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Instituto Colombiano de Geología y Minería www.ingeominas.gov.co Ministerio de Minas y Energía

República de Colombia

Instituto Colombiano de

Geología y Minería

INGEOMINAS

Congreso Internacional en Ciencias y Tecnologías Ambientales

IV Sesión: Energía, producción y consumo sostenible

Univalle, Cali, Noviembre 17 al 19 de 2010

RECURSOS GEOTÉRMICOS DE

COLOMBIA

Claudia Alfaro Valero

Proyecto Exploración de Recursos Geotérmicos

Subdirección de Recursos del Subsuelo

INGEOMINAS

http://intranet.ingeominas.gov.co/pasto/images/a/ac/Mosaico_imagenes_termicas_volcan_Azufral_sobrevuelo_14700_pies_sep_19_2009.jpg



INGEOMINAS

1er. Congreso Internacional de Energías Renovables para Territorios Sustentables

Manizales, Noviembre 10 al 12 de 2010



INGEOMINAS

1. MARCO CONCEPTUAL

2. USOS DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS

3. EFECTOS AMBIENTALES

4. MÉTODOS DE EXPLORACIÓN

5. RECURSOS GEOTÉRMICOS EN COLOMBIA

6. CONCLUSIONES

Contenido



INGEOMINAS

1 MARCO CONCEPTUAL



INGEOMINAS

http://www.universetoday.com/77090/

Caldera Nilli Patera

Recursos Geotérmicos

Biológico

Foto: Carlos Granada. UCM

Mineral

Lardarello, 1904

Termalismo (Geología

Médica)

Geoturismo

Energético

Patrimonio Natural

Geológico

Extracción de

minerales:

SiO2, Zn, Cu,

Pb,, Ag

http://www.universetoday.com/wp-content/uploads/2010/10/mars-hot-spring.jpg



INGEOMINAS

http://geothermal.marin.org/geopresentation/sld005.htm

Gradiente térmico y calor




INGEOMINAS Fuentes y pérdidas de Energía de la Tierra

Tomado de Clauser, 2006

99.3 % Flujo calor conductivo

Fuentes no radiogénicas:

Calor inicial y Energía gravitacional de

formación núcleo y corteza

Dínamo

geomagnetico

Vulcanismo



INGEOMINAS

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA

DE CALOR

http://www.vtaide.com/png/heat2.htm

CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN

Conducción: Medio sólido. Choque entre moléculas por aumento de

energía vibracional. Fonones

Convección: Movimiento de fluidos.

Radiación: Transferencia por medio de ondas electromagnéticas.

Fotones



INGEOMINAS

Características Pollack et al, 1993

Flujo de calor global promedio 87 mW/m2

Máximo flujo de calor > 350 mW/m2

Corteza continental 65; σq = 25

Corteza Oceánica 101; σq = 45

Pérdida de calor global > 44 TW

Flujo de calor terrestre

http://www.geophysik.rwth-aachen.de/IHFC/heatflow.html

Consumo mundial de energía

2008 = 4.74*10 20 J

1.39*1021 J






INGEOMINAS

Clasificación de los

recursos geotérmicos

1. En función del tipo de fluido:

- Hidrotermales

- Geopresurizados

- Roca Caliente

- Magma

Tipo de

recurso

(a) (b) (c) (d) (e)

Entalpía

baja

< 90 <125 <100 ≤150 ≤190

Entalpía

intermedia

90-150 125-225 100-200 - -

Entalpía

alta

>150 >225 >200 >150 >190

(a) Muffler and Cataldi (1978), (b) Hochstein (1990), (c) Benderitter & Cormy (1990), (d) Nicholson

(1993), (e) Axelsson and Gunnlaugsson (2000).

Tomada de Dickson & Faneli, 2004

2. En función de la temperatura



INGEOMINAS

Imagen:

http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld006.htm

Clasificación de recursos geotérmicos

Criterios geológicos

(Erdlac, 208)





INGEOMINAS

Capacidad instalada 11 GWe Mwe (Bertami, 2010)

USOS INDIRECTOS - GENERACIÓN ELÉCTRICA



INGEOMINAS

Generación eléctrica y usos

industriales

Pb, Zn, Cu, U, Ag

Carbón, gas y petróleo

Almacenamiento de gas natural

licuado, depósito de CO2,

cables subterráneos

Evaluación del cambio

climático del pasado reciente

Geotermia

Aplicada

Energía

geotérmica

Recursos minerales

hidrotermales

Recursos

hidrocarburos

Trabajos de

ingeniería civil

Estudios

ambientales Modificada de

Hamza, 2008

Geodinámica Zonas sismogénicas;

magnitud sísmica;



INGEOMINAS Exploración calor

Sistema de roca seca

caliente (HDR)

Sistemas geotérmicos

mejorados (EGS)

Soultz sous Foretz (Francia)



INGEOMINAS

2 USOS DE LOS RECURSOS

GEOTÉRMICOS



INGEOMINAS

• Alternativa para la conservación del capital

natural geológico (combustibles fósiles)

• Contribuye a diversificar las fuentes de

energía

• Confiable, continua y segura

• Es renovable y sostenible

• Requiere de extensiones pequeñas de tierra

• Cuida la calidad del aire

Ventajas de la energía geotérmica



INGEOMINAS


Métodos de Generación




INGEOMINAS Métodos de Generación






INGEOMINAS

1. USOS DIRECTOS

50.000 MWt

2. USOS DIRECTOS DE LA

ENERGÍA TERMAL

USOS DIRECTOS DEL CALOR

Lund et al., 2010



INGEOMINAS

3. EFECTOS AMBIENTALES



INGEOMINAS

• Alternativa para la conservación del capital

natural geológico (combustibles fósiles)

• Contribuye a diversificar las fuentes de

energía

• Confiable, continua y segura

• Es renovable y sostenible

• Requiere de extensiones pequeñas de tierra

• Cuida la calidad del aire

Ventajas de la energía geotérmica



INGEOMINAS

Óxidos de Nitrógeno (NOx) Gases azufrados como SO2

Material particulado Dióxido de Carbono (CO2) Kagel & Gawell, 2005

Comparación emisiones al aire



INGEOMINAS

Perturbación del paisaje: Cabezas de pozo, tubería, escapes de vapor. Utilización de

la tierra es pequeña 200 a 2500 m2 pozos

http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld057.ht

m

http://www.fotosearch.com/BDX462/bxp137201/

Impactos ambientales potenciales




INGEOMINAS

Subsidencia

Wairakei (hasta 15m), Tauhara (2.5m), Ohaaki (4m), and Kawerau (0.6)

www.geothermal.org/Powerpoint06/Tuesday/Induced.../Bromley.ppt

http://www.teara.govt.nz/en/geothermal-energy/5/3



INGEOMINAS

Ruido Contaminación química (aire, suelo, agua): H2S, CO2,

Hg, NH3, B y Rn (trazas Pb y Cd), descarga de

salmueras

http://www.google.com.co/images?

http://www.iga.1it.pl/pliki/Image/gal/5_6.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ab/ChampagnePool-Wai-O-Tapu_rotated_MC.jpg



INGEOMINAS

Cambios en las manifestaciones termales: Aumento en descarga de vapor de

manifestaciones superficiales, migración y reducción de manantiales termales

y geysers (Steamboat, Beowawe, Wairakei, El Tatio)

Sismicidad inducida

Contaminación termal: Alteración del hábitat de diferentes especies incluidas

comunidades microbianas.

Efectos económicos y sociales.

Otros posibles efectos

http://www.iga.1it.pl/pliki/Image/gal/5_6.jpg



INGEOMINAS

Estudios de evaluación de impacto ambiental (EIA) : proceso de identificación,

predicción, evaluación y mitigación, de efectos biofísicos, biológicos, hidrológicos,

ecológicos, físicos, económicos, sociales, químicos, utilizado como herramienta

para planeamiento y toma de decisiones.

Guía para la Evaluación del Impacto Ambiental de Exploraciones Geotérmicas con

Fines Energéticos (OLADE & BID, 1993)

Implementación de Sistema de Gestión Ambiental (EMS) durante la operación:

Programa de monitoreo, planes de mitigación, planes de contingencia



INGEOMINAS

4 MÉTODOS DE EXPLORACIÓN



INGEOMINAS

Objetivos de exploración

En sistemas hidrotermales

1. Fuente de calor

2. Reservorio geotérmico

3. Capa Sello

4. Zona de recarga

5. Zona de descarga

1

2

3

4 5



INGEOMINAS

Exploración de sistemas

geotérmicos hidrotermales

ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA

>1000 Km2 .

Mapas 1: 100.000

400 – 500 Km2.

Mapas 1:10.000 – 1:20.000

10 – 100 Km2

Mapas< 1:5.000

Reconocimiento

Prefactibilidad

Factibilidad

Desarrollo

GEOLOGÍA

GEOQUÍMICA

GEOFÍSICA

Examen Inicial ambiental

Evaluación de impacto

ambiental



INGEOMINAS

- Litología

- Fuente de calor

- Conductos de

ascenso del fluido

- Geotermómetros

minerales

- Flujo de recarga

Cartografía

Estructural

Vulcanología

Geocronología

Alteración

Hidrogeología

GEOLOGÍA

Caracterización

Química e

Isotópica aguas y

gases

GEOQUÍMICA

Gravimetría

Magnetometría

Resistividad

GEOFÍSICA

- Modelo: distribución

espacial

- Geotermómetros (T°C

actual)

- Procesos de dilución,

mezcla y ebullición

-Modelo estructural:

Basamento, estructuras.

-Fuente de calor

- Reservorio

- Zonas de alteración

MODELOS CONCEPTUALES

MODELO NUMÉRICOS

Exploración de sistemas

geotérmicos hidrotermales



INGEOMINAS

5 RECURSOS GEOTÉRMICOS

EN COLOMBIA



INGEOMINAS

Exploración como

función de Estado

ICEL

Reconocimiento, 1982

Prefactibilidad del Ruiz, 1983.

Prefactibidad sistema binacional Tufiño-Chiles-Cerro Negro, 1987

INEA

Mapa geotérmico de Colombia,

Exploración del sistema geotérmico del Volcán Azufral

INGEOMINAS

Mapa geotérmico de Colombia.

Exploración del sistema geotérmico del volcán Azufral

Exploración del área geotérmica de Paipa

Inventario de manantiales termales

Prefactibilidad Nevado del Ruiz: INGEOMINAS–UNAL-ISAGEN.

Cofinanciación: ISAGEN y COLCIENCIAS



INGEOMINAS

ID Sistema Prioridad

1 Ruiz Alta *

2 Chiles Alta

3 Azufral Alta

4 Paipa Media-Alta

5 Cumbal Media

6 Galeras Media

7 Puracé Problema reservorio

8 Sotará Problema reservorio

9 Doña Juana Problema reservorio

10 Huila Baja

Recursos geotémicos de Colombia

1

2

Mapa: Sismóloga Mónica Arcila. Amenaza Sísmica

INGEOMINAS

3

4

5 6

7 8

9

10

10

7 8

9

2

3 6

5

OLADE – ICEL. 1982

* CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983



INGEOMINAS Macizo volcánico del Ruiz

CHEC, ENEL. 1968

CHEC, 1979

CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983

CHEC, GEOCONSUL. 1992.

GESA. 1997.

1

http://intranet.ingeominas.gov.co/manizales/images/9/9f/14-12-2007_01.jpg



INGEOMINAS MACIZO VOLCÁNICO DE RUIZ

1 Volcán Cerro Bravo

2 Nevado del Ruiz

3 Nevado El Cisne

4 Nevado Santa Isabel

5 Paramillo de Santa Rosa

6 Nevado del Quindio

7 Nevado del Tolima

8 Volcán Cerro Machín

1

2

4

5

6

7

8

3

Datos DTM: USGS.

Resolución espacial: 30 m

Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero CHEC, ICEL, GEOTÉRMICA ITALIANA, 1983



INGEOMINAS

PRIORIDAD AREA

1 NEREIDAS-BOTERO LONDOÑO

2 MACHÍN

3 LAGUNA DEL OTÚN

4 CERRO BRAVO

5 FALLA VILLAMARÍA-TERMAL

6 SANTA ROSA- SAN VICENTE

1

2

3

4

5

6

AREAS GEOTÉRMICAS

IDENTIFICADAS EN EL PNNN

Datos DTM: USGS.


Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero Foto: INGEOMINAS, 1997

CHEC, Geoconsul. 1992



INGEOMINAS

Complejo volcánico Chiles – Cerro Negro

10

7 8

9

2 3

6 5



INGEOMINAS

SISTEMA BINACIONAL:

TUFIÑO (ECUADOR)-CHILES CERRO NEGRO (COLOMBIA)

Volcán Chiles

4748 msnm

0.5 – 0.05 m.a.

Volcán Cerro Negro

4470 msnm

1.4 y 0.04 m.a

Volcán

Chalpatán

Volcán Cumbal

4764 m

0.4 m.a. y 0.003 m.a

Erupción explosiva 1877, 1926

Volcán Chiles

4748 msnm

0.5 – 0.05 m.a.

1800km2

OLADE, ICEL, AQUATERM, 1987



INGEOMINAS

Modelo geotérmico del sistema

Tufiño-Chiles-Cerro Negro

Niveles de alta permeabilidad

Niveles de baja permeabilidad

Capa Sello

Formaciones lávicas fracturadas

que incluyen el reservorio de

interés geotérmico

Techo del basamento cristalino

2 Km

Tomado de OLADE, INECEL, ICEL, Aquater, 1987

Conductivo

Altamente resistivo

Resistivo superficial

Conductivo intermedio

Resistivo de base

Decenas

Decenas

Cientos a miles

Ω.m

Centenar

Capa sello arcillosa



INGEOMINAS

No hay estimación de temperatura del reservorio por ausencia de manantiales

Edad muy joven

Datos geofísicos insuficientes

Recomendaciones:

Levantamiento vulcanológico de detalle con cobertura especial en la vertiente occidental

para reconstruir la evolución estatigráfico – estructural

Ampliar cobertura y detalle del estudio geofísico

AREA DEL VOLCAN CUMBAL

Fotografía: Observatorio Vulcanológico de Pasto

http://intranet.ingeominas.gov.co/pasto/images/2/28/2006-12-05_080123.JPG



INGEOMINAS

SISTEMA GEOTÉRMICO

DEL VOLCÁN AZUFRAL

10

7 8

9

2

3 6

5

* CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983

Laguna Verde

Complejo de domos

Fotografía Geofísico José Vicente Franco

INGEOMINAS



INGEOMINAS

Laguna

Verde

Sapuyes

La Cabaña

San Ramón

Q. Blanca

Q.El

Baño Edad reciente

Persistencia prolongada de la actividad volcánica

Evidencia superficial de la actividad hidrotermal

Largo período de residencia del magma;

diferenciación magmática

Zonación vertical de la alteración hidrotermal

Altas temperaturas geotermométricas

(OLADE, ICEL, ENEL. 1982)

Condiciones del sistema geotérmico del Azufral

Datos DTM: USGS.


Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero



INGEOMINAS Hipótesis de trabajo del sistema Azufral

Modelo geoquímico preliminar. Alfaro, 1998

INGEOMINAS



INGEOMINAS

Tomada de Franco e Hincapié, 2009

Modelo 3 D a partir de geoeléctrica

Volcán Azufral – Plano de iso-resistividad en dirección NW

Franco & Hincapié, 2009.

INGEOMINAS



INGEOMINAS

Sistema geotérmico de Paipa

Manantial Pozo Azul, ITP. Paipa

1

2 3

4

5 6

7 8 9

10



INGEOMINAS

Major Iones in solution

0

0

1

10

100

1000

Conce

ntr

atio

n (

meq/l)

Na K Mg Cl HCO3Ca SO

4

21

1

7,9,12,20

8

22

24

23

1526

25

-11.0 -10.0 -9.0 -8.0 -7.0 -6.0

18O [o/oo] V-SMOW

-80.0

-70.0

-60.0

-50.0

-40.0

D [o

/oo)

V-S

MO

W

Y = 1.37576 * X + -58.3197R = 0.8785

dD= 7.6

3*d18 O+8.1

3

Global M

eteoric

Lin

e:

dD = d18 O *

8 + 1

0

1

47

9

10

1112

20

5

8

13

14A 14B14C

15

21

22

23

24

MPP01

MPP02

MPP03MPP04

MPP05

-16.0 -14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0

18O [o/oo] V-SMOW

-80.0

-70.0

-60.0

-50.0

-40.0

D [o

/oo)

V-S

MO

W

16 MPP01

MPP02

MPP03MPP04

MPP05

-30 -20 -10 0

-46

-36

-26

-16

-6

Kerógeno

Magmático

Carbonato marino

100°

150°

reducc

ión

oxidación

200°250°

300°350°

CO2

0%

20%

40%

60%

80%100%

El Hervidero

Pozo Inundado

T1T3

T9

T10

A1

A2

B1

B2

C1C2

D1

D2

D3

E1

E2E3

NM

RO

NG

KA

WKBR

MK

RK

SISTEMA GEOTÉRMICO

DE PAIPA



INGEOMINAS MODELO CONCEPTUAL PRELIMINAR

J-Pz

8000 m

Olitas Hervidero

Sector

La Playa

J-Pz

“Steam

Vent”

Pozo La

Esperanz

a

Sector ITP-

Lanceros

K-Pg

A

C

B

SW

Alfaro et al., 2005 (INGEOMINAS)



INGEOMINAS

mWm2

Mapa geotérmico de Colombia

MAPA DE GRADIENTES GEOTÉRMICOS (INGEOMINAS, 2008)

4 5 21

223

573

328

191

102

57 5017 9 11 9 3 5 4

984978

1095

0

200

400

600

800

1000

1200

8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65

Clase

Fre

cu

en

cia

Media 24

Desv. estándar 6

Mínimo 5

Máximo 65

Cuenta 4669

> 40°C/Km 165

Media 37,18

Desv. estándar 9,60

Mínimo 19,99

Máximo 81,46

Cuenta 84

Gradientes geotérmicos

Flujo de calor

CUENCA DE LOS LLANOS ORIENTALES

(INGEOMINAS, 2009)



INGEOMINAS

Cloruradas

<40 16

40-60 15

>60 12

Sulfatadas

<40 17

40-60 11

>60 7

Bicarbonatdas

<40 65

40-60 28

>60 7

Caracterizados: 178

Sin Caracterizar 31



INGEOMINAS

6. CONCLUSIONES



INGEOMINAS 6

CONCLUSIONES El ambiente tectónico del territorio Colombiano favorece la ocurrencia de anomalías

de calor

Existe evidencia superficial de la existencia de numerosos sistemas hidrotermales

cuya fuente de calor es magmática: alta temperatura

Los trabajos de exploración realizados en Colombia se han constituido en

esfuerzos puntuales, situación que no ha permitido llevar la exploración a etapas

avanzadas ni al desarrollo de proyectos de explotación

INGEOMINAS, en cumplimiento de una de sus funciones asignadas por decreto,

ha venido desarrollando actividades de exploración geotérmica a escala regional.

El presente: Nevado del Ruiz. Mapa geotérmico de Colombia. Inventario de

manantiales termales. Modelos integrados de los sistemas geotérmicos de Paipa y

Azufral.

El futuro: Tufiño – Chiles – Cerro Negro, Cumbal, Fases intermedias de la etapa de

prefactibilidad en Paipa, Azufral, , Azufrera del Otún, Machín?



INGEOMINAS

Interés de las empresas generadoras

Desarrollo de capacidad técnica: talento humano,

mejoramiento de infraestructura

Fortalecimiento de la investigación en exploración

Políticas que promuevan el desarrollo

Marco regulatorio

AMBIENTE PARA PROMOVER EL

AVANCE EN LA EXPLORACIÓN



INGEOMINAS

GRACIAS



INGEOMINAS

• Temperatura y profundidad del

recurso

•Tipo de recurso (vapor, líquido)

• Composición química

• Permeabilidad

• Tamaño de la planta a

construir

• Tecnología de la planta

•Sitio y topografía: accesibilidad,

alquiler terreno, infraestructura

de vías

. Condiciones climáticas

Restricciones ambientales

• Distancia a la red

• Costos indirectos:

administración,

permisos, impuestos

(alrededor 30%)

•Costos de financiación: tasas

de interés y de rendimiento

•Demoras para poner la planta

en línea

Tamaño

Planta

Costo

(¢US /

KWh RAC

Costo

(¢US /

KWh RCM

Costo (¢US / KWh

RCB

Pequeña

(<5 MW)

5.0-7.0 5.5-8.5 6.0-10.5

Mediana

(5-30

MW)

4.0-6.0 4.5-7 No recomendable

Grande

(>30 MW)

2.5-5.0 4.0-6.0 No recomendable

http://www.fi.uba.ar/materias/6723/pdf/Costos_de_la_Generaci_n_Geot_rmica%5B1%5D.pdf

Costo Energía en Colombia

Precio promedio en bolsa de energía eléctrica

$ 100/kWh ó 5.6 ¢US / KWh (1 $USD = 1800)

http://www.upme.gov.co/GeneradorConsultas/Consulta_Indicador.aspx?Ind=4

http://www.geo-

energy.org/publications/reports/Factors%20Affecting%20Cost%20of%20Geotherm

al%20Power%20Development%20-%20August%202005.pdf

Costos de generación y Factores que

Condicionan el costo



INGEOMINAS

Acústico. Planta, torres de enfriamiento.

Calidad del aire. En función de la composición del fluido del

reservorio

Recursos culturales: paisaje.

Ecológicos: vegetación, vida salvaje, habitats

Materiales peligrosos y manejo de residuos

Uso de la tierra

Recursos paleontológicos

Socioeconómico

Suelos y recursos geológicos

Transporte

Recursos visuales

Recursos hídricos

Impactos ambientales potenciales

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