Dra. Ruth Esther Villanueva EstradaInstituto de Geofísica, UNAMDepto. Recursos Naturales
WEBINARIO UNIÓN GEOFÍSICA MEXICANA
GEOQUÍMICA DE FLUIDOS COMO HERRAMIENTA PARA LA PROSPECCIÓN DE SITIOS GEOTÉRMICOS
GEOQUÍMICA DE FLUIDOS COMO HERRAMIENTA PARA LA PROSPECCIÓN DE SITIOS GEOTÉRMICOS
JUNIO DE 2016
INTRODUCCIÓN A LA GEOTERMIA
Ciencia que estudia los fenómenos relacionados con el calor interno de nuestro planeta
Procesos industriales que se usan para aprovecharlo.
DEFINICIÓN DE GEOTERMIA
CALOR INTERNO DE LA TIERRA
dT/dz: gradiente geotérmico (25-30°C/1000 m)
TRANSMISIÓN DE CALOR
Conducción
Celdas de convección
Núcleo externo
Manto
Fuentes de energía:Desintegración radioactivaCalor inicialMovimientos diferenciales
OCURRENCIA DE GEOTERMIA
Fuente: http://www.educarchile.cl/UserFiles/P0021/File/Ruz_FUNDACION%20CHILE.pdf
Fuente: Modificado de Bertani, R., 2005. World geothermal power generation in the period 2001-2005. Geothermics, 34: 651-690.
GEOTERMIA EN EL MUNDO
Australia< 1 MWe
Papua Guinea6 MWe
Indonesia797 MWe
Tailandia< 1 MWe
Filipinas1930 MWe
China (Tibet)28 MWe
Japón535 MWe
Rusia (Kamchatka)79 MWe
E.U.A.2564 MWe
Islandia202 MWe
Italia791 MWe Alemania
< 1 MWe
Austria1 MWe
Turquía20 MWe
Portugal (Azores)16 MWe
Etiopía7 MWe
Kenia129 MWe
Francia (Islas Guadalupe)15 MWe
Nicaragua 77MWeEl Salvador 151 MweCosta Rica 163 MweGuatemala 33 MWeMéxico 953 MWeNueva Zelanda 435 MWe
SISTEMA GEOTÉRMICO
• Existencia de un flujo de calor elevado• Presencia de una capa de alta permeabilidadque permita la acumulación y circulación delagua y/o vapor.• Una roca impermeable por encima delacuífero que actúe como una cubierta queimpida que el agua escape.
Cerro Prieto (720 MW)Los Azufres (188 MW)Los Humeros (35 MW)Tres Vírgenes (10 MW)Cerritos Colorado (prospecto, 75 MW)
En México, la producción de electricidad por geotérmica empezó en 1959 (37.5 MW). Actualmente, hay una potencia instalada de 953 MW, que supone el 3 % de la electricidad producida en el país.
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD EN MÉXICO
País Capacidad instalada (MWe)
1 Estados Unidos 3,151.5 2 Filipinas 1,904.0 3 Indonesia 1,197.3 4 México 985.0 5 Italia 882.5 6 Islandia 882.5 7 Nueva Zelanda 664.6 8 Japón 536.0 9 Costa Rica 207.1 10 El Salvador 204.4 11 Kenia 172.0 12 Nicaragua 123.5 13 Rusia 81.9 14 Turquía 76.8 15 Papúa- Nueva Guinea (Isla Lihir) 56.0 16 Guatemala 52.0 17 China (incluye Tíbet) 24.2 18 Portugal (Islas Azores) 23.0 19 Francia (Isla Guadalupe y Alsacia) 17.2 20 Etiopía 7.3 21 Alemania 6.6 22 Austria 1.4 23 Tailandia 0.3 24 Australia 0.1
Localidad Uso Temperatura de entrada
(°C) Aguascalientes Balneología 43.0 Chiapas Balneología 36.0 Chihuahua Balneología 39.3 Coahuila Balneología 32.0 Durango Balneología 52.5 Guanajuato Balneología 40.8 Hidalgo Balneología 41.5 Jalisco (incluye La Primavera) Balneología 37.8 – 48.0 México Balneología 35.1 Michoacán (incluye Los Azufres) Secado agrícola (granos,
frutas, vegetales) Balneología Invernaderos Calefacción
44.5 -110.0
Morelos Balneología 45.0 Nuevo León Balneología 38.0 Querétaro Balneología 31.8 San Luis Potosí Balneología 36.8 Sinaloa Balneología 72.5 Tlaxcala Balneología 35.0 Veracruz Balneología 65.0 Zacatecas Balneología 36.6
GEOTERMIA MUNDIAL Y EN MÉXICO
Fuente: Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2010
Fuente: http://www.geotermia.org.mx/geotermia/?page_id=688)
APLICACIONES DE LA GEOTERMIA
Actualmente las energías renovablesson competitivas en:• Generación de electricidad• Usos directos
ENERGÍAS RENOVABLES: COMPETENCIA
IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DEL RECURSO
•Tamaño del sistema•Forma del sistema•Estructura del sistema•Capacidad del sistema para
producir energía
1. Reconocimiento científico
2. Perforación de pozos de exploración
El objetivo de la exploración de sistemas geotérmicos es determinar el potencial. Por lo que es necesario evaluar:
• Procesamiento de imágenes satelitales
• Evaluación geológica• Evaluación Geofísica• Evaluación geoquímica• Evaluación hidrológica
GEOQUÍMICA APLICADA A LA GEOTERMIA
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS TERMALES TEMPERATURA ESTADO FÍSICO ENTALPÍA
Sistemas de baja.-T< 150°C
Caracterizado por manantiales calientes.
Dominado por el líquido.-reservorios termales con
temperatura igual o por debajo del punto de ebullición del
agua.
Sistemas de baja.- Entalpía del fluido en el reservorio menor a 800 KJ/kg, correspondiente a una temperatura menor a los
190°C.
Sistemas de media.-150 °C >T< 200°C.
Dos fases.- reservorios termales donde vapor y agua co-existen.
Sistemas de alta.-T>200°C
Caracterizados por fumarolas, hervideros, pozas y suelo muy
alterado.
Dominado por el vapor.-sistemas donde la temperatura es mayor al punto de ebullición
y la fase de vapor controla la presión en el reservorio.
Sistemas de alta.- Entalpía del fluido en el reservorio mayor a
800 KJ/kg.
Referencias: Bodvarsson, 1964; Axelsson and Gunnlaugsson, 2000
ESTRUCTURA DE UN SISTEMA HIDROTERMAL
Fluidos recarga
• Agua meteórica• Agua connata• Agua metamórfica• Agua magmática
Fuente de calor
• Cámara magmática• Gradiente geotérmico
Depositación mineral•Ebullición
•Conducción
•Mezcla
Interacción roca-fluido
TemperaturaReacciones químicas:
óxido- reducción, ácido-base e intercambio iónico
EXPLORACIÓN GEOQUÍMICA•Composición de los fluidos calientes•Temperaturas del fluido sub-superficial•El origen de los fluidos calientes•La dirección del flujo en un área
determinada •Tiempo de residencia del agua en un
sistema•La depositación mineral del fluido•La posibilidad de acidez la cual causa
dificultades en la explotación•Constituyentes del fluido que pudieran
tener un valor económico
Agua de manantiales calientes, emisiones de gas y aguas frías superficiales
TIPOS DE AGUAS EN SISTEMAS GEOTÉRMICOS
Rango pH aprox.
Aniones principales
Aguas subterráneas 6.0 –7.5 Traza HCO3-
Aguas cloruradas 4.0 – 9.0 Cl-, menos HCO3-
Cloruradas-bicarbonatadas
7.0 – 8.5 Cl-, HCO3-
Calentadas por vapor
4.5 – 7.0 SO42-, HCO3
-, traza Cl-
Ácidas-sulfatadas-cloradas
1.0 – 5.0 SO42-, Cl-
Ácidas sulfatadas 1.0 – 3.0 SO42-, traza Cl-
Bicarbonato 5.0 – 7.0 HCO3-
Cloradas diluidas 6.5 –7.5 Cl-, menos HCO3-
DIAGRAMAS HIDROGEOQUÍMICOS
Diagramade Piper
Diagramade Stiff
Gráfica de Schoeller
Cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+
Aniones: Cl-, CO32-, HCO3
-, SO42-, NO3
-Balance de electroneutralidad
ISOTOPÍA DE ELEMENTOS ESTABLES
Altas latitudes
TempladoTropical
δD = 8 δ18O + 10 𝐻2𝑂18(𝑔)+ 𝐻2𝑂16(𝑔) ↔ 𝐻2𝑂16(𝑔) + 𝐻2𝑂18(𝑙)
ISOTOPÍA EN GEOTERMIA
(tomado de Giggenbach, 1992)
Origen del agua Rango Descripciòn
Aguas magmáticas δ18O de +6 a +9 ‰δD de –40 a –80 ‰(White, 1974).
Las aguas magmáticas son aquellas que se han equilibrado con el magma, y son importantes en la génesis de rocas ígneas.
Aguas andesíticas δ18O de 7.8 a +11 δD de –10 y –30(Giggenbach, 1992)
Las aguas andesíticas representan la mezcla entre agua de mar y agua magmática y es esencialmente agua de mar reciclada. El agua de mar se introduce mediante zonas de subducción hasta llegar al manto. Esta agua subducida entra en contacto con corrientes de convección que la incorporan nuevamente al océano mediante sistemas hidrotermales con una señal isotópica diferente
Los constituyentes pueden ser solutos, gases o isótopos, los cuales se han reequilibrado muy lentamente a temperaturas más frías.
aA + bB↔ cC + dD
PRINCIPIO TERMODINÁMICO DE LOS GEOTERMÓMETROS
GEOINDICADOR NA-K-MG
Solutos
• SiO2• Na-K• Na-K-Ca• Na-K-Ca con
corrección de Mg• Na-Li• K-Mg
Gaseosos
• CO2• H2S• H2• CO2/H2• H2/H2S
Isotópicos
•Metano y dióxido de carbono:12CO2(g) + 13CH4(g) = 13CO2(g) + 12CH4(g)
•Hidrógeno gaseoso y metano: CH3D(g) + H2(g) = HD(g) + CH4(g)
•Hidrógeno gaseoso y agua: HD(g) + H2O(ac) = H2(g)+ HDO(ac)
•Isótopo de 18O en sulfatos solubles y agua: 18 δO (SO4)− 18 δO (H2O)
Karingithi, 2009
TIPOS DE GEOTERMÓMETROS
• Son una herramientaindispensable para laexploración de losrecursos geotérmicos,estimando lastemperaturas sub-superficiales usando lacomposición química eisotópica
• Son útiles para la fase deexplotación.
UTILIDAD DE LOS GEOTERMÓMETROS
MUESTREO GEOQUÍMICO: SALIDA DE CAMPO
•Identificación de sitios de intéres•Material a colectar (agua de pozo o de manantial, gases termales, roca, plantas, etc.)
•Preparación para la salida a campo•Plan de muestreo•Actividades de campo
ES IMPORTANTE QUE…..
•Lista con posiciones geográficas (UTM o latitud y longitud). Indicar la proyección y datum y la elevación
•Temperatura (°C) de la descarga y ambiental•Conductividad eléctrica y pH•Determinación de algunos analitos en campo•Flujo (L/s)•Presencia de burbujas•Presencia de olor a azufre (huevo podrido)•Presencia de precipitados alrededor de la descarga de los fluidos•Las muestras deben ser adecuadamente preservadas usando técnicas
estándar.
COLECTA DE FLUIDOS GEOTÉRMICOS
Colecta degasesdeunapozadelodo
ColectadegasesGiggenbach
Medicionesen campo
Gascondensado
Colectadegases
Colectadeaguatermal Muestreoen
pozos
INFRAESTRUCTURA
ANÁLISIS QUÍMICO: CONTROL DE CALIDAD
Blancos
Duplicados
Actividades de laboratorioQuality Control/Quality Assurance: replicas, % recobro, límite de detección, límite de cuantificación, linealidad, etc.
No detectable (ND)
Balance iónico
Analito
Aplicación
Límite de cuantificación
Costos
CONCLUSIONES
La exploración geotérmica es una herramienta indispensable para la explotación de recurso geotérmico.
Involucra una adecuada colecta de muestras, análisis químico de calidad y una interpretación correcta.
¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
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