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Introducción
La energía geotérmica hace referencia al calor en el interior de la Tierra, que se encuentra comúnmente en zonas anómalas como los volcanes y en ocasiones en las fallas; estos lugares conforman sistemas geotérmicos (cf.,Wohletz y Heiken, 1992; Calvache-Proaño y Toapanta-Chanatasig, 2022). Los sistemas geotérmicos convectivos específicamente (Donaldson, 1970; Jalili et al., 2018; Freeden y Nutz, 2024) corresponden a zonas cuya configuración geológica permite el transporte de fluidos a través de volcanes (Aguilera-Bustos et al., 2022) o fallas geológicas (Liotta et al., 2021), y pueden aprovecharse tanto para usos directos como para obtener energía eléctrica (Lamy-Chappuis et al., 2022). Sin embargo, existen también áreas geotérmicas con ausencia de vulcanismo asociadas a cuencas sedimentarias que forman sistemas conductivos (e. g., Canadá, Kazemi et al., 2019; China, Li et al., 2022; Rusia, Novikov et al., 2022). Ambos albergan recursos geotérmicos, que corresponden a la anomalía superficial que se puede utilizar en actividades industriales como generación de electricidad, uso agrícola como calefacción de invernaderos o doméstico como calefacción de interiores (Fridleifsson, 2001).
Este trabajo presenta: 1) una recopilación de los métodos convencionales para la exploración geotérmica, 2) las áreas geotérmicas conocidas actualmente en Colombia, 3) el estado del arte del sistema geotérmico asociado con el volcán Nevado del Ruiz y 4) un modelo conceptual del proyecto geotérmico Valle de Nereidas, el cual se encuentra en etapa previa de perforaciones. Este trabajo compila el conocimiento de la geología y la información hidrogeoquímica de la zona, para contribuir al entendimiento del sistema geotérmico Valle de Nereidas, enfocado hacia la generación de energía eléctrica en Colombia.
Energía geotérmica
El incremento poblacional en el mundo ha resultado en la búsqueda de energías verdes con bajas emisiones de CO2 como respuesta al aumento constante de la demanda de energía en general (Borenstein, 2012; Bayer et al., 2013; Pizzi et al., 2021). La energía geotérmica es una de las energías renovables con más potencial para generación eléctrica, junto con la energía solar, eólica, biomasa e hidroeléctrica (Juliusson y Bjornsson, 2021; Hernández-Ochoa et al., 2021; Soltani et al., 2021; Krieger et al., 2022). Específicamente, la energía geotérmica representa una mínima cantidad (~1 %) de la combinación de las energías anteriores (Skoglund et al., 2010; Timmons et al., 2014; Lund y Toth, 2021).
Un sistema geotérmico o yacimiento geotérmico convencional se define como el conjunto de una fuente de calor (e. g., anomalía magmática-volcánica), un reservorio (e. g., rocas porosas o fracturadas) y una capa sello, además de un fluido que transfiere el calor a niveles superficiales (e. g., el agua de un acuífero) (Quintanilla y Suárez, 1994). El fluido geotérmico en un yacimiento puede estar constituido de una fase líquida (Park et al, 2021; Pasvanoglu, 2021; Benamar et al., 2023) o de una combinación de vapor y agua (Altmann et al, 2014; Sánchez-Ávila et al, 2021; Pereira et al, 2022; Khaled et al., 2023) dependiendo de las condiciones de temperatura y presión del sistema. La generación de energía está relacionada con su extracción (Fokker et al., 2021; Ezekiel et al, 2022; Fadel et al, 2022). Así, el vapor y el agua pueden ser extraídos del subsuelo a través de pozos, de modo similar a la explotación petrolera (Aragón-Aguilar et al, 2009; Tomasini-Montenegro et al, 2017). La fase gaseosa pasa por una turbina como un generador eléctrico que permite producir electricidad (Bertani, 2005; Clauser y Ewert, 2018; Bustaffa et al, 2020).
Usos de la energía geotérmica: La propuesta de generación de electricidad condiciona la cantidad de materiales logísticos, económicos y humanos para desarrollarlo, y está restringida a encontrar temperaturas suficientes que dependen principalmente de la profundidad del fluido en el sistema geotérmico (Gerber y Maréchal, 2012; Majer et al, 2012; Molavi y McDaniel, 2016; Gondal et al, 2017; Lu, 2018). Durante las propuestas para la instalación de un generador, es indispensable tener en cuenta características físico-químicas del fluido, y el flujo y la temperatura del recurso geotérmico (Feng et al, 2020; Jolie et al, 2021; Zayed et al, 2023), así como las características de resistencia y fragilidad de la roca (Sawayama et al, 2021; Shamoushaki et al, 2021; Gao et al, 2022). El flujo y la temperatura son importantes porque definen el posible uso de la energía (Saar, 2011), mientras que la resistencia y la fragilidad pueden afectar la permeabilidad de la roca reservorio, así como la estabilidad de los pozos (Bauer et al., 2019).
El uso directo de la energía geotérmica es muy común en países como China, Estados Unidos y Suecia, principalmente para calefacción (Lebbihiat et al, 2021), sin embargo, en Latinoamérica, el uso directo ha sido orientado principalmente a la recreación (e. g., baños termales y turismo). En México y algunos paises de Centroamérica (Guatemala, El Salvador, Nicaragua y Costa Rica) se cuenta con plantas geotérmicas que abastecen en promedio el 7,7 % (SICA, 2021) de la producción de electricidad (Strout, 1977; Laughlin y Goff, 1991; Barbier, 2002; Lund y Boyd, 2007; Rodríguez, 2008; Lund et al, 2011; Dickson y Fanelli, 2013; Meza, 2014; Rojas-Navarrete, 2014; Wong y Tan, 2015; Giordano et al, 2016; Gude, 2016; Norini et al, 2019; Reyes-Martínez et al, 2021). Específicamente en Colombia, los baños termales y el turismo son las formas de aprovechamiento geotérmico, aunque la posibilidad de uso potencial para la generación de energía eléctrica ha sido reconocida ampliamente desde finales del siglo pasado (Velandia-Ramos, 2016; Moreno-Rendón et al., 2020; Alfaro et al, 2021; Martínez-Martínez, 2021; Martínez-Ruiz et al., 2021).
En el territorio colombiano las anomalías termales principalmente asociadas con la actividad tectónica por la subducción y el arco volcánico actual activo se han agrupado en 21 áreas geotérmicas, relacionadas con 21 volcanes activos y 80 clusters como aproximación al potencial geotérmico de Colombia (Alfaro et al., 2021). Por medio de inteligencia artificial se ha propuesto un mapa de gradiente geotérmico que muestra la distribución espacial del potencial geotérmico en todo el país, en el cual se resaltan regiones donde se deben realizar más exploraciones y recopilación de datos (Mejía-Fragoso et al, 2024). Algunas de estas áreas geotérmicas pueden agruparse o detallarse, de acuerdo con la información existente. Así, proyecciones propuestas para el año 2025, con los proyectos geotérmicos Valle de Nereidas y Tufiño-Chiles-Cerro Negro en operación, sugieren que la energía geotérmica representaría el 1,65 % de la generación de energía eléctrica en el país (Salazar et al., 2017). De acuerdo con estos autores, con el apoyo de legislación, incentivos y generación de conocimientos en proyectos en desarrollo, la generación de energía eléctrica geotérmica podría aumentar su participación en el sistema de generación en el país con áreas como Paipa-Iza, San Diego y Azufral.
Métodos para la exploración geotérmica
La metodología para realizar exploración geotérmica se inspira en el planteamiento de un modelo general del sistema geotérmico, conocido como modelo geotérmico conceptual, que comprende los siguientes elementos esenciales: 1) la existencia de una fuente de calor relativamente somera con una capacidad térmica suficiente para calentar un volumen importante de rocas de la zona superficial de la corteza terrestre, lo cual es evidente con la presencia de fuentes termales, fumarolas y volcanes. 2) La existencia de un reservorio en el cual circulen fluidos geotérmicos, suficientemente superficiales para ser alcanzados por perforaciones de profundidad moderada (~3 km). Este reservorio presenta permeabilidad elevada que puede estar asociada con intenso fracturamiento. 3) El sistema de recarga de fluidos para el reservorio. Y 4) una cobertura impermeable encima del reservorio lo suficientemente espesa para proteger el reservorio de la infiltración de aguas frías meteóricas. Así, el modelo geotérmico de un área será definido cuando exista la información relevante referente a: 1) la presencia y origen de anomalías térmicas, 2) las características de la formación de cobertura o roca sello, 3) el modelo de circulación general de agua, y 4) el tipo y características del reservorio. Un modelo robusto permitiría planificar un programa de perforación adecuado dirigido a probar la validez del modelo.
Con base en lo anterior, existen varias metodologías para obtener información del subsuelo y caracterizar áreas de interés como posibles sistemas geotérmicos. En general, se propone que las metodologías se basen en estudios geológicos de superficie, cartografía detallada y análisis geofísicos desarrollados en un área general, lo cual permite profundizar en el conocimiento de áreas de interés geotérmico para posteriores análisis sistemáticos detallados. La información técnica y científica puede incluir datos generales como la delimitación geográfica (ubicación y extensión), anomalías geofísicas, y datos estructurales y geoquímicos. A continuación, se mencionan los estudios principales que permiten caracterizar un sistema geotérmico.
Estudios geológicos
En la exploración geotérmica se llevan a cabo estudios geológicos como estratigrafía y geología estructural, para delimitar la extensión de unidades geológicas y mineralógicas presentes, lo cual permite aportar al entendimiento del modelo del yacimiento en el subsuelo (van der Meer et al., 2014). Los análisis de discontinuidades tectónicas (fracturas y fallas) buscan caracterizar los flujos de calor y masa en el sistema con respecto a las estructuras geológicas y la distribución de permeabilidad (Altmann et al., 2014). Por ejemplo, para el caso del área geotérmica Lahendong, Indonesia, existe un mapeo geológico-estructural, muestreo hidroquímico y análisis de datos de pozos que se usaron para comprender de manera integral la dinámica del yacimiento desde el inicio de la producción (Suherlina et al., 2022). Este estudio validó abundantes tendencias de fallas controlando el flujo de fluidos en el campo. Una falla inversa con tendencia NW-SE permite que los fluidos ingresen a una zona de producción cerca de los pozos en el yacimiento sur. Por otro lado, una falla de rumbo NE-SW parece ser una barrera para el flujo de fluidos. Las fallas menos dominantes en dirección NS y EW permiten el flujo hacia los pozos de producción en el área norte.
Conforme avanza el entendimiento de cualquier sistema geotérmico en determinada área, se implementan mejoras técnicas en los procesos. Por ejemplo, para el caso de campos geotérmicos de Ahuachapán y Berlín, El Salvador, estudios asociados con la estimulación química en muestras de núcleos de diferentes rocas volcánicas fracturadas (Salalá et al., 2023), demostraron que la permeabilidad de las rocas volcánicas fracturadas puede mejorar rápida y sustancialmente, hasta cuatro veces por medio de estimulación química mediante la disolución selectiva de fenocristales minerales ricos en Fe (e. g., piroxeno, olivino y hematita), lo que creó cavidades resistentes a los esfuerzos.
Estudios hidrogeoquímicos
Los métodos geoquímicos se utilizan ampliamente en la prospección preliminar, exploración y explotación de recursos geotérmicos (Marini, 2000). El principal objetivo es obtener las propiedades físico-químicas de los fluidos que brindan información de la temperatura, el origen, la dirección de flujo de las aguas termales en profundidad y la interacción roca-fluido (Shah et al., 2015). Los manantiales termales en superficie son la principal conexión con los sistemas geotérmicos en profundidad. Algunas áreas geotérmicas se utilizan con fines de balneario y calefacción geotérmica, como es el caso del campo geotérmico de Reçadiye en Turquía, desde 1992, el cual cuenta con temperaturas en superficie entre 38 y 49 °C. Estudios geoquímicos realizados en sus aguas termales permiten clasificarlo como un sistema de zona de fractura de baja temperatura con flujo ascendente convectivo y transferencia de calor conductiva dominante con residencia corta (Pasvanoglu, 2021 ).
Los sistemas geotérmicos convectivos están asociados con la actividad volcánica y tectónica en el Cuaternario, principalmente, como es el caso de Cerro Galán, Argentina, donde se ubican algunas fuentes termales sobre fallas dentro de la estructura de caldera. Análisis isotópicos (Chiodi et al., 2024) indican que se presenta una mezcla entre fluidos manto/magmáticos y agua meteórica superficial, lo cual genera un acuífero hidrotermal que alcanza temperaturas de hasta 187 °C en profundidad.
Estudios detallados pueden ser usados para delimitar y comprender mejor el acuífero, como es el caso de áreas geotérmicas en Indonesia, en donde se encuentran agrupados en el borde de la falla de Java Occidental. Estudios geoquímicos (Shoedarto et al., 2021) han mostrado, por ejemplo, cómo en los límites de un acuífero geotérmico a menudo se tiene una mayor concentración de estroncio (Sr) debido a la intensa interacción agua-roca con tiempos de residencia más largos o trayectorias de flujo más profundas. Para este caso, se considera que una zona permeable probablemente se formó por una intersección de las fallas regionales.
Algunos manantiales geotérmicos se encuentran generalmente a lo largo de las principales tendencias tectónicas como límites de placas, márgenes continentales y estructuras fracturadas, como es el caso de áreas geotérmicas en la India (Das et al., 2022). De acuerdo con estos autores, las aguas termales de casi todos los sistemas hidrotermales de la India, a pesar de ser consideradas jóvenes (~60 años), tienen un movimiento lento en su circulación subsuperficial (>50 años).
Estudios geofísicos
La información base del subsuelo se obtiene por medio de estudios geofísicos relacionados principalmente con análisis geológicos y estructurales (Sáez-Blázquez et al., 2022). Estudios de gravimetría permiten delimitar fallas regionales y el basamento (Yáñez et al., 2015), mientras que los de magnetometría permiten definir el espesor y cobertura sedimentaria (Irumhe et al., 2019). También, los métodos eléctricos permiten definir el área y la geometría del yacimiento geotérmico (Thanassoulas, 1991), y los sismológicos, la estratigrafía y geología estructural que enmarcan la zona (Liu y Long, 2022).
En general, estos estudios han sido realizados en zonas geotérmicas de diferentes partes del mundo, incluida Latinoamérica. Por ejemplo, en el campo geotérmico Las Tres Vírgenes, en México, se han realizado estudios cartográficos de la geología superficial desde el año 1983, los cuales han permitido definir la geología y estratigrafía de la zona (Avellán et al., 2019; Sosa-Ceballos et al., 2019). Estudios geofísicos realizados en este campo han delimitado áreas de mayor interés asociadas con fallas, que permitieron la propuesta y perforación de pozos desde el año 2001 (Ortiz-Prieto y Lorenzo-Pulido, 2009). Perfiles de reflexión sísmica y nuevos datos de gravimetría correlacionados con el pozo exploratorio El Azufre, han permitido proponer tres áreas de oportunidad para expandir el potencial geotérmico en este complejo volcánico (Casallas-Moreno et al., 2021).
En Argentina, estudios geofísicos de gravedad y magnetismo realizados en el eje energético de la Puna Central han permitido relacionar máximos de anomalía de gravedad regionales con depósitos de ignimbritas y depósitos volcánicos indiferenciados; de hecho, los mínimos de las anomalías magnéticas se han correlacionado con depósitos de ignimbrita dacítica con alteración argílica, que permiten delimitar áreas de mayor interés geotérmico en un entorno volcánico (Ahumada et al., 2023).
En Chile, análisis de tomografía de resistividad eléctrica y métodos de ruido sísmico relacionados con las propiedades físicas del agua, como la temperatura, han permitido realizar interpretaciones geológicas de centenas de metros del subsuelo y proponer relaciones entre sistemas geotérmicos con sistemas de fallas (Pérez-Estay et al., 2022).
También, se han realizado diversos análisis detallados de lineamientos en volcanes asociados con campos geotérmicos como Eritrea (Caldera Nabro, Gauntlett et al., 2022), Nueva Zelanda (Caldera Okataina, Pearson-Grant et al., 2022) e Indonesia (volcán Monte Sinabung, Tampubolon et al., 2023); esto permite sugerir explicaciones para anomalías geofísicas y contrastes interpretados en estudios geofísicos. En la Caldera Nabro, la relación entre velocidades sísmicas VP/VS muy baja se interpreta como una roca intrusiva, mientras que una relación alta se interpreta como una región de almacenamiento de magma (Gauntlett et al., 2022). En la Caldera Okataina, modelos de resistividad MT han permitido delinear anomalías y fuentes de calor a 5 km de profundidad (Pearson-Grant et al., 2022). En el volcán Monte Sinabung, anomalías del campo magnético bajo son correlacionadas con manifestaciones volcánicas en el sistema geotérmico (Tampubolon et al., 2023).
Estudios térmicos
La temperatura en superficie y fuentes termales son usadas para delimitar áreas de interés geotérmico, ya que estudios superficiales de temperatura permiten priorizar zonas de análisis (Bodvarsson et al., 1986; Beier, 2021). También, esta información obtenida en pozos permite modelar gradientes de temperatura en determinada área (Agemar et al., 2012; Shahdi et al, 2021; Mejía-Fragoso et al., 2024). De esta manera, se han llevado a cabo diversos modelamientos con perfiles de temperatura y mapas de distribución de anomalías de calor en áreas geotérmicas de interés internacional, por ejemplo, en el sistema geotérmico del volcán Kuju, suroeste de Japón (Kitamura et al., 2023). Estos modelamientos fueron realizados teniendo en cuenta estudios geofísicos (Mogi y Nakama, 1993) que permitieron proponer la estructura térmica mediante la compilación de datos de registro de pozos existentes junto con la estructura de resistividad eléctrica reportada (Kitamura et al., 2023). Estos autores integran la información existente y proponen una región de alta temperatura como un reservorio geotérmico candidato para una zona desarrollable entre 2 y 4 km de profundidad.
En sistemas geotérmicos conductivos asociados principalmente con cuencas sedimentarias, se han realizado también caracterizaciones de gradientes geotérmicos y datos de flujo de calor acorde con registros de pozos y características litológicas (Brown, 2022). Un caso exitoso ocurrió en la cuenca de Erlian, China, la cual se caracteriza por un alto gradiente geotérmico (29,6 °C/km y 51,4 °C/km) y flujo de calor (Xu et al., 2021). De acuerdo con estos autores, los patrones espaciales de gradiente geotérmico y flujo de calor muestran que se producen zonas anómalas (40 a 60 °C/ km) en las depresiones de Manite, Uliastai y Chuanjing.
Estas anomalías son consistentes con la distribución de los volcanes Cenozoicos y un cuerpo intrusivo, los cuales proporcionan una fuente de calor al sistema.
En países pioneros con desarrollo geotérmico como Italia (Parri et al, 2021; Montanari et al, 2023), se ha integrado información existente para realizar campañas de exploración de recursos geotérmicos. Estudios recientes, por medio de huellas de fisión en rocas superficiales, realizan termocronología, y han obtenido edades que se pueden relacionar con la edad de cuerpos intrusivos, lo cual permite sugerir la edad del aporte de calor asociado con intrusiones y circulación hidrotermal asociada (Montanari et al., 2023). Por medio de modelado geológico y térmico, y geofísicos de gravedad, se generan mapas de temperatura y flujo de calor (Floridia et al., 2022). Como resultado de esta correlación, se propone que algunas anomalías térmicas presentes en un basamento cristalino sugieren una elevada producción de calor radiogénico dentro de estas rocas como proceso geotérmico. Además, el aumento del gradiente térmico por debajo de los 5 km puede correlacionarse con una elevada producción de calor radiogénico a partir de un basamento cristalino relativamente grueso.
Métodos y caso de estudio
Caracterización geotérmica regional
Para evaluar adecuadamente el estado térmico de una región, es fundamental tener una imagen completa de su configuración geológica. De acuerdo con lo descrito anteriormente, se realizó una revisión de literatura técnica y científica conformada por artículos e informes públicos, lo cual permitió la categorización de las áreas geotérmicas propuestas en el país de acuerdo con su origen y ubicación geográfica.
Caso de estudio
En este ítem se presenta el área geotérmica volcán Nevado del Ruiz (Figura 1) como caso de estudio, de acuerdo con trabajos previos. Estos trabajos corresponden principalmente a artículos científicos con reportes de análisis químicos en aguas, medidos entre 1982 y 2014 (Material Suplementario 1) y publicados entre 1983 y 2022 (e. g.,CHEC et al, 1983; Taborda et al, 2022). Cada dato fue ubicado geográficamente para esclarecer a qué referencia geográfica se relaciona, y se presenta en los resultados de manera ordenada.
Figura 1 Mapa de localización de la zona de estudio. A. Configuración tectónica del norte de Suramérica (el polígono amarillo delimita la figura B). B. Provincia volcano-tectónica San Diego-Cerro Machín (el polígono amarillo delimita la figura C). C. Zona de interés donde se ubica la ciudad de Manizales y los volcanes Nevado del Ruiz y Cerro Bravo como referentes geográficos. Círculos negros: volcanes monogenéticos; triángulos blancos: volcanes poligenéticos; triangulo verde: Pozo Nereidas 1 (N-1). Las líneas rojas representan vías, mientras que las líneas azules representan los drenajes.
Posteriormente, se analizan estos datos y se presenta una síntesis composicional de las características químicas y físicas (Material Suplementario 1) de las aguas alrededor del volcán Nevado del Ruiz, de acuerdo con los sectores asociados a sus flancos como punto de partida para posteriores investigaciones.
Modelo conceptual
En este ítem se propone un modelo conceptual del sector NWW, correspondiente al Valle de Nereidas. Para comprender el sistema geotérmico se tuvo en cuenta: 1) la geología del macizo rocoso, donde se resaltan los espesores de las rocas y depósitos superficiales, así como los sistemas de fallas y las alteraciones hidrotermales cartografiadas en el área. La geología superficial y el trazo de las fallas geológicas fueron tomadas de Botero-Gómez et al. (2023). 2) Datos hidrogeoquímicos existentes en el área relacionados con pH, temperatura y valores de aniones y cationes, lo que permitió delimitar sectores con base en características geográficas y fisicoquímicas del agua. 3) Datos geofísicos publicados asociados con la delimitación de los sistemas de conductos volcánicos y actividad sísmica; los primeros corresponden a la fuente de calor y los segundos, a rocas fracturadas permeables. La integración de esta información permitió proponer áreas con mayor permeabilidad, alteraciones hidrotermales y patrones de flujo geotérmico que aportaron a la conceptualización del sistema geotérmico: roca reservorio, ubicación de anomalías termales, roca sello y circulación general de agua.
Recursos geotérmicos en Colombia
Colombia cuenta con recursos energéticos, evidenciados en el desarrollo de termoeléctricas e hidroeléctricas que suministran el 29 y 67 %, respectivamente, de la energía eléctrica que el país genera (Boada-Herrera et al., 2018). De esta manera, el potencial eléctrico colombiano está dominado por energías renovables, que hasta hace poco representaba alrededor del 80 %, asociado principalmente a la producción hidroeléctrica (Gómez-Navarro y Ribó-Pérez, 2018). Además, Colombia cuenta con recursos adicionales de energía eólica, fotovoltaica solar, biomasa y geotérmica (Gómez-Navarro y Ribó-Pérez, 2018; Raihan, 2023). El potencial geotérmico está asociado principalmente con el arco volcánico activo (Lequerica-Torres, 2008; Vieira y Hamza, 2014; Aguilera et al., 2019; Vargas et al., 2019; Moreno-Rendón et al., 2020; Rodríguez-Pantano et al., 2020; Bravo-López et al., 2022; Sánchez et al., 2022), pero también en zonas alejadas de este, como es el Área Geotérmica Paipa-Iza, ubicada en la Cordillera Oriental (e. g., Alfaro et al., 2017). En su mayoría, estas áreas están asociadas con sistemas convectivos, pero también pueden estar asociadas con zonas de fallas y cuencas sedimentarias (sistemas conductivos) relacionadas con anomalías geotérmicas.
Específicamente, el aprovechamiento de esta energía generada en zonas volcánicas se ha limitado al uso privado a pequeña escala (e. g., calefacción, piscinas termales y turismo); no obstante, existen también proyectos geotérmicos para la generación de energía como el del Valle de Nereidas en el volcán Nevado del Ruiz (Figura 1C), con décadas de ejecución en la zona y que ha sido pionero en el país.
Areas geotérmicas relacionadas con el vulcanismo Neógeno-Cuaternario
Las áreas geotérmicas reconocidas en el país están relacionadas con anomalías geotérmicas asociadas con el vulcanismo. Así, teniendo en cuenta que las fuentes termales reconocidas en el territorio colombiano son la representación directa en superficie de recursos y potencial geotérmico, estas se pueden agrupar de acuerdo con su origen o cercanía a sus anomalías de calor. En sentido norte a sur, estas corresponden a las áreas geotérmicas: Paipa-Iza, San Diego-Puente Linda, Cerro Bravo-Cerro Machín, Huila-Sucubún y Las Ánimas-Chiles.
Area geotérmica Paipa-Iza: ubicada en la Cordillera Oriental, incluye tanto el área geotérmica de Paipa como el área geotérmica de Iza. En el área de Paipa existen manifestaciones geotérmicas superficiales asociadas con seis áreas prospectivas (Alfaro et al., 2017; Calderón-Chaparro y Vargas-Cuervo, 2019). En general, se conoce que existen cuerpos conductores al centro-oeste del área, aparentemente controlados por fallas de bajo ángulo asociadas con el tránsito de fluidos hidrotermales hacia las zonas de descarga (González-Idárraga, 2020). En el área de Paipa el aporte de calor está asociado a domos de lava y depósitos volcaniclásticos que tuvieron actividad entre 5,8 y 1,8 Ma atrás (Bernet et al., 2016; Rueda-Gutiérrez, 2020; García et al., 2022). En el área de Iza se encuentra una brecha intrusiva y un criptodomo (Monsalve et al., 2011b), los cuales explicarían el aporte de calor. Ambas áreas, ubicadas en un ambiente dominante de rocas sedimentarias Cretácicas (Alfaro et al., 2010), tienen la fuente de calor asociada con el magmatismo que generó los productos volcánicos presentes en la zona.
Area geotérmica San Diego-Puente Linda: esta área geotérmica se encuentra ubicada al norte de la Provincia volcano-tectónica San Diego-Cerro Machín (Murcia et al., 2019) y ha sido relacionada con los volcanes San Diego (Borrero et al, 2017) y El Escondido (Sánchez-Torres et al., 2019). En el área se conocen estudios sobre el potencial geotérmico con potencias eléctricas de 141,85 MWe (Rueda-Gutiérrez y Rodríguez, 2016; Alfaro et al., 2021). Adicional a esta, se incluye el área geotérmica Puente Linda, la cual ha sido relacionada con una roca intrusiva del mismo nombre, y su anomalía geotérmica, con rocas fracturadas por zona de falla NE-SW Río Dulce (Moyano et al, 2018; Alfaro et al, 2021). Para ambas áreas el aporte de calor se asocia con el magmatismo asociado al vulcanismo monogenético presente en la zona (Samaná, Sánchez-Torres et al, 2022).
Area geotérmica Cerro Bravo-Cerro Machín: se encuentra ubicada en la Cordillera Central (Alfaro-Valero y Aguirre-Corrales, 2006) y está asociada a volcanes poligenéticos activos y a la manifestación en superficie de fuentes termales denominadas áreas geotérmicas (e. g., volcán Cerro Bravo, Nevado del Ruiz y Cerro Machín). Para el caso del volcán Nevado del Ruiz, estudios en zonas de fallas (Mejía et al., 2012) proponen que el actual campo de esfuerzos y las distintas fracturas asociadas con la deformación frágil favorecen el tránsito de fluidos, como el agua termal. En la zona se ha propuesto el área geotérmica Villamaría-Termales (Alfaro et al., 2021), la cual ha sido relacionada con el sistema de fallas NW-SE Villamaría-Termales (González y Jaramillo, 2002; Gómez-Zamorano, 2014). El área se encuentra bajo la influencia del campo volcánico monogenético Villamaría-Termales (<2 Ma) (Botero-Gómez et al, 2018; Osorio et al., 2018; Salazar-Muñóz et al., 2021) y del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz (Ceballos-Hernández et al., 2020), y presenta fuentes termales asociadas de hasta 60 °C de temperatura (Alfaro et al., 2002). Estas fuentes termales las cuales se encuentran ubicadas en zonas de dilatancia estructural (Botero-Gómez et al., 2023) están emplazadas en rocas metamórficas Triásicas, y el aporte de calor se asocia además con el vulcanismo monogenético presente en la zona (Villamaría-Termales, Botero-Gómez et al., 2023); se resalta además otras posibles áreas de interés con campos volcánicos recientemente reconocido en el país (e. g. Tapias-Guacaica, Vargas-Arcila et al., 2023). Para el Cerro Machín (Piedrahita et al., 2018; Rodríguez-Pantano, 2021; Londoño, 2022; Pedraza et al., 2022) se relacionan zonas fracturadas con mezcla de aguas termales y meteóricas o superficiales (Cerpa-Londoño, 2018; Gómez-Díaz, 2020; Gómez-Díaz y Mariño-Arias, 2020). En general, el conjunto de las áreas incluidas (e. g., Santa Rosa, Otún, Nevado del Tolima) se encuentra emplazado en rocas metamórficas Triásicas, y el aporte de calor se asocia con las cámaras magmáticas de dichos volcanes.
Area geotérmica Huila-Sucubún: esta área geotérmica se encuentra ubicada en la Cordillera Central, asociada con volcanes poligenéticos como el volcán Nevado del Huila (Cardona et al., 2009; Londoño y Cardona, 2010; Monsalve et al, 2011a, 2015; Pulgarín et al, 2015; García et al., 2019), las calderas Gabriel López, Paletará y el Complejo Volcánico Sotará-Sucubún (Pulgarín et al., 2010; Alpala et al, 2017; Alfaro et al, 2021) y las fuentes termales denominados como áreas geotérmicas. Para el volcán Puracé (López-Castro, 2009; Monsalve y Arcila, 2009; Meza-Maldonado et al, 2017; Alpala et al, 2018; Gómez-Díaz y Marín-Cerón, 2018; Londoño, 2018; Torres-Cerón et al., 2019; Inguaggiato et al.,2020) , ubicado dentro de la Caldera Paletará (Torres et al., 1999; Samacá-Torres, 2016), el potencial geotérmico total estimado es de 360 MW, el cual se puede comparar con otros sistemas geotérmicos (Meza-Maldonado et al., 2017). En general, el conjunto de estas áreas se encuentra emplazado en rocas metamórficas Triásicas y granodioritas Pérmicas, y el aporte de calor se asocia con cámaras magmáticas de dichos volcanes.
Area geotérmica Las Animas-Chiles: esta región de interés está en las cordilleras Central y Occidental en el sur del país, y engloba las áreas geotérmicas asociadas con los volcanes de esta región (Escobar-Ramos, 2020) y las fuentes termales denominados como áreas geotérmicas. Acorde con Velandia et al. (2008), los depósitos volcánicos aflorantes en el Altiplano Nariñense han sido el producto de diversos focos, tanto colombianos como de la Cordillera Real Ecuatoriana. Algunos de estos volcanes son: Doña Juana (Navarro et al., 2009; Bucheli-Olaya, 2020; Calderón-Zamudio, 2021) , Las Ánimas (García-Gamba, 2020; Aldana-Lozano, 2022), Galeras-Morasurco (Fischer et al., 1996, 1997; Sano et al, 1997; Duque-Trujillo et al., 2010; Londoño et al., 2020; Alfaro et al., 2021; Taussi et al., 2023; Bolaños-Cabrera et al., 2024), Sibundoy (Ramírez-Espitia, 2021; Rivera-Lara, 2021; Murillo-Orobio et al., 2024; Toro et al., 2025), Azufral (Alfaro et al, 2008, 2015; Carvajal et al, 2008; Moreno-Alfonso et al., 2021; Rodríguez-Rodríguez, 2023), Cumbal (Lewicki et al., 2000) y Complejo Volcánico Chiles-Cerro Negro (García y Sánchez, 2019). Este último Complejo actualmente se asocia con un sistema geotérmico de interés internacional (Ecuador-Colombia, Coviello, 2020; Taussi et al., 2023). En general, estas áreas se encuentran emplazadas en rocas metamórficas Triásicas, y el aporte de calor se asocia con cámaras magmáticas de dichos volcanes.
Areas relacionadas con sistemas conductivos o cuencas sedimentarias
Estas áreas se asocian a cuencas sedimentarias y, por ende, a su gradiente geotérmico. Este gradiente geotérmico puede ser aprovechado por medio de aguas de coproducción en los sistemas de perforación de hidrocarburos que presentan temperaturas entre 42 y 179 °C (Cano et al., 2022). Estas áreas presentan ventaja respecto a las anteriores, por ejemplo: 1) infraestructura petrolera existente, 2) tecnologías de producción ya establecidas, 3) experiencia del campo e información del reservorio, 4) uso futuro en explotación geotermal que incrementaría tanto la vida del campo petrolero como la recuperación del hidrocarburo, y 5) interés por parte de compañías petroleras en el uso de energía geotérmica. Las principales cuencas de interés son: Valle Medio del Magdalena, Cordillera Oriental y Llanos Orientales (González et al, 2020; Urueña-Suárez et al., 2020; Macellari, 2021). Para el caso de esta última, Parex Resources Inc., en Yopal, utiliza un proceso pionero en Colombia, que da lugar a la extracción de hidrocarburos y a la generación de electricidad (Céspedes et al., 2022). En general, estas áreas pueden tener alto potencial en lugares con pozos de petróleo y gas, debido a la información que se obtiene (Aguilera et al., 2019; López-Ramos et al., 2022).
Para terminar, se presenta una tabla resumen (Material Suplementario 2), en la cual se enlista la anterior información y se compara con la información generada de otras áreas geotérmicas del país.
Área geotérmica Volcán Nevado del Ruiz
Este proyecto geotérmico está ubicado en la Cordillera Central de Los Andes Colombianos, norte de América del Sur, a 35 km de la ciudad de Manizales, Caldas. El proyecto, cuenta con un área aproximada de 54 km2, y es fácilmente accesible desde vías conectadas a la Ruta Nacional 50 en dirección al Complejo Volcánico Nevado del Ruiz. La zona de interés se encuentra localizada en el sector del Valle de Nereidas, municipio de Villamaría, Caldas, en el flanco occidental del Complejo (Figura 1).
Este proyecto se encuentra debidamente licenciado para las actividades de exploración por el Ministerio de Medio Ambiente, mediante la Resolución 211 de 1994, y posee una restricción cercana a la cota 3600 m s. n. m., que corresponde a la línea de Páramo la cual es una zona de conservación (Figura 1). Este proyecto inició la etapa de reconocimiento desde inicios de los años 70. En 1994 se obtuvo la licencia ambiental que permitió la primera perforación, en 1997, en el sector de Nereidas, Villamaría (Caldas) (Alfaro et al., 2021). En este año, la Central Hidroeléctrica de Caldas (CHEC), empresa encargada de la generación y suministro de energía eléctrica de la región, realizó la perforación del primer pozo geotérmico en el país, que alcanzó una profundidad de 1469 m (Monsalve et al, 1998), con un registro de temperatura en fondo de pozo de 200 °C.
Posterior a la perforación mencionada, se han llevado a cabo consultorías, alianzas institucionales y vinculaciones con universidades locales que han permitido avanzar en temas geológicos y ambientales, y proponer modelos geológicos conceptuales. Así, actualmente se sugiere la existencia de varias cámaras magmáticas a 2 km, 4 km, 9 km y 11 km de profundidad respecto a la superficie del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz (Zollweg, 1990; Londoño y Sudo, 2001, 2003; Rojas-Sarmiento, 2012; Almaguer-Rodríguez, 2013; González-García et al., 2015; Lundgren et al, 2015; González-García y Jessell, 2016; Londoño, 2016).
El análisis de fracturas en esta misma área permite afirmar que las redes de fracturas presentes en las rocas favorecen el flujo de fluidos del subsuelo, lo que podría evidenciarse con fuentes termales que en su mayoría se ubican en áreas de alta conectividad (Urrea et al., 2024). De acuerdo con estos autores, las rocas metamórficas en el área presentan mayor conectividad e intensidad de fractura, lo que, combinado con la foliación presente, incrementa su permeabilidad efectiva. A su vez, se sugiere que las diferentes fracturas presentes en la región, como facilitadoras para el transporte de fluidos geotérmicos en el área (Pareja y García, 2013; Macias-Villarraga y Granja-Rodríguez, 2020). Específicamente, las fuentes termales conocidas como La Gruta y Aguas Calientes, se asocian con fluidos que ascienden debido a la interacción de las fallas Villamaría-Termales con la falla Picoterrible, las cuales generan sintaxis tectónica dilatacional en la zona (Botero-Gómez et al., 2023).
El sistema hidrotermal se asocia con intrusiones magmáticas de acuerdo con estudios geofísicos (González-García et al., 2015; Londoño y Kumagai, 2018) y el registro litológico del pozo Nereidas 1 (N-1) (Monsalve et al., 1998; González-García y Jessell, 2016). De acuerdo con estudios de las propiedades de las rocas en el flanco oeste del volcán, en el área del Valle de Nereidas, las rocas metamórficas presentan baja permeabilidad y mayor conductividad en relación con las demás rocas del área (Oviedo et al., 2023). En este mismo sentido, se han realizado estudios de caracterización de alteraciones hidrotermales que resaltan la alteración argílica avanzada e intermedia en el sector NE del volcán (Forero et al., 2011; Forero-Herrera, 2012). De acuerdo con los autores, en rocas del área de interés se evidencian minerales como sulfuros, mercallita, cuarzo y cristobalita, asociados con alteración ácida y neutral.
Recientemente, se han desarrollado nuevas investigaciones que han permitido estimar caudales (Román-Gonzáles, 2021; Cardona-Cardona, 2023), cartografiar alteraciones hidrotermales (Forero-Herrera, 2012), fuentes de aguas termales (González-Partida et al., 1997; Inguaggiato et al., 2015), fallas geológicas (Botero-Gómez et al., 2023) y unidades geológicas en general (Díaz-Gil y Aguirre-Hoyos, 2014; Vega-Salazar, 2014; Ossa, 2018; Ordóñez et al., 2022; Oviedo et al., 2023; Quiroz-Yandun, 2024). Análisis geofísicos como sismológicos y gravimétricos realizados en la zona (Londoño, 1996, 2016; González-García et al., 2015; González-García y Jessell, 2016; Vargas et al., 2017, 2019; Londoño y Kumagai, 2018), así como análisis puntuales de magnetotelúrica en zonas de daño de falla (Almaguer-Rodríguez, 2013; Ayala, 2014), permiten sugerir porosidades más altas en el sector suroriental de la falla Nereidas en comparación con el sector noroccidental (Ayala, 2014). Asimismo, se han desarrollado análisis químicos y de temperatura alrededor del complejo volcánico, principalmente en fuentes termales y en gases (González-Partida et al., 1997; Cervantes, 2019), lo que ha permitido proponer un potencial para generación de electricidad de por lo menos 50 MW, con un factor de planta del 90 %, que genera 32,4 GWh-mes o 394,2 GWh-año, para un poco más de 350.000 familias por mes (Velásquez-Piedrahita, 2015; Ortiz y López, 2023; Ortiz-González, 2023; Ortiz-González y López-Palacio, 2023).
Valle de Nereidas
Geología del macizo rocoso
La morfología del territorio es de alta montaña, entre 2500 y 3600 m s. n. m., tiene fuertes pendientes y están matizadas por zonas planas formadas por productos volcánicos del Nevado del Ruiz (Figura 2A). Las zonas escarpadas (Figura 2B) corresponden en algunos casos a zonas de daño asociadas con sistemas de fallas reconocidas regionalmente. Las unidades de rocas que afloran en el área de estudio y sus alrededores son, en el orden de la más antigua a la más joven, rocas metamórficas Triásicas asociadas con el Complejo Cajamarca, rocas Cretácicas sedimentarias del Complejo Quebradagrande y productos Cenozoicos como flujos de lava, domos de lava, depósitos volcaniclásticos y depósitos no consolidados fluviales y coluviales (Figura 2C). Las rocas metamórficas del Complejo Cajamarca, compuestas por esquistos verdes y negros, y también cuarcitas, se encuentran suprayacidas por rocas volcánicas de flujos de lava y depósitos volcaniclásticos con espesores entre 400 y 600 m, mientras que las rocas sedimentarias del Complejo Quebradagrande, compuestas de meta-lodolitas negras y grises, principalmente, se encuentran suprayacidas por depósitos volcaniclásticos con espesores de al menos 100 m.
Figura 2 Mapa geológico de la zona de estudio y fuentes termales reportadas. A. Modelo de elevación digital del terreno con una resolución de 12,5 m sobre el que se ubican las fuentes termales: coloración de acuerdo al pH de las aguas. Zona de páramo en inmediaciones con el volcán Nevado del Ruiz. B. Mapa de pendientes donde se ubican los volcanes en la zona; además se presentan de color rojo las pendientes altas (>35°) sobre el que se ubican las fuentes termales. El tamaño del círculo se relaciona con el rango de temperatura de las aguas. C. Mapa geológico de la zona de interés donde se presentan fallas y unidades litológicas (adaptado de Botero-Gómez et al., 2023).
Estructuralmente, en la zona se presentan dos sistemas de fallas predominantes: un sistema con orientación NW-SE, el cual tiene cinemática transcurrente sinestral y una componente en buzamiento probablemente normal; a este sistema pertenecen las fallas Villamaría-Termales, Río Claro y Nereidas. Y un sistema con orientación NE-SW, el cual tiene cinemática transcurrente dextral; a este sistema pertenecen las fallas Santa Rosa, Picoterrible, La Cueva-Pirineos y Palestina.
En conjunto, la litología y la presencia de fallas sugiere que un posible reservorio geotérmico se encuentra emplazado en estas unidades fracturadas y muy probablemente está asociado a un control estructural y de permeabilidad relacionados con sistemas de fallamiento en dirección NW-SE que son cortados por fallas regionales N-S como la falla San Jerónimo (Figura 2C). Las intersecciones de estos sistemas de fallas permiten el aumento de permeabilidad en las rocas.
Hidrogeoquímica
Teniendo en cuenta la altura de la zona y la delimitación geográfica de páramo (Figura 2A), la recarga de agua corresponde a lluvias en la zona, es decir, a aguas meteóricas (Figura 3), lo cual no está restringido a la zona de páramo, sino a la región en general y al subsuelo cerca de superficie; esto se denomina flujo meteórico.
Figura 3 Patrón de circulación en el sistema geotérmico Nevado del Ruiz, en el cual se ubican fallas y fuentes termales como sistema de circulación geotérmico. La ubicación geográfica de los perfiles se relaciona en la Figura 2. La numeración corresponde a las fuentes termales de la Tabla 1.
Tabla 1 Resumen de las características físicas promedio de los manantiales termales en inmediaciones del volcán Nevado del Ruiz basado en información registrada en CHEC et al. (1983), Giggenbach et al. (1990), Sturchio y Williams (1990), INGEOMINAS (1995), González-Partida et al. (1997), Garzón (2001), Alfaro et al. (2002), Alfaro-Valero y Aguirre-Corrales (2006) y CHEC (2014). La numeración corresponde al de las figuras. Información completa en el Material Suplementario 1.
| Sector | ID | Nombre fuente | Temperatura promedio H2O (°C) | pH (promedio) |
|---|---|---|---|---|
| NNW | 1 | Hotel Termales El Ruiz | 63 | 1,71 |
| 2 | Hacienda Nieto | 13 | 5,62 | |
| 3 | Río Guali | 48 | 2,72 | |
| NNE | 4 | La Hedionda | 14 | 2,84 |
| 5 | Aguas Calientes | 61 | 1,26 | |
| 6 | Fuente Fría Aguas Calientes I | 12 | 5,05 | |
| 7 | Arenales | 9 | 5,77 | |
| 8 | El Calvario | 57 | 2,77 | |
| E | 9 | Agua Blanca | 35 | 2,81 |
| 10 | El Coquito | 33 | 2,99 | |
| SE | 11 | El Oso | 22 | 6,11 |
| 12 | Corralitos | 29 | 3,9 | |
| NWW | 13 | Botero Londoño | 92,25 | 7,61 |
| 14 | El Bosque | 34 | 6,16 | |
| 15 | La Piscina | 58,05 | 6,79 | |
| 16 | El Billar | 88,59 | 7,27 | |
| 17 | La Poa | 12 | 6,42 | |
| 18 | Nereidas | 46,33 | 5,98 | |
| SW | 19 | El Recodo | 55 | 7,26 |
| 20 | Chorro Negro | 51 | 6,31 |
Entre las manifestaciones superficiales que indican la existencia de un recurso geotérmico se evidencian zonas de alteración hidrotermal, fumarolas y fuentes termales (Figura 2A). De acuerdo con las manifestaciones termales en la zona (Tabla 1; Figura 2), al menos 13 manantiales presentan temperaturas superiores a 30 °C. En los sectores NNW y NNE del volcán, las fuentes termales presentes en superficie son particularmente ácidas y presentan temperaturas de hasta 63 °C. En los sectores E y SE, se presentan fuentes termales con temperatura de hasta 35 °C. Hacia el flanco NW y SW se presentan fuentes termales con temperatura de hasta 92 °C. En general, los valores más altos de temperatura y, por ende, los de mayor interés con fines de generación eléctrica en la zona, se encuentran en el sector NW y SW. Estos manantiales se conocen como Botero Londoño, La Piscina, El Billar, Las Nereidas, El Recodo y Chorro Negro (Figura 2C), todos dentro del polígono con licencia ambiental y fuera de la línea de páramos (Figura 2A).
Por otro lado, de acuerdo con el pH (Tabla 1; Figura 2), los sectores NNW y NNE presentan aguas ácidas asociadas con el sistema de fallas Villamaría-Termales. Los sectores E y SE presentan aguas moderada a ligeramente ácidas. Los sectores NWW y SW presentan aguas ligeramente ácidas a neutras.
Las zonas con aguas ácidas se relacionan con un flujo termal que tiene aporte magmático o con un tránsito hasta superficie que atraviesa rocas con alteración hidrotermal argílica avanzada (Figura 3, Sector E, perfil A-A'). En el flanco W se presentan dos flujos termales: el más somero asociado con aguas carbonatadas en el área de Nereidas y el más profundo relacionado con aguas cloruradas en el área de Botero Londoño (Sector W, perfil A-A'). Todos los flujos termales se relacionan con aporte de aguas meteóricas. El aporte de calor regional se relaciona con una fuente de calor profunda que corresponde a las cámaras magmáticas del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz. A su vez, la existencia de roca fundida que rodea parcialmente las cámaras magmáticas y centros de emisión recientes como el volcán La Olleta (~ 0,1 Ma, Ceballos-Hernández et al., 2020) aporta calor en el Valle de Nereidas. De esta manera, el patrón de circulación de fluidos geotérmicos puede establecerse desde el SEE hacia el NWW, de acuerdo con los gases y las aguas presentes en las manifestaciones de Botero Londoño, resultado que está en concordancia con el patrón estructural de la zona, asociado con el sistema de fallas Nereidas-Río Claro. Se recomiendan estudios hidrogeológicos dentro de la cuenca hidrográfica del río Claro que permitan aportar al entendimiento de las direcciones de flujo.
El flujo termal de las aguas del sector NNW asciende por medio de fracturas buzando hacia el S, relacionadas con el sistema de fallas Villamaría-Termales, en cuya zona se evidencia alteración hidrotermal cerca de la superficie, asociada con precipitación de sulfatos, silicatos y pH ácidos de aguas termales que afloran (Sector N, perfil B-B'). De acuerdo con el pH (Figura 2C) y la composición química de las aguas termales Nereidas y Chorro Negro, estas provienen de dos flujos termales diferentes, pero el ascenso hacia superficie de ambos es facilitado por fracturas asociadas con el sistema de fallas Nereidas-Río Claro (Sector S, perfil B-B'). Se recomiendan estudios de alteraciones en rocas de superficie dentro de la cuenca hidrográfica del río Claro para entender patrones de flujo actuales o fósiles, que permitan aportar al entendimiento de las direcciones de flujo hidrotermal.
El flujo termal de las aguas del sector NNE también asciende por medio de fracturas relacionadas con el sistema de fallas Villamaría-Termales (sector N, perfil C-C'). El flujo termal del sector SE es facilitado por fracturas asociadas con el sistema de fallas Nereidas-Río Claro (sector S, perfil C-C'). En ambos sectores, las aguas termales en superficie presentan pH moderados a muy ácidos asociados con zonas de alteración hidrotermal argílica avanzada y aporte de fluidos magmáticos cercanos al cráter Arenas, centro de emisión actual activo del complejo volcánico.
Modelo conceptual del sistema geotérmico
Con base en la información geocientífica revisada y el análisis de los datos realizado en el área de estudio, el modelo geotérmico conceptual integrado para el área geotérmica del Valle de Nereidas (Figura 4) se podría definir con base en los siguientes elementos principales:
Figura 4 Modelo conceptual esquemático en el cual se ubican fallas y fuentes termales como sistema de circulación geotérmico. La numeración corresponde a las fuentes termales de la Tabla 1.
Rocas reservorio: actualmente se conoce que el sistema se encuentra emplazado en rocas metamórficas del Complejo Cajamarca (Figura 4), las cuales, para el caso de un modelo conceptual de sistema geotérmico, cumplen la función de roca reservorio. Teniendo en cuenta la profundidad del pozo Nereidas 1 (1469 m), el techo del reservorio está ubicado entre 2000 y 2500 m de profundidad en rocas metamórficas asociadas con fallamiento y deformación cataclástica.
Presencia y origen de anomalías térmicas: análisis geofísicos permiten sugerir la delimitación de una fuente de calor irregular asociada principalmente con las cámaras magmáticas del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz y centros de emisión presentes en la zona, evidenciada en superficie con fuentes hidrotermales.
Características de la formación de cobertura o roca sello: la capa sello se encuentra ubicada en rocas metamórficas del Complejo Cajamarca y productos volcánicos Cuaternarios del Nevado del Ruiz, con presencia de alteración moderada a fuerte. Estas alteraciones hidrotermales están asociadas también con el sistema volcánico del Nevado del Ruiz.
Modelo de circulación general de agua: el ascenso del recurso geotérmico ubicado en el flanco oeste del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz se encuentra asociado con las fallas Nereidas, Río Claro y Río Molinos, agrupadas como sistema de fallas Nereidas-Río Claro. El patrón de circulación regional se asocia con sistemas de fallas y fracturas con rumbo NWW-SEE, mientras que el ascenso de fluidos se asocia con la interacción de otros sistemas de fallas de acuerdo con las fuentes termales cartografiadas. El recurso geotérmico asociado al flanco este del volcán también se asocia con la anomalía de calor del complejo volcánico, pero la ruta de ascenso está controlada por el sistema de fallas Villamaría-Termales. La zona de recarga está ubicada en la parte alta del complejo volcánico y está asociada a la permeabilidad de las rocas fracturadas, al cráter Arenas y a las fallas asociadas a la cadena volcánica (e. g., falla Palestina). Adicionalmente, muchos flujos de lava presentan disyunción columnar variable, es decir, fracturamiento no-tectónico, asociado con contracción térmica (e. g.,Rave-Bonilla y Sánchez, 2021) que puede favorecer las zonas de recarga. La zona de descarga podría estar ubicada en la zona de las fuentes termales.
Conclusiones
Colombia tiene recursos geotérmicos relativamente abundantes de baja entalpía que son viables para aplicaciones de uso directo y se han desarrollado en torno al ecoturismo. La generación de conocimiento en estas áreas permitiría sugerir dinámicas o herramientas favorables para las comunidades como usos directos en procesos agrícolas. Del mismo modo, el país tiene recursos de alta entalpia asociados preferencialmente al vulcanismo del arco volcánico activo, por lo que proporciona una alternativa de energía limpia para ampliar la canasta energética y reducir su impacto negativo en el medioambiente.
Para la mayoría de los casos en Colombia, el reservorio geotérmico está relacionado con rocas metamórficas y sedimentarias, junto con rocas volcánicas Cuaternarias que han sido impermeabilizadas por el efecto prolongado de manifestaciones termales y alteraciones a arcillas. Sin embargo, este documento resalta la posibilidad del aporte de calor asociado con el vulcanismo monogenético, como se ha referenciado en diversas áreas geotérmicas (e. g. Samaná; Villamaría-Termales, Guamuéz-Sibundoy).
Un análisis sistemático de las discontinuidades tectónicas (e. g., fallas, foliaciones, fracturas, pliegues) en la zona permitiría profundizar más en el macizo rocoso aportándole no solamente al proyecto Valle de Nereidas, sino también a la comprensión de los sistemas geotérmicos en ambientes geológicos similares.
Para el caso de las fuentes termales asociadas con el sistema geotérmico Complejo Volcánico Nevado del Ruiz, adicional al aporte de calor generado por las cámaras magmáticas del Complejo, se incluye el posible aporte de calor del campo volcánico monogenético en el área. De este sistema geotérmico sobresale el Valle de Nereidas, el cual se encuentra fuera del área administrativa de Páramo, se relacionan fuentes termales con pH intermedios o neutros, y cumple con las características de sistemas geotérmicos convectivos.
La zona del Valle de Nereidas muestra actividad geotérmica asociada con la actividad volcánica, la cual ha sido continua durante los últimos 2 Ma. Esta actividad está relacionada tanto al vulcanismo poligenético como monogenético, pero también a varios patrones de fallamiento, dentro de los cuales resalta aquel que parece controlar la permeabilidad secundaria en dirección SE-NW.
Un sistema geotérmico como el del Valle de Nereidas está compuesto por rocas metamórficas como reservorio, una fuente de calor de geometría irregular proveniente del Complejo Volcánico Nevado del Ruiz, una capa sello en rocas metamórficas y productos volcánicos, y un patrón de circulación de agua controlado por sistemas de fallas. Este sistema geotérmico muestra cómo la interacción de diversos factores geológicos puede formar un entorno geotérmico eficiente y aprovechable.
