica, según antes se indicó, se deforma intensamente por el flujo. Este resulta, al parecer, del hecho de que la sal es de menor densidad que los sedimentos que la cubren, y cuando la columna de tales sedimentos tiene un espesor de 4 0 0 0 o 5 0 0 0 metros, por ejemplo, ejerce una presión suficiente para generar el flujo. Si en el fondo marino sobre el que la sal se depositó existen irregularidades, c o m o colinas sepultadas, la carga de las rocas suprayacentes genera una componente que tiende a desplazar la sal hacia arriba, introduciéndola poco a poco entre las capas que la cubren. Si, además, existen fracturas y / o fallas, esto favorece y facilita el ascenso de la sal.
Es este el mode lo de acuerdo con el cual la sal fluye hacia el domo a consecuencia de las diferencias en densidad, pero en muchos casos el movimiento de la sal puede estar notablemente influenciado por las condiciones geológicas y por las fuerzas tectónicas del área. Parece ser que la sal tiene que estar cubierta por cuando menos unos 3 0 0 0 metros de sobrecarga antes de que se inicie el flujo que forma los domos . Esto sugiere que la sal puede llegar a ser más plástica bajo la presión ejercida por una gruesa cubierta de sedimentos. Por otra parte, el incremento en la plasticidad puede ser causado, en parte, por el natural incremento de la temperatura de la roca con la profundidad, pues ha podido de-
1 7
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.
NIVEL DEL TERRENO
h - 1 0 0 0
- - 5 0 0 Q
Fig. 4 . Domo de sal t ipico.
18
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
mostrarse experimentalmente una marcada disminución en el resistencia de la sal a la deformación, a medida que aumenta la temperatura.
MORFOLOGIA DE LOS DEPÓSITOS SALINOS DEL
SURESTE DE MEXICO
Los depósitos de sal del sureste de país tienen formas diversas: sin embargo, pueden catalogarse dentro de dos grandes grupos:
a) Los cuerpos de forma iregular y de dimensiones variables, que presentan culminaciones locales que en proyecc ión horizontal cubren superficies de 15 a 3 0 km^ , a los que desde hace años se ha dado el nombre de masas de sal,
y
b) las intrusiones de sección circular o elíptica, c o m o las descritas en los párrafos precedentes, de área reducida en comparación con la altura de la co lumna de sal, a las que puede aplicarse apropiadamente el nombre de domos .
C o m o ejemplo de los primeros se tienen la masa de sal de Tecuanapa-Romero Rubio , o la de Moloacán-Ixhuatlán-Teapa-Santa Rosa, del norte del Istmo de Tehuantepec, al sureste de Coatzacoalcos. C o m o ejemplo de los segundos pueden mencionarse el ya aludido domo de Zanapa, a 50 km. al sureste de Coatzacoalcos, o los domos de El
Rosario, Cascajal, San Pedro, Laguna Nueva, etc. (Ver el esquema de configuración de la sal (Fig. 5).
E D A D DE LOS DOMOS
En el inciso relativo al origen de la sal se hizo mención de los ambientes paleogeográficos propicios para la formación de depósitos de sal, gruesos, haciendo referencia al Jurásico de la Región del Golfo de México.
Sin entrar en detalles estratigráfi-cos, se puede decir que la mayor parte de sal del Sureste de México fue originada en una época geológica inmediatamente anterior al Jurásico superior, pudiendo llegar a remontarse hasta el Triásico. Posteriormente", ya en el Cretácico, también se registran depósitos de evaporitas, sin que en ellas predomine la sal c o m o roca.
Esto, por lo que toca a la edad de la sal, pero la edad de los domos, como estructuras salinas, es muy posterior, puesto que para dar lugar al movimiento y flujo de la sal fue necesario acumular previamente un considerable espesor de sedimentos post-salinos, incluyendo en éstos, geológicamente hablando, rocas del Cretácico y del Terciario. En efecto, los domos salinos del norte del Istmo de Tehuantepec llegan a atravesar rocas hasta del Mioceno Superior, pasandOj obviamente, por las del Oligoceno y del Eoceno subyacentes, y aún por las del Cretácico superior, c o m o se ilustra en la sección esquemática entre los domos
1 9
o
•>-'i y. C.«<aS SAJO ti N:VtL Df. HlR
c r > o O
><
O m O r ti m H
Fig. 5. Configuración generalizada de la cima de la sal en las estructuras salinas del norte del Istmo de
Tehuantepec.
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
de Tuzandepetl e Ixhuatlán. (Fig. 6) . La sai comienza a moverse y a
fluir en cuanto las condic iones de conf inamiento en que se encuentra, se lo permiten, y ese movimiento puede durar m u c h o t iempo, geológicamente hablando, hasta que el cuerpo de sal alcanza una situación de equilibrio isostático y deja de moverse. Entonces , si la edad de los domos se definiera por la época en que se alcanza tal condición de equilibrio, se tiene que los domos son, en el caso de los del Sureste de México, de diversas edades que van del Ol igoceno al Mioceno y quizá, en contados casos, llegan al Plioce-no.
Lo anterior puede decirse porque las estructuras salinas situadas al suroeste de Coatzacoalcos parecen haber alcanzado su condic ión de equilibrio en el Ol igoceno, en tanto que otras, al sureste de Coatzacoalcos, pueden haberla alcanzado en el Miceno medio o superior.
La importancia de lo anterior estriba en que cuanto más antiguo es un d o m o , mayor t iempo habrá tenido, si las condic iones son propicias, - para que sobre la cima de la sal se forme un casquete o "cap-rock", lo que puede a su vez favorecer la existencia de yacimientos de azufre de importancia económica.
EXPLORACIÓN Y LOCALIZACIÓN DE
E S T R U C T U R A S SALINAS
El descubrimiento de sal y de estructuras salinas en el norte del Istmo
de Tehuantepec fue consecuencia, según se menc ionó , de la exploración que en busca de petróleo se desarrolló en los primeros años del presente siglo, guiándose, en primer término, por las manifestaciones de petróleo que podían advertirse en la superficie del terreno. Años después, bien conocida ya la presencia de sal y confirmada en otros puntos mediante perforaciones, y vista su asociación con yacimientos petrolíferos, se comenzaron a buscar estructuras salinas, c o m o medio de localizar yacimientos de petróleo.
En el sureste, algunos domos salinos tienen expresión topográfica; se manifiestan c o m o colinas burdamente circulares, con drenaje radial y a veces con arroyos que circundan al promotorio principal, pero esto no es, desde luego, privativo de los domos . También se manifiestan, en ocasiones, c o m o lagunas de forma peculiar, cuya ubicación corresponde a hundimientos locales provocados por la disolución de la cima de la sal, cuando ésta ha llegado cerca de la superficie; tal es el caso del d o m o de Laguna Nueva, donde posteriormente se confirmó la existencia de sal mediante perforaciones.
La exploración geológica superficial permite, con mayor efectividad, localizar domos, puesto que los echados o buzamiento de las capas, en todas direcciones a partir de una área central, indican un alto estructural. Puede éste corresponder o no a un domo, pero si en la región
2 1
S 86<*W N86«»E
POZO
NIVa DEL MAR
TUZANDEPETL Na (p .T . -3000n)
POZO KrtJATLAN No. 37
(P. T.-854m)
0LI6. EOC. Y PROa^f^xjS? '
M I O C E N O
y pfjoacRt^' CREI SUP.
s o r
n >< o
§
r
so
MJpCENO ' I 01IG. EOC. Y PROB. , . C R E I . SUP I I
S A L Eza B A S A M E N T O E 2 3
s s 4 f
6 KM
Fig. 6. Perfil de la sai entre los domos de Tuzandepetl e Ixhuatlán.
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
existe sal, la posibil idades son bastantes. Para medir los echados que definen el d o m o . (Fig. 7). Es necesario encontrar afioramientos, los cuales escasean en regiones bajas y pantanosas, c o m o lo son parte del norte del Istmo de Tehuantepec y gran parte de Tabasco, en la Planicie Costera del Gol fo de México . Hay artificios de exploración geológica superficial que pueden ayudar a resolver el problema, pero son de alcance l imitado, de manera que en esos casos se opta, y así se hizo, por aplicar técnicas de exploración geofísica, principalmente la gravimetrica y la sismológica.
La gravimetrica se basa en la medición de las diferencias de densidad de la diversas rocas de una región dada. Se vio ya que la sal tiene una densidad menor que otros sedimentos que la cubren o circundan, de manera que cuando existe un domo o una estructura semejante, las diferencias de atracción gravitacional denotan la presencia de dicha estructura, la cual se manifestará c o m o un " m í n i m o gravimetrico". A veces esta aparente regla se altera, dependiendo de la profundidad de la sal, o de su espesor respecto a las rocas suprayacentes, o de la presencia de un casquete de roca (cap-rock) sobre el d o m o y del espesor de dicho casquete. En tales casos, los efectos gravitacionales observados parecen p o c o claros y no son conclusivos. C o m o es bien sabido, los e fectos registrados repre
sentan la suma de los influjos causados por las diversas masas del subsuelo cercanas al punto de observación, lo cual puede imprimir un carácter ambiguo a las interpretaciones de los trabajos gravimétricos. Es por esto que no todas las estructuras salinas del Istmo de Tehuantepec se manifiestan c o m o mín imos gravimétricos.
La sismología, particularmente el m é t o d o sismológico de refracción, se aplicó con muy buenos resultados en la búsqueda y localización de estructuras de sal, en el sureste, en la región del Istmo. Los contrastes en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas demarcan áreas o masas de alta velocidad que permiten definir la situación y posición del domo salino. El domo de Zanapa, mencionado con anterioridad, fue, entre otros muchos , localizado mediante trabajos de este t ipo, con tiros en abanico y secciones de refracción. Posteriormente se confirmaron su presencia, su profundidad y su forma, con la perforación de varios pozos .
Los métodos de exploración tan brevemente reseñados son, cada uno de ellos mas costoso que el precedente, de allí que se recurra primeramente a la geología superficial, con el grado de detalle que se juzgue necesario, y por últ imo a la sismología. Finalmente, de acuerdo con el problema que se quiera resolver, o de las aplicaciones que de la exploración se deriven, podría
2 3
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.
Fig. 7 . P r o y e c c i ó n h o r i z o n t a l d e un d o m o y e c h a d o s cuacuacersa les q u e l o d e f i n e n .
24
VOL. XXXV. NUM. 1. 1983
llegarse a la perforación de uno o varios pozos .
IMPORTANCIA ECONOMICA
Las diversas estructuras salinas y los domos en particular son de interés económico , tanto por su carácter de fuentes de suministro 4e materia prima para la industria, como por sus relaciones con otros recursos, entre ellos los hidrocarburos, cuya importancia está fuera de toda discusión.
En el Sureste de México son numerosos los campos petroleros asociados con estructuras salinas. Algunos de ellos, c o m o los de Jáltipan, San Cristóbal, Soledad, Tecuanapa y Concepción, descubiertos en los primeros años de exploración petrolera de principios de siglo, están ya abandonados por agotamiento de sus reservas, pero existen muchos mas en plena etapa productiva. Entre éstos, sin mencionar a todos y siguiendo el orden cronológico de su descubrimiento, pueden citarse los campos de Ixhuatlán, Teapa, Nuevo Teapa, Tonala, El Burro, El Plan, Cuichapa, Acalapa, Moloacán, Rabón Grande, Arroyo Blanco, Los Soldados, Ostapa, La Venta, Ogarrio, Magallanes, Cinco Presidentes, Santa Ana. etc.
Usualmente los sedimentos que están encima de la sal,- y dentro de" ellos lo horizontes saturados de aceite o gas, - presentan un comportamiento estructural complejo, pues
están afectados por un sinnúmero de fallas de longitud y salto estructural variable.
En esas fallas cabe distinguir dos sistemas principales: fallas radiales y fallas tangenciales, que provocan dislocaciones y dan lugar a la formación de bloques estructurales delimitados por las fallas, bloques que controlan la acumulación de hidrocarburos, formando áreas productoras y áreas no productoras invadidas por agua salada. A manera de ejemplo de la complejidad estructural de que se habla, se presenta a continuación la proyección horizontal del campo petrolero Tonalá-El Burro, donde pueden apreciarse los dos sistemas de fallas mencionados. Se hace la aclaración que para no empastar el dibujo, se suprimió casi el 5 0 1 de los pozos perforados en ese campo. (Figs. 8 y 9).
Otro aspecto económico de interés es el que se relaciona con la producción de azufre. En el casquete (cap-rock), que, bajo determinadas circunstancias, se forma en la cima de algunos domos, pueden existir acumulaciones de azufre. (Fig. 10). Si ésta es de importancia, se le puede explotar en escala indus-tral, para lo cual se recurre al proceso "Frash", el cual consiste, en síntesis, en fundir el azufre "in s i tu" calentando el casquete con agua sobrecalentada, para extraerlo después mediante pozos . (Fig. 11).
En los pozos de explotación, situados sobre el yacimiento, se usan tres tuberías concéntricas: por la
2 5
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.
L E Y E N D A
CURVA DE CONFIGURACIÓN DE LA ^ SAL, BAJO EL NIVEL DEL MAR
POZO PETROLERO K I L Ó M E T R O S
Fig. 8. Campo petrolero Tonalá-Fl Burro, sobre el d o m o salina del mismo n o m b r e .
26
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
--I0OO-
TorolóBO]:
Fig. 9. Configuración estructural del campo Tonalá-Fl Burro.
27
00
Nivel del Mar
H 2 0 0 0
i 300 t
i 400 h
HbOO UJ
-1600 2
L E Y E N D A
S A L
M E T R O S
Y E S O Y A N H I D R I T A .
C A L I Z A
03 O r
> p
><
O Pl O r •o m H Ti
Fig. 10. Domo salino de Amcxquite.
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR
de mayor diámetro se introduce vapor de agua sobrecalentada 300° C para fundir el azufre ( funde a 114 "C), por la de diámetro más reducido se inyecta aire comprimido para forzar, de este m o d o , la salida del azufre fundido a través de la tubería intermedia. Ya en la superficie, el azufre fundido se conduce a través de tuberías a los patios de almacenamiento. (300° C ) .
En México , la producción de azufre es de significación. La producción total en 1982 fue de l 'S 15,447 ton. de las cuales el 76.51( r390,552 ton.) , correspondió a domos; el 23.5^ restante (424,925 ton.) fue producido por PEMEX en sus plantas de desulfurización de crudos.
La sal es por sí misma una importante fuente de materia prima industrial. De ella se obt ienen sodio y cloro, y algunas combinaciones de gran aplicación en la industria, com o el ácido clorhídrico, carbonato de sodio, sosa cáustica, o bien, el sodio metálico.
En los domos y otras estructuras salinas, la sal puede explotarse por el sistema de "minado directo", o por el de "salmueras".
En el primer caso la sal se extrae en forma sólida aplicando los métodos que se usan en la minería subterránea convencional: por ejem
plo, el de "salones y pilares", o sea el minado de bloques de determinadas dimensiones, dejando entre uno y otro pilares más o menos de las mismas propociones , — lo que
depende del grado de compacta-ción de la sal—, para el sostenimiento de la mina. Desde luego, debe prepararse previamente el acceso ¿ la masa de sal, ya sea a través de un tiro vertical, o mediante galerías casi horizontales , si las condic iones topográficas lo permiten.
El m é t o d o de salmueras consiste en perforar p o z o s por los cuales se inyecta agua a presión que disuelve la sal a la profundidad, aprovechando el alto grado de solubilidad que tiene el c loruro de sodio . Posteriormente, la so luc ión salina o salmuera se b o m b e a a la superficie, a la "presa de salmuera", para separar a cont inuac ión diferentes tipos de sal por precipitación controlada, o para su uso inmediato en la elaboración de subproductos .
En Méx ico exis ten dos explotaciones de sal de d o m o s salinos: una en Villa de García, N. L., cerca de Monterrey, y la otra sobre el d o m o de Tuzandepet l , 12 km. al sur de Coatzacoalcos , Ver
Antes de decidir el s it io de exploración de la sal es preciso conocer la calidad de la sal a lo largo de una columna dentro del d o m o , lo que se consigue mediante la perforación de p o z o s en los que se lleva a cabo un muestreo profuso con recuperación de núcleos . Para és to deben usarse lodos especiales, salinos, para evitar la disolución de la sal en los núcleos que se pretende recuperar.
En Tuzandepet l la cima de la sal está a 376 m. de profundidad (-326, referida al nivel del mar) . La estruc-
30
VOL. XXXV. NUM. 1 , 1 9 8 3
tura ha sido perforada por PEMEX y por la empresa que explota la sal (8 pozos en total; (Fig. 12).
La sal, muestreada entre los 3 7 6 y los 1500 m. de profundidad, tiene una pureza que va del 9 3 al 98.S-%. Entre los 4 0 0 y los 1000 metros bajo el nivel del mar hay 5. horizontes de sal de 9 6 . 0 a 98.8% de NaCl. Dentro de éstos se hace actualmente la explotac ión. C o m o dato adicional: la producción es de 7 2 0 ion /d ía .
Otro uso potencial de los domos , que aun no se da en México , pero al cual está enfocada, al m e n o s en parte, la Primera Rejanión de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, es el de utilizarlos para crear almacenamientos subterráneos de hidrocarburos, mediante la formación de cavernas, tema al cual se refiere el bien d o c u m e n t a d o trabajo preparado por Ing. Gabriel Ca-macho Reyes . Consecuentemente , solo a manera de c o m p l e m e n t o , se hacen algunas consideraciones y observaciones genérale?
Tratándose de un cuerpo de sal, como lo es un d o m o salino, la formación de la cavidad o caverna se puede hacer por los procedimientos convencionales que se emplean para la explotación minera subterránea, o para ciertos trabajos de excavación profunda relacionado'^ con obras de ingeniería civil, o bien, mediante la disolución de sal, c o m o se hace en la explotac ión de este recurso por el m é t o d o de salmueras descrito someramente en párrafos precedentes. Sin entrar en detalles, este
úl t imo procedimiento parece ser más económico , por lo que solo a él se hará referencia.
Si bien con objetivos diferentes, el extraer la sal para uso industrial, o para formar una cavidad, sigue el mismo principio: la disolución de la sal mediante la inyección de agua a presión a través de pozos , y la extracción de la salmuera a la superficie, por b o m b e o .
La diferencia consiste, básicamente, en que para uso industrial, la sal se extrae a un ritmo determinado, acorde con las necesidades de la o las plantas que la procesan, en tanto que para formar un almacenamiento subterráneo la extracción tendrá que hacerse a un ritmo más acelerado.
INo obstante, salta a la vista que si se pudiesen combinar ambos propósitos, si fuese posible conciliar el interés de las dos partes, las dos resultarían beneficiadas. Esto t iene otras implicaciones, por lo que solo se apunta el problema general.
Ahora, por lo que se refiere a la información de que debe disponerse antes de comenzar a desarrollar la caverna, se señala que se necesita lo siguiente: (1)
— Conocer la forma y características geométricas del d o m o (o de la masa de sal). El área que cubre la cima, y el perfil de sus costados.
(1) Se menciona d e m a n e r a enunc ia t iva , p e r o n o
limitativa.
3 1
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.
I'ig. 12. Domos de Pajaritos y Tuzandepet l . (Configuración de la cima de la sal).
3 2
VOL. XXXV. NUM. 1, 1983
— La profundidad de la cima de la sai.
— El espesor de la co lumna de sai. o, si este fuese m u y grande, establecer un espesor m í n i m o por comprobar.
— Deteminar, mediante muestreo y análisis, la compos i c ión química de la sal. Esto , que servirá para conocer el grado de solubilidad, resulta especia lmente útil si se piensa, al m i s m o t i empo , en una explotac ión industrial.
— Correr registros s í smicos en un p o z o , para ayudar a definir el perfil de la sal.
Es necesario investigar también:
— El alcance lateral de los efectos de disolución para definir si basta un p o z o , o, en su caso, cuántos será necesario perforar para formar una caverna de determinadas dimensiones.
— El c o m p o r t a m i e n t o mecánico de la sal, en función de la profundidad a que se hará la caverna, para evitar colaspso, o desplomes del techo.
Hay que tener presentes algunas de las propiedades de la sal, c o m o son:
— Su alta solubil idad
— Su bajo grado de permebil idad.
— Su higroscopía
— Su baja conduct iv idad eléctrica
— Su capacidad para resanar sus propias fracturas, lo que significa que no es de esperar que se tengan planos o zonas de falla que propicien fugas de los hidrocarburos almacenados.
Su plasticidad
Una aplicación más de las cavidades hechas exprofeso, o de las minas de sal abandonadas, es la que se relaciona con su aprovechamiento c o m o sitios potenciales para sepultar desechos radiocativos, caso que no se da por ahora en México; sin embargo, en otros países se han hecho investigaciones en ese sentido .
Una de las conclusiones más importantes sobre el particular es la de que la sal es equivalente al concreto , c o m o protección o escudo, a la radiación de rayos gamma.
Por cuanto a la formación de la caverna se refiere, se cae dentro del punto tratado en los párrafos precedentes.
CONCLUSIONES
En el Sureste de México se desarrolló, durante el Mesozoico , una extensa cuenca de depósito de evaporitas, dentro de las que se form ó una potente columna constituida por sal gema. , Al acelerarse el hundimiento del fondo marino y al cambiar, por tal mot ivo , las condiciones ambientales, sobre la sal y evaporitas afines se
33
BOL. ASOC. MÉX. GEOL. PETR.
depositó, a partir del Cretácico medio y durante el Terciario, una gruesa sección de sedimentos n o evaporíticos de varios miles de metros de espesor. Posteriormente, la presión ejercida por la columna de sedimentos depositados sobre la sal, combinada con esfuerzos tectónicos de carácter regional, favoreció al diapirismo de la sal, formándose así los domos y otras estructuras salinas.
Actualmente, los d o m o s de la parte occidental de la Cuenca Salina localizados al sur y sureste de Coatzacoalcos están mas cerca de la superficie que aquellos que se encuentran al oriente y sureste, hacia y dentro de territorio de Tabasco y Chiapas.
Independientemente de su importancia c o m o estructuras asociadas a yacimientos productores de hidrocarburos, o a campos productores de azufre, los domos salinos son importantes por sí mismo c o m o fuentes de materia prima para uso industrial y de sal para el consumo humano, además de que, bajo determinadas condiciones de morfología, profundidad y extensión, constituyen sitios potenciales para la formación de cavernas destinadas al almacenamiento de hidrocarburos, en
subst i tución de los tanques convencionales que se cons truyen sobre la superficie del terreno.
Para este propós i to resultan de interés algunas de las estructuras salinas relativamente someras localizadas en las cercanías de Coatzacoalcos y Minatit lán, en el sur de Veracruz.
C o m o la e x p l o t a c i ó n de la sal en escala industrial y la formación de cavernas para otros usos se valen del m i s m o proceso , que es el de la disolución de la sal y su extracc ión en forma de salmuera, parece lógico que tales obras, —la exp lo tac ión y la formación de cavernas—, se hagan operando de c o m ú n acuerdo, lo que puede ser de benef ic io económ i c o para a m b o s enfoques .
Si bien es cierto que la explotación industrial de sal puede requerir un ritmo de trabajo diferente, —quizá más lento que la extracc ión para crear cavernas, el e x c e s o de salmuera extraída podría almacenarse en la superficie bajo cond ic iones apropiadas, para aprovecharla a medida que se fuera neces i tando.
Es obvio que esta alternativa requiera de un análisis e c o n ó m i c o previo, pero se apunta la posibilidad para que, llegada el caso, se le t o m e en consideración.
BIBLIOGRAFIA
Adams, J. F. (1968) ." Permian Salt Deposits , West Texas and Eastern New Mexico (Abstract) . The Geological Society of America, S P . 88. , New York.
Basurto, G. J. e Islas L. J. ( 1950 ) . El m é t o d o sismológico de refracción en la Cuenca Salina del Is tmo. Bol. Asoc. Mexicana de Geólogos Petroleros, Voi . II, No. 7. México.
3 4
VOL. XXXV. NUM. 1. 1983
lîcnavidcs, G. L. (1956) . Notas sobre la Geología Petrolera de Mc.xico. (Simposium sobre yacimientos de petróleo y gas. T u m o III). XX Coiif;rcsü Geológico Internacional, Mé.xico.
Benavides. G. L. y Sansorcs, M. i:. (1968) . Salt Deposits of Southern Mexico (Abstract) . Tlie Geological Society of América, S. P. 88 . New York.
Cornejo, T. A. y Hernández, O. Aj (1950) . Las anomalías gravimétricas en la Cuenca Salina
del Istmo, Planicie Costera de Tabasco, Campeche y Península de Yucatán. Bol, Asoc. Mexicana de Geólogos Petroleros, Voi. II, No. 7, México.
Fernández, G.A. (1982). Estudio Geológico del pozo Tuzandepet l 203 . México (Inédito).
Márquez, P. A., Viveros, J. J. y Sema, V. R. (1964) . Depósitos de Sal y Azufre en la cuenca Salina del Istmo, Ver. Bol. 64. Consejo de Recursos Naturales No. Renovables, México.
35