Origen y naturaleza de los fluidos de los sistemas volcánicos e hidrotermales activos de los Andes de Chile central (32.5-36°S)

Abstract

En el presente trabajo se realizó un amplio estudio geoquímico de gases y aguas desde las distintas manifestaciones termales emitidas por los volcanes Tupungatito y Planchón-Peteroa, y desde las diferentes áreas geotermales localizadas a lo largo de la Cordillera Principal (CP) de Chile Central, con el fin de determinar el origen y naturaleza de dichos fluidos. Los sistemas volcánicos de Chile Central están caracterizados por la presencia de fumarolas, suelos humeantes y lagunas cratéricas híper-ácidas (pH<2) e híper-salinas (TDS<35,000 mgL-1) en sus cumbres. Los fluidos fumarólicos están dominados por contribuciones de origen magmático (SO2, HCl y HF) e hidrotermales (H2S, H2 y CH4), las que al ascender a través los conductos volcánicos se mezclan con fluidos de origen meteórico. Las razones de N2/Ar (<1500) y R/Ra (<7.11), al igual que la composición isotópica de H2OV de las descargas fumarólicas relaciona directamente el origen de dichos fluidos con la deshidratación del slab y la consecuente fusión parcial del manto astenosférico. Sin embargo, las descargas fumarólicas del volcán Planchón-Peteroa respecto a las del Tupungatito se caracterizan por mayores concentraciones de 3He, SO2, HCl, y HF; mayores temperaturas (de 220° a ˃350°C) y estados de oxidación (RH desde -3 a -5) subsuperficiales; y mayores razones de R/Ra y valores de δ13C-CO2 (de 6.09Ra y -5.31% V-PDB, a 7.11Ra y -2.02% V-PDB). Las variaciones regionales de los tipos de manifestaciones hidrotermales (manantiales fríos y calientes, piscinas burbujeantes y de barro, fumarolas), así como en el contenido relativo de los principales aniones (Cl-, HCO3-, SO42-) y cationes (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) de las aguas termales, sugieren la existencia de tres dominios hidrotermales a lo largo de la CP. En el dominio Oeste (CPO), las aguas termales son emitidas desde manantiales fríos y calientes (<32°C) caracterizados por un TSD<700 mgL-1, un pH neutro a alcalino, y una composición Ca-HCO3(SO4) a Na-HCO3(SO4). Aguas termales neutras son emitidas desde manantiales calientes (<45,7°C) en el dominio Central (CPC). Estas aguas levemente salinas (TSD<15.000 mgL-1) se caracterizan por su composición Na(Ca)-Cl a Ca-Cl. El basamento de la CPO y CPC se caracteriza por rocas volcánicas y volcanoclásticas de composición basáltica a andesítica. El dominio Este (CPE), caracterizado por un basamento sedimentario marino-continental (calizas, areniscas y conglomerados), hospeda aguas termales salinas (TSD<57.000 mgL-1) con un pH neutro a ácido (>2) y una composición variable entre Na-Cl, Ca-HCO3, Na-HCO3, Ca-SO4 y acido-SO4. Estas aguas son descargadas desde manantiales calientes, piscinas burbujeantes y piscinas de barros (<94,5°C), las que espacialmente se encuentran asociadas a los volcanes Holocenos. En los tres dominios las fuentes termales se emergen en zonas deformadas por los sistemas de falla inversas responsables del alzamiento de la CP. El contenido de δD y δ18O en las aguas termales sugiere los sistemas hidrotermales de Chile Central son alimentados principalmente por agua meteórica proveniente del derretimiento de la nieve acumulada en la CP (entre 2000 y 3000 m s.n.m). No obstante, los gases fumarólicos presentan una composición de δD y δ18O que evidencia una adición de agua andesítica (<5%), como también es sugerido por el estado redox estimado de los gases hidrotermales (RH entre -4.9 y -2.5), y la presencia de He (R/Ra hasta 6) y CO2 (δ13C-CO2 entre -8,9 y -5,72% V -PDB) de origen mantélico. La interacción de gases de origen mantélico con las secuencias marinas ricas en carbonatos y materia orgánica existentes a lo largo de la CPE explica los amplios valores de δ13C-CO2 (-14.3 y -6.03% V-PDB) y R/Ra (0.47 y 6.2) medidos en los gases hidrotermales. Al norte del oroclino del Maipo el miembro extremo magmático no supera el 2% (carbonatos + materia orgánica >98%), mientras que al sur la contribución magmática en las manifestaciones hidrotermales alcanza ~35%. En términos globales, el origen de los sistemas volcánicos e hidrotermales de la región está íntimamente relacionado a la subducción de la placa de Nazca bajo el continente Sudamericano, la cual es responsable del (i) magmatismo de arco, y en consecuencia de la transferencia de masa y calor desde las cámaras magmáticas hacia la superficie permitiendo el desarrollo de los sistemas volcánicos y sistemas hidrotermales del tipo ígneo; así como de (ii) la orogénesis en la zona, cuya consecuencia directa es la actividad hidrotermal dominada por fluidos meteóricos impulsados por los significativos gradientes topográficos que caracterizan los Andes de Chile Central. Tanto la distribución regional del contenido de pCO2 en las aguas termales y de los valores promedios del flujo calórico cortical, como la temperatura de emisión de los fluidos, el tipo de manifestaciones termales y las razones R/Ra de los fluidos indican que a lo largo de los tres dominios hidrotermales, la contribución de fluidos profundos aumenta abruptamente al sur del oroclino del Maipo. Al norte del oroclino, la mayor carga hidráulica regional creada por las mayores diferencias topográficas y la menor permeabilidad vertical de las zonas de fallas debido a su orientación desfavorable respecto al campo de estrés compresivo (E-O) suprime parcialmente la advección vertical de fluidos profundos y o la convección de agua meteórica en las zonas de fallas, dando como resultados fluidos hidrotermales con una fuerte signatura meteórica. Al sur del oroclino, la menor carga hidráulica regional generada por la disminución de la topografía, así como la mayor permeabilidad vertical de las fallas debido a su orientación favorable (rumbo NNE-SSO) respecto a la cinemática de deformación transcurrente de rumbo dextral (de orientación NE-SO), genera condiciones favorables para la formación de celdas convectivas de agua meteórica y/o la advección vertical de fluidos profundos (magmáticos y/o hidrotermales). Lo anterior también explicaría la mayor contribución magmática vs. hidrotermal en las descargas fumarólicas del volcán Planchón-Peteroa respecto a las del volcán Tupungatito. Los resultados indican que al sur del oroclino del Maipo la interacción entre volcanismo y tectónica favorece la existencia de sistemas geotermales de alta entalpía en la CPE (ej. Calerías, Tinguiririca, Calabozos, Estero del Volcán, Mariposas). Estos sistemas debiesen ser considerados para su incorporación a la matriz eléctrica del país debido a su promisorio potencial energético (~1700 MWe), ya que en su conjunto podrían abastecer de electricidad cerca de 2.000.000 de viviendas en Chile. El aprovechamiento directo de los recursos geotérmicos parece ser factible en la totalidad de las manifestaciones termales estudiadas, sin embargo el desarrollo de este tipo de proyecto tiene que estar vinculado a los deseos de desarrollo local de los pobladores.