CARACTERIZACIÓN GEOQUÍMICA DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS EN DOS AMBIENTES CONTRASTADOS DEL NOROESTE ARGENTINO: PUNA AUSTRAL Y SISTEMA DE SANTA BÁRBARA

Tesis

Resumen *

A nivel global y durante las últimas décadas el aprovechamiento de la energía geotérmica ha tenido un importante desarrollo como respuesta al incremento de la demanda energética así como al progresivo encarecimiento de los combustibles fósiles y al impacto medioambiental asociado a su explotación. Si bien dentro del territorio argentino existen numerosos sitios de interés para la explotación del recurso geotérmico, actualmente solo se utiliza para usos directos. Particularmente, en el noroeste argentino existen sistemas geotermales asociados al arco volcánico Neógeno-Holoceno dentro del ámbito de la Puna y por otro lado, hacia el este, existen áreas con emisiones de fluidos geotermales alineadas en sentido N-S a lo largo de la Cordillera Oriental, Sierras Subandinas, Sierras Pampeanas y Llanura Chaco-Pampeana, relacionadas a circulación profunda de aguas meteóricas en áreas de gradiente geotérmico normal o ligeramente superior al normal. Sin embargo, la gran mayoría de los sistemas geotermales del noroeste argentino solo cuentan con estudios de reconocimiento preliminares, siendo necesarios estudios actualizados y multidisciplinarios que contemplen la utilización de diferentes técnicas (hidrogeología, geología estructural, geoquímica de fluidos, etc.) y que permitan generar modelos conceptuales detallados de los mismos. Esta información posibilitaría la re-evaluación del potencial económico de los sistemas geotermales de la región, atendiendo al desarrollo de nuevas tecnologías que permiten el aprovechamiento energético de prospectos geotérmicos anteriormente descartados y/o la optimización del uso directo de los mismos. En este sentido, el estudio de la geoquímica de los fluidos relacionados a sistemas geotermales constituye una valiosa herramienta durante las etapas de reconocimiento y pre factibilidad. En esta contribución se presentan los resultados del estudio geoquímico de las fases fluidas relacionadas a los sistemas geotermales de la caldera del Cerro Galán (SGCG) y del Cerro Blanco (SGCB), en el ambiente volcánico (Puna Austral) y de los sistemas geotermales de Rosario de la Frontera (SGRF), El Sauce (SGES) e Itangue (SGI), en el ambiente no volcánico (Sistema de Santa Bárbara y Sierras Subandinas). La caracterización geoquímica de las fases fluidas se realizó mediante el muestreo directo de aguas y gases, y el posterior análisis de su composición química (inorgánica y orgánica) e isotópica; lo que permitió determinar el origen de los componentes, los procesos que controlan su composición y las condiciones de P-T de los fluidos dentro del reservorio. Los SGCG y SGCB se caracterizan por ser de alta entalpía con fluidos dentro de los reservorios a temperaturas de ~140-216°C y ~260°C respectivamente. En estos sistemas el reservorio geotermal principal lo constituyen las rocas del basamento pre caldera mientras que la cubierta piroclástica actúa como sello del sistema. A pesar de que ambos sistemas geotermales se encuentran asociados a ambientes volcánicos, el aporte de fluidos de origen magmático es significativamente diferente entre ambos siendo de 8,66% para el SGCG y de 27% para el SGCB. Por otro lado, el primero está relacionado a un área con un gradiente geotérmico de ~143-166°C/km, mientras que en el segundo es de ~210°C/km. Estas diferencias posiblemente se atribuyan en primer lugar a la diferencia de edad entre la última actividad volcánica eruptiva registrada para cada sistema, siendo de 2,1 Ma para el primero y 4200 años para el segundo. En segundo lugar a la eficacia de la roca sello que en el SGCB minimiza la pérdida de energía térmica del reservorio por convección, lo que se evidencia por la ausencia de manantiales termales. Los SGRF, SGES y SGI son de media-baja entalpía con temperaturas del agua dentro de los reservorios menores a 130°C. A partir de la composición química e isotópica de las manifestaciones superficiales y de la revisión de las características de las litofacies presentes en la columna estratigráfica de cada sector se propone: i) para el SGRF la existencia de dos acuíferos diferentes: uno profundo, de composición HCO3--Na+, que representa el reservorio geotermal principal, y otro más superficial, de composición Cl¯(SO42-)-Na+. El acuífero profundo se encuentra alojado principalmente en las areniscas y conglomerados del Subgrupo Pirgua y es sellado por los sedimentos finos presentes tanto en el Subgrupo Santa Bárbara como en el Subgrupo Metán. Durante la circulación en profundidad el agua meteórica que recarga el acuífero geotermal adquiere una composición HCO3ˉ-Na+ y alcanza un equilibrio parcial con la roca a temperaturas de ~100-130°C. Estas aguas reciben el aporte de gases mantélicos, como lo evidencia la isotopía del CO2 y del He, y alimentan la mayoría de los manantiales termales de salinidad media a baja y alta temperatura. Durante el ascenso, el agua termal sufre procesos de mezcla con los acuíferos de composición Cl¯(SO42-)-Na+ más superficiales, salados y fríos localizados posiblemente en la Formación Río Seco (Subgrupo Metán). La presencia de gases con isotopía mantélica y el gradiente geotérmico anómalo superior al normal (~40 °C/km) estarían relacionados con la ubicación del SGRF en un depocentro cretácico donde existe actualmente un adelgazamiento del manto litosférico interpretado como un proceso remanente del rift cretácico; ii) para el SGES la existencia de un acuífero geotermal profundo con temperaturas de ~106°C y composición HCO3--Na+ que se mezcla con acuíferos salinos de composición Cl¯(SO42-)-Na+ en su ascenso a superficie a través de las estructuras. El acuífero geotermal profundo estaría alojado en las areniscas calcáreas de la Formación Yacoraite (Subgrupo Balbuena) y se encontraría sellado por las fangolitas y areniscas finas del Subgrupo Santa Bárbara. Los acuíferos de composición Cl¯(SO42-)-Na+ localizados probablemente dentro del Subgrupo Metán también serían de carácter termal por encontrarse a gran profundidad. Los bajos contenidos en sílice disuelta junto con las bajas temperaturas de emisión de los manantiales (en relación a las estimadas para el reservorio) sugieren un proceso de mezcla y enfriamiento durante el ascenso con acuíferos superficiales fríos de composición HCO3¯-Ca2+/Na+ y baja salinidad existentes dentro de los depósitos cuaternarios. Los gases de origen atmosférico disueltos en las aguas meteóricas que recargan el acuífero geotermal profundo dominan la composición de la fase gaseosa asociada a los manantiales termales. Por otro lado, al acuífero profundo recibiría el aporte de CO2 superficial proveniente de las dos fuentes corticales: materia orgánica y calizas (como lo evidencia su isotopía). Un gradiente geotérmico normal (~33 °C/km) y la ausencia de gases de origen profundo estarían asociados a la ubicación del SGES en una zona marginal de la cuenca cretácica; iii) para el SGI la existencia de niveles acuíferos termales posiblemente localizados en las areniscas de la Formación Tupambí y Las Peñas, y en las areniscas carbonáticas del Grupo Cuevo y de la Formación Tranquitas. Este sistema de acuíferos termales se encontraría confinado hacia la base por las pelitas de la Formación Los Monos y hacia el techo por los sedimentos finos de la base del ?Terciario Subandino?. Las aguas meteóricas de recarga adquieren una composición HCO3¯-Na+ dentro de los acuíferos y reciben el aporte de CO2 desde una fuente externa, posiblemente desde la Formación Los Monos (rica en materia orgánica), durante el ascenso en la zona de falla. Finalmente, los manantiales termales sufren procesos de mezcla y enfriamiento con el agua del subálveo de los ríos debido a su localización en los márgenes de los cauces superficiales. Un gradiente geotérmico ligeramente inferior al normal (~21,6 °C/km) y la ausencia de gases de origen profundo serían consistentes con la ubicación del SGI dentro de las Sierras Subandinas, donde no existió el desarrollo de cuencas cretácicas. En todos los sistemas geotermales, son las estructuras las que constituyen las vías preferenciales de ascenso de los fluidos geotermales a superficie. Por otro lado, diferentes procesos son los que contribuyen a modificar la química del agua meteórica que recarga los acuíferos geotermales: en los sistemas del ambiente volcánico el aporte de fluidos magmáticos es el principal proceso que contribuye a aumentar la salinidad, y en menor medida, la interacción agua-roca; mientras que en los sistemas del ambiente no volcánico son los procesos de interacción agua-roca los que modifican la composición química del agua dentro del reservorio, sumados a la mezcla con otros acuíferos durante el ascenso. Los resultados geoquímicos obtenidos junto con la información geológica disponible en la bibliografía y generada durante las tareas de campo permitieron plantear modelos geoquímicos conceptuales preliminares para los sistemas geotermales e investigar las condiciones físico-químicas de los fluidos dentro del reservorio constituyendo información valiosa para futuras evaluaciones del potencial geotérmico de las áreas estudiadas. Información suministrada por el agente en SIGEVA