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.

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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.

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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

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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 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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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