Evidencia y análisis de cambios temporales en la zona del cerro Domuyo. Caracterización geofísica de su campo geotermal, y su microsismicidad asociada
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Godoy, Laura Beatriz
2023-A
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Resumen
En esta tesis estudie el cerro Domuyo y su campo geotermal ubicados al noroeste de la provincia de Neuquén. El campo geotermal tiene una dimensión de más de 42 km2, posicionándolo incluso en segundo lugar luego del campo geotermal de Yellowstone (Estados Unidos). Por esta razón es que desde 1983 la Agencia de Cooperación Internacional de Japón (JICA), comenzó con sus estudios en la zona para poder aprovechar este recurso geotermal. Al ser una zona con acceso limitado, son muy pocos los estudios realizados en la misma. Recientes estudios han determinado que el cerro Domuyo presenta una inflación aproximada entre 12 y 15cm/año (Lundgren et al., 2018; Astort et al., 2019), explicada con un modelo de cuerpo tabular a una profundidad de aproximadamente 6.5 km (Lundgren et al., 2020). Para la realización de este trabajo de investigación he utilizado tres disciplinas geofísicas que dieron lugar a un análisis detallado y a una interpretación conjunta en el cerro Domuyo y su campo geotermal.
Con respecto a los datos sismológicos que utilice en este trabajo los mismos provienen de dos redes locales instaladas, inicialmente, solo en la zona geotermal (2015/2016) y posteriormente, rodeando el Domuyo (2019/2021). Para el primer experimento, a la base de datos continua de los 96 días, la visualice y clasifique en eventos, volcano tectónicos y de largo periodo. Localice un total de 538 eventos volcano tectónicos, ubicados principalmente por debajo del área geotermal, muchos cercanos a la intersección de la falla Manchana Covunco con la falla el Humazo. También, se observa un segundo grupo más profundo por debajo del cerro Domuyo. Para los eventos que presentaron menores incertidumbres le calcule la magnitud local tomando valores entre -1 a 1.5. Por otro lado, ya en el año 2019, el 27 de marzo los habitantes de Varvarco fueron alarmados por un sismo de magnitud 4.4 (NEIC-USGS). Utilice estaciones chilenas, y estaciones de Mendoza y Neuquén para caracterizar este sismo. El mecanismo focal que encontré muestra una solución principalmente normal, con sus planos nodales orientados este – oeste. Por último, para los datos de la red local 2019/2021, utilice el algoritmo de detección automática de eventos (STA/LTA). En este caso los resultados más importantes muestran mecanismos focales también normales, con planos este-oeste, similar al evento de 4.4 del 2019.
Por otro lado, y a escala más regional, utilice datos inéditos de vuelos aeromagnéticos para calcular la anomalía Residual de Bouguer. Mediante el análisis espectral de las anomalías magnéticas calculé la isoterma de Curie. Determinando en la zona del Domuyo una fina corteza magnetizada (menor a 6 km de profundidad) comparada con una corteza magnetizada más ancha a una distancia de 11 km hacia el sur. Obtuve un modelo 3D de susceptibilidad magnética, donde diferencié las rocas menos consolidadas del campo geotermal del Domuyo.
Reprocese los datos gravimétricos, en la zona geotermal del cerro Domuyo, obtenidos por la JICA en 1984, y, posteriormente validados en el 2015. Por primera vez estos datos fueron procesados utilizando diferentes filtrados y técnicas de realce de anomalías, que me permitieron identificar cuerpos, alteraciones mineralógicas, estructuras y lineamientos.
Uno de mis aportes más importantes de esta tesis se refiere a los resultados gravimétricos, obtenidos de la zona local y geotermal del Domuyo. El gradiente de la anomalía de Bouguer muestra valores mayores y menores al oeste y este de la falla Manchana Covunco, respectivamente. La Carta de Anomalías Residuales de Bouguer, limita la localización de los domos riolíticos (Cerros Las Papas, Domo y Covunco). La Señal Analítica muestra una correlación entre sus máximos y las manifestaciones hidrotermales. La forma circular de las anomalías, da a pensar que pueden ser producto de la interacción del agua con la roca de caja, lo que generó una alteración hidrotermal sumado a un basamento poco profundo. Las manifestaciones de las Olletas, Bagno las piedritas y aguas calientes, que comparten características geoquímicas, se encuentran orientadas consistentemente con los máximos de señal analítica (de los perfiles de señal analítica con la topografía). Por lo cual interpreto que estas manifestaciones utilizan la misma vía de escape, definiendo en esta zona una nueva estructura con orientación NE – SO.
El Domuyo ha sido considerado volcánicamente inactivo, sin embargo, luego de los primeros estudios de Lundgren esto se ha puesto en consideración. Mi tesis aporta a la reactivación de su medio magmático localizado por debajo de la corteza magnetizada (espesor también determinado en este trabajo 6 km), probablemente, disparado por el terremoto de Maule de 8.8 del 2010..
In this doctoral thesis, I studied Domuyo hill and its geothermal field located northwest of the province of Neuquén. The geothermal field has a dimension of more than 42 km2, positioning it even in second place after the Yellowstone geothermal field (United States). For this reason, in 1983 the Japan International Cooperation Agency (JICA) began its studies in the area in order to take advantage of this geothermal resource. Being an area with limited access, very few studies have been carried out in it. Recent studies have determined that the Domuyo hill presents an approximate inflation between 12 and 15cm/year (Lundgren et al., 2018; Astort et al., 2019), explained with a tabular body model at a depth of approximately 6.5 km (Lundgren et al., 2020). To carry out this research work, I have used three geophysical disciplines that gave rise to detailed analysis and a joint interpretation of the Domuyo hill and its geothermal field.
The seismological data used in this work come from two local networks installed, initially, only in the geothermal zone (2015/2016) and later, surrounding the Domuyo (2019/2021). For the first experiment, visualize and classify the 96-day continuous database into events, tectonic volcanoes, and long-term. Locate a total of 538 volcano tectonic events, located mainly below the geothermal area, many close to the intersection of the Manchana Covunco fault with the Humazo fault. Also, a second deeper group is observed below Domuyo hill. For the events that presented lower uncertainties, I calculated the local magnitude taking values between -1 to 1.5. On the other hand, already in the year 2019, on March 27 the inhabitants of Varvarco were alarmed by a magnitude 4.4 earthquake (NEIC-USGS). Use Chilean stations, and Mendoza and Neuquén stations to characterize this earthquake. The focal mechanism I found shows a mostly normal solution, with its nodal planes oriented east-west. Finally, for the 2019/2021 local network data, use the automatic event detection algorithm (STA/LTA). In this case, the most important results show also normal focal mechanisms, with east-west planes, similar to the 4.4 events of 2019.
On the other hand, and on a more regional scale, use unpublished data from aeromagnetic flights to calculate the Bouguer Residual anomaly. Using the spectral analysis of the magnetic anomalies I calculated the Curie isotherm. Determining in the Domuyo area a thin magnetized crust (less than 6 km deep) compared to a wider magnetized crust at a distance of 11 km to the south. I obtained a 3D model of magnetic susceptibility, where I differentiated the less consolidated rocks of the Domuyo geothermal field.
I reprocessed the gravimetric data, in the geothermal zone of Cerro Domuyo, obtained by JICA in 1984, and later validated in 2015. For the first time, these data were processed using different filtering and anomaly enhancement techniques, which allowed me to identify bodies, mineralogical alterations, structures, and lineaments.
One of my most important contributions to this thesis refers to the gravimetric results, obtained from the local and geothermal area of Domuyo. The Bouguer anomaly gradient shows higher and lower values to the west and east of the Manchana Covunco fault. The Bouguer Residual Anomaly Chart limits the location of the rhyolitic domes (Cerros Las Papas, Domo, and Covunco). The Analytical Signal shows a correlation between its maximums and the hydrothermal manifestations. The circular shape of the anomalies suggests that they may be the product of the interaction of water with the bedrock, which generated a hydrothermal alteration added to a shallow basement. The manifestations of Las Olletas, Bagno las Piedritas and Aguas Calientes, which share geochemical characteristics, are consistently oriented with the maximum analytical signal (from the analytical signal profiles with the topography). Therefore, I interpret that these demonstrations use the same escape route, defining a new structure with a NE – SW orientation in this area.
The Domuyo has been considered volcanically inactive, however, after the first studies by Lundgren this has been taken into consideration. My thesis contributes to the reactivation of its magmatic medium located below the magnetized crust (thickness also determined in this work 6 km), probably triggered by the 8.8 Maule earthquake of 2010.
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 8
I.I INVESTIGACIONES PREVIAS EN LA REGIÓN 12
CAPÍTULO II MARCO GEOLOGICO 15
II.I MARCO TECTÓNICO 15
II.II ESTRATIGRAFÍA. 17
CAPÍTULO III DATOS GEOFÍSICOS 21
III.I DATOS SISMOLÓGICOS 21
III.I.I Red sismológica local 2015/2016. 21
III.I.II Red sismológica Local 2019/2021 23
III.I.III Redes Sismológicas Regionales 26
III.II DATOS MAGNÉTICOS 28
III.III DATOS GRAVIMÉTRICOS 29
CAPÍTULO IV METODOLOGÍA EMPLEADA 31
IV.I SISMOLOGÍA. 31
IV.I.I Visualización de los registros y base de datos. 32
IV.I.II Clasificación. 33
IV.I.II.I Eventos de Alta Frecuencia, VT 35
IV.I.II.II Eventos de Baja Frecuencia, LP 35
IV.I.II.III Eventos Híbridos (HY) 36
IV.I.II.IV Eventos Regionales (RE) 36
IV.I.III Localización de eventos 37
IV.I.III.I HYPOCENTER 39
IV.I.III.II JOIN HYPOCENTER DETERMINATION 40
IV.I.IV Cálculo de magnitud 41
IV.I.IV.I Magnitud coda (Mc) 42
IV.I.IV.II Magnitud Local (𝑴𝑳) 43
IV.I.V Cálculo de Mecanismos Focales. 44
IV.II MAGNETISMO 47
IV.II.I Reducción al polo de las Anomalías Magnéticas (RTP). 47
IV.II.II Cálculo de Anomalía Residual 48
IV.II.III Determinación del Punto de Curie 50
IV.II.IV Modelo de Inversión de las Anomalías Magnéticas 52
IV.III GRAVEDAD 56
IV.III.I Cálculo de las Anomalías de Bouguer 56
IV.III.II Filtrado de las Anomalías de Bouguer (AB) 58
IV.III.III Realce de las Anomalías de Bouguer 60
IV.III.III.I Señal Analítica. 60
IV.III.III.II Derivada de TILT 62
IV.III.III.III Método de deconvolución de Euler. 64
CAPÍTULO V RESULTADOS E INTERPRETACIÓN 66
V.I SISMOLOGÍA 66
V.I.I Red sismológica Local 2015/2016 66
V.I.II Redes sismológicas regionales 74
V.I.III Mecanismos focales. 76
V.II MAGNETISMO 83
V.II.I Anomalías Magnéticas y Punto de Curie. 83
V.II.II Modelo de Inversión de las Anomalías Magnéticas 85
V.III GRAVIMETRÍA 87
V.III.I Métodos de realce de anomalías 91
V.III.I.I Señal analítica 91
V.III.I.II Método de Tilt 94
V.III.II Estimación de profundidades. 95
V.III.II.I Deconvolución de Euler 95
V.III.II.I.I Índice Estructural de 0.5 96
V.III.II.I.II Índice Estructural de 1. 97
CAPÍTULO VI INTERPRETACION Y DISCUSIÓN 99
CAPÍTULO VII CONCLUSIONES 116
CAPÍTULO VIII BIBLIOGRAFÍA 118
CAPÍTULO IX APÉNDICE 131
TABLA IX-I 131
TABLA IX-II 137
TABLA IX-III 138
ARTÍCULO PUBLICADO. 140
En esta tesis trabajé con los primeros datos sismológicos en el área del cerro Domuyo obtenidos a partir de experimentos locales con redes de estaciones sismológicas instaladas en 2015/2016 y en 2019/2021. Por otro lado, se usaron los métodos potenciales a escala regional (magnetismo) y local (gravedad) permitiendo comparar el espesor de la corteza magnetizada con la región hacia el sur del Domuyo e interpretando y describiendo en detalle los primeros 2 kilómetros de corteza, respectivamente.
A partir de la conjunción de los resultados y sus interpretaciones se obtuvieron las siguientes conclusiones:
● Existe una relación entre los bordes de los máximos de amplitud de la señal analítica y las zonas con actividad hidrotermal (Los Bagno la Piedra, Aguas Calientes, Las Olletas, El Humazo, La Bramadora, Los Tachos), relacionando estas anomalías con alteración hidrotermal de la roca y geometría del cuerpo.
● A partir de los resultados de señal analítica se interpreta una falla de orientación NE-SO con una longitud aproximada de 8 km la cual es observada también en imágenes satelitales. Esto es particularmente importante ya que la misma habría sido la vía de escape para las manifestaciones geotermales de las Olletas, Aguas Calientes y los Bagno la Piedra.
● En el periodo de 2015/2016 se encontró una alta microsismicidad del Domuyo, localizada en dos grandes grupos uno superficial, en la intersección de la falla el humazo con la falla Manchana Covunco y sobre la margen occidental del cerro las Papas. Los cuales se consideran producto de la actividad geotermal y otro grupo más profundo ubicado por debajo del Domuyo, ambos grupos de eventos son producto de pulsos de actividad magmática.
● Los mecanismos focales muestran, en general, las soluciones normales asociados a estructuras este-oeste.
● La corteza magnetizada se encuentra a una profundidad de aproximadamente 5 a 6 km, por encima de estos valores se encuentra la sismicidad localizada en este trabajo.
● La zona de estudio se puede pensar como asísmica hasta antes del año 2016 considerando que catálogos regionales (que reportan eventos de magnitudes mayores a 2.5) y que no muestran actividad en la zona por más de 15 años. Sin embargo, para la región del CVD, observaciones de GPS (obtenidas para el terremoto de 8.8) muestran deslizamiento vertical postsismico hasta el año 2016 (Weiss et. Al., 2019), en concordancia con la inflación observada en la región desde el 2014. Posteriormente se observa un aumento de sismicidad, en el 2016, llegando a un pico máximo en 2017 -2018 para luego disminuir en el 2020. Esta disminución del número de eventos se corresponde con la estabilización de deformación vertical reportada por otros autores. Se propone que estos fenómenos, probablemente, están relacionados a la reactivación de un cuerpo magmático localizado por debajo de la corteza magnetizada y que el mismo esporádicamente libera pulsos de magma cambiando la estabilidad de la región.
● El sismo de Maule del 27 de febrero del 2010 (Mw=8.8) reactivo la falla normal Manchana Covunco, facilitando el ingreso de pulsos magmáticos. Este ascenso de material magmático provoca el aumento de temperatura de los acuíferos, generando una hidrofracturación dando como resultado la alta microsismicidad VT.
● El sistema de fallamiento oeste – este, ubicado a la latitud de la falla el Humazo, ha sido disparado por la inducción geotermal, inicialmente detectada por el sismo del 27 de marzo de 2019 (ML=4.4), siendo este último el primer evento registrado con magnitud mayor a 4 y al que luego le sucedieron los sismos detectados con la red local 2019/2020, con sus mecanismos focales también normales.