Caracterización y evaluación del potencial geotérmico en la zona de Paucarani, región Tacna - [Boletín B 63]

Abstract

[ENG] The Paucarani geothermal zone is located in the Western Cordillera of the Andes of southern Peru, near the boundary with Bolivia and Chile (tripartite boundary marker), it is characterized by the presence of gas and water discharges. Most of the thermal springs are associated with volcanic rocks (<3 My), which overlies Mesozoic and Paleogene-Neogene volcanic rocks, also they are controlled by the Incapuquio regional fault system. The geothermal activity is associated to a transtensive system fault stress, for example, the Paucarani fault has a dextral movement; and a structural control in volcanic rocks. The main river that contributes to the geothermal system of Paucarani is the Uchusuma River; it has a semi-rigid rainy wheater and variable temperatures between -9 °C to 11 °C, with an average rainfall of 200 mm/month. The hydrogeology identified many types of aquifers such as: 1) the Maure aquifer or reservoir rock with capacity to store 203.17 Hm3, 2) the Sencca aquatarde or seal rock, and 3) shallow volcanic fissured aquifers in the Capillune Formation and Barroso Group. The recharge of the aquifers is directly associated with the rainfall (200 mm/month), however in a narrow amount it is related to the infiltration of water from rivers, lagoons, dams, snow, etc. The flow of water circulates in two directions from NW-SE (from Paucarani to the Laguna Blanca) to N-S (from the Picanani ravine to the Laguna Blanca); they are controlled by faults (NW-SE and ENE-WSW), diaclases and foldings, which benefits the transmissibility and storage of groundwater. The chemical and isotopic composition of the thermal discharges of water and gas from the Paucarani geothermal system allowed the physico-chemical conditions of the fluid source characterization. The chemical facies of the thermal discharges vary from chlorinated alkaline (Na-Cl), sulfated-chlorinated alkaline earth (Ca.Mg-SO4.Cl) and bicarbonated alkaline earth (Ca.Mg-HCO3). The geothermometry of the water suggests that the fluid temperature in the reservoir is 221 °C (silica geothermometer). While the cationic geothermometers are in the range of <120 °C (K / Mg) and > 260 °C (Na-K-Ca), it is considered as an unreal value because it not reaches the water-rock equilibrium; probably it is related to an active magmatic system with highly acidic fluids (pH between 1 to 4) and H2S gases. The hot and cold water interact in deep and superficial level with rocks and they are saturated with some elements generating precipitates, many of mineralogical composition are: Alunite, Quartz and Sulfur, as well as siliceous sinter with weak As and Li anomalies. These outcrops are layered and suggest the history of thermal events. There are small salt flats areas with strong anomalies of As, Li and Sr. The isotopic composition of the thermal water (δ2H and δ18O) suggest that water origin is from the mixing between magmatic and meteoric water; the infiltration at deep level are defined by NW-SE and ENE-WSW faults. The water migrates to surface and arise in the form of thermal sources; they can be mixing with shallow and superficial waters where the geothermal contribution to the water chemistry occurs in the Uchusuma basin. Geophysical studies such as aerial magnetic analysis allowed identify structures and morphology for the elaboration of the integrated model of the Paucarani geothermal zone. While the magnetoteluric identified a conductive anomaly (<10 Ohm * m) from the surface to 2000 m depth, associated with the seal layer (clay cap), with a thickness of 1200 m and a resistive anomaly (8-70 Ohm * m) with an average thickness of 1500 m linked to the reservoir. In addition, a conductive anomaly was detected at 7000 m; it was associated with a geothermal fluids rise using the structural control of the area. And the relationship of these results with the regional geological context, the clay cap would be related to the Tacaza Group and the geothermal reservoir would be formed between the Huilacollo Formation and Toquepala Group. According with the analysis of the magnetic information, the area of main interest is at the SW and SE side, it has negative anomalies related to the geothermal flow that would be structurally controlled along NE-SW and E-W fissures and fractures. The main lineament has a NE-SW trend, parallel to the negative anomalies that are used to recharge the system. The results of the geological, hydrogeological, geochemical and geophysical exploration studies allowed the elaboration of the integrated conceptual model for the Paucarani geothermal system, where geothermal fluids are associated with magmatic sources. The evaluation of the geothermal potential for a minimum area of 10 km2 in the geothermal system of Paucarani reaches 72 electrical MW at a 62 % probability. The variables with greater sensitivity are the reservoir temperature with 42.5 % and the area with 19.6 %. However, these results should be test with deep exploration surveys.

[ESP] La zona geotermal de Paucarani está localizada en la Cordillera Occidental de los Andes del sur del Perú, cerca de los límites fronterizos con Bolivia y Chile (hito tripartito); se caracteriza por la presencia de descargas de gas y agua termal. La mayoría de los manantiales termales se asocian a rocas volcánicas (<3 Ma), que sobreyacen a rocas sedimentarias del Mesozoico y volcánicas del Paleógeno-Neógeno; y son controladas por el sistema de falla regional Incapuquio. La actividad geotermal se asocia a un sistema de esfuerzos transtensivo; siendo la falla Paucarani de tipo dextral que ejerce el control estructural de las rocas volcánicas. Las imágenes satelitales permitieron detectar anomalías de temperatura superficial hacia la zona geotermal de Kallapuma y al oeste de la represa Paucarani, así como alteraciones hidrotermales argílica, argílica avanzada, lineamientos NO-SE y ENE-OSO. Según los resultados mineralógicos y petromineralógicos, las rocas volcánicas del Grupo Barroso presentan zonas de alteración hidrotermal argílica avanzada y oxidación (jarosita, goetita); además anomalías de arsénico. El lineamiento NO-SE establece el límite entre las secuencias piroclásticas (Formación Sencca) y epiclásticas (Formación Capillune), con las lavas andesita – dacíticas del Grupo Barroso. En la zona norte se ubica el nevado Paucarani, cuyas lavas representan al último evento volcánico en la zona de estudio. La principal cuenca hidrográfica que alimenta al sistema geotermal de Paucarani es el río Uchusuma; tiene clima lluvioso semifrígido con precipitación promedio de 200 mm/mes y temperaturas variables entre -9 °C a 11 °C. La hidrogeología determinó diferentes tipos de acuíferos tales como: 1) el acuífero Maure con capacidad para almacenar 203.17 Hm3, 2) el acuitardo Sencca o roca sello y 3) acuíferos fisurados volcánicos someros en las Formaciones Capillune y el Grupo Barroso. La recarga de los acuíferos está directamente asociado a la precipitación pluvial (200 mm/mes); sin embargo, en mínima cantidad tendría relación con la infiltración de aguas provenientes de los ríos, lagunas, represas, nevados, etc. El flujo de agua circula en dos direcciones de NO-SE (desde Paucarani hacia la Laguna Blanca) y N-S (desde la quebrada Picanani hacia la Laguna Blanca). Están controlados por fallas (NO-SE y ENE-OSO), diaclasas y plegamientos, las cuales favorecen la transmisibilidad y el almacenamiento de las aguas subterráneas. La composición química e isotópica de las descargas térmicas de agua y gas del sistema geotermal de Paucarani permitieron determinar las condiciones físico-químicas de la fuente de fluido. Las facies químicas de las descargas térmicas varían entre clorurada alcalina (Na-Cl), sulfatada-clorurada alcalina térrea (Ca.Mg-SO4.Cl) y bicarbonatada alcalina térrea (Ca.Mg-HCO3). La geotermometría de sílice en fase líquida, estima que el reservorio del fluido tiene una temperatura de hasta 221 °C. Mientras que, los geotermómetros catiónicos determinaron temperaturas desde <120 °C (K/Mg) hasta >260 °C con Na-K-Ca, considerados como valores irreales por no alcanzar el equilibrio agua-roca, asociados a sistemas magmáticos activos, manifestado por la presencia de fluidos altamente ácidos (pH entre 1 a 4) y gases H2S. Las aguas termales y frías al interaccionar a nivel profundo y superficial con este tipo de rocas se saturan de algunos elementos, lo que ha genera precipitados de composición mineralógica mayoritaria de alunita, cuarzo y azufre; así como sínter silíceo con anomalías débiles de As y Li. Estas manifestaciones se presentan estratificadas, lo cual da cuenta de un historial de eventos termales. Existen zonas con acumulación de salmueras con anomalías fuertes de As, Li y Sr. La composición isotópica de las aguas termales (δ2H y δ18O) indica que se originan de una mezcla entre agua magmática y meteórica, siendo en mayor proporción el agua meteórica. Luego se infiltran a nivel profundo favorecidas por la presencia de estructuras con dirección NO-SE y ENE-OSO; migran con flujo lateral hacia la superficie y surgen en forma de fuentes termales. Además pueden mezclarse con aguas someras y superficiales donde ocurre la contribución geotermal a la química del agua en la cuenca Uchusuma. Los estudios de geofísica como la magnética aérea permitieron localizar estructuras e identificar la morfología para elaborar el modelo integrado de la zona geotérmica de Paucarani. La magnetotelúrica identificó una anomalía conductiva (< 10 Ohm*m) desde la superficie hasta los 2000 m de profundidad, asociada a la capa sello (clay cap) de 1200 m de espesor y una anomalía resistiva (8-70 Ohm*m) de 1500 m de espesor en promedio vinculada al reservorio. Además se detectó una anomalía conductiva a partir de los 7000 m relacionados con una zona de ascenso de fluido geotérmico a través del sistema estructural del área. Y la relación de estos resultados con el contexto geológico regional la capa sello sería el GrupoTacaza y el reservorio geotérmico estaría formándose entre la Formación Huilacollo y el Grupo Toquepala. Del análisis de la información magnética, se identificó al SO y SE del área de estudio anomalías negativas relacionadas al flujo geotérmico; estructuralmente controlados a lo largo de fisuras y zonas de fractura, orientadas de NE-SO a E-O. Los principales lineamientos identificados tienen dirección NE-SO, paralelos a las anomalías negativas que son aprovechadas para la recarga del sistema. Los resultados de los estudios de exploración geológica, hidrogeológica, geoquímica y geofísica permitieron la elaboración del modelo conceptual integrado para el sistema geotermal de Paucarani, donde se observa que los fluidos geotérmicos están asociados a fuentes magmáticas. Los resultados de la evaluación del potencial geotérmico para un área mínima de 10 km2 en el sistema geotermal de Paucarani, determinó 72 MW eléctricos, con una probabilidad del 62 % para el aprovechamiento del recurso. Las variables con mayor sensibilidad son, la temperatura del reservorio con 42.5 % y el área con 19.6 %. Sin embargo, estos resultados deben ser comprobados con estudios de exploración profunda.