The Geothermal Resource in the Guanacaste Region (Costa Rica) New Hints From the Geochemistry of Naturally Discharging Fluids

Abstract

The Guanacaste Geothermal Province (GGP) encompasses the three major volcanoes of northern Costa Rica, namely from NW to SE: Rincón de la Vieja, Miravalles, and Tenorio. The dominant occurrence of (i) SO4-rich acidic fluids at Rincón de la Vieja, (ii) Cl-rich mature fluids at Miravalles, and (iii) HCO−3-rich and low-temperature fluids at Tenorio was previously interpreted as due to a north-to-south general flow of thermal waters and a magmatic gas upwelling mostly centered at Rincón de la Vieja, whereas Miravalles volcano was regarded as fed by a typical geothermal reservoir consistingof a highly saline Na-Cl aquifer. The uniformity in chemical and isotopic (R/Ra andδ 34S) compositions of the neutral Cl-rich waters suggested to state that all the thermal discharges in the GGP are linked at depth to a single, regional geothermal system. In thisscenario, the thermal manifestations related to Tenorio volcano were regarded as a distal and diluted fluid outflow. In this study, a new gas geochemical dataset, including both chemical and isotopic (δ 13C-CO2 and R/Ra) parameters of fluid discharges from the three volcanoes, is presented and discussed. Particular attention was devoted to the Tenorio thermal manifestations, since they were poorly studied in the past because this area has been considered of low geothermal potential. The aim is to provide insights into the magmatic-hydrothermal fluid circulation and to verify the spatial distribution of the heat fluid source feeding the fluid manifestations. According to this new dataset, CO2, i.e., the most abundant dry gas in the fluid manifestations, is mostly produced by limestone, whereas the mantle CO2 contribution is ≤3.3%. Strongly acidic gas compounds from magma degassing were absent in the discharged fluids, being scrubbed by secondary processes related to prolonged fluid-rock interactions and mixing with shallow aquifers. Our results only partially confirm the previously depicted model, because the geochemical and isotopic features (e.g., relatively high concentrations of temperature-dependent gases and high R/Ra values) shown by fluids seeping out from the southern sector of Tenorio volcano are more representative of medium-to-high enthalpy volcanic systems than those typically occurring in distal areas. This implies that the geothermal potential in the south of the GGP is higher than previously thought.La Provincia Geotérmica de Guanacaste (PGG) abarca los tres volcanes principales del norte de Costa Rica, de noroeste a sureste: Rincón de la Vieja, Miravalles y Tenorio. La presencia predominante de (i) fluidos ácidos ricos en SO₄ en Rincón de la Vieja, (ii) fluidos maduros ricos en Cl en Miravalles, y (iii) fluidos ricos en HCO−₃ y de baja temperatura en Tenorio se interpretó previamente como resultado de un flujo general de aguas termales de norte a sur y una surgencia de gas magmático centrada principalmente en Rincón de la Vieja, mientras que el volcán Miravalles se consideraba alimentado por un reservorio geotérmico típico consistente en un acuífero de Na-Cl altamente salino. La uniformidad en las composiciones químicas e isotópicas (R/Ra y δ₃S) de las aguas neutras ricas en Cl sugirió que todas las descargas termales en la PGG están vinculadas en profundidad a un único sistema geotérmico regional. En este escenario, las manifestaciones térmicas relacionadas con el volcán Tenorio se consideraron como una salida de fluido distal y diluida. En este estudio, se presenta y analiza un nuevo conjunto de datos geoquímicos de gases, que incluye parámetros químicos e isotópicos (δ⁻C-CO₂ y R/Ra) de las descargas de fluidos de los tres volcanes. Se prestó especial atención a las manifestaciones térmicas del Tenorio, ya que fueron poco estudiadas en el pasado debido a que esta área se ha considerado de bajo potencial geotérmico. El objetivo es comprender la circulación de fluidos magmáticos-hidrotermales y verificar la distribución espacial de la fuente de fluidos térmicos que alimenta las manifestaciones de fluidos. Según este nuevo conjunto de datos, el CO₂, es decir, el gas seco más abundante en las manifestaciones de fluidos, es producido principalmente por la caliza, mientras que la contribución del CO₂ del manto es ≤3,3 %. Los compuestos gaseosos fuertemente ácidos provenientes de la desgasificación del magma no se encontraron en los fluidos descargados, ya que fueron depurados por procesos secundarios relacionados con las interacciones prolongadas fluido-roca y la mezcla con acuíferos someros. Nuestros resultados solo confirman parcialmente el modelo descrito previamente, ya que las características geoquímicas e isotópicas (p. ej., concentraciones relativamente altas de gases dependientes de la temperatura y altos valores de R/Ra) que presentan los fluidos que se filtran desde el sector sur del volcán Tenorio son más representativas de sistemas volcánicos de entalpía media a alta que las que se presentan típicamente en las zonas distales. Esto implica que el potencial geotérmico en el sur del GGP es mayor de lo que se creía.