La cuenca del Duero se localiza en el cuadrante Noroeste de la Península Ibérica. Es la cuenca cenozoica de mayor extensión, con aproximadamente 50.000 km² (Sánchez San Román, 2006; Alonso-Gavilán et al., 2004).

Estructuralmente es una cuenca intraplaca de compleja evolución, que empezó a definirse a finales del Cretácico, posiblemente debido a la reactivación de los sistemas tardihercínicos de fracturas, en la que se distinguen varios sectores con características tectosedimentarias propias (Alonso-Gavilán et al., 2004; Armenteros & Mediavilla-Manzanal, 1997). La cuenca del Duero cuenta con una morfología asimétrica en la que los márgenes Sur y Oeste experimentaron una ligera subsidencia a favor de fallas en un contexto tectónico de horst y grabens (Alonso-Gavilán, 1981; Marfil & Gómez-Gras, 1992), mientras el sector norte funcionó, desde el Eoceno, como una cuenca de antepaís, relacionada con la evolución alpina de la cordillera Cantábrica (Alonso et al., 1996); por su parte, el sector Este mantuvo un comportamiento similar con respecto a la cordillera Ibérica.

Como consecuencia de este comportamiento geodinámico diferencial, el zócalo de la cuenca se hundió progresivamente hacia el Norte y Este, generándose en estas zonas los mayores espacios de acomodación y de mayor espesor de acumulación de sedimentos. La distribución paleogeográfica de facies, la evolución del carácter endorreico y las etapas de relleno de la cuenca se escapan del alcance del presente trabajo, encontrándose una descripción detallada de estos y otros aspectos a nivel de cuenca en Armenteros et al. (2002). En los trabajos de Herrero (2004) y Herrero et al. (2002) se pueden consultar estudios de menor escala y sobre los mismos aspectos en los sectores central y noroccidental de la cuenca, respectivamente. De especial interés resultan las propuestas de división en unidades sísmicas del sector norte de la cuenca del Duero establecidas por Herrero et al. (2010) y al análisis de la fracturación en el mismo dominio (Herrero & Gómez-Fernández, 2011).

Las unidades litoestratigráficas objeto del presente trabajo aparecen representadas exclusivamente en el zócalo y en los bordes de la cuenca del Duero, y no se corresponden con su relleno (finicretácico-Paleógeno). Dentro de la secuencia sedimentaria mesozoica (Prado et al., 2010), se consideran aquí dos sistemas: por una parte, las series detríticas rojizas de edad triásica (Buntsandstein), considerada en trabajos anteriores (Geocapacity Project, VII Programa Marco; Proyecto ALGECO2) como potencial almacén de CO₂, junto a la secuencia de margas, arcillas y yesos del Keuper, que actuaría como sello del sistema; por otra parte, sobre el conjunto cretácico, se consideran los niveles arenosos en facies Utrillas como almacén de CO₂ (Geocapacity Project, VII Programa Marco; Proyecto ALGECO2), configurando los depósitos margoso-arcillosos paleocenos (facies Garum) el nivel confinante de este segundo sistema.

Como se observa en la Figura 3, la cuenca del Duero reúne no solo características técnicas, sino que también socio-económicas como para ser considerada como idónea para albergar estructuras y unidades geológicas susceptibles de almacenar CO₂.

La selección de las unidades litoestratigráficas objeto de estudio se justifica por varias consideraciones presentadas en trabajos anteriores (Ruiz et al., 2007; Ruiz & Lomba, 2008; Vangkilde-Pedersen et al., 2009) que, a su vez, se han basado en información previa disponible, principalmente de sondeos de exploración de hidrocarburos.

Se consideran en este estudio datos preexistentes de dos unidades detríticas -conocidas de forma informal como “facies Utrillas”, y “facies Buntsandstein”– que, a priori, presentan propiedades favorables para confinar de forma estable y segura el CO₂: por una parte, su porosidad es principalmente primaria, lo que les confiere una mayor homogeneidad y, por consiguiente, una mejor distribución del fluido inyectado; por otra parte, su naturaleza mi-neralógica (principalmente siliciclástica) propiciará que la roca se vea afectada en menor medida por la interacción química entre fluido-roca.

Los afloramientos de las unidades litoestratigráficas en consideración ofrecen la posibilidad de evaluar algunos aspectos relacionados con su viabilidad como potenciales formaciones almacén de CO₂. Es más, estos afloramientos ofrecen la posibilidad de realizar estudios relativos a la petrofísica, hidrodinámica y comportamiento mecánico de estas formaciones.

Existe información previa disponible a través de las campañas que el Instituto Geológico y Minero de España llevó a cabo para la caracterización de ciertas formaciones (detríticas y carbonatadas) con fines diversos, principalmente la elaboración de cartografía geológica para el proyecto MAGNA. Dicha información, es pública, pero su formato no permite su procesado y/o análisis estadístico.

Los datos que se presentan a continuación sobre la composición mineral de muestras de afloramientos de las areniscas rojas del Buntsandstein proceden de la elaboración de las hojas 239, 277 278, 279 y 316 del mapa geológico nacional, mientras que los datos correspondientes a muestras de las arenas cretácicas en facies Utrillas proceden de la información complementaria de las hojas 109, 129, 130, 131, 239, 277 y 349 (Figura 6).

Tras el análisis estadístico de los datos sobre la composición mineral de 62 muestras procedentes de la unidad Utrillas y de 89 muestras de la unidad Buntsandstein es posible diferenciar resultados relacionados con (a) la composición mineralógica y (b) el carácter textural, y que podrían priorizar la idoneidad de una formación frente a otra en relación a sus características intrínsecas como almacén.

Dichas muestras, como se ha indicado, han sido recogidas y descritas durante la campaña de elaboración de determinadas hojas del mapa geológico nacional por el Instituto Geológico y Minero de España. Si bien esta información es pública, para la interpretación de la misma ha sido necesario digitalizar las fichas de cada muestra, así como los datos recogidos en ella.

Desde el punto de vista de la composición mineralógica de las correspondientes fracciones granulares, el cuarzo es la fase mineral predominante en ambas unidades, llegando a superar el 90% en algunos casos. Siguiendo un orden de importancia cuantitativa, el contenido medio en feldespato potásico resulta de un 10,6% (con valores máximos que superan 30%) para la unidad Utrillas, frente a un 23,8% (con un valor máximo del 51%) en el caso de las areniscas rojas triásicas en facies Buntsandstein. Finalmente, la proporción de fragmentos de roca es superior en la unidad cretácica (principalmente restos de pizarras y areniscas, con un promedio del 15,6%) que en la unidad triásica (fragmentos de roca metamórfica que, en valor medio, suponen un 4,45% de la fracción granular).

Así, según se puede apreciar en la figura 7A y desde el punto de vista petrológico, las arenas en facies Utrillas están constituidas por cuarciarenitas, sublitarenitas y subarcosas estando el resto de sub-grupos representados principalmente por arcosas líticas y litarenitas feldespáticas. Por su parte (ver figura 7B), las areniscas rojas triásicas en facies Buntsandstein están constituidas predominantemente por arcosas, con una representación menor de subarcosas y sublitarenitas.

De entre estos aspectos, en relación con la aptitud de ambos niveles para configurar un buen almacén de CO₂, cabría discutir la significativa diferencia de contenidos en feldespato potásico en ambas unidades. En trabajos anteriores (Raistrick et al., 2009) se cita que la presencia de feldespato potásico en el esqueleto mineral del almacén puede promover varios fenómenos con influencia directa sobre el comportamiento del mismo: la reacción de disolución del CO₂ con la salmuera original que rellena el espectro poroso del almacén acidificaría la salmuera, que podría atacar con mayor facilidad al feldespato y, por lo tanto, meteorizarlo, favoreciendo el atrapamiento iónico y mineral del CO₂ inyectado (Parry et al., 2007) en forma de ion bicarbonato (en el primer caso) y una potencial precipitación posterior en forma de carbonato (en el segundo caso). Con presencia de Na⁺ en la salmuera, (Johnson et al., 2004) citan el atrapamiento mineral mediante neoformación de dawsonita, mecanismo que ayudaría a mantener la inyectividad original del almacén. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la meteorización del feldespato potásico lleva asociada la aparición de fases minerales arcillosas (caolinita, sericita, etc.), fenómeno que podría modificar los valores originales de porosidad y, especialmente, permeabilidad (Parry et al., 2007). En particular, la permeabilidad puede verse reducida por dos mecanismos: relleno de poros como resultado de esta transformación mineral, y posterior rotura de las láminas de los filosilicatos, que parcialmente pueden bloquear la garganta del poro, siendo esta última la principal causa de la pérdida de permeabilidad (Vinopal & Taylor, 1999).

Sobre la textura (entendida como distribución de tamaños de grano, ver figura 10) de las muestras de las dos unidades consideradas en el presente trabajo, se observa que esta propiedad resulta ventajosa, en cuanto a la configuración de un buen almacén, en las arenas cretácicas, que cuentan con mayores proporciones de las fracciones de mayor tamaño. Así, el conjunto de las fracciones grava y arena es proporcionalmente superior en las facies Utrillas que en las facies Buntsandstein. Considerando dicho conjunto (es decir, la granulometría superior a 63 μm), la unidad Utrillas presenta un porcentaje del 92,53% de los componentes granulares en este intervalo de tamaños, con lo que el conjunto limo y arcilla (la granulometría inferior a 63 μm, de la que una parte sería fase de unión en forma de matriz), en la segunda de las unidades consideradas (facies Buntsandstein) es superior.

Analizando el conjunto de los resultados de los epígrafes anteriores, se puede comprobar que los niveles en facies Utrillas presentan una mayor madurez mineralógica, al presentar un menor contenido medio de matriz (fracción menor de 30 μm, ver Figura 10), así como una mejor (más elevada) relación cuarzo/feldespato potásico en la fracción granular (Figura 7).

Sobre una muestra representativa de cada una de las rocas objeto de estudio se ha realizado un ensayo de porosimetría por inyección de Hg en los laboratorios de los Servicios Científico-Técnicos de la Universidad de Oviedo por medio de un porosímetro AutpoPore IV, y siguiendo la norma ISO 15901-1. Se ha elegido esta técnica instrumental ya que permite analizar todo el rango de macroporos (más de 50 nm), y la práctica totalidad de mesoporos (entre 50 y 2 nm), siguiendo la clasificación de la IUPAC. Los resultados numéricos absolutos se muestran en la Tabla 2.

En las Figuras 11 y 12 se muestran los volúmenes de Hg intruidos en los ensayos, en función del diámetro del espectro de poros de la muestra. Como se puede apreciar, el sistema poroso de las arenas en facies Utrillas cuenta con una mayor proporción de porosidad primaria (intergranular), que es la que se puede asemejar a tamaños de poros superiores a 1 μm (en diámetro). Por su parte, la mesoporosidad (cuya interpretación se asociaría a las irregularidades superficiales de los granos minerales) es más importante en el sistema de espacios vacíos de las areniscas triásicas, pero, en cualquier caso, poco importante cuantitativamente.