Este curso está enfocado en introducir a las técnicas de exploración en Geotermia a profesionistas (de todas las Ingenierías y Licenciaturas en Geociencias, Ambientalistas, Economistas y carreras afines) interesados en las energías limpias. Les proporcionará información científica y técnica sobre las bases y nuevas corrientes para fomentar el interés en la energía geotérmica. El curso incluye temas de frontera en Geología, Geoquímica, Geofísica aplicados a la Exploración de recursos geotérmicos, conceptos básicos de la geotermia y su utilización.
Geotermómetros
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From the course by Universidad Nacional Autónoma de México
Introducción a la Geotermia
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Geoquímica
En este módulo se ven las técnicas geoquímicas usadas para cumplir con los objetivos de la exploración superficial, en las que se efectúan los análisis de las aguas de los manantiales, las emisiones de las fumarolas, las descargas de gases y las aguas frías superficiales para hacer inferencias de las condiciones del sistema hidrotermal.
Meet the Instructors
Dra. Rosa María Prol LedesmaInvestigadora Instituto de Geofísica UNAM
Instituto de Geofísica
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Bienvenidos a una presentación más de su curso introducción a la geotermia.
En esta ocasión vamos a ver cómo está estructurado un reservorio geotérmico
así como el cálculo de la temperatura de dicho reservorio.
Como recordarán, los sistemas hidrotermales convectivos han sido parte
fundamental para el desarrollo de la industria geotérmica.
Estos sistemas hidrotermales están compuestos por cuatro partes principales,
la primera es una fuente de calor que comúnmente es una cámara
magmática en proceso de enfriamiento.
La segunda es un reservorio geotérmico, en la cual se encuentra
el fluido geotérmico interaccionando con las rocas del reservorio y
se llevan a cabo diferentes reacciones de interacción agua roca.
La tercera parte es una capa sello, la cual la conforman rocas de baja
permeabilidad que impide el escape de fluido hacia la superficie.
Y por último una zona de recarga donde el agua
se infiltra y regresa de nuevo al yacimiento geotérmico.
Pero ustedes se preguntaran,
¿cómo se calcula la temperatura dentro del reservorio geotérmico?
Para esto existen diferentes herramientas
las cuales se conocen en literatura como geotermómetros químicos.
Pero ustedes ahora se preguntarán ¿qué son los geotermómetros químicos?
Bueno, los geotermómetros químicos son básicamente ecuaciones matemáticas que
relacionan la composición química de los fluidos con la temperatura del reservorio.
Las composiciones pueden estar en función de iones,
gases o isótopos que participan en procesos de interacción agua roca.
Este equilibrio se puede ver reflejado en fumarolas,
manantiales calientes o manifestaciones hidrotermales en la superficie.
¿Cómo se generan los geotermómetros químicos?
Los geotermómetros químicos se pueden determinar mediante dos pasos.
El primero, es manejar una base de
datos para determinar la correlación de la temperatura del reservorio
con composiciones químicas registradas durante la exploración geotérmica.
Y el otro paso es mediante la elaboración de experimentos de interacción
agua roca llevados a cabo en laboratorio, donde se estudia la solubilidad
de algunos minerales, como es el caso de la sílice o el cuarzo.
En general, existen tres tipos de geotermómetros
que se han utilizado para el desarrollo de la industria geotérmica.
Entre ellos se encuentran los geotermómetros de soluto o
también conocidos como químicos,
los geotermómetros de gases y los geotermómetros isotópicos.
En resumen, los geotermómetros de soluto se fundamentan
en el equilibrio que existe de los procesos de interacción agua roca
en el reservorio en función de la temperatura.
La reacción debe ser suficientemente rápida
para preservar las condiciones de equilibrio dentro del reservorio y estas
se vean reflejadas en la superficie mediante los fluidos de descarga.
Se debe tener en consideración qué tipo de geotermómetro es el más adecuado para
ser aplicado en cierto tipo de manifestación hidrotermal.
Para ello se deben tener en consideración las fuentes de error y por consiguiente
debemos de tener en cuenta y tomar en consideración muy
importante los siguientes puntos.
1, la calidad de los datos.
El análisis químico del agua debe ser lo más preciso y exacto posible Es
recomendable usar el balance de cargas para revisar la calidad de los análisis
químicos.
2, la selección del manantial.
No todos los manantiales son válidos para usar los mismos geotermómetros.
Manantiales con altas concentraciones de cloro y
velocidades de flujo mayores a un litro sobre segundo,
generan los mejores resultados para los geotermómetros químicos.
3, los manantiales con aguas ácidas no son convenientes para el uso de
geotermómetros, you que no reflejan el equilibrio del reservorio,
porque los fluidos reaccionan con rocas cerca de la superficie.
4, las aguas tibias.
Generalmente, son ricas en bicarbonatos y con cloro diluido.
Pueden ser indicadores de temperaturas someras,
pero son poco confiables para geotermometría.
5, rocas emplazantes.
Esta consideración es fundamental para la aplicación correcta de los geotermómetros.
La roca emplazante debe contener en abundancia
el mineral involucrado en la reacción química principal.
También es importante considerar la minerología
antes de aplicar los geotermómetros.
6, selección del geotermómetro.
En teoría, se debe obtener la misma temperatura al aplicar
diferentes geotermómetros a una misma agua geotérmica.
Sin embargo, debido a la complejidad de los procesos de los sistemas geotérmicos,
existen diferencias en las temperaturas estimadas.
Entre los geotermómetros químicos más utilizados en la industria geotérmica,
se encuentran el geotermómetro de sílice y los geotermómetros catiónicos, los cuales
incluyen el geotermómetro sodio-potasio, sodio-potasio-calcio y sodio-litio.
La calibración del geotermómetro de sílice
está fundamentado en experimentos de interacción agua- roca, donde se
investiga la solubilidad de cuarzo bajo ciertas condiciones de temperatura.
La ecuación de equilibrio básica del geotermómetro aparacene
en pantalla como ecuación uno, en la cual
la constante de equilibrio de la reacción se calcula por la ecuación dos.
Es importante señalar que existen diferentes especies
de sílice en la naturaleza.
Las principales especies que son de interés para el desarrollo de la industria
geotérmica, incluyen el cuarzo, la calcedonia y la sílice amorfa.
En la gráfica que observan en pantalla, se muestra una compilación de datos
experimentales que describe la curva de solubilidad del cuarzo.
Diversas calibraciones han sido propuestas para los geotermómetros de
cuarzo y calcedonia.
En pantalla se observan diferentes geotermómetros de sílice,
disponibles para estimar la temperatura del reservorio.
Las ecuaciones 1 y 2 estiman la temperatura de reservorio con la
concentración de sílice,
cuando el agua descargada se encuentra en equilibrio con cuarzo.
Para los casos con el fragmento conductivo se usa la ecuación 1
y para el fermento adiabático con máxima perdida de vapor se usa la ecuación 2.
Las ecuaciones 3 y 4 estiman la temperatura del reservorio con la
concentración de sílice cuando el agua descargada se encuentra en equilibrio con
calzedonia.
Y la ecuación 5 estima la temperatura de reservorio cuando el agua descargada se
encuentra en equilibrio con silicie amorfo.
Como se observa en la tabla los geotermómetros de silice están en función
de la solubilidad de una sola especie, por consiguiente debemos tener cuidado con la
aplicación de estos geotermómetros you que se ven afectados por la pérdida de vapor
o por la mezcla con aguas superficiales.
A diferencia del geotermómetro de sílice, los geotermómetros sodio
potasio no depende de una sola especie de concentración sino de una
relación de dos elementos en este caso el sodio y el potasio, estos no
se ven afectados por la perdida de vapor o disolución con aguas superficiales.
La variación de las consideraciones de sodio potasio,
se fundamentan en la reacción de intercambio iónico entre los minerales
feldespatos con el fluido geotérmico que existe en el reservorio.
De acuerdo a la reacción que se observa en pantalla
se evalúa la constante de equilibrio de los minerales feldespatos.
Aplicando la ecuación Van't Hoff se obtiene la correlación de la temperatura
con la relación sodio potasio, generando la ecuación del geotermómetro.
En la misma figura observamos que los geotermómetros son aptos para ser usados
en reservorios con temperaturas entre 280 grados y 350 grados centígrados y están
limitados notablemente para temperaturas bajas menores a 120 grados centígrados.
En pantalla se muestran algunos geotermómetros sodio potasio
disponibles en literatura para determinar la temperatura del reservorio.
Diversas ecuaciones han sido propuestas en los últimos 30 años para obtener
calibraciones más precisas, las cuales han sido cuantificadas por algunos autores,
como los geotermómetros cuatro y cinco que vemos en la tabla.
El geotermómetro sodio- potasio- calcio fue desarrollado por los
científicos Fournier y Truesdell en 1973.
La principal ventaja del geotermómetro sodio- potasio- calcio,
en comparación con el geotermómetro de sílice,
es que genera mejores resultados en aguas no equilibradas y a temperaturas bajas.
El geotermómetro sodio litio,
fue desarrollado por Foliar y sus colaboradores en 1981.
Para ser usado preferentemente en cuencas sedimentarias
con altas concentraciones de sales disueltas.
La calibración del geotermómetro esta basada en datos de perforación,
sin embargo, aún no existe una base teórica que explique el funcionamiento de
este geotermómetro.
El geotermómetro se ve afectado por procesos de dilución, mezcla y ebullición.
you que el litio es un elemento menor en los análisis químicos del agua y el sodio
es un componente mayor, los pequeños cambios en la concentración de litio.
Durante el ascenso del ruido, puede afectar la relación sodio- Litio.
Con esto concluimos la lección de los geotermómetros de soluto.
Los geotermómetros de gases los veremos en el apartado de gases geotérmicos
para una mayor comprensión.
Por mi parte eso es todo y nos vemos hasta el próximo video.
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