DOI: http://dx.doi.org/10.18273/revbol.v39n3-2017005
Artículos Científicos
MAPA
DE FALLAS DE LOS VOLCANES CHILES-CERRO NEGRO (NARIÑO) A PARTIR DE MINERÍA DE
DATOS Y CONFIRMACIÓN DE CAMPO
MAP
OF FAULTS FOR THE CHILES – CERRO NEGRO VOLCANOES
REGION (NARIÑO) FROM DATA MINING AND FIELD CONFIRMATION
Laura
C. Bocanegra1
John
J. Sánchez2
1Departamento
de Geociencias, Universidad
Nacional de Colombia, Bogotá, Cundinamarca, Colombia. (*)lcbocanegrar@unal.edu.co
2Departamento
de Geociencias y Medio Ambiente, Universidad Nacional
de Colombia, Medellín, Antioquia, Colombia. jjsanchezag@unal.edu.co
RESUMEN
Se
realizó la compilación de un mapa de fallas y lineamientos en la región de
interés del proyecto binacional geotérmico Tufiño-Chiles-Cerro
Negro en la frontera colombo-ecuatoriana. El mapa se construyó mediante minería
de datos consultando todas las fuentes de información publicadas y disponibles
que incluyen trazos de fallas y lineamientos. Se descartaron las estructuras
que presentaron repetición entre fuentes teniendo en cuenta la georreferenciación resultante de los diferentes mapas
publicados. Adicionalmente se proponen nuevos lineamientos con base en la
inspección visual de un modelo de elevación digital (DEM)
con resolución de 30 m, e imágenes satelitales LANDSAT
con resolución de 15 m. De la literatura se extrajeron un total de 30 lineamientos,
mientras que la inspección visual del DEM reveló 50
potenciales lineamientos. En total 14 lineamientos cruzan el área de interés
del proyecto binacional geotérmico, presentando dos tendencias en orientación:
SE-NW (sistema transversal) y SW-NE (sistema longitudinal), con una clara
predominancia del sistema transversal. El presente estudio reviste importancia
en la localización de lineamientos controladores de la circulación de fluidos
geotérmicos.
Palabras clave:
Geotermia; Volcanes Chiles - Cerro Negro; Proyecto geotérmico binacional
Colombia – Ecuador; lineamientos; fluidos geotérmicos.
ABSTRACT
A compilation of faults and lineaments within the region of interest
of the Binational Geothermal Project TufiñoChiles-Cerro
Negro (Colombia-Ecuador border) was
achieved by means of data mining among all available
published sources of information, which included fault traces and lineaments. Examination and georeferencing of features included in the various sources of information allowed discarding repeated structures. A number of new potential lineaments are proposed based on visual inspection of a 30-m resolution DEM and a 15-m resolution LANDSAT image. A total of 30 potential lineaments were found in the literature,
50 additional lineaments were inferred from
images analyses and 14 lineaments were found which include
segments that cross the interest
area of the geothermal project. The latter are oriented SE-NW (transversal system)
and SW-NE (longitudinal system), with
dominance of the
transversal system. The present study highlights
the importance of lineaments and faults on the controls
on geothermal fluids circulation.
Keywords: Geothermal Energy; Chiles - Cerro
Negro volcanoes; Binational
Geothermal Project Colombia – Ecuador; lineaments; geothermal fluids
Trabajo
aceptado: agosto 31 de 2017
Trabajo
recibido: abril 04 de 2017
INTRODUCCIÓN
En
Colombia se han adelantado estudios de geotermia en varias zonas del país, por
ejemplo: Volcán Nevado del Ruiz, Paipa-Iza, y Volcán Azufral.
En las investigaciones han participado entidades como el Servicio Geológico
Colombiano (Alfaro et al., 2015), empresas
como ISAGEN (Marzolf, 2014)
y universidades como la Universidad Nacional de Colombia (Ayala, 2014;
Coronado, 2014; Prieto, 2006; Moyano, 2015). Este trabajo se enfoca en el
estudio de estructuras (fallas, lineamientos) en el área de interés denominado
Proyecto Geotérmico Binacional (PGB), que incluye los
volcanes Chiles-Cerro Negro, ubicados en la Cordillera Occidental en límites
con Ecuador.
La energía
geotérmica tiene su fuente en el flujo de calor interno de la Tierra y uno de
los principales propósitos de la investigación en geotérmia
es la definición de un modelo geológico conceptual del sistema (INGEOMINAS, 2009) que incluya información sobre la fuente
de calor, la naturaleza del fluido geotérmico y el reservorio (por ejemplo:
delimitación de las capas permeables e impermeables), y la localización de las
áreas de recarga y descarga (modelo hidrológico e hidrogeológico; Marzolf, 2014). Eventualmente un modelo conceptual es
insumo importante en lo referente al potencial aprovechamiento de la energía en
usos directos e indirectos (piscinas termales, calefacción, generación de
energía, entre otros).
La finalidad de
este trabajo es la construcción de un mapa de fallas para el área general de
interés que incluye los volcanes Chiles-Cerro Negro de Mayasquer,
que sirva como insumo en el refinamiento de un modelo conceptual cuya
definición está en progreso (García, 2016).
Marco
geológico
Los volcanes Chiles
- Cerro Negro de Mayasquer se localizan en la
Cordillera Occidental al suroccidente de Colombia (FIGURA 1). El área de
estudio incluye paisajes volcánicos, glaciares y denudacionales
y como rasgos geomorfologicos importantes se tienen
los edificios volcánicos de Azufral, Cumbal, Chiles y Cerro Negro Mayasquer,
entre otros. Estos volcanes presentaron actividad desde el Mioceno tardío hasta
el Holoceno, con depósitos piroclásticos recientes
recubriendo la cordillera y el altiplano nariñense (Velásquez y Parra, 2002).
La evolución
geológica del área comienza desde el Cretácico tardío, específicamente en el Campaniano (Jaillard et al., 2004), con la formación de un
piso oceánico; representado por los Grupos Diabásico
y Dagua (Velásquez y Parra, 2002). Posteriormente un
cambio en el movimiento de la Placa Caribe generó acreción oblicua con respecto
al margen norte de Suramérica ocasionando el levantamiento y posterior erosión
de la Cordillera Central (Acosta et al.,
2007). Autores como Duncan y Hargraves (1984)
proponen una reorientación en el movimiento de las placas Suramericana, Caribe
y Farallón, donde el fraccionamiento de esta última, generó las microplacas Cocos y Nazca, dando inicio al evento de
orogenia andina.
Bayona et al. (2012) proponen que desde el
Cretácico tardío ocurrieron eventos de subducción y actividad magmática, reposo
en el Paleógeno temprano, y posterior reactivación del magmatismo en el Mioceno
debido a la subducción de la placa de Nazca.
Nuevamente, en el
Pleistoceno inferior la actividad magmática disminuyó hasta su reactivación en
el Pleistoceno superior con la formación de los edificios volcánicos Caguil, Cerro Crespo-Nasate y
Cerro Colorado. Esta actividad se prolongó aproximadamente 200.000 años, tiempo
durante el cual se formaron nuevos edificios como los de los volcanes Chiles y
Cerro Negro de Mayasquer con etapas de erupciones
volcánicas y efusiones, siguiendo en esta actividad hasta hace 15.000 años,
cuando el volcán Chiles se encontraba en las últimas etapas de su actividad
efusiva, mientras Cerro Negro exhibió actividad eruptiva aproximadamente hace
6.200 años (Velásquez y Parra, 2002).
Geología
estructural
La zona presenta un
estilo estructural complejo con un fuerte plegamiento tipo chevron con una vergencia hacia el W, principalmente en las unidades
Cretácicas, mientras que en lo referente a las fallas la tendencia regional
muestra una dirección preferencial N20E. A continuación, se mencionan los
rasgos principales de las fallas documentadas en el área de interés. La mayoría
de datos provienen de Perdomo et al.
(1986), aunque se mencionan referencias adicionales según sea el caso.
Falla Guachucal:
Presenta un carácter transcurrente, con
desplazamiento dextro-lateral. Las direcciones de los planos de fallas
asociados varían entre N55E/35NW, N20E/45SE y N55W/80SW (Pachón, 2006).
Falla Chiles-Cumbal: Lineamiento topográfico a
través del área del volcán Chiles y el lado E del cráter del volcán Nasate, prolongándose hacia el Ecuador. Hay evidencias de
fuentes termales en la Quebrada Río Blanco, aledaña a este lineamiento. Se
considera una continuación de la Falla Cauca-Patía.
FIGURA 1.
Localización del área de estudio. El polígono de color marrón delimita el área
aproximada del PGB.
Falla Chiles-Norte:
Su traza recorre el sector N del área de interés del PGB
(FIGURA 1), es una falla transversal que sigue el cauce del Río Mayasquer hacia el W.
Falla Chiles-Cerro Negro:
Falla transversal que pasa por los cráteres de los dos volcanes del área de estudio.
Probablemente sigue el cauce del Río Chilma hacia el
W y por el E se asocia a las fuentes termales del sector “Aguas Hediondas” en
Ecuador.
Falla Cerro Negro-Nasate: Presenta una dirección
NE, atravesando los volcanes Cerro Negro y Nasate. La
identificación de esta falla se basó en lineamientos topográficos y la
existencia de una zona muy fracturada en el borde sur del cráter del volcán
Cerro Negro.
Falla Tufiño:
Se prolonga desde Ecuador y marginalmente cruza el área de interés del PGB (FIGURA 1), presenta una dirección N30E. La
identificación de esta falla (Perdomo et
al., 1986) se fundamentó en la existencia, tanto de volcanes alineados en
igual dirección en el Ecuador, como de cambios topográficos abruptos.
Falla Nasate:
Presenta una dirección NW-SE y afecta el volcán Nasate.
METODOLOGÍA
La construcción del
mapa de fallas se llevó a cabo en cuatro fases, descritas a continuación.
Recopilación
bibliográfica
Comprendió la
revisión detallada de documentos con información relacionada al área de
interés. El principal propósito de la búsqueda de este material fue la
identificación de las fallas en la zona que fueron documentadas en
publicaciones. Adicionalmente, se realizó una búsqueda de literatura a nivel
regional, incluyendo artículos con énfasis en la región sur occidental de
Colombia. Se localizaron reportes y publicaciones de múltiples investigaciones
y las principales fuentes disponibles incluyeron los trabajos de Velásquez y
Parra (2002), Perdomo et al. (1986),
Pinilla et al. (2007), Paris et al. (2000), Bayona et al. (2012), Jaillard
et al. (2004), Acosta et al. (2007) y Rodríguez et al. (2008). Durante esta fase se
realizó la digitalización de fallas y lineamientos reportados en los mapas de
diferentes publicaciones usando software GIS (ArcGis) con el fin de construir
un único mapa previo a la fase de campo. Este mapa fue denominado el mapa de
referencias bibliográficas.
Análisis
e interpretación de imágenes satelitales
Las imágenes
interpretadas durante esta fase fueron obtenidas de Earth Explorer (USGS, 2016). Se utilizó un
modelo digital de elevación (DEM) y adicionalmente
imágenes LANDSAT ETM+.
Ambos tipos de datos fueron debidamente procesados mediante ArcGis. Específicamente, en el
análisis del modelo digital DEM se optó por el uso de
las herramientas de generación denominadas Hillshade para caracterizar
mediante cambios en escalas de grises las variaciones en el relieve del área y
realizar la identificación de lineamientos. El cambio sistemático en ángulo de
iluminación permitió corroborar o descartar estructuras lineales. La
herramienta TIN (Triangular
Irregular Networks), permitió la detección de cambios topográficos para su
posterior verificación en campo. Otras herramientas utilizadas fueron el mapa
de pendientes (para determinar lineamientos) y el mapa de orientación de
laderas. Para el estudio de los lineamientos en imágenes LANDSAT
se usó la banda compuesta 742, una combinación en falso color con la cual se
puede reconocer e interpretar el estilo estructural de la zona. Por último, se
complementó con el uso de fotografías aéreas del período 1984-1995 en las
cuales los cambios en escalas de grises pueden representar lineamientos
principales. En la TABLA 1 se relacionan los datos relevantes de los grupos de
fotos utilizados. Al mapa resultante del análisis de las imágenes mencionadas
se le denominó mapa de imágenes satelitales
.
TABLA
1.
Conjuntos de fotos aéreas usadas para complementar el estudio de lineamientos
en el área de interés.
*Información
no disponible en las fotos.
Trabajo
de campo
Los autores
realizaron una salida de campo de cuatro días, durante la cual se materializó el
reconocimiento de la zona y la recopilación de datos litológicos y
estructurales. La toma de datos estructurales se enfocó en afloramientos de
carretera en vías que recorren el área de los volcanes Chiles y Cerro Negro de Mayasquer en sentido general E-W, a lo largo de los flancos
norte y sur, partiendo desde la población de Tufiño
(Ecuador) y desde el corregimiento de Chiles (Colombia). Los datos recolectados
incluyeron acimut y buzamiento de diaclasas y fracturas, así como estimados de
densidad de discontinuidades (fallas, diaclasas, fracturas) a lo largo de una
distancia de 1 m en afloramientos de corte de carretera y distancias entre 10 a
20 metros en afloramientos de difícil acceso para la aplicación del método RMR (Rock Mass Rating System) (Jerram y Petford, 2011).
Análisis
y comparación de datos teóricos y de campo
En esta etapa se
unificaron los datos obtenidos en campo con la información de una campaña
adicional realizada en 2015 (García, 2016). En total se compilaron datos de
treinta estaciones y se compararon con los mapas de referencias y de imágenes
satelitales, con el fin de crear un mapa final de fallas y lineamientos en la
región de los volcanes Chiles-Cerro Negro. Por último, a los datos obtenidos en
cinco de las estaciones de campo se aplicó el método RMR,
para la clasificación geomecánica de la roca mediante
la determinación del esfuerzo compresivo y el carácter cualitativo de sus
propiedades físicas. El análisis RMR involucró dos
etapas:
Etapa
1. Recolección de
datos: Medición directa o indirecta (mediante el uso de fotografías de alta
resolución, en condiciones de difícil acceso) el espaciamiento entre las
discontinuidades (fallas, fracturas o diaclasas) presentes en la roca a lo
largo de líneas de referencia (transversal a las discontinuidades) con longitud
de 1 m en afloramiento y hasta 20 m en fotografías. Las observaciones de
interés en las diferentes discontinuidades fueron la orientación, el ancho, la
naturaleza abierta o cerrada, el tipo de relleno y se reportó cualquier otro
rasgo de interés. Las rocas (que corresponden a las lavas andesíticas
del Chiles (Q1ach1, Q1ach3) y flujos de escombros del Chiles (Q1fech)
(Velásquez y Parra, 2002), presentaban moderada meteorización, así como diaclasamiento y fracturamiento
de carácter variable en dimensiones e intensidad. De igual manera, se observó
variabilidad en el relleno de las discontinuidades: algunas fracturas
presentaban alteración hidrotermal de color verde, mientras que otras estaban
rellenas por material fino (limo o arcilla) con colores que variaban de
amarillo a verde pálido, posiblemente de origen hidrotermal. Los materiales más
finos cerca de las discontinuidades se identificaron como roca triturada y
harina de falla. La FIGURA 2 muestra ejemplos de tres afloramientos
característicos y el lector es referido a la TABLA 2 para detalles acerca de
todas las estaciones de las dos campañas de campo.
FIGURA 2. Fotografías
de afloramientos carcaterísticos del área de estudio,
donde se aprecian las diferentes discontinuidades documentadas. A. Afloramiento LCBR-06. Lavas andesíticas con textura porfirítica
(lavas andesíticas del Chiles), se observan dos
rasgos: fractura de longitud métrica (línea roja) y diaclasas de enfriamiento
cuasi ortogonales a la fractura (líneas azules). El Norte apunta saliendo de la
foto. B. Afloramiento LCBR-10. Corte
de carretera en la vía Cristo Rey, lava andesítica
(lavas andesíticas del Chiles) fuertemente
meteorizada con color café (oxidación), se observan diaclasas de enfriamiento
(líneas azules) con inclinación leve. La dirección Norte hacia la parte
superior de la foto. C. Afloramiento
LCBR-14. Cantera en la vía Tufiño-Maldonado, lava porfirítica de composición andesítica,
se observan texturas de brecha y fracturas rellenas de material posiblemente de
origen hidrotermal (línea roja). La dirección Norte apunta hacia la derecha.
Fotografías: Laura C. Bocanegra.
Etapa
2. Estimación de
esfuerzo en roca usando el criterio Hoek-Brown: Se
realizaron cálculos para calcular de modo aproximado el esfuerzo de compresión
en la roca para posterior implementación en la clasificación RMR. En la clasificación de la roca, se tuvieron en cuenta
los parámetros presentados en la TABLA 3.
Tratamiento
de datos
Los datos
compilados consisten de un conjunto de lineamientos (identificados a partir de
los mapas de referencias y de imágenes satelitales) y de datos de campo. El
tratamiento de este conjunto de datos sigue los tres pasos propuestos por Mabee et al. (1994),
con el fin de generar un mapa final con los lineamientos más representativos:
(1) digitalización de todos los lineamientos identificables (ya fuese por
consulta bibliográfica o por inspección visual de imágenes satelitales y DEM; (2) test de reproducibilidad con el cual se buscó
superponer los lineamientos para descartar repeticiones y verificar su
credibilidad, comparando los publicados con los propuestos en este trabajo; (3)
análisis de dominio de superposición donde se integraron todos los datos estructurales
de fracturas o lineamientos observados para la posterior construcción de un
diagrama rosa, con el fin de determinar el dominio de fracturamiento.
En la compilación
de lineamientos a partir de datos satelitales se consideraron rasgos lineales
que presentaran extensión considerable y posible relación espacial con
volcanes, y se compararon con información bibliográfica y datos de campo. La
selección de datos en fotografías aéreas a diferentes escalas tuvo en cuenta
cambios morfológicos y cambios en la tonalidad de grises, observándose que
algunos lineamientos no presentaban gran extensión y exhibían tendencias
longitudinales y transversales, con dominio de las orientaciones transversales.
Es probable que varios lineamientos no pudieran ser detectados debido a la
cobertura por depósitos recientes.
En lo referente a
datos documentados, publicaciones y otros documentos de investigación, se
tuvieron en cuenta principalmente las siguientes fuentes autoritativas: Gómez et al. (2015), Paris et al. (2000) y trabajos de grado de la
Universidad Nacional de ColombiaSede Bogotá: Perdomo et al. (1986), Romero (2005), Rodríguez
(2005), Pachón (2006), y se incluyeron datos comprendidos en un polígono con
las siguientes coordenadas en sus vértices: 630.000 (límite norte,
aproximadamente la latitud de la población de Ricaurte en Colombia), 570.000
(límite sur, aproximadamente a la latitud de la frontera con Ecuador), 850.000
(límite tendencia regional longitudinal, con ejemplos oeste) y 930.000 (límite
este, cerca al municipio de reconocidos como la falla de Guachucal,
la falla Guachucal). En estos datos se observó
principalmente Piedrancha, y la falla Cuercuel, entre otras.
TABLA
2. Datos
estructurales integrados (códigos de este trabajo: LCBR-XX
y los siguientes códigos son relacionados por García, 2016) con sus coordenadas
respectivas en datum Pacífico.
TABLA
3. Parámetros
del sistema de clasificación de un macizo rocoso (RMR)
y sus valoraciones (resaltados en gris). Fuente: García (2016).
La aplicación del método
RMR fue posible en cinco afloramientos, con
longitudes características de análisis de 1 m (para afloramientos accesibles,
principalmente cerca de las vías) y 20 m (sobre fotografías).
Por último, se
relacionaron los datos obtenidos en campo con los lineamientos generados por el
procesamiento del DEM y las imágenes LANDSAT, sobre la misma área estudiada con las fallas
reportadas en la bibliografía. De manera general, los lineamientos
identificados en el DEM y las imágenes satelitales se
asocian a los patrones de drenaje y a los cambios de pendiente. Los datos
estructurales medidos en algunas estaciones de campo coinciden con lo observado
en imágenes. A nivel regional, muchos lineamientos presentan tendencia
longitudinal.
RESULTADOS
La minería de datos,
el análisis de imágenes satelitales y la confirmación de campo permitieron la
construcción de tres mapas con estructuras en la región de interés del PGB. El primer mapa, denominado mapa de referencias, se
considera preliminar, es de extensión regional (ver sección Tratamiento de
Datos) e incluye estructuras no repetidas identificadas a partir de la minería
de datos de fallas reportadas en la bibliografía. Este mapa incluye 28
estructuras, de las cuales ocho cruzan el área de interés del PBG (FIGURA 3). Los lineamientos se asocian a los drenajes,
los cambios de pendiente y otros patrones lineales en sentido general N60E -
N80E (FIGURA 4) concordantes con la tendencia reportada por Perdomo et al. (1986).
El mapa generado a
partir de la inspección de imágenes satelitales LANDSAT,
fotografías aéreas y DEM incluye 50 lineamientos, 14
de ellos con algún segmento dentro del polígono del PGB
(FIGURA 5). Las imágenes no permiten establecer el tipo de falla y es posible
que los lineamientos extensos formen parte de sistemas de fallas como las
presentadas en la FIGURA 3. Por ejemplo, la falla que se propone
longitudinalmente al oeste del área de interés podría ser asociada a la falla
Cauca-Patía (Ujueta, 2001). Además de la tendencia
longitudinal usual, resaltan estructuras de tendencia transversal. La FIGURA 6,
muestra la orientación de las estructuras propuestas en la FIGURA 5.
Por último, se construyó un mapa
local final de lineamientos, que enfatiza las estructuras propuestas para el
área de interés del PGB, y tiene en cuenta datos de
las observaciones de campo (FIGURA 7), por ejemplo, los tipos de afectación de
las rocas. En la zona se documentan varias familias de diaclasas y fracturas,
siendo las diaclasas más comunes aquellas producidas durante el enfriamiento de
los diferentes flujos de lava, aunque también se
observaron diaclasas perpendiculares a las diaclasas de enfriamiento, con
direcciones preferenciales NW y EW. Las orientaciones
de abundantes planos de diaclasas fueron medidas (dependiendo de condiciones de
acceso) y en la FIGURA 8 se muestran las tendencias variables de estos planos,
observados en los afloramientos relacionados en la TABLA 2.
FIGURA
3.
Mapa preliminar de fallas sobre modelo de elevación digital, construido a
partir de búsqueda en fuentes publicadas. Líneas amarillas: Perdomo et al. (1986). Línea negra: Paris et al. (2000). Líneas rojas: Velásquez
y Parra (2002). Líneas violetas: Gómez et
al. (2015). Otras convenciones como en la FIGURA 1.
FIGURA
4. Diagrama
rosa con la orientación de los lineamientos incluidos en la FIGURA 3. A. Todas las estructuras (28 en total).
B. Ocho estructuras que cruzan el
área del PGB.
FIGURA
5. Mapa
de relieve sombreado con lineamientos (línea violeta) propuestos a partir de
procesamiento y análisis de imágenes satelitales. Convenciones como en la
FIGURA 1.
FIGURA
6.
Diagrama rosa con la orientación de los lineamientos incluidos en la FIGURA 5. A. Todas las estructuras (50 en total).
B. Catorce estructuras que cruzan el
área del PGB.
La
información acerca de discontinuidades (fallas, diaclasas, fracturas) fue
utilizada para la clasificación geomecánica de las
rocas en el sistema RMR en cinco afloramientos del
área de estudio. Los resultados y el procedimiento de cálculo se presentan en
el ANEXO, el cual incluye fotos con estructuras típicas observadas y tablas con
listas de parámetros relevantes calculados. Mediante los cálculos propuestos en
Jerram y Petford (2011) se
calcularon RMR superiores a 70 (ver ANEXO), siendo el
valor más alto el quinto afloramiento con un RMR de 82. En este lugar había presencia de agua con una
temperatura elevada, donde en un tiempo fue utilizado como balneario (aguas
hediondas).
FIGURA 7. Mapa de relieve sombreado con los principales lineamientos en el
área de estudio. Este mapa final se realizó mediante la integración de
recopilación bibliográfica, análisis de imágenes y confirmación de campo. Se
observa tendencia principal transversal, concordante con los datos obtenidos en
campo (las diaclasas presentan tendencia general E-W). De otra parte, las
fracturas observadas en campo presentan orientación en sentido NE, cuasi
paralela al sentido de las fallas longitudinales
FIGURA
8.
Proyección estereográfica y diagrama rosa para los datos estructurales de 38
planos de diaclasas obtenidas en campo. No se aprecia tendencia preferencial.
Muchos planos concuerdan con los lineamientos de la FIGURA 7.
DISCUSIÓN
Se realizó la
integración de datos acerca de lineamientos, fallas y discontinuidades en la
región de interés del PGB obtenidos de tres fuentes
independientes: información publicada, análisis de imágenes satelitales y DEM y observaciones de campo. La información publicada,
correspondiente en su totalidad a artículos, mapas y reportes de trabajos de
investigación realizados por fuentes autoritativas (ej. Gómez et al., 2015; Paris et al., 2000; Perdomo et al.,
1986), tendría carácter repetitivo acerca de las fallas y estructuras, pero fue
depurada para evitar redundancias. El proceso de minería de datos publicados
permitió evidenciar que entre diferentes fuentes de información se documentaban
estructuras que por su cercanía espacial (separaciones menores a 1-2 km) fueron
consideradas como una misma falla. Otro factor que probablemente implicaría
redundancia es la variabilidad en los datos geográficos de datum de referencia entre las
distintas proyecciones y mapas. El análisis de las imágenes satelitales y el DEM resultó en algunas estructuras propuestas diferentes y
complementarias a las publicadas (Rodríguez et
al., 2008) y corresponde esencialmente a interpretación de los autores
mientras que los datos compilados en campo proveen confirmación de la
existencia de daño en rocas (diaclasas, fracturas, harina de falla, brechas,
discontinuidades rellenas) que espacialmente se asocian al trazo de varias
estructuras documentadas (FIGURA 7).
La unión de los
datos descritos resultó en mapas de fallas presentados en las FIGURAS 3, 5 y 7 en los cuales se observan tendencias regionales dominantes de carácter
longitudinal (SW-NE), y transversal (SE-NW). Dentro de la zona de interés del PGB se documentan segmentos correspondientes a ocho fallas
y lineamientos cuyo carácter en términos de exposición y sentido de movimiento
está aún por esclarecerse y sería en objeto de investigaciones detalladas
utilizando otras técnicas. No obstante, como una primera aproximación, los resultados
pueden ser complemento de un modelo geotérmico conceptual en construcción
(García, 2016), ya que las fallas reportadas pueden indicar las tendencias
preferenciales para la circulación de fluidos, relacionados a los sistemas de
recarga y descarga del sistema geotérmico o hidrológico. Además, la
identificación de estos lineamientos puede ayudar a determinar la permeabilidad
de la roca y a imponer restricciones en la geometría conceptual del sistema
geotérmico.
Una fuente de
información adicional acerca de la existencia de fallas activas en el área de
estudio es la relacionada a epicentros de sismos detectados durante 1993-2016
(FIGURA 9). Muchos epicentros en el área corresponden a enjambres energéticos
relacionados a actividad de los volcanes Chiles-Cerro Negro durante 2013-2015,
pero también se observa sismicidad dispersa con tendencia general SE-NW que
probablemente se origina en varias de las fallas y segmentos de fallas
documentadas en la región y se sugiere un estudio de relocalización precisa de
estos sismos para determinar si la relación espacial representa causalidad. De
otra parte, las manifestaciones superficiales de actividad geotérmica como
fuentes termales, fumarolas y zonas de alteración hidrotermal, pueden estar
espacialmente asociadas a fallas y lineamientos (FIGURA 9) y aunque es posible
que la ubicación de todas las manifestaciones no haya sido establecida (García,
2016), las actualmente documentadas constituyen información complementaria para
la propuesta de algunas estructuras en la región.
Los datos obtenidos
en campo y el análisis RMR sugieren rocas de buena
resistencia, pero con presencia de fracturas que representan porosidad
secundaria y mejoran la permeabilidad superficial, rasgos importantes a tener
en cuenta en la exploración de recursos geotérmicos.
FIGURA 9. Mapa de la zona de estudio
con las fallas propuestas cercanas al área de interés del PGB
y la localización de epicentros de sismos (círculos rojos) reportados por el
Servicio Geológico Colombiano-Red Sismológica Nacional de Colombia durante
1993-2016. Las profundidades de los sismos varían entre 0 y 30 km. Los círculos
verdes representan fuentes termales con temperaturas entre 21°C-40°C y los
círculos de color amarillo representa fuentes termales de 41°C-60°C.
CONCLUSIONES
El uso de minería
de datos en conjunto con análisis de imágenes satelitales y datos de campo
permitió la creación de mapas con lineamientos y fallas para el área general de
interés del denominado proyecto geotérmico binacional, que incluye la región de
los volcanes Chiles y Cerro Negro de Mayasquer. Los
resultados permiten las siguientes conclusiones:
•
Existen dos tendencias principales en la
orientación de las fallas y lineamientos en la zona de estudio, una en sentido
SW-NE (longitudinal), y otra en sentido SE-NW (transversal).
•
La inspección visual de imágenes
satelitales sirvió como base para la búsqueda de evidencias de fallas en campo,
debido a qe muchos segmentos de fallas probablemente
están cubiertos por depósitos recientes que enmascaran la localización. Los
datos obtenidos en campo muestran concordancia con las tendencias longitudinal
(fracturas) y transversal (diaclasas), similar a observaciones reportadas en
otros trabajos.
•
Los lineamientos longitudinales presentan
una mayor extensión que los lineamientos transversales tanto a nivel local como
regional.
•
En términos de la zona de interés
geotérmico, la tendencia transversal de lineamientos presenta mayor importancia
para futuras investigaciones. Esto debido a la cantidad de lineamientos que
posiblemente afectan la zona. Estos lineamientos podrían relacionarse
espacialmente con fuentes termales, fumarolas o zonas de alteración
hidrotermal.
•
El análisis RMR
indicó valores superiores a 70, correspondientes a rocas geomecánicamente
buenas. Las fracturas representan porosidad secundaria
y mejoran la permeabilidad.
•
Este trabajo es un insumo para complementar
la construcción del modelo geotérmico conceptual de la región de los volcanes
Chiles-Cerro Negro de Mayasquer.
AGRADECIMIENTOS
Los autores
agradecen al Departamento de Geociencias, a la
Facultad de Ciencias, a la Universidad Nacional de Colombia-Sedes Bogotá y
Medellín por el apoyo académico y al Servicio Geológico Colombiano por los
datos que amablemente ponen a disposición del público.
REFERENCIAS
Acosta, J., Velandia, F., Osorio, J., Lonergan,
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ANEXO
RMR 1 (ESTACIÓN
LCBR-04)
Lavas
andesíticas con textura porfirítica.
Fracturas y diaclasas métricas de aproximadamente medio metro, cerradas sin
presencia de alteraciones. Dato estructural 045/44SE. Se observa que tanto las
diaclasas como fracturas son casi paralelas. El análisis RMR
fue realizado a lo largo de una longitud de referencia aproximada de 1 m (línea
recta negra).
RMR-2
(ESTACIÓN LCBR- 12)
Lavas,
la roca presenta leve meteorización, con óxidos de hierro y coloraciones
verdosas (izquierda y centro de la fotografía). La fractura 3 presenta una leve
alteración. Fracturas y diaclasas métricas cerradas. El análisis RMR fue realizado a lo largo de una longitud de referencia
de 2 m (línea recta negra).
RMR-3
(ESTACIÓN LCBR-14)
Afloramiento
tipo cantera. Zona de brechamiento, la roca presenta
varias tonalidades debidas a alteraciones. Fracturas y diaclasas métricas. La
fractura 3 exhibe apertura de aproximadamente 20 cm. Fractura 7 con tonos
rosados de alteración leve. El análisis RMR se llevó
a cabo a lo largo de una longitud de referencia aproximada de 11 m (línea recta
negra).
RMR-4
(VÍA TUFIÑO-MALDONADO)
Análisis
RMR para rocas observadas en la vía Tufiño-Maldonado (Ecuador). Se observan fracturas abiertas
(ejemplo: fractura 3) y cerradas y presencia de alteraciones de colores claros.
Fracturas y diaclasas de aproximadamente 1- 3 m. Algunas fracturas son
sinuosas. El análisis RMR se realizó a lo largo de
una longitud de referencia de 10 metros (línea recta negra).
RMR-5
(SECTOR AGUAS HEDIONDAS)
Análisis RMR a rocas observadas en el sector “Aguas Hediondas”
(fuentes termales) en Ecuador. Se observaron diaclasas y fracturas métricas
cerradas. Leve alteración en la fractura 4 con tonos verdes claros. El análisis
RMR se realizó a lo largo de una longitud de
referencia de 20 m (línea recta negra).
Las medidas en cada
una de las estaciones están resumidas en la TABLA 4.
TABLA
4.
Distancias reales entre discontinuidades (en afloramiento, a lo largo de la
línea de referencia mostrada en cada foto). Los números en la primera fila
corresponden a las discontinuidades numeradas en cada foto.
Con
los datos de la TABLA 4 se estimó el valor RQD (Rock Quality Designation) para cada afloramiento mediante la FÓRMULA
1, la cual implica descartar en las sumas separaciones entre discontinuidades
que son menores a 0,1 m.
FÓRMULA
1.
Criterio para la determinación del RQD.
En la TABLA 5 se
listan los valores RQD obtenidos.
TABLA
5.
Datos obtenidos mediante la utilización de la FÓRMULA 1 para los 5
afloramientos. “Suma” se refiere a la sumatoria de los valores en cada fila de
la TABLA 4, que representaran separaciones >0,1 m.
Con los datos de RQD para cada estación, y siguiendo a Jerram
y Petford (2011), se procedió a calcular el valor RMR usando la TABLA 3 (ver sección METODOLOGÍA). Para el
valor de resistencia de las cinco localidades se tomó un valor uniforme de 150 MPa. Para la valoración por separación entre
discontinuidades, se usó la mediana de los valores en cada fila de la TABLA 4,
luego de descartar separaciones menores a 0,1 m. Los datos obtenidos se resumen
en la TABLA 6.
TABLA 6.
Valores de RMR para los 5 afloramientos estudiados.
A
continuación, se hallaron los esfuerzos compresivos usando el criterio Hoek-Brown, para ello se tuvieron en cuenta las FÓRMULAS 2
y 3:
FÓRMULA
2.
Ecuación para el esfuerzo compresivo (Jerram y Petford, 2011). c
es la resistencia compresiva de la masa rocosa (en este caso tomada constante e
igual a 150 MPa para los cinco sitios).
La constante s, en la FÓRMULA 2, se calcula mediante
la FÓRMULA 3:
FÓRMULA
3.
Constante s de la FÓRMULA 2 (Jerram y Petford, 2011). “exp” significa
elevar el número e a una potencia
equivalente a (RMR - 100)/9.
Los valores
obtenidos de esfuerzo compresivo para cada RMR se
presentan en la TABLA 7.
TABLA
7.
Valores del esfuerzo compresivo en los 5 afloramientos a los cuales se aplicó
el método RMR.
Forma
de citar: Bocanegra, L.C., y Sánchez, J.J.
2017. Mapa de fallas de los volcanes Chiles-Cerro Negro (Nariño) a partir de
minería de datos y confirmación de campo. Boletín de Geología, 39(3): 71-86.