caracterización mediante microtomografía de rayos x de ...tlamati.uagro.mx/t7e2/625.pdf · 4°...

Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Caracterización mediante Microtomografía De Rayos X de rocas

carbonatadas, con potencial geotérmico en Las Derrumbadas, Puebla, México

Diana Atenea Guevara Alday

Unidad Académica de Ciencias de la Tierra

Programa de verano AMC

[email protected]

Físico – Matemáticas y Ciencias de la Tierra

Dr. Víctor Hugo Garduño Monroy

Docente-Investigador del Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Tierra de la

UMSNH [email protected]

Resumen

Para la evaluación del potencial geotérmico de un área de estudio, es de gran importancia

considerar la estimación de distintos parámetros relacionados con las características petrofísicas

de la roca involucrada en el yacimiento. La permeabilidad es uno de ellos, y está directamente

relacionada con la porosidad de la roca y la conexión existente dentro de ella. Esta característica

en particular, determina la posibilidad de movimiento de los fluidos a través de la matriz de la

roca. El análisis de las porosidades fue elaborado en las rocas carbonatadas y metamorfizadas del

área de Las Derrumbadas, Pue., aplicando la microtomografía computarizada de rayos X (MTC)

conjugada con la geología. La MTC es una técnica de caracterización no destructiva que permite

estudiar la porosidad interna en las rocas de forma tridimensional, así como también nos ayuda a

identificar los diferentes minerales que la componen, gracias a que la imagen se crea en el modo

de absorción. La MTC aprovecha la diferencia que existe en la atenuación de la radiación que

pasa a través de ella, de manera que las imágenes obtenidas de los cuerpos estudiados son

representaciones gráficas de los diferentes coeficientes de atenuación que tienen éstos, es decir,

una imagen en un espectro de grises. Estás imágenes serán tratadas con filtros y operaciones



morfológicas que permitirán separar las fases presentes, basándose en el contraste que existe

entre ellas y su análisis se realizara con ayuda del software Image J. A partir de esas imágenes

binarias es posible crear representaciones tridimensionales, que nos permitirá analizar la

porosidad de la roca de manera tridimensional, para obtener parámetros como la fracción en

volumen, interconectividad, tortuosidad y permeabilidad de la porosidad real en 3D de la roca.

Palabras Clave: Microtomografía de rayos X, Geotermia, Porosidad, Permeabilidad, Las

Derrumbadas.

Introducción

México cuenta con un escenario tectónico-estructural favorable para el desarrollo de la

energía geotérmica de baja, media y alta entalpia, que es generada a partir de la energía calorífica

de la Tierra. Sin embargo, el desarrollo de esta energía renovable se ha restringido a sistemas

geotérmicos de alta entalpia como es el caso de Cerro Prieto, Baja California, Los Azufres,

Michoacán y los Humeros, Puebla, que han sido operados por la Comisión Federal de

Electricidad (CFE), en los que actualmente se obtiene una capacidad total instalada de 1,028 MW

(Flores, 2015) colocando al país en el cuarto lugar a nivel mundial en producción geotérmica;

dichos campos empezaron a funcionar en la década de los 60´ pero cada vez este tipo de sistemas

son más escasos.

En el mundo, la tecnología ha avanzado de manera progresiva permitiendo la explotación de los

sistemas de baja y media entalpia, que en el pasado no se podían explotar. Por ello, México ha

puesto un especial interés para localizar estas zonas apoyándose en estudios multidisciplinarios

que permitirán su localización y en algunos casos permitirá estimar el nivel de producción dando

como resultado el desarrollo de varios yacimientos del país.

Este estudio se encuentra basado en uno de los sitios de interés de baja entalpia localizado en el

estado de Puebla, en el campo volcánico Las Derrumbadas, ubicado a 37 km al sur del Campo

Geotérmico “Los Humeros”. Se propone utilizar la microtomografía computarizada de rayos X

en rocas sedimentarias y metamórficas para determinar principalmente la porosidad, tortuosidad

y permeabilidad de la porosidad real en 3D de la roca. Esta tecnología es un método no

destructivo que consiste en hacer pasar un haz de rayos X a través de la muestra, la cual gira

sobre su propio eje a 360° y se adquieren radiografías en diferentes posiciones angulares

Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

alrededor de la misma.. En este trabajo se espera conjugar los resultados que se obtendrán de la

MTC con la geología para poder obtener la porosidad real de la roca, debido a que la interacción

entre estas dos disciplinas permitirá obtener resultados más reales y precisos, esto en función de

las facies carbonatadas presentes.

Materiales y Métodos

Este trabajo se lleva a cabo en cuatro etapas, el primero es el trabajo de gabinete y el

segundo el trabajo de campo, el tercero, trabajo de laboratorio y el cuarto, análisis de resultados;

en algunas ocasiones se conjugan estos cuatro trabajos para poder obtener un resultado eficaz y

veras.

Trabajo de Gabinete

Este trabajo radica de manera inicial en la revisión bibliográfica del área de estudio, buscando

antecedentes o datos de los diferentes tipos de estudios asociados al tema, que favorezcan la

comprensión previa del área.

La segunda etapa consiste en hacer estudios de fotointerpretación para el reconocimiento previo

de las diferentes litologías, siendo de particular interés las rocas carbonatadas que forman parte

del basamento de la zona. Este trabajo se realiza con el apoyo de dos softwares: ArcMap v. 10.3 y

Google Earth Pro v.7.1.2 y Global Mapper v.16.

La tercera etapa es posterior al trabajo de campo, consiste en procesar e interpretar los datos

obtenidos de la salida de campo.

Trabajo de Campo

La salida se planeó para 7 días, proponiendo transeptos que favorecieran la obtención de datos y

muestras a colectar, apoyándonos con la fotointerpretación previamente obtenida con el objetivo

de generar un mapa cartográfico con las diferentes unidades litológicas de rocas carbonatadas en

el área.



Se propusieron diferentes puntos estratégicos para la obtención de muestras y la descripción en

muestra de mano y afloramiento, obteniendo un total de 45 muestras de los diferentes

afloramientos seleccionados (ver figura 1).

Figura 1: En el afloramiento se observan los diferentes espesores de los estratos pertenecientes a la

formación Tamaulipas Superior que consiste en rocas carbonatadas denominadas Calizas.

Trabajo de Laboratorio

Procesamiento para laminas delgadas

Para el análisis petrográfico se utilizó la técnica de petrografía de luz transmitida, para lo que se

hace incidir un haz de luz a través de una lámina delgada de cada muestra preparada con

anterioridad en un microscopio petrográfico Axio Scope; donde a través de las propiedades

ópticas, como son sus características paleontológicas y texturales, fueron descritos los

constituyentes de las rocas.

Para la preparación de las láminas delgadas se siguió el procedimiento que se describe a

continuación:

1. La muestra fue cortada con una cortadora manual de disco de diamante (ver figura 2), al

tamaño del portaobjetos (26mm x 46mm) en el que posteriormente se ha de pegar.

2. La muestra se pule en la superficie que será pegada en el portaobjetos (previamente

pulido), de manera progresiva con los abrasivos (polvo de carburo de silicio) No. 240,

No. 360, No. 400, No. 600 y No. 1000


3. Se procede con el lavado ultrasónico de las muestras por periodos de entre 5 y 15

minutos, para eliminar cualquier residuo producto del cortado o pulido de la muestra

4. Una vez seca la muestra se pega con resina fotosensible, la superficie pulida de la

muestra, sobre la cara de un portaobjetos, que previamente fue pulida con el abrasivo

N°600.

5. Una vez endurecida la resina se corta la muestra con una cortadora de precisión para

retirar la roca excedente (ver figura 2) que se observa en el centro de la imagen con

tonos grises.

Figura 2: Se observa los diferentes instrumentos utilizados para el procesamiento de las

láminas delgadas de las rocas carbonatadas.

6. Se pule la muestra con los abrasivos mencionados anteriormente, hasta lograr que

sobre el portaobjetos solo permanezca una delgada lamina de 30 micras (figura 3). Todo

este procedimiento se realiza para la apreciación de los diferentes minerales existentes

bajo el microscopio petrográfico



Figura 3: Se observa el método para rebajar la muestra hasta 30 micras. Consiste en desbastar la

muestra previamente cortada en la cortadora de precisión, para ello, se utiliza un cristal grueso

donde se rebaja la muestra con uso de los abrasivos de diferente espesor.

Procesamiento de muestras para el microtomografo

Para el estudio de la porosidad y permeabilidad en la roca se realizó un procesamiento de 5

muestras diferentes que fueron previamente seleccionadas por sus diferencias petrográficas y

físicas. Este procedimiento consiste en sacar pequeños núcleos del tamaño 5/32”” utilizando

brocas con punta de diamante.

Posteriormente, se mandó a analizar la muestra al microtomografo que consiste en hacer pasar

un haz de rayos X a través de la muestra, la cual gira sobre su propio eje a 360° y se adquieren

radiografías en diferentes posiciones angulares alrededor de la misma.

Resultados

Los campos geotérmicos se generan principalmente a partir de la intrusión de un plutón de

edades recientes <100ka con composición ácida en la superficie de la corteza terrestre, a

aproximadamente 5 a 10 km de profundidad. Esta intrusión genera una alteración en las rocas


cercanas al yacimiento geotérmico cambiando la estructura interna de la roca. En el caso de las

rocas carbonatadas (rocas sedimentarias), se transforman en mármol (rocas metamorfizadas)

debido a las altas temperaturas y presión a las que están sometidas.

En el área se reconocieron 5 unidades estratigráficas de rocas carbonatadas, pertenecientes

a las Formaciones Tamaulipas Inferior, Tamaulipas Superior, Orizaba, Agua Nueva y San Felipe,

que fueron reconocidas por su diferente ambiente deposicional y contenido paleontológico (ver

tabla 1).

En el caso de la microtomografía computarizada no se pudo obtener los resultados debido

al escaso tiempo del verano de investigación, sin embargo, se participó en el procesamiento de las

dos muestras metamórficas.

MUESTRAS COORDENADAS FORMACIÓN FOSILES TEXTURA

1 LDAT-01 Y=659050 X=2128750

Fm. Tamaulipas Inferior

Pellets, bioclastos, bivalvos, braquiópodos, miliolidos, coral

Packstone

2 LDAT-02 Y=659030 X=2128550


Miliolidos, bioclastos con matriz de micrita

Wackestone

3 LDAT-03 Y=659252 X=2126540

Fm. Tamaulipas Superior

Miliolidos con matriz de micrita

Mudstone

4 LDAT-04 Y=659252 X=2126540


Miliolidos Mudstone

5 LDAT-05 Y=659252 X=2126540


Miliolidos, globigerinidos, bioclastos, foraminíferos

Wackestone

6 LDAT-06 Y= 659033 X=2128137


Equinodernos, bivalvos, globotruncanas, miliolidos, bioclastos, litoclastos.

Packstone

7 LDAT-07 Y=659122 X=2127953


Miliolidos, pedazos de coral Mudstone

8 LDAT-08 Y= 659124 X=2127799


Miliolidos, braquiópodos, oolitas

Grainstone

9 LDAT-10 Y= 659124 X=2127799


Miliolidos, globotruncanas(?)

Grainstone

10 LDAT-11 Y=659652 X=2127497


Bioclastos, miliolidos Mudstone

11 LDAT-13 Y= 659654 X=2127312


Miolidos, bioclastos Grainstone-Packstone

12 LD-22-SA0 Y=660264 X=2129694

Fm. Orizaba Gasterópodos, braquiópodos, bivalvos,

Packstone



Z=2576 bioclastos, rudistas

13 LD-23-SAO Y= 660222 X=2129609 Z=2584

Fm. Tamaulipas superior

Globotruncanas, miliolidos, bioclastos.

Mudstone

14 LD-26-SAO Y=660201 X=2129260 Z=2576

Fm. Tamaulipas inferior

Bivalvos, miolidos, bioclastos

Wackestone

15 LD-27-SAO Y=660292 X=2128774 Z=2607


Miliolidos, bioclastos Mudstone

16 LD-29-SAO Y= 660134 X=212746 Z=2433


Miliolidos, bioclastos y otros foraminíferos

Mudstone/ Wackestone

17 LD-30-SAO Y= 660280 X=2127057 Z=2427


Bioclastos, miliolidos, oolitas, globotruncanas

Packstone

18 LDAT-15 Y=671084 X=2154102 Z=2334


Pellets (?), globigerinidos. Wackestone Terrígena

19 LDAT-17 Y=670799 X=2152871 Z=2399

Fm. Tamaulipas Superio (?) o Agua Nueva

Globontrucanas (?), oolitas(?)

Mudstone

20 LDAT-20 Y=670539 X=2150296 Z=2327


Bioclastos globigerinidos

Mudstone

21 LDAT-23 Y= 671721 X=2149784 Z=2443

Fm. San Felipe Foraminiferos, globontrucanas(?) bioclastos

Mudstone Terrígena

22 LDAT-24 Y=663583 X=2137737 Z=2423


Miolidos, fantasmas de fosiles, bioclastos

Mudstone Terrígena

23 LDAT-16 Y=670988 X=2153378 Z=2371

Fm. Tamaulipas Superior (?) o Agua Nueva

Globigerinidos Mudstone

24 LD-05 Y=667548 X=2145068 Z=2345

Fm. Tamaulipas Superior (?)

Bioclastos Mudstone

25 LD-08 Y=667516 X=2144751 Z=2370


Miliolidos, globigerinidos, bioclastos

Mudstone/ Wackestone

26 LD-10 Y=666987 X=2143965 Z=2364


Miliolidos, pellets Packstone

27 LD-37-CH Y= 670363 X= 2152783 Z= 2360


Bioclastos. La muestra se encuentra reclistalizada

Mudstone recristalización

28 LD-40-CH Y= 670748 Fm. Tamaulipas Dolomitización Grainstone


X= 2151225 Z= 2357

Inferior (?)

29 LDAT-18 Y= 670783 X= 2150961 Z= 2352


Pellets Packstone

30 LDAT-19 Y= 670309 X= 2150813 Z= 2338


Bioclastos, globigerinidos Mudstone

31 LDAT-21 Y= 670804 X=2149919 Z= 2364


Bioclastos, globigerinidos Mudstone

32 LDAT-22 Y= 670721 X= 2149810 Z= 2340

Fm. San Felipe Globotruncanas Wackestone

33 LD-16-21 Y= 659610 X= 2129526 Z= 2463


Bioclastos Mudstone

34 LDAT-15 Y= 671084 X= 2154102 Z= 2334

Fm. Tamaulipas inferior

Oolitas, bioclastos, globigerinidos

Wackestone

35 LDAT-14 Y= 671342 X= 2155043 Z= 2330


Bioclastos, pellets (?), globigerinidos

Mudstone

36 LDAT-16 Y= X= Z=

Fm Tamaulipas Superior

Bioclastos, pellets o/y oolitas

Mudstone

37 LD16-22 Y= 659434 X= 2129322 Z= 2487


Bioclastos, pelletes y/o oolitas

Packstone

38 LD35-CH Y= X= Z=


Bioclastos, globigerinidos Packstone

39 LD32-CH Y= X= Z=


Globigerinidos, bioclastos Mudstone (?)

40 LD-Est-07 Y=667526 X=2144949 Z=2358


Globigerinidos, bioclastos. Mudstone

41 LD-16-19

Y= 659915 X= 2129765 Z= 2611

Orizaba Biclastos, bivalvos, rudistas, Packstone

42 LDAT-25

Orizaba Bioclastos, bivalvos, Packestone

43 LDAT-12 X= 659670 Fm. Tamaulipas Miliolidos, oolitas, Greinstone



Tabla 1: Se presenta de manera ordenada los datos obtenidos en campo que posteriormente

fueron corroborados en gabinete. En esta tabla se muestran el número total de las diferentes

muestras obtenidas en campo con su respectiva rotulación y coordenadas en formato UTM

(Universal Transverse Mercator), incluyendo las formaciones a las que pertenecen, el contenido

paleontológico (fósiles) y tipo de textura que presenta la roca carbonatada.

Discusión y conclusiones

La geotermia es una de las áreas menos desarrolladas en México, por ello en la actualidad

se ha buscado ampliar el desarrollo tecnológico y científico para beneficio del país, produciendo

energía limpia en una economía baja en carbón. Para su desarrollo es necesaria la interacción

entre diferentes disciplinas, sin embargo, a pesar de los diferentes esfuerzos por reducir el riesgo

de pozos fallidos el porcentaje de éxito no es total, esto es debido a que en algunas zonas la

permeabilidad de la roca es nula lo que impide la infiltración del agua meteórica y el ascenso de

fluidos dando como resultado un pozo no productor.

La microtomografía es un nuevo método aplicado a la geotermia que reduciría el riesgo de

pozos fallidos, debido a que permite estudiar la porosidad interna en las rocas de forma

tridimensional; este método nos permite realizar análisis cuantitativos y cualitativos de la

permeabilidad que se encuentra directamente relacionada con la porosidad de la roca y la

conexión existente dentro de ella. Esto en particular, determina la posibilidad de movimiento de

fluidos a través de la matriz de la roca, lo que facilita el ascenso de los fluidos geotérmicos que

favorece la producción y explotación del yacimiento.

En el área se detectaron cinco formaciones diferentes de rocas carbonatadas

pertenecientes al Cretácico, abarcando desde el Berriasiano al Maastrichtiano, que fueron

generadas a partir de los diferentes ambientes de depósito. De acuerdo a los estudios previos

realizados por Camilo y García (1982) por parte de la CFE se corrobora la existencia de estas

litologías, sin embargo, la columna estratigráfica que ellos presentan es más amplia debido a la

extensión del área que estudiaron.

Y=2125467

Superior bioclastos


Agradecimientos

Agradezco a la Academia Mexicana de Ciencias por el apoyo económico brindado para

realizar mi Verano de la Investigación Científica.

Agradezco de manera personal al Dr. Víctor Hugo Garduño Monroy por la oportunidad de

realizar mi verano de investigación en el Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Tierra de

la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo perteneciente al estado de Morelia,

Michoacán y por integrarme al proyecto estratégico No. 17 denominado “Estudio de

fracturamiento-fallamiento y campo de deformación actual, apoyados con sísmica y tomografía

en los campos geotérmicos de Cuitzeo, Michoacán, Rancho Nuevo, Guanajuato, Las

derrumbadas, Puebla y volcán Tacana, Chiapas. También al Dr. Luis Olmos por las enseñanzas y

la paciencia que tuvo al mostrarme el arte de la microtomografía.

Agradezco al Instituto de Geofísica Unidad Morelia perteneciente a la UNAM,

principalmente al laboratorio de petrografía por permitirme realizar las láminas petrográficas.

Referencias

Erik Flügel,2010. Microfacies of Carbonate Rocks, Analysis, Interpretation and Application.

Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 984 p.

Flores-Armenta, M., 2015. Perspectivas de la nueva empresa productiva Del Estado. AGM XXII

Congreso Anual – 2015. Cuernavaca, Mor., 10 – 11 Marzo.

Instituto Nacional de Estadística Geográfica Informática, 2010, Carta Topográfica, Clave

E14B35, (Guadalupe Victoria, Puebla), Escala 1:50000. INEGI, México, D.F.

Instituto Nacional de Estadística Geográfica Informática, 2010. Carta Topográfica, Clave E14-

B45 (San Salvador El Seco, Puebla), Escala 1:50000. INEGI, México, D.F.

Instituto Nacional de Estadística Geográfica Informática, 2010. Carta Topográfica, Clave E14-

B36 (Xico), Escala 1:50000. INEGI, México, D.F.

M.F.S Oliveira, I. Lima, P.L Ferrucio, C.J. Abreu, L. Borghi, R.T. Lopes. 2011. Petrophysical

analysis of limestone rocks by nuclear logging and 3-D high resolution X-Ray computed

microtomography. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.

Servicio Geológico Mexicano, 2006, Tamaulipas Inferior, Léxico Estratigráfico de México,

SGM, México, D.F.



Servicio Geológico Mexicano, 2013, Tamaulipas Superior, Léxico Estratigráfico de México,

SGM, México, D.F.

Servicio Geológico Mexicano, 2010, Orizaba, Léxico Estratigráfico de México, SGM, México,

D.F.

Servicio Geológico Mexicano, 2015, San Felipe, Léxico Estratigráfico de México, SGM,

México, D.F.

Servicio Geológico Mexicano, 2007, Agua Nueva, Léxico Estratigráfico de México, SGM,

México, D.F.

Richard A. Ketcham, William D. Carlson. 2001. Acquisition, optimization and interpretación de

X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences. Computers &

Geosciences.

Yáñez García Camilo, García Durán Salvador (1982) Exploración de la región geotérmica Los

Humeros-Las Derrumbadas, Estado de Puebla y Veracruz. Comisión Federal de Electricidad.

caracterización mediante microtomografía de rayos x de ...tlamati.uagro.mx/t7e2/625.pdf · 4°...

Documents