hidrogeoquímica de los manantiales termales en la cuenca santiago

hidrogeoquímica de los manantiales termales en la cuenca santiago

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR
AREA DE CONOCIMIENTO DE CIENCIAS DEL MAR
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE BIOLOGÍA MARINA
POSGRADO EN CIENCIAS MARINAS Y COSTERAS (CIMACO)
TESIS
HIDROGEOQUÍMICA DE LOS MANANTIALES TERMALES
EN LA CUENCA SANTIAGO, BAJA CALIFORNIA SUR,
MÉXICO.
QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRO EN CIENCIAS MARINAS Y COSTERAS
CON ORIENTACIÓN EN MANEJO SUSTENTABLE.
PRESENTA:
PABLO HERNÁNDEZ MORALES
DIRECTOR:
DR. JOBST WURL
LA PAZ, B. C. S., DICIEMBRE DEL 2015.
ÍNDICE
CAPÍTULO 1................................................................................................................... 1
Introducción ..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 2 ................................................................................................................. 3
Generalidades .................................................................................................................. 3
2.1 Antecedentes .............................................................................................................. 3
2.2 Clima, Geomorfología e Hidrografía ......................................................................... 9
2.3 Antecedentes y marco geológico referencial ............................................................ 14
CAPÍTULO 3 ................................................................................................................ 21
Implicaciones del estudio ............................................................................................... 21
3.1 Problemática ............................................................................................................. 21
3.2 Justificación ............................................................................................................ 22
3.3 Objetivos .................................................................................................................. 22
3.4 Hipótesis .................................................................................................................. 23
3.5 Localización y vías de acceso ................................................................................... 23
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................... 25
Metodologías y consideraciones teóricas ...................................................................... 25
4.1 Cartografía de fuentes termales .............................................................................. 25
4.2 Teoría de procedimientos analíticos ....................................................................... 26
4.3 Procesamiento de datos ........................................................................................... 31
4.4 Representación de análisis químicos ...................................................................... 32
4.5 Metodología de muestreo ........................................................................................ 34
4.6 Análisis in situ ......................................................................................................... 36
4.7 Análisis en Laboratorio ........................................................................................... 39
4.8 Geotermometría ...................................................................................................... 45
4.9 Análisis de alineamientos estructurales y manantiales termales. .......................... 48
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................55
Resultados y discusión .................................................................................................. 55
5.1 Hidrogeoquímica ..................................................................................................... 55
5.1.1 Temperatura en superficie ...............................................................................57
5.1.2 pH y Eh ............................................................................................................ 59
5.1.3 Conductividad eléctrica ................................................................................... 60
5.1.4 Análisis fisicoquímico ...................................................................................... 60
5.1.5 Balance iónico o balance de cargas ................................................................. 64
5.1.6 Tipificación de manantiales termales ............................................................. 65
5.1.7 Relaciones iónicas ............................................................................................ 70
5.2 Geotermómetros...................................................................................................... 74
5.2.1 Silice................................................................................................................... 74
5.2.2 Na-K-Mg ............................................................................................................75
5.2.3 Temperatura geotérmica ...................................................................................81
5.3 Origen del agua en los manantiales termales ......................................................... 82
5.4 Relación densidad de alineamientos y manantiales termales. ............................... 83
CAPÍTULO 6 ............................................................................................................... 90
Conclusiones y recomendaciones ................................................................................. 90
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 94
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Climas en la cuenca Santiago (García, 1964. En CONABIO, 1998). ..............10
Figura 2. Provincias fisiográficas de B.C.S. y área de estudio (Cervantes-Zamora,
1990). .............................................................................................................................. 11
Figura 3. Mapa de las regiones hidrológicas en B.C.S. y en el municipio de Los Cabos.
........................................................................................................................................ 13
Figura 4. Localización, manantiales termales, litología y estructuras sobresalientes en
el área de estudio. Modificado de Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997, Pérez-Venzor,
2013. ............................................................................................................................... 16
Figura 5. Mapa geológico estructural, presentando las unidades geológicas y su
relación litológica (Modificado de Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997). ......................... 19
Figura 6. Ubicación del área de estudio. ....................................................................... 24
Figura 7. Diagrama de Piper, indica la extrapolación de la muestra hacia el rombo
superior, su ubicación en el rombo indica el tipo de agua resultante. ......................... 33
Figura 8. Diagrama Stiff, presenta las relaciones aniones versus cationes y la escala
lineal. ............................................................................................................................. 34
Figura 19. Diagrama ternario para el geotermómetro Na-K-Mg (Giggenbach, 1988). 47
Figura 20. Diagrama de flujo del procedimiento realizado para la obtención de
alineamientos y sus productos derivados. .................................................................... 50
Figura 21. Combinación de la imagen de satélite, mapa de sombras y MDE coloreado
gradualmente respecto la elevación, el tono verde claro es la cota más baja y el tono en
blanco son las zonas con mayor altitud de la sierra La Laguna (2040 m). ................... 51
Figura 22. Mapas de sombras derivados del MDE, a) 0°, b) 45°, c) 90°, d) 135°,
e)
180°, f) 225°, g) 270°, h) 315°. ...................................................................................... 52
Figura 23. Vectorial de alineamientos sobrepuesto al MDE. ....................................... 53
Figura 24. Red hidrográfica, cuencas y subcuencas en la zona de estudio. ................. 54
Figura 30. Muestra del formato diseñado para los datos recopilados en campo. ........57
Figura 31. Mapa indicando la temperatura para cada manantial y su relación espacial
a la cuenca Santiago. ..................................................................................................... 58
Figura 32. Variación del error en 16 muestras de manantiales termales. .................... 64
Figura. 33. Histograma representando el % de error. .................................................. 65
Figura 34. Mapa hidrogeoquímico con la tipificación de los manantiales termales. .. 66
Figura 35. Diagrama de Piper, determina los tipos de agua y sus relaciones. Los
círculos representan la concentración de SDT (mayor 1404 mg/l). ............................ 68
Figura 36. Diagramas de Stiff para cada muestra recolectada y analizada de los
manantiales en la cuenca Santiago. .............................................................................. 69
Figura 37. El diagrama muestra los sitios de muestreo versus la concentración en mg/l
(eje Y) de los iones mayores. Se denota la baja concentración del Mg para los
manantiales termales y su variación en cada sitio........................................................ 70
Figura 38. Relación Temperatura vs. Conductividad eléctrica. .................................... 71
Figura 39. Relación temperatura vs. Mg....................................................................... 72
Figura 40. Relación Cl vs. (Br, Sr, B). ........................................................................... 72
Figura 41. Relación Cl vs. B .......................................................................................... 73
Figura 42. Relación Cl-Na ............................................................................................. 73
Figura 43. Geoindicador de cuarzo vs. cationes, se observan las muestras en su mayor
parte ubicadas sobre la línea de equilibrio de la calcedonia para temperaturas entre
60°C y 80°C. ...................................................................................................................75
Figura 44. Diagrama ternario de Giggenbach (1988). Dos grupos separados en las
zonas de equilibrio parcial e inmaduras están bien definidos. La línea curva superior
de cruce con las proyectadas señala el equilibrio. ........................................................ 76
Figura 45. El diagrama presenta la relación Mg/(Mg+Ca) y K/(K+Na) señalando
también la dilución del fluido en el sistema geotermal, la línea curva indicaría el
equilibrio con la roca. ..................................................................................................... 77
Figura 46. El diagrama ternario de Cl-SO4, HCO3, presenta claramente la ubicación de
las muestras analizadas en el campo de aguas periféricas (Agua superficial, aguas
meteóricas). ................................................................................................................... 78
Figura 47. Li-B-Cl, define la ubicación de las muestras analizadas hacia la zona de
mezcla con aguas con baja concentración en los iones li-B vs cloro, relaciones típicas
para temperaturas altas en sistemas geotermales. Estos elementos interactúan en su
concentración conforme aumenta la temperatura ....................................................... 78
Figura 48. Diagrama ternario que indica la mezcla de aguas superficiales con el flujo
ascendente del sistema termal. ..................................................................................... 79
Figura 49. El diagrama ternario de Li-Rb-Cs ubica a las muestras analizadas con
pérdida de calor conductivamente y sugiere la mezcla con aguas poco mineralizadas 79
Figura 50. El grafico indica que las muestras de los manantiales pueden estar en el
reservorio termal en equilibrio con la presión de CO2. ................................................ 80
Figura 51. Las muestras analizadas indican la perdida de calor conductivamente y
sugiere la mezcla con aguas poco mineralizadas, como puede observarse en el
diagrama Cl vs. Entalpia. .............................................................................................. 80
Figura 55. Mapa de densidad de número de alineamientos mostrando las zonas con
mayor índice de densidad en rojo ocre con valores hasta 1.9 num/km2. ..................... 84
Figura 56. Diagrama de rosa mostrando la frecuencia y dirección de los
alineamientos, la flecha indica la dirección promedio (NW-SE). ................................ 85
Figura 57. Densidad de longitud de alineamientos en km/km2, se presenta en el mapa
la falla San José del Cabo, es evidente la ubicación sobre la zona de traza de esta falla
de los manantiales termales. ......................................................................................... 86
Figura 58. Diagrama de rosa para la longitud de alineamientos, la mayor densidad se
encuentra en aquellos con dirección NW-SE. .............................................................. 87
Figura 59. Mapa de densidad de cruzamiento de alineamientos en km/km2.............. 89
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Figura 9. Medición de la conductividad eléctrica directamente del cuerpo de agua
(Manantial El Chorro). .................................................................................................. 36
Figura 10. Titulación para determinar alcalinidad de la muestras en campo. ............ 37
Figura 11. Bailer (1 L) para extracción de muestras a profundidad. ............................ 37
Figura 12. Medición de pH, REDOX y temperatura en campo. ................................... 38
Figura 13. Análisis por turbidimetría en espectrofotómetro. ....................................... 40
Figura 14. pH-metro y multiparámetro calculando el pH y la conductividad eléctrica.
........................................................................................................................................ 41
Figura 15. Preparación de alícuotas de las muestras para análisis volumétricos. ....... 42
Figura 16. Determinación de la concentración de flúor en las muestras. .................... 43
Figura 17. Equipo ICP-OES utilizado para el análisis de iones mayores en este trabajo.
....................................................................................................................................... 44
Figura 18. Equipo de ICP-MS calibrándose con soluciones conocidas para el análisis
de las muestras estudiadas. ........................................................................................... 45
Figura 25. Manantiales El Chorro (Izq.) y Santa Rita (Der.)........................................ 55
Figura 26. Manantiales San Dionisio (Izq.) y Sol de Mayo (Der.). .............................. 55
Figura 27. Manantiales El Machete (Izq.) y Las Vinoramas (Der.) .............................. 56
Figura 28. Pozo P14 (Izq.) y manantial Buenavista (Der.) ........................................... 56
Figura 29. Noria P15 (Izq.) y La Trinidad (Der.). ......................................................... 56
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Minerales comunes según la temperatura (de Restrepo-Martínez 2004). ...... 5
Tabla 2. Climas y descripción general (García, 1964) ...................................................10
Tabla 3. Geotermómetros de cuarzo y calcedonia: ....................................................... 46
Tabla 4. Resultados de análisis fisicoquimicos. ............................................................. 61
Tabla 5. Resultados de análisis ICP-OES. ..................................................................... 62
Tabla 6. Resultados de análisis ICP-MS. ...................................................................... 63
Tabla 7. Resultados de determinación del error de análisis. ........................................ 64
Tabla 8. Calculo de temperatura en °C, para varios geotermómetros. ........................ 74
Resumen
Manantiales termales en el noreste del municipio de Los Cabos B.C.S., son
conocidos y han sido usados desde tiempos prehispánicos. Aunque son
mencionados en trabajos científicos, no han sido estudiados en su contexto
hidrogeoquímico interrelacional en la cuenca Santiago. El objetivo de esta
investigación fue definir la composición hidrogeoquímica de los manantiales
termales, las características en el reservorio termal, origen del agua en el reservorio,
interacción agua-roca y la relación con la geología estructural del área.
Principalmente los manantiales con mayor interés están en la cuenca hidrográfica
Santiago, de tipo exorreica con un área aproximada de 800 km 2, siendo esta cuenca
la segunda de mayor área en el municipio.
Dos etapas de muestreo fueron realizados, recolectándose 16 muestras de
agua en manantiales termales. Muestreos y análisis fisicoquímicos fueron llevados a
cabo bajo los estándares de procedimientos y métodos definidos en las normas:
NMX-AA-003-1980, NMX-AA-014-1980, EPA/600/4-79-020 y SMWW.
Las muestras analizadas indican un sistema termal de baja mineralización con
un promedio de 261 mg/l de STD. Los manantiales presentan una firma
hidrogeoquímica de tipo sódico-bicarbonatada, contrastando con las manantiales
formalmente descritos cercanos a la costa en varios sitios de sudcalifornia,
documentadas como del tipo clorurada-sódica. Temperaturas entre 28°C y 45°C
fueron determinadas en superficie para los manantiales y la modelación con el
geotermómetro de Sílice y Na-K-Mg muestra temperaturas en el rango de 80°C a
150°C para el reservorio termal profundo en equilibrio. Se observa en los resultados
una mezcla de agua termal-agua superficial y agua termal en la interface agua-vapor.
Se infiere una circulación relativamente profunda que permite adquirir una
firma más sódica en congruencia con la geoquímica de la roca huésped. Los
diagramas ternarios concuerdan en presentar la mezcla de aguas meteóricas con el
agua de origen termal. El análisis estructural, con base en SIG, indica que los
manantiales termales de mayor temperatura; están relacionados a la traza principal
de la falla San José del Cabo. También que el fracturamiento, es factor importante
para la recarga del sistema hidrotermal.
Capítulo 1
Introducción
La escasez de agua en las zonas áridas, como es el caso del estado de Baja
California Sur (B.C.S.), presenta un reto para el sostenimiento de asentamientos
humanos en todo el territorio. Por lo tanto, la disponibilidad de agua es limitante para
el desarrollo de las actividades socioeconómicas.
Baja California Sur es una región con un clima árido-semiárido. La
precipitación media en el estado no excede los 200 mm anuales (INEGI, 1996). En
esta condición, el clima juega un papel importante en el balance hídrico y en especial
para la recarga de los sistemas acuíferos. Siendo entonces una zona con bajas
precipitaciones
anuales,
existen
eventos
de
carácter
extraordinario
(v.g.
precipitaciones torrenciales durante la temporada de huracanes), los cuales pueden
aportar gran cantidad de agua a la recarga anual.
El estado de B.C.S. no exhibe condiciones para la presencia de acuíferos de
grandes extensiones debido a la fisiografía y geología que enmarca la región, la cual
en su mayoría tiene características poco ideales para el almacenamiento de agua.
Aunado a lo anterior, algunos otros factores pueden vulnerar la disponibilidad de
agua en los acuíferos, en este contexto, la intrusión de agua de mar ha causado
graves problemas en varios acuíferos del estado.
La península de Baja California se sitúa en una amplia zona con presencia
tectónica activa, que tiene como producto la existencia de geotermalismo con
diferentes características y magnitudes con manifestaciones en superficie tanto en el
continente como en el fondo oceánico.
Uno de los usos útiles y más extendidos del hidrotermalismo es la generación
de energía eléctrica. México actualmente presenta importantes campos geotérmicos
en aprovechamiento. Tal es el caso de Los Azufres en Michoacán y el campo de
Cerro Prieto en B.C., lo que en 2007 situó a México como el tercer productor de
energía geotérmica mundial (Maya-González y Gutiérrez-Negrín, 2007).
En BCS, se encuentra un campo experimental en la zona del volcán Las Tres
Vírgenes, donde se produce la energía eléctrica mediante una fuente hidrotermal. En
1
este sitio, la energía es producto de procesos vinculados a calor, generado de la
cámara magmática del volcán, inducido por la extensión estructural del golfo de
California (Maya-González y Gutiérrez-Negrín, 2007).
Otro uso extendido de las fuentes termales es como agua medicinal. Por ser
ricas en componentes minerales, permite su utilización en la terapéutica como baños,
inhalaciones, irrigaciones y calefacción (ver Hidroterapia). Esto también ha
estimulado a integrar los manantiales termales como fuente de atractivo turístico, lo
que puede conducir a un impacto antropogénico de dichas zonas.
Existen algunos aspectos desfavorables del hidrotermalismo. Es conocido que
algunas fuentes termales pueden adicionar diferentes elementos químicos al agua
subterránea, tales como: boro, flúor, arsénico, metales potencialmente tóxicos y/o
alta mineralización que condicionan el uso a favor del ser humano.
En la cuenca de Santiago existen zonas con aguas termales, que alcanzan en
superficie temperaturas entre 40°C y 45°C. Estas fuentes termales (algunas
conocidas desde hace mucho tiempo), no han sido estudiadas ampliamente,
especialmente respecto a su estado hidrogeoquímico y condiciones en el reservorio
termal. Además se desconoce cómo afecta el hidrotermalismo a la composición
química del agua subterránea en la cuenca de Santiago. En este contexto, existe la
fuerte importancia de proveer información confiable, mediante un estudio
especializado de estas fuentes y su interacción con el agua subterránea.
2
Capítulo 2
Generalidades
2.1 Antecedentes
La diversidad de estudios de índole hidrogeoquímico tiene décadas de
desarrollo teórico, técnico y científico. Es bien conocida la utilidad de los estudios
basados en la indagación de las propiedades fisicoquímicas de los fluidos para
reconocer y determinar sus diferentes características tales como composición
elemental, relaciones iónicas e interacción agua-roca huésped, entre otras.
La hidrogeoquímica conjunta tres áreas de estudio principales; la química y la
geología que en unidad dan lugar a la geoquímica cuyo término se acuño en Suiza a
principios del siglo XIX por Schönbein (White, 2005). Para principios del siglo XX
Goldsmith fue uno de los principales precursores de la geoquímica moderna, cuyo
mayor desarrollo fue hasta mediados del siglo XX (Albarede, 2009). Como parte de la
geoquímica después se derivó el término hidrogeoquímica que se dedicaría más al
estudio de la química del agua, su comportamiento termodinámico y su relación con
el medio o sustrato que lo contiene.
Los manantiales termales son evidencia de calor en el subsuelo y de acuerdo
a su temperatura y composición química se les clasifica de alta o baja temperatura (si
es mayor o menor de 50°C) y dependiendo del tipo de agua que descargan se les
denomina ácidos, alcalinos o neutrales, dependiendo del pH.
El agua se calienta en su recorrido subterráneo al contacto con: rocas con
mayor temperatura por efecto de la presión por la profundidad, debido a los procesos
radioactivos, por la cercanía a alguna cámara magmática o debido al gradiente
geotérmico. Sea que actúe un solo proceso o combinados al calentarse, el agua
aumenta su capacidad de disolver minerales. Un ejemplo es el cuarzo, cuando se
disuelve produce un incremento de sílice en el fluido, al mismo tiempo otros
minerales dejan de ser afectados y menos solubles, tal es el caso de la calcita (ProlLedesma, 1996).
La transferencia de calor y presión a profundidad genera difusión química.
También los fluidos termales en sistemas fracturados disuelven y precipitan
3
minerales, los cuales son mezclados, disociados e incorporados en el agua y en
algunos casos puede llegar a emanar en la superficie terrestre. Debido a esto los
aumentos en los espacios intersticiales en las rocas aumenta por la disolución cerca
de las fuentes de calor y precipitan ya que se alejan de estas (Xu y Pruess, 2000).
Cuando el agua es influenciada por termalismo tiende a ser de carácter más
mineralizada debido a una mayor disolución de sales, lo que puede incrementar su
concentración hasta en 300,000 mg/l (Wright, 1991).
Hay dos aspectos importantes para determinar las condiciones fisicoquímicas
de los fluidos y su reservorio, evaluar su temperatura y formular las posibles
situaciones de equilibrio, responsables del control químico de las soluciones: a)
determinar las especies químicas, concentraciones y actividades así como de sus
índices de saturación para distintas fases minerales lo que, en esencia, comprende
un cálculo de su especiación-solubilidad y b) estudiar los equilibrios agua-mineral
establecidos en profundidad, determinando la temperatura a la que se establecen,
según datos químicos de las manifestaciones en superficie, lo que comprende una
modelización geotermométrica (Buil-Gutiérrez, et al. 2002).
Restrepo-Martínez (2004) indica que los metales pesados y las fuentes
hidrotermales muestran estrecha relación, pues la mayoría de los metales son de
origen hidrotermal en sus distintas fases (Tabla 1).
Por otra parte, Manzella (2007) supone que la toma de datos en las fuentes
termales cercanas a la superficie terrestre, pueden ser influenciadas por los cambios
de temperatura que afectan la atmosfera, por la incidencia de luz solar. Los
resultados hidrogeoquímicos pueden presentar diferencias, debido a la penetración
de la radiación solar de unas decenas de centímetros, en la superficie de los suelos.
Por tanto, el tomar en cuenta las temperaturas anuales y los periodos de registro de
datos, dan mayor certidumbre a los resultados obtenidos de las muestras.
4
Tabla 1. Minerales comunes según la temperatura (de Restrepo-Martínez 2004).
Temp. ° C
Nombres
Minerales comunes
Mineralizaciones
Pegmatita
Feldespatos, cuarzo.
Beril, Monacita.
400-500° C
Neumatolítica
Cuarzo, pirita.
SnO2 (Fe,Mn)WO4
Cuarzo, pirita, epidota, biotita,
FeAsS, Bi2S3, CuFeS2
granate, diopsita, actinolita, tremolita.
(Calcopirita)
Mesotermal
Cuarzo, pirita, epidota.
ZnS, CaCO3, PbS
Epitermal
Cuarzo, pirita, montmorillonita.
(CaMg)CO3, Sb2S3, FeCO3
300-400° C
200-300° C
100-200° C
0-100° C
Hidrotermal
>500° C
Katatermal
Teletermal
HsS, AsS, As2S3, CaF2,
Cuarzo, pirita.
BaSO4
Dado la valiosa herramienta que provee la hidrogeoquímica como apoyo en
estudios geohidrológicos, geológicos, mineralógicos y geotermales por mencionar
algunos, investigadores han realizado estudios importantes en B.C.S.
Trabajos
hidrogeoquímicos
importantes
se
han
enfocado
hacia
la
caracterización del agua superficial y subterránea que existen en el estado, aunque
también son útiles en estudios para ambiente marino. La principal razón de estos
estudios es reconocer la calidad del agua. Debido a la estrecha relación de las
poblaciones sudcalifornianas respecto a las cuencas, en su mayoría de tipo costeras,
efectos negativos por sobreexplotación son conocidos, siendo la intrusión del agua
de mar la más recurrente (Cardona et al., 2004; Prol-Ledesma et al., 2004; Wurl et
al., 2009; Rosales-Ramírez et al., 2011; Urquidi-Gaume, 2012; González-Abraham et
al., 2012). Por otra parte investigaciones hidrogeoquímicas son de uso extendido
para complementar los trabajos para conocer el estatus de los acuíferos debido a
efectos por actividad minera o industrial (Carrillo-Chávez et al., 2000; Wurl et al.,
2014).
Otro campo donde los estudios hidrogeoquímicos son ampliamente útiles es
para investigación en zonas con potencial geotérmico y B.C.S. es una de ellas. Con
una planta en producción de energía geotérmica en el municipio de Mulegé (Campo
Geotérmico Las Vírgenes) y zonas con actividad geotermal en Loreto, Bahía
Concepción, Cabo San Lucas, San Juan de los Planes y Santiago, la entidad ha sido
5
de interés para los investigadores en el tema (López-Sánchez et al,. 2006; UABC,
2011; Wurl et al., 2013; Arango-Galván et al., 2015).
Torres-Rodríguez (2000) realizó una carta geotérmica escala 1:2,000,000 de
México, donde incluye las manifestaciones termales en la cuenca Santiago y otras
manifestaciones existentes en la península de B.C.
Según la tectónica y geología estructural prevaleciente, el área de estudio
pertenece a la provincia del Rift Pacifico Este y falla San Andrés (East Pacific Rise
and San Andreas Fault Province).
El hidrotermalismo en la península de Baja California ha sido estudiado en
zonas muy puntuales. Se ha descrito actividad hidrotermal submarina profunda en la
cuenca de Guaymas, ubicada en el centro del Golfo de California, ambos sitios
forman parte de la Dorsal del Pacífico Oriental (Spiker y Simoneit, 1982).
La actividad hidrotermal en la península de Baja California se vincula a fallas
regionales que permiten la penetración profunda de agua en zonas de alto flujo de
calor (Prol-Ledesma et al., 2005). Las fallas están relacionadas con la tectónica
extensional Terciario del Golfo de California (Aranda-Gómez et al., 2000; ProlLedesma et al., 2004; Canet et al., 2005; Villanueva-Estrada et al., 2005).
Perforaciones profundas permiten acceso al agua termal en el campo
geotérmico Las Tres Vírgenes. En este campo existen nueve pozos geotérmicos
activos, los cuales alcanzan profundidades de más de 2.000 metros (Portugal et al.,
2000) y proporcionan una buena referencia sobre su composición vapor-agua y de
las características geoquímicas del agua en el sistema regional de la circulación
profunda, también indican la temperatura del reservorio (280°C) estimada mediante
geotermómetros de Na/K y SiO2 (Tello-Hinojosa et al., 2005).
Hasta ahora los trabajos sobre aguas termales en la península indican como
fuente de aporte el agua del mar, modificado por procesos geotermales. El agua
termal se enriquece en Ca, As, Hg, Mn, Ba, HCO3, Li, Sr, B, I, Cs, Fe, y Si con
respecto al agua de mar (Villanueva-Estrada et al., 2005).
Prol-Ledesma et al. (2005) describen similitudes en la composición química de
las manifestaciones hidrotermales submarinos de Punta Banda y Punta Mita.
Villanueva-Estrada et al. (2005) concluyen que el agua de los manantiales en la
6
Bahía Concepción, es muy similar a la composición del fluido térmico que se
encuentra en los pozos profundos de Las Tres Vírgenes y en la cuenca de Guaymas.
La temperatura en Bahía Concepción, calculada por medio de geotermómetros,
alcanza en el reservorio profundo aproximadamente 200°C y una temperatura de
equilibrio en la superficie de aproximadamente 120°C (Villanueva-Estrada et al.,
2005).
López-Sánchez et al. (2006) describen una zona de termalismo en las
cercanías de la ciudad de Cabo San Lucas. Presentan en su estudio el tipo y origen
de esas fuentes, encontradas en las perforaciones realizadas para abastecer de
agua a una planta desalinizadora. Concluyen una temperatura del reservorio de
200°C, con agua de mar como fluido dominante y una composición química, similar a
la descrita para la parte central de la península de Baja California.
González-Abraham et al. (2012) documentaron en su estudio geoquímico
muestras de manantiales termales en la región de Loreto y definen los tipos de
aguas. Determinan la existencia de mezclas de agua y la relación de las
componentes en la interacción agua-roca.
En 2015 Arango-Galván et al., presentan una recopilación y características de
los principales sitios con presencia de geotermalismo, en la península de Baja
California y proponen 14 áreas geotérmicas. Incluyen un área en el BLC cerca al
poblado de Cabo San Lucas, sin embargo no contempla la zona geotermal de la
cuenca Santiago.
R.O.A.S.A. (1980) presenta un trabajo sobre la geohidrología de la cuenca con
base en datos geofísicos y métodos físicos directos, así como de una interpretación
hidroquímica. Este trabajo resulta en la descripción del balance hídrico de la cuenca
y la tipificación química sobre el acuífero principal, así como la disponibilidad hídrica.
Coronel-Aranzubia et al. (1981) realizan un análisis hidrológico en el área del
BLC como parte de un programa para el diseño y construcción de obras de
almacenamiento hidráulico para especificar sitios propicios de captación y
construcción de tales obras.
Un estudio generalizado del estado hecho por INEGI (1996) describe a la
cuenca de Santiago con sus parámetros hidrológicos generales que la componen. El
7
estudio recopila diferentes fuentes, tanto del mismo INEGI como de diferentes
instituciones, ofreciendo una guía general de aspecto informativo de la hidrología
estatal por cuencas hidrográficas.
Navarro-Lozano (1998) determino la geoquímica del agua superficial y
subterránea del valle del poblado de Santiago para presentar la tipificación de las
aguas existentes en el valle.
Comisión Nacional del Agua (CNA, 2002) presenta estudios muy resumidos,
tal es el caso de los estudios sobre disponibilidad de agua realizado en la cuenca
Santiago, presentados en una actualización muy general. Afirma este trabajo que la
cuenca de Santiago presenta las características propicias para explotación de agua
subterránea y caracteriza la cuenca por estar subexplotada, con aprovechamientos
de agua subterránea por medio de pozos de extracción, norias y manantiales, la cual
es utilizada para consumo humano (42%), agrícola (56%) y ganadero (2%).
Hernández-Morales (2008) realizó un estudio hidrogeoquímico en el cual
tipifica las aguas subterráneas en la cuenca Santiago. Concluye que existen 8
diferentes grupos de aguas con predominancia de las tipo cálcicas-bicarbonatadas,
seguida por la cálcico-clorurada, cálcico-sulfatadas, cloruradas-sódicas. Señala que
algunas muestras presentan una mineralización elevada (mayor a 1000 mg/l STD) y
problemas con respecto a los elementos nitrógeno (en su especie amonio), nitrito,
manganeso, cloruro y cromo. De acuerdo a las temperaturas de muestras de agua
obtenidas, se indica la existencia de termalismo en dicha zona.
La cuenca Santiago tiene recursos geotérmicos de baja entalpía (García,
2006; UABC, 2011; Iglesias et al., 2011).
Ordaz-Méndez et al. (2011) y Prol-
Ledesma (comunicación directa, 2014), han realizado análisis para determinar la
temperatura del reservorio para la manifestación termal en el poblado Buenavista
basado en geotermometría por medio de SiO2 y Na-K.
Sin embargo, un estudio en conjunto de las particularidades que presentan
todas las manifestaciones termales, sus relaciones y su estado actual en la cuenca
Santiago, no han sido descritos completamente. Por lo que esta investigación
pretende la tarea de otorgar fundamentos científicos, que determinen el origen,
caracterización y ocurrencia de los manantiales termales existentes en la cuenca.
8
2.2 Clima, Geomorfología e Hidrografía
México es un país con amplia variedad climática lo que permite una diversidad
de biomas. Por su ubicación geográfica el país cuenta con climas desde muy
húmedos a secos lo que se traduce en zonas con vegetación selvática (e.g. Selva
Lacandona, Chis.) hasta desiertos extremos (e. g. Desierto de altar, Son.).
Una categorización considerablemente aceptada es el sistema de clasificación
climática realizada por Köppen (Pidwirny, 2011) la cual debido a su generalidad y
baja relación a las condiciones reales de los climas en México fue modificada por
Enriqueta García (García, 1964).
El sistema de clasificación de Köppen, modificado por García, ubica a la
península en el grupo de climas B con los tipos de climas s y w. En su minoría
también existen los del grupo C con tipos s y w, donde B y C definen los grupos
secos y templados lluviosos respectivamente y los tipos s y w corresponderían a la
subdivisión por su régimen de temperatura. Así mismo García subdivide también con
base en la oscilación de la media anual de la temperatura y régimen de lluvias. La
figura 1 presenta la clasificación climática para el área de Santiago y sus
alrededores, asimismo la tabla 2 indica la definición para cada clima en la zona.
A inicios del siglo XX se definió la primera división de provincias fisiográficas
en la república mexicana, a partir de entonces varios autores han realizado diversas
versiones y clasificaciones fisiográficas principalmente con base en rasgos
topográficos y geológicos (Thayer, 1916; Ordoñez, 1936; Alvarez, 1958; Raiz, 1964;
Cervantes-Zamora, 1990; Lugo-Hubp y Cordova, 1991). Algunos de los trabajos
anteriores utilizaron indistintamente el término fisiográfico y geomorfológico para
referirse a sus clasificaciones, fue Lugo-Hubp (1991) quien realizó una división con
base en variables geomorfológicas. Se acepta generalizadamente la clasificación
-
9
Figura 1. Climas en la cuenca Santiago (García, 1964. En CONABIO, 1998).
Tabla 2. Climas y descripción general (García, 1964)
Zona
climatológica
C(wo)
BS1kw
BSohw
BSo (h`)w
BW (h`)w
BWhw
C(w1)
Descripción Tipo de clima
Templado, subhúmedo, temperatura media anual entre 12ºC y 18ºC, temperatura del mes
más frío entre -3ºC y 18ºC y temperatura del mes más caliente bajo 22ºC. Precipitación en
el mes más seco menor de 40 mm; lluvias de verano con índice P/T menor de 43.2 y
porcentaje de precipitación invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Semiárido, templado, temperatura media anual entre 12ºC y 18ºC, temperatura del mes más
frío entre -3ºC y 18ºC, temperatura del mes más caliente menor de 22ºC. Lluvias de verano
y porcentaje de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Árido, semicálido, temperatura entre 18ºC y 22ºC, temperatura del mes más frío menor
de18ºC, temperatura del mes más caliente mayor de 22ºC. Lluvias de verano y porcentaje
de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Árido, cálido, temperatura media anual mayor de 22ºC, temperatura del mes más frío mayor
de 18ºC. Lluvias de verano y porcentaje de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Muy árido, cálido, temperatura media anual mayor de 22ºC, temperatura del mes más frío
mayor de 18ºC. Lluvias de verano y porcentaje de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total
anual.
Muy árido, semicálido, temperatura media anual entre 18ºC y 22ºC, temperatura del mes
más frío menor de 18º C, temperatura del mes más caliente mayor de 22ºC. Lluvias de
verano y porcentaje de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Templado, subhúmedo, temperatura media anual entre 12ºC y 18ºC, temperatura del mes
más frío entre -3ºC y 18ºC y temperatura del mes más caliente bajo 22ºC. Precipitación en
el mes más seco menor de 40 mm; lluvias de verano con índice P/T menor de 43.2 y
porcentaje de precipitación invernal del 5% al 10.2% del total anual.
10
publicada por Cervantes-Zamora et al., (1990). INEGI y CONABIO determinan 88
subprovincias y discontinuidades fisiográficas basados en la división de 1990 de
Cervantes-Zamora et al.
El estado de Baja California Sur corresponde a la provincia fisiográfica no. 1,
nominada Provincia de Baja California cuya división es en una subprovincia y tres
discontinuidades: Subprovincia Sierra de la Giganta, Discontinuidad desierto de San
Juan Vizcaíno, Discontinuidad Llanos de Magdalena y Discontinuidad del Cabo
(Cervantes-Zamora et al.1990). En esta última división se encuentra el área de la
cuenca Santiago (fig. 2).
Golfo de
California
Océano
Pacífico
Figura 2. Provincias fisiográficas de B.C.S. y área de estudio (Cervantes-Zamora,
1990).
La Discontinuidad del Cabo está definida por un sistema montañoso con
orientación norte-sur el cual limita al norte-noroeste con la discontinuidad llanos de la
Magdalena. Esta región muestra las montañas segmentadas en bloques menores
limitados por fracturas regionales con orientación casi E-W.
11
La topografía en la cuenca presenta una altura máxima aproximada de 2040 m
y una mínima de 0 m en la costa. Las áreas montañosas muestran un relieve muy
escarpado con pendientes abruptas típicas de rocas cristalinas graníticas
principalmente, en esta porción de la cuenca los escurrimientos superficiales son de
caudales con alta velocidad de manera que los procesos, mayormente erosivos
(Lugo-Hubp, 1990), se generan de manera vertical más que horizontal. Por tanto el
intemperismo fluvial es el principal factor de modelamiento de la cuenca, aunado a
levantamiento del ensamble plutónico y su equilibrio isostático, así como a la
expresión estructural que se presenta activa hasta la fecha. Como producto erosivo
se crean acantilados y valles profundos, mientras que pendiente abajo se produce la
acreción de los materiales transportados por los arroyos en forma de grandes
bloques de tamaño de metros hasta partículas finas como arenas y limos.
En la parte central de la cuenca se presentan mesas compuestas de
sedimentos de origen continental y marino con baja disección. Los cauces que
disectan estas mesas pueden llegar a medir hasta km de anchura. La hidrología está
dominada por un patrón de drenaje dendrítico y rectangular mayoritariamente. La
zona del arroyo San Dionisio (Fig. 3), presenta la zona más activa aportando material
sedimentario en la cuenca (Cortés-Martínez, 1989., Pérez-Martínez, 1983).
El contexto fisiográfico y climático, que enmarca el sur de la península de B.
C., resulta en una hidrografía formada generalmente por cuencas de pequeña a
mediana extensión. Presentan las cuencas drenaje principalmente dendrítico,
corrientes perennes; cuyos escurrimientos pueden ser caudalosos en temporada
ciclónica (Mayo-Noviembre), y ocasionan una tasa alta de erosión de las rocas y
posterior depósito sedimentario, hacia el interior de las cuencas tectónicas.
Las cuencas hidrográficas pueden clasificarse según su drenaje de salida en
endorreicas (cerradas), exorreicas (abiertas) y arreicas. CONAGUA tiene una división
de las cuencas basada en regiones hidrológicas. La cuenca Santiago tiene su salida
hacia el mar drenando hacia la vertiente este de la Sierra La laguna al golfo de
california. La cuenca hidrográfica de Santiago se encuentra dentro de la región
hidrológica No. 6 (CNA, 1996), esta región se extiende desde la localidad de los
12
Cabos hasta el área de la localidad de Bahía Concepción, limitando con la región 5
hacia el norte y con la región 3 al oeste (Fig. 3).
Golfo de
California
Océano
Pacífico
Figura 3. Mapa de las regiones hidrológicas en B.C.S. y en el municipio de Los
Cabos.
13
2.3 Antecedentes y marco geológico referencial
Geología regional.
La península de Baja California exhibe una geología heterogénea, con
particularidades macroscópicas bien definidas de acuerdo a cada uno de los
diferentes ambientes, procesos y tiempo geológico de formación, que dan lugar al
paisaje actual. Baja California Sur corresponde a media península y su génesis al
igual que el resto de la península está ligado a la apertura del Golfo de California.
Las rocas más antiguas se presumen situadas en el Triásico-Jurásico con la
existencia
de
un
arco
volcánico
originado
por
subducción,
dando
lugar
posteriormente a rocas de afinidad ofiolítica existentes en la región de Bahía
Magdalena y Vizcaíno. El cretácico hasta el terciario está representado por rocas
ígneas intrusivas alcalinas a básicas, intrusionadas por diques leucocráticos y
mesocráticos de edad más reciente. Rocas volcánicas terciarias afloran en gran
parte de la media península, sensu lato, son rocas volcanosedimentarias con
alternancia de flujos lávicos depositadas en diferentes etapas en ambientes
terrígenos y marinos. Contemporáneamente por efectos de la propia extensión del
golfo, se dio la formación de cuencas tectónicas donde se depositaron sedimentos en
ambientes marinos, así como terrígenos. El reciente está representado por los
sedimentos de pie de monte en las partes serranas, que constituyen abanicos
aluviales, terrazas y arroyos que acarrean el material producto del intemperismo y
posterior erosión (Gastil et al., 1976; Hausback, 1984; Sedlock et al., 1993; Gastil et
al., 1996; Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997; Schaaf et al., 2000; Martin-Barajas, 2000;
Kimbrough et al., 2001; Umhoffer et al., 2001; Dorsey et al., 2001).
Antecedentes.
En la parte más sur del estado de Baja California Sur, se encuentra el área
conocida como Bloque Los Cabos (BLC) (Schaaf, et al. 2000) y la cuenca tectónica
San José del Cabo (CSJC) (Fig. 4 y 5), el BLC se caracteriza por estar constituido
por rocas ígneas intrusivas, metamórficas, volcánicas así como sedimentarias
terrestres y marinas. La cuenca Santiago pertenece al BLC y está dividida casi
14
proporcionalmente en dos tipos de litologías; plutónicas en el BLC y sedimentarias en
la CSJC.
Entre los primeros trabajos geológicos en la zona de estudio se encuentran los
de Pantoja-Alor y Carrillo-Bravo (1966) y McCloy (1984), presentando resultados de
las descripciones estratigráficas y litológicas de las rocas ígneas y sedimentarias
existentes, así como determinan algunos fechamientos por bioestratigrafía.
Aranda-Gómez y Pérez-Venzor (1989) estudian los metasedimentos en la parte
oeste del BLC en la región de Todos Santos, fechan con K-Ar obteniendo edades
entre 115-65 ma para los plutones pre-a sintectónicos mesozoicos y los
metasedimentos precretácicos.
El BLC es considerado como un horst y la cuenca como un medio graben que
se formó en asociación con la apertura del Golfo de California, ocurriendo la
extensión de la cuenca San José del Cabo la cual está rellenada de sedimentos del
Mioceno-Pleistoceno (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997). Martínez-Gutiérrez y Sethi
describen las unidades existentes en la cuenca para determinar su historia de
depósito y la edad asociada a dichas unidades. Formalizan en su trabajo
nomenclaturas para 5 formaciones: La Calera, Trinidad, Refugio, Los Barriles y El
Chorro. La edad para estas formaciones sugerida por Martínez-Gutiérrez y Sethi
(1997) se sitúa en el Terciario.
La mayor parte de las rocas cristalinas del BLC son de composición granítica a
tonalítica emplazadas del mesozoico al terciario, existen en la parte central y norte
del BLC granitos deformados (Schaaf et al. 2000; Fletcher et al. 2003; Perez-Venzor,
2013).
Geologia del área de estudio.
Las rocas expuestas en el área de estudio son predominantemente ígneometamórfico y forman parte del BLC, reconociéndose litologías pre y sintectónicas
(Fletcher et al., 2000; Pérez-Venzor, 2013). Estas rocas forman parte del horst que
define el medio graben (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997) de la cuenca San José del
Cabo y se limita hacia el este por la Falla San José del Cabo (FSJC) (Fig.4 y 5) que
deja en contacto el complejo ígneo-metamórfico mesozoico con el relleno
15
sedimentario Terciario-Cuaternario en la fosa tectónica. El complejo ígneo–
metamórfico representa las rocas más antiguas reconocidas en el área y se
presentan como relictos, pantallas, techos colgantes, enclaves, apófisis, y diques de
rocas metamórficas con diferente grado de metamorfismo dúctil y/o frágil y rocas
graníticas (Fig. 4), así como los propios intrusivos graníticos (sensu lato).
Figura 4. Localización, manantiales termales, litología y estructuras sobresalientes en
el área de estudio. Tomado de Hernández-Morales et al. 2015. Modificado
de Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997, Pérez-Venzor, 2013.
En conjunto la cuenca exhibe rocas y depósitos sedimentarios en la zona de
relleno que presenta múltiples secuencias sedimentarias. En disposición discordante
16
al
basamento
cristalino
existe
la
Formación
La
Calera,
compuesta
por
conglomerados y areniscas, formados en un ambiente fluvial. Le sobreyace la
Formación Trinidad, originada en un ambiente de transgresión marina y la conforma
rocas como areniscas, limolitas y lutitas, con presencia de fósiles en algunos niveles
de la formación. Yaciendo sobre la Formacion Trinidad está concordantemente la
Formación Refugio, cuya litología está compuesta de sedimentos que fueron
depositados en un ambiente marino, dando origen principalmente a areniscas con
intercalaciones de limolitas y lutitas. Sobreyaciendo a la Formación Refugio, existen
rocas formadas por depósitos sedimentarios, originados en un ambiente fluvial; son
areniscas gruesas y conglomerados con grandes clastos, hasta bloques de gran
tamaño, como característica particular, que corresponden a la Formación Los
Barriles. La Formación El Chorro cubre discordantemente a las formaciones
mencionadas con anterioridad. Se ha caracterizado una edad desde el Mioceno
medio hasta el Plioceno para las formaciones mencionadas (Busch et al, 2012;
Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997). Los depósitos más recientes están presentes en
los arroyos activos como sedimentos de origen aluvial y en las laderas de la sierra
como abanicos y terrazas fluviales.
Marco tectónico estructural
La provincia extensional del Golfo de California, ha sido objeto de numerosos
estudios (Lee et al, 1996; Umhoefer y Dorsey, 1997; Martin-Barajas, 2000; Fletcher y
Munguia, 2000; Sutherland et al, 2012; Sosson et al, 2003; Dorsey y Umhoefer,
2012; Portillo-Pineda, 2012).
En B.C.S. predominan rasgos geológicos estructurales de tipo andino
convergente, el cual pudo iniciar en el Paleozoico tardío y culminó en el Cenozoico
tardío. Los principales pulsos de magmatismo en la península ocurrieron hace 12090 Ma aproximadamente (Fletcher et al. 2003).
Un régimen de margen convergente subductivo, evolucionó a un margen
extensional, propiciando el desarrollo de un rift continental y posteriormente, un rift
oceánico. Debido a este proceso, se dio lugar a la transferencia de la península de
Baja California hacia la placa Pacifico, durante el Mioceno tardío-Plioceno (Martín17
Barajas, 2000). La tectónica durante y posterior a los procesos de movimiento
oblicuo divergente influyeron en la formación de fosas tectónicas, las cuales fueron
rellenas de sedimentos, tal es el caso de la cuenca de San José del Cabo.
La cuenca San José del Cabo corresponde a un medio graben, limitado por
un fallamiento normal lístrico, con rumbo NNE-SSW conocido como Falla San José
del Cabo (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997; Weber, 2012).
El área en estudio está definida por sierras con una topografía muy abrupta,
con pendientes muy pronunciadas, que afloran en el margen occidental así como en
la zona oriental de la CSJC. El borde occidental de la cuenca está definido por la
sierra La Laguna, mientras que el borde oriental lo define la sierra La Trinidad. En el
centro entre estas geoformas se encuentran depósitos de origen marino y terrestre
originados como resultado del proceso tectónico que envuelve a la península y al
BLC.
Como se comentó líneas arriba, la principal estructura es la FSJC, la cual
delimita el BLC por su margen este. Esta falla también permite definir el contacto de
los intrusivos graníticos contra las rocas sedimentarias que están depositadas en el
interior de la CSJC.
La FSJC secciona y limita estructuras más antiguas que se encuentran
orientadas en una dirección preferencial generalizada de 10° NW-SE. La cuenca San
José del Cabo estaría determinada por la falla San José del Cabo (Fig. 5), la cual
está segmentada y muestra actividad diferencial en cada uno de sus segmentos que,
grosso modo, puede observarse por las diferencias en los frentes de montaña de
cada segmento. El BLC presenta un fuerte fracturamiento que define una topografía
fuertemente escarpada y que ayuda a reconocer la componente de movimiento de
cada segmento.
Una falla menor, conocida como falla La Trinidad, existe en la margen este.
Ambas fallas se definen como de tipo normal (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997;
Fletcher y Munguía, 2000; Bravo-Pérez, 2002). Las fallas en la sierra La Trinidad
muestran una dirección norte-noroeste a noroeste (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997).
Probablemente la actividad tectónica de la sierra La Trinidad empezó en el Mioceno
18
medio y en la sierra La Laguna en el Plioceno tardío (Martínez-Gutiérrez y Sethi,
1997), entre 9 y 11 Ma (Fletcher et al., 2003).
Mediante métodos geofísicos se infiere que, el movimiento normal lístrico de la
FSJC, se desarrolló escalonadamente; dando lugar a una arquitectura diferenciada
de las formaciones sedimentarias en la cuenca. Debido a la cubierta sedimentaria, es
difícil reconocer la afectación directa del fallamiento asociado de la FSJC; sin
embargo, las relaciones de campo exhiben cambios marcados en su arreglo espacial
y lateral de las formaciones sedimentarias (Busch et al., 2011).
Figura 5. Mapa geológico estructural, presentando las unidades geológicas y su
relación litológica (Modificado de Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997).
La relación de las diferentes unidades litológicas es importante, porque ayuda
a definir y entender la difusión del agua en el subsuelo, de acuerdo a los medios
donde fluye. Mientras en un medio impermeable puede existir flujo, controlado por la
cantidad y arreglo de redes de fracturamiento; en contraste en un medio poroso, el
flujo sería a través de los espacios intersticiales, que se forman entre los contactos
19
de las partículas. Así que, se puede considerar a las rocas ígneo-metamórficas como
impermeables, pero que debido al fracturamiento generado por distintos periodos y
etapas de actividad tectónica, provocó una intrincada red estructural, que pueden
generar permeabilidad considerable. Por lo anterior, se podría permitir una
conductividad hidráulica significativa, incidiendo directamente en la migración
superficial y subterránea del agua meteórica que capta la cuenca y que generaría los
manantiales termales existentes.
Para comprender mejor la circulación del agua subterránea, resulta útil la
separación en unidades hidrológicas. Tomando en cuenta la composición litológica,
se puede determinar una división en medio fracturado, para las rocas cristalinas. Por
tanto, para las formaciones sedimentarias y depósitos sedimentarios, la identificación
como zona porosa puede permitirse. Sin embargo, en esta última, no es
necesariamente excluyente un posible factor estructural.
20
Capítulo 3
Implicaciones del estudio
3.1 Problemática
El agua subterránea presenta diferentes tipos en su composición química, de
acuerdo a su naturaleza original y su interacción iónica en el subsuelo. Un factor
importante que ocasiona estas diferencias es la temperatura, debido a los procesos
termodinámicos que ocurren, en la interacción de los iones en el agua. Pero también
intervienen factores como, tipo de roca hospedadora, tiempo de residencia y
migración, así como la composición del fluido de origen.
Los manantiales termales pueden catalogarse como un recurso natural
benéfico para el hombre. Sin embargo, también puede ocasionarle serios problemas
en determinados casos (por ejemplo, la incorporación de elementos químicos
nocivos, que limitan el uso para el consumo humano). Una herramienta útil que
ayuda a determinar el beneficio o perjuicio de una fuente termal, es la evidencia
analítica de la composición hidrogeoquímica. Para la cuenca Santiago, resulta de
trascendencia, evidenciar la composición hidrogeoquímica de las fuentes termales,
debido a su importancia económica, social y ambiental. Conocer la temperatura del
reservorio y las relaciones geológico-estructurales, que soportan el sistema
hidrotermal, es de gran importancia.
Al proveer de esta información redundará en la resolución de problemáticas
tales como: ¿Qué relación existe entre la fuente hidrotermal con el fluido original?
¿Qué cambios produce el agua termal al incorporarse al flujo del agua subterránea
en la cuenca? ¿Qué condiciones existen en el reservorio respecto a las fuentes
termales? ¿En qué manera influye a la hidrogeoquímica termal, la roca hospedadora
y sus estructuras? ¿Es el hidrotermalismo en la zona de Santiago un factor de riesgo,
o por el contrario, puede ser un recurso natural útil?
21
3.2 Justificación
El presente estudio proveerá un análisis de las características fisicoquímicas,
de los manantiales termales que existen en la cuenca de Santiago y determinará
efectos sobre el agua subterránea en el acuífero. Se aportará nueva información,
referente a la composición química del agua de las fuentes hidrotermales, en la
cuenca de Santiago B.C.S., para reconocer su génesis.
Asimismo, la obtención de los resultados químicos, constituye un elemento
efectivo en el monitoreo de la evolución hidroquímica y respecto a la calidad del agua
que es explotada.
Por lo tanto este estudio es de gran utilidad para efectuar y apoyar programas
para manejo sustentable de los recursos hídricos existentes en cuenca, lo que
permitirá
optimizar
su
uso,
proporcionando
elementos
para
preservar
la
disponibilidad y mejorando con ello el aprovechamiento.
3.3 Objetivos
Objetivo general:

Determinar la composición hidrogeoquímica de los manantiales termales,
génesis y ocurrencia en la cuenca hidrológica de Santiago, B.C.S.
Objetivos particulares:

Reconocer
y
determinar
manifestaciones
de
agua
subterránea
con
características hidrotermales en la cuenca, elaborar su cartografía y relacionar
el hidrotermalismo con el sistema geológico-estructural del área.

Realizar análisis hidrogeoquímicos representativos para obtener la tipificación
del agua termal en la cuenca.

Determinar la génesis de la fuente origen de agua, la interacción agua-roca y
temperatura
del
reservorio
termal
mediante
la
hidrogeoquímica
y
geotermometría.
22
3.4 Hipótesis
Los constituyentes químicos, contenidos en el agua termal, son un factor para
determinar la composición; evolución e impacto al agua subterránea en la cuenca
Santiago. Por tanto, es factible determinar también su origen y características del
reservorio termal a profundidad, con base en análisis hidrogeoquímicos. El agua
termal de la cuenca Santiago puede ser de origen meteórico y su ocurrencia estará
relacionada con los sistemas estructurales, producto de la apertura del Golfo de
California.
3.5 Localización y vías de acceso
La cuenca Santiago de tipo abierta o exorreica, se localiza en un área limitada
por las siguientes coordenadas (WGS84 UTM Zona 12 Norte): 602500-653000 E y
2582000-2613000 N, tiene un área aproximada de 800 Km2, sus límites son: al norte
con la subcuenca Buenavista y el Golfo de California, al sur con la cuenca de San
José del Cabo; al oeste limita con el parteaguas que separa las cuencas de la ladera
occidental, de la oriental de la Sierra La Laguna y al este con la Sierra La Trinidad y
Golfo de California.
El área está localizada en la parte suroriental del estado de Baja California
Sur; al SE de la ciudad de La Paz capital del estado; y al norte de la ciudad de San
José del Cabo (Fig. 6). El acceso principal a la zona es por la carretera
Transpeninsular Federal No. 1, La Paz–San José del Cabo. Actualmente este camino
es transitable todo el año y es posible llegar al área fácilmente. La cuenca de
Santiago es accesible por caminos de terracería y por arroyos casi todo el año
utilizando automóvil con doble tracción.
Los principales poblados dentro del área de la cuenca y adyacentes a sus
límites son: Los Barriles, Buenavista, Las Cuevas, Santa Cruz, La Rivera, Santiago y
Agua Caliente. La mayoría de estas poblaciones están interconectadas por carretera
pavimentada y/o terracería de fácil acceso.
23
Figura 6. Ubicación del área de estudio.
24
Capítulo 4
Metodologías y consideraciones teóricas
La metodología para la presente investigación requirió de diferentes etapas
como es la generalidad en todo trabajo científico. En primera instancia, se realizó un
procesamiento de la información existente en la temática objeto de este estudio, se
consideró información de tipo bibliográfica, cartográfica y digital. Con la información
existente, se preparó un diagnóstico del conocimiento teórico previo, metodologías y
problemáticas; enfocado en los estudios hidrogeoquímicos e isotópicos. Por otra
parte, también se documentó las diferentes metodologías existentes, para la
representación y análisis espacial de información, mediante plataformas SIG
(Sistemas de Información Geográfica). Posteriormente a esta tarea, fue determinada
la metodología para la etapa en campo y laboratorio. Una vez obtenida la información
en campo, se procedió a la gestión e interpretación de todo el material que se
generó, para la elaboración de esta tesis. En los subcapítulos siguientes se detalla la
metodología usada para cada etapa y consideraciones teóricas importantes que
definen los procesos.
4.1 Cartografía de fuentes termales
Una forma de representar de manera visual las formas, procesos, rasgos y
otras características del entorno natural es mediante la construcción de mapas, la
cartografía es la rama de estudio que se encarga de la realización y estudio de
mapas los cuales pueden ser analógicos o digitales.
Para la elaboración de la cartografía de fuentes termales se realizó una
metodología en tres etapas. La primera etapa consistió en elaborar un mapa base
digital, con información existente de localización de aprovechamientos (pozos,
norias, manantiales), topografía, geología, fallas y caminos existentes en la cuenca.
A fin de ubicar los sitios adecuados, donde se recolectarían las muestras de agua y
donde podría ser factible, encontrar manantiales termales, los cuales serían
integrados a una base de datos geográfica digital.
25
La información de aprovechamientos, fue adquirida de la Comisión Nacional
del Agua (CONAGUA, 2012), que se incorporó a una base de datos para SIG. Las
cartas topográficas Las Cuevas (F12B24), Santiago (F12B34), La Rivera (F12B25) y
Cabo Pulmo (F12B35) escala 1:50,000 fueron obtenidas de INEGI en formato
vectorial. Una imagen satelital Landsat 8 OLI/TIRS (res. 30x30m, ID de escena
LC80340442014151LGN00, de fecha 2014-05-31) fue obtenida de la base de datos
del USGS (United States Geological survey - http://earthexplorer.usgs.gov/)
correspondiente a la zona. Asimismo se buscó y recopiló información bibliográfica
referente al área. Mediante el uso del programa Quantum GIS v. 2.8 (2014), fue
procesada y editada esta información para la obtención de un mapa base para el uso
en la etapa de campo.
En la etapa de campo, se visitó aquellas zonas donde mediante el mapa base;
se podrían encontrar lugares prospectivos de fuentes termales. Algunas zonas son
bien conocidas, pero mediante la cartografía, se pudo evaluar la prospectividad de
nuevas zonas.
En cada lugar donde fue encontrado un lugar con manantial o con evidencia
de termalismo, se procedió a tomar sus coordenadas de posición geográfica,
mediante un GPS (Geographic Position System). Además se registró la altitud, las
relaciones litológicas, las características del aprovechamiento (si existia) y los
parámetro físicos pertinentes, como altura de construcción de pozo o noria,
profundidad y nivel del brocal respecto el terreno.
En la etapa final se construyó, mediante edición digital de la base de datos
anterior y la actualización con los datos obtenidos, la integración en el software
Quantum GIS; para obtener el mapa final representativo de las fuentes termales
encontradas, sugiriéndoles el nombre más pertinente a cada localidad (Fig. 24).
4.2 Teoría de procedimientos analíticos
El agua subterránea en su ambiente natural está controlada por condiciones
fisicoquímicas específicas según su entorno. Obtener muestras representativas de
agua es difícil debido a los procesos que se producen continuamente en las
reacciones químicas y físicas que interactúan al contacto con el material que la
26
contiene o con la atmosfera, debido a ello la toma de muestras de agua implica una
serie de procedimientos que deben preverse. Mientras que existe una metodología
para el uso de equipo y materiales correctos para la mejor práctica, también existen
procedimientos necesarios a realizar en el lugar de muestreo o in situ. Los
parámetros más importantes que es necesario observar se definen a continuación
respecto a su explicación teórica.
Conductividad eléctrica: Se define como la propiedad del agua de transmitir
una corriente eléctrica y representa una medida proporcional de la cantidad de sales
disueltas en una solución (Clark and Fritz, 1997; Weight, 2004), así como también da
una idea general de los SDT (Sólidos Disueltos Totales). Los iones en su interacción
producen cargas positivas y negativas originando electrolisis que posteriormente
puede
ser
medida
mediante
equipos
específicos
para
esta
tarea.
Los
conductivímetros están diseñados para que por medio de electrodos puedan captar
la intensidad resistiva del paso de la corriente eléctrica generada por los iones
disueltos en el agua que se encuentran en actividad constante. Las unidades de
medida que efectúan estos conductivímetros es en milisiemens o micro siemens
sobre cm, estas unidades son equivalentes a milimhos o micromhos sobre cm.
Temperatura: Una de las condiciones físicas importantes del agua es su
temperatura, la ganancia o pérdida de calor en una solución liquida incrementa o
disminuye los procesos como solubilidad, precipitación, equilibrios químicos y
reacciones dinámicas. También el pH es dependiente de la temperatura así como la
especiación química de los iones debido a su interacción con los procesos de
oxidación y reducción. La medición de la conductividad eléctrica depende de la
temperatura para realizar las correcciones necesarias.
pH: Principal promovente de las reacciones acido-base. El pH se define
convencionalmente como: el logaritmo negativo de la concentración de iones de
Hidrogeno [H+] en una solución y expresa la alcalinidad o acidez de dicha solución.
La expresión para este parámetro es:
27
pH= -log [H+]
Donde [H+] es la concentración de iones H+ en la solución. Si una solución se
expresa como 10-2 mol*L-1 indica acidez porque tendrá un pH=2. Esto de acuerdo
que para la determinación del pH de una solución su producto está definido por [H+] *
[OH-]=10-14. Actualmente la medición de la actividad del hidrogeno puede obtenerse
con medidores y sondas electrónicas diseñadas para el cálculo de este valor (Bauer
and Velde, 2014; Merkel et al., 2008; Ryan, 2014; Weight, 2004).
Eh/ Potencial REDOX: Parámetro importante para la definición de los
procesos de óxido-reducción que se presentan en el agua. Los elementos químicos
existen en la naturaleza con diferente configuración electrónica la cual puede
modificarse de tal manera que resulta en especies del mismo elemento pero con
carga positiva o negativa y en diferente grado debido a la ganancia o pérdida de
electrones. Así resulta que un elemento puede encontrarse en la naturaleza en
diferente estado ya sea reducido u oxidado. Un ejemplo general es el Fe+ 2 que
puede pasar a Fe+3 por efecto de la ganancia de un electrón. Debido a que la
intensidad de las corrientes eléctricas medidas es de muy baja energía se suele
utilizar el milivolt como expresión de medida. En algunos ambientes los cambios en
el REDOX son potencialmente modificados por actividad biológica (Bauer and Velde,
2014; Merkel et al., 2008; Ryan, 2014; Weight, 2004), sin embargo en zonas muy
profundas el componente orgánico pierde su intensidad de afectación.
Existen equipos comerciales que determinan el potencial de óxido-reducción
mediante una sonda generalmente de platino que capta la intensidad de la corriente,
sin embargo el valor obtenido en la medición requiere ciertas correcciones para
obtener el Eh real. El cálculo para obtener los estados de óxido-reducción en un
sistema no pueden obtenerse directamente con un electrodo, ellos tienen que ser
calculados de los elementos y especies que intervienen en la múltiples reacciones. El
Eh puede ser calculado mediante la ecuación de Nerst:
28
Donde E°= potencial redox estándar de las actividades de la especie oxidada
iguala a la actividad de la especie reducida. R= Constante de los gases ideales
(8.3144 J/K mol). T= Temperatura absoluta. n= Numero de electrones transferidos.
F= Constante de Faraday (96484 C/mol=J/V mol). {ox}= Actividad de las especies
oxidadas. {red}= Actividad de las especies reducidas (Merkel et al., 2008).
El pE se define como el logaritmo negativo de la actividad electrónica y es
análoga a la definición de pH:
pE= -log αeLa analogía entre pH y pE es clara pero es una analogía matemática y no
física, naturalmente no se encuentran aguas con concentraciones significativas de
electrones libres y es complicado determinar un equilibrio redox por tanto el pE
determinado será hasta cierto punto hipotético (White, 2005).
Alcalinidad: Es la propiedad de medida de la capacidad de una solución de
neutralizar la acidez. La alcalinidad generalmente está asociado a las características
del sistema de carbonatos en las diferentes especies del carbono: OH, H2CO3,
HCO3, CO3 y CO2 (White, 2005). Se define como la suma de la concentración, en
peso equivalente, de las bases que pueden ser tritadas mediante un ácido (HCl, HS).
Generalmente, la valoración de este parámetro se realiza mediante método
volumétrico, que consiste en valorar las soluciones mediante indicadores (e.g.
Fenolftaleína, naranja de metilo, azul de bromofenol) para colorar la solución,
añadiendo el ácido para viraje en su color dependiente de la especie a valorar.
Dureza: Está controlada en general por el contenido de iones de Ca, Mg y Sr
disueltos en una solución, aunque existen otros elementos que también proporcionan
cierta dureza al agua. El agua se puede dividir en blandas a muy duras con algunas
divisiones intermedias. La propiedad principal de este parámetro es la capacidad o el
efecto de disolver algunos solutos. También es importante debido a que el análisis de
este parámetro ayuda a determinar que tan saturada esta una solución pues en
determinado caso puede obstruir tuberías debido a la precipitación de carbonatos de
calcio o magnesio.
29
Este parámetro es obtenido por volumetría. La valoración consiste en evaluar
las soluciones mediante indicadores (e.g. Eriocromo, murexida) colorando la solución
añadiendo acido para viraje en su color dependiente de la especie a valorar.
Cationes, aniones y elementos traza.
Otros parámetros químicos importantes deben tomarse en cuenta para la
evaluación cualitativa y cuantitativa de la química del agua. Como se sabe el agua
subterránea en su ambiente natural contiene diversos elementos que han sido
adicionados a su paso por los materiales geológicos, zonas de mezcla y tiempo de
residencia, conjunto a los parámetros anteriores el análisis de cationes, aniones y
elementos traza también contemplan una metodología especifica.
Los elementos químicos más abundantes en el agua se conocen como iones
mayores siendo estos los más importantes: cationes (Ca+2, Na+, K+, Mg+2) y aniones
(Cl-, SO4-2, HCO3-, NO3-, Br - ). Sin embargo, puede existir un intercambio iónico entre
estos y otros elementos modificando los contenidos de estos elementos (Clark and
Fritz, 1997). Entonces iones como Si, Fe, Al, Mn, Ni, Cu, Z, S, B, As; pueden
aparecer en cantidades considerables. Por lo general no es así, a menos que exista
una fuente de adición de estos elementos como hidrotermalismo, contaminación
antropogénica u otras. Habitualmente a estos elementos presentes en el agua se le
denomina elementos menores, debido a su menor proporción. De la misma manera
los elementos trazas por convención serian todos aquellos cuyos contenidos son
despreciables en el agua así como aquellos cuyos límites de detección son bajos, sin
embargo un agua puede contener altos contenidos de algún elemento menor o traza
y cambiar esta condición.
Como se presentó anteriormente el HCO3 se determina por volumetría, así
como la determinación de la dureza, también los cloruros son analizables mediante el
método volumétrico por medio de titulación con cloruro de plata y cromato de potasio
como indicador.
Para el análisis de fluoruro (Reducción con cloruro de zirconio), sulfatos
(Reducción con cloruro de bario) y nitratos (Reducción con cadmio) es aceptado el
método turbidimétrico con espectrofotómetro.
30
Los iones metálicos como Si, Fe, Al, Mn, P, Pb, Ni, Cu, Z, F, Br, S, B, As,
pueden ser analizados mediante espectrometría óptica, ICP-OES (Inductively
coupled plasma-optical emission espectrometry) ya que su rapidez, grado de
certidumbre y límite de detección lo hace propicio para analizar estos elementos.
Los elementos traza se pueden encontrar en cantidades muy pequeñas, en
algunos de los casos en el orden de partes por trillón. Por esta razón el método mas
extendido, por su particular conveniencia para este propósito, debido a su rápido
análisis multielemental y sus límites de detección, es el método de ICP-MS
(Inductively coupled plasma-mass spectrometry) (Fernández-Turiel et al. 2000). En el
subcapitulo (4.3.2) se abunda en estos métodos de analisis.
4.3 Procesamiento de datos
La metodología para el procesamiento de la información obtenida de los
análisis
químicos
es
ampliamente
conocida,
inicialmente
es
necesario
e
indispensable realizar el balance iónico para determinar una correcta interpretación
de los análisis químicos obtenidos. Después de una considerada observación del
proceso anterior y si es satisfactorio, la información puede tratarse para ser
interpretada. Usualmente se utilizan diagramas, esquemas, mapas y métodos
estadísticos para representar la interpretación de la información, los más usuales se
explican a continuación en su forma, uso y aplicación generalizada.
Balance iónico o balance de cargas
Por efectos de equilibrio químico el agua por lo general se encuentra
eléctricamente neutral (White, 2005), de acuerdo a esto al realizar un análisis de los
compuestos químicos en el agua su balance de cargas debería resultar cero.
Σ mi zi = 0
i
Si el argumento estadístico resulta cierto significa que el análisis ha sido
satisfactorio, también se le conoce a este proceso como % de error debido a que el
resultado expresado en porcentajes muestra que tan alejado del equilibrio se
encuentra el análisis. Por convención valores del ±0.05 a ±0.10 son aceptables, para
31
muestras con concentraciones altas de SDT (>5000 mg/l) se acepta un valor de error
de ±0.15 (Weight, 2004). El balance iónico recurre a la siguiente expresión:
Balance iónico = ((Σ ci x zi) + (Σ Aj x Zj)) / (0.5) ((Σ ci x zi) + (Σ Aj x Zj))
Donde ci es la concentración del i-ésimo catión y zi es la carga del i-ésimo
catión, Aj es la concentración del j-ésimo anión y zj es la carga del j-ésimo anión
(White 2005).
Otra forma de obtener y representar el balance es en porcentaje como se
comentó anteriormente. El procesamiento para interpretar los resultados de los
análisis de las muestras para cationes y aniones en mequiv/L se obtiene realizando
el balance iónico mediante la ecuación siguiente:
Balance iónico % = ((Σ cationes - Σ aniones) / (Σ cationes + Σ aniones)) * 100
El resultado en porcentaje para determinar que los análisis son confiables para
su interpretación se requiere que se encuentren entre 0-5% siempre que contengan
conductividades eléctricas entre 100 a 1000 μS/cm, porcentajes de 5-10% son
aceptables para conductividades >1000 μS/cm.
Si el análisis es satisfactorio, se procederá a realizar la interpretación y la
tipificación hidroquímica, para ello pueden ser utilizados diagramas ternarios,
correlacionales y/o métodos estadísticos para definir las relaciones entre dos o más
variables para mostrar de manera más clara los resultados.
4.4 Representación de análisis químicos
Existen variadas técnicas de representación de análisis hidrogeoquímicos, las
construcciones diagramáticas son una de ellas.
Existen diversos diagramas que
representan las características más importantes de los elementos contenidos en una
muestra de agua. Entre los más conocidos están los diagramas de Piper y Stiff, estos
diagramas ayudan a reconocer concentraciones, relaciones químicas y espaciales
entre grupos de agua.
32
Diagrama Piper
Diagrama muy recurrido por las bondades que ofrece, fue diseñado por A. M.
Piper en 1944. El diagrama representa aniones y cationes expresando la
concentración porcentual de meq/l que resulta del análisis químico. Se grafica en
dos figuras triliniares y se complementa el diagrama, con una figura romboidal, donde
es proyectado el punto que resulta del cruce correspondiente en cada triangulo
inferior, para hacerlos coincidir, generando un solo punto por cruce en el romboide
(Fig. 7). La representación de varias muestras en el romboide permite analizar
agrupaciones de iguales tipos de muestras de agua, o sus diferencias respecto a las
mismas, relaciones espaciales, mezclas de agua por líneas de tendencia y más de
dos iones mayores.
Figura 7. Diagrama de Piper, indica la extrapolación de la muestra hacia el rombo
superior, su ubicación en el rombo indica el tipo de agua resultante.
33
Diagrama Stiff
Es un diagrama muy empleado y útil para representar las concentraciones de
los iones mayoritarios en el agua. La representación se estructura mediante líneas
paralelas horizontales que indica los iones. Una línea vertical en cero divide hacia
izquierda y derecha los cationes y aniones respectivamente (Fig. 8), para este
diagrama es necesario emplear una escala de referencia lineal, con base en el
contenido de meq/l.
El diagrama de Stiff permite observar claramente las diferencias entre,
muestras de agua analizadas mediante su figura resultante, lo que resulta
ampliamente útil para su interpretación gráficamente. Otra utilidad del diagrama es
que expresa los contenidos de aniones y cationes, claramente diferenciados por su
escala. En contraparte una desventaja es que no permite identificar por sí mismo
relaciones entre análisis de muestras de agua de manera clara.
Figura 8. Diagrama Stiff, presenta las relaciones aniones versus cationes y la escala
lineal.
4.5 Metodología de muestreo
La metodología de muestreo y análisis, retoma los estándares existentes
para el mismo fin. Realizando una conjunción de la norma mexicana NMX-AA-0031980 y NMX-AA-014-1980, publicada por la Secretaría de Economía (SE). La norma
EPA/600/4-79-020, publicada por United States Environmental Protection Agency
(USEPA, 1983), el procedimiento de muestreo publicado por la International Atomic
Energy Agency (IAEA, 2001) y los procedimientos diseñados por la Stándar Methods
for examinations of Water and Wastewater (SMWW, 1999) publicados por APHA,
AWWA y WEF, se llevó a cabo la investigación. Las metodologías referidas tienen
34
aspectos en común y regularmente se citan mutuamente. La diferencia está
determinada respecto a algún parámetro en específico (e.g. Muestreo de isotopos
estables), que no está contemplado en otras de las normas y estandares.
En el área de estudio se realizaron recorridos en automóvil, principalmente
por caminos de terracería para acceder a las zonas de interés. Con apoyo del mapa
base de ubicación de aprovechamientos y caminos se accedió a cada lugar que
generalmente están ubicados cerca de rancherías, pequeños poblados y/o
propiedades privadas. Se describe a continuación el material y equipo de análisis
utilizado para el muestreo:

Conductivímetro digital marca Hanna Instrument para determinación de
conductividad eléctrica con rango de detección a 3999 μS/cm compensado a
la temperatura.

Equipo digital multiparamétrico con sondas para determinación de pH y Eh
marca Hanna instruments.

Termómetro digital para determinación de temperatura Hanna Instruments.

GPS (Global positioning system), sistema de posicionamiento global marca
Garmin, modelo Etrex.

Bailer de polietileno (con adaptador métrico de ascenso y descenso, diseño
casero).

Buretas digitales marca Brinkmann buret 25

Matraces Erlenmeyer graduados de 100 ml

Fenolftaleína

Anaranjado de Metilo

Ácido clorhídrico 0.01 N

Hidróxido de sodio 0.01 N

Recipientes de 500 ml de vidrio ámbar

Recipientes de 1000, 500, 300 y 150 ml de polietileno

Recipientes de 25 ml de vidrio

Piseta

Guantes de látex

Filtrador con bomba de vacio
35

Filtro con membrana de celulosa de 0.45 μm

Soluciones amortiguadoras de pH a 4.7 y 8.2 para calibración.

Solución desionizada (agua tridestilada).
4.6 Análisis in situ
El procedimiento para obtener las muestras de agua se aplicó en dos tipos de
reservorios: Manantiales (7), norias y pozos (4). Se realizó de la siguiente manera:
Localizar las zonas con posible manifestación de agua, con características
hidrotermales, mediante el apoyo de un mapa base con información de estructuras
geológicas, REPDA (Registro de derechos de agua superficial y subterránea, 2012),
información de puntos termales ya conocidos y caminos.
Localizado cada punto donde existe agua con características probables de
termalismo, se registró (manantiales): Fecha y hora, localización geográfica y altura
con GPS. Después se tomó la temperatura directamente del manantial.
Inmediatamente se obtuvo la conductividad eléctrica, mediante el conductivímetro
(Fig. 9) previamente acondicionado con solución desionizada, para evitar
interferencias. Se procedió enseguida a la toma del pH (Fig. 12), calibrando antes el
equipo, mediante las soluciones Buffer (Amortiguadoras). Posteriormente se midió el
potencial REDOX (Eh). Asimismo, se obtuvo mediante titulación con HCl 0.01 N, el
CO3 añadiendo fenolftaleína a la muestra y mediante viraje con anaranjado de metilo
el HCO3. Para lograr un mejor análisis de estos dos parámetros, se realizó además la
titulación con ácido clorhídrico 0.01 N, el viraje con Hidróxido de sodio 0.01 N (Fig.
10).
Figura 9. Medición de la conductividad eléctrica directamente del cuerpo de agua
(Manantial El Chorro).
36
Figura 10. Titulación para determinar alcalinidad de la muestras en campo.
La toma de muestras en norias y pozos además de realizar los mismos pasos
de análisis in situ difiere por la extracción de agua mediante un bailer diseñado para
ese propósito (Fig. 11), el cual extrae hasta 1 litro de muestra por envío y de esta
manera fueron llenados los recipientes correspondientes evitando la menor agitación
y manipulación (ver capítulo 5, Fig. 30).
Figura 11. Bailer (1 L) para extracción de muestras a profundidad.
Las muestras de agua colectadas se almacenaron en botellas estériles de
PVC de 100, 250, 500 y 1000 ml. El procedimiento para toma de muestras para
análisis de iones fue el siguiente; se enjuaga la botella con agua destilada 3 veces,
después se enjuaga con el agua de la fuente a muestrear 3 veces. Posteriormente,
se prepara para su almacenamiento (tratamiento de acuerdo al análisis para
37
laboratorio, ej. acidificación) y posteriormente se guarda en frió, por convención a 4°
C.
Figura 12. Medición de pH, REDOX y temperatura en campo.
Físicos

Coordenadas y altura del pozo

Profundidad del pozo y otras características

Nivel del agua respecto al brocal

Altura de la construcción del pozo (brocal) respecto al terreno

Temperatura, pH y Eh

Conductividad eléctrica

Acidez y alcalinidad titulométrica (HCO3, CO3)
Químicos
Siguiendo los pasos anteriormente descritos la toma de muestras se realizó
para análisis de cationes, aniones y elementos traza.
Cationes:
Se filtró la muestra directamente en el sitio de muestreo tan rápido como fue
posible usando un filtro de membrana (acetato de celulosa) prelavado y con diámetro
de poro de 0.45μ. filtrando una porción de la muestra (50-100 ml).
Se debe comprobar el pH de todas las muestras verificando que la muestra
tiene pH <2 (Normalmente, 3 ml de ácido nítrico (0.01 N) por litro de muestra es
38
suficiente para la mayoría de las muestras ambientales y potables). Las muestras
conservadas adecuadamente en ácido se pueden almacenar hasta 6 meses antes
del análisis. Los elementos mayores y traza que se requieren son analizados de las
muestras acidificadas.
Aniones:
Fue filtrada la muestra directamente en el sitio de muestreo usando un filtro de
membrana (acetato de celulosa) prelavado y con diámetro de poro de 0.45μ. Se
colecta un volumen representativo de la muestra, el cual dependerá del número de
aniones a determinar. Las muestras para análisis de aniones no necesitaron ser
acidificadas.
4.7 Análisis en Laboratorio
La metodología empleada para la determinación de parámetros fisicoquímicos
está acorde a los estándares de la NMX-AA-014-1980, EPA/600/4-79-020, IAEA y los
procedimientos de la SMWW. Donde los estándares de la NMX-AA-014-1980 y la
EPA/600/4-79-020 están referidos por los procedimientos de la SMWW, mientras que
para isotopos principalmente la IAEA tiene sus estándares de muestreo y análisis.
Material y equipo de laboratorio:

Muestras a analizar.

Matraces.

Pipetas.

Buretas.

Probetas.

Pisetas.

Vasos de precipitado.

Tubos de ensaye.

Guantes, cofia cubrecalzado, bata y lentes protectores.

Toallas de papel.

Agua desionizada.

Reactivos.
39

Ácidos.

Indicadores.

Soluciones para calibración.

Agitador automático.

pHmetro marca Horiba.

Conductivímetro marca Thermo Scientific modelo Orion 3 star.

Espectrofotómetro de flama marca Thermo Scientific.

Espectrofotómetro marca Hach modelo DR2800.

Espectrómetro de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente marca
Thermo Scientific modelo iCap 7000 series.

Espectrómetro de masas con plasma acoplado inductivamente marca Thermo
Scientific modelo Xseries 2.
Para los elementos mayores como el Ca, Mg, HCO3, CO3, Cl, NO3, SO4, F, Na, K;
los estándares mencionados tienen concordancia en la fiabilidad de los resultados
obtenidos
por
métodos
volumétricos
(titulación),
turbidimétricos
con
espectrofotómetro (Fig. 13) y flamofotométricos.
Figura 13. Análisis por turbidimetría en espectrofotómetro.
Ca y Mg (Dureza Total)
Los cationes calcio y magnesio son iones abundantes en la naturaleza. Las
rocas contienen grandes cantidades de estos elementos que son añadidos a los
fluidos que interactúan y se incorporan en su recorrido a través de ellas.
40
Los iones referidos determinan la dureza del agua y un intercambio de estos
iones por sodio o hidrogeno produce el efecto de ablandamiento.
La determinación de contenido de calcio y magnesio se realiza mediante el
método volumétrico con titulación de ácido EDTA (Etilendiaminotetracético) y con un
indicadores de eriocromo y murexida. Se valora para Ca y para Dureza Total, la resta
de estos valores corresponderá al Mg.
Alcalinidad
La lluvia disuelve CO2 atmosférico que al infiltrarse al subsuelo aumenta en
concentración debido a que el CO2 en el subsuelo es mayor que la atmosfera,
produciendo las reacciones entre el CO2 y el H2O, groso modo las reacciones entre
el CO2 y H2O generan las especies de CO2, H2CO3, HCO3 y CO3 en un sistema
estequiométricamente reversible y dependiente del hidrogeno.
La alcalinidad de las muestras se obtuvo mediante titulación con HCl con
indicadores de fenolftaleína para determinación de CO3 y anaranjado de metilo para
determinar HCO3. Para la determinación de la alcalinidad total como CaCO3 se
realiza la suma de los miliequivalentes de las especies HCO 3 y CO3 multiplicados por
el equivalente de CaCO3 y dividido entre la alícuota de la muestra.
Figura 14. pH-metro y multiparámetro calculando el pH y la conductividad eléctrica.
Cl
El ion cloruro está presente en mayor o menor proporción en el agua
subterránea de acuerdo a si su origen es meteórica, connata, magmática o marina.
41
La determinación de la concentración de este elemento en las muestras fue mediante
el método argentométrico por titulación con una solución de nitrato de plata y
cromato de potasio como indicador (Fig. 14-15).
Figura 15. Preparación de alícuotas de las muestras para análisis volumétricos.
NO3
Los nitratos naturalmente son encontrados en el agua en cantidades
pequeñas la presencia en cantidades considerables puede indicar una contaminación
de tipo antropica. Las muestras se analizaron por turbidimetría mediante reducción al
cadmio, la muestra se analiza en el espectrofotómetro.
SO4
Las muestras fueron analizadas para obtención del ion sulfato por el método
turbidimétrico. Los sulfatos están presentes en el agua naturalmente o por causa de
agentes contaminantes, como por ejemplo las anomalías minerales ricas en azufre
como los sulfuros. Este procedimiento se realiza mediante la adición de cloruro de
bario en la alícuota la reacción produce la precipitación de sulfato de bario, una vez
realizado este proceso se utiliza un espectrofotómetro para medir la interferencia por
turbidez de determinada longitud de onda del espectro luminoso.
F
El flúoruro en el agua está presente naturalmente, por la incorporación del
elemento, durante la disolución de minerales que lo contienen (e.g. Fluorita,
42
turmalina). Su determinación en las muestras, se realizó por turbidimetría, fue
agregado cloruro de circonio (Fig. 16) para determinar su turbidez en un
espectrofotómetro.
Figura 16. Determinación de la concentración de flúoruro en las muestras.
Na y K
Los cationes Na y K son elementos naturales y relativamente abundantes en
la tierra, además de ser elementos esenciales para los seres vivos. El potasio existe
en proporción menor a las cantidades de sodio, en la mayoría de los sistemas
acuosos. La obtención de estos cationes se obtuvo mediante flamofotometría,
método que está basado en la disociación térmica de estos metales, por medio de
una flama son excitados los átomos que al regresar a su estado normal emiten
energía, la energía liberada emite una longitud de onda característica la cual es
captada por un fotodetector en el espectrómetro que tiene que ser calibrado antes
para la obtención de cada elemento en particular.
ICP-OES
El análisis de algunos cationes importantes como el Al, B, Mn, S, As, Si, Fe, se
realizó mediante el método ICP-OES (Fig. 17) por sus iniciales en inglés inductively
coupled plasma optical emission spectrometry (también véase, ICP-AES). El método
permite la medición en el rango de los microgramos por litro por lo que por rapidez y
precisión se presenta como una opción excelente para análisis de estos elementos.
43
El método característicamente y grosso modo, funciona mediante el
calentamiento a altas temperaturas de una antorcha de cuarzo y gas argón. La alta
temperatura induce la formación del plasma, que genera un campo electromagnético
que crea una radiofrecuencia. Una vez en funcionamiento este proceso, se introduce
mediante un dispositivo, la muestra a analizar que se vaporiza con las altas
temperaturas. Al contacto con el plasma, los iones son excitados por colisión de
electrones,
donde
se
continúan
las
asociaciones
y
disociaciones
iónicas
repetidamente, lo que produce una longitud de onda característica para cada
elemento. Esta longitud de onda es captada y medida por fotodetectores, que
procesan un resultado, basado en la calibración del aparato con concentraciones
conocidas antes del análisis.
Figura 17. Equipo ICP-OES utilizado para el análisis de iones mayores en este
trabajo.
ICP-MS
Iones con una proporción elemental mínima en el agua subterránea, del orden
de partes por trillón, pueden ser analizados en muestras mediante el método ICP-MS
(inductively coupled plasma mass spectrometry). Generalmente, a los elementos que
están presentes en cantidades mínimas en una muestra, se les conoce como
elementos traza. Grosso modo el método ICP-MS (Fig.18) funciona al igual que el
ICP-OES, con la inducción de argón a plasma. Varia del método OES, en que el
primero no cuantifica la longitud de onda del espectro conocido; sino que mide la
relación masa-carga (m/z) de los iones mediante cuadrupolos. Posteriormente a este
filtro, son acelerados a distinta velocidad por efecto de la relación m/z, a los
44
detectores que cuantifican los iones y transmiten la relación proporcional de la
concentración de cada elemento en la muestra; respecto a las concentraciones de la
calibración con los estándares de referencia multielemental. También por la rapidez
de análisis, precisión, número de elementos por muestra analizables y por la
sensibilidad de análisis midiendo hasta partes por trillón (ppt) hacen este método
ideal para el análisis de elementos con muy bajas concentraciones en las muestras.
Figura 18. Equipo de ICP-MS calibrándose con soluciones conocidas para el análisis
de las muestras estudiadas.
4.8 Geotermometría
Definir cualquier proceso efectuado en el interior de la tierra en manera
concluyente es complejo, por tanto el uso de modelos basados en experimentos y/o
variables conocidas ha sido gran ayuda para definir algunos de los procesos en el
subsuelo. Tal es el caso de los modelos geotermométricos. Los geotermómetros
están basados en la firma elemental (e.g. Si) en la composición química de los
fluidos que posee determinado sistema geotermal. Los geotermómetros pueden
dividirse en 3 principales grupos según la fase y/o elemento analizado; en solutos,
gases o isotopos (D´amore y Arnórsson, 2000).
Los geotermómetros de solutos son ampliamente usados en la industria
geotérmica, entre ellos el de solubilidad de sílice refiere una mejor precisión,
geotermómetros isotópicos refieren también mejores resultados a diferencia de los
geotermómetros basados en intercambio catiónico (Fournier, 1979; Fournier y Potter,
1982; Giggenbach, 1988; Wrigth, 1991; D´Amore y Arnórsson, 2000; Arnórsson,
2000; Marini, 2000; Santoyo y Verma, 1993; Verma, 2015).
45
Geotermómetro de Sílice
Es utilizado ampliamente debido a la precisión que ofrece para el cálculo de la
temperatura en el reservorio termal. Es de mencionar que el sílice se encuentra en
múltiples fases químicas en un fluido, por lo que se han generado varias ecuaciones
con base en su especiación (Tabla 3). Los geotermómetros de cuarzo y calcedonia
son los que más sobresalen por ser en general las especies dominantes. La
ecuación generalizada para los geotermómetros de sílice está representada por:
T (°C) = (A / (log C-B)) – 273.15
Donde A y B son constantes de equilibrio para la especie en estudio y C
refiere a la concentración de SiO2.
Tabla 3. Geotermómetros de cuarzo y calcedonia:
T(°C) = (1309/(5.19 – log S)) – 273.15
Cuarzo sin pérdida de vapor
T(°C) = (1522/(5.75 – log S)) – 273.15
Cuarzo con máxima pérdida de vapor a 100°C
T(°C) = (1032/(4.69 – log S)) – 273.15
Para calcedonia
Geotermómetro de Na-K-Mg
Otro modelo geotermométrico fue diseñado con base en las constantes de
equilibrio termodinámico de los cationes Na, K y Mg (Giggenbach, 1988) y ha sido
ampliamente usado para determinar la temperatura, en el reservorio termal en
equilibrio, en determinado ambiente geotérmico. Se define que los procesos de
intercambio iónico del agua, durante el curso hasta el sistema geotermal, son mucho
más lentos que el flujo de ascenso; por lo que hipotéticamente, las relaciones de
intercambio se mantienen con poca perturbación. Aplicando una relación de los
geotermómetros de Na/K y K2/Mg, Giggenbach construyó un diagrama ternario (Fig.
19) que define la temperatura para el reservorio termal en equilibrio. Al utilizar los dos
geotermómetros, encontró que se reduce la incertidumbre de efectos asociados.
Detracciones al método son actualmente discutidas (Verma, 2015). Sin
embargo como modelo, continua siendo de ayuda para contrastar las temperaturas
de reservorios.
46
La ecuación general para el cálculo de este modelo geotermométrico es muy
similar al de sílice:
T (°C) = (A / (log K2/Mg)-B)) – 273.15
Donde A y B son constantes de equilibrio y K 2/Mg es la relación de la concentración
de cationes.
Figura 19. Diagrama ternario para el geotermómetro Na-K-Mg (Giggenbach, 1988).
El diagrama resulta muy útil para reconocer si los fluidos analizados provienen
de una zona equilibrada en el reservorio. Al proyectarse varias muestras sobre una
línea, se puede reconocer posibles mezclas de agua. Una limitante es que, si una
muestra se encuentra dentro de la zona de equilibrio parcial, resulta complicado
suponer si el fluido estuvo en equilibrio en el reservorio termal o estaba en camino
del equilibrio, es decir, puede haber nunca haber llegado al equilibrio o perdió
propiedades que así la definan. Uno de los motivos que suceda esto puede ser el
flash (vapor-liquido, por despresurización) y los cambios termodinámicos en la fase
agua-vapor (Arnorsson et al. 2007).
47
4.9 Análisis de alineamientos estructurales y manantiales termales.
Existen en la literatura diferentes metodologías y técnicas para el estudio de
los rasgos lineales, que son reflejo de estructuras geológicas presentes en
determinado terreno (Casas et al., 2000; Kim et al., 2004; Hung et al., 2005;
Martínez-Gutiérrez et al., 2010; Thannoun, 2013; Mallast et al., 2013). En la
actualidad algunas metodologías son llevadas al plano de las ventajas que ofrece el
avance de los sistemas informáticos digitales, por lo que puede procesarse una gran
cantidad de datos con precisión aceptable y resultados confiables. Así el estudio y
análisis de rasgos morfológicos, con base en fotografías aéreas, satelitales y
modelos de elevación o topográficos, son un apoyo imprescindible en la actualidad
para el estudio de áreas de considerable extensión. Particularmente, una de las
características que ofrecen los SIG, es para el tratamiento analítico temporal y
espacial de bases de datos numéricas, de texto y alfanuméricas, adjuntas a archivos
vectoriales.
Utilizando las capacidades que ofrecen los SIG se realizó la identificación de
la posible relación entre las estructuras geológicas (alineamientos) y los manantiales
termales objeto de este estudio. El conocimiento de la distribución del sistema de
fracturamiento, permitió definir si la litología afectada posee características propicias
para la infiltración de agua. En rocas cristalinas la infiltración se debe a la cantidad y
disposición del fracturamiento en la roca. El fracturamiento, en este caso, podría
aportar la carga hidráulica suficiente para la existencia de los manantiales termales.
Con base en lo anterior y en conjunto con la interpretación del análisis
hidrogeoquímico, se podría relacionar a los manantiales con las zonas fracturadas,
con potencial para permitir la percolación e infiltración del agua meteórica.
Determinando la densidad de fracturamientos, respecto a su ubicación
espacial en la cuenca y subcuencas en las que se confina el sistema hidrotermal,
permitiría evidencia para argumentar la alimentación hídrica a los manantiales
termales en estudio.
Los datos y métodos utilizados se mencionan a continuación:
48
Datos y métodos
La base de datos utilizada para este objetivo incluyo la siguiente información:

Curvas de nivel (Archivos vectoriales obtenidos del Instituto Nacional de
Estadística, Geografía e Informática –INEGI-, Esc. 1:50,000)

Imagen satelital Landsat 8 (OLI-TIRS, res. 30 m, N170km x S183km S,
P34R44)

Puntos de coordenadas de zonas con hidrotermalismo.
Para el presente trabajo se utilizaron los software Quantum GIS 2.8 (QGIS),
Grass 7.0.1. y ArcViewTM 3.2. En primera instancia fue importante seleccionar la
escala y el sistema de referencia geográfica a utilizar.
El proyecto está georeferenciado al sistema cartográfico UTM Datum WGS84
Zona 12N. A partir de los datos vectoriales, obtenidos de las cartas topográficas
digitales: F12B24, F12B25, F12B34 y F12B35 (1983) escala 1:50,000, distribuidas
por INEGI, se generó un MDE mediante el software Grass.
Como base el MDE, se derivaron mapas de sombras y con apoyo de la
imagen satelital (LANDSAT 8, B2, B3, B4 y B8-pancromatica), fue realizado el
digitalizado de alineamientos del área de estudio. Una vez obtenido el archivo
vectorial de alineamientos, se realizó la ejecución de análisis geoespacial, mediante
utilidades dentro de la extensión Lineament Analysis (Kim et al., 2004) en ArcView y
posteriormente se editó los resultado en QGIS (Fig. 20).
Procedimiento
Como primer paso se extrajo el componente vectorial de las isolineas de
elevación (20m) de las cartas topográficas. La figura 20 muestra el diagrama de flujo
de los procesos realizados. Cabe mencionar que la base de datos de INEGI, se
encuentra con el sistema de referencia coordenado (SRC) ITRF 1992; por lo que se
realizó la reproyección cartográfica al SRC UTM Datum WGS 84, correspondiente a
la zona.
49
Figura 20. Diagrama de flujo del procedimiento realizado para la obtención de
alineamientos y sus productos derivados.
Una vez determinado el SRC, se realizó la unión de las 4 capas vectoriales de
curvas de nivel correspondientes a las cartas topográficas, así como la corrección
topológica del vectorial resultante. Posteriormente fue obtenido un recorte del área
que pertenece a la cuenca de Santiago, este procedimiento se llevó a cabo en QGIS
mediante las herramientas que incluye el programa.
El archivo vectorial resultante se migró al programa Grass donde se ejecutó
una interpolación con base en los atributos de elevación del vectorial de curvas de
nivel para la obtención del modelo digital de elevación (Fig. 21), produciendo un
rasterizado con tamaño de celda de 15 x 15 m el cual resulta óptimo para la escala
del trabajo (Hengl, 2006).
50
Figura 21. Combinación de la imagen de satélite, mapa de sombras y MDE coloreado
gradualmente respecto la elevación, el tono verde claro es la cota más baja
y el tono en blanco son las zonas con mayor altitud de la sierra La Laguna
(máx. 2040 m).
El MDE se utilizó para derivar 8 diferentes mapas de sombras. Los mapas de
sombras expresan mayor contraste, para lograr una mejor delimitación de los
alineamientos. La generación de los mapas de sombras se realizó con un azimut
cada 45° (8 direcciones) y se mantuvo una constante vertical de inclinación de la
incidencia de luz a 45° (Fig. 22).
51
a
b
c
d
e
f
g
h
Figura 22. Mapas de sombras derivados del MDE, a) 0°, b) 45°, c) 90°, d) 135°,
e) 180°, f) 225°, g) 270°, h) 315°.
52
Una vez realizados los mapas de sombras y con apoyo de la imagen de
satélite, se trazaron los alineamientos (>500 m de long.) observados mediante
digitalización directa, para obtener el archivo vectorial de alineamientos (Fig. 23).
Figura 23. Vectorial de alineamientos sobrepuesto al MDE.
Para elaborar los mapas de densidad de alineamientos, longitud de
alineamientos y cruzamiento de alineamientos se realizó la metodología propuesta
por Kim et al. (2004) mediante la extensión lineament analysis en el software Arcview
3.2. Los resultados obtenidos se detallan en el capítulo 5.
Las cuencas hidrográficas y la red fluvial (Fig. 24) fueron también extraídas
con base al MDE para apoyar el reconocimiento de la interacción de los
alineamientos y su efecto dentro y entre las subcuencas que sostienen el sistema de
manantiales hidrotermales.
53
Figura 24. Red hidrográfica, cuencas y subcuencas en la zona de estudio.
La existencia de los manantiales termales está ubicada en la zona baja de la
Sierra La Laguna (Fig. 24). El macizo cristalino de la zona serrana expresa una
topografía abrupta, por tanto permite una mayor definición en la observación e
interpretación de alineamientos. Contrario a esto, el enmascaramiento por depósitos
sedimentarios en la fosa tectónica, permitió la interpretación de pocos alineamientos
para esa área, por lo que fueron descartados. Conjuntamente, el análisis
hidrogeoquímico
reveló
características
de
aguas
poco
influenciadas
por
geotermalismo. Por lo tanto, el análisis se centró en la zona aguas arriba de los
manantiales, dentro de la cuenca Santiago; que a su vez, se encuentran en el límite
litológico-estructural definido por la FSJC. Aunque el análisis SIG se enfocó a la zona
mencionada, las muestras de agua colectadas en norias y pozos, ubicados en la fosa
sedimentaria, si fueron interpretadas y se explica en la sección de hidrogeoquímica
sus características.
54
Capítulo 5
Resultados y discusión
5.1 Hidrogeoquímica
En este capítulo se presentan y discuten los resultados obtenidos en el
análisis
hidrogeoquímico
realizado.
16
muestras
fueron
obtenidas
en
los
manantiales, norias y pozos visitados, en la época de secas y después de lluvias en
la cuenca; entre el 27 y 28 de junio de 2014 y del 29 al 31 de marzo del 2015 (Figs.
25-30).
En
una
perspectiva
general,
las
muestras
de
agua
presentaron
características hidrogeoquímicas similares, en referencia principalmente a las
muestras localizadas en la zona de la sierra La Laguna (Fig. 24). Mientras que las
muestras colectadas en la parte este de la cuenca, mostraron diferencias notorias.
Figura 25. Manantiales El Chorro (Izq.) y Santa Rita (Der.).
Figura 26. Manantiales San Dionisio (Izq.) y Sol de Mayo (Der.).
55
Figura 27. Manantiales El Machete (Izq.) y Las Vinoramas (Der.)
Figura 28. Pozo P14 (Izq.) y manantial Buenavista (Der.)
Figura 29. Noria P15 (Izq.) y La Trinidad (Der.).
56
FECHA: *27 y 28+ de junio del 2014
PROYECTO: Hidrotermalismo Santiago
Tesis Maestría
LEVANTO: Pablo Hdez, Jobst W, Baudilio A.
UTM WGS 84
No.
Sitio
Prof.
Muestra (m)
X
Datos de campo
Alt. Cond. Temp pH HCO3 CO3 CO2 REDOX
°C
Eh (mV) Hora
(m) μS
Y
Clima
OBSERVACIONES
3
San
Dionisio/La
Jicotera
Santa
Rita/San
Jorge 1
Santa
Rita/San
Jorge 2
4
El M achete
4
3.5
638659 2595229 167
1060
28.7
8.3
6.33- 0.326.43 0.33
45
17:50
*Despejado- Noria El M achete. Pozo construcción 1.5 m. Rocas sedimentarias
soleado
continentales y marinas
5
Pozo 15
5
17
638082 2603691
63
840
36.8
8.59
4.21- 0.694.17 0.72
111
10:20
Despejadosoleado+
6
Pozo 14
6
23
638725 2604444
54
3440
32
8
8.07- 0.367.95 0.43
58.9
12:08
Despejado- Pozo 14 dentro de rancho. Noria construcción 40 cm sobre el nivel
+
soleado
de terreno. Depositos de areniscas-limos cuaternarios?
PROYECTO:
Hidrotermalismo
7
El Chorro
7
Sup 621782Santiago
2592754 195
Tesis Maestría
Las
250
43
9.22
Despejado- M anantial. Zona de recreación. Represo. Zona de falla. Gneises y
3.85- 0.63+
3.95 0.60
soleado
FECHA:-300
*29, 30
de+marzo del 2015 diques leucocraticos.
14:30y 31
230
31.1
7.1
3.42- 0.435.53
0.47
LEVANTO:
1
2
8
Vinoramas
1
Sup 622977 2604438 259
670
36.4
8.5
3.35- 0.593.28 0.62
46.3
50
15:30
*Despejadosoleado
2
sup
621711 2596184 255
280
42.1
9.2
7.79- 0.137.77 0.16
3
sup
621628 2596251 272
290
42.2
9.5
2.52- 0.652.62 0.68
270
16:24
*Despejadosoleado
8
4
621149 2590874 322
UTM WGS 84
No.
Sitio
*Despejadosoleado
12:04
Prof.
Muestra (m)
X
Y
Despejado-
Datos de campo
Alt. Cond. Temp pH HCO3 CO3 CO2 REDOX
°C
Eh (mV) Hora
(m) μS
100
S1
6.24 638475 2589448 221
680
28.5
7.17
1.39
2
El Chorro
Las
Vinoramas
Santa
Rita/San
Jorge
Santa2
Rita/San
Jorge 1
S2
Sup
621782 2592754 195
240
45.4
9.44
0.4
0.07
-304
S3
0.9
621149 2590874 322
230
30.2
9.07
0.42
0.04
-45.9
S4
Sup
621628 2596251 272
280
41.6
9.22
0.37
0.13
-427
S5
Sup
621711 2596184 255
280
42.4
9.11
0.37
0.13
-481
S6
Sup
622613 2600003 381
660
28
8.05
1.2
7
Sol de
M ayo
San
Dionisio/La
Jicotera
S7
Sup
622977 2604438 259
280
28.1
8.9
0.57
8
Buenavista
S8
3.2
635322 2614790
780
41.3
8.04
0.29
5
6
Rancho Las Vinoramas. Noria 30 cm de construcción sobre el
+
La trinidad
4
1 m elevación construcción pozo. Profundidad total 75 m. Pozo
arroyo Los Pocitos? Areniscas-limos de ambiente fluvial.
10 16:40
Pablo
Hdez,soleado
Jobst W.terreno. Roca granítica deformada a gneisica, intemperismo intenso.
1
3
Foto 3. M uestras en arroyo San Dionisio. Arroyo 0.20 m prof.
Roca tonalita-granodiorita
Emergen 3 manantiales de una zona de falla y fracturamiento en
gneises en un área de 3m2. Foto. Olor debil-moderado a azufre.
Zona correspondería a falla San jose.
M anantial aguas arriba de muestra 2, emerge de falla en roca
gneisica. Olor azufrado.
15
71
0.06
101.2
36.1
Clima
OBSERVACIONES
*Despejado- Noria arroyo La Trinidad. Alkalinidad con 5 ml
soleado
16:00
muestra. 16:00 p.m. 29/03/2015
DespejadoM anantial muestreado 11:00 hrs del 30/03/15.
11:00 soleado
titulación con 5 ml muestra.
Despejado- Pozo y manantial. 12:40 hrs del 30/03/15. titulación
12:40 soleadocon 5 ml muestra.
Despejado- M anantial. 16:24 hrs del 30/03/15. titulación con 5
16:24 soleado
ml muestra. Sta Rita=Loc. San Jorge=arroyo
Despejado- M anantial. 16:50 hrs del 30/03/15. titulación con 5
16:50 soleadoml muestra. Sta Rita=Loc. San Jorge=arroyo
Despejado- M anantial frio. 11:30 hrs del 31/03/15. titulación
+
11:30 soleado
con 5 ml muestra. 25° a las 8:00 am
DespejadoArroyo San Dionisio 16:30 hrs. del 31/03/15.
+
16:30 soleado
titulación con 5 ml muestra.
Despejado- Los Barriles, pozo con agua termal. Pozo 4 m. Zona
18:10
soleado
+
de terrazas aluviales estables, cerca de la costa.
Figura 30. Muestra del formato diseñado para los datos recopilados en campo.
De los sitios muestreados se considera como manantiales termales 7 sitios, de
los cuales 5 fueron los que se logró obtener muestras en la temporada de secas y
lluvias. Una muestra corresponde a un pozo abandonado el cual está ademado con
tubería de hierro de 8”. Los restantes corresponden a 3 norias con profundidad entre
5 y 8 m al nivel del brocal.
5.1.1 Temperatura en superficie
El agua de la mayor parte de los manantiales y norias muestreadas
presentaron una temperatura considerablemente más alta que la temperatura media
anual (22°C) en cada etapa de campo (32-34°C en junio y 25-28°C en marzo, temp.
ambiente). El mapa muestra las temperaturas de las muestras colectadas en la
57
cuenca Santiago (Fig. 31. Tabla 4). La temperatura más alta encontrada corresponde
al manantial termal ubicado en la localidad conocida como El Chorro, en el arroyo
Agua Caliente (45°C). La menor temperatura correspondió al manantial Sol de Mayo,
ubicado en el arroyo del mismo nombre (Tabla 4).
Figura 31. Mapa indicando la temperatura para cada manantial y su relación espacial
a la cuenca Santiago.
Manantiales al sur de la cuenca Santiago han sido documentados, sin
embargo, no se presentan datos de temperatura (Martínez-Gutiérrez et al, 2010).
López-Sánchez et al. (2006) definieron una zona con evidencia de termalismo
en las cercanías del poblado Cabo San Lucas, al suroeste del área de estudio.
Temperaturas hasta de 72°C son reportadas, en aguas de composición cloruradasódica; muy similar a la composición de la muestra Buenavista, estudiada en este
trabajo, pero notablemente diferente a las demás analizadas (Tabla 4). En 2011 un
trabajo, realizado por la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), indica
temperaturas de hasta 50°C para el manantial Agua Caliente. En ninguna de las dos
58
etapas de campo realizadas se comprobó esta temperatura, encontrándose las dos
ocasiones entre 42° y 45°C. Un mapa de gradiente del flujo de calor fue propuesto
por Báncora-Alsina y Prol-Ledesma (2006), las rocas graníticas tienen un alto orden
de difusión de calor, por lo que puede existir una fuerte influencia de transferencia de
calor profunda, de las zonas de alta temperatura en el Golfo de California a las áreas
cercanas al BLC.
5.1.2 pH y Eh
El pH permite definir aspectos importantes del equilibrio en la interacción
agua-roca así como efectos de precipitación y disolución. Los manantiales termales
estudiados presentan pH alcalino del orden de 8.5-9.5 (Santa Rita, Sol de mayo, San
Dionisio, El Chorro).
De la bibliografía se desprende que el agua de lluvia es relativamente acida
(pH 6) por la interacción con el CO2 atmosférico. Recapitulando sobre algunas
características litológicas, el sistema hidrotermal en la zona de estudio se encuentra
sobre rocas graníticas, en su mayoría alcalinas (Pérez-Venzor, 2013). Se infiere que
los procesos de interacción agua-roca, son tales que permite al agua de lluvia
adquirir un pH más alcalino en el subsuelo; al interactuar con los minerales producto
de la alteración (Feldespatos principalmente), así como otros minerales, que
participan en los intercambios por las reacciones iónicas, produciendo el paso de un
pH ácido a uno muy alcalino.
Ramírez-Guzmán et al. (2004), indican que una fuente importante de aporte
para el incremento de los pH en rocas graníticas tendría que ver con un ambiente de
sistema cerrado para el CO2 y baja concentración de carbono de carbonato.
Los valores de Eh obtenidos indican que las muestras en los manantiales de la
sierra La Laguna tienen una procedencia de zonas reducidas en profundidad, las
muestras colectadas en la parte este de cuenca están más afectadas por el oxígeno
atmosférico. Un proceso que afecta las características de óxido-reducción es el S y
sus especies; la concentración del SO4 resultó con concentraciones relativamente
altos, en las muestras del Pozo 14. Para las muestras en los manantiales
hidrotermales en el oeste, la reducción puede estar dándose en H2S.
59
Los valores del pH registrados, en las dos épocas del año (afectadas y no
afectadas por lluvia), no presentaron variación significante. A excepción del pH de la
muestra Las Vinoramas, la cual fue de 7.7 en secas y 8.9 en lluvias. Por tanto, el
agua que infiltra lo hace a relativa profundidad donde, por efectos termodinámicos e
interacciones agua-roca, adquiere un pH más alcalino conservándose así durante su
ascenso a la superficie.
5.1.3 Conductividad eléctrica
La mineralización de las muestras de agua analizadas presentó un promedio
de SDT de 261 µS/cm, manantiales con mineralización y características similares,
existen en la región del estado de Guerrero y Nayarit (Taran et al., 2012). Se
encontró el valor más bajo en la muestra El Chorro 1 (Después de época de lluvias) y
la más alta para la muestra Pozo 14 (Tabla 4). La muestra Pozo 14 proviene de una
noria, en un área de siembra, por lo que la mineralización; puede deberse a la
recirculación de agua de riego, que infiltra el campo de cultivo. Concentraciones altas
de Br, B y Sr pueden definir una fuente de contaminación antropogénica y o
geogénica (Tabla 6). Por la temperatura que presentaron, fueron analizadas las
muestras Pozo 14, Pozo 15, La Trinidad y El Machete; sin embargo, después del
análisis químico efectuado, no fue tan clara su relación con manantiales termales.
La baja mineralización de las muestras, sugiere la relativa rápida migración en
profundidad, generando un rápido calentamiento y una fase vapor-agua. Por lo que
en el ascenso, puede producirse la precipitación de minerales y la mezcla con el
agua meteórica, que disminuyen la mineralización.
La muestra Buenavista mostró una mineralización alta (773 µS/cm). Esta
muestra, ubicada cercana a la costa puede estar afectada por la mezcla con agua de
mar (Fig. 34).
5.1.4 Análisis fisicoquímico
Los resultados de los análisis fisicoquímicos obtenidos se presentan en la
tabla 4, 5, 6 y 7. Las tablas referidas incluyen las coordenadas de los puntos y los
parámetros físicos más importantes obtenidos para las muestras analizadas.
60
X wgs84
Clave
campo
259.00
2604438
622977
San
Dionisio
255.00
2596184
621711
Santa Rita
1
272.00
2596251
621628
167.00
2595229
638659
Santa Rita
El Machete
2
63.00
2603691
638082
Pozo 15
54.00
2604444
638725
Pozo 14
195.00
2592754
621782
El Chorro
322.00
2590874
621149
221.00
2589448
638475
195.00
2592754
621782
322.00
2590874
621149
272.00
2596251
621628
Las
Vinoramas Santa Rita
Las
2-J
1
Vinoramas La trinidad El Chorro 1
255.00
2596184
621711
Santa Rita
1-J
381.00
2600003
622613
Sol de
Mayo
259.00
2604438
622977
15.00
2614790
635322
San
Dionisio 1 Buenavista
Tabla 4. Resultados fisicoquímicos y elementos mayores de las muestras colectadas en
los manantiales de la cuenca Santiago, unidades expresadas en mg/l.
Y wgs84
8.82
9.10
50.00
42.10
9.20
270.00
42.20
8.46
45.00
28.70
8.56
111.00
36.80
8.64
58.90
32.00
7.38
-300.00
43.00
7.74
10.00
31.10
6.93
100.00
28.50
9.31
-304.00
45.40
8.90
-45.90
30.20
9.45
-427.00
41.60
9.54
-481.00
42.40
7.42
71.00
28.00
8.26
101.20
28.10
773.00
8.53
36.10
41.30
36.40
pH
REDOX (mV) 46.30
379.00
80.62
91.00
11.33
186.30
97.89
59.00
429.00
5.66
210.00
161.24
0.00
276.90
0.00
136.00
103.65
28.00
280.00
109.41
6.00
11.33
105.00
98.16
7.00
11.33
219.90
10.73
108.00
63.34
10.00
73.00
172.75
3.00
11.33
149.00
0.00
534.00
86.38
67.00
262.00
0.00
7.20
93.00
109.07
1.00
0.70
190.60
0.00
0.70
250.00
69.10
1.00
1.20
123.00
5.66
0.70
2865.00
115.00
770.00
0.70
1404.00
21.15
0.60
730.00
87.25
70.00
1.90
358.00
10.73
0.80
546.00
74.86
70.00
0.70
267.00
109.07
1.00
16.99
1.70
240.60
10.73
0.60
118.00
143.96
14.00
5.00
299.00
5.66
0.80
146.00
HCO3 2.00
0.80
616.00
CO3 -1.50
302.00
SO4 --
2.22
121.50
SDT
NO3 -
0.20
17.87
5.20
0.35
0.48
35.74
5.30
10.42
4.57
5.30
26.04
17.87
2.08
1.91
0.05
12.51
8.68
2.55
0.05
16.08
1.74
1.84
0.18
12.51
1.04
0.18
0.09
35.74
48.61
4.31
152.00
2.27
19.78
4.60
31.37
12.51
6.94
2.35
64.30
0.48
2.10
0.56
67.00
10.72
8.68
0.66
50.00
1.29
0.70
1.11
59.00
348.43
2.11
31.25
0.59
40.00
1.54
0.13
13.89
2.57
35.00
26.80
20.80
1.27
30.00
0.22
17.75
0.43
40.73
67.90
4.16
6.85
632.00
2.13
0.06
0.35
148.00
14.29
0.09
17.36
2.95
75.00
2.29
13.52
0.79
50.00
14.29
11.38
1.41
43.00
0.58
Ca++
55.54
60.75
Mg++
14.86
Cl-
K+
Na+
F-
C.E. µS/cm
Temp °C
Alt. (m)
61
Tabla 5. Resultados obtenidos para cationes mediante espectrometría óptica de las muestras
colectadas en los manantiales de la cuenca Santiago, unidades expresadas en mg/l.
As
Al
Elemento
0.8322
0.1058
0.0495
0.0425
Lím. Sup.
Det.
503.4465
10.8697
4.7488
1.0005
4.8268
Lím. Inf.
Det.
14.859
0.132
13.517
< L.I.C.
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0425
0.093
< 0.0039
1.406
0.010
< L.I.C.
0.793
0.010
0.793
0.049
< L.I.C.
1.683
< 0.1058 < 0.1058
< 0.0495 < 0.0495
< 0.0425 < 0.0425
San
Santa Rita
Dionisio
1
0.064
< 0.0443
17.750
0.030
2.946
0.015
111.434
< L.I.C.
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0425
< 0.0443 < 0.0443 < 0.0443
0.130
0.015
0.350
0.013
< L.I.C.
2.398
< 0.1058
0.181
8.003
0.020
246.572
< L.I.C.
0.553
0.702
0.015
0.425
0.019
< L.I.C.
5.186
< 0.1058
< 0.0495 < 0.0495 < 0.0495
< 0.0425
63.862
< 0.0443
0.307
0.035
1.270
0.038
< L.I.C.
3.356
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0425
< 0.0443 < 0.0443
19.776
0.031
2.574
0.010
148.859
< L.I.C.
0.086
0.026
0.588
0.012
< L.I.C.
1.595
< 0.1058 < 0.1058
< 0.0495 < 0.0495
< 0.0425 < 0.0425
< 0.0443
0.181
0.034
1.115
0.012
< L.I.C.
3.053
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0443
< 0.0474
0.011
0.660
0.036
< L.I.C.
1.077
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0443
< 0.0474
0.010
0.563
0.009
< L.I.C.
1.018
< 0.1058
< 0.0495
< 0.0443
30.549
0.031
2.351
0.042
84.880
< L.I.C.
< 0.1058
< 0.0495
0.147
< 0.0443
10.763
< 0.0039
4.603
0.029
31.624
< L.I.C.
< 0.1058
< 0.0495
0.123
< 0.0443
0.475
0.108
4.313
0.019
16.056
< L.I.C.
< 0.1058
< 0.0495
0.127
Pozo 15
B
11.8075
1.1424
< 0.0039
< 0.0443 < 0.0443
40.005
155.282
San
Buenavista
Dionisio 1
Ca
0.005
4.774
19.364
4.057
31.368
Sol de
Mayo
Ca
0.2341
0.9674
< 0.0443
64.297
El
Machete
Fe
0.0039
0.9717
243.1341
23.918
Santa
Rita 2
K
0.6211
9.165
71.323
Las
Las
La
El Chorro
Santa Rita Santa Rita
Pozo 14 El Chorro
Vinoramas
Vinoramas trinidad
1
2-J
1-J
1
< 0.0425
< 0.0425 < 0.0425
Li
0.0443
8.809
72.903
< 0.0425
Mg
3.559
59.334
0.049
Mn
5.196
60.150
0.125
30.676
35.086
0.157
16.437
44.223
0.279
24.073
3.880
21.692
60.967
< 0.0482
5.873
21.470
40.727
< 0.0482
606.034
0.060
16.539
457.446
16.283
36.695
< 0.0482
156.650
0.737
16.446
60.786
0.064
16.841
85.616
0.070
16.150
8.151
4.387
11.311
69.492
0.049
11.465
5.944
0.660
20.200
43.456
21.112
1.329
< 0.0482
55.543
0.055
20.924
499.9781
0.120
25.732
1020.3441
0.9584
499.1788
6.173
4.7237
3.7372
0.0482
S
Si
Na
Sr
Método ICP-OES.
L.I.C. = Limite inferior de cuantificación.
Limite inferior y superior de detección.
62
Tabla 6. Resultados obtenidos para elementos traza (Límite inferior de cuantificación 0.1 ppb) mediante espectrometría de masas de
las muestras colectadas en los manantiales de la cuenca Santiago, unidades expresadas en µg/l.
141
15.42
8.569
149.5
30.68
12.48
396
19.03
28.196
1207.2
176.4
12.7
130.7
21.35
< 0.1
13.05
140.7
41.09
3.449
4.788
117.9
36.16
< 0.1
25.46
130.5
34.05
< 0.1
18.75
127.8
42.71
7.317
< 0.1
33.53
166.8
19.36
6.811
< 0.1
28.66
157.4
17.61
7.994
4.277
14.87
122.6
38.58
5.394
17.68
9.703
33.99
9.16
5.707
10.1
13.16
12.24
329.5
117.9
San
Buenavista
Dionisio 1
8.812
29.23
< 0.1
4.602
Sol de
Mayo
121
< 0.1
4.247
El
Pozo 15 Pozo 14
Machete
9.371
18.11
6.372
4.66
Santa
Rita 2
58.49
7.444
4.104
Santa
Rita 1
Li
10.93
< 0.1
4.387
San
Dionisio
B
< 0.1
0.752
Clave
campo
Al
49.23
2.683
Las
El
Las
La
El
Santa Rita Santa Rita
Vinoramas
Chorro Vinoramas trinidad Chorro 1
2-J
1-J
1
P
5.301
< 0.1
15.92
5.576
24.83
< 1.0
5.969
< 0.1
7.375
38.96
4.729
Sc
0.784
1.09
< 1.0
2.299
7.712
16.45
17.08
4.217
3.94
< 0.1
13.51
1.32
8.402
5.875
31.91
0.959
0.54
< 0.1
0.411
3.241
< 0.1
14.08
< 0.1
< 0.1
0.108
32.4
571.1
3.849
10.01
10.76
3.633
0.635
83.33
180.6
3.373
< 0.1
3.723
3.729
0.672
1.517
28.44
2.675
9.699
0.879
3.561
< 0.1
260.2
215.5
0.431
2.104
< 0.1
3.896
< 0.1
0.207
6.138
0.212
2.459
11.86
1.433
3.648
< 0.1
73.39
395
0.46
0.537
1.865
1.38
1.606
1.427
0.185
9.781
4.564
0.239
0.573
0.464
29.26
3.643
1.737
1.949
79.3
18.3
0.532
0.158
1.79
< 0.1
3.227
2.076
< 0.1
3.048
9.788
8.783
< 0.1
0.699
3.157
13.28
14.12
< 1.0
< 0.1
55.23
19.42
0.368
0.035
4.678
< 0.1
11.01
< 0.1
< 0.1
3.919
8.915
< 0.1
0.656
2.727
2.889
3.887
1.795
60.38
80.33
0.365
0.587
8.793
37.152
14.21
1.469
0.635
6.543
8.972
< 0.1
0.715
< 0.1
35.03
Ti
9.131
3.3
1.036
3.548
3.619
203.9
26.59
0.404
0.57
< 0.1
5.913
< 0.1
27.36
0.214
< 0.1
15.928
1.313
0.191
< 0.1
10.95
< 0.1
0.816
< 0.1
153.8
0.1
14.8
< 0.1
14.31
0.668
< 1.0
< 0.1
67.6
1023
0.357
0.437
< 0.1
20.42
1.477
< 0.1
2.074
1.427
7.902
< 0.1
0.247
5.864
20.11
< 0.1
0.999
12.71
< 0.1
95.13
< 0.1
1.108
0.696
36.56
2.881
0.64
< 0.1
61.31
83.08
0.841
0.319
0.971
2.61
< 0.1
3.775
< 0.1
34.78
1.426
9.956
3.341
9.638
< 0.1
0.569
< 0.1
1.131
0.11
0.851
< 0.1
7.702
9.833
0.302
< 0.1
2854.8
85.28
0.379
1.109
0.96
11.99
24.04
< 0.1
< 0.1
< 0.1
42.18
< 0.1
0.125
< 0.1
6.933
< 0.1
0.738
< 0.1
3.998
< 0.1
2.867
< 0.1
98.94
1.418
4.813
2.082
366.5
5420
0.378
1.025
< 0.1
10.68
24.89
< 0.1
< 0.1
5.246
5.003
3.716
1.757
1.277
38.424
< 0.1
0.682
11.13
< 0.1
5.185
< 0.1
1.532
< 0.1
Fe
19.52
5.076
< 0.1
342.6
65.89
4.3
0.178
0.581
14.61
< 0.1
< 0.1
Ni
1.434
3.26
< 0.1
1.282
56.78
1.58
0.852
17.9
< 0.1
1.617
< 0.1
2.628
< 0.1
Cu
0.476
< 0.1
62.23
823.3
0.382
< 0.1
< 0.1
15.8
< 0.1
< 0.1
Zn
< 0.1
0.324
9.179
6.472
< 0.1
2.916
< 0.1
34.91
< 0.1
1.179
1.006
Ga
4.691
20.99
0.812
0.345
< 0.1
12.77
1.99
< 0.1
12.52
Ge
0.326
37.36
7.085
< 0.1
0.831
8.133
< 0.1
205.1
0.277
1.384
< 0.1
As
184.2
5.563
0.372
0.247
0.168
14.72
< 0.1
< 0.1
Se
5.333
68.23
< 0.1
0.884
< 0.1
46.68
< 0.1
180.1
0.101
0.606
< 0.1
Br
158.7
5.009
0.262
< 0.1
29.97
45.8
10.46
< 0.1
< 0.1
Rb
15.37
0.401
0.745
< 0.1
29.23
0.364
0.101
1.021
< 0.1
Sr
0.474
< 0.1
12.74
< 0.1
55.36
9.428
< 0.1
4.068
Mo
< 0.1
1.2
< 0.1
0.808
25.81
1.504
2.689
< 0.1
Pd
1.099
9.243
< 0.1
81.43
< 0.1
3.4
0.112
0.159
Cd
1.077
0.404
2.367
< 0.1
5.39
Sb
10.8
< 0.1
174.7
0.259
1.728
0.214
Te
< 0.1
167.9
19.94
< 0.1
1.943
I
0.108
< 0.1
0.953
0.426
Cs
< 0.1
94.75
12.41
< 0.1
< 0.1
Ba
1.158
0.102
1.508
< 0.1
0.426
3.497
Dy
0.103
1.26
< 0.1
< 0.1
3.333
1.04
W
< 0.1
< 0.1
4.672
54.71
Re
1.234
< 0.1
0.469
V
Os
< 0.1
1.438
Mn
Hg
< 0.1
< 0.1
0.111
0.558
< 0.1
3.289
< 0.1
< 0.1
8.926
2.508
< 0.1
< 0.1
< 0.1
0.445
< 0.1
< 0.1
< 0.1
13.08
< 0.1
< 0.1
< 0.1
0.904
< 0.1
0.108
< 0.1
< 0.1
8.771
3.548
< 0.1
0.138
< 0.1
< 0.1
0.206
0.363
< 0.1
22.032
< 0.1
< 0.1
1.778
< 0.1
< 0.1
< 0.1
3.759
3.643
0.14
0.69
< 0.1
< 0.1
< 0.1
2.578
0.539
0.346
< 0.1
8.721
Bi
U
Pb
Cr
63
5.1.5 Balance iónico o balance de cargas
Mediante la ecuación del balance iónico (ver subcap. 4.2) se definió que el
error máximo para las muestras no sobrepasó el rango de los ± 5 % (Tabla 7. Fig. 32
y 33). De acuerdo a la literatura este porcentaje de error representa validez del
análisis, que permite entonces la interpretación hidrogeoquímica. El balance iónico
resultó hacia una mayor proporción para los cationes que para los aniones.
Tabla 7. Resultados de determinación del error de análisis.
Muestra
SO4-- NO3-
Cl-
HCO3- CO3--
F
Ca++ Mg++
Na+
K+
%
error
Cond.
µS/cm
San Dionisio
0.04
0.02
1.71
2.36
0.19
0.03
0.68
0.94
2.42
0.38
0.56
616
Santa Rita 1
0.29
0.01
0.40
1.79
0.36
0.12
0.87
0.01
1.87
0.04
-3.33
299
Santa Rita 2
0.02
0.01
0.40
1.23
0.57
0.11
0.21
0.01
2.17
0.02
1.38
240.6
El Machete
1.54
0.08
1.92
1.43
0.36
0.01
1.04
1.46
3.26
0.08
4.49
546
Pozo 15
0.42
0.01
3.81
1.89
0.71
0.08
0.69
0.01
6.44
0.01
1.75
730
Pozo 14
16.03
0.03
9.83
1.13
0.19
0.07
1.56
0.17
27.49
0.18
3.75
2865
El Chorro
0.02
0.01
0.30
1.79
0.00
0.03
0.43
0.06
1.77
0.01
2.86
250
Las Vinoramas
0.02
0.01
0.35
1.42
0.00
0.12
0.35
0.17
1.30
0.03
-1.71
190.6
La trinidad
1.39
0.03
1.01
2.83
0.00
0.01
2.43
1.63
1.52
0.07
3.39
534
El Chorro 1
0.06
0.01
0.35
1.04
0.38
0.10
0.05
0.01
1.74
0.02
-3.30
149
Las Vinoramas 1
0.21
0.01
0.45
1.61
0.36
0.13
0.09
0.01
2.57
0.03
-1.42
219.9
Santa Rita 2-J
0.15
0.01
0.35
1.79
0.38
0.10
0.43
0.00
2.17
0.02
-2.81
280
Santa Rita 1-J
0.12
0.02
0.50
1.70
0.38
0.24
0.10
0.00
2.91
0.01
1.18
276.9
Sol de Mayo
0.58
0.01
1.01
2.64
0.00
0.02
1.30
0.44
2.80
0.06
3.74
429
San Dionisio 1
0.00
0.01
0.50
1.60
0.19
0.01
0.52
0.44
1.36
0.12
2.51
186.3
Buenavista
1.23
0.12
3.43
1.32 de
0.38
0.12 0.26
Gráfico
Probabilidad
Normal0.04
6.61
0.11
3.18
773
99.9
99
porcentaje
95
80
50
20
5
1
0.1
-3.4
-1.4
0.6
2.6
4.6
% error
Figura 32. Variación del error en 16 muestras de manantiales termales.
64
Histograma
5
frecuencia
4
3
2
1
0
-4 -3 -2 -1 0
1
2
3
4
5
% error
Figura. 33. Histograma representando el % de error.
5.1.6 Tipificación de manantiales termales
Valores de abundancia de iones mayoritarios, permiten definir las familias de
tipos de agua. La mayoría de las muestras resultaron de tipo bicarbonatada-sódica,
seguidas por una minoría de sulfatadas-sódicas, dos cloruradas-sódicas y una tipo
bicarbonatada-cálcica (Fig.
35).
Es inherente comentar que
las muestras
provenientes de los manantiales termales, ubicados en la sierra La Laguna (El
Chorro, Las Vinoramas, Santa Rita, Sol de Mayo y San Dionisio), corresponden a las
bicarbonatadas-sódicas.
La composición química del agua en los manantiales de la sierra, tanto en la
temporada de estiaje como de lluvias, no tuvieron cambios significativos. Esto puede
asociarse a un flujo rápido hacia áreas profundas y un posterior regreso a la
superficie, con poca interacción química en el ascenso. Los diagramas de Piper y
Stiff (Fig. 35 y 36) denotan los mínimos cambios ocurridos, para las muestras de los
manantiales en esos dos periodos. Para el agua de las muestras en la parte este de
65
la cuenca, es considerada una migración en el subsuelo relativamente más larga y
una exposición mayor en la interacción agua-roca. Considerando el medio poroso,
constituido por rocas de origen fluvial y/o marino, permitiría una firma química
diferente. También es visible la diferencia en la muestra del manantial Buenavista,
que resulta con una firma hidrogeoquímica clorurada-sódica, que indica la afectación
por agua de mar.
Las muestras analizadas, de los manantiales en el margen oeste de la cuenca,
presentaron una disminución de la temperatura y del pH. Esta disminución es
observada espacialmente de sur a norte, es decir; los manantiales El Chorro, Santa
Rita 1 y 2 presentaron temperaturas más altas y pH más elevado que los
manantiales al norte (Sol de Mayo, San Dionisio, Fig. 34).
Figura 34. Mapa hidrogeoquímico con la tipificación de los manantiales termales.
La extensión de área más prominente de las subcuencas que sustentan los
manantiales en el norte, podrían generar una mayor capacidad de carga hidráulica
que permite un mayor volumen de almacenamiento de agua
de las lluvias. Es
66
apreciable la mayor extensión de la subcuenca del arroyo San Dionisio, en relación
con las cuencas del sur. Una considerable retención e infiltración de agua,
representa una posible mayor carga para el flujo de ascenso del agua termal, por lo
que la mezcla con agua superficial es mucho mayor a las del sur; disminuyendo su
temperatura pero a su vez conservando la firma hidrogeoquímica.
La concentración de Ca disminuyó en las muestras de los manantiales Santa
Rita, El Chorro, Las Vinoramas, Sol de mayo y San Dionisio; para el periodo después
de lluvia. Lo anterior apoya el supuesto de la recarga, a través del fracturamiento,
hacia las zonas profundas donde el agua es calentada. Este efecto está bien definido
en el diagrama de Piper presentado (FIg. 35).
Durante el periodo de secas, el sistema hidrotermal favorecería el incremento
de calcio y con la recarga en el periodo de lluvias, el sistema permitiría la mezcla con
aguas más sódicas de origen meteórica. Las lluvias ocurren, generalmente, por
efecto de la temporada ciclónica, conocida ya para la zona del pacífico mexicano;
influyendo asimismo, para la región del Golfo de California. Por lo tanto, La
concentración de Na, estaría estrechamente ligada a la composición química del
agua de lluvia, cuyo origen en general es la evaporación de agua de mar. No se
encontró una fuente bibliográfica con la tipificación para el agua de lluvia en la zona.
Sin embargo, muestras tomadas en arroyos, posterior a las lluvias, pueden ser muy
cercanas a la mineralización del agua meteórica. Por otra parte, importantes
concentraciones de Na y Ca la producen la composición mineralógica de las rocas.
Los minerales feldespáticos, son característicos para el intrusivo que existe en el
BLC (Perez-Venzor, 2013), por lo que la alteración de estos minerales permitiría un
efecto sobre las concentraciones de Na-Ca, en el agua de los manantiales.
Diagrama Piper
El diagrama de Piper construido para las 16 muestras, se presenta en la figura
35. El diagrama señala la migración de los puntos, que representan las muestras,
hacia la parte baja del romboide; donde se encuentra la representatividad del Na+K.
Este campo el diagrama lo define para aguas meteóricas recientes. Se observa
asimismo, como se presenta la relación de las muestras de manantiales, hacia un
67
incremento en la concentración de Na (San Dionisio 1, Las Vinoramas 1, El Chorro 1
y Santa Rita 2) para la temporada de lluvias.
Figura 35. Diagrama de Piper, determina los tipos de agua y sus relaciones. Los
círculos representan la concentración de SDT (mayor 1404 mg/l).
La muestra El Machete, indicada como de tipo bicarbonatada-sódica, se
encuentra en el campo de las tipo cloruradas-sódicas, esta discordancia es efecto de
la suma de los cationes Cl y el SO4, efectuado por el programa en la modelación para
construir el diagrama.
Buenavista y Pozo 15 se evalúan como tipo clorurada-sódica, se ha
mencionado la relación de la muestra Buenavista a la mezcla con agua de mar. Para
la muestra Pozo 15, esta tipificación la puede generar la litología de rocas de origen
68
marino, este resultado también es causado por la suma de Cl y SO4, realizada por el
programa.
Diagramas Stiff
Figura 36. Diagramas de Stiff para cada muestra recolectada y analizada de los
manantiales en la cuenca Santiago.
Los diagramas de Stiff dan una referencia rápida de la similitud de los tipos de
agua, que resultaron del análisis de las muestras tomadas en la cuenca Santiago. Es
perceptible la alta mineralización de la muestra Pozo 14 (Fig. 36) ya discutida
anteriormente y su notoria diferencia al resto. Así mismo la visualización de las
concentraciones de Na vs. Ca permiten identificar las mismas relaciones espaciotemporales también ya discutidas.
69
5.1.7 Relaciones iónicas
Los diagramas de dispersión y correlación permiten observar las diferencias,
relaciones y dependencias de diferentes parámetros. La figura 37 fue graficada con
respecto a la concentración de los 10 elementos mayores, en función del sitio de
muestreo. Es pertinente la observación de la relación inversa que se presenta en las
líneas correspondientes al Mg contra el F, por el contrario se observa una tendencia
similar para el Cl versus Mg. El gráfico muestra además la notoria presencia de
concentraciones de H2CO3 que se encuentra sobre todos los valores mostrados y
como se rompe esta regularidad en las muestras Pozo 14, Pozo 15 y Buenavista. La
tendencia del calcio en las muestras hacia la derecha del gráfico también indica
como su concentración disminuye respecto a las de la izquierda, obsérvese que las
muestras están ordenadas por temporada (Izq. Secas - Der. Lluvias).
Figura 37. El diagrama muestra los sitios de muestreo versus la concentración en
mg/l (eje Y) de los iones mayores. Se denota la baja concentración del Mg
para los manantiales termales y su variación en cada sitio.
Para mostrar de mejor manera las relaciones iónicas, se construyeron
diagramas de relación. El análisis de regresión, para reconocer el efecto de la
70
temperatura sobre la conductividad eléctrica en cada muestra, se presenta en la Fig.
38. El resultado al 95% de confianza, indica que no existe dependencia directa de la
temperatura, sobre la concentración de la mineralización. Al menos para estas
muestras el resultado es esperado, debido a que la conductividad eléctrica, es
propiamente una medida transformada de la actividad iónica que genera cargas, que
son captadas por los receptores del aparato de medición; aunque éste es calibrado
para una temperatura de 25° C. El coeficiente de correlación fue menor a 0.2.
Más significativa resulto la gráfica de dispersión para la temperatura versus
magnesio (Fig. 39). Probablemente este catión representa el mejor ejemplo de la
afectación por la temperatura en el reservorio termal (para estas muestras),
indicando la posible existencia de la fase agua-vapor lo que permite la dilución del
Mg. López-Sánchez et al. (2006) indicaron una fuente de geotermalismo cercano a la
costa cuyas características no presentan la misma relación de temperatura vs. Mg,
sin embargo la comparación es un tanto lejana debido a que sus muestras
corresponden a agua con fuerte componente de agua marina; aun así no se presentó
correspondencia con la muestra Buenavista que también es influenciada por agua de
mar.
Gráfico del Modelo Ajustado
C.E. uS/cm = 1917.16 - 34.9335*Temp °C
(X 1000)
4
C.E. uS/cm
3
2
1
0
28
31
34
37
40
43
46
Temp °C
Figura 38. Relación Temperatura vs. Conductividad eléctrica.
71
Figura 39. Relación temperatura vs. Mg
La concentración de Br, Sr y B son fuertemente relacionadas al Cl como lo
muestra la figura 40. La recta punteada señala la relación de Cl vs. Br, Sr y B. La
línea en color señala la relación Cl vs. Br y la punteada la relación Cl vs. B (Fig. 41).
Es notoria la concentración anómala de estroncio en la muestra Pozo 14, la cual
presenta características propias del agua de mar, sin embargo se define más como
un efecto contaminante por posibles fertilizantes.
Figura 40. Relación Cl vs. Br+Sr+B (α=0.05).
72
Figura 41. Relación Cl vs. B (α=0.05).
El cloro y el boro como elementos conservativos permiten identificar la firma
geoquímica de los fluidos en profundidad, cambios en la relación en estos iones
pueden indicar fuentes diferentes de aporte de agua y/o reservorios diferentes. Como
puede observarse existe una nube puntos en (aprox. x15 - y0.17, circulo azul) que
corresponden a los manantiales muestreados en la parte oeste de la cuenca; Las
Vinoramas, El Chorro, Santa Rita y Sol de Mayo. El punto más lejano corresponde a
la muestra Pozo 14. Para la relación Cl vs. Na es esperada la moderada buena
relación por su afinidad iónica (Fig. 42).
Figura 42. Relación Cl-Na (α=0.05).
73
5.2 Geotermómetros
Los resultados obtenidos mediante los geotermómetros de sílice y Na-K-Mg
son mostrados a continuación (Tabla 8). Para la representación de los cationes en el
diagrama de Giggenbach (1988), fue utilizada la hoja de cálculo construida en Ms
Excel por Powell y Cumming en 2010 (tabla actualizada 2015, comunicación directa).
5.2.1 Silice
Chalcedony
conductive
Quartz conductive
Quartz adiabatic
Na-K-Ca
Na-K-Ca Mg corr
Na/K Fournier
1979
Na/K Truesdell
1976
Na/K Giggenbach
1988
Na/K Tonani 1980
Na/K
& Nieva
56
9
77
107
106
221
24
319
325
325
380
304
323
75
Santa Rita 1
-18
46
0
66
97
98
35
35
137
92
156
117
125
103
76
Santa Rita 2
-18
47
0
67
98
99
46
46
98
49
118
69
87
61
67
El Machete
-20
45
-1
65
96
97
56
36
148
105
167
131
136
116
36
Pozo 15
-40
22
-23
40
72
76
15
15
23
-28
44
-14
14
-15
42
Pozo 14
-40
21
-23
39
71
75
97
97
80
30
101
49
70
42
77
El Chorro
-28
35
-10
54
86
88
17
17
78
28
99
47
68
41
30
Las Vinoramas
-26
37
-9
56
88
90
45
45
153
110
172
137
141
121
40
La trinidad
-27
36
-10
55
87
89
31
31
192
157
209
188
179
166
33
El Chorro 1
-28
36
-10
55
86
89
61
61
94
45
115
65
84
57
57
Las Vinoramas 1
-27
36
-9
55
87
89
74
74
106
58
127
80
96
70
63
Santa Rita 2-J
-17
48
1
68
98
99
29
29
89
39
110
59
79
52
67
Santa Rita 1-J
-17
48
2
68
99
100
52
52
69
19
90
36
59
31
63
Sol de Mayo
-13
53
6
73
104
104
44
44
144
100
163
125
132
111
43
San Dionisio 1
-27
36
-10
55
87
89
75
50
252
233
265
274
238
238
57
Buenavista
-3
64
17
86
115
114
129
121
128
83
148
106
117
94
84
Na/K
K/Mg Giggenbach
1986
Beta Cristobalite
-10
Arnorsson
1983
Alpha Cristobalite
San Dionisio
Sample Name
Nieva
1987
Amorphous Silica
Tabla 8. Calculo de temperatura en °C, para varios geotermómetros.
Los resultados para el reservorio termal en equilibrio de las muestras Las
Vinoramas, El Chorro, Santa Rita 1 y 2, Sol de Mayo, San Dionisio y Buenavista,
calculados con el geotermómetro de calcedonia y cuarzo (Max. pérdida de vapor)
vario entre 54°C -86°C y 86°C - 115°C, respectivamente. La temperatura más alta,
calculada para el reservorio en profundidad en equilibrio, corresponde al manantial
Buenavista; es importante exponer que, no obstante la muestra Buenavista no
mostró la mayor temperatura en superficie, sino la muestra El Chorro (45°C), no
74
depende de la temperatura en superficie para intuir una mayor entalpia en
profundidad.
Figura 43. Geoindicador de cuarzo vs. cationes, se observan las muestras en su
mayor parte ubicadas sobre la línea de equilibrio de la calcedonia para
temperaturas entre 60°C y 80°C.
5.2.2 Na-K-Mg
Un diagrama muy recurrido, para la interpretación de las temperaturas en
sistemas geotermales en profundidad, lo es el diagrama Na-K-Mg (Na-K y K-Mg,
Giggenbach 1988). Es una herramienta que permite reflejar los fluidos geotérmicos
en equilibrio, equilibrio parcial y en inmaduras (sin equilibrio). La sencillez en la
observación de los resultados, al graficar las muestras como puntos en el diagrama,
permite identificar su temperatura probable así como su estatus de equilibrio y las
posibles relaciones me mezcla de fluidos. La figura 44 presenta el diagrama con la
ubicación resultante de las muestras analizadas en este estudio, es visible una
separación por grupos.
75
Figura 44. Diagrama ternario de Giggenbach (1988). Dos grupos separados en las
zonas de equilibrio parcial e inmaduras están bien definidos. La línea curva
superior de cruce con las proyectadas señala el equilibrio.
Mediante este diagrama es posible deducir que las muestras de los
manantiales Las Vinoramas, Santa Rita 1 y 2, Sol de Mayo y Buenavista, se
encuentran en equilibrio parcial, infiriendo una temperatura entre 80°C y 150°C. El
manantial Buenavista también muestra la mayor temperatura, mediante este
geotermómetro. Las muestras para El Machete y Pozo 15 respectivamente indican
una progresión hacia el equilibrio, según el diagrama, la relación de campo indica
que no corresponde a manantiales termales. Sin embargo, es complicado definir si
presentan componente hidrotermal subterránea. Por otra parte, el grupo de las
muestras San Dionisio, Pozo 14, La trinidad, El Chorro (en superficie con la mayor
temperatura encontrada 45°C), están en la zona de agua inmaduras, posiblemente
se deba a que presentan una mezcla importante con aguas superficiales.
76
Figura 45. El diagrama presenta la relación Mg/(Mg+Ca) y K/(K+Na). La línea curva
indicaría la temperatura de equilibrio fluido-roca. Sol de Mayo y San
Dionisio indicarían una mezcla de agua superficial con hidrotermal.
Los diagramas que se presentan a continuación corresponden a las diferentes
relaciones iónicas: Cl-SO4, HCO3, Cl-B-Li, Cl-F-B, Li-Rb-Cs, Log PCO2 y entalpía de
geotermómetro de cuarzo vs. Cl (Figs. 46–51). Explican la suposición del intercambio
del flujo de agua, del sistema geotermal en los manantiales, con aguas en niveles
más someros que permite la dilución o mezcla, del agua que descarga el sistema.
77
Figura 46. El diagrama ternario de Cl-SO4, HCO3, presenta claramente la ubicación
de las muestras analizadas en el campo de aguas periféricas (Agua
superficial, aguas meteóricas).
Figura 47. Li-B-Cl, define la ubicación de las muestras analizadas hacia la zona de
mezcla con aguas con baja concentración en los iones li-B vs cloro,
relaciones típicas para temperaturas altas en sistemas geotermales. Estos
elementos interactúan en su concentración conforme aumenta la
temperatura.
78
Figura 48. Diagrama ternario que indica la mezcla de aguas superficiales con el flujo
ascendente del sistema termal.
Figura 49. El diagrama ternario de Li-Rb-Cs ubica a las muestras analizadas con
pérdida de calor conductivamente y sugiere la mezcla con aguas poco
mineralizadas.
79
Figura 50. El grafico indica que las muestras de los manantiales pueden estar en el
reservorio termal en equilibrio con la presión de CO2.
Figura 51. Las muestras analizadas indican la perdida de calor conductivamente y
sugiere la mezcla con aguas poco mineralizadas, como puede observarse
en el diagrama Cl vs. Entalpia.
80
5.2.3 Temperatura geotérmica
La temperatura calculada, que resultó de la modelación hidrogeoquímica por
medio de los geotermómetros empleados, indica que la fuente de calor mantiene una
temperatura que oscila entre 80°C y 150°C. Definiendo que las muestras en el área
de la sierra La Laguna, sugieren un sistema geotérmico separado del manantial
Buenavista, es imprescindible una modelación para reconocer la capacidad
energética que puede generar cada sistema. La UABC (2011) en un estudio
realizado en el área para determinar la capacidad calórica geotermal para producción
de energía eléctrica, sugiere una constante de 0.5 MW para 20 años de producción.
La modelación efectuada por estos autores fue hecha con base en el análisis
del volumen del sistema geotermal para el manantial Agua Caliente (El Chorro). Por
tanto con los resultados dados en esta investigación, que define una área mucho
mayor de influencia, con características propias de un sistema geotérmico de baja
entalpia; se podría elaborar una mueva modelación, utilizando un área y profundidad
mayor en el cálculo, así como contemplar el área de Buenavista. Se estima que la
posibilidad de aumento en la capacidad calórica será insignificante. Sin embargo y
tomando en cuenta las variables del cálculo efectuado por los autores mencionados
anteriormente, existiría un significante mayor volumen de área con posibilidad de
explotación calórica, lo que puede aumentar el periodo de vida estimado.
La energía geotérmica en escala, puede soportar pequeñas comunidades
respecto al autoabastecimiento de energía eléctrica, sobre todo cuando estas
comunidades están fuera del alcance de la red eléctrica convencional. La utilización
de la energía geotérmica es posible de convertirse en un detonante económico y
social ambientalmente sostenible, al ser una fuente alterna de energía renovable.
Por otra parte, la energía geotérmica no solo genera electricidad, existe en la
actualidad varias alternativas con base en este recurso natural, tal es el caso de su
uso en la industria ganadera, agrícola, acuícola, farmacéutica y turismo. Ejemplo de
lo anterior, es el aprovechamiento del termalismo que se da actualmente en
Buenavista, por servidores turísticos.
81
5.3 Origen del agua en los manantiales termales
Los manantiales termales estudiados evidencian, mediante su composición
hidrogeoquímica, un origen totalmente meteórico. Asimismo se observa una
consistencia en relación con la litología (Pérez-Venzor, 2013) en la interacción aguaroca y las características estructurales que presenta el área circundante y regional.
Como se observa en la tabla 4 (ver subcap. 5.1.4), el resultado del análisis
hidrogeoquímico, refiere a las muestras de los manantiales con bajos contenidos de
SDT, que permite relacionarlas con el agua que precipita en la sierra La Laguna.
Esto se expresa con base en la comparación a las propiedades fisicoquímicas del
agua superficial analizada, para la zona muestreada después de las lluvias sobre el
lecho del arroyo que aún la transportaba (muestra San Dionisio).
Respecto a la incidencia de un gran número de fracturas sin un arreglo
espacial que las delimite, algunas si son definidas en cierta dirección preferencial
(Fig.57). Estas fracturas permiten tanto el flujo de manera vertical como lateral, del
agua precipitada. Se infiere que el sistema hidrotermal, es alimentado por esta
intrincada red de fracturamiento y permite el flujo, relativamente rápido, hasta llegar a
cierta profundidad; donde los efectos geotermales calientan el agua y por procesos
convectivos, debido al cambio de densidad en la fase agua-vapor, la eyecta hacia la
superficie. Principalmente mediante la descompresión efecto de la zona de cizalla
que generó la FSJC, el fluido toma esta estructura como vía de ascenso; no
permitiendo un periodo prolongado en el subsuelo al agua, por tanto no puede
adquirir una mineralización mayor, durante la interacción agua-roca.
Sin embargo y desafortunadamente para este trabajo, no se recolectó muestra
para análisis y no existe evidencia en literatura, de la composición química del agua
de lluvia en esa zona. Se requiere un análisis químico e isotópico del agua de lluvia
en la zona, para soportar con mayor fuerza lo anteriormente expresado.
82
5.4 Relación densidad de alineamientos y manantiales termales.
Algunos de los principales factores que intervienen en la recarga de los
sistemas hidrológicos subterráneos, son las características morfológicas y litológicas
existentes, entre otros. Debido a que los diferentes materiales geológicos pueden
restringir o ayudar a la migración del agua en el subsuelo, es necesario un
reconocimiento de las propiedades físicas de la litología y su arreglo estructural, que
participa en el proceso de infiltración. Para los manantiales termales en estudio, la
litología y estructuras geológicas tienen, probablemente, el mayor efecto en el
proceso que sostiene la alimentación hídrica al sistema hidrotermal (obviando la
precipitación fluvial como imprescindible).
La litología prevaleciente en la zona de manantiales termales, está confinada
al campo de las rocas cristalinas intrusivas como granitos y granitoides deformados.
Las rocas graníticas presentan condiciones prácticamente impermeables.
Debido a que los cristales formadores de las rocas ocupan todos los espacios entre
ellos, generan baja transmisibilidad, haciéndolas casi impermeables y con
conductividades hidráulicas ínfimas (3*10-12 – 2*10-8, Weight, 2004). Es en este
contexto, que las condiciones estructurales que afectan tales rocas, son factor clave
para permitir el flujo de agua a través de ellas. La infiltración varía de acuerdo a las
características que originan el fracturamiento (compresión-distensión), a la densidad,
la geometría, su distribución, profundidad y longitud. Por tanto, el fracturamiento
(principalmente extensional) en las rocas cristalinas, llega a ser el principal medio de
infiltración a diferentes profundidades, del agua de lluvia.
Retomando la metodología descrita en el subcapítulo 4.9 se realizó mediante
un análisis con base en SIG, la determinación de la relación estructural de
alineamientos con los manantiales. Los alineamientos fueron determinados por
medio de una estricta revisión foto-interpretativa con base en la imagen satelital.
Asimismo, los alineamientos se definieron como correspondientes a fracturas en el
complejo granítico del BLC, en las proximidades de la cuenca Santiago.
La finalidad del análisis SIG fue establecer la relación que guarda la densidad
de alineamientos, con los manantiales hidrotermales. Lo anterior, para reconocer
como principal promovente de recarga, a la red de fracturamiento, para el flujo de
83
agua meteórica a zonas profundas donde existe temperaturas altas (100° C). En
cierta profundidad se produce la vaporización del agua, ocasionando diferencias en
su densidad y una fase agua-vapor; por tanto, ocurre un proceso de convección
induciendo el ascenso del agua y permite manifestarse en superficie como
manantiales termales.
Una vez realizados los procedimientos descritos en la metodología
(subcapitulo 4.9), los resultados obtenidos fueron: un mapa de densidad de número
de alineamientos, un mapa de densidad de longitud de alineamientos y un mapa de
densidad de cruzamiento de alineamientos (Figuras 55, 56 y 57).
Núm/km2
Figura 55. Mapa de densidad de número de alineamientos mostrando las zonas con
mayor índice de densidad en rojo ocre con valores hasta 1.9 num/km 2.
84
La densidad de número de alineamientos en la figura 55, se acompaña la
imagen con un diagrama de rosa (Fig. 56), el diagrama indica que la mayor
frecuencia de alineamientos tiene una orientación NE-SW. Sin embargo, también
muestra que el promedio se encuentra en una dirección NW-SE en 121° y con mayor
cantidad de frecuencias en esa dirección.
El análisis de rosa y el mapa de densidad de alineamientos resultante, revelan
una marcada densidad de fracturas sobre los cauces de los arroyos principales en
las subcuencas. Las fracturas permiten la eventual infiltración durante el recorrido de
las avenidas del agua meteórica desde las partes altas. La existencia de incipientes
capas de suelo en desarrollo en algunas laderas, terrazas, cauces abandonados; así
como depósitos de gravas y arenas, producto de la erosión, permiten retardar el
escurrimiento y la posterior infiltración del agua. La interpretación de la red de
fracturamiento y las relaciones observadas en campo, ayudan a soportar
teóricamente que el agua de lluvia infiltra a profundidad y que está relacionado al
sistema estructural regional del BLC y principalmente a la Falla San José del Cabo.
N
No. de datos = 269
= 121° Az.
Escala 10% (27 datos)
X
Figura 56. Diagrama de rosa mostrando la frecuencia y dirección de los
alineamientos, la flecha indica la dirección promedio (NW-SE).
85
El mapa de la figura 57 exhibe la densidad de la longitud de los alineamientos
en la cuenca y subcuencas estudiadas. Martínez-Gutiérrez et al. (2010) definen en su
estudio, bloques estructurales con fracturamiento preferente en dirección NW-SE,
para la cuenca San José del Cabo al sur del área de estudio. El mapa de densidad
de longitud de alineamientos obtenido para la cuenca Santiago, es concordante al
estudio mencionado. La densidad de longitud de alineamientos muestra su mayor
índice en esa misma dirección y está representada claramente en el diagrama de
rosa correspondiente (Fig. 58).
Km/km2
Figura 57. Densidad de longitud de alineamientos en km/km 2, se presenta en el mapa
la falla San José del Cabo, es evidente la ubicación sobre la zona de traza
de esta falla de los manantiales termales.
86
N
No. de datos = 269
= 120° Az.
Escala 12% (Long. 1, 019 km)
Clasificación por longitud
X
Figura 58. Diagrama de rosa para la longitud de alineamientos, la mayor densidad se
encuentra en aquellos con dirección NW-SE.
Los alineamientos observados en la parte oeste de la cuenca Santiago, son
interpretados como fracturas pertenecientes al sistema estructural del BLC. El BLC
está limitado hacia el este por la falla San José del cabo (FSJC), la falla es de alto
ángulo, con inclinación al este y orientación NNE-SSW entre 10° y 20°, con una zona
de cizalla hasta de 200 m (Fletcher et al., 2000).
La FSJC se define como tectónicamente activa y se relaciona a la Provincia
extensional del Golfo que presenta un desplazamiento de la península de Baja
California hacia el NW (Martínez-Gutiérrez y Sethi, 1997; Fletcher et al., 2000;
Umhofer and Dorsey, 1997; Oskin et al., 2001; Martin-Barajas, 2000; Weber, 2012;
Busch et al., 2011). Este desplazamiento genera fallas normales con caída hacia el
E, segmentadas por fallas laterales, por lo que se produce fracturamiento intenso.
87
La FSJC limita los depósitos de las formaciones sedimentarias en la cuenca
tectónica San José del Cabo, que es donde se localizan la mayoría de los pozos de
producción de agua, incluyendo norias.
La asociación de las condiciones estructurales del BLC, con la dinámica de la
Provincia Extensional del Golfo, sugiere un constante acomodo de los bloques
tectónicos. La dinámica principal refiere una zona con fracturas principalmente de
extensión (Weber, 2012). La tectónica prevaleciente en la zona de estudio, ayuda a
entender que estos procesos dinámicos inhiben el sellado de las fracturas, ya sea
por precipitación en fluidos saturados o por colmatación de sedimentos. Asimismo, la
intersección de fracturas favorece la infiltración y aumenta la conductividad
hidráulica. El mapa de densidad de cruzamiento de alineamientos (Fig. 59) permite
ubicar las zonas con mayor intersección de fracturas, en esas zonas incrementa la
expectativa para una infiltración potencial.
Topográficamente se observa en el análisis del MDE y la imagen satelital, que
los alineamientos (fracturas) son espacial y direccionalmente continuos entre las
cuencas y subcuencas. En algunos casos son continuos desde la parte más alta del
BLC, hasta las zonas bajas donde los corta la FSJC (Fig. 57) es decir, son continuos
entre altitudes entre 2000 m hasta los 400 m.
Busch et al. (2011) Infiere mediante registros geofísicos una profundidad del
bloque del medio graben entre 1.6 y 2.7 km. Esto sugiere que probablemente,
algunas fracturas así como la FSJC, pueden tener continuidad hasta por lo menos
1000 m a profundidad; cuando menos así lo estima el registro geofísico presentado
para el bloque caído, contiguo a la FSJC. Lo anterior tiene que ver con el efecto de
cierre de fracturas a profundidad, que no permitiría la infiltración más profunda.
Con base a estas condiciones estructurales, se presume que el agua infiltra a
una relativa zona profunda. En profundidad se generaría calor debido a: el gradiente
geotérmico, la fricción del componente de movimiento del sistema estructural, la
transferencia de calor de la roca y sus implicaciones por reacciones termodinámicas
de elementos radiogénicos. De esta manera, es que se explica la temperatura que
poseen los manantiales termales de la cuenca Santiago. El cambio en la densidad
del fluido, el probable cambio de medios físicos anisotrópicos, la conductividad
88
hidráulica, el efecto de la topografía, en conjunto con la interacción agua-roca;
representarían los factores para el ascenso del agua, utilizando como conducto de
salida, la zona de fracturamiento intenso de la FSJC.
Los fluidos hidrogeoquímicos analizados mostraron que son aguas con baja
saturación mineral, por lo que la precipitación es mínima, actuando mayormente la
disolución, lo que incrementaría el espacio entre las paredes de las fracturas.
La figura 59 muestra los resultados para la densidad de cruzamiento de los
alineamientos, en rocas cristalinas estos son lugares ideales para proponer pozos de
extracción, que generan caudales relativamente altos. Con base en esto, el análisis
SIG resultó satisfactorio.
Km/km2
Figura 59. Mapa de densidad de cruzamiento de alineamientos en km/km 2.
89
Capítulo 6
Conclusiones y recomendaciones
El trabajo realizado en esta investigación, desprende múltiples contextos que
son complicadas de definir en forma categórica. Principalmente debido a la tarea
multidisciplinar que requiere la investigación de los procesos en el subsuelo, así
como los que ocurren en superficie. El apoyo en disciplinas como la geoquímica,
hidrología, geología, geohidrología, climatología, geología estructural, geotermalismo
y geofísica; ayuda a inferir algunos de los procesos dinámicos constantes, llevados a
cabo en el interior terrestre.
Lo presentado en este trabajo es un aporte, así como un precedente para
futuros proyectos de investigación en el tema abordado.
El análisis efectuado a las muestras de los sitios visitados, expone que al
menos 7 tienen fluidos con procedencia y afectación geotermal. Se deduce además
que la caracterización hidrogeoquímica de las muestras, hace probable que el
reservorio termal a profundidad, sea el mismo que está generando el calentamiento
de agua; que se hace manifiesta a través de los manantiales termales en superficie,
para el área oeste de la cuenca Santiago y otro para el área de Buenavista.
La similitud en el análisis de las muestras de los manantiales ubicados en la
sierra La Laguna, refiere posibles mezclas de agua entre subcuencas. Puede
inferirse también, por la disección estructural en bloques bien definidos, que
eventualmente el fracturamiento permite el flujo subterráneo. Este flujo permite el
viaje de agua a zonas profundas, donde por la existencia del sistema geotérmico el
agua es calentada y posteriormente asciende; para descargar en los manantiales
termales, favorecidos por la existencia de la zona estructural de la Falla San José del
Cabo. Lo anterior es denotado mediante el análisis de estructuras geológicas,
efectuado con base en las herramientas de los SIG. De lo cual resultó que, tanto la
dirección, densidad y longitud del fracturamiento, indica que es factible la recarga y
permiten sustentar el sistema hidrotermal profundo.
El geotermalismo puede estar estrechamente ligado a la profundidad y
actividad de la falla San José del Cabo. Al realizar el análisis químico, se encontró
valores relativamente considerables de elementos radioactivos y radiogénicos (por
90
ejemplo, U y Sr), que podrían estar en reacción termodinámica en las zonas
profundas; donde se ejercen presiones litostáticas y procesos estructurales. El
gradiente geotérmico y el flujo de calor, el cual se sabe es en promedio mayor en la
zona (Bancora-Alcina y Prol-Ledezma, 2006), así como la posibilidad de transmisión
de calor por difusión en las rocas existentes, serían otros factores como fuentes de
procedencia del calor.
De especial interés resulta el manantial Buenavista, el cual se considera lejano
de la zona estructural de la Falla San José del Cabo. Este manantial presenta
características similares a otros encontrados a lo largo del margen este y oeste de la
península. También se atribuye como fuente de calor para este manantial un sistema
de tipo estructural, posiblemente afectada por una de las fallas del complejo
estructural lístrico de la zona del BLC.
Para todas las muestras analizadas, se descarta cualquier posible
componente volcánica o magmática directa. Lo anterior, con base en las propiedades
hidrogeoquímicas y geotermométricas que mostraron los análisis; los cuales fueron
discutidos anteriormente.
Una verificación constante de la información bibliográfica, respecto a
geotermometría es recomendada, para efectos del uso de nuevas ecuaciones y
correcciones a los métodos geotermométricos.
El sistema geotermal estudiado supone una baja entalpia a profundidad, por lo
que la generación de energía eléctrica que puede entregar a la zona es reducida. Un
cálculo efectuado por UABC (2011), predice que es posible la generación de energía
eléctrica para consumo local. Debido a nuevas zonas de manifestaciones termales
propuestas en este estudio, es recomendable realizar nuevos cálculos, para
determinar la energía que podría proveer el sistema en la cuenca Santiago. No solo
para la generación de energía eléctrica de pequeña escala, sino también respecto a
otras actividades; que ya han reconocido la utilidad de los sistemas geotérmicos de
baja entalpia (Industria agrícola, farmacéutica, alimenticia y turística).
Es recomendable además, la utilización de la información generada en esta
investigación, para proveer conocimiento que aumente las estrategias de
conservación de estos sitios, se reconoce que los manantiales se encuentran dentro
91
un área natural protegida por el gobierno mexicano (Reserva de la biosfera de la
sierra La laguna).
La conducción de este trabajo produjo, la necesidad de resolver nuevas
incógnitas, que ayudaran a complementar el estado del conocimiento del
funcionamiento integral de la cuenca Santiago. Tal es el caso de la falta de existencia
de información hidrogeoquímica hacia el agua de lluvia, lo que permitiría una mejor
evaluación de los resultados encontrados. También es recomendable una
caracterización, en otras posibles áreas con presencia de manantiales, hacia el norte
y el sur de la falla San José del cabo, que permita evidenciar la relación encontrada
en este trabajo.
Aunque no fue objeto primordial de este trabajo investigar la calidad del agua
de los manantiales termales, se puede determinar que se encuentran dentro de las
características propicias para consumo y para riego, en su mayoría. Sin embargo, se
debe complementar el estudio con análisis adicionales, por ejemplo;
elementos
orgánicos, ya que este estudio refirió solo al contexto inorgánico de las muestras.
Algunos elementos fueron determinados estar fuera de la norma oficial mexicana,
como el boro y el flúor. En especial el Hg y otros metales pesados, resultaron con
concentración relativamente alta y que no figuran en la norma (Tabla 6, también ver
NOM-127-SSA1-1994); así como el manantial Buenavista, el cual es posible tenga
intrusión salina. Otro problema se encontró con la muestra del Pozo 14, que resulto
con una elevada mineralización y altos valores de Sr, Br y B, que superan la norma
oficial
mexicana.
Se
recomienda
la
inutilización
de
producción
de
este
aprovechamiento para evitar posibles problemas de salud, así como investigar la
fuente contaminante.
Una determinación de los mecanismos de especiación de algunos elementos,
así como de sus constantes de equilibrio químico y termodinámico, ayudaría a
concluir en mejor manera los procesos en el reservorio termal; así como durante el
ascenso y una vez que emana en superficie. En la actualidad existen modelos que
permiten la obtención de estos parámetros, una vez determinado el análisis químico.
Se recomienda el análisis de isotopos estables y radiogénicos del agua de
lluvia y de los fluidos geotermales, para complementar el análisis hidrogeoquímico y
92
para encontrar nuevas evidencias. Con el fin de proveer una interpretación más
acertada, del funcionamiento hidrogeoquímico y termodinámico del sistema
geotérmico.
Para el manantial El Chorro se observó la presencia de burbujeo en el agua,
esto se traduce como emanación de gases geotérmicos. Es posible que en el
manantial Santa Rita sea factible encontrar una componente gaseosa, un muestreo y
análisis de estos gases, es recomendable para complementar las características que
observa en profundidad el sistema geotermal.
La base de datos generada en SIG, puede ser factible incorporar nueva
información, por lo que se recomienda una revisión de las actualizaciones de la
información geográfica y geotermal que se realice en la zona, con el fin de
incorporarla a la base SIG que generó esta investigación.
En el rubro de la sustentabilidad de los recursos naturales, el geotermalismo
ha sido desde hace muchos años contemplado para ser una fuente de energía
alterna. Pero no solo en el sentido energético se conoce el uso geotermal de baja
temperatura, también pueden ser aprovechados para el servicio turístico, medico,
obtención de minerales, y otros productos; que aportarían al desarrollo de las
comunidades aledañas a estos manantiales, otorgándoles además el cuidado de su
entorno natural.
Se determina que las muestras analizadas en los manantiales Las Vinoramas,
El Chorro, Santa Rita, Sol de Mayo y San Dionisio; son del tipo bicarbonatada-sódica
con baja mineralización y que una mezcla de agua-vapor calentada, con una
componente de agua superficial, estaría provocando una baja mineralización; así
como la perdida calórica de los flujos de ascenso del sistema geotérmico. Este efecto
sería mucho mayor para la zona de San Dionisio, que para la zona de El Chorro o
Santa Rita.
Un sistema geotérmico diferente, pero no independiente, estaría generando el
calentamiento de la zona Buenavista, y estaría afectada por mezcla de agua marina.
El fracturamiento sostiene el sistema hidrotermal y estaría fuertemente ligado
a las estructuras geológicas que existen en el BLC.
93
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