U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA 10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

HIDRATOS DE GAS SUBMARINOS EN EL MARGEN CHILENO: RESULTADOS PRELIMINARES DE ESTUDIO GEOFISICO

VERA, E.1, YÁÑEZ, G.1,2 , COMTE, D.1 , DIAZ, J.3 , MORALES, E.3, NUÑEZ, R.4

1 Departamento de Geofísica, Universidad de Chile, Blanco Encalada 2085, Santiago, Chile (evera@dgf.uchile.cl) 2 Codelco-Chile, Teatinos 258 Piso 7, Santiago, Chile (gyane003@stgo.codelco.cl) 3 Escuela de Ciencias del Mar, U. Católica de Valparaiso, Av. Altamirano 1480, Valparaiso, Chile (jdiaz@ucv.cl) 4 Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile, Errázuriz 232, Valparaiso, Chile (rnunez@shoa.cl)

RESUMEN Los hidratos de gas son acumulaciones cristalinas similares al hielo formadas de gas natural y agua. Ocurren comúnmente en sedimentos marinos de los márgenes continentales con profundidades de agua entre 1-4 km donde se dan las condiciones de presión y temperatura adecuadas para su existencia. El gas asociado a estos hidratos representa una gran fuente potencial de energía, particularmente en un país no petrolero como Chile. El presente trabajo muestra resultados preliminares de un proyecto FONDEF en desarrollo para el estudio y caracterización de los hidratos de gas submarinos en el margen Chileno. Se muestran en particular resultados provenientes de datos sísmicos, gravimétricos y magnetométricos, adquiridos en una campaña marina realizada en Septiembre de 2002 a bordo del buque oceanográfico Vidal Gormaz de la Armada de Chile. Nuestro estudio indica que entre 33 y 40ºS, el margen Chileno muestra importantes zonas con hidratos, evidenciados por la presencia del reflector BSR en perfiles de reflexión sísmica. Entre 33 y 37ºS se ha reconocido una nueva zona con abundante presencia de hidratos. Entre 33 y 40ºS, la distribución de hidratos en el margen muestra una segmentación que al parecer se puede correlacionar aproximadamente con la ubicación actual y evolución anterior de las principales zonas de fractura del margen.

INTRODUCCIÓN Los hidratos de gas son acumulaciones cristalinas similares al hielo formadas de gas natural y agua. El bloque constructor de este sólido cristalino es una estructura ("clatrato") en la cual moléculas de agua forman una celda cuyo interior está ocupado por moléculas de gas. Muchos gases tienen tamaños moleculares adecuados para formar hidratos, incluyendo los gases que ocurren en forma natural como el dióxido de carbono, ácido sulfhídrico (sulfuro de hidrógeno) y

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

varios hidrocarburos de bajo número de carbonos. En la naturaleza, sin embargo, el más común de los hidratos de gas es el hidrato de metano. Los hidratos son concentradores naturales de gas y pueden almacenar grandes porcentajes de gas por unidad de volumen. En condiciones de presión y temperatura estándar, la descomposicion de 1 m3 de hidrato de metano produce 164 m3 de metano gaseoso y 0.8 m3 de agua (Sloan, 1990; Kvenvolden, 1988, 1993). A nivel mundial hay fundamentalmente dos ambientes donde se encuentran hidratos en grandes cantidades: (i) bajo la capa de suelo congelada permanente ("permafrost") en el Artico en condiciones de cierta presión (profundidades de algunos cientos de metros) y de temperatura relativamente bajas, y (ii) en sedimentos marinos de los márgenes continentales bajo condiciones de mayor presión (profundidades de 1-4 km) y mayor temperatura (Macleod, 1982; Kvenvolden y Barnard, 1983; Claypool y Kvenvolden, 1983; Miles, 1995; Suess et al., 1998; Verma et al., 2000;). El margen Chileno no es la excepción, e hidratos de gas del segundo tipo existen en diversos puntos del margen, principalmente en las unidades sedimentarias que forman el prisma de acreción. El gas asociado a estos hidratos representa una gran fuente potencial de energía, particularmente en un país no petrolero como Chile, donde pueden llegar a tener una importancia fundamental en su desarrollo futuro. El estudio y caracterización de este recurso es justamente el principal objetivo de un proyecto FONDEF liderado por la Escuela de Ciencias del Mar de la Universidad Católica de Valparaiso, el Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, y el Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile. El presente trabajo muestra resultados preliminares de este proyecto, en particular aquellos provenientes de datos sísmicos, gravimétricos y magnetométricos, adquiridos en una campaña marina realizada en Septiembre de 2002 a bordo del buque oceanográfico Vidal Gormaz de la Armada de Chile (Figura 1)

ANALISIS DE DATOS SISMICA DE REFLEXION La señal más comúnmente usada para la identificación de hidratos de gas en sedimentos marinos ha sido la presencia de una anomalía sobre registros sísmicos marinos llamada BSR (Bottom Simulating Reflector). Los hidratos poseen una alta velocidad de propagación de ondas sísmicas, de aproximadamente 3.3 km/s, alrededor del doble de la velocidad de los sedimentos del fondo marino que lo contienen. De esta forma la capa de sedimentos que contiene hidratos tiene una velocidad significativamente mayor que el estrato subyacente, normalmente saturado de gas libre. Este contraste de velocidad de propagación produce una reflexión muy fuerte de la energía sísmica incidente, que da origen al así llamado BSR. El BSR se identifica claramente en imágenes sísmicas marinas como un reflector aproximadamente paralelo al fondo marino. La Figura 1 muestra las trayectorias de una serie de líneas de reflexión sísmica que se han llevado a cabo en el margen, correspondientes a la campaña a bordo del buque Vidal Gormaz ya mencionada, y a otras campañas desarrolladas anteriormente en el margen en la que varios de los autores del presente trabajo también han participado. Se muestran explícitamente los tramos sobre las líneas sísmicas donde se ha detectado un BSR indicando la presencia de hidratos de gas. La Figura 2 es un perfil sísmico adquirido por el Vidal Gormaz al noroeste de Concepción, con un claro ejemplo de BSR que corta la estructura sedimentaria y prácticamente aflora al fondo oceánico.

Figura 1. Mapa de la sección del margen Chileno considerado en este trabajo. Los tramos sobre las líneas sísmicas donde se ha detectado la presencia de BSR (hidratos de gas) se representan por segmentos azules gruesos. Las líneas sísmicas presentadas corresponden a las adquiridas por el buque Vidal Gormaz de la Armada de Chile en Septiembre de 2002 (líneas delgadas rojas), y a otros estudios (líneas delgadas negras) realizados por el buque científico Alemán Sonne a fines de 2001 (Flueh et al., 2002) y por el buque R. Conrad de la U. de Columbia, USA en 1988 (Díaz, 1999).

GRAVEDAD Y MAGNETISMO Los métodos magnético y gravimétrico (métodos de potencial) discriminan los contrastes en densidad y magnetización de la secuencia sedimentaria que aloja los hidratos de gas. Su aplicación permite la caracterización de las unidades litológicas del subsuelo y el sistema estructural que lo caracteriza. El reconocimiento geológico y estructural derivado de esta técnica geofísica indirecta ha sido utilizado en forma rutinaria en los estudios de geología y geofísica marina desde hace varias décadas, siendo instrumental en el desarrollo de la teoría de tectónica de placas y en los procesos asociados a márgenes activos. Su aplicación específica en el estudio de los hidratos de gas esta orientada a la caracterización geológica y estructural del área de estudio. La calibración de su respuesta geofísica especifica, condicionada por el conocimiento preciso entregado por el método sísmico, permite extender el reconocimiento de los hidratos de gas dada la mayor cobertura de los métodos de potencial. Las Figuras 3 y 4 muestran anomalías gravimetrica (aire libre) y magnética respectivamente, obtenidas por una recopilación de datos de varias investigaciones llevadas a cabo en el margen Chileno incluyendo la mas reciente a bordo del buque Vidal Gormaz. Los mapas mostrados incluyen las correcciones estándar propias de cada método y se enmarcan dentro de los objetivos específicos del proyecto FONDEF.

Figura 2. Perfil sísmico adquirido por el Vidal Gormaz al noroeste de Concepción, con un claro ejemplo de BSR que corta la estructura sedimentaria y prácticamente aflora al fondo oceánico. El fondo oceánico es también indicado por una flecha. El perfil coincide con la ubicación de dos pozos recientemente perforados por el ODP (Ocean Drilling Program) en la zona.

Figura 3. Anomalía de aire libre obtenida de una recopilación de datos gravimétricos marinos obtenidos de varias investigaciones llevadas a cabo en el margen Chileno incluyendo la mas reciente a bordo del buque Vidal Gormaz.

NuestrhidratoreflexiFONDno preprofunpreviam

Figura 4. Anomalía magnética obtenida de una recopilación de datos marinos obtenidos de varias investigaciones llevadas a cabo en el margen Chileno incluyendo la mas reciente a bordo del buque Vidal Gormaz.

CONCLUSIONES

o estudio indica que entre 33 y 40ºS, el margen chileno muestra abundantes zonas con s de gas submarinos, evidenciados por la presencia del reflector BSR en perfiles de ón sísmica. Nuestro reciente estudio a bordo del buque Vidal Gormaz y apoyado por EF ha mostrado la presencia de hidratos de gas en abundancia entre 33 y 37ºS, una zona viamente estudiada o reconocida como tal. Estos hidratos aparentemente ocurren para didades de agua de ~1-2 km, que es aproximadamente 1 km menor que zonas de hidrato

ente encontradas al sur de 37ºS.

La distribución de hidratos en el margen muestra una segmentación que se evidencia por ejemplo en su relativa escasez entre 37 y 38.5ºS. Muy preliminarmente, vemos que existe una correlación aproximada con la ubicación actual y previo paso de las zonas de fractura principales de Challenger, Mocha y Chiloé. Estas zonas de fractura han migrado del orden de 100 km en dirección sur durante el ultimo millón de años. En particular la mayor ocurrencia de hidratos se observa entre la proyección al norte de la zona de fractura de Mocha (1Ma) y la ubicación actual de la zona de fractura de Challenger y cadena submarina de Juan Fernández en la actualidad. Este segmento no presenta en consecuencia colisiones mayores que puedan afectar su estabilidad en las escalas de tiempo apropiadas para la formación de hidratos. Una nueva zona de estabilidad nuevamente se aprecia entre la proyección al norte de la zona de fractura de Chiloé (1Ma) y la ubicación actual de la zona de fractura de Mocha. La consistencia de esta observación será tomada en cuenta al momento de evaluar la potencial ocurrencia de hidratos en la totalidad del margen Chileno. Otras zonas de fractura de menor diferencia de edad pueden ser identificadas tanto en la compilación gravimétrica como magnética, su implicancia en la preservación de los hidratos será analizada en detalle mediante un análisis integrado de la información geofísica. AGRADECIMIENTOS: Este trabajo cuenta con el apoyo del proyecto FONDEF DOOI-1104.

REFERENCIAS Claypool, G. y Kvenvolden, K. 1983. Methane and other hydrocarbon gases in marine sediment, Annual Review of

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optar al grado de Doctor en Ciencias Naturales de la Universidad de Kiel, Alemania. 140 pp. Flueh, E., Koop, H. y Schreckenberger, B. (Edts.). 2002. Subduction processes off Chile. Cruise report, Geomar. Kvenvolden, K. y Barnard, L. 1983. Hydrates of natural gas in continental margins. Bulletin of American

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Geologists., 66, 2649 - 2662. Miles, P. 1995. Potential distribution of methane hydrate beneath the European continental margins, Geophysical

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on Gas Hydrates. 13-15 March, 2000. New Delhi. India. Abstract volume, p. 3-4.