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Estructura del subsuelo en sectores dentro y fuera del campo geotérmico Las Tres Vírgenes, B.C.S., a partir de exploración sísmica y gravimétrica

Subsurface structure in sectors inside and outside the geothermal field Las Tres Vírgenes, B.C.S., based on seismic and gravimetric exploration

KAREN LORENA CASALLAS MORENO (2019)

El complejo volcánico Las Tres Vírgenes (CVLTV), ubicado al noreste del estado de Baja California Sur, México, está conformado por cinco estructuras volcánicas: caldera La Reforma, caldera El Aguajito y tres estratovolcanes del Plio-Cuaternario: La Virgen, El Azufre y El Viejo. Dentro del CVLTV se encuentra el campo geotérmico Las Tres Vírgenes (CGLTV), el cual comenzó a producir energía eléctrica a partir de 2001 y actualmente tiene una capacidad instalada de 10 MW. El CGLTV alcanza temperaturas entre los 250 a 275°C, por lo que es considerado como uno de los campos geotérmicos más importantes del país. En este trabajo se realizó la adquisición, procesamiento e interpretación de datos sísmicos (de fuente controlada) y gravimétricos, con el objetivo de determinar las características geológico-estructurales en sectores dentro y fuera del CGLTV e identificar áreas de oportunidad geotérmica. Se tomaron dos perfiles de sísmica de reflexión dentro del campo geotérmico de 6.5 km y 1.1 km de longitud, en los que se interpretaron dos secuencias de sismoreflectores, relacionadas con el Grupo Complejo Volcánico y la Formación Santa Lucía, las cuales son cortadas por un amplio sistema de fallas. En el perfil de 6.5 km, se aplicó el método de análisis multicanal de ondas superficiales (MASW, por sus siglas en inglés), con el que se definió la distribución de dos secuencias sismoestratigráficas en los primeros 60 m de profundidad. Las secuencias sísmicas fueron correlacionadas con las columnas litológicas de pozos perforados en el campo. Por otra parte, se adquirieron 223 estaciones gravimétricas dentro y fuera del CGLTV, a partir de las cuales se construyeron los mapas de anomalías gravimétricas, que permitieron definir un sistema de fallas principalmente en dirección NW-SE. Adicionalmente, con base en las anomalías gravimétricas, la geología superficial y la información de las columnas de pozos, se construyeron cuatro modelos verticales bidimensionales, en los que se observa la distribución espacial de los cinco grupos estratigráficos que conforman el CVLTV y el sistema de fallas inferidas. Finalmente, con la integración de los resultados se presenta una actualización de la distribución del sistema estructural en parte del CVLTV y se proponen nuevas zonas de interés y probable extensión del potencial geotérmico.

Las Tres Vírgenes volcanic complex (CVLTV), located northeast of the state of Baja California Sur, Mexico, is made up of five volcanic structures: La Reforma boiler, El Aguajito caldera and three Plio-Quaternary stratovolcanoes: La Virgen, El Azufre and El Viejo. Within the CVLTV is the Las Tres Vírgenes geothermal field (CGLTV), which began producing electricity from 2001 and currently has an installed capacity of 10 MW. The CGLTV reaches temperatures between 250 and 275 ° C, which is why it is considered one of the most important geothermal fields in the country. In this work, the acquisition, processing and interpretation of seismic (controlled source) and gravimetric data was carried out to determine the geological-structural characteristics in sectors inside and outside the CGLTV and identify areas of geothermal opportunity. Two reflection seismic profiles were taken within the 6.5 km and 1.1 km long geothermal field, in which two seismic reflector sequences were interpreted, related to the Grupo Complejo Volcánico and the Formación Santa Lucía, which are cut by an extensive fault system In the 6.5 km profile, the method of multichannel surface wave analysis (MASW) was applied, with which the distribution of two seismo-stratigraphic sequences in the first 60 m depth was defined. Seismic sequences were correlated with the lithological columns of wells drilled in the field. On the other hand, 223 gravimetric stations were acquired inside and outside the CGLTV, from which the gravimetric anomaly maps were constructed, which allowed defining a fault system mainly in the NW-SE direction. Additionally, based on gravimetric anomalies, surface geology, and well column information, four two-dimensional vertical models were constructed, in which the spatial distribution of the five stratigraphic groups that make up the CVLTV and the fault system are observed inferred Finally, with the integration of the results, an update of the distribution of the structural system in part of the CVLTV is presented and new areas of interest and probable extension of the geothermal potential are proposed.

Master thesis

Campo geotérmico Las Tres Vírgenes, sistema estructural, sísmica de reflexión, MASW y gravimetría The geothermal field Las Tres Vírgenes, structural system, reflection seismic, MASW and gravimetry CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GRAVEDAD (TERRESTRE) Y PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA GRAVEDAD (TERRESTRE) Y PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA

Determinación del estado de equilibrio químico fluido-roca del yacimiento geotérmico Las Tres Vírgenes (BCS) a partir de la geotermometría de solutos y de SiO2

Determination of the fluid-rock chemical equilibrium state of the Las Tres Virgenes (BCS) geothermal reservoir from the geothermometry of solutes and SiO2

Diana Valencia Cabrera (2021)

En los sistemas geotérmicos, el estado de equilibrio químico del yacimiento se puede determinar por el análisis de la interacción fluido- roca. La composición de los fluidos (vapor y aguas geotérmica) varia con base en la temperatura y tiempo de interacción, dando como resultado un cambio en la composición mineralógica de la roca (alteración mineral) del yacimiento. Para determinar temperaturas aproximadas dentro del yacimiento geotérmico se implementa el uso de geotermómetros, que son un método geoquímico basado en ecuaciones analíticas desarrolladas a partir de la composición química de fluidos y el estado de equilibrio químico que existe entre la interacción fluido-roca y, cuando hay variaciones en las condiciones de equilibrio termodinámico-químico la estimación de temperaturas por medio de geotermómetros se ve afectada. En el presente trabajo se realizó un análisis termodinámico del estado de equilibrio fluido-roca, a partir de la geoquímica de los fluidos de descarga en pozos del campo geotérmico en producción de Las Tres Vírgenes, BCS. A partir del lenguaje de programación Fortran se desarrolló un programa para la obtención de las actividades iónicas y coeficientes de actividad para los principales constituyentes iónicos: Na, K, Ca, Mg y SiO2, disueltos en el agua geotérmica, con esto se determinó que el estado de equilibrio termodinámico actual del yacimiento geotérmico Las Tres Vírgenes se encuentra en cuasi-equilibrio. Además, se desarrollaron geotermómetros basados en actividades iónicas y relaciones de concentración para Na /K y SiO2. Las temperaturas obtenidas por medio de los geotermómetros desarrollados en este trabajo presentan errores normalizados menores al 5 % con respecto a la temperatura del yacimiento. Por ello, al comparar su desempeño con los geotermómetros clásicos, muestran una reducción en la incertidumbre de las estimaciones de las temperaturas del yacimiento. Este trabajo propone que, con el desarrollo e implementación de geotermómetros basados en las características propias del campo geotérmico, se tendría un control y monitoreo más eficaz de las temperaturas del yacimiento y con ello complementar estudios para identificar un posible aumento en años productivos del campo geotérmico.

In geothermal systems, the chemical equilibrium state of the reservoir it's determined by analyzing the fluid-rock interaction. The composition of the fluids (steam and geothermal waters) varies based on the temperature and interaction time, resulting in a change in the mineralogical composition of the rock (mineral alteration). To determine approximate temperatures within the geothermal reservoir, geothermometers are implemented, which are a geochemical method based on analytical equations based on the chemical composition of fluids and the state of equilibrium that exists between the fluid-rock interaction, but when there are variations in the conditions of thermodynamic-chemical equilibrium in the reservoir care must be taken in the estimation of temperatures employing geothermometers. In the present work, a thermodynamic analysis of the state of fluid-rock equilibrium, based on the geochemistry of the discharge fluids in wells of Las Tres Vírgenes geothermal field in BCS, was carried out. The FORTRAN programming language was used to develop a code to obtain the ionic activities and activity coefficients for the main ionic constituents: Na, K, Ca, Mg, SiO2, dissolved in the geothermal water; with this, it was determined that the state of thermodynamic equilibrium of the Las Tres Vírgenes geothermal reservoir is in quasi-equilibrium. Also, geothermometers based on ionic activities and concentration ratios for Na/K and SiO2 were developed. The temperatures obtained employing the geothermometers developed in this work present standardized errors of less than 5% concerning the reservoir temperature. Therefore, when comparing their efficiency with classical geothermometers, they show a reduction from the uncertainty of the estimates of reservoir temperatures. The present investigation proposes that, with the development and implementation of geothermometers based on the characteristics of the geothermal field, there would be a more effective control and monitoring of temperatures, and thus to complement studies to identify a possible increase in productive years of the geothermal field.

Master thesis

Campo geotérmico, Tres Vírgenes, equilibrio químico, interacción fluido-roca, geotermometría, temperatura Geothermal field, Tres Vírgenes, chemical equilibrium, fluid-rock interaction, geothermometry, temperature CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOLOGÍA GEOLOGÍA REGIONAL GEOLOGÍA REGIONAL

Anomalías gravimétricas de origen geotérmico: Caso campo geotérmico de Cerro Prieto

Geothermal origin of gravity anomalies: case The Cerro Prieto Geothermal field

Salvador García Fiscal (2013)

Basados en la asociación entre anomalías gravimétricas positivas con gradientes altos de temperatura y zonas mineralizadas por alteración hidrotermal, encontrada en campos geotérmicos en el Valle Imperial (EE.UU.), en esta tesis se plantea y prueba la hi

From the association between positive gravity anomalies with high temperature gradients and mineralized zones by hydrothermal alteration that are found on geothermal areas and fields in the Imperial Valley (USA). In this thesis we propose and test the hyp

Master thesis

Gravimetría, Separación regional-residual, Modelado 3D, Exceso de masa, Campo geotérmico de Cerro Prieto. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO

Eruptive chronology and tectonic context of the late Pleistocene Tres Vírgenes volcanic complex, Baja California Sur (México)

DENIS RAMON AVELLAN LOPEZ José Luis Macías José Luis Arce ADRIAN JIMENEZ HARO RICARDO SAUCEDO GIRON VICTOR HUGO GARDUÑO MONROY GIOVANNI SOSA CEBALLOS Juan Pablo Bernal Héctor López Loera GUILLERMO CISNEROS MAXIMO Paul W. Layer LAURA GARCIA SANCHEZ GABRIELA REYES AGUSTIN Víctor Santiago Rocha Elizabeth Rangel (2018)

"Based on a detailed geological map and stratigraphy aided by new Th-230/U-238 and P-206/U-238 age determinations we established the eruptive chronology of the Tres Virgenes Volcanic Complex (TVVC). The complex consists of three northeast-southwest aligned stratovolcanoes, which from older to younger are El Viejo, El Azufre, and La Virgen and associated cinder cones and domes. The alignment was fed from fissures that mark the southern trace of the left-lateral Cimarron Fault. The TVVC was built upon the basement rocks of the Peninsular Ranges Batholith (similar to 99 Ma), the Santa Lucia Formation (21.6 Ma), the Esperanza basalt (7.6 Ma), and the 1.1 Ma ignimbrite of El Aguajito caldera. The TVVC began its formation at ca. 300 ka mainly with dacitic lava flows and domes that formed El Viejo volcano (4.2 km(3)). At around 173 ka, activity migrated to the southwest to build El Azufre volcano (3.8 km(3)) with the emission of dacitic lavas and several phases of dome construction and destruction with the generation of pyroclastic density currents. El Azufre's activity ended similar to 128 ka with the extrusion of the summit dome. At about 112 ka, volcanism migrated 42 km to the southwest to begin the construction of La Virgen Volcano through the emission of andesitic and dacitic lavas that built the largest cone of the complex until similar to 22 ka (31.2 km(3)). This volcano was built upon several stages of cone construction with the emission of lava flows and peripheral dacitic domes and cinder cones. Between 128 and 112 ka six cinder cones vented along the Cimarron Fault between the La Virgen and El Azufre volcanoes. By assuming a constant emission of magma the total volume of the TVVC (39 km(3)) was erupted at an average rate of 0.13 km(3)/kyr. Of this volume, effusive eruptions dominated the evolution of the complex (89%) of which 62% are dacites and 38% andesites. The TVVC rocks have compositions of 50-67 wt% in silica, and low-medium K (0.5-2.5 wt% K2O). Trace element signatures of the TVVC rocks (Sr/Y <40, La/Yb <10, Nb-Ti negative anomalies and relative enrichments of LILE and LREE) suggest a post-subduction mixture between adakitic and calc-alkaline magmas. Xenoliths of granodiorites hosted in lavas and La Virgen tephra suggest that magma chambers feeding the complex have stagnated at depths >2 km within the Peninsular Ranges Batholith as confirmed by geobarometry, aeromagnetic data, and the drill-holes of the geothermal field."

Article

Tres Vírgenes volcanic complex Cimarron fault Baja California Stratigraphy Geochronology Geothermal field CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOLOGÍA GEOLOGÍA

Evidencias basadas en sísmica de reflexión de un sector de tectónica inactiva en el norte del Golfo de California

Evidence based in seismic reflection of a sector of tectonics off in northern Gulf of California

José Adalberto Montoya Valenzuela (2014)

Dentro del Golfo de California se ubica el límite de las placas Pacifico y Norteamérica. En esta región la deformación se acomoda en fallas de desplazamiento lateral derecho que conectan dominios extensionales que forman las cuencas.

Within the Gulf of California exist the plate boundary between the Pacific and North American plates. In this region the deformation is accommodated by transcurrent right lateral faults connecting domains which creates extensional basins.

Master thesis

Sísmica de reflexión CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO

Estudio de sismotectónica, atenuación y tomografía sísmica en la región volcánica y geotérmica Las Tres Vírgenes

Seismotectonic, atenuation and seismic tomography studies at The Tres Virgenes volcanic and geothermal region

Víctor Manuel Wong Ortega (2000)

Se analizó la distribución espacial de la microsismicidad registrada en octubre de 1993 en la región volcánica y geotérmica Las Tres Vírgenes, Baja California Sur. Como un primer resultado, se determinó que la mayor actividad sísmica ocurrió en la Caldera

We analyzed the spatial distribution of the micro seismicity recorded during October of 1993 at the Tres Vírgenes volcanic and geothermal region, Baja California Sur. As a first result, it was determined that most of the seismic activity occurred at the C

Doctoral thesis

Sismología,Las Tres Vírgenes,BC,Ondas sísmicas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO

Caracterización gravimétrica y magnética del ex-basurero municipal de Ensenada, Baja California, México

Magnetic and gravimetric characterization former landfill of Ensenada city , Baja California, Mexico

CARMEN JULIA CANIZALES CINCO (2016)

En el ex-basurero municipal de la ciudad de Ensenada, B. C., se han realizado diversos estudios geoeléctricos para detectar lixiviados y plumas de contaminación, en los cuales se han observado anomalías de baja resistividad (2-8 Ohm-m) y de potencial espontáneo positivas (+220 mV) y negativas (-189 mV), asociadas a la presencia y flujo de lixiviados. Los mecanismos propuestos como causantes de las anomalías de potencial natural positiva y negativa son la metanogénesis y la electrofiltración, respectivamente. En este estudio se reportan los resultados del levantamiento, compilación y análisis de datos magnéticos y gravimétricos. Al oriente de los terrenos del basurero se detecta una zona de máximos de gradiente horizontal magnético que se correlaciona con fracturas, por donde los lixiviados provenientes del basurero podrían infiltrarse en las aguas subterráneas, provocando su eventual contaminación. A partir del modelado de perfiles gravimétricos y magnéticos, se estima que la profundidad máxima de la interfaz basura-roca es de 40 m y que, debido a la heterogeneidad de los materiales que constituyen los residuos, se observan intensos contrastes de densidad (-1.07 a 0.16 gr/cm3) y valores de susceptibilidad magnética en un rango de 0 a 0.02 cgs. Mediante la correlación de anomalías magnéticas y de potencial espontáneo, observada en el ex-basurero, se deduce que los potenciales positivos estan relacionados con la presencia de materiales metálicos y los negativos son posiblemente debidos a procesos de difusión.

Master thesis

Magnetometría Gravimetría Ex-basurero municipal de Ensenada CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GRAVEDAD (TERRESTRE) Y PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA

Estudio de la estructura somera en el municipio de Cerro de San Pedro por medio del uso de métodos geofísicos

JORGE LUIS FLORES SALGADO (2019)

"Los métodos geofísicos son una herramienta importante en la exploración de la estructura interna de la Tierra, estos estudios pueden abarcar enormes profundidades o hasta los primeros metros del subsuelo, esto depende el enfoque y el objetivo de la investigación. Dentro de esta investigación se concentró el análisis de la estructura somera del Municipio de Cerro de San Pedro, SLP utilizando los métodos geofísicos potenciales gravimétrico y magnetométrico y el radar de penetración terrestre GPR (por sus siglas en inglés. Estas herramientas permiten generar un enfoque de las condiciones geológicas presentes en los primeros metros de profundidad de la zona. La integración de métodos geofísicos permite realizar un análisis detallado cuyos resultados se presentan de forma gráfica como tres modelos geológicos-geofísicos 2D. Estos modelos indican que el área de estudio es una zona en gran medida fracturada. Dentro del análisis se encontró que dentro de la zona estudiada no se hallan estructuras que se correlacionen con túneles como se había planteado."

"Geophysical methods are a very important tool for the exploration of internal structure of the earth, these studies can cover large depths or just the first meters of the ground, it depends on the objective or the kind of investigation. This investigation is major focus on the analysis of the shallow structure of Cerro de San Pedro city hall of San Luis Potosi applying the gravimetric and magnetometric potential geophysical methods and the ground penetrating radar (GPR) method. These tools allow to create an approach about the geological condition of the first meters of depth of the study zone. Geophysical method integration enables a detailed analysis whose results are presented graphically as three 2D geological-geophysical models. These models point out that the study area is a largely fractured zone. In the analysis, it was found that within the studied area there are no structures that correlate with tunnels as had been proposed."

Master thesis

Métodos geofísicos Gravimetría Magnetometría Radar de penetración terrestre (GPR) Métodos potenciales Modelo geológico-geofísico CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOFÍSICA

MEDICIÓN DE LA TOPOGRAFÍA DE OBJETOS ESPECULARES POR LA TÉCNICA DE REFLEXIÓN DE LUZ ESTRUCTURADA

ROXANA ZARICELL BAUTISTA LOPEZ (2013)

"En este trabajo se implementó la técnica de reflexión de franjas que es una técnica robusta y no coherente para la caracterización de superficies especulares. La técnica es aplicable donde ya no es posible el uso de la conocida técnica de proyección de franjas, la cual es funcional para objetos cuya superficie sea difusa. En la técnica de reflexión de franjas se evalúa el patrón de franjas que se refleja en la superficie especular y cuya información de fase es asociada a la pendiente de la superficie. La teoría presentada requiere la solución de ecuaciones diferenciales para encontrar la pendiente de la superficie y la distribución de altura en las direcciones x y y, por lo que se implementa un algoritmo de integración numérica para la obtención de la topografía. El desarrollo de esta técnica es importante en la industria automotriz y del vidrio donde se requiere la medición precisa de componentes como visores de velocidad y parabrisas de carros, en el área oftálmica para el caso de la medición de la topografía de lentes, así como otros campos de inspección industrial. En particular el sistema implementado fue probado para evaluar la topografía de lentes con dimensiones máximas de 5 cm de diámetro."

Master thesis

Principio de Fermat Reflexión Superficies especulares Obtención de fase Topografía CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA LUZ LUZ

Métodos potenciales y electromagnéticos aplicados a la modelación bidimensional del volcán tipo maar “La Joyuela”, San Luis Potosí, México

JESUS GALVAN PINEDA (2016)

"Se presentan los resultados del estudio geofísico realizado en el volcán tipo maar “La Joyuela” (LJ), que permitió caracterizar su morfología demostrando la existencia de la diatrema asociada a la formación del cráter ubicado la profundidad promedio de la anomalía a 153 m. En el estudio se emplearon varias técnicas de prospección geofísica con métodos potenciales (magnetometría y gravimetría) e inducidos (sondeos eléctricomagnéticos de corriente directa y corriente alterna). Los datos que se obtuvieron con estos métodos nos permitieron realizar interpretaciones con base a propiedades físicas de las rocas como la susceptibilidad magnética, resistividad y densidad. En el trabajo de campo se cubrieron 45 Km lineales de magnetometría terrestre en 15 líneas y 7 Km lineales en dos secciones gravimétricas. Además se efectuaron dos sondeos eléctricos con abertura de electrodos de corriente (AB/2) hasta 600 m y 7 sondeos audio-magnetotelúricos con fuente natural, con abertura de dipolos de 50 m y 7 más con fuente controlada. En el procesamiento de la información se utilizaron diferentes algoritmos matemáticos como: filtro de Reducción al Polo, Continuaciones de Campo Ascendentes, Derivadas, Señales Analíticas, entre otros. Que nos permitieron resaltar las señales y obscurecer el ruido. En la inversión de los datos (modelado) se utilizaron los algoritmos de Occam, Talwani y Gradientes Conjugados no Lineales. Los principales resultados de este estudio fueron: modelación de la geología del subsuelo del maar LJ, la posible existencia de la diatrema y los remanentes del dique basanítico por debajo del cráter."

"In this work I present the results of a geophysical study of a maar type volcano named La Joyuela, in San Luis Potosí, Mexico. I have characterized the subsurface morphology and thus this has allowed me for the identification of a possible diatreme structure underground, associated to the eruption at an average depth of 153 m. In order to cover the objectives of this study, various geophysical prospection techniques have been used, in the like of potential methods (magnetic and gravity) and induced methods (electro-magnetic surveys of direct and alternating current). With the data produced using these geophysical methods I have been able to make interpretations of the physical properties of the rocks in the area, such as magnetic susceptibility, resistivity and density. Field campaigns to collect magnetic data covered 45 linear kilometers in a total of 15 profiles. This was reinforced with two gravity surveys data covered 8 Km, two vertical electrical soundings and 7 audio - magnetotelluric surveys. In order to process the information we used different mathematical algorithms such as the pole reduction filter, the ascending field continuations, derivatives, analytical signals, amongst others. This allowed us to highlight the signal and reduce data noise. For data inversion (modeling) we used the Occam and Talwani algorithms and Nonlinear gradients conjugates. The results obtained with this study helped me to model the subsurface geology within La Joyuela maar volcano. The main new discovery is the possibility for the existence of a diatreme structure and remnants of a basanite dyke below the crater."

Master thesis

Maar Gravimetría Magnetometría Audio-magnetotelúrico Inversión y Modelación Geológico-Geofísico CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOFÍSICA