Importancia de las plataformas siliciclásticas y su relación con los hidrocarburos

Los sedimentos de origen siliciclástico tales como arcillas, arenas y gravas junto a sus equivalentes litificados (lutitas, areniscas y conglomerados) pueden conformar una completa variedad de facies y asociaciones sedimentarias. Los que posteriormente conformarán las respectivos parasecuencias individuales y sets de parasecuencias; las cuales son características de cada cortejo sedimentatio (o también llamado system track). A lo largo del presente texto hablaré sobre los algunos de los términos básicos que suelen utilizarse en Sedimentología para la interpretación de una columna estratigráfica compuesta por rocas siliciclásticas.

La información mostrada a continuación está inspirada en el artículo de David LePain y Rusell Kirkham del 2001, el cual puede ser ubicado dentro de la colección bibliográfica de la SEPM (Society for Sedimentary Geology) y/o consultado en el siguiente link:

Potential reservoir facies in the Nanushuk Formation. Central North Slope, Alaska. Examples from outcrop and core.

Se debe tener en cuenta que el término plataforma hace referencia a un espacio (relativamente grande o pequeño) donde algo debe depositarse, asentarse o colocarse. Para este caso, ese “algo” correspondería a un conjunto completo de sedimentos o rocas los cuales se apilan sobre y a lo largo de un espacio que deba permitir su ordenamiento y acumulación. A partir de la ley de Walther (1894), la predicción y la distribución de cada una de las partes de esta acumulación forman parte de un arreglo sedimentario el cual estará condicionado a la superposición lateral de los ambientes de depósito existentes sobre dicha plataforma. Entonces, este término implicaría tener un espacio de acumulación sobre la corteza terrestre, sobre el cual se agrupen todo un conjunto de factores dinámicos los cuales permitan el depósito de las diversas facies sedimentarias. En el presente post las explicaciones vertidas en los siguientes párrafos se centran en la formación de facies sedimentarias del tipo transicional (continente-marino somero).

Ley de Walther (1894). La superposición de las diferentes facies sedimentarias ocurre debido a un desplazamiento de la línea de costa hacia el mar (progradación). Ilustración tomada de Boggs (2006).

Nota: En este link se encuentra una explicación muy detallada sobre lo explicado en el último párrafo.

De acuerdo al gráfico anterior. El depósito de las diferentes secuencias sedimentarias se da a través de líneas de tiempo cuyos límites litológicos o litoestratigráficos son diacrónicos (representan contacto litológicos los cuales no necesariamente se depositaron al mismo tiempo). De manera simplificada se observa cómo las capas sedimentarias se generan a partir de los cambios del nivel del mar de acuerdo al desplazamiento de la línea de costa. En un sistema mucho más complejo dichas capas se depositan a partir de los siguientes factores: suministro-disponibilidad de sedimento, acomodación y/o tectonismo. Pudiendo trabajar éstos individual o conjuntamente.

Superficie topográfica aproximada de una plataforma siliciclástica cuya pendiente es uniforme, los nombres propios de cada parte del esquema se han mantenido en el idioma correspondiente con el fin de no crear confusión terminológica. Ilustración basada en las definiciones dadas por Nichols (2009) y Catuneanu (2006).

Es así que el origen y los procesos desarrollados durante y poco después del depósito de las secuencias sedimentarias siliciclásticas cobran importancia. Muchos de los paquetes de estratos que se encuentran en estas conforman rocas del tipo reservorio de acuerdo a sus valores numéricos de porosidad y permeabilidad. Así como también existen diferentes niveles estratigráficos que corresponden a secciones de sedimentación pelágica y que presentan baja capacidad para que el fluido circule a través de éstos (rocas tipo sello o trampas estratigráficas). En el siguiente ejemplo, la columna estratigráfica mostrada posee los dos tipos de rocas mencionados:

Litológicamente se observa el cambio vertical de las asociaciones facies sedimentarias, las cuales se encuentran directamente relacionadas a su ambiente de depósito. Claramente se distinguen 4 secciones cuyas denominaciones son descritas de acuerdo a su terminología en inglés: offshore, muddy shoreface (también llamado offshore transition), shoreface, bay fill assemblage (estuarine). La evolución vertical de las asociaciones de facies está determinada por la Ley de Walther.

Desplazamientos de la línea de costa y sus efectos sobre la sedimentación clástica en una plataforma costera. Catuneanu (2006).

Los patrones sedimentarios que se generan como resultado de dichos desplazamientos crean cambios en la distribución horizontal-vertical granulométrica de las parasecuencias y sets de parasecuencias. Por lo tanto, es importante aclarar los siguientes procesos los cuales intervienen en la evolución del registro sedimentario relacionado a una plataforma siliciclástica:

-Progradación.

-Retrogradación.

-Transgresión.

-Regresión normal y regresión forzada.

Nota: La numeración mostrada a continuación representa los diferentes tipos de asociaciones de facies sedimentarias.

Gráficamente, el registro estratigráfico mostrado a continuación muestra cómo se encuentran representados los patrones sedimentarios mencionados anteriormente:

Por lo general, los patrones progradantes suelen estar caracterizados por secuencias grano-estratocrecientes. Mientras que los retrogradantes, por presentar secuencias grano-estratodecrecientes.

Por lo que muchos de los registros sedimentarios elaborados tanto en afloramientos de roca en superficie así como en subsuelo podrían correlacionarse y representarse sin perder su relación interpretativa. En el siguiente caso se muestra cómo un conjunto de asociaciones de facies sedimentarias se agrupan para formar una progradación. Este proceso también se conoce como “somerización”:

Somerización de las facies sedimentarias.

Particularmente, todos estos procesos (desplazamientos de la línea de costa y movimientos relativos del nivel del mar) están relacionados entre sí por medio de diferentes ciclos, generando así un tipo especial de secuencia sedimentaria:

Procesos y factores involucrados en la generación de secuencias sedimentarias a partir de los desplazamientos en la línea de costa. Nichols (2009).

Procesos y factores involucrados en la generación de secuencias sedimentarias a partir de los desplazamientos en la línea de costa. Nichols (2009).

Muchas de las zonas más favorables para el hallazgo de rocas reservorio (tipo de roca que posee la particularidad de almacenar hidrocarburos dentro de su estructura física) se hallan en el área correspondiente al shoreface. El cual a su vez puede estar ligado a la desembocadura de un delta. En el caso de rocas sedimentarias (por ejemplo, areniscas de grano medio a grueso) la que poseen mejor capacidad para almacenar fluido son aquellas que presentan determinados valores numéricos de porosidad y permeabilidad. Con valores que oscilarían entre el 10% para la primera e idealmente 1 darcy para la última. Esto se produce debido a la interacción entre los procesos que actúan dentro de la transición continente-océano y al retrabajo de los granos constituyentes de las rocas durante y después de su depósito.

Mediante la rápida acción de las olas, un frente de delta puede estar influenciado por las mareas y las olas marinas (parte frontal de un shoreface) por lo que está expuesto al reordenamiento y “limpieza” de los espacios intersticiales de las rocas que la componen; tal como areniscas y/o limolitas arenosas. Aumentando así su porosidad. En el caso de las trampas estratigráficas, las llanuras de baja energía correspondientes a un estuario almacenan dentro de su distribución importantes volúmenes de arcilla los cuales sellan las potenciales rocas reservorios infrayacentes (tal como se observa hacia la parte central de la sección estratigráfica mostrada anteriormente). Por lo que la evolución vertical de un conjunto de secuencias puede establecer una clara relación entre los procesos sedimentarios y el potencial petrolífero de un área en particular mediante la predicción de la forma y distribución de las facies sedimentarias a lo largo de una plataforma. Bajo condiciones reales, muchas de las rocas reservorios pertenecientes a la sección comprendida entre el shoreface y el frente de delta (delta front) presentan porosidades de alrededor 15% junto a una permeabilidad aproximada a 300 milidarcys.

Teniendo en cuenta todos estos factores (sedimentológicos y estratigráficos) no es difícil notar que la arquitectura sedimentaria (es decir, la el arreglo espacial de las facies sedimentarias) dentro de una plataforma siliciclástica está controlada por los movimientos de la línea de costa (arquitectura que puede a su vez, estar controlada por ejemplo, por tectonismo). Y que estos últimos, en conjunto, brinden zonas favorables para la generación y/o transporte de hidrocarburos como consecuencia de los procesos físicos que intervienen en su génesis.

Fallamiento normal y depósitos de glaciar en la Cordillera Blanca, Perú

Geomorfológicamente, el valle del río Santa se encuentra ubicado dentro de la cordillera occidental del Perú, departamento de Ancash. De forma muy llamativa, en el margen derecho de dicho río aparece un conjunto montañoso denominado como la Cordillera Blanca, de dirección NO-SE (siguiendo la margen andina). Cuyas dimensiones se encuentran entre los 200 y 20 kilómetros de largo y ancho, respectivamente. Dicha cordillera está conformada por una serie de montañas cuyas elevaciones oscilan entre los 5000 y 6000 msnm llegando hasta alturas cercanas a los 7 kilómetros sobre el nivel del mar. A lo largo y junto a ella, se halla una gran falla geológica la que permitió el levantamiento del macizo rocoso representado por el Batolito de la Cordillera Blanca de edad Miocena. En las fotografías de campo que se muestran a continuación (las cuales pueden ser descargadas libremente) describiré las características morfológicas que se pueden observar alrededor de dicha cordillera.

Imagen tomada de Google Earth mostrando la sección sur de la Cordillera Blanca entre Caraz y Huaraz. La línea en rojo representa a la gran falla normal de Cordillera Blanca la cual tiene una inclinación (buzamiento) hacia el Oeste.

Imagen de satélite (Google Earth) mostrando la sección sur de la cadena montañosa entre Caraz y Huaraz perteneciente a la Cordillera Blanca. La línea en rojo representa a un trazo aproximado de la gran falla normal justo al frente de dicha cordillera la cual tiene una dirección paralela a la margen andina y una inclinación (buzamiento) hacia el Oeste.

Para acceder al área mostrada, se debe ingresar por medio de la carretera que existe entre el río Santa y la parte inferior-occidental del nevado Huascarán desde la ciudad de Yungay para así avanzar a través de los poblados de Shillcop y Huashao. Estos últimos, son sitios de referencia obligatorios para poder apreciar y entrar hacia la quebrada que permite el ingreso a la Laguna Llanganuco y que atraviesa a la Cordillera Blanca en este sector. En la figura anterior, se adjunta la posición geográfica de los diferentes sitios de referencia para acceder a esta parte de la Cordillera Blanca. Para este caso, las etiquetas en amarillo representan los puntos finales de observación. El recorrido principal de este post está determinado por la unión de tales puntos con la ciudad de Yungay.

Vista hacia el Nevado Huascarán desde el poblado de Huashao, en la imagen se puede observar los grandes depósitos de morrena producidos por actividad glaciar. Detrás, una extensa y notoria escarpa correspondiente a una falla normal es fácilmente distinguible.

Vista hacia el Nevado Huascarán desde el poblado de Huashao, en la imagen se puede observar los grandes depósitos de glaciar (morrenas). Detrás, una extensa y notoria escarpa correspondiente a una falla normal es fácilmente distinguible. La línea blanca delimita el contacto entre estas 2 características (A y B).

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Cómo reconocer estructuras sedimentarias fluviales?

Durante la migración de los detritos en un río (grava, arena y lodo) muchos de estos se encuentran bajo la dinámica impuesta por el fluido que los transporta. Siendo este fluido, el agua. Esta dinámica es la responsable del modo de transporte de estos y cuya naturaleza física se encuentra evidenciada en las estructuras sedimentarias que se hallan en los depósitos fluviales presentes en valles modernos así como en las rocas sedimentarias de origen fluvial formadas en épocas anteriores.

En las gravas de forma alargada y aplanada depositadas en un medio sedimentario fluvial, es muy frecuente encontrar que muchas de estas se encuentran inclinadas hacia aguas arriba. Esta estructura sedimentaria (imbricación de clastos) se ve bien ilustrada en la figura 1; donde la dirección de depósito (paleocorriente) de los guijarros y cantos se dirige de derecha (aguas arriba) a izquierda (aguas abajo).

Figura 1. Imbricación de clastos. Nótese que las gravas (guijarros y cantos) tienen una inclinación hacia la derecha. Por lo que la dirección de flujo ocurre de derecha a izquierda.

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Flujo de detritos y desprendimiento de rocas en Songos y Surco, Huarochirí-Perú

A lo largo de estos últimos días festivos tuve el tiempo de recorrer los poblados de Songos y San Jerónimo de Surco donde pude observar diferentes procesos sedimentológicos que conforman la actual configuración topográfica de dichos sitios. Estos poblados se encuentran ubicados en la provincia de Huarochirí, departamento de Lima hacia el este de la ciudad metropolitana del mismo nombre. Exactamente, a través de la vía que conecta dichas localidades con la capital (carretera central) existen diversos depósitos sedimentarios que han sido formados en épocas anteriores y en la actualidad. Por lo que no es de sorprender que en las temporadas de verano en Lima ocurran importantes movimientos en masa los cuales causan estragos sobre la vía que conecta la costa y la sierra central del Perú.

Vista de los grandes afloramientos de roca hacia el el valle del río Rímac desde las alturas de Songos. Provincia de Huarochirí, departamento de Lima.

Grandes afloramientos de roca en las alturas del valle del río Rímac, el agua que cae desde estas alturas arrastra consigo diferentes detritos los que posteriormente, según la morfología del terreno, conforman  los actuales depósitos sedimentarios. Vista tomada desde la localidad de Songos en la provincia de Huarochirí, departamento de Lima.

Mapa de ubicación y procesos observados

En las localidades mencionadas (ubicadas en el siguiente mapa) existen diversos procesos de geodinámica externa representados principalmente por la acción del agua y la gravedad. Estos procesos están evidenciados por los depósitos sedimentarios de flujos de detritos o huaycos (debris flow) generados por el constante desprendimiento de grandes trozos de roca acompañado de similares cantidades de agua formando un flujo denso el cual discurre a lo largo de una superficie topográfica determinada, principalmente quebradas.

Mapa topográfico y de elevación digital de la zona observada, las curvas de nivel se encuentran separadas cada 100 metros.

En el mapa mostrado se observa la ubicación de los poblados de Songos y San Jerónimo de Surco. Para el primero, las fotografías de campo presentadas en este post se encuentran a lo largo de la quebrada Linday (parte izquierda del mapa); mientras que para el último las imágenes se localizan a lo largo de las quebradas Huacre y Matala (parte inferior-centro del mapa).

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