Applications de la méthode magnétotellurique pour l'étude des réservoirs magmatiques et des zones géothermiques dans le sud du Pérou (vallées de Colca et d'Ubinas)

Applications of the magnetotelluric method for the study of magmatic reservoirs and geothermal zones in southern Peru (Colca and Ubinas valleys).

• Auteur / Autrice : Jose Torres aguilar
• Direction : Stéphane Garambois, Svetlana Byrdina
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 18/03/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université catholique pontificale du Pérou, Lima
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Terre

Mots clés

Mots clés libres

Magnétotellurique (MT)

Chambre magmatique

Volcan Sabancaya

Volcan Ubinas

Magnetotellurics (MT)

Magmatic chamber

Sabancaya Volcano

Ubinas Volcano

Résumé

Ce projet de doctorat propose d'étudier et de comprendre les systèmes magmatiques sous les volcans les plus actifs du sud du Pérou (Sabancaya et Ubinas) et d'évaluer le potentiel géothermique dans les vallées de Colca et d'Ubinas (régions d'Arequipa et de Moquegua) à l'aide de la méthode magnétotellurique. Le projet aura un impact positif direct sur la population locale et améliorera les connaissances scientifiques au Pérou, pour lesquelles nous avons fixé trois objectifs : (1) la connaissance de la géométrie des systèmes d'alimentation magmatique sous ces volcans permettra d'anticiper le risque volcanique et les dangers volcaniques associés au bénéfice d'environ 35 000 habitants (INEI, 2018), y compris les touristes qui visitent ces zones volcaniques ; (2) évaluer le potentiel géothermique dans les vallées de Colca et d'Ubinas, en anticipant la demande croissante de ressources énergétiques renouvelables ; (3) se spécialiser dans la méthode magnétotellurique et diffuser les connaissances auprès de mes collègues liés à la recherche. La magnétotellurique est le principal outil utilisé pour l'exploration géothermique, en plus d'être largement utilisée dans les études de volcanologie et de subduction par la communauté internationale. Au Pérou, elle a été utilisée récemment et il y a un réel besoin de spécialistes. Ce projet de doctorat servira de base à diverses applications des méthodes électromagnétiques dans les volcans actifs et les zones géothermiques du Pérou, un pays qui abrite seize volcans actifs et potentiellement actifs. Parmi eux, le plus actif est le volcan Ubinas, suivi du volcan Sabancaya, tous deux actuellement en éruption. Un objectif futur est d'utiliser cette méthode pour étudier le volcan Misti, un massif situé près de la ville d'Arequipa (la deuxième plus grande ville du Pérou) et dont la zone d'influence abrite plus d'un million d'habitants. Pour le développement du projet de thèse, les données MT ont été acquises en 2022 en utilisant quatre équipements ADU-08/Metronix à large bande (propriété d'ISTerre). Pour l'étape de traitement et d'inversion des données MT 1D et 3D, nous utiliserons les programmes spécialisés suivants : ProcMT, rjmcmcmt, Geotools, 3dGrid et ModEM, respectivement. Les résultats seront ensuite corrélés avec les études sismiques et la télédétection (InSAR). Les activités du projet seront supervisées par les docteurs S. Garambois et S. Byrdina de l'ISTerre/IRD (France), respectivement spécialistes des méthodes sismiques et électromagnétiques. Marco A. Milla de la PUCP et H. Tavera de l'IGP/PUCP, chercheurs scientifiques de haut niveau en télédétection et sismologie. Dans le cadre de l'accord entre l'IGP et l'IRD, l'IGP a une longue histoire de collaboration avec ISTerre, y compris des projets consacrés à la sismicité à Ubinas et Sabancaya (par exemple, le doctorat de A. Inza et R. Machaca). Actuellement, l'énergie géothermique est devenue un nouveau centre d'intérêt à ISTerre et semble être l'endroit idéal pour effectuer ce travail. Les méthodes électromagnétiques, telles que la magnétotellurique ou l'électromagnétisme transitoire (TDEM), peuvent également être appliquées à l'étude des gisements minéraux, à la recherche sur les ressources en eau, etc. Par conséquent, les connaissances acquises au cours du projet de doctorat permettront d'élargir la compréhension des systèmes volcaniques, d'améliorer les prévisions des éruptions volcaniques et d'évaluer les ressources géothermiques, tout en étant le point de départ d'autres projets multidisciplinaires liés aux géosciences.

This PhD project proposes to study and understand the magmatic systems beneath the most active volcanoes in southern Peru (Sabancaya and Ubinas) and to evaluate the geothermal potential in the Colca and Ubinas valley (Arequipa and Moquegua regions) using the magnetotelluric method. The project will have a direct positive impact on the local population and will improve scientific knowledge in Peru, for which we set three objectives: (1) knowledge of the geometry of the magmatic feeder systems beneath these volcanoes will help anticipate volcanic risk and associated volcanic hazards for the benefit of approximately 35 000 inhabitants (INEI, 2018), including tourists visiting these volcanic areas; (2) evaluate the geothermal potential in the Colca and Ubinas valleys, anticipating the growing demand for renewable energy resources; (3) specialize in the magnetotelluric method and disseminate the knowledge among my colleagues linked to research. Magnetotellurics is the main tool used for geothermal exploration, besides being widely used in volcanology and subduction studies by the international community. In Peru, it has been used recently and there is a real need for specialists. This PhD project will serve as a basis for various applications of electromagnetic methods in active volcanoes and geothermal zones in Peru, a country that is home to sixteen active and potentially active volcanoes. Among them, the most active is the Ubinas volcano, followed by the Sabancaya volcano, both currently erupting. A future objective is to use this method to study the Misti volcano, a massif located near the city of Arequipa (the second largest city in Peru) and whose area of influence is home to more than one million inhabitants. For the development of the PhD project, MT data were acquired in 2022 using four broadband ADU-08/Metronix equipment (owned by ISTerre). For the 1D and 3D MT data processing and inversion stage, we will use the following specialized programs: ProcMT, rjmcmcmt, Geotools, 3dGrid and ModEM, respectively. The results will then be correlated with seismic surveys and remote sensing (InSAR). The project activities will be supervised by Dr. S. Garambois and Dr. S. Byrdina from ISTerre/IRD (France), specialists in seismic and electromagnetic methods, respectively. Marco A. Milla from PUCP and H. Tavera from IGP/PUCP, outstanding scientific researchers in remote sensing and seismology. In the framework of the agreement between the IGP and IRD, the IGP has a long history of collaboration with ISTerre, including projects dedicated to seismicity at Ubinas and Sabancaya (e.g., PhD of A. Inza and R. Machaca). Currently, geothermal energy has become a new focus at ISTerre and seems an optimal place to perform this work. Electromagnetic methods, such as magnetotellurics or transient electromagnetics (TDEM), can also be applied to mineral deposit studies, water resources research, etc. Therefore, the knowledge acquired during the PhD project will allow to broaden the understanding of volcanic systems, improve forecasts of volcanic eruptions and evaluate geothermal resources, as well as being the starting point for other multidisciplinary projects related to geosciences.