IX.- GEOQUIMICA DE AGUAS IX.1.- Geoquímica de las aguas en la cuenca Magdalena Con el objeto de hacer una determinación geoquímica de las aguas subterráneas presentes en la cuenca Magdalena, se muestrearon y analizaron manantiales y norias, que por su contenido salino pueden ser consideradas como salobres. De esta manera se buscó clasificar los tipos de aguas que se correlacionan con los ambientes de depositación de boro y calcio en la cuenca, y se trató también de observar si las anomalías de boro en las aguas se correlacionan con las zonas que contienen los depósitos minerales de colemanita. Los análisis de las muestras consistieron en la determinación de pH, sólidos totales disueltos, aniones y cationes de HCO3, SO4, Cl, CO3, Na, Ca, K, Mg, B, Li, As, Hg, Ag, Pb, Zn. Los análisis correspondientes se desarrollaron en laboratorios particulares externos, donde los métodos de análisis de los cationes fueron realizados por medio de absorción atómica y para los aniones por medio de titulación (tabla 10). Tabla 10.- Análisis de muestras de agua expresadas en ppm. LUGAR Ph STD HCO3 SO4 Cl Ca Mg Na k Ag Pb Zn As Sr Li B La Misión 7.2 541.67 429.67 76.60 28.47 69.60 32.40 64.60 5.70 0.03 0.01 0.04 0.10 1.58 0.06 0.40 El Sasabe 7.2 380.00 353.20 47.15 12.05 68.65 36.45 28.80 3.45 0.00 0.00 0.01 0.07 1.5 0.05 1.96 El Garambullo 7.1 440.00 332.00 62.40 16.40 101.20 16.00 40.00 1.90 0.00 0.01 0.07 0.05 1.6 0.05 2.06 El Laurel 7.5 465.00 323.60 58.00 25.10 100.00 12.60 37.20 3.30 0.01 0.02 5.51 0.09 2.38 0.06 1.06 San Isidro 7.7 474.00 334.80 50.70 20.13 91.00 17.00 35.80 3.00 0.03 0.02 0.01 0.05 1.66 0.05 0.92 Magdalena 7.0 547.00 378.00 88.00 52.60 106.40 35.40 31.00 3.20 0.00 0.03 0.02 0.07 3.8 0.03 0.78 Magdalena Tinaja del oso, 7.3 2029.78 527.19 771.42 39.86 200.91 78.59 215.87 9.98 0.03 0.01 0.03 5.30 7.16 1.90 143.64 Para la interpretación geoquímica y la clasificación de las aguas, los aniones HCO3, SO4, CO3, Cl, y los cationes Na, K, Ca, Mg se convirtieron en fracciones miliequivalentes y para determinar el tipo de agua, se tomaron las fracciones miliequivalentes más abundantes del anión y el catión (tabla 11). Al observar los resultados, se identifica que la mayor parte de las muestras son bicarbonatadas cálcicas a excepción de la muestra de agua obtenida directamente del deposito mineral, que es sulfatada cálcica. El pH de las muestras osciló entre 7.1 y 7.5 lo que sugiere que las aguas son ligeramente alcalinas a casi neutras. 94 Por otro lado, la composición de las aguas dominadas por la presencia de calcio, podrían correlacionarse genéticamente con el volcanismo calcoalcalino terciario en la cuenca, el cual pudo haber aportado gran parte de los iones que están presentes en las aguas, si consideramos que este elemento en los flujos de lava terciarios, sobresale sobre los otros cationes y que este elemento pudo haber sido adquirido de las plagioclasas. En cambio, la ausencia de potasio en las muestras de agua se debe a que este elemento es más difícil de obtener a partir de minerales primarios como la ortoclasa en comparación con las plagioclasas mediante el proceso de lixiviación por aguas (Eugster y Hardi, 1978). Tabla 11.- Valores recalculados a partir de los análisis de la Tabla 10. LUGAR HCO3 SO4 Cl Ca Mg Na k La Misión 7.04 1.60 0.80 3.48 2.70 2.81 0.14 El Sasabe 5.79 0.98 0.34 3.43 3.04 1.25 0.09 El Garambullo 5.44 1.30 0.46 5.06 1.33 1.74 0.05 El Laurel 5.30 1.21 0.71 5.00 1.05 1.61 0.08 San Isidro 5.49 1.06 0.57 4.55 1.42 1.55 0.08 Magdalena 6.20 1.83 1.48 5.32 2.95 1.34 0.08 Magdalena, Tinaja del Oso, depósito mineral. 8.64 16.07 1.12 10.05 6.55 9.39 0.25 Tipo de agua Bicarbonatada cálcica Bicarbonatada cálcica Bicarbonatada cálcica Bicarbonatada cálcica Bicarbonatada cálcica Bicarbonatada cálcica Sulfatada cálcica Clasificación IIIC IIB IIB IIB IIB IIB IIB Para la clasificación geoquímica de las aguas y para interpretar su proceso de concentración salina se utilizó el diagrama de Eugster y Hardie (1978) mostrado en la figura 64, que consiste en la interpretación de una evolución salina, por cristalización fraccionada por evaporación hasta la formación de precipitados altamente solubles. La interpretación se basa inicialmente, en el contenido químico de bicarbonato, de calcio y magnesio como fracciones miliequivalentes, posteriormente a partir de los contenidos de HCO3 con relación a los de Ca + Mg, donde se establecen tres principales grupos de muestras. El primer grupo se forma cuando HCO3 >>Ca +Mg; el segundo cuando HCO3 <<Ca +Mg y el tercer grupo ocurre si HCO3 ≥Ca +Mg. A partir de estos tres grupos iniciales se van generando subgrupos en función de sus contenidos de calcio y magnesio, por ejemplo: 95 Grupo I.- Los contenidos de calcio y magnesio son precipitados rápidamente, como carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio, mientras que la salmuera va evolucionando hasta enriquecerse en Na-CO3-SO4–Cl. Grupo II.- El bicarbonato es menor que calcio y magnesio como fracciones miliequivalentes. Originalmente el calcio también es mayor que el magnesio, entonces se tiene la formación inicial de carbonatos de calcio, quedando este último para asociarse con los sulfatos para formar yeso y generarse una salmuera residual de subgrupo II A (Ca-Na–Cl). En este nivel podría la evolución de la salmuera tomar una ruta diferente IIB, en donde el calcio es agotado por el carbonato y en parte por el sulfato, queda una fracción de este último como remanente para asociarse con el sodio formando así una salmuera residual de Na-SO4-Cl, Grupo III.- El bicarbonato es igual o ligeramente mayor al calcio más magnesio, estas aguas precipitan originalmente calcita y tienden a un enriquecimiento en magnesio, el cual puede ser precipitado como compuesto de calcio y magnesio y el excedente de este mineral podría asociarse con el sílice para formar silicatos de magnesio. Subgrupo IIIA.-Es el caso cuando el bicarbonato continúa después de la formación de protodolomita (carbonato de calcio y magnesio) y cuando el magnesio es mayor al calcio. Al final se formará una salmuera residual de Na-CO3-SO4-Cl. Subgrupo IIIB.- Es similar al caso anterior, sólo que en este caso el bicarbonato se agota con la precipitación de carbonato de calcio y magnesio y al último se llega hasta la concentración final para formar salmueras Mg-Ca-Na-Cl o Mg-SO4-Cl. Esto involucra precipitación de yeso. Subgrupo IIIC-IIID.- Involucran bajos contenidos de calcio y magnesio y bicarbonato, que originalmente precipitarán como bicarbonatos de calcio y magnesio. El excedente de magnesio continúa para formar silicatos. Si continúa la evaporación (IIID) y si hay un alto contenido de sulfatos, éstos se asociaran al calcio para formar 96 yeso, agotando así, el contenido de calcio en las últimas fases para formar salmueras residuales de Na-SO4 -Cl. Se pueden dar algunas otras combinaciones más complejas, en las etapas finales de concentración según los contenidos de solutos. Por ejemplo, la mayor parte de las muestras de la zona de Magdalena son del tipo IIB, es decir que el contenido de bicarbonato es inferior al contenido de calcio + magnesio y el sulfato es mayor que el cloruro; las muestras caen en la ruta IIB. Al someter estas muestras a concentración por evaporación precipitaran carbonatos de calcio y magnesio (caliza y dolomita) más yeso y quedará una salmuera residual de sulfato de sodio y cloruros de sodio, En el caso que continúe la evaporación precipitaría mirabilita (Na2SO4 10H2O) y halita (Na Cl). La muestra localizada en el área de la Misión presenta mayor contenido de bicarbonato con respecto al de calcio + magnesio, por lo que cae en la ruta del tipo III C que al ser concentrada por evaporación originalmente precipitaría carbonato de calcio + silicatos de magnesio + yeso y se formaría una salmuera residual de sulfato de sodio y cloruro de sodio. Es decir, si continuará la concentración se formarían mirabilita y halita. 97 Flujo subsaturado I= HCO3 >>Ca +Mg II= HCO3 <<Ca +Mg III= HCO3 ≥Ca +Mg II Poco Mg Calcita Mg +Ca Rico Ca>>Mg HCO3 pobre en el agua IIIC yeso II Silicato de Mg Yeso IIID A Bristol Dry Cadiz L. Na-SO4- Cl salmuera IIIB Mg+Ca Rico Mg> Ca HCO3 Pobre en el agua Saline V. Death V. Gypsum Mirabilita Na-Mg-Cl Salmuera Great Salt L Ca+Mg pobre Mg>>Ca HCO3 en el agua Ca-Mg Libre HCO3 Rico En el agua I III A1 Na-CO3-SO4-Cl Salmuera Deep srings Searle L. IIIB1b IIIB1a B Mg-SO4-Cl B Salmuera Mg-Ca-Na-Cl Salmuera Mg Silicate Na-CO3-SO4-Cl Salmuera E V A P O R A T I V A Alcali Mono L I IIIB1 IIIB2 C O N C E N T R A C I O N III A III A2 IIB IIA Ca-Na-Cl salmuera Alto Mg Calcita Protodolomita Magnesita Incr. Mg/Ca Basque L. Hot L. Dead sea SO4 Reducción I Na-CO3-Cl Salmuera Madadi L. Albert L. Figura 64.- Diagrama modificado de Eugster y Hardie (1978), muestra las rutas de concentración evaporativa y las salmueras residuales de diferentes tipos de aguas. Al analizar ambos tipo de muestras podemos ver que al someterlas a concentración por evaporación, prácticamente precipitarían los mismos productos salinos, con muy pequeñas diferencias como el silicato de magnesio en el caso de la muestra III C. En general con este análisis se establece una clara correlación con los compuestos encontrados en la cuenca, como la presencia de carbonatos de calcio y magnesio así como yeso. En caso de que los productos finales de sulfatos de sodio y cloruros de sodio, hubieran precipitado, se ubicarían en la parte central de la cuenca si es que no han sido erosionados y/o lixiviados dadas su alta solubilidad. 98 En cuanto a los contenidos de metales en las aguas muestreadas, los de boro y estroncio son los más altos, observándose también que la muestra más anómala en boro es lógicamente la que corresponde a la obtenida en la zona del depósito Tinaja del Oso con 143.64 ppm de boro. Al generar un análisis de correlación estadística entre el boro y el resto de los metales muestreados, se observa que el más alto coeficiente de correlación se tiene entre el boro y el arsénico (0.99); le sigue el boro con el litio (0.98) y después el boro y con plata (0.78). Con el resto de los metales no existe correlación. En el caso del boro con el estroncio tiene un coeficiente de correlación de 0.49. Lo anterior podría significar que tanto el boro, como el litio, y el arsénico, tienen una fuente de origen común, la cual se relacionaría con eventos hidrotermales de baja temperatura. Esta fuerte correlación mineralógica cuando es anómala se utiliza como herramientas de exploración en la búsqueda de mineralización de boro (Barker y Lefond, 1985). IX.2.- Geoquímica de las aguas en las cuencas de Tubutama y Mazatán Para las cuencas de Túbutama y Mazatán se realizó el mismo tipo de estudio, sin embargo, no se analizaron los metales Ar, Hg, Ag, Pb, Zn, Li y Sr, solamente el boro. Las muestras de la zona de Tubutama son dos, una de ellas corresponde a la muestra La Salada, que procede directamente de la zona del depósito de boro, y la otra de una zona periférica al este. En el caso de la muestras de Mazatán, todas proceden de diversas zonas de la cuenca, sin tener conocimiento actualmente de la presencia de un depósito de boro. Los resultados obtenidos son reportados en la tabla 12. Tabla 12.- Resultados de análisis de agua de las cuencas de Túbutama y Mazatán reportadas en ppm. CUENCA Tubutama Tubutama Mazatán Mazatán Mazatán Mazatán LUGAR La Salada Las Tranquitas Na K Ca 95 2.3 480 Mg 38 CO3 HCO3 0 64 SO4 1540 Cl B STD Ph 52 168 3130 7.60 73 17 83 27 0 182 62 92 0.4 1060 7.80 Corralitos 194 7 250 76 32 326 550 267 1.3 1788 7.85 Corralitos 1140 6 320 110 0 408 1999 738 5.3 5486 7.55 Corralitos 520 7 270 104 0 206 1628 213 5.3 3256 7.20 Corralitos 940 6 230 170 72 448 2044 401 6.6 4808 7.65 99 En la tabla 13 se pueden observar los contenidos en miliequivalentes de estos iones y en la última columna su clasificación geoquímica de acuerdo al diagrama de clasificación de Hardie y Eugster, (1970). Tabla 13.- Tipo de agua y clasificación en miliequivalentes CUENCA Na Tubutama Tubutama K Ca Mg CO3 HCO3 SO4 Cl 4.13 0.06 24.00 3.17 0.00 3.17 0.43 4.15 2.25 0.00 Mazatán 8.4 0.18 12.50 6.33 Mazatán 49.59 0.15 16.00 Mazatán 22.64 0.18 13.50 Mazatán 40.89 0.15 11.50 Tipo de agua 1.05 32.08 1.46 Sulfatada cálcica 2.98 1.29 1.07 5.34 11.46 7.52 Sulfatada cálcica 9.17 0.00 6.69 41.64 20.79 Sulfatada sódica 8.67 0.00 3.38 33.91 6.00 Sulfatada sódica 14.17 2.40 7.34 42.58 11.30 Sulfatada sódica 2.59 Bicarbonatada cálcica Clasificación IIB IIA IIB IIB IIB IIB En el caso de las aguas de Tubutama, los análisis muestran que son del tipo sulfatada cálcica y bicarbonatada cálcica, al igual que las aguas analizadas en la cuenca Magdalena. Al someter estas aguas a una evolución evaporativa los productos que se obtendrían serían prácticamente los mismos. Tendríamos en ambos casos precipitaciones iniciales de carbonatos de calcio, yeso con una salmuera residual de cloruros de calcio y cloruros de sodio para el caso del las aguas II A. En el caso de las aguas IIB se tendrían los mismos productos iniciales, sólo que la salmuera residual en este caso sería de sulfato de sodio y cloruro de sodio. Por otro lado, el contenido de boro en la muestra de la localidad La Salada presenta una concentración anómala de 168 ppm, en el caso de la muestra de la zona de Las Tranquitas el contenido de boro se puede considerar como promedio (0.4 ppm). Las muestras de las cuencas de Mazatán, son en su mayor parte del tipo sulfatadas sódicas a excepción de una que fue clasificada como sulfatada cálcica. El diagrama de Eugster y Hardie (1978) muestra que las aguas son clasificadas como IIB principalmente, con una muestra de agua del tipo IIA. Al simular una concentración por evaporación, podemos ver que los productos que se forman serían iguales a los obtenidos en la cuenca Tubutama y Magdalena. En los casos de Magdalena y Tubutama, en donde se presentan depósitos de boro de calcio, se observa que las aguas del tipo sulfatado cálcico presentan una relación con la mineralización de boro. El carácter calcoalcalino del volcanismo terciario de Mazatán 100 y Tubutama, se correlaciona también con la composición química de las aguas dominadas por el catión de calcio, al igual que en la cuenca Magdalena. Desde un punto más regional, se observa que los productos primarios como calcita, dolomita y yeso, se encuentran presentes en la mayor parte de las cuencas terciarias de Sonora. Por lo que se puede inferir que las sales en estas cuencas se relacionan con procesos tectónicos extensivos y con procesos volcánicos calcoalcalinos ocurridos durante el Terciario. Esta misma inferencia se puede extrapolar a cuencas más recientes como en la de Bahía de Adair, en donde se tienen otro tipo de salmueras residuales y precipitados químicos como: carbonatos de calcio y magnesio, trona Na3(HCO3)(CO3) - 2H2O con salmueras residuales de sulfato de sodio y cloruros de sodio (Armijo Rodríguez, 1987). La adquisición de los iones sódicos en estas sales se asocia con el volcanismo alcalino del Pinacate de edad cuaternaria. IX.3.- Boro en las aguas de las cuencas terciarias Con el objetivo de conocer los contenidos de boro disuelto en las aguas a nivel regional y poder compararlos con los de la cuenca Magdalena, se tomaron 84 muestras de manantiales termales, pozos y norias localizados en algunas cuencas terciarias de Sonora. Los análisis correspondientes se hicieron en el laboratorio de Turner /cas, en la ciudad de Tuczon Arizona. El método de detección del boro fue por absorción atómica. En la tabla 14 se reportan los resultados obtenidos con el nombre de la localidad de la muestra. Como información adicional, se sabe que el contenido de boro en el agua de mar se encuentra entre 4 y 6 ppm. Por otro lado, los análisis de los manantiales termales relacionados con el origen de los depósitos de boro al sureste del salar de Surire en Chile, presentan valores de boro de 29 y 39 ppm (Chong et al., 2000). Las salmueras provenientes de depósitos de boro, como en Lake Bórax en California, tienen una concentración de este elemento entre 300 a 900 ppm (Eugster y Hardie, 1978). 101 Tabla 14.- Localización y concentración de boro en cuencas del norte-noroeste de Sonora. Localidad Coord. X Coord. Y B (PPM) Localidad Coord. X Coord. Y B (PPM) Tubutama-La Salada 451800 3431600 168 Col.Morelos. 669615 3418310 0.4 Magdalena T.O. 500996 3386856 148 Col.Morelos 668400 3412800 0.4 Cerro la Mula 637700 3446050 7.2 Nacori Chico 695300 3277600 0.4 La Feliociana Mazatlán 572700 3226800 6.6 La Belleza Mazatlán 574400 3230250 0.3 Cienega de Arriba 638100 3445500 5.6 El veinticinco 636100 3445100 0.3 Corralillos Mazatlán 573800 3228800 5.3 Cúcuta 633500 3403900 0.3 Corralillos Mazatlán 573400 3228600 5.3 La ceniza, Agua prieta 649460 3456620 0.3 Arroyo la Cieneguita 638400 3447000 4.4 Rusbayo 667000 3465100 0.26 Cabullona 637700 3447585 4.2 Agua nueva 464600 3472500 0.2 Arr.Punta de Agua 630700 3440300 4.1 El Alamito 456600 3461000 0.2 Magdalena, norias 500668 3387453 1.96 El Alamo 460400 3457600 0.2 Rusbayo 665200 3422600 1.9 San José 460400 3398000 0.2 Rusbayo 666900 3421000 1.8 Saracachi 543400 3354000 0.2 Nacori Chico 693100 3280000 1.5 R.El Babismo 551200 3345400 0.2 Corralillos mazatlán 573550 3229400 1.3 Rancho Guadalupe 673100 3462900 0.2 El Ojito (Rusbayo) 667800 3419000 1.3 Cuchuverachi 663600 3445000 0.2 Agua Blanca 665800 3426100 1.1 Col.Morelos, r.Batepito 669300 3411600 0.2 Agua Blanca 667900 3425500 1.1 Nacori Chico 691400 3287200 0.2 La junta de los rios 662500 3440100 0.8 La Nopalera 458800 3473600 0.1 Bavispe 697000 3387600 0.8 El Toro 519800 3361200 0.1 El salto 498600 3407800 0.7 Bajio 533600 3348600 0.1 La Angostura 350600 3341600 0.7 El jecotal 536000 3345600 0.1 La Junta de los rios 661800 3439200 0.7 El Duraznito 542300 3340800 0.1 Los Ortiz 450600 3437500 0.6 Tuape 530000 3335000 0.1 Magdalena ciudad 504235 3389712 0.59 La Playa 555800 3227150 0.1 Tubutama 456000 3418600 0.5 Rcho.el papalote 633300 3440600 0.1 Tubutama 456000 3418600 0.5 Cuquiarachi 625600 3416250 0.1 Cabullona 639000 3446800 0.5 Cajón Bonito 674300 3453700 0.1 El fresnal 630100 3446500 0.5 La Cabellera 673400 3416800 0.1 Ej.La Cieneguita 671400 3465400 0.5 Col.Morelos, r.Bavispe 670300 3411300 0.1 Ej. 18 de Agosto 666700 3458800 0.5 Bavispe 697100 3388100 0.1 Ej. 18 de Agosto 665200 3457300 0.5 San Miguelito 694500 3381400 0.1 S. de Cuchuverachi 662700 3443100 0.5 San Miguelito 697400 3375900 0.1 Nacori Chico 699000 3284000 0.5 Bavispe 708200 3368900 0.1 San Judas 450200 3434400 0.4 Buachineras 698400 3343100 0.1 Las tranquitas 452600 3433600 0.4 Nacori Chico 698900 3290000 0.1 San Jose 461400 3399800 0.4 Nacori Chico 701500 3289300 0.1 San Martin del Rincón 517400 3361000 0.4 Nacori Chico 691400 3288800 0.1 R.Santa Ana 547000 3339600 0.4 Nacori Chico 699200 3286300 0.1 San Bernardino 665900 3464700 0.4 Nacori Chico 692100 3285900 0.1 La junta de los rios 662700 3439700 0.4 Nacori Chico 0.6928 0.1 Colonia.Morelos 670000 3418600 0.4 3279400 En la figura 65, se presenta un histograma de las concentraciones de boro obtenidas en muestras de distintas cuencas terciarias en el Estado de Sonora, y en esta se pueden ver tres principales poblaciones: 102 La primera población contiene el 85% de las muestras, con contenido de boro entre 0.10 a 1.96 ppm, y una media de 0.43 ppm. Algunas de estas, corresponden a cuencas que presentan mineralización salina, sin embargo, se encuentran probablemente en acuíferos dístales de los depósitos salinos. Estas muestras provienen de las cuencas terciarias de Sonora relacionadas genéticamente a la tectónica del Basin and Range. Un segundo grupo que contiene el 10% de las muestras, tiene valores de boro entre 4.10 a 7.20 ppm y lo que podría ser considerado como una anomalía baja. Las muestras más importantes de esta zona se localizan en la zona de Mazatán y Agua Prieta. En ambas zonas, este tipo de anomalía se podría considerar como una herramienta de exploración en la prospección de este metal, ya que en el caso de Magdalena las muestras con estas concentraciones se encuentran a menos de 1 km de distancia del depósito mineral. El tercer grupo esta representado por solamente dos muestras una de Tubutama y otra de Magdalena. Los contenidos de boro son de 148 y 168 ppm respectivamente. En base a la procedencia de estas muestras se sugiere que en ambos casos el agua muestreada está disolviendo el depósito de boro a profundidad; es decir, que en la actualidad no existe un regeneramiento del depósito. Algo que llama la atención es que no se tienen muestras con contenidos de boro entre 10 a 140 ppm, lo cual podría indicarnos fuentes primarias de boro. Las zonas en otras partes del mundo en donde se han detectado este tipo de anomalías corresponden a zonas con una tectónica y un volcanismo activo. CONCENTRACIONES DE BORO EN LAS CUENCAS 80 70 Frecuencia 60 CONTENIDO NORMAL DE BORO 50 40 Frecuencia 30 ANOMALÍAS ALTAS DE BORO 20 10 ANOMALÍA BAJA DE BORO 192 176 160 144 128 96 112 80 64 48 32 0 16 0 Boro ppm Figura 65.- Histograma de concentraciones en boro en las aguas de distintas cuencas del Estado de Sonora. 103