Análisis de la estratigrafía y las características hidrogeológicas de los estratos profundos que conforman el subsuelo de la cuenca de México a partir de la perforación de dos pozos profundos, uno a 2000 m y otro a 1570 m denominados Agrícola Oriental no. 2B y 2C
Resumen
Los pozos profundos Agrícola Oriental 2B (AO2B) y Agrícola Oriental 2C (AO2C) se localizan en el oriente de la Ciudad de México, en la alcaldía Iztacalco, en la zona conocida como Magdalena Mixhuca. El pozo AO2B se perforó de abril a junio de 2016 alcanzando una profundidad total de diseño de 2000 m, mientras que el pozo AO2C se perforó entre julio y agosto del mismo año, con una profundidad de 1570 m.
Los objetivos de este estudio son:
a) Conocer la estratigrafía de la Cuenca de México.
b) Determinar un modelo hidrogeológico de las rocas carbonatadas y de las rocas volcánicas a profundidades entre 500 y 2000 m.
c) Realizar estudios petrográficos de las muestras de canal y núcleos.
d) Identificar y caracterizar las rocas formadoras de acuíferos y acuitardos.
Con base en estos objetivos, las actividades planteadas en el convenio entre el Instituto de Geología de la UNAM (IGL) y el Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX) fueron:
(a) Seguimiento in situ de la perforación.
(b) Análisis e interpretación de muestras de perforación y núcleos.
(c) Interpretación del registro geofísico del pozo proporcionado por Petróleos Mexicanos (PEMEX).
(d) Integración de la información.
El seguimiento in situ de la perforación tuvo por objetivo conocer de primera mano las condiciones que se presentaron durante el desarrollo de la perforación para apoyar la interpretación de los datos que se recaben y proporcionar información cualitativa de las condiciones hidrogeológicas encontradas. Adicionalmente, este seguimiento permitió al personal del IGL participar de manera oportuna e informada en las reuniones técnicas que periódicamente organizó el SACMEX, tanto en el sitio de perforación como en las oficinas del SACMEX y la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). Estas reuniones permitieron ajustar periódicamente el plan de perforación de acuerdo a las condiciones que se presentaron.
Durante el seguimiento de la perforación, el IGL recibió del SACMEX (a través de la supervisión): los recortes de roca (muestras de canal) producto del proceso de perforación, los núcleos programados para ambos pozos y los registros de pozos tomados durante las diferentes etapas de perforación.
Del pozo AO2B se recibieron 77 muestras de recortes correspondientes a las profundidades de 500 a 2000 m (cada 20 m). Del pozo AO2C se recibieron 40 muestras de recortes correspondientes a las profundidades de 240 a 960 m (cada 20 m) y 40 muestras correspondientes a las profundidades de 970 hasta 1560 m (cada 10 m).
Del pozo AO2B se obtuvieron 3 núcleos: Núcleo 1 (N1-AO2B), entre 830 y 844.15 m de profundidad; Núcleo 2 (N2-AO2B), entre 900 y 918 m de profundidad y Núcleo 3 (N3-AO2B), entre 1950 y 1954 m de profundidad. Del pozo AO2C se obtuvieron 2 núcleos: Núcleo 4 (N1-AO2C), entre 1130 y 1139 m de profundidad y Núcleo 5 (N2-AO2C), entre 1550 y 1559 m de profundidad.
Los registros geofísicos de pozo fueron adquiridos por personal de PEMEX durante las diferentes etapas de perforación de cada uno. Del pozo AO2B se obtuvieron tres registros: (1) de 697 a 1151 m, (2) de 1093 a 1567 m y (3) de 1570 a 2010 m. Los tres registros incluyeron Litodensidad (LDL), Neutrón Compensado (CNL), Geometría del pozo (BGL), Direccional (GPIT), Sónico Dipolar (DSI) y Rayos gamma (GR). Adicionalmente el (1) y el (3) incluyeron Arreglo Inductivo (AIT), mientras que el (2) incluyó Arreglo Resistivo (DLL). Del pozo AO2C se adquirió un registro de 1093 a 1567 m de profundidad que incluyó AIT, BGL, GPIT, Potencial Natural (SP), GR y Espectroscopia (HNGL).
El análisis e interpretación de muestras de perforación y núcleos inició con la limpieza de éstas para después realizar su análisis macroscópico. Posteriormente se procedió a seleccionar muestras para pruebas de laboratorio. Las muestras fueron elegidas con base en los intervalos de interés y en que cumplieran los requisitos necesarios para aplicar las técnicas de laboratorio. Los análisis consistieron en la elaboración de láminas delgadas, análisis geoquímicos de roca total, difracción de rayos X y fechamientos con dos técnicas (U-Pb en circones y 40Ar/39Ar). El método de fechamientos por U-Pb en circones tiene la ventaja de que aun tratándose de muestras alteradas es posible analizar los circones presentes en cada una.
Los resultados que arrojaron estos análisis permitieron hacer una clasificación química de las rocas analizadas. La composición de las rocas varía desde basalto hasta dacita, aunque la mayoría de éstas caen dentro del campo de las andesitas, de la serie magmática calcialcalina. Algunas muestras presentan valores bajos de álcalis, probablemente como resultado del grado de alteración de dichas muestras.
En diagramas binarios de la composición química de roca es posible observar tendencias claras para el K2O, P2O5 , CaO y Al2O3 . Sin embargo, no son tendencias típicas de evolución magmática. Por tanto, esto podría indicar que las muestras analizadas no tienen relación genética o bien, que el grado de alteración está enmascarando dicha relación. No es posible descartar estas dos opciones sin antes contar con las edades de cada unidad analizada.
Los diagramas de tierras raras (REE) y multielementos, mostraron patrones de rocas de arco, con claros enriquecimientos en REE ligeras así como en elementos incompatibles, con anomalías ligeras en Eu, y notoriamente marcadas en Nb y Ta. Por otro lado, se observaron anomalías positivas marcadas en Cs, Pb y K, que sugieren un ambiente de subducción.
Se seleccionaron dos muestras de diferentes niveles para realizar la separación de circones y posteriormente con estos cristales llevar a cabo fechamientos por el método de U-Pb. Hasta el momento las muestras se encuentran ya preparadas y se ha iniciado el proceso de separación mecánica (con ayuda de un microscopio binocular). Posteriormente se enviarán los circones al Centro de Geociencias de la UNAM, en Juriquilla, Querétaro para su análisis por LA-ICP-MS.
Para los fechamientos por Ar-Ar se seleccionaron muestras de lava sin importar la composición, siempre y cuando no presentaran alteración. Se tomaron en total siete muestras con dimensiones de aproximadamente 5 × 5 × 5 cm, las cuales fueron empacadas en bolsas de plástico y enviadas al Laboratorio de Geocronología, de la Universidad de Alaska, Fairbanks, E.U.A. Con este tipo de análisis se pretende obtener la edad absoluta de dichas muestras que serán de gran ayuda para correlaciones estratigráficas en el futuro. A la fecha de elaboración de este informe los resultados de los fechamientos aún no están disponibles.
De la interpretación cualitativa del registro geofísico, (con base en las curvas de resistividad, GR, CNL y DSI), se identificaron 5 zonas. El análisis cuantitativo del registro incluyó análisis de grupos (hierarchical cluster analysis) y la construcción de gráficos de correlación entre los registros geofísicos de HNGL.
Los resultados del análisis de grupos confirman en lo general las zonas delimitadas en el análisis cualitativo pero resaltan la heterogeneidad de esas zonas. Esta respuesta será estudiada con mayor detalle en análisis posteriores. Por su parte, los gráficos de correlación entre los registros geofísicos de HNGL corroboraron la clasificación litológica obtenida a través de los análisis de laboratorio. Se observó la coincidencia dentro de los rangos esperados para la mayoría de los intervalos. Sin embargo, pudo observarse que es posible realizar una interpretación errónea si no se toma en cuenta el grado de alteración a arcillas en algunos intervalos que modifican la respuesta esperada en el registro de rayos gamma, por ejemplo el intervalo arcilloso observado entre 1070 y 1180 m. Esto pudo ser corroborado gracias a los análisis geoquímicos. De lo anterior se concluyó que es necesario realizar más ensayos de los registros junto con análisis geoquímicos para encontrar una función que relacione el grado de alteración por hidrotermalismo y la respuesta de los registros de rayos gamma. El resultado final del proceso de integración de la información (producto de analizar las muestras de recorte, núcleos y registros) consistió en generar la columna geológica del sitio (Figura 64). Esta columna integra la información de ambos pozos para configurar, de la mejor manera, la geología del sitio.
De 0 a 500 m de profundidad la caracterización es incompleta debido a que en esta etapa no se corrió ningún registro geofísico y no se recuperó muestra en un tramo de cerca de 300 m de espesor. Para los 520 m se caracterizó un estrato de ignimbrita de color rosa (en muestra de mano) gracias a los análisis de microscopio y a las muestras de recorte. Esta ignimbrita se asocia a un estrato que también fue observado en el pozo profundo San Lorenzo Tezonco. Los resultados de los registros geofísicos y del análisis cualitativo y cuantitativo de la profundidad 580 a 1100 m ayudó a definir los espesores de la columna. En su mayoría, esta sección se compone de flujos piroclásticos de bloques y cenizas (descripción apoyada por los núcleos N1-AO2B y N2-AO2B). Estos flujos están presentes desde los 600 hasta los 1030 m de profundidad. A estas secuencias piroclásticas se intercalan lavas dacíticas. El análisis del registro sónico reveló que la velocidad de las ondas de compresión indicaba el aumento de competencia en las rocas debido a un menor grado de alteración. Esta observación fue corroborada con los núcleos N1-AO2B y N2-AO2B donde se percibió el cambio en el grado de alteración. Esta alteración se interpreta de origen hidrotermal debido a la cantidad de pirita y otros minerales que son indicadores de este fenómeno. Los análisis de difracción y geoquímica de roca total apoyan dicha hipótesis.
Entre 1070 y 1180 m se encontró un estrato de ceniza alterada color gris, muy arcillosa (núcleo N1-AO2C). Por la litología, es posible que el comportamiento de esta unidad sea tipo acuitardo. De 1200 a 1580 m de profundidad se observa una secuencia de lavas y flujos piroclásticos. Existe un cambio evidente a los 1380 m de profundidad donde la secuencia se vuelve más heterogénea debido al cambio en el grado de alteración y la existencia de bloques de mayor espesor (observados en los registros de porosidad y densidad). Existe también un cambio muy importante en los elementos radiactivos de esta formación, destacando la presencia del K y Th característico de las arcillas producto de la alteración de los flujos piroclásticos. La secuencia de lavas continúa hacia el final de la sección, aumentando el grado de alteración a partir de los 1520 m donde se observan diferentes fracturas, planos asociados a fallamiento y cambios en la estructura física de las rocas. Lo anterior se atribuyó a esfuerzos compresionales, además de un cambio en las propiedades petrofísicas que indican un cambio en la permeabilidad y porosidad de las lavas (N2-AO2C).
De 1580 a 2000 m de profundidad (fondo del pozo) se localizaron formaciones calcáreas (calizas). De los registros geofísicos se puede interpretar que se trata de una secuencia más homogénea. En los 1700 y 1800 m existe una secuencia que contrasta en su respuesta geofísica y en las muestras de recorte. Esta formación se clasificó como una secuencia de calizas con una mayor presencia de arcillas debido a su respuesta en los registros radiactivos (GR y CNL) y a lo observado durante la perforación. Este cambio no es tan evidente en las muestras de recorte limpias, ya que las arcillas fueron disueltas por el lodo de perforación y el restante en el proceso de lavado. En el núcleo N3-AO2B se aprecia que la secuencia es homogénea pero se encuentra en un estado altamente fracturado (al menos así lo demuestra el núcleo al final del pozo).
Finalmente, el muestreo de gases indicó que éstos, en su mayoría CO2 , pueden provenir de un fluido con cierto grado de hidrotermalismo. Existe la presencia CH4 y H2 , pero no se pudo determinar. En la mayoría de los sistemas, la concentración de H2S es muy baja mientras la del CO2 generalmente es mayor al 80% del total de gases, por lo cual es necesario realizar un muestreo específico que permita concentrar la muestra y determinar los gases con menor proporción.
