The Use of Chemical Geothermometry and Heat Loss Models in Estimating Terrestrial Heat Flow for Low-Temperature Hydrothermal System

Abstract

Attempts to use chemical thermometric data of thermal waters of estimating heat flow density values are usually based on statistical methods for determining the depth of the reservoir. This is a serious limitation and the results are often found to be of limited validity. In the present work a new method is proposed for estimating heat flow density which makes use of not only geochemical thermometric data but also readily available information on mass flow rate and geological information on conduit geometry and applied heat-loss models for determining the depth of circulation. The method was used for estimating heat flow density for thermal spring systems at Águas de Lindóia, Monte Alegre do Sul, Amparo and Serra Negra situated in the northeastern region of the State of São Paulo. Reservoir temperatures were calculated using quartz, chalcedony and Na-K-ca (Mg corrected) chemical geothermometers. Assuming that the drop from reservoir to spring temperature is caused by conductive heat loss along the conduit, two heat loss models (cylindrical and vertical plane conduits) were used for determining reservoir depth. The results obtained show fairly good agreement with conventional heat flow measurements in the same region. Experience in applying this method however indicates that model calculations on the reservoir depth are sensitive to the value of mass flow rate. Hence special attention must be paid to the geological setting of the springs for determining the total mass flow rate for each spring system. Contribution of shallower meteoric waters as well as subsurface loss of thermal waters to aquifers at depth are factors that can contribute to substantial errors in heat flow estimates.

As tentativas de uso de geotermômetros químicos para estimar a densidade de fluxo térmico em sistemas hidrotermais se baseiam geralmente em métodos estatísticos para a determinação da profundidade de reservatório. Isto constitui uma limitação séria e os resultados têm se mostrado frequentemente de validade restrita. No presente trabalho propõe-se um novo método de estimar a densidade de fluxo térmico que se utiliza da geotermometria química, além de informações como a vazão em massa das fontes, seu contexto geológico e de modelos de perda de calor. Este método é aplicado para estimar a densidade de fluxo térmico na região dos sistemas de fontes de Águas de Lindóia, Monte Alegre do sul, Amparo e Serra  Negra, situados na parte nordeste do Estado de São Paulo. As temperaturas de reservatório também foram calculadas a partir dos geotermômetros de quartzo, calcedônia e Na-K-Ca (Mg). Assumindo-se que a queda de temperatura desde o reservatório até a urgência se deve à perda de calor condutivo ao longo do trajeto das águas, foram utilizados dois modelos de perda de calor (para cotações cilíndricas e planas). Os valores de densidade de fluxo térmico resultantes foram comparados a medidas convencionais existentes na mesma região I mostra razoável concordância. A experiência na aplicação deste novo método indica, no entanto, uma alta sensibilidade com relação ao valor vazão utilizada. Cuidados especiais são necessários para determinar a vazão em massa total dos sistemas de fontes. A contribuição de águas meteóricas rasas como também possíveis perdas de vazão para aquíferos profundos, são fatores que podem provocar erros substanciais na estimativa de fluxo térmico.