procesos geológicos del campo geotérmico acoculco, puebla...

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, 22 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Procesos geológicos del campo geotérmico Acoculco, Puebla, México.

Josué Gildardo Gutiérrez Gama

Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, UAGro

Programa Academia Mexicana de Ciencias

[email protected]

Área 1. Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra

Dr. Eduardo González Partida

Profesor investigador del Centro de Geociencias, UNAM Querétaro

[email protected]

Resumen

Se entiende por energía geotérmica aquella que puede ser extraída por el hombre mediante el

aprovechamiento del calor del interior de la Tierra y que puede ser transformada en energía

eléctrica o en calor para uso humano o procesos industriales y agrícolas (IDAE, 2008). Para que

un campo geotérmico exista debe haber tres condiciones fundamentales: una fuente de calor, una

roca permeable e impermeable o roca sello y un reservorio o acuífero que permita la circulación

del fluido, con la ausencia de cualquiera de ellas no se podrían dar las condiciones necesarias para

su existencia. La energía geotérmica ofrece un flujo constante de producción de energía a lo largo

del año, ya que no depende de variaciones estacionales como lluvias, viento, sol, etc., como es el

caso de otras fuentes de energías renovables, por lo cual se le considera una energía sostenible. Tal

es el probable caso, en un futuro, del área de estudio. La zona de Acoculco se localiza entre los

límites de los estados de Puebla e Hidalgo, en el municipio de Chignahuapan, Puebla. Desde el

punto de vista fisiográfico, está ubicada en la porción oriental de la Faja Volcánica Mexicana. Al

inicio del proyecto consultamos distinta bibliografía para conocer los antecedentes del lugar y con

ello poder elaborar distintos mapas, editar imágenes y obtener material adecuado para el transcurso

del mismo. Mediante la petrografía del Pozo EAC-1 conocimos los tipos de rocas presentes en la

zona, así como parte de su litología. Durante la práctica de campo corroboramos algunas de las



alteraciones, estructuras principales y geomorfología que nos indicaba la literatura. Derivado del

trabajo que se hizo en el taller de molienda obtuvimos muestras trituradas granulométricamente

muy finas para dar el siguiente paso con los estudios de fluorescencia de rayos X con ayuda de la

pistola Niton de Thermo Scientific. Si se examina el ciclo de vida completo de la energía

geotérmica, los impactos medio ambientales son destacadamente menores que los existentes en las

centrales térmicas de combustibles fósiles y nucleares. Se trata de una energía autóctona, limpia,

segura, de producción ininterrumpida y que utiliza un espacio reducido de terreno, permitiendo el

aporte de electricidad a comunidades situadas en sitios remotos e inaccesibles. En términos de

sustitución, se estima que la energía almacenada en 1 km de roca caliente a 250°C equivale a 40

millones de barriles de petróleo. Según la Geothermal Energy Association de EE UU, los empleos

generados por la energía geotérmica son generalmente estables, de larga duración, muy

diversificados y de alta calidad.

Palabras Clave: Geotermia, Acoculco, Alteraciones, Cartografía, Geología.

Introducción

El complejo Volcánico de Tulancingo-Acoculco se localiza en el centro-oriente de México,

al SE de Tulancingo en los límites de los estados de Hidalgo y Puebla. Forma parte de la Faja

Volcánica Mexicana (FVTM), constituye un arco volcánico continental relacionado con la

subducción de las placas de Cocos y Rivera bajo la placa de Norteamérica a lo largo de la trinchera

Mesoamericana (López-Hernández, 2009). La actividad volcánica del complejo ocurrió en cuatro

etapas principales. La más antigua corresponde al vulcanismo de Pachuca-Apan-Cerro Grande, la

segunda se relaciona con la caldera de Tulancingo, la tercera se asocia a la caldera de Acoculco y

una cuarta etapa incluye el vulcanismo periférico de tipo máfico (López-Hernández, 2009). Para

este proyecto solo se tomará en cuenta la tercera etapa relacionada a la caldera de Acoculco. El

área de Acoculco se localiza entre los límites de los estados de Puebla e Hidalgo, en el municipio

de Chignahuapan, Puebla, a 85 kilómetros al noroeste de la ciudad de Puebla y a 65 kilómetros al

sureste de la ciudad de Pachuca, Hidalgo. Su elevación está entre los 2800 y 2900 msnm. Se tiene

acceso a ella por las carreteras federales 199 y 132, a partir de las cuales se siguen diversas

carreteras de terracería. (Fig. 1). Desde el punto de vista fisiográfico, está ubicada en la porción

oriental de la Faja Volcánica Mexicana, muy cerca de los límites con la Sierra Madre Oriental

(Hiriart Le Bert, 2011).

Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

Viggiano-Guerra et. al., (2011) publica que la zona exhibe dos áreas alteradas

hidrotermalmente con descargas ácido-sulfatadas frías asociadas a una red estructural compleja

con orientaciones NW-SE con un espesor de 2000 m de rocas volcánicas del Cuaternario-Terciario,

calizas metamorfizadas del Cretácico e incluso granitos del Cretácico. Las áreas son: Los Azufres-

El Potrero Colorado y La Alcaparroza. (Rocha-López et al., 2006). La Comisión Federal de

Electricidad (CFE) durante un estudio de reconocimiento regional identificó a esta zona como un

sitio de interés geotérmico por su asociación con un centro volcánico de gran talla (Romero y

Hernández, 1981) perforando dos pozos exploratorios: en 1995 el EAC-1 a 1810 m de profundidad,

donde los registros mostraron temperaturas superiores a los 300°C, confirmando con ello la

presencia de una fuente de calor asociada al episodio magmático más reciente de la zona (Gama,

et al., 1995) y en 2008 el EAC-2 a 1900 m de profundidad (Viggiano-Guerra et. al., 2011).

De la Cruz y Castillo-Hernández, (1986) mencionan que en los márgenes del complejo

Tulancingo-Acoculco, varias decenas de kilómetros al SE, en Chignahuapan, Quetzalapa y

Jicolapa, se localizan manantiales termales de temperatura moderada, posiblemente relacionados

con el sistema hidrotermal de Acoculco. De manera sintética se puede establecer que la zona

geotérmica de Acoculco se encuentra en su etapa hidrotermal senil. (Viggiano-Guerra, J.C., et. al.,

2011).

El objetivo principal de este trabajo consiste en comprender los procesos geológicos

ocurridos en la zona y relacionarlos con lo visto durante la práctica de campo.

Fig. 1. Mapa de ubicación del área de estudio. Modificado de INEGI E14-B13



Materiales y Métodos

Al principio del proyecto se consultaron diversos materiales bibliográficos del área de

estudio con el objetivo de familiarizarnos con la zona y así tener una idea más clara de los eventos

ocurridos en los alrededores y dentro del área de estudio, resaltando lo siguiente: “la actividad

volcánica de la zona ocurrió en cuatro etapas principales, la tercera etapa asociada a la caldera de

Acoculco fue la mejor documentada debido a que la mayor parte de los productos se encuentran

expuestos en superficie, por lo que fue posible establecer relaciones estratigráficas y obtener

muestras para su fechamiento. A grandes rasgos, la actividad volcánica en su tercera etapa se puede

sub-agrupar en cuatro eventos volcánicos principales: el primero, relacionado con el vulcanismo

previo al colapso caldérico, el segundo, asociado con la generación del colapso, el tercero, ligado

a la actividad volcánica poscaldérica y el cuarto y más reciente relacionado con la reactivación de

la falla del borde caldérico con el emplazamiento de conos monogenéticos (López-Hernández,

2009).

Primer evento de Acoculco. Actividad volcánica pre-caldérica (1.7-1.6 Ma)

El vulcanismo de Acoculco se inició después de un hiatus volcánico de 0.9 Ma que ocurrió

sólo dentro de la caldera de Tulancingo mientras que en las inmediaciones se emplazaban volcanes

monogenéticos. Se inició con actividad efusiva que dio origen a la acumulación de cuatro unidades

de diferente composición química. En el N se extravasaron las lavas más antiguas de composición

andesítica-basáltica conocidas como Los Laureles. En el centro y E, sobre la unidad anterior se

acumularon las lavas dacíticas de Cruz Colorada (1.6 Ma). En el S fluyeron las lavas basálticas de

Cuautelolulco que formaron una extensa mesa hace 1.6 Ma, y al W se emplazaron los primeros

domos riolíticos a los 1.7 Ma (Fig. 2).

Segundo evento de Acoculco. Colapso caldérico (1.4 - 1.26 Ma)

En general, se aprecia en campo que las unidades inferiores contienen mayores cantidades

de líticos de andesita que disminuyen hacia la cima, incrementándose los líticos de riolita y de

vitrófidos, lo mismo que el contenido de pómez dentro de los depósitos de flujo piroclástico se

observaron lentes de líticos, posiblemente formados por segregación y turbulencia durante el flujo

(Fig. 3).


Tercer evento de Acoculco. Actividad post-caldérica (1.3 – 0.8 Ma)

Durante la sedimentación lacustre y como resultados de un reajuste de la presión en la

cámara magmática se produjo una ligera resurgencia que tuvo su centro al W del poblado de

Acoculco. En este sitio debido al empuje vertical se generó un esfuerzo de tensión que formó un

conjunto de fallas normales escalonadas de dirección E-W que dieron lugar a un graben apical (Fig.

4). Como resultado de este fenómeno, los sedimentos lacustres se bascularon y deformaron. La

inclinación de estos depósitos con diferentes orientaciones muestra que el levantamiento no se

concentró en un solo sitio.

Evento terminal de Acoculco

Después de un lapso de 0.5 Ma de inactividad, el ciclo volcánico de la caldera concluye con

el emplazamiento de un cono monogenético en el NW, conocido como La Paila NW, de

composición andesita basáltica a los 0.24 Ma (Fig. 5). Actualmente, esta caldera se encuentra en la

etapa hidrotermal que constituye la fase terminal del ciclo volcánico. Este fenómeno ha originado

la depositación de minerales secundarios, disminuyendo la permeabilidad y dando lugar al

autosellamiento del sistema hidrotermal. Esto impide la formación de manifestaciones termales

superficiales y en su lugar sólo se liberan a la atmosfera gases fríos de origen magmático que logran

ascender a través de fisuras muy reducidas, perdiendo casi toda su temperatura (López-Hernández,

2009).

Fig. 2. Actividad volcánica pre-caldérica. Fig. 3. Colapso caldérico.

Tomada de López-Hernández, 2009. Tomada de López-Hernández, 2009.



Por otra parte, con software del tipo SIG como ArcGis 10.3, Surfer 10, Google Earth y

dibujadores como adobe illustrator CC 2014 se prosiguió a la elaboración de mapas de ubicación,

edición de imágenes y se modificaron mapas geológicos preexistentes para su corroboración en

campo. Dentro del laboratorio de Microscopía Electrónica se tomaron fotografías de secciones

delgadas de toda la columna del pozo EAC-1 con ayuda de un microscopio petrográfico Olympus

BX50 de luz transmitida para posteriormente realizar su análisis petrográfico dentro del taller de

laminación utilizando el microscopio petrográfico modelo Leica DMLP el cual cuenta con la

capacidad de usar luz de transmisión, así como de reflexión para hacer análisis de minerales opacos.

Del 31 de julio al 6 de agosto se llevó a cabo una práctica de campo en el área antes mencionada

pernoctando en puntos estratégicos con el objetivo fundamental de hacer un muestreo de distintas

alteraciones mencionadas en la literatura, muestreo de estructuras primarias, así como la cartografía

a detalle de la laguna “Cruz Colorada” y el reconocimiento del área para futuras visitas. Dentro del

taller de separación de minerales y molienda utilizamos una prensa hidráulica de alta precisión con

capacidad de 20 toneladas marca montequipo con el fin de triturar las muestras recolectadas para

posteriormente y con ayuda de tamices de laboratorio para análisis granulométrico marca Laval

Lab con mallas del #80 obtener una arena muy fina. Cabe mencionar que el tamizaje es un método

para el análisis granulométrico universalmente utilizado para el control de calidad en prácticamente

todos los sectores industriales tales como la química, la minería y la metalúrgia, la industria

alimentaria, los cosméticos, la industria farmacéutica y otros laboratorios de granulometría.

Fig. 4. Fallas generadas como consecuencia Fig. 5. Actividad post-caldérica. Tomada de

del colapso caldérico de Acoculco. López-Hernández, 2009.

Tomada de López-Hernández, 2009.


Finalmente, dentro del laboratorio de yacimientos minerales se realizaron diversos disparos de

fluorescencia de rayos X con el equipo Niton de Thermo Scientific a cada una de las muestras

preparadas, cada disparo tuvo una duración de 280 segundos. Los analizadores Niton FRX de

Thermo Scientific se destacan proporcionando información solida rápidamente para delinear el área

donde está el mineral y las fronteras donde se encuentra el desperdicio, incluyendo el análisis

cuantitativo de concentraciones elementales que se requiere para tomar decisiones confiables

durante cada etapa del proyecto.

Resultados

Mediante el uso y buen entendimiento de distintos softwares del tipo SIG así como

dibujadores pudimos obtener diversos tipos de imágenes y mapas, resaltando el mapa de ubicación

(Fig. 1.) y el mapa geológico del área de estudio (Fig. 6.) el cual modificamos debido a que los

mapas preexistentes no eran lo suficientemente claros respecto a sus coordenadas y litologías

marcadas.

Mediante el mapa geológico podemos observar que la mayor parte de las rocas

constituyentes son productos de actividad volcánica, así como también podemos observar las

principales estructuras volcánicas denominadas “caldera de Tulancingo” y “caldera de Acoculco”

todo ello controlado por un sistema de fallas con orientaciones NE-SW, como lo confirma García-

Palomo et al., (2002).

De acuerdo con la petrografía realizada al pozo EAC-1 mediante secciones delgadas

podemos corroborar la columna propuesta por López-Hernández, (2009). (Tabla 1).

Fig. 6. Mapa geológico del área de estudio. Modificado de López-Hernández, 2009., con base en

la carta .bill obtenida mediante el software Grass Gis.



Columna litológica del pozo

EAC-1 propuesta por López-

Hernández, 2009

Descripción petrográfica mediante secciones delgadas

Profundidad (m) Descripción petrográfica Fotografía

100-103

Ignimbrita. Incolora a gris,

matriz Afanítica

Microcristalina con textura

Piroclastica y con formas

de los minerales Anedrales

y Subedrales. Presencia de

anfíbol, cuarzo,

hornblenda, calcita como

mineral secundario y

minerales opacos de

esfalerita y pirita.

Ambas con 10X

300-303

Ignimbrita. Incolora a gris,

matriz Afanítica

Microcristalina con textura

Piroclastica. Presencia de

minerales de anfíbol,

plagioclasas, orto y clino

Piroxenos, hornblenda,

cuarzo y minerales opacos

de esfalerita.

5X

10X

1500

Dique aplitico. Incolora a

gris, textura aplitica,

minerales de cuarzo,

plagioclasas, Piroxenos,

anfíbol y esfalerita.

Resultado de la

cristalización de los

últimos fluidos.

5X


1814-1816

Granito de hornblenda.

Incolora a gris, textura

xenomórfica Equigranular,

minerales de cuarzo,

plagioclasas, biotitas,

clorita y epidota como

minerales secundarios y

pirita.

5X

Tabla 1. Descripción petrográfica del pozo EAC-1

Durante la práctica de campo pudimos observar y corroborar claramente lo que mencionan

diversos autores acerca de las alteraciones presentes en el área, así como las estructuras

mencionadas anteriormente. Con la siguiente serie de fotografías se muestran evidencias de las

mismas.

Fig. 7. Contacto litológico. En la parte superior se observan los depósitos aluviales con distintos

tamaños de clastos con matriz de arena. En la parte inferior se observa una toba consolidada.



Fig. 8. Caolín con presencia de vidrio volcánico.


Fig. 9. Contacto litológico entre riolita ignimbrítica y toba totalmente intemperizada.

Fig. 10. Se observa claramente la presencia de alteración argílica seguida de una oxidación afectada por intemperismo, misma que por causa de las precipitaciones llegan a la laguna.



Derivado del trabajo que se hizo en el taller de separación de minerales y molienda se

obtuvieron un total de 150 muestras de granulometría muy finas, las cuales son de gran importancia

para dar el salto al análisis mediante los disparos de fluorescencia de rayos X con el equipo de

Niton de Thermo Scientific, donde se obtuvieron en ppm la cantidad de elementos presentes en

cada una de las muestras analizadas.

Discusión y conclusiones

El área propuesta por la CFE mediante los pozos perforados EAC-1 y EAC-2 se caracteriza

por ser el único campo geotérmico en México que presenta manifestaciones termales muy

peculiares, ya que carece de termalismo evidente. La manifestación con mayor temperatura tiene

apenas 49°C y se ubica a unos 18 km al SE de Los Azufres-El Potrero y La Alcaparroza (Rocha-

López et al., 2006), fue formada por la acumulación de productos relacionados con la evolución de

dos calderas, la de Tulancingo y la de Acoculco. López-Hernández, (2009) considera que el sistema

hidrotermal de la caldera de Acoculco aún está activo. Sin embargo, la descarga de fluidos calientes

Fig. 11. Laguna “Cruz Colorada” donde se realizó la recolección de muestras aproximadamente

cada 50m. La línea punteada indica su límite aproximado.


en superficie es prácticamente nula, y sólo se presenta en la forma de emanación de gases fríos, de

origen magmático, a través de angostas fisuras en el centro del complejo. Lo anterior indica que

seguramente existe una capa sello casi perfecta.

Se observó en campo que existen zonas muy alteradas alrededor de los pozos antes

mencionados, alteraciones tipo argílica, argílica avanzada, silicificación, propilitica, etc., infiriendo

que existe una fuente de calor cercana a la zona, la cual junto con el intemperismo del lugar propicia

las condiciones necesarias para dar lugar a las alteraciones encontradas, hecho que no está lo

suficientemente bien descrito en la bibliografía consultada, así mismo se modificó la forma en la

cual están plasmadas algunas estructuras como fallas y calderas en los mapas.

En un futuro y con demás estudios e investigaciones el área de Acoculco, Puebla, llegue a

ser un campo geotérmico con gran potencial beneficiando a gran parte de las comunidades cercanas

en cuanto a energía eléctrica, mejores carreteras y trabajo.

Agradecimientos

Agradecemos a la Universidad Autónoma de Guerrero, nuestra universidad, por darnos la

oportunidad de conocer nuevas fronteras en pro de la investigación. Al programa de la Academia

Mexicana de Ciencias por aceptar mi solicitud de verano. Al Dr. Eduardo González Partida, por

aceptar mi petición de formar parte de su equipo de investigación, al encargado del Laboratorio de

Yacimientos Minerales del Centro de Geociencias, el Ingeniero Geólogo Erik Hugo Díaz Carreño

por su gran apoyo incondicional para llevar a cabo este proyecto, por su paciencia y horas de trabajo

extra, a mis demás compañeros de verano y a todos los que formaron parte de esta gran experiencia.

¡Gracias!

Referencias

De la Cruz, M.V. y Castillo-Hernández, D., 1986. Estudio geológico de la zona geotérmica de la

caldera de Acoculco, Puebla. CFE-GPG reporte interno 36/86, 23 pp.

Gama, V.R., Martínez, E.I. y Cedillo, R.F, 1995. Informe geológico del pozo EAC-1. CFEGPG

reporte interno RG/HU/02/95, 26 pp.

García-Palomo, A., Macías, J.L., Tolson, G., Valdez, G., Mora, J.C., 2002. Volcanic stratigraphy

and geologic evolution of the Apan region, east-central sector of the Trans-Mexican

volcanic Belt. Geofísica Internacional 41, 133-150.

Hiriart Le Bert, G., 2011. Evaluación de la energía geotérmica en México. IDB.



IDAE, 2008. Manual de geotermia. Madrid, España.

López-Hernández, A., 2009. Evolución volcánica del complejo Tulancingo-Acoculco y su sistema

hidrotermal, estados de Hidalgo y Puebla, México. Tesis para obtener el grado de doctor en

ciencias de la tierra, UNAM.

Rocha-López, S., E. Jiménez-Salgado y H. Palma-Guzmán, 2006. Propuesta para dos pozos

exploratorios en el proyecto geotérmico de Acoculco, Pue. CFE, informe interno No. OGL-

ACO- 03/06. Inédito.

Romero, R.F., Hernández, V.I., 1981. Evaluación preliminar de zonas de interés geotérmico

aplicando el método geostadístico en los estados de Puebla y Tlaxcala. CFE-GPG internal

report 69/81, 20 pp.

Viggiano-Guerra, J.C., Flores-Armenta, M., Ramírez-Silva, G.R., 2011. Evolución del sistema

geotérmico de Acoculco, Pue., México: un estudio con base en estudios petrográficos del

pozo EAC-2 y en otras consideraciones. Revista geotérmica, Vol. 24, No. 1, Enero-Junio.

procesos geológicos del campo geotérmico acoculco, puebla...

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