Análisis comparativo de los controles tectónicos y eustáticos sobre la estratigrafía de post-rift (Jurásico Inferior - Cretácico Inferior) en el sector central de la Cuenca Neuquina, Argentina Scivetti, Nicolás Doctor en Ciencias Naturales Dirección: Franzese, Juan Rafael Facultad de Ciencias Naturales y Museo 2017 Acceso en: http://naturalis.fcnym.unlp.edu.ar/id/20171005001552 Naturalis Repositorio Institucional http://naturalis.fcnym.unlp.edu.ar Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Naturales y Museo Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) http://naturalis.fcnym.unlp.edu.ar https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/legalcode.es http://naturalis.fcnym.unlp.edu.ar http://www.tcpdf.org Análisis comparativo de los controles tectónicos y eustáticos sobre la estratigrafıá de post-rift (Jurásico Inferior - Cretácico Inferior) en el sector central de la Cuenca Neuquina, Argentina Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Naturales y Museo TESIS DOCTORAL Autor: Lic. Nicolás Scivetti Director: Dr. Juan Rafael Franzese La Plata, 2017 Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Naturales y Museo Centro de Investigaciones Geológicas Análisis comparativo de los controles tectónicos y eustáticos sobre la estratigrafía de post-rift (Jurásico Inferior - Cretácico Inferior) en el sector central de la Cuenca Neuquina, Argentina TESIS DOCTORAL Autor: Lic. Nicolás Scivetti Director: Dr. Juan Rafael Franzese La Plata, 2017 Don't get set into one form, adapt it and build your own, and let it grow, be like water. Empty your mind, be formless, shapeless, like water… Lee Jun-Fan AGRADECIMIENTOS A mi director, Juan Franzese, por esta oportunidad, su tiempo y su confianza. Al CONICET, por financiar este proyecto de investigación y brindarme la posibilidad de continuar mi formación profesional. A la UNLP y especialmente a la FCNyM. A los jurados de este trabajo, quines lo han enriquecido con sus comentarios. Al Dr. Sergio D. Matheos quien, a través de la Subsecretaría de Coordinación Institucional del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación (MINCyT), avaló la solicitud de información de subsuelo. A la Subsecretaría de Minería y Energía de la provincia de Mendoza, a la Subsecretaría de Minería e Hidrocarburos de la provincia del Neuquén y a la empresa YPF S.A. por permitir el acceso a la información de subsuelo. A las Cátedras de Sedimentología y Geología Estructural de la FCNyM por las enseñanzas y el acompañamiento durante estos años. A todo el personal de Centro de Investigaciones Geológicas. A mis amigos y compañeros de oficina. A mis amigos y hermanos de la vida. A mi familia. A Euge, por acompañarme, apuntalarme, tolerarme y por dedicar su tiempo libre a memorizar la estratigrafía de la Cuenca Neuquina. ÍNDICE Resumen Abstract 1 - INTRODUCCIÓN Introducción 1 Objetivos 4 Hipótesis 5 2 - MARCO GEOLÓGICO Marco geológico 6 Estratigrafía 10 Área de estudio 16 3 - METODOLOGÍA Tareas de campo Recolección de datos para el mapeo geológico 21 Levantamiento de perfiles estratigráficos y sedimentológicos 22 Tareas de gabinete Recopilación bibliográfica 24 Solicitud de información de subsuelo 25 Mapeo digital 25 Legajos y perfiles de pozo 28 Líneas sísmicas 2D 28 Obtención de la ley de velocidad 29 Conversión Tiempo a Profundidad de líneas sísmicas 31 Secciones estructurales a partir del mapa geológico de detalle 32 Conversión de imágenes en información de subsuelo 34 Procesamiento de las Secciones Sísmicas Sintéticas 35 Cálculo de subsidencia puntual 35 Construcción del modelo geológico regional 3D 40 Modelado de facies 46 Secciones estructurales-estratigráficas regionales 48 Espesor elástico de la litósfera 49 Backstripping 2D 51 Extensión inicial 52 Cálculo de la flexión litosférica en 2D 53 Modelado de la flexión litosférica en 3D 54 Análisis e interpretación de la información 55 ANEXO 1 56 4 - RELLENO JURÁSICO INFERIOR – CRETÁCICO INFERIOR Y ESTRUCTURA DEL ÁREA DE ESTUDIO El relleno Jurásico Inferior – Cretácico Inferior en afloramientos del área de estudio 59 El relleno Jurásico Inferior – Cretácico Inferior en el subsuelo del área de estudio 64 El relleno Jurásico Inferior – Cretácico Inferior en el área de estudio 66 La estructura del área y su relación con los espesores de post-rift 73 Resumen del capítulo 80 5 - ANÁLISIS GEOHISTÓRICO, BACKSTRIPPING Y CURVAS DE SUBSIDENCIA TECTÓNICA Backstripping 1D 81 Descompactación 81 Batimetría 84 Edad de las unidades estratigráficas del post-rift 86 Variaciones eustáticas 87 Las curvas de subsidencia tectónica en el área de estudio 89 Backstripping 2D 99 Determinación del espesor elástico 100 Resumen del capítulo 116 6 - EXTENSIÓN INICIAL DE LA CUENCA NEUQUINA EN EL ÁREA DE ESTUDIO Introducción 118 Determinación del factor de estiramiento 120 Curvas de subsidencia teórica 122 Resumen 127 7 - DISCUSIÓN Introducción 128 Geometría y distribución del relleno Jurásico Inferior – Cretácico Inferior en el área de estudio 129 Análisis de las curvas de subsidencia tectónica del área de estudio 131 Análisis tectono-estratigráfico 135 Controles tectónicos versus controles eustáticos sobre la estratigrafía de la etapa de post-rift 160 Evolución tectono-estratigráfica del intervalo Jurásico Inferior – Cretácico Inferior en el área de estudio 162 8 – CONCLUSIONES 164 9 - BIBLIOGRAFÍA Citas 167 Resumen RESUMEN Los controles tectónicos y eustáticos que condicionan la evolución estratigráfica de una cuenca sedimentaria suelen actuar con diferentes magnitudes y frecuencias. Por lo tanto, el hecho de aislar, comprender y cuantificar la influencia de cada uno de ellos constituye un desafío. El análisis de la subsidencia ha demostrado ser una técnica eficaz para el estudio de cuencas sedimentarias. Consiste en determinar los movimientos verticales de un horizonte estratigráfico a través del tiempo lo que permite, por medio de la comparación con modelos teóricos y empíricos, inferir los mecanismos tectónicos responsables de la formación y evolución de una cuenca. Dada la escasa existencia de antecedentes en esta temática para la Cuenca Neuquina, en este trabajo se presenta un estudio detallado sobre la evolución tectónica del periodo Jurásico Inferior – Cretácico Inferior y su relación con las variaciones eustáticas en el sector central de la Cuenca Neuquina, abarcando el sur de la provincia de Mendoza y norte de la provincia del Neuquén. Clásicamente, este periodo ha sido asociado a la subsidencia termal de la cuenca por lo que se lo denomina etapa de post-rift. Sin embargo, durante esta etapa se han reconocido eventos de reestructuración, extensión, reactivación e inversión que demuestran alteraciones durante el desarrollo de la subsidencia termal. La metodología empleada consistió en la vinculación de información proveniente de los afloramientos e información del subsuelo en un área físicamente correlacionable. Para ello, se llevó a cabo el levantamiento de perfiles estratigráficos, mapeo geológico de detalle y secciones estructurales, los cuales fueron integrados con datos de perforaciones y líneas sísmicas 2D en un modelo geológico regional. A partir de dicho modelo se confeccionaron los mapas de espesor de las diferentes unidades del relleno de la etapa de post-rift. Posteriormente se aplicó la técnica de backstripping 1D sobre los pozos disponibles y los perfiles relevados a fin de obtener los valores de subsidencia tectónica local. Luego se obtuvieron las propiedades mecánicas de la litósfera sobre la que se implantó la cuenca en el área de estudio con el objetivo de aplicar la técnica de backstripping 2D. Por último, se llevó a cabo la determinación del factor de estiramiento que dio origen a la Cuenca Neuquina en el área de estudio. Los resultados obtenidos demostraron que existe un marcado cambio en la geometría y distribución de los espesores de las diferentes unidades durante el desarrollo de la etapa de post-rift. Durante los estadios iniciales de esta etapa, los depósitos parecerían respetar la geometría heredada de la extensión inicial, mientras que a partir del Kimmeridgiano pondrían de manifiesto una fuerte influencia andina. Además, se determinó que la resistencia flexural de la litósfera durante este periodo fue baja, por lo que el mecanismo de isostasia pudo ser modelado como de tipo Airy. De esta menara las curvas de subsidencia tectónica obtenidas por medio del backstripping 1D serían representativas para el área de estudio. La Resumen geometría de dichas curvas se aparta considerablemente del comportamiento esperado para una cuenca dominada por la subsidencia termal, lo que sugiere el accionar sincrónico de otros mecanismos de subsidencia. Estos resultados dejan en evidencia que la etapa de post-rift de la Cuenca Neuquina para el área de estudio tuvo una evolución tectónica más compleja que la determinada exclusivamente por la subsidencia termal. Su origen estuvo vinculado a un episodio de extensión mecánica de la litósfera en el Triásico Superior – Jurásico Inferior que, una vez finalizado, da lugar a la subsidencia termal presentando ambos un buen ajuste con los modelos teóricos de cuencas extensionales. A partir del Calloviano Medio, asociado al restablecimiento previo de la subducción en el margen sudoeste de Gondwana, se habría interrumpido el dominio de la subsidencia termal para dar paso al predominio de la subsidencia dinámica. Este cambio en el mecanismo de subsidencia estaría representado por la aparición de la discordancia Intracalloviana. Hacia el Kimmeridgiano, el accionar de la carga sobre la litósfera ejercida por el arco magmático andino y la Dorsal de Huincul habría dado lugar al predomino de la subsidencia flexural en la cuenca. La magnitud de estas cargas y las propiedades mecánicas de la litósfera durante este periodo habrían resultado en un depocentro subrelleno y zonas periféricas elevadas. El inicio de esta etapa, dominada por la flexión de la litósfera, originaría la discordancia Intramálmica. El periodo Tithoniano – Berriasiano estaría representado por un evento transgresivo el cual ocupa rápidamente el depocentro subrelleno con depósitos marino profundos en un claro contexto de dominio de la subsidencia dinámica. A partir del Valanginiano Inferior, el descenso del ángulo de subducción generaría la disminución de la tasa de generación de subsidencia dinámica para este sector de la cuenca y la inversión de estructuras preexistentes que, en sincronía con una caída del nivel mar, daría origen a la discordancia Intravalanginiana. El análisis comparativo entre los controles eustáticos y tectónicos durante la etapa de post-rift sugiere que, a diferencia de los controles tectónicos, las variaciones eustáticas operaron en intervalos y con magnitudes que no son consistentes con los cambios estratigráficos mayores registrados. Por lo tanto, la evolución estratigráfica para la etapa de post-rift en el área de estudio estaría controlada principalmente por eventos tectónicos e influenciada secundariamente por variaciones eustáticas. Cabe destacar que el entendimiento de las relaciones tectono-eustáticas reviste importancia en el conocimiento e interpretación de los sistemas petroleros de la Cuenca Neuquina. Por ello, los resultados de este trabajo de investigación poseen potencial impacto en la industria hidrocarburífera de la Cuenca Neuquina, y por lo tanto en el desarrollo socio-económico de la Argentina. Abstract ABSTRACT The tectonic and eustatic controls that condition the stratigraphic evolution of a sedimentary basin usually act with different magnitude and frequency, therefore, to isolate, understand and quantify the influence of each and every one of them, constitutes a challenge. Subsidence analysis has proved to be an effective technique for the study of sedimentary basins. It consists in determining the vertical movements of a stratigraphic horizon over time which allows, by means of comparison with theoretical and empirical models, inferring the tectonic mechanisms responsible for the formation and evolution of a basin. The existence of previous studies in this topic is scarce in the Neuquén Basin. This work presents a detailed study on the tectonic evolution of the Lower Jurassic - Lower Cretaceous period and its relationship with the eustatic variations in the central sector of the Neuquén Basin, covering the southern sector of the Mendoza province and the northern sector of the Neuquén province. Classically, this period has been associated to the thermal subsidence of the basin and as such is termed post-rift stage. However, during this stage, events of restructuration, extension, reactivation and inversion have been recognized which show alterations during the development of thermal subsidence. The methodology used consisted of the integration of information coming from outcrop and subsurface within a physically correlated area. Stratigraphic logs, detailed geological maps and structural sections were obtained from the outcrop sector and integrated with well and 2D seismic lines in a regional geological model. From this model, thickness maps of the post-rift units were made. Subsequently, 1D backstripping technique was applied on wells and logs to obtain the local tectonic subsidence values. Then, the mechanical properties of the lithosphere during the studied basin stage were determined to apply the 2D backstripping technique. Finally, the lithospheric extension factor in the study area was determined. Results show that there is a marked change in the geometry and distribution of the thickness in the post-rift units during the development of this stage. During the beginning of this stage, units would seem to respect the inherited geometry from the initial extension, whereas from the Kimmeridgian onwards they show a strong Andean influence. In addition, it was determined that the lithosphere flexural strength of this period was low, so that the mechanism of isostasy could be modeled as Airy type. From this, the tectonic subsidence curves obtained by 1D backstripping would be representative for the study area. The geometry of these curves from the Middle Callovian onwards departs considerably from the expected behavior for a basin dominated by thermal subsidence. This suggests the participation of other subsidence mechanisms in synchrony with the thermal subsidence. These results show that the post-rift stage of the Neuquén Basin for the study area had a more complex tectonic evolution than determined exclusively by thermal subsidence. Abstract The origin of the basin was linked to an Upper Triassic - Lower Jurassic lithosphere mechanical extension episode which, once ended, gave rise to thermal subsidence. Both stages show a good fit with the theoretical models of extensional basins. From the Middle Callovian, due to the subduction re- establishment in the Gondwana southwest margin, the dominant subsidence mechanism within the basin would have shifted from thermal to dynamic subsidence. This change in the dominant subsidence mechanism would be represented by the Intracallovian unconformity. Towards the Kimmeridgian, the action of supracrustal loads exerted by the Andean magmatic arc and the Huincul Arch would have given rise to the predominance of the flexural subsidence in the basin. The magnitude of these loads and the lithosphere mechanical properties during this period would have resulted in a underfilled depocenter and uplifted peripheral zones. The beginning of this stage, dominated by lithospheric flexure, would give rise to Intramalmic unconformity. The Tithonian - Berriasian period would be represented by a transgressive event which quickly occupies the underfilled depocenter with deep marine deposits in a context of dynamic subsidence dominance. From the Lower Valanginian, the decreasing subduction angle would generate a diminution in the rate of dynamic subsidence generation for this sector of the basin and the inversion of preexisting structures that, in synchrony with a sea level fall, would give rise to the Intravalanginian unconformity. The comparative analysis between the eustatic and tectonic controls during the post-rift stage suggests that, unlike tectonic controls, eustatic variations have operated with intervals and magnitudes that are not consistent with the major stratigraphic changes recorded. Therefore, the stratigraphic evolution of the post-rift stage in the study area would be mainly controlled by tectonic events and secondarily influenced by eustatic variations. It should be noted that the understanding of tectono-eustatic relations has an impact in the knowledge and interpretation of the Neuquén Basin petroleum plays. Therefore, the results of this research work have a potential impact on the hydrocarbon industry of the Neuquén Basin and, consequently, in the Argentine socio-economic development. Introducción 1 INTRODUCCIÓN La Cuenca Neuquina ha sido estudiada profusamente desde hace ya más de un siglo, tanto desde el punto de vista científico como desde el punto de vista de la industria (Howell et al., 2005) por el hecho de constituir una de las comarcas petroleras más importantes de la Argentina. Sin embargo, su evolución tectono-estratigráfica es muy compleja y aún no se comprende con toda claridad. Su historia se inicia en el Triásico Superior y se extiende hasta el Cenozoico; acumulando durante este intervalo una sucesión sedimentaria de hasta 7.000 metros de espesor en zonas depocentrales (Vergani et al., 1995). Clásicamente su evolución ha sido dividida en tres diferentes etapas (Howell et al., 2005): 1) Etapa de extensión o de rift, de edad Triásico Superior a Jurásico Inferior durante la cual la subsidencia estuvo vinculada al desarrollo de estructuras asociadas a la respuesta frágil de la litósfera a la extensión 2) Etapa de sag o de post-rift, desarrollada entre el Jurásico Inferior y el Cretácico Inferior. Esta etapa estuvo marcada por el predominio de la subsidencia de tipo termal, que se caracteriza por ser continua, prolongada y que decae exponencialmente en el tiempo, pudiendo generar espacio para la acumulación de miles de metros de sedimentos y 3) Etapa de antepaís, de edad Cretácico Tardío a Cenozoico, originada por la flexura de la litósfera continental debido al crecimiento o migración de una carga sobre la misma (Allen y Allen, 2005). El registro estratigráfico de la etapa de rift de la Cuenca Neuquina se caracterizó por el desarrollo de espesas secuencias continentales representadas por depósitos volcánicos, volcaniclásticos y silicoclásticos acumulados en una serie de estructuras de tipo hemigraben delimitadas por fallas normales que involucraron el basamento de la cuenca (Vergani et al., 1995). Por su parte, el registro estratigráfico de la etapa de post-rift (Howell et al., 2005) no es continuo en el tiempo, sino que, por el contrario, se han reconocido una serie de discontinuidades y discordancias. Muchas de estas superficies, que manifiestan la migración abrupta de ambientes sedimentarios o la completa remoción de unidades estratigráficas, han sido clásicamente consideradas como producto de variaciones eustáticas de diferente orden (Legarreta y Gulisano, 1989). Por otra parte, durante esta etapa se han reconocido diversos eventos tectónicos, lo que condujo a considerar a la tectónica como un factor de control trascendental en la evolución estratigráfica (Zavala, 1993; Vergani et al., 1995; Fernández Seveso et al., 1996; Limeres, 1996; Burgess et al., 2000; Comínguez y Franzese, 2005; Kay y Ramos, 2006; Mescua et al., 2008; Barredo et al., 2008; Barreda y Stinco, 2010; Spalletti, 2013). Esto permite suponer que procesos tectónicos más complejos que la simple subsidencia termal pudieron haber operado fuertemente —sino continuamente, con gran frecuencia— durante ese lapso. A partir del Cretácico Tardío, el inicio de la etapa de antepaís produce el aislamiento definitivo de la Cuenca Neuquina con respecto al Océano Pacífico, dando lugar a la acumulación de potentes depósitos continentales. Al mismo tiempo, la cuenca se integra con otros depocentros ubicados al sur Introducción 2 generando una cuenca continental. A fines del Cretácico, se registra una transgresión generalizada proveniente del Atlántico cuyos depósitos ocupan prácticamente la totalidad del área de la Cuenca Neuquina (Spalletti et al., 2010b). Hacia el Mioceno Tardío tuvo lugar la fase principal de deformación y levantamiento de los Andes la cual, si bien no ha sido sincrónica en toda la región de los Andes centrales, se ha relacionado con la orogenia Quechua (Ramos et al., 2011). Las etapas en las que se ha dividido la evolución de la Cuenca Neuquina implican diferentes condiciones de subsidencia. Los estudios publicados que se refieren a la evolución del hundimiento tectónico de la cuenca son escasos (Manceda y Figueroa, 1995; Horton y Fuentes, 2016) y en ninguno de ellos se llevó a cabo un estudio exhaustivo. Por lo tanto, un análisis detallado de la subsidencia podría proporcionar datos más precisos sobre la evolución tectónica de la Cuenca Neuquina. El análisis de subsidencia se refiere al estudio de los movimientos verticales del sustrato de una cuenca a través del tiempo y a la variación en la tasa de los mismos. Los movimientos verticales de la litósfera se denominan subsidencia o levantamiento cuando su sentido es descendente o ascendente, respectivamente, y son el resultado del accionar de fuerzas verticales u horizontales, no mutuamente excluyentes, aplicadas sobre la litósfera (Teixell et al., 2009). Las cuencas sedimentarias se generan cuando grandes áreas de la litósfera desarrollan una subsidencia prolongada formando una barrera para el transporte de sedimentos (Ingersoll, 2011) los cuales se acumulan en espesores considerables y rellenan esta depresión por largos períodos de tiempo geológico (Einsele, 2000). Los mecanismos que generan los movimientos verticales de la litósfera se ubican dentro de alguna de las siguientes categorías a) adelgazamiento cortical b) engrosamiento litosférico c) carga sedimentaria o volcánica d) carga tectónica supracortical e) carga sublitosférica f) flujo mantélico g) densificación de la corteza (Ingersoll, 2011). Por su parte, las causas más aceptadas como responsables de las variaciones del nivel del mar son la expansión y contracción glacial y la tasa de generación de fondo oceánico (Donovan y Jones, 1979). Estas variaciones se representan en gráficas denominadas curvas eustáticas de las que existen diferentes modelos (Haq et al., 1987; Kominz et al., 1998; Miller et al., 2005 entre otros). Dentro de este marco, los controles tectónicos y eustáticos que intervienen y condicionan la evolución estratigráfica de una cuenca sedimentaria pueden actuar con tan diferentes magnitudes y frecuencias, que el hecho de aislar, comprender y cuantificar la influencia de cada uno de ellos, constituye un verdadero desafío. Mediante el análisis de la subsidencia pueden obtenerse representaciones gráficas denominadas curvas de subsidencia las cuales, a primera vista, informan sobre la naturaleza del mecanismo responsable de la formación de una cuenca y sobre la evolución de la misma (Allen y Allen, 2005). Dada la escasa existencia de antecedentes en esta temática para la Cuenca Neuquina, llevar a cabo un análisis de Introducción 3 subsidencia detallado para la etapa de post-rift reviste suma importancia para comprender de manera precisa los procesos principales que controlaron su evolución. Cabe destacar que el entendimiento de las relaciones tectono-eustáticas resulta crucial para el conocimiento e interpretación de los sistemas petroleros. Por ello, este proyecto de investigación posee potencial impacto en la industria hidrocarburífera de la Cuenca Neuquina, y por lo tanto en el desarrollo socio-económico de la Argentina. Objetivos 4 OBJETIVOS El objetivo general de este trabajo es llevar a cabo un análisis de los factores tectónicos y estructurales que controlaron los mecanismos de subsidencia y la acumulación de las secuencias sedimentarias de la Cuenca Neuquina durante el periodo Jurásico Inferior - Cretácico Inferior, previos al advenimiento de la etapa de antepaís propuesta por Howell et al. (2005). Este análisis se llevará a cabo mediante el estudio de las variaciones en los patrones de subsidencia tectónica ponderando de qué manera condicionaron la geometría y los atributos de las grandes unidades estratigráficas del relleno. Debido a la gran extensión de esta cuenca, se ha seleccionado un área clave ubicada en el sector central de la misma de la que se dispone de información de subsuelo y de superficie, proveniente de yacimientos de hidrocarburos y de estructuras aflorantes, respectivamente. El resultado final apunta a la creación de un modelo 3D de un área físicamente correlacionable, construido en un soporte informático que permita la visualización de los cambios a través del tiempo en el lapso comprendido entre el Jurásico Inferior y el Cretácico Inferior, en donde puedan identificarse de manera continua las variaciones estratigráficas mayores. El modelado final incluirá los siguientes objetivos específicos: • Analizar las variaciones de espesor de las unidades estratigráficas mayores y las características de las superficies que las limitan (discordancias o discontinuidades) en un área físicamente correlacionable. • Estimar características mecánicas de la litósfera (Burov, 2011) sobre la que se desarrolló la Cuenca Neuquina. • Determinar la magnitud de la extensión inicial en el área de estudio que dio origen a la cuenca. • Establecer pautas cronoestratigráficas que vinculen los episodios de reestructuración e inversión de bloques y los ciclos transgresivos – regresivos, con los cambios estratigráficos producidos. • Discutir los mecanismos que produjeron subsidencia y alzamiento durante el lapso Jurásico Inferior – Cretácico Inferior que ayuden a definir las características geodinámicas de la cuenca. Hipótesis 5 HIPÓTESIS Este trabajo propone la utilización de técnicas eficaces para el análisis de la subsidencia en cuencas sedimentarias. Con base en el método científico, se han planteado una serie de hipótesis que permitan analizar la evolución tectónica del periodo Jurásico Inferior – Cretácico Inferior de la Cuenca Neuquina en el área de estudio. Las hipótesis que actuaron como punto de partida de este proyecto pueden ser sintetizadas en los siguientes tópicos: • La evolución general del relleno de la Cuenca Neuquina respondió a un control tectónico que predominó sobre el control eustático. • El relieve estructural previo condicionó la geometría y los espesores de las unidades estratigráficas mayores del periodo Jurásico Inferior - Cretácico Inferior. • Cada episodio tectónico se registró en la estratigrafía, ya sea en la composición, arquitectura, geometría o espesor de los depósitos. • Es factible comprender la relación entre la tectónica local y sedimentación a través del tiempo y, a su vez, visualizarla en un modelo. • La tectónica local y, aún, la del arco andino mesozoico, influenciaron fuertemente los patrones de subsidencia de la cuenca durante el periodo Jurásico Inferior - Cretácico Inferior. Marco geológico 6 MARCO GEOLÓGICO La Cuenca Neuquina se localiza en el centro-oeste de la Argentina, entre los 32° y 40° de latitud sur, abarcando la provincia del Neuquén, el sector occidental de La Pampa y Río Negro y la porción meridional de la provincia de Mendoza, comprendiendo unos 160.000 kilómetros cuadrados de superficie (Yrigoyen, 1991). Posee una geometría aproximadamente triangular limitada por el Macizo Nordpatagónico al sureste, el sistema de la Sierra Pintada al noreste y la Cordillera de los Andes al oeste (Figura 2.1). Gran parte de la sucesión estratigráfica de la Cuenca Neuquina se extiende hasta la provincia geológica de la Cordillera Principal, que ocupa el área andina del centro-norte de Mendoza, San Juan y norte del Neuquén (Yrigoyen, 1979). Contiene un registro estratigráfico continuo de hasta 7.000 metros de espesor acumulados durante al menos 220 millones de años (Vergani et al., 1995), y ha sido reconocida como una depresión ensiálica localizada en posiciones de intra-arco y tras-arco desde el Jurásico Temprano (Legarreta y Uliana, 1996). Su evolución puede ser subdividida en tres diferentes etapas (Howell et al., 2005) las cuales presentan una estrecha relación con los procesos acaecidos en el margen occidental de Gondwana (Uliana et al., 1989; Legarreta y Uliana, 1996; Franzese y Spalletti, 2001; Ramos y Folguera, 2005): I) Etapa inicial o de rift (Triásico Superior a Jurásico Inferior) El régimen extensional imperante durante el Triásico Tardío y el Jurásico Temprano denota el comienzo de la etapa de rift en la Cuenca Neuquina (Vergani et al.,1995; Franzese y Spalletti, 2001). Esta etapa se caracteriza por el predominio de la subsidencia mecánica y el consecuente desarrollo de grábenes y hemigrábenes (Figura 2.2a), los cuales presentan longitudes de hasta 150 kilómetros, anchos de 50 kilómetros y más de 2000 metros de relleno (Legarreta y Gulisano, 1989; Uliana et al., 1989; Manceda y Figueroa, 1993; Vergani et al., 1995; Legarreta y Uliana, 1996) que incluyen materiales silicoclásticos, volcánicos y volcaniclásticos de ambientes continentales (Gulisano et al., 1984; Franzese et al., 2007; Pángaro et al., 2009; Muravchik et al., 2011; D'Elia et al., 2012; D'Elia y Martí, 2013) agrupados bajo el nombre de Precuyano (Gulisano et al., 1984). La distribución de estos grábenes y hemigrábenes presenta diferentes orientaciones (Franzese y Spalletti, 2001) o bien rumbo noroeste (Cristallini et al., 2009; Giambiagi et al., 2008, 2009; Bechis, 2009; Pángaro et al., 2009; Bechis et al., 2010, 2014) constituyendo cuencas aisladas limitadas por fallas normales planares o lístricas, que en algunos casos presentan cambios de polaridad (Vergani et al., 1995). Si bien la discordancia Rioatuélica (Stipanicic y Rodrigo, 1968) marca el inicio del ciclo subsiguiente o Ciclo Cuyano, la distribución de espesores de la sección inferior de este último es similar a la del Ciclo Precuyano, lo que sugiere que el fallamiento extensional ejerció un importante control sobre la sedimentación aún durante el Jurásico Temprano (Vergani et al., 1995). Marco geológico 7 Fig.2.1. Mapa de esquemático de ubicación, límites y principales rasgos morfo-estructurales de la Cuenca Neuquina. Modificado de Howell et al. (2005). Marco geológico 8 II) Segunda etapa o de post-rift (Jurásico Inferior a Cretácico Inferior) Esta etapa se habría caracterizado por el predominio de la subsidencia termal, la expansión areal de los depósitos debido a la conexión de los depocentros inicialmente aislados (circunscriptos a grábenes y hemigrábenes) en una única cuenca de extensión regional y por el inicio de la construcción del arco magmático andino (Uliana et al., 1989; Franzese y Spalletti, 2001; Ramos y Folguera, 2005; Howell et al., 2005) (Figura 2.2b). El ascenso del nivel marino global y el descenso generado por la subsidencia térmica (Legarreta y Uliana, 1996), habría permitido el ingreso del mar a través del estrecho de Curepto (Vicente, 2005) y la consecuente inundación de la cuenca. Esta ingresión se desarrolló de forma diacrónica (Gulisano, 1981) ya que para el sector sur de la provincia de Mendoza se registran edades correspondientes al Hettangiano – Sinemuriano (Riccardi et al., 1997) mientras que para Neuquén datan del Pliensbachiano – Toarciano (Gulisano y Gutiérrez Pleimling, 1995). A partir de ese momento se desarrolla una sucesión de eventos de inversión tectónica (Vergani et al., 1995) y ciclos sedimentarios; estos últimos con diferentes distribuciones paleogeográficas y espesores variables con registro de sedimentación marina y continental (Legarreta y Gulisano, 1989). III) Tercera etapa o etapa de antepaís (Cretácico Superior a Cenozoico) Hacia fines del Cretácico Inferior, la Cuenca Neuquina comienza su etapa de antepaís (Figura 2.2c) caracterizada por la desconexión definitiva con el océano Pacífico (Aguirre-Urreta et al., 2008a), la sedimentación continental y el predominio de la subsidencia flexural. Estos cambios se produjeron debido al incipiente levantamiento de los Andes asociado a la formación de la Faja Plegada y Corrida del Agrio (Ramos, 1999). El desarrollo de la Faja Plegada y Corrida andina, de orientación norte–sur, sobre el margen oeste de la cuenca generó la deformación y exposición de afloramientos mesozoicos (Ramos y Folguera, 2005). Durante el periodo Cretácico Tardío – Paleogeno, el cambio de velocidad absoluta de la placa sudamericana hacia el oeste provocó el inicio de la deformación compresiva y la inversión de estructuras de fallamiento normal preexistentes (Ramos y Folguera, 2005). En el intervalo Oligoceno – Mioceno Inferior, la migración de la actividad magmática hacia la trinchera, asociada a un empinamiento de la subducción, produjo una extensión generalizada en el margen continental (Cisternas y Frutos, 1994). Hacia el Mioceno Medio – Tardío tuvo lugar un segundo evento de deformación compresional en la Cuenca Neuquina. Este periodo coincidió con una importante somerización del ángulo de subducción, evidenciado por el desarrollo de volcanismo a 500 kilómetros desde la trinchera en el sector norte de la cuenca (Ramos y Folguera, 2005). Un nuevo episodio de extensión motivado por el aumento del ángulo de subducción se desarrolló durante el Plioceno – Pleistoceno, registrándose la máxima extensión horizontal, el desarrollo Marco geológico 9 de importantes volcanes de intra-arco y la extrusión de grandes volúmenes de magma (Folguera et al., 2004). Fig. 2.2. Evolución tectónica de la Cuenca Neuquina. a) Estadio de rift: Domino de la subsidencia mecánica, depocentros aislados con relleno silicoclástico, volcánico y volcaniclástico. b) Estadio de post-rift: Dominio de la subsidencia termal, conexión de los depocentros y expansión de los depósitos, relleno continental y marino. c) Estadio de antepaís: Dominio de la subsidencia flexural, desarrollo de Faja Plegada y Corrida, depósitos continentales. Modificado de Howell et al. (2005). Marco geológico 10 ESTRATIGRAFÍA DE LA CUENCA NEUQUINA Desde el siglo XIX, los espléndidos afloramientos, la riqueza de flora y fauna fósil, y la considerable dotación de minerales ha promovido la investigación por parte de la academia y la industria sobre los depósitos del Jurásico y Cretácico de los Andes centrales de Argentina y Chile. Estos estratos se ubican entre los más intensamente estudiados de Sudamérica (Legarreta y Uliana, 1996). La estratigrafía mesozóica de la Cuenca Neuquina (Figura 2.3) se caracteriza por presentar una gran complejidad debido, en parte, a su evolución tectónica. En el registro estratigráfico de la cuenca están representados los tres estadios tectónicos evolutivos mencionados previamente, cuyos controles sobre la sedimentación han quedado plasmados en la estratigrafía. Además, el gran tamaño que presenta la cuenca da lugar a que muchas unidades estratigráficas del relleno presenten cambios de facies, acuñamientos, diacronismo o pierdan representación en el registro, situaciones que dificultan su correlación. A continuación, se hará una descripción sintética sobre la estratigrafía de la cuenca en el área de estudio con especial interés en el intervalo temporal Jurásico Inferior – Cretácico Inferior. Grupo Choiyoi Esta entidad presenta un gran desarrollo areal, formando parte del pre-rift de la Cuenca Neuquina (Figura 2.3). Su localidad tipo se encuentra en la Cordillera del Viento, y fue denominada como Serie Porfirítica Supratriásica y posteriormente Choiyoilitense (Groeber, 1929; 1946). Está constituida por andesitas, tobas dacíticas y tobas riodacíticas que alternan con brechas y areniscas tobáceas con coloraciones violáceas, rojizas y verdosas. Se le asigna una edad Pérmico Inferior - Triásico Medio (252 ± 14 y 235 ± 10 Ma) (Caminos et al., 1979; 1982). En el área de estudio sólo aflora constituyendo el núcleo de algunos braquianticlinales (Narciso et al., 2001). Ciclo Precuyano El término Precuyano (Gulisano, 1981) (Figura 2.3) fue utilizado para referirse a un conjunto de depósitos piroclásticos, volcánicos y epiclásticos, que conforman parte del relleno inicial de la Cuenca Neuquina, comprendidos entre el Grupo Choiyoi y las sedimentitas del Grupo Cuyo en el norte de la cuenca. Estos depósitos presentan una distribución irregular, geometría de tipo cuneiforme y espesores que superan los 2000 metros. Representan casi exclusivamente depósitos continentales y se encuentran contenidos dentro de estructuras de tipo hemigraben desarrollados durante el estadio de rift de la cuenca conformando depocentros aislados. Dentro de este término se agrupan numerosas unidades litoestratigráficas, como por ejemplo las Formaciones Remoredo, Sañicó, Barda Alta, Planicie Morada y Piedra del Águila, entre otras (Leanza et al., 2011) (Tabla 2.1). Marco geológico 11 Fig. 2.3. Cronoestratigrafía, evolución tectónica y principales discordancias de la Cuenca Neuquina. Tomado de Howell et al. (2005). Marco geológico 12 Tabla 2.1. Cuadro estratigráfico de las unidades del Ciclo Precuyano para diferentes localidades de la Cuenca Neuquina. Modificado de Franzese y Spalletti (2001). Depocentro Edad Mercedario Río Atuel Malargüe Engolfamiento Neuquino Andacollo Aluminé Cerro Chachil Piedra del Águila C ic lo P re cu y a n o Ju rá si co i n fe ri o r Fm. Rancho de Lata Fm. El Freno Fm. Remoredo Fm. Planicie Morada Fm. La Primavera Fm. Aluminé Fm. Lapa Fm. Sañicó Fm. Puesto Kaufmann Fm. Piedra del Águila Fm. Arroyo Malo T ri á si co s u p e ri o r Fm. Llantenes Fm. Barda Alta "Serie volcánica supra- triásica" Fm. Paso Flores Fm. Chihulu Posteriormente, se definió como Ciclo Precuyano a aquellos depósitos que yacen sobre la discordancia Supratriásica, es decir, sobre las rocas del basamento de la cuenca, mientras que el techo se encuentra representado por la discordancia Intraliásica, por sobre la cual yacen las sedimentitas marinas del Grupo Cuyo (Gulisano et al., 1984). Inicialmente, el Ciclo Precuyano fue acotado al Jurásico Inferior (Hettangiano - Sinemuriano), aunque hallazgos faunísticos posteriores (Ricardi et al., 1988) en la región del río Atuel extienden su límite inferior al Triásico Tardío. El hallazgo de depósitos marinos de edad triásica representados por la Formación Arroyo Malo (Ricardi et al., 1997) restringe el rango temporal del Ciclo Precuyano desde el Triásico Superior hasta el Hettangiano - Sinemuriano. Grupo Cuyo (Sinemuriano - Calloviano Medio) El Grupo Cuyo (Dellapé et al., 1978) (Figura 2.3), representa el inicio de la sedimentación de la etapa de post-rift en toda la Cuenca Neuquina (Veiga et al., 2013). Este grupo se encuentra limitado en base y techo por las discontinuidades Rioatuélica e Intracalloviana o Loténica, respectivamente. La primera representa el primer episodio de ingresión marina sobre los depósitos volcánicos del Grupo Choiyoi (Stipanicic et al., 1968) y/o los depósitos del Ciclo Precuyano (Gulisano et al., 1984); mientras que la Marco geológico 13 segunda es de carácter tectónico y lo separa del grupo suprayacente. Los depósitos del Grupo Cuyo poseen una amplia variabilidad espacial de facies, espesor y edad, por lo que se reconocen en toda la cuenca una gran cantidad de unidades formacionales basadas en criterios litoestratigráficos, muchas de las cuales representan particularidades locales ocurridas durante los distintos ciclos de avances y retrocesos de la línea de costa o eventos arealmente restringidos, que ocurrieron durante la transición entre la etapa de rift y la de post-rift (Arregui et al., 2011). Por lo expuesto, se pueden reconocer depósitos de una gran variedad de ambientes sedimentarios, desde marino profundo (Formación Los Molles), marinos de plataforma (Formación Bardas Blancas), deltaicos (Formación Lajas), continentales (Formación Challacó), carbonáticos (Formación Chachil) y evaporíticos (Formación Tábanos) en diferentes sectores de la cuenca. Grupo Lotena (Calloviano Medio - Oxfordiano Tardío) El Grupo Lotena (Leanza, 1992) (Figura 2.3) se encuentra limitado en base y techo por discontinuidades, las cuales poseen características regionales y se denominan Intracalloviana para su base e Intramálmica en su tope (Dellapé et al., 1979; Gulisano et al., 1984). El Grupo Lotena muestra una distribución areal y de espesores menor en comparación al infrayacente Grupo Cuyo. Desde el punto de vista litoestratigráfico abarca las facies arenosas continentales y de plataforma denominada Formación Lotena (Weaver, 1931), continúa con los calcáreos de la Formación La Manga (Stipanicic, 1966), y su equivalente en el subsuelo denominada Formación Barda Negra (Digregorio, 1972), desarrollando hacia el tope una espesa secuencia evaporítica denominada Formación Auquilco (Weaver, 1931) (Figura 2.3). Conforma una secuencia completa de segundo orden que se inicia con una regresión forzada tectónicamente inducida, prosigue con el desarrollo de plataformas carbonáticas durante la máxima expansión del mar y finaliza con evaporitas correspondientes a una regresión normal (Arregui et al., 2011). Grupo Mendoza (Kimmeridgiano – Barremiano Inferior) El Grupo Mendoza (Figura 2.3) (Stipanicic et al., 1968) presenta como límite inferior a la discontinuidad Intramálmica y como superior la Intrabarremiana. Hacia el límite Oxfordiano - Kimmeridgiano, debido a un importante evento de reconfiguración vinculada con la mayor inversión tectónica registrada en la cuenca (Leanza, 2009), se desarrolló la discordancia Intramálmica. Este episodio de inversión generó el levantamiento de dos importantes estructuras internas de la Cuenca Neuquina, la Dorsal de Huincul y el Dorso de los Chihuidos (Figura 2.1). La primera de ellas, de orientación este – oeste, estaba ubicada a los 39° de latitud sur, y la segunda, con orientación norte – sur, se encontraba ubicada a los 69° de longitud oeste aproximadamente. Como fue mencionado por Leanza (1977), la sección tipo del Grupo Mendoza se localiza en la provincia del Neuquén, resultando su denominación poco atinada. El Grupo Mendoza se encuentra integrado por las sedimentitas clásticas continentales de la Formación Tordillo Marco geológico 14 (Stipanicic, 1966) de edad kimmeridgiana; las pelitas y calizas finas con alto contenido de materia orgánica de la Formación Vaca Muerta (Weaver, 1931) acumuladas entre el Tithoniano Temprano Tardío y el Valanginiano Temprano; los depósitos continentales y marinos de la Formación Mulichinco (Weaver, 1931) de edad Valanginiano Temprano Medio hasta el Valanginiano Tardío Bajo; y las sedimentitas principalmente pelíticas y carbonáticas de la Formación Agrio (Weaver, 1931) de edad valanginiana tardía a barremiana temprana (Figura 2.3). La sedimentación continental representada por la Formación Tordillo constituye el primer registro del Grupo Mendoza. Luego, la cuenca fue rápidamente inundada por la transgresión marina del Tithoniano, excediendo el área de depositación de las secuencias previas. En ese contexto se depositan los sedimentos marinos de la Formación Vaca Muerta. Como consecuencia de una importante caída del nivel del mar acaecida hacia el Valanginiano Temprano Medio (Gulisano et al., 1984), influenciada probablemente por un alzamiento tectónico (Vergani et al., 1995; Schwarz et al., 2006), se depositan los sedimentos que conforman la Formación Mulichinco. Por último, un nuevo evento transgresivo ocurrido en el Valanginiano Tardío da lugar a la acumulación de la Formación Agrio, la cual representa la última ingresión marina pacífica (Aguirre-Urreta y Rawson, 1999). Los datos utilizados para este trabajo provienen del registro estratigráfico de la etapa de post-rift sensu Howell et al. (2005), durante la cual se desarrolló el relleno más característico de la Cuenca Neuquina. Dicho registro lo integran diversos ciclos de sedimentación limitados por discontinuidades de diferentes jerarquías (Figura 2.4) (Leanza, 2009). Estos ciclos de relleno se agrupan en unidades litoestratigráficas, cuyo origen ha atravesado diferentes etapas de análisis y aún hoy no existe un acuerdo general acerca de la influencia de los factores tectónicos (Vergani et al., 1995; Howell et al., 2005) y eustáticos (Legarreta y Gulisano, 1989; Legarreta y Uliana, 1999) que gobernaron su génesis (Arregui et al., 2011). Si bien desde un punto de vista regional la estratigrafía general de la etapa de post-rift es coherente con los ciclos eustáticos documentados, los factores tectónicos locales (Vergani et al., 1995; Vergani, 2005) habrían ejercido un fuerte control sobre la evolución estratigráfica de la cuenca modificando los patrones de generación y dispersión de sedimentos en el área centro - occidental (Schwarz et al., 2006; Veiga et al., 2011). La influencia de controles estructurales, activos o derivados de la topografía extensional, podría haber producido cambios significativos en la localización de los ambientes sedimentarios y en la generación de espacio de acomodación. Asimismo, diversos episodios de inversión durante la etapa de post-rift podrían haber controlado la distribución y espesor de las secuencias sedimentarias en el ámbito de la Dorsal de Huincul (Burgess et al., 2000; McIlroy et al., 2005) y en el Dorso de los Chihuidos (Comínguez y Franzese, 2006; Spalletti y Veiga, 2007). Por otra parte, algunos fenómenos tectónicos pudieron haber derivado ya no de la inversión, sino de estructuras asociadas a los grábenes y hemigrábenes del inicio de la cuenca (Cristallini et al., 2009). Además, la tectónica del arco magmático andino habría generado el desarrollo de Marco geológico 15 pendientes regionales provenientes del oeste, modificando la geometría de la cuenca durante su evolución (Spalletti et al., 2008). Fig. 2.4. Diagrama esquemático de las discontinuidades regionales en una transecta sur – norte de la Cuenca Neuquina. Modificado de Leanza (2009). Los controles sobre la subsidencia de la Cuenca Neuquina no están claramente establecidos. Se ha señalado un origen relacionado a subsidencia mecánica, seguida por una subsidencia termal y finalmente flexural atendiendo a las tres etapas de estructuración de la cuenca (Legarreta y Uliana, 1999; Howell et al., 2005). La posibilidad de que el control general sobre el hundimiento de la cuenca haya sido de carácter flexural ya desde el Jurásico Superior o Cretácico Inferior, tomando el control sobre la etapa termal, ha sido mencionado por algunos autores (Franzese et al., 2006), lo cual abre la discusión para precisar la historia evolutiva de la subsidencia tectónica de la Cuenca Neuquina. Área de estudio 16 ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio involucra el sector norte de la provincia del Neuquén y el sector sur de la provincia de Mendoza, y se encuentra comprendida entre los paralelos 36°30´ y 37°20´ latitud sur y los meridianos 69°00´ y 69°50´ longitud oeste (Figura 2.5). Posee una geometría prácticamente cuadrangular de aproximadamente 80 kilómetros de lado, abarcando unos 6400 kilómetros cuadrados de superficie. Su límite nor-noreste lo constituye la región denominada Altiplanicie del Payún (36°37'15.5"S; 69°16'73"W); mientras que el límite suroccidental lo representa el volcán Tromen (37°11'8.42"S; 70° 2'1.31"W) (4.114 msnm). Por su parte, la Sierra de Chachahuén (37°4'S; 68°51'W) (1940 msnm) constituye el límite sudeste. Se accede a la zona por la Ruta Nacional N° 40, la cual posee una orientación norte-sur a lo largo del margen oeste del área. Las rutas provinciales N° 6 y N° 180 posibilitan el acceso por el sur y el este, respectivamente. Las principales localidades ubicadas próximas al área de estudio corresponden a Buta Ranquil, Buta-Co, Barrancas, el Paraje Auquilco y Ranquil del Norte. Debido a la gran extensión de la Cuenca Neuquina, el área de estudio fue definida en función de la disponibilidad de información proveniente del subsuelo y de la presencia de afloramientos que permitieran el estudio de las secuencias sedimentarias en un área correlacionable y regionalmente representativa. Además, al ocupar una posición relativamente marginal en la cuenca, los eventos tectónicos y las variaciones eustáticas deberían estar claramente registrados en la estratigrafía. La superficie constituida por afloramientos se ubica al oeste del área de estudio y ocupa aproximadamente un 20% de la misma (Figura 2.5). Si bien los afloramientos son de difícil acceso, las localidades cercanas facilitan la logística de las tareas de campo. Asimismo, la existencia de importantes yacimientos de hidrocarburos en la región ha impulsado su exploración y el desarrollo de diversos caminos de yacimiento y picadas que permiten recorrer el área. En relación a esto último, el interés económico del área ha permitido obtener información de subsuelo que impulsó la redacción de numerosos trabajos antecedentes y profusa bibliografía. Área de estudio 17 Fig. 2.5. Mapa de ubicación del área de estudio (línea punteada blanca), límite de entre la Faja Plegada y Corrida de Malargüe y Engolfamiento Neuquino (línea punteada verde) y principales rasgos morfoestructurales. Área de estudio 18 Dentro del área de estudio se encuentra el límite entre las provincias geológicas Cordillera Principal — representada por la Faja Plegada y Corrida de Malargüe (Kozlowski et al., 1993)— y Engolfamiento Neuquino (Bracaccini, 1970) (Figura 2.5). La Faja Plegada y Corrida de Malargüe consiste en un cinturón orogénico de piel gruesa desarrollado durante la orogenia andina en el sector sudoeste de la provincia de Mendoza. Esta faja de deformación cenozoica junto con la Cordillera Frontal, conforman los Andes del sur mendocino ascendidos como resultado de la interacción entre las placas de Nazca y Sudamericana (Turienzo, 2009). Por su parte, al sur de los 35° de latitud se desarrolla el Engolfamiento Neuquino, el cual presenta una extensión en sentido norte – sur de unos 600 kilómetros y de 400 kilómetros en sentido este – oeste (Aguirre-Urreta et al., 2008b). Posee un estilo tectónico que resulta de una combinación entre estructuras epidérmicas y otras con marcada influencia del basamento. Se caracteriza por suaves pliegues controlados por el basamento que indican una inversión tectónica de los sistemas extensionales del Triásico Superior - Jurásico Inferior durante el Cretácico, y una débil reactivación durante la orogenia andina (Ramos, 1999). Los rasgos morfoestructurales más sobresalientes del área (Figura 2.6) lo constituyen la Sierra de Cara Cura (Figura 2.7a) (36°37'10.14"S; 69°37'35.48"W) y la Sierra de Reyes (Figura 2.7b) (36°56'49.85"S; 69°44'26.07"W). Ambas estructuras presentan una orientación norte–sur o nor-noreste–sur-suroeste, es decir, aproximadamente paralela a la cadena andina. La Sierra de Cara Cura representa una estructura de piel gruesa distal al orógeno andino. Constituye una zona de estudio clásica de la Cuenca Neuquina, ya que permite observar prácticamente la totalidad del relleno de la cuenca, incluyendo las unidades que conforman los sistemas petroleros en los yacimientos cercanos. Se trata de un braquianticlinal asimétrico con vergencia oeste y eje buzante en sus extremos norte y sur (Kozlowski et al., 1993). Integran su núcleo afloramientos del basamento, secuencias clásticas y volcánicas de syn-rift, y secuencias de post-rift. El levantamiento de esta estructura se ha atribuido tanto a la inversión tectónica de fallas normales propias del estadio de syn-rift (Manceda y Figueroa, 1993; Uliana et al., 1995), como a fallas inversas andinas sin relación alguna con la extensión inicial (Giambiagi et al., 2008). Por su parte, la Sierra de Reyes presenta las mismas características morfoestructurales antes mencionadas, aunque muestra un mayor desarrollo de espesor en todas las unidades estratigráficas de relleno. Otro rasgo destacable próximo a la zona lo constituye el Campo Volcánico Payún Matrú, localizado en la Provincia Basáltica Payenia (Polanski, 1954). El Campo Volcánico Payún Matrú contiene dos volcanes compuestos, el Payún Matrú y el Payún Liso, así como dos campos basálticos ubicados al este y oeste del Payún Matrú. Este último es el volcán más grande de este campo volcánico, y consiste en un edificio con forma de escudo con una caldera circular en su cúspide de 8 kilómetros de diámetro (Hernando et al., 2012) y una altura de 3680 msnm. Área de estudio 19 Fig. 2.6. Modelo de elevación digital (DEM) del área de estudio y principales rasgos morfoestructurales. Área de estudio 20 Fig. 2.7. a) Vista panorámica de la Sierra de Cara Cura. b) Vista panorámica de la Sierra de Reyes. N N 1 K m 1 K m S S a b Metodología 21 METODOLOGÍA En este capítulo se hará referencia al conjunto de procedimientos utilizados para alcanzar los objetivos propuestos en este trabajo, los cuales requirieron del análisis y vinculación de diversos tipos de datos e información. Consecuentemente, se han aplicado diferentes metodologías tanto para la obtención como para el análisis de los datos. Las actividades llevadas a cabo consistieron, en primera instancia, en el desarrollo simultáneo de tareas de campo y de gabinete. De esta manera, los datos colectados en el campo fueron progresivamente procesados e integrados a la información existente. Una vez obtenida la información considerada necesaria, las tareas se avocaron exclusivamente al análisis intelectual e interpretación de la misma. 1 Tareas de campo Las tareas de campo fueron llevadas a cabo durante el período comprendido entre abril del 2012 y marzo del 2014, totalizando 72 días de tareas de campo. Las actividades desarrolladas se focalizaron en el reconocimiento del área y de las grandes unidades estratigráficas del relleno de la cuenca correspondientes al intervalo de post-rift. Se prestó especial atención a la identificación y reconocimiento de las estructuras presentes o evidencias de las mismas en los sectores de afloramiento, como así también a las variaciones de espesores y de facies de las unidades estratigráficas mayores. Luego se procedió al mapeo geológico de detalle para las zonas de interés y al levantamiento de perfiles estratigráficos y sedimentológicos. 1.1 Recolección de datos para el mapeo geológico Con el fin de analizar la estructura y la estratigrafía del área de estudio, se procedió al mapeo de los sectores de interés utilizando como base la Hoja Geológica Barrancas 3769-I de escala 1:250000 (Narciso et al., 2001) y la Hoja Geológica Buta Ranquil 32c de escala 1:200000 (Holmberg, 1976) editadas por el Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR), e imágenes satelitales Landsat ETM+. Con ellas, se confeccionó un mapa base que fue utilizado para el volcado de los datos relevados en el campo. Dichos datos comprendieron la delimitación y clasificación (tipos y geometrías) de los contactos entre las grandes unidades formacionales y mediciones sistemáticas de espesores, rumbo del buzamiento (Rbz) de planos estratificados, fracturas y fallas, estructuras plegadas y estriados en 207 puntos de interés; para ello se utilizó una brújula tipo Brunton. Estos datos fueron luego transcriptos en la libreta de campo junto con su ubicación en coordenadas UTM y alturas obtenidas por medio de un GPS, su descripción y fotografías; posteriormente fueron representados sobre el mapa base (Figura 3.1). Metodología 22 Fig. 3.1. Ubicación de los 207 puntos de interés relevados en la Sierra de Cara Cura. 1.2 Levantamiento de perfiles estratigráficos y sedimentológicos Luego del reconocimiento de las áreas se seleccionaron los sitios a relevar en función de su accesibilidad y la calidad de los afloramientos. Se relevaron cuatro perfiles sedimentológicos con escala 1:100 denominados Cara Cura Norte (CCN), Cara Cura Oeste Norte (CCWN), Cara Cura Oeste (CCW) y Cara Cura Sur (CCS), distribuidos en el área de estudio (Figura 3.2). La ubicación del inicio y fin de los perfiles, el rumbo e inclinación del afloramiento, así como toda otra información de interés (superficies erosivas, discordancias, discontinuidades, etc.) fueron relevadas mediante GPS y brújula. Para el levantamiento de los perfiles se utilizó cinta métrica, báculo de Jacob, brújula tipo Brunton, escala de comparación, ácido Metodología 23 clorhídrico, piqueta y lupa. Durante esta tarea se realizó una descripción de las características litológicas, de facies y geométricas de las unidades de interés (Figura 3.3). Fig. 3.2. Ubicación de los perfiles relevados en la Sierra de Cara Cura. 2 Tareas de gabinete Las tareas de gabinete comprendieron la recopilación de bibliografía antecedente del área de trabajo y de la temática de estudio, la solicitud de información de subsuelo a organismos gubernamentales y empresas, el procesamiento de los datos de campo obtenidos y de la información de subsuelo disponible para, posteriormente, dar lugar a la integración, análisis e interpretación de la información en su conjunto. Por último, se llevó a cabo la redacción de este trabajo de tesis. Metodología 24 Fig. 3.3. Levantamiento de perfiles estratigráficos. a) Ubicación de las coordenadas y alturas de inicio y fin de los perfiles relevados. b) Levantamiento utilizando báculo de Jacob en unidades de gran espesor. c) Utilización de cinta métrica para la determinación de espesores en unidades con poco desarrollo. 2.1 Recopilación bibliográfica El proceso de recopilación bibliográfica se desarrolló durante toda la duración de este trabajo de tesis. El mismo consistió en una búsqueda sistemática, recolección, selección, clasificación, evaluación y análisis de contenido del material. Se colectó material impreso y digital, correspondiente a libros, resúmenes de congresos, material de divulgación, informes técnicos, publicaciones científicas, mapas, secciones estructurales y esquemas. La información obtenida sirvió de fuente teórica, conceptual y/o metodológica para esta tarea de investigación científica. Se prestó especial interés a aquellas temáticas relacionadas a: origen y evolución de la Cuenca Neuquina, características de los estadios de syn-rift y post-rift en cuencas extensionales, post-rift de la Cuenca Neuquina, conversión tiempo-profundidad, modelado de facies, métodos estadísticos de interpolación, coeficientes de compactación y densidades en rocas, mecanismos y análisis de subsidencia, variaciones eustáticas, backstripping1D y 2D y topografía dinámica, entre otras. Metodología 25 2.2 Solicitud de información de subsuelo En esta etapa, comprendida entre abril del 2012 y junio del 2014, se realizó la solicitud de información de subsuelo por medio del Centro de Investigaciones Geológicas (CIG-CONICET) y la Subsecretaría de Coordinación Institucional del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación (MINCyT) ante la Subsecretaría de Minería y Energía de la provincia de Mendoza y la Subsecretaría de Minería e Hidrocarburos de la provincia del Neuquén. Esta solicitud fue avalada por ambas entidades por lo que autorizaron a la empresa YPF S.A. a hacer entrega de la información solicitada, que consistía en informes regionales, legajos y perfiles de 36 pozos de exploración y producción y 40 líneas sísmicas 2D. 2.3 Mapeo digital Consistió en la integración de los datos relevados en el campo, información proveniente de la industria petrolera, las hojas geológicas Barrancas 3769-I y Buta Ranquil 32c e imágenes satelitales Landsat ETM+ para confeccionar un mapa geológico del área. El procesamiento de las imágenes se llevó a cabo con el programa SoPI desarrollado por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), con el cual se llevaron a cabo las tareas de georeferenciación de las imágenes satelitales y la clasificación supervisada para la identificación de las diferentes litologías en función de su respuesta espectral. A partir de un modelo digital de elevación (DEM) del programa Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) se interpolaron las curvas de nivel de la zona. Posteriormente, mediante la utilización de un sistema de información geográfico (SIG) de la empresa ESRI™ (ArcMap, plataforma ArcGIS™), se procedió a la vectorización, georeferenciación e integración de la información, para la obtención de mapas geológicos de detalle de las áreas de afloramiento en escala 1:100000 (Figuras 3.4 y 3.5). Metodología 26 Fig. 3.4. Mapa geológico de la Sierra de Cara Cura. Basado en Narciso (2001). Metodología 27 Fig. 3.5. Mapa geológico de la Sierra de Reyes. Basado en Holmberg (1976). Metodología 28 2.4 Legajos y perfiles de pozo La información de subsuelo proveniente de los legajos de pozo se utilizó para precisar la localización de dichos pozos en superficie y como medida preliminar de la profundidad de los contactos entre las diferentes unidades del relleno. Posteriormente, los registros de pozo (eléctricos, radiactivos o acústicos) fueron analizados para la obtención de información litológica y la determinación de la profundidad de los pases formacionales con mayor precisión. Esto se llevó a cabo utilizando el programa DataView© de la empresa Schlumberger™ el cual permite visualizar en forma de curvas la información contenida en los archivos de pozos (archivos .las). De esta manera se analizaron principalmente las curvas correspondientes a los perfiles de rayos gamma (GR) y potencial espontáneo (SP) que son aquellas que, en condiciones ideales, permiten reconocer la unidad estratigráfica que está siendo perfilada. Ocasionalmente se recurrió al análisis de las curvas de perfil sónico (DT) y perfil de densidad (ρ) cuando las litologías de diferentes unidades presentaban características similares, hecho que dificultaba su diferenciación. Se recurrió a la revisión detallada del fragmento rocoso de perforación o cutting descripto en los legajos de los pozos en aquellas situaciones controversiales. 2.5 Líneas sísmicas 2D Las 40 líneas sísmicas de reflexión provistas por la empresa YPF S.A. fueron entregadas en archivos con formato estándar de información geofísica (.segy, Society of Exploration Geophysicists). Estos archivos de datos pueden ser visualizados en forma de imágenes en las cuales se representa, en el eje de las abscisas, la distancia sobre el terreno y, sobre el eje de las ordenadas, el TWT (two way time) o tiempo de ida y vuelta, es decir, el tiempo que transcurre desde la emisión de una onda hasta que la misma se refleja en una superficie del subsuelo y retorna para ser captada por un receptor. Dichos archivos fueron visualizados y analizados con el programa SeiSee© 2.2 (Pavlukhin, 2013), y en cada uno de ellos se reconocieron las superficies limitantes de las grandes unidades estratigráficas y las estructuras mayores (Figura 3.6). Metodología 29 Fig. 3.6. a) Visualización de líneas sísmicas 2D. b) Reconocimiento de las unidades estratigráficas mayores y de las estructuras presentes. Basado en Zamora Valcarce y Zapata (2005). 2.6 Obtención de la ley de velocidad Debido a que la totalidad de la información referente a espesores formacionales (ya sea recopilada, recolectada en el campo o proveniente de pozos) se encontraba expresada en unidades de distancia, y que las líneas sísmicas obtenidas presentan en el eje de las ordenadas el TWT (two way time), fue necesario unificar los dominios convirtiendo las unidades de tiempo en unidades de distancia. Para la conversión de Metodología 30 unidades de tiempo (milisegundos) en unidades distancia/profundidad (metros), y ante la carencia de las leyes de velocidad de propagación de las diferentes unidades para este sector de la cuenca, se procedió a la determinación de las mismas a partir de los tiempos de tránsito obtenidos a partir de los perfiles sónicos (DT). El perfil sónico es un registro continuo en función de la profundidad, esto es, del tiempo que necesita una onda compresional para atravesar una distancia dada de la formación inmediatamente adyacente al pozo. Se promediaron los valores de tiempo de tránsito de las ondas en las diferentes unidades y se aplicó esta velocidad para toda la unidad estratigráfica en ese pozo (Figura 3.7). Luego se convirtieron las velocidades de microsegundos por pie (µseg/pie) a metros por segundo (m/s) a fin de unificar la unidad de distancia en metros. Posteriormente, a modo de comprobación, se contrastaron los valores de tiempo de tránsito obtenidos con los valores estándar para esa litología (Tabla 3.1). Fig. 3.7. a) Imagen representativa del perfil sónico para la Formación Auquilco en el pozo PM_36. b) Archivo .las visualizado en una hoja de cálculos (los recuadros rojos muestran la ubicación de la columna del perfil sónico y los valores del mismo). Tabla 3.1. Valores de velocidad de transito obtenidos a partir de pozos (izquierda) para los yesos de la Fm. Auquilco y valores estándar para diferentes litologías (derecha) (Carmichael, 1982). Los valores obtenidos son consistentes con los esperados. Pozo μs/ft ft/s m/s Valores estandar por litologías μs/ft ft/s BjDC x1 51 19607.84 5976.5 Areniscas 55.5 19000 Cam18 53 18867.92 5750.9 Calizas 47.5 22000 EP x4 54 18518.52 5644.4 Dolomías 43.5 23000 LED x3 52 19230.77 5861.5 Yeso 50 20000 PM36 51 19607.84 5976.5 Halita 67 15000 Metodología 31 2.7 Conversión Tiempo a Profundidad de líneas sísmicas Posteriormente, conociendo la velocidad de propagación para cada unidad de relleno en cada pozo, y encontrarse dichos pozos dispersos en el espacio, se confeccionaron mapas de velocidad de propagación de onda para las diferentes unidades estratigráficas del relleno de post-rift en el área de estudio a fin de poseer un continuo de información de dichas velocidades (Figura 3.8). De esta manera, conociendo la velocidad de propagación de las ondas y la ubicación de la línea sísmica en dicho mapa de velocidades, se pudo determinar el espesor de las diferentes unidades estratigráficas a partir de las líneas sísmicas. Fig. 3.8. Mapa de velocidad de propagación de onda para la Formación Vaca Muerta (en rojo los pozos utilizados para la obtención de valores). Metodología 32 2.8 Secciones estructurales a partir del mapa geológico de detalle A modo de poder visualizar la configuración estructural de la Sierra de Cara Cura y la Sierra de Reyes, se construyeron 6 secciones estructurales para la primera y 4 para la segunda, utilizando como base los mapas geológicos de detalle confeccionados previamente junto con los datos relevados en el campo y la información disponible en los informes. Estas secciones se diseñaron con diferentes orientaciones y longitudes con el fin de observar las características de las estructuras que elevan dichas sierras y la variación de espesor y geometría de las unidades estratigráficas en diferentes sectores de las mismas. Para su construcción se utilizó el programa MOVE®, de la empresa Midland Valley, el cual utiliza los datos de topografía, de inclinación y los límites entre las unidades, generando la reconstrucción de forma automática a través de diferentes métodos (Figura 3.9). Posteriormente, estas secciones fueron corregidas utilizando criterio geológico donde fue requerido (Figura 3.10). Fig. 3.9. a) Ubicación en el mapa geológico de detalle de la sección a reconstruir utilizando contactos litológicos y datos de inclinación. b) Reconstrucción por método de bandas Kink. c) Reconstrucción por método de las isógonas. Metodología 33 Fig. 3.10. Secciones de la Sierra de Cara Cura y su respectiva ubicación. Metodología 34 2.9 Conversión de imágenes en información de subsuelo Con el objeto de obtener una densidad de información suficiente para la construcción de un modelo regional, se generaron perfiles de pozos virtuales basados en la información de espesores y facies relevados en el campo. Por otro lado las secciones estructurales confeccionadas de la Sierra de la Cara Cura y la Sierra de Reyes a partir de los mapas geológicos de detalle, fueron convertidas en Secciones Sísmicas Sintéticas (SSS), es decir, en archivos de información geofísica (.segy) por medio del programa image2segy (Farran, 2008). Dicho programa utiliza un código MatLab que permite la mencionada conversión por medio de la configuración de parámetros tales como la zona UTM del relevamiento, tamaño en pixeles de la imagen que será convertida, la ubicación en el espacio de dicha imágen, la duración total en milisegundos del registro, y si corresponde a una sísmica terrestre (onshore) o marina (offshore) (Figura 3.11). Fig. 3.11. Metodología para la conversión de imágenes raster en archivos de tipo .segy. Tomado de Farran (2008). Metodología 35 2.10 Procesamiento de las Secciones Sísmicas Sintéticas Las secciones sísmicas sintéticas (SSS) en formato .segy, fueron cargadas en el programa de modelado de reservorios RMS Roxar™ (Figura 3.12a). En el mismo se procedió a reconocer y marcar los diferentes horizontes estratigráficos sobre cada SSS (Figura 3.12b), y posteriormente al mapeo de los mismos en tres dimensiones (Figura 3.12c). Una vez obtenidos todos los horizontes estratigráficos de interés, los mismos fueron intersectados por el modelo digital de elevación (DEM) (Figura 3.12d) del área de estudio, simulando el accionar de la erosión (Figura 3.12e). Este procedimiento se repitió sistemáticamente hasta encontrar cuáles SSS (en función de los valores de rechazos y ángulo de inclinación del flanco frontal y dorsal) resultaban en modelos consistentes con las morfoestructuras encontradas en superficie (Figura 3.12f). 2.11 Cálculo de subsidencia puntual El cálculo de subsidencia puntual o backstripping 1D (Watts y Ryan, 1976) consiste en eliminar la subsidencia generada por el peso de los sedimentos y de la columna de agua, para poder discriminar la subsidencia vinculada exclusivamente a procesos tectónicos. Comúnmente, el backstripping se realiza siguiendo la evolución de la subsidencia del basamento de la cuenca, aunque esta técnica puede aplicarse a cualquier unidad del relleno. La misma consiste en remover secuencialmente los sedimentos apilados en una columna sedimentaria, descompactar las unidades remanentes, estimar la batimetría a la cual se depositaron, desestimar la subsidencia generada por carga de sedimentos y de agua, y corregir las variaciones eustáticas a través del tiempo, para determinar la subsidencia tectónica de una cuenca (asumiendo subsidencia de tipo Airy o puntual, es decir, sin considerar resistencia flexural de la litósfera). En este trabajo de tesis, esta operación se desarrolló a partir de los datos de espesor, profundidad y litologías obtenidos de los perfiles de pozo y de campo. Los valores de porosidad actual, litologías y densidad fueron determinados a partir de los perfiles de pozo. Los parámetros coeficiente de compactación y módulo de Young se establecieron a partir de valores estándar. Los valores de batimetría fueron estimados a partir de informes paleontológicos cuando los mismos estaban disponibles o, en su defecto, a partir de las facies de los depósitos. Los datos de niveles eustáticos se obtuvieron de curvas de variaciones eustáticas globales (Haq et al., 1987). Actualmente, esta técnica puede ser llevada a cabo utilizando diferentes programas, tanto libres como comerciales (DeCompation Tool®, Backstrip © o PetroMod®). El programa utilizado en este trabajo fue Backstip (Cardozo, 2015) el cual fue compilado para realizar “Backstripping 1D de tipo Airy con reducción exponencial de la porosidad” en entorno operativo OSX. En dicho programa, los valores de espesor, batimetría, nivel eustático y porosidad de las unidades Metodología 36 estratigráficas se introducen en una tabla, y los valores de espesor descompactado, corrección eustática, corrección por carga y subsidencia tectónica son generados en forma gráfica y numérica. Fig. 3 12. a) Ubicación de las SSS. b) Reconocimiento de los diferentes horizontes estratigráficos. c) Mapeo de los horizontes. d) Modelo de elevación digital de la zona. e) Intersección de los horizontes con el DEM simulando el accionar de la erosión. f) Modelo consistente con la morfoestructura encontrada en superficie. Metodología 37 La interfaz del programa Backstrip consiste de tres módulos: a) "Input Units", b) "Backstrip plot", y c) "Tectonic subsidence plot". a) Panel Input Units o de ingreso de datos (Figura 3.13): en este módulo, las unidades estratigráficas pueden ser insertadas o removidas. Para cada una de ellas deben ingresarse, además de su nombre, los siguientes parámetros: 1. Profundidad de la base y el techo de la unidad. Expresada en kilómetros (Km) desde una superficie de referencia (generalmente la superficie). 2. Edad de la base y el techo de la unidad. Expresada en millones de años (Ma). 3. La altura media del mar en la base y el techo de la unidad. Expresada en kilómetros (Km), con valores positivos si la altura al momento de la acumulación fue mayor a la actual y negativa si fue menor. 4. La batimetría en la base y el techo de la unidad en kilómetros (Km). Siempre en valores positivos. 5. La densidad de los sedimentos. Se refiere a la densidad en seco, expresada en valores positivos y en Kg/m³. 6. El coeficiente de compactación de cada unidad: Entre 0 y 1, en Km -1. 7. La porosidad superficial de los sedimentos en valor porcentual (entre 0 y 100). 8. El tipo de cuenca (“marina” o “continental”): valor 0 para marinas y 1 para continentales. Para el caso de cuencas marinas, las depresiones se consideran rellenas con agua, y para continentales con aire. 9. Además, una ventana denomina Inspector permite configurar la densidad del agua y la densidad del manto (ambas variables de importancia relevante en el procedimiento de backstripping). Para este trabajo fueron establecidas en 1030 Kg/m³ y 3300 Kg/m³, respectivamente. Metodología 38 Fig. 3.13: Imagen del módulo Input Units y de los parámetros a completar. b) Panel Backstrip plot o de backstripping (Figura 3.14): luego de la carga de datos, puede presionarse el botón Backstrip que aplica la fórmula general del backstripping (Allen y Allen, 1990) expresada como sigue: 𝑇s= [(𝜌m − 𝜌s) / (𝜌m − 𝜌w)] 𝑆 – [𝜌w / (𝜌m − 𝜌w)] Δ𝑠𝑙 + 𝑊𝑑 – Δ𝑠𝑙 Donde se representa: Ts (subsidencia tectónica), 𝜌m (densidad del manto), 𝜌s (densidad del sedimento), 𝜌w (densidad del agua), 𝑆 (subsidencia total), Δ𝑠𝑙 (variación del nivel eustático) y 𝑊𝑑 (batimetría). El resultado consiste de una ventana gráfica donde se observan las curvas de subsidencia total para todas las unidades estratigráficas. Metodología 39 Fig. 3.14. Curvas de subsidencia total obtenidas con el programa Backstrip. c) Panel Tectonic subsidence plot o de subsidencia tectónica (Figura 3.15): en este módulo, se observa un gráfico donde se representan las curvas de: 1. Compactación (negro): representa simplemente la sumatoria de espesores actuales de las unidades. 2. Subsidencia total o descompactada (rojo): representa la sumatoria de espesores descompactados de las unidades. 3. Corregida por carga de sedimentos (verde): esta curva remueve de la curva de subsidencia total el efecto que ejerce la carga de sedimentos sobre el basamento. 4. Subsidencia tectónica o corregida por carga de sedimentos y de agua (en azul): esta curva remueve los efectos de la carga de sedimentos y del agua reflejando exclusivamente la subsidencia por tectónica en el basamento. Metodología 40 Fig. 3.15. Imagen del módulo Tectonic subsidence Plot y de las curvas generadas. 2.12 Construcción del modelo geológico regional 3D La construcción del modelo geológico regional se llevó a cabo utilizando el programa MOVE®, de la empresa Midland Valley. En primer lugar, se ubicaron los pozos en el espacio (tanto los 36 pozos provenientes de información de subsuelo, como aquellos 4 virtuales confeccionados con datos de campo) (Figura 3.16). Luego se cargaron los perfiles de pozo (gamma ray, potencial espontáneo, sónico, etc.) correspondientes a cada pozo y se posicionaron los well tops o pases formacionales para cada unidad estratigráfica. Se prosiguió con la carga de las secciones sísmicas 2D las cuales fueron convertidas desde unidades de tiempo a unidades de profundidad (Figura 3.17), como así también las secciones sísmicas sintéticas SSS de las sierras de Cara Cura y Reyes, y todo tipo de dato disponible que brindase información estructural y/o estratigráfica en forma de secciones (Figura 3.18). Por último, se agregaron los modelos estructurales – estratigráficos generados para la Sierra de Cara Cura y Reyes (Figura 3.19). Metodología 41 Fig. 3.16. Ubicación de los pozos y perfiles utilizados para la construcción del modelo geológico regional. Metodología 42 Fig. 3.17. Ubicación de los well tops o pases formacionales entre las diferentes unidades del relleno de post-rift en los pozos disponibles y cinco de las líneas sísmicas 2D en escala de grises. Metodología 43 Fig. 3.18. Tipos de dato con información estructural y/o estratigráfica en forma de secciones utilizados para la construcción del modelo geológico regional. Metodología 44 Fig. 3.19. Imagen con todos los diferentes tipos de información utilizada para construir el modelo geológico regional. Well tops o pases formacionales, modelos estructurales - estratigráficos y líneas sísmicas 2D. Metodología 45 Posteriormente, se identificaron y mapearon las estructuras de fallamiento mayores. Se realizó el reconocimiento de los horizontes de interés en cada línea sísmica y luego se procedió con el mapeo 3D de los mismos (generación de superficies de techo y base para cada unidad estratigráfica), utilizando como fuente los pases formacionales o well tops y los horizontes reconocidos en las líneas sísmicas 2D. El mapeo 3D de los horizontes se realizó por medio del programa RMS Roxar® utilizando diferentes métodos de interpolación (Natural-neighbor, Nearest-neighbor, Krigging, etc.) con el fin de obtener el modelo de mayor consistencia, siendo éste el obtenido con el método Local B-Spline, todos ellos integrados a los programas de modelado utilizados. Por último, se adicionó un modelo de elevación digital (DEM), que presenta características de horizonte erosivo cuando se intersecta con otras unidades formacionales. De este modo, aquellas superficies estratigráficas que se ubican por sobre este DEM fueron moldeadas por la topografía simulando la morfología de las estructuras en superficie. Así, se consiguió el modelo geológico regional 3D de la zona de estudio (Figura 3.20). Fig. 3.20. Modelo geológico regional obtenido para la zona de estudio. Metodología 46 2.13 Modelado de facies Habiendo obtenido previamente el modelo geológico regional, conformado por las superficies limitantes de las unidades estratigráficas mayores y el modelo de fallas, se dio lugar al modelado de facies de los volúmenes rocosos. Esto requirió que, entre puntos de información dispersos en el espacio, se generase un continuo de información estadísticamente interpolada que representara las litologías y sus variaciones a escala regional. Para ello, utilizando los datos de fragmentos rocosos de perforación o cutting disponibles en los informes de pozos, se confeccionaron perfiles discretos de facies para cada uno de ellos. Las diferentes facies se clasificaron en función de características texturales, de composición, estructura o contenido fósil y se les asignó un valor numérico (Figura 3.21). Así, por medio de la interpolación de datos en los perfiles discretos, se completó el volumen de cada unidad estratigráfica para el modelo regional con las facies correspondientes (Figura 3.22). Fig. 3.21. Perfiles discretos de facies para los pozos ECh x1, P x3, P x2 y BEH x2, y los diferentes valores numéricos (code) asignados a cada facies. Metodología 47 Fig. 3.22. Modelo de facies obtenido para el Grupo Cuyo a partir de la interpolación de los perfiles discretos de facies. Metodología 48 2.14 Secciones estructurales-estratigráficas regionales A partir del modelo geológico regional 3D, se planificaron y obtuvieron secciones estructurales - estratigráficas con diversas orientaciones (desde norte-sur hasta este–oeste) que abarcan toda la zona de estudio (Figura 3.23). Estas secciones fueron utilizadas con los siguientes propósitos: 1) Poner a prueba la consistencia de dichas secciones, dado que en el caso de no serlo (ya sea por defectos en los espesores o en las facies) las mismas no podrían ser restauradas a su configuración previa a la acumulación de la unidad subsiguiente. 2) Desde el punto de vista descriptivo, observar la geometría de los depósitos y su relación con la litología 3) Inferir el valor de espesor elástico litosférico (ver sección siguiente) al momento de la acumulación, y analizar la existencia de una relación entre el mismo y los diferentes episodios de relevancia en la evolución tectónica del post-rift de la Cuenca Neuquina en el área de estudio. Fig. 3.23. Sección estratigráfica obtenida a partir del modelo regional Metodología 49 2.15 Espesor elástico de la litósfera La rigidez flexural D de una placa elástica es una medida de su resistencia a la flexión bajo la acción de un momento flector (Walcott, 1970) y puede ser calculada mediante (Love, 1906): D = 𝐸 𝑇𝑒3 12 (1 − 𝑣2) Donde E es el módulo de Young, Te el espesor elástico y 𝑣 la relación de Poisson. Debido a que el módulo de Young y la relación de Poisson pueden ser asumidos como constantes para un determinado material, la magnitud de la rigidez flexural queda fuertemente condicionada por el valor del espesor elástico (Te) dado que se encuentra elevado a la potencia de tres. La importancia y utilidad de la rigidez flexural D o el espesor elástico Te de la litósfera se basan en el concepto de que el equilibrio gravitatorio de la litósfera puede mantenerse sobre escalas geológicas de tiempo y espacio, y que la deformación estática resultante puede ser explicada como la flexión de una placa competente y delgada que sobreyace a la astenósfera (Burov y Diament, 1995). Así, el espesor elástico de la litósfera se refiere al espesor de una placa litosférica homogénea que respondería a las cargas de la misma manera en que lo hace una capa elástica ideal (Forsyth, 1985) y su valor posee fuerte relación con el ambiente tectónico imperante (Allen y Allen, 2005). Existen diferentes métodos para calcular el espesor elástico, entre los que se destacan: a) la aplicación de la función de respuesta isostática (admitancia) a un conjunto de perfiles utilizando valores de anomalía de gravedad extraídos de modelos geopotenciales globales y valores de alturas topográficas obtenidas a partir de modelos de elevación digital (DEM) (Galán y Casallas, 2010); b) la restauración de secciones por medio de isostasia flexural a través de la remoción de la carga ejercida por una secuencia sedimentaria (Roberts et al., 1998). En este trabajo, la determinación del espesor elástico de la Cuenca Neuquina durante el estadio de post-rift para el área de estudio, y las posibles variaciones del mismo a través del tiempo, se llevó a cabo mediante la restauración flexural de las secciones estructurales-estratigráficas regionales obtenidas previamente. Para ello se utilizó el programa MOVE®, de la empresa Midland Valley. Esta metodología permite observar si por medio de la configuración de diferentes parámetros (espesor elástico Te, porosidad de sedimentos, coeficientes de compactación, etc.), la secuencia es restaurada al nivel donde debería haberse ubicado al momento previo a la acumulación de la unidad suprayacente, cuando esta última es removida (Figura 3.24). Si así no sucediera, el valor del espesor elástico se puede modificar hasta cumplir la mencionada condición, transformándose este valor en el más apropiado o representativo. De esta manera se obtuvieron los valores de espesor elástico para los diferentes intervalos dentro del estadio de post-rift. La metodología que utiliza la isostasia flexural para la Metodología 50 determinación del espesor elástico debe aplicarse en secciones geológicas que posean una longitud igual o mayor a 10 kilómetros, debido a que en distancias menores la respuesta flexural de la litósfera generalmente no puede ser apreciada (Roberts et al., 1998). Fig. 3.24. Imagen esquemática del procedimiento utilizado para hallar el espesor elástico Te. a) Representa los espesores y estratigrafía actual, en donde la Unidad 1 corresponde a un ambiente marino, la Unidad 2 es de carácter continental, y la Unidad 3 constituye el basamento. b) Al ser removida la Unidad 1 y el peso del agua, la Unidad 2 aumenta de espesor, pero queda por debajo del nivel de referencia al cual debería ubicarse debido a que el valor de Te es erróneo. c) Al ser removida la Unidad 1 y el peso del agua, la Unidad 2 aumenta de espesor y además toda la secuencia alcanza el nivel de referencia. Es decir, para el caso c) se ha utilizado un valor de Te consistente. Metodología 51 2.16 Backstripping 2D La técnica denominada backstripping 2D (al igual que el método 1D) informa sobre la evolución de la subsidencia tectónica de una cuenca, considerando (a diferencia del método 1D) la resistencia flexural de la litósfera frente a las cargas, lo que otorga a los resultados de esta técnica un mayor realismo. La ecuación que rige el backstripping flexural o 2D se expresa como (Turcotte y Schubert, 1982): Ts=C [𝑆 (𝜎𝑚 − 𝜎𝑠)/(𝜎𝑚 − 𝜎𝑤) − Δ𝑆𝑙𝑖 (𝜎𝑤/𝜎𝑚 − 𝜎𝑤)] + (𝑊𝑑𝑖 − Δ𝑆𝑙𝑖 𝜎𝑤/(𝜎𝑚 − 𝜎𝑤)) siendo C=(𝜎𝑚 − 𝜎𝑠)/[(𝜎𝑚 − 𝜎𝑠) + (𝐷/𝑔 (2𝜋/𝜆)⁴] y donde D = E Te³/ 12 (1 - v²) Donde Ts corresponde a la subsidencia tectónica, C el grado compensación, 𝜎𝑚 a la densidad del manto, 𝜎𝑠 a la de los sedientos, 𝜎𝑤 a la del agua, Δ𝑆𝑙𝑖 es la variación del nivel medio del mar, 𝑊𝑑i es la batimetría, D es la rigidez flexural de la litósfera, E es el módulo de Young litosférico y Te es el espesor elástico efectivo de la litósfera. El procedimiento señalado permite calcular la profundidad de un determinado nivel o superficie (comúnmente el basamento de una cuenca) y observar los movimientos verticales de dicha superficie a través del tiempo, lo que permite construir curvas de subsidencia tectónica que contemplan la resistencia flexural de la litósfera (Figura 3.25). Metodología 52 Fig. 3.25. Imagen esquemática de los diferentes tipos de curva de subsidencia. 2.17 Extensión inicial El factor de estiramiento β (McKenzie, 1978) fue introducido para cuantificar la magnitud de la extensión de una litósfera que aumenta su longitud inicial (Li), a una longitud final mayor (Lf). De modo que: β= Lf/Li El factor de estiramiento β puede determinarse a partir de los resultados del análisis de subsidencia. El procedimiento consiste en encontrar la curva de subsidencia teórica asumida por el modelo de extensión uniforme de McKenzie (1978) que mejor se ajuste a los datos de subsidencia obtenidos por medio de la técnica de backstripping (Allen y Allen, 2005). Este procedimiento se llevó a cabo por medio de la utilización de un código en lenguaje M (Anexo 1) (Song et al., 2010), el cual resuelve la ecuación: S(t) = A (1- 1/β) – BQ(t) en donde: A = tc(ρm – ρc) / (ρa – ρw) B = α ρm / (ρα – ρw) Q(t) = ∫ [T(z, t) − T(z, ∞)]𝑑z a 0 Metodología 53 Siendo S(t) la subsidencia total en función del tiempo, A y B los factores de adelgazamiento de la corteza y del manto litosférico respectivamente, β es el factor de estiramiento, tc respresenta el espesor de la corteza, α corresponde al coeficiente de expansión térmico, Q(t) es una medida de la diferencia entre el estado de equilibrio y el perturbado de la estructura de la temperatura y es función de la tasa de deformación, T(z, t) es la temperatura de la litósfera en función de la profundidad y el tiempo, y T(z, ∞) es la estructura de temperatura de equilibrio de la litósfera. 2.18 Cálculo de la flexión litosférica en 2D La deflexión de una placa puede ser determinada asumiendo un equilibrio bajo la acción de todas las fuerzas y torques aplicadas sobre ella. Considerando una placa elástica de tamaño finito, pero lo suficientemente mayor al espesor ℎ de ésta y al desplazamiento vertical w (x,y), la ecuación general que relaciona el equilibrio de desplazamiento vertical w (x,y) con la acción de una carga vertical R (x,y) queda expresada en coordenadas cartesianas ortogonales por (Turcotte y Schubert, 2002): 𝜕⁴𝑤 𝜕𝑥⁴ + 𝜕⁴𝑤 𝜕𝑥²𝜕𝑦² + 𝜕⁴𝑤 𝜕𝑦⁴ = 𝑅 (𝑥, 𝑦) 𝐷 (1) Donde D es la rigidez flexural: D = 𝐸 𝑇𝑒³ 12 (1 − 𝑣2) La rigidez flexural D indica el grado de resistencia que opone una placa de espesor elástico Te, módulo de Young E y razón de Poisson 𝑣, a curvarse bajo la aplicación de fuerzas. Si la carga aplicada sobre una placa es de densidad homogénea e isotrópica, se verifica una equivalencia física tanto en la dirección x como en la dirección y, por lo que se puede prescindir de una de las direcciones. De esta manera, la ecuación (1) es equivalente a: 𝐷 𝑑⁴𝑤(𝑥) 𝑑𝑥⁴ = 𝑅(𝑥) (2) En la litósfera el campo de esfuerzos verticales está constituido básicamente por dos componentes: una carga topográfica de la corteza P(x) dirigida hacia abajo y el empuje hidrostático Q(x) dirigido hacia arriba producido por el manto. En esas condiciones: R(x) = P(x) – Q(x) (3) Metodología 54 Asumiendo que la flexión de la placa litosférica se rellena con rocas de la corteza, la fuerza de flotabilidad ejercida por el manto puede ser expresada como el peso del manto desplazado menos el peso de las rocas de la corteza (Turcotte y Schubert, 2002), es decir: Q(x) = (ρm – ρc)gw(x) (4) Donde ρm es la densidad de manto, ρc es la densidad de la corteza y g es la aceleración de la gravedad. Reemplazando las ecuaciones (2) y (4) en (3), se deriva: 𝐷 𝑑⁴𝑤(𝑥) 𝑑𝑥⁴ + (𝜌𝑚 − 𝜌𝑐)𝑔𝑤(𝑥) = 𝑃(𝑥) Esta es la ecuación ideal para una placa elástica delgada de espesor ℎ, la cual modela parte de la litósfera continental (Vázquez-Rodríguez y López-Águila, 2013). En este trabajo, el modelado de la flexión en dos dimensiones se realizó utilizando el código Flex2D (Cardozo, 2016). 2.19 Modelado de la flexión litosférica en 3D La flexión litosférica puede ser calculada en un espacio tridimensional considerando diferentes magnitudes y distribución espacial de las cargas. El código MatLab Flex3D (Cardozo, 2009) resuelve la deflexión de una capa elástica infinita y de espesor elástico constante que sobreyace una astenósfera fluida, aplicando el algoritmo de Timoshenko y Woinowsky-Krieger, (1959). El procedimiento consiste en dimensionar una porción de la litósfera, determinar la ubicación, altura y densidad de las cargas y definir los parámetros flexurales de dicha litósfera. Posteriormente, el código resuelve el algoritmo y representa los resultados gráficamente (Figura 3.26). Metodología 55 Fig. 3.26. Metodología para la obtención de la flexión 3D. a) Dimensionar la litósfera a analizar. b) Ubicar las cargas y determinar su altura y densidad. c) Topografía resultante. d) Flexión 3D generada por la carga actuante. 2.20 Análisis e interpretación de la información En esta etapa se combinaron la información teórica, los trabajos antecedentes, la información existente y la información generada a partir de los datos de campo y de las labores de gabinete, para analizar, clasificar y cuantificar los controles eustáticos y tectónicos que actuaron sobre la acumulación de los depósitos durante la etapa de post-rift en este sector de la Cuenca Neuquina. Por último, se desarrolló la discusión acerca de la influencia de los mencionados factores, para determinar de qué manera actuó cada uno de ellos, siendo la interpretación de los resultados resumidos finalmente en las conclusiones de este trabajo de tesis. Metodología 56 ANEXO 1 Código en lenguaje M para la obtención de curvas de subsidencia teóricas según el modelo de McKenzie (Song et al., 2010). % This script is designed to calculate subsidence and heat flow for % three types of strain rate. % Song Haibin and Chenlin,IGGCAS,2009-04-14 % (hbsong@mail.igcas.ac.cn, chenlin@mail.igcas.ac.cn) clear; %-------------------------------------------------------------------------- % To evaluate parameters a=150*1e3; % lithospheric thickness [m] tc=30*1e3; % crustal thickness [m] T0=0; % surface temperature [C] Tm=1350; % the temperature of ashenosphere. [C] kappa=1.1e-6; % thermal diffusivity. kappa=K/rho/c. [m^2/s] K=3.1; % thermal conductivity. [W/C/m] alpha=3.28*1e-5; % thermal expansion coefficient [1/C] rho_w=1.03*1e3; % sea water density [kg/m^3] rho_m=3.33*1e3; % mantle density [kg/m^3] rho_c=2.8*1e3; % crust density [kg/m^3] rho_a=3.2*1e3; % asthenosphere density [kg/m^3] t=(0:0.1:50)*(365*24*3600*1e6); z=(0:1:a/1e3)*1e3; dz=z(2)-z(1); dt=t(2)-t(1); Nt=length(t); %-------------------------------------------------------------------------- % To set three types of stain rate beta=1.17; % uniform stretching factor delt_t=10*(365*24*3600*1e6); % duration of stretching [s] tau=50*(365*24*3600*1e6); id=find(t>=0&t<=delt_t); G01=log(beta)/delt_t; % G equal to a constant G1=zeros(size(t)); G1(id)=G01; G02=log(beta)/(1-exp(-delt_t/tau))/tau; % G decreased exponentially with time G2=zeros(size(t)); G2(id)=G02*exp(-t(id)/tau); G03=log(beta)/(exp(delt_t/tau)-1)/tau; % G increased exponentially with time G3=zeros(size(t)); G3(id)=G03*exp(t(id)/tau); G=G2; % Here G can be set to G1, G2 or G3. T=cal_T(a,kappa,T0,Tm,z,t,G); %-------------------------------------------------------------------------- % To compute beta(t) beta=ones(size(t)); Metodología 57 for j=2:Nt tt=t(1:j); GG=G(1:j)'; beta(j)=exp(trapz(tt,GG)); end %-------------------------------------------------------------------------- % To compute theoretical water-loaded subsidence To=z'/a*(Tm-T0); for j=1:Nt Tz=T(:,j)-To; Q(j)=trapz(z,Tz'); end A=tc*(rho_m-rho_c)/(rho_a-rho_w); B=alpha*rho_m/(rho_a-rho_w); st=A*(1-1./beta)-B*Q; %-------------------------------------------------------------------------- % To compute surface heat flow qt=K*(T(2,:)-T(1,:))/dz*1000; % surface heat flow (mW/m^2) %-------------------------------------------------------------------------- % To display results figure, plot(t/(365*24*3600*1e6),st/1e3,'k','linewidth',2);axis ij; xlabel('Time (Ma)');ylabel('Depth (km)'); figure, plot(t/(365*24*3600*1e6),qt,'k','linewidth',2); xlabel('Time (Ma)');ylabel('Heat flow (mW/m^2)'); Relleno Jurásico Inferior – Cretácico Inferior y estructura del área de estudio 58 RELLENO JURÁSICO INFERIOR – CRETÁCICO INFERIOR Y ESTRUCTURA DEL ÁREA DE ESTUDIO Las características del régimen de subducción a lo largo el margen occidental de Gondwana a partir del Jurásico Inferior a Medio (Franzese et al., 2003), originó el decrecimiento en el predominio de la subsidencia mecánica de la Cuenca Neuquina, el comienzo de la construcción del arco magmático andino y el inicio de la subsidencia de tras-arco. Esto produjo que los depocentros inicialmente aislados del Jurásico Temprano se amalgamasen en un único y amplio depocentro dentro del cual los altos estructurales heredados fueron perdiendo representatividad (Vergani et al., 1995). En estas condiciones se inicia el estadio conocido clásicamente como post-rift (sensu Howell et al., 2005) en la Cuenca Neuquina. Este amplio depocentro estuvo conectado de manera intermitente con el océano proto-Pacífico a través de pasajes en el arco magmático (Spalletti et al., 2000; Macdonald et al., 2003). En el estadio inicial de la etapa de post- rift, la sedimentación estuvo fuertemente influenciada por la topografía y las estructuras heredadas del estadio de syn-rift (Burgess et al., 2000). Luego de esa pr