T - Ambasciata d`Italia

1904
México
Italia
1959
Larderello
Pathé, Hidalgo (3,000 kWe)
Los Azufres, Michoacán
LA GEOQUÍMICA DE FLUIDOS: CONTRIBUCIONES Y TENDENCIAS DE INVESTIGACIÓN
EN LA EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
EDGAR R. SANTOYO GUTIÉRREZ
UNAM
TALLER INTERNACIONAL SOBRE ENERGÍA GEOTÉRMICA
INTERCAMBIO DE EXPERIENCIAS Y VISIONES ENTRE ITALIA Y MÉXICO, MÉXICO D.F., 18 DE FEBRERO DE 2016
Reconocimiento
Etapas
Operación
Planta
Monitoreo,
Detección/Solu
ción Problemas
Diseño de
Equipo
Criterios
Selección,
Diseño y
Compra
Análisis de
información Geo
existente
Programación
exploración
Experiencia alcanzada
Sistemas Hidrotermales
Exploración
Muestreo y
caracterización
química de fluidos
Geoquímica
de
Fluidos
Producción
Estrategias de
Optimización y
Reinyección
Estudios
Ambientales
Interpretación
 Herramienta de apoyo para la exploración
(evaluación y caracterización del recurso) y la
explotación (utilización-optimización y estudios de
impacto ambiental)
 Estudios de la composición química de fluidos
para revelar sus características y los procesos
fisicoquímicos dominantes
Integración
Modelo
Conceptual
Integrado del
Reservorio
 Determinación de huellas o firmas geoquímicas
para clasificar y dilucidar el origen de los fluidos
 Determinación de parámetros fisicoquímicos (P, T y
composición) para ayudar a evaluar el potencial
disponible
Sistemas Hidrotermales
Estudios de
Trazadores
Trayectorias de flujo y
alta permeabilidad
Interferencia
Muestreo
de
Fluidos
Aguas, Gases y
Condensados
Análisis
Químicos e
Isotópicos
Aguas y Gases
Tareas Específicas de Investigación
1
Geoquímica de Fluidos
Simulación
dinámica de
procesos
Experimentos de
interacción roca-agua
Química del
yacimiento
Estimación de
parámetros
fisicoquímicos
P, T y pH
Interpretació
n
Clasificación y origen
Especiación
Grado de saturación
Modelación procesos
Sistemas Hidrotermales
Composición
Química
Rocas y Minerales
Interacción
roca-fluido
Alteración
hidrotermal
Clasificación y
Origen del
Fluido
Exploración
Temperatura
yacimiento
Evaluación del Recurso
Composición
Química e
Isotópica
Tipo
yacimiento
Tipo
Fluido
Fluidos
¿ Algunas Preguntas Planteadas ?
Trayectorias
flujo
Composición
Química
Rocas y Minerales
Interacción
roca-fluido
Incrustación/C
orrosión /
Erosión
Análisis
BHTp vs BHTm
Explotación
Procesos
geoquímicos
gobernantes
Caracterización del Recurso
Composición
Química e
Isotópica
Identificación
zonas de
producción
Monitoreo
producción
Fluidos
¿ Estudios Planteados ?
Estudios
ambientales
Evolución y Algunas Contribuciones
Importantes
Tarea - Geoquímica
Investigaciones Pioneras
Técnicas: muestreo y
Naughton et al., 1963: J. Geophys. Res.
análisis químico confiables Ellis et al., 1968: NZ Sci. Res. Report
Finlayson, 1970: Geothermics
 Representatividad
Tonani, 1970: Geothermics
 Manantiales y
Truesdell, 1973: USGS Res. Report
fumarolas
Giggenbach, 1975: Bull. Vulcanol.
 Pozos productores
D’Amore & Panichi, 1985: Int. J. Energy
- Agua (salmuera)
- Vapor-Gas
Res.
-
Estandarización
Arnórsson et al., 2006: Appl. Geochem.
Nicholson, 2012: Springer Book
Condensado
Geoquímica analítica
 Desarrollo de
Metodologías para
análisis de elementos
mayores
 Concentración (ppm)
Técnicas químicas vía húmeda
Flamometría, Potenciometría
Espectrometría de absorción atómica
Cromatografía de iones y gases
QC: Balance de cargas
Precisión y exactitud
Sensibilidad, Límites de Detección,
Selectividad  Conc. Traza (ppb)
HPLC, CE, ICP-AES, ICP-OES, ICP-MS
Geoquímica de Elementos Traza: REE
“Geochemometrics”
Patrón Zig-Zag “Odd-Even”
V
La predicción de temperaturas de fondo constituye una de las
tareas fundamentales para ayudar en la Evaluación del
Potencial Energético de un sistema geotérmico ! ! !
Geotermometría - Predicción de Temperaturas en Sistemas Hidrotermales
Reacciones: Interacción Agua-Roca
SiO2,qtz + 2H2O  H4SiO4
Geotermómetros de sílice
NaAlSi3O8 (Albita) + K+  KAlSi3O8 (Feldespato) + Na+
Geotermómetros Na/K
Reacciones: Interacción Agua-Roca-Gas
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
3CO2 + CH4 = 4CO + 2H2O
Geotermometría Isotópica
Geotermometría de Solutos Multicomponente
Geotermómetro FT
Geotermómetro CO
Geotermómetro (Referencia)
Ecuación geotermométrica (t C)
Geotermómetro (Referencia)
Ecuación
geotermométrica (t C)
CO -H S-H -CH (D´Amore &
{24775/(2 log(CH / CO )  6 log(H / CO ) 
Ecuación geotermométrica (t C)
Geotermómetro (Referencia)
2
2
2
4
4
2
Geotermómetro (Referencia)
2
2
.15
Panichi, 1980){1309 /(5.19  logS)}  273
3 log(H 2S / CO2 )  7 log P(CO2 )  36.05)}  273.15
Conc.
Ecuación geotermométrica (t C)
Vol%
Na/K (Fournier
and Truesdell, 1973)
{777 /(log[Na] /[K])  0.700)}  273.15
Quartz (Fournier, 1977)
{1522 /(5.75  logS)}  273.15
Quartz (Fournier, 1977)
H2-CO2 (Nehring & D´Amore,
16
1984)
190.3  55.97{log(H 2 )  0.5 log(CO2 )} 
Vol%
S O +H 18O=S16O 18O+H 16O
1000 ln   3.25 106 / T 2  5.6
Na/K (Truesdell, 1976)
{1968)
855.6 /(logNa / K  0.8573)}  273.15
(Lloyd,
H S-CO (Nehring
Vol%
{781/(&4.D´Amore,
51  logS)}  273
.15.3  56.44{log(H 2S)  (log(CO2 ) / 6)} 
-Cristobalite (Fournier, 1977)
{194
16
18
16
18
16
1984)
6
2
2
S O +H2  273
O=S
O
1.53{log(O
H 2S
(log(CO22 ) /6)}
3)  O+H
1000
ln


2
.
88

10
/
T
 4.1
Amorphous silica (Fournier, 1977)
{731/(4.52 4logS)}
.15
Na/K (Fournier,
1979)


{
1217
(

93
.
9
)
/(log
Na
/
K

1
.
483
(

0
.
2076
))}

273
.
15
(Mizutani
&
Rafter,
1969)
CO -H (Arnórsson &
mmol/kg
341.7  28.57 log(CO2 / H 2 )
Chalcedony (Fournier, 1977)
{1032 /(4.69  logS)}  273.15
Gunnlaugsson, 1985) Ec. 1
CH D+H2=HD+CH
1000
ln   288.9 103 / T  31.86 106 / T 2  238.28
-H (Arnórsson & 3
mmol/kg
311.7  66.722log(CO2 / H 2 ) 4
Quartz (Fournier
& Pottercitado
II,CO
1982)
Na/K (Tonani,
1980;
en
NaS/K3.6686
  010.780)}  273.15
{833
/(log
42.198(
0.28831(
0.01337)
Gunnlaugsson, 1985)
Ec.1.345)
2
(Bottinga,
1969)

5
2

7
 7)} 
3 .88{log(CO )}2
CO
(Arnórsson
&
Gunnlaugsson,
mmol/kg
32  10 )S 34
32
 4434
1  269
25{log(
CO
Arnórsson, 2000)
(3.152
.10

2
SO4+H2 3.1665
S=
SO(4.2.421
+H32 10
S2 )S 76
1985)
1000 ln   6.04 106 / T 2  2.6
77.034(1.216) log S  9.52{log(CO2 )}
Na/K (Arnórsson, 1983)
{9331974)
/(logNa / K  0.993)}  273.15
(Kusakabe,
H S (Arnórsson
&
Gunnlaugsson,
mmol/kg
Chalcedony (Arnórsson, 1983)
246
.7  44.8 log(H S)
{1112 /(4.91  logS)}  273.15
CH3D+H2=HD+CH2 2
1985) Ec. 1
1000
ln   181.27 106 / T 2  8.95 1012 / T 4  90.9
4 2
7 3
Quartz
(Arnórsson,
1985)
& Gunnlaugsson,
173
.2  S
65.
04
log(H/2K
S10
) S
 0.3659S 1975)
5.3954
 10
Na/K (Arnórsson, 1983)H S (Arnórsson 53.5
5.5132
{1319
/(log
Na
 1.699)}  273.15mmol/kg
(Craig,
1985) Ec. 2  74.360logS
H (Arnórsson & Gunnlaugsson,
mmol/kg
.2  20.99 log(H 2 )
HD+H2O=H277
2+HDO
1000
ln   396.8 103 / T  25.196 106 / T2  284
1985) Ec. 1 {1182 /(5.09  logS)}  273.15
Chalcedony
(Arnórsson,
1991)
Na/K (Nieva and Nieva,H 1987)
[Na] /[K]  1.239)}  273.mmol/kg
/(log
15
(Richet {et1178
al.,
(Arnórsson & Gunnlaugsson,
2121977)
.2  38.59 log(H 2 )
Chalcedony (Arnórsson, 1991)
1985) Ec. 2 {1182 /(5.09  logS)}  273.15
3
6
2
HD+H2O=H304
2+HDO
H S-H (Arnórsson &
mmol/kg
.1  39.48 log(H 2S / H 2 )
1000
ln


396
.
8

10
/
T

11
.
76

10
/
T
 217.3

4
2

7
3
Na/K (Giggenbach,
1988)
Moganite (Gíslason, 1997)
1390
/K
30.7
 0.53113S{

1.2578
/(log
10 S Na
5.9241
 10 
S 1.75)}  273.15
Gunnlaugsson1985)
(Richet
et
al.,1977)
 19.576
16log S
16 18
16
3
6
2
C1991)
O2+H218O=C
OH2 O+H
H -Ar (Giggenbach,
molal ln   7.849 10 / T  2.94110 / T  887
70{2.5  log(
/ Ar)} 2 O
1000

{44.119(

0.438)}

{0.24469(

0.00573)}
S

Quartz
(Verma
&
Santoyo,
1997)
Na/K (Verma and Santoyo,
1997) (Richet
Na / K  1.615(0.179
{1289
(1977)
76/ Ar) )/(log
))}  273.15
CO -Ar (Giggenbach,
1991) et al.,
molal
log(
 0.032  0.0277T  2048 / T
22
 5CO
{1.741416
10  4 (1.365

10
)}
S

{79.305(

0.427)}
logS
18
16 18
16
3
6
2
C O
O+H
2+H2 O=C
2 2O
CH -CO (Giggenbach,
1991)
1000
molal ln   18.29  10 / T  7.626  10 / T  19.6
{4625 /(10.O
4  log(
CH4 / CO
))}  273.15
Quartz (Verma & Santoyo,
{140.82(0.00)}  {0.23517(0.00179)S
2
Na/K (Arnórsson,
2000)1997)
.61977.)
 770.5512 (log[Na] /[K])  378.mmol/kg
189(log[Na] /[K] )
(Richet 733
et al,
H S (Arnórsson et al., 1998)
4.811{log(
4 2 H 2 S )}  66
3 {log( H 2 S )}  177.6
Quartz (Arnórsson, 2000)
12 0.3659S13
12  10 7 S.152
 55.3
 5.3954  1013
S  5.5132
3
6
2
CO
2+ CH4= CO2+ 3 CH4
1000ln
 15.25
 74.360
logS  954..753
CO (Arnórsson
et al., 1998)
mmol/kg


(log
[Na]
/[K]
) 3 2)}29.544(log
[Na] 
/[K]
) 4 10 / T  2.432 10 / T - 9.56
724{log(
CO2)}
 11.068
{log(CO
(Lyon & Hulston,
1984)
 72.012
CO2 )}  121
.8
Amorphous silica (Gunnarsson &
4 {log(
12  0.2694S13 1.81011013
12 10 8 S3
 121.6
S2  7.5221
t (mmol/kg
C)  (15790 / 1000 ln   9.0)  273
CO2+ CH64.630
= CO
+3.714
CH
Arnórsson, 2000)
21
4Na / K )20.252)
log(
H (Arnórssonet55.114
al., 1998)
Na/K (Can,
2002)
H2()}
 5.836
{log(
H 2 )}
logS {1052 /({log(
1


76
(

C
))}
(Lyon & Hulston,
1984)
 56.168{log(
H 2 )}  227.1
2 2 )}2
{1000 /(4.784 logS2)}  273
0.14.15
{log(H 2 3)  0.5 log(CO
-Cristobalite (Fournier, 1977)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
2
Quartz (M.P. Verma, 2000)
{{1175.7(31.7)} /({4.88(0.08)}  log S)}  273.15
SISTEMAS GEOTÉRMICOS “OCULTOS”
Source: Haizlip, 2014