Caracterización y origen de la porosidad en areniscas de la sección inferior del Grupo Paganzo (Carbonífero superior), Cuenca Paganzo, Argentina

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Asociacin Argentina de Sedimentologa ISSN 0328 1159AAS Revista vol. 7 (2000) n 1-2: 49-72

Caracterizacin y origen de la porosidad enareniscas de la seccin inferior del GrupoPaganzo (Carbonfero superior), Cuenca

Paganzo, Argentina

Laura Ins NET1 y Carlos Oscar LIMARINO1

Resumen. Se analizan en este trabajo las caractersticas geomtricas, distribucin y origen de la porosidaden areniscas de la seccin inferior del Grupo Paganzo (Carbonfero superior). Las areniscas de la FormacinLagares en la localidad de mina Las Mellizas son feldarenitas y subfeldarenitas (Q817 F197 L11),mientras que en el rea de OltaMalanzn la base de la Formacin Malanzn est integrada por litoarenitasplutnico-metamrficas en la base (Q413 F332 L265), estando el resto de dicha unidad y la suprayacenteFormacin Loma Larga compuestas por litoarenitas feldespticas, feldarenitas y feldarenitas lticas (Q5910F338 L87). Si bien la porosidad promedio observada en seccin delgada es moderada (9,7% para laFormacin Lagares y de 7,4% para las Formaciones Malanzn y Loma Larga), se incrementa notoriamenteen niveles asociados a bancos de carbn y pelitas carbonosas, donde la materia orgnica generara los cidoscarboxlicos responsables de la destruccin parcial a total de los feldespatos, particularmente plagioclasas.El anlisis de imgenes petrogrficas (AIP) permiti reconocer cuatro tipos bsicos de porosidad, los quemuestran crecientes valores de complejidad y tortuosidad de sus poros: el tipo de porosidad 1 (TP1) corres-ponde a meso y macroporos intergranulares generados por disolucin de cemento y matriz en litoarenitasgruesas y muy gruesas; el tipo de porosidad 2 (TP2) est integrado por meso y microporos intra eintergranulares debido a intensa disolucin de clastos, matriz y cemento en feldarenitas medianas a gruesas;el tipo de porosidad 3 (TP3) comprende micro y criptoporos intergranulares por disolucin incipiente enarenitas finas y muy finas; por ltimo, el tipo de porosidad 4 (TP4) combina micro y mesoporos generadospor disolucin parcial de feldespatos y abundante criptoporosidad intercristalina en parches de caolinita. Laimportante circulacin de fluidos porales necesaria para la disolucin de los feldespatos sugiere que estefenmeno habra ocurrido previo a significativa compactacin y cierre de la fbrica, mientras que la presen-cia de caolinita autignica indicara que el Al

3+ movilizado no ha sido exportado fuera del sistema. Se

propone finalmente un modelo en el cual el desarrollo de la porosidad secundaria en estas areniscas estaraprincipalmente controlado por el contenido y grado de liberacin de los feldespatos, el tamao de grano y lapresencia de matriz.

Palabras clave: Porosidad, Areniscas, Diagnesis, Anlisis de imgenes petrogrficas, Disolucin defeldespatos.

Key words: Porosity, Sandstones, Diagenesis, Petrographic image analysis, Feldspar dissolution.

1. CONICET - Dto. de Geologa, Universidad de Buenos Aires.Pabelln 2, Ciudad Universitaria, C1428EHA Buenos Aires, Argentina.

E-mail: [email protected] / [email protected]

EXTENDED ABSTRACT

The characteristic distribution and origin of porosityin the sandstones of the lower section of Paganzo Group(Upper Carboniferous) in the eastern region of the Paganzo

Basin (La Rioja province, Argentina; Figs. 1, 2) aredescribed in this paper. Sandstones of the LagaresFormation in mina Las Mellizas locality are feldsarenitesand subfeldsarenites (Q817 F197 L11), while thoseexposed in Olta and Malanzn area exhibit a larger

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compositional variety, with plutonic-metamorphiclithoarenites making up the base of the Malanzn Formation(Q413 F332 L265), and feldspathic lithoarenites,feldsarenites and lithic feldsarenites for the rest of this unitand the overlying Loma Larga Formation (Fig. 4). Althoughin both localities mean total optical porosity values are onlymoderate (9.7% in Lagares Formation and 7.4% inMalanzn and Loma Larga Formations), porositydistribution is highly irregular and strongly dependent onfacies distribution. Maximum values of porosity areregistered in high-sinuosity fluvial intervals, in closeassociation with coals and carbonaceous mudstones (Figs.3, 5). Generation of carboxylic acids caused bydecomposition of organic matter is probably the mainresponsible for the intense feldspar dissolution observed(Surdam et al., 1984), which in this case, and based onpetrographic observations, is more pervasive in plagioclasethan in K-feldspar grains.

Petrographic image analysis (PIA) techniques (Ehrlichet al., 1984; Ehrlich et al., 1991; Bloch, 1994) allowed torecognize four porosity types, named TP1, TP2, TP3 andTP4 (Figs. 6, 7). Porosity type 1 (TP1, up to 15-20%) ismainly related to secondary intergranular macro andmesoporosity in coarse and medium-grained plutonic-metamorphic lithoarenites due to calcite cement partialdissolution; intragranular microporosity is minimal and canbe attributed to incipient dissolved feldspars being part oflithic fragments. Porosity type 2 (TP2) is related to massivedissolution of cements, matrix and feldspar clasts in mediumand coarse-grained feldsarenites; total optical porosityvalues in TP2 can reach up to 28%. Porosity type 3 (TP3,maximum value 12%) was only identified in finesandstones, and it is composed of crypto and microporesgenerated by the incipient dissolution of matrix and cement.Porosity type 4 (TP4, up to 22%) is an hybrid porositytype that combines intragranular microporosity caused byfeldspar dissolution with abundant intercrystallinecryptoporosity in authigenic kaolinite pore-filling patches.Complexity and tortuosity values of individual porosityelements (porels) increase from TP1 to TP4 (Fig. 9).

Taking into account that all the mechanisms generallyinvoked for feldspar dissolution (inorganic Al3+complexation related to carbonic acid generation, organicAl3+ complexes derived from carboxylic acids, or gibbsitehydrolysis) need a considerable pore fluid circulation,secondary porosity generation in these sandstones issupposed to have occurred before significant compaction.Moreover, the presence of abundant authigenic kaolinitepatches and common quartz overgrowths strongly suggeststhat the Al3+ mobilized was not exported out of the system,but it combined with poral siliceous-enriched solutions togenerate kaolinite.

Finally, a model of secondary porosity generation forthese sandstones is proposed (Fig. 13). In this model,porosity depends on feldspar abundance and liberationdegree (F/L ratio), mean grain size and matrix content.Sandstones with abundant monocrystalline feldspars grains(F/L>>1), medium to coarse grain size and low matrixcontent show optimal conditions for porosity development,because pore fluid circulation is favored and consequentlyfeldspar dissolution can take place, so secondary porosityof type 2 is generated (A1 trend in Fig. 13). If aluminumwas not eliminated out of the system, it would form kaolinitepore fillings typical of porosity type 4. Feldspars assubgrains in polymineralic rock fragments or an episodeof early cementation that strongly inhibit fluid circulationwould difficult feldspar dissolution, so, in that case, thesecondary porosity generation is mostly intergranular,attributed to matrix and cement dissolution (A2 trend inFig. 13). In fine-grained arenites, the combination of arelatively more quartzose composition and the severeporosity and permeability reduction during diagenesisresulted in very scarce matrix and cement dissolution typicalof porosity type 3 (B trend in Fig. 13). Lastly, muddyarenites can not develop appreciable porosity in any casedue to their high matrix content (or early cementationprocesses) that strongly prevents pore fluid circulation (Ctrend in Fig. 13).

INTRODUCCIN

Los estudios petrolgicos de porosidad en areniscashan experimentado un notable desarrollo en los ltimosaos, inters que est particularmente relacionado a losanlisis de calidad de reservorios clsticos en la industriapetrolera. Este tipo de investigaciones apunta en general acomprender cmo las variaciones observadas en las pro-piedades petrofsicas de las areniscas, especialmente laporosidad y la permeabilidad, se encuentran controladasde manera directa por la mineraloga, la textura y el rgi-men diagentico, e, indirectamente, por el rea de aportede la fraccin clstica y las facies depositacionales (vasepor ejemplo Wilson, 1994; Kupecz et al., 1997).

El objetivo del presente trabajo es analizar las carac-tersticas geomtricas, la distribucin y el origen de la po-rosidad presente en areniscas de las Formaciones Lagares,Malanzn y Loma Larga (Carbonfero superior) a lo largode sus perfiles tipo ubicados en el sector oriental de laCuenca Paganzo (Fig. 1). Las areniscas en estas tres uni-dades poseen en general baja porosidad, la que sin embar-go se incrementa en forma notable en ciertos nivelesestratigrficos bien acotados. Se intentar aqu explicar lamagnitud de esta variacin, como as tambin interpretar

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los factores que le han dado origen.Para cumplir con los propsitos sealados anterior-

mente, se efectu un estudio de la porosidad de estas are-niscas en seccin delgada aplicando tcnicas de anlisisde imgenes petrogrficas (AIP), metodologa que permi-te una caracterizacin objetiva, cuantitativa y rpida de ladistribucin, abundancia, tamao y forma de los poros enseccin delgada (Ehrlich et al., 1984; Ehrlich et al., 1991;Ehrenberg & Boassen, 1993; Bloch, 1994; Ehrlich et al.,1997). A partir de esta informacin, se procedi luego aanalizar el origen de la porosidad y a relacionarlo con losprincipales factores pre y postdepositacionales que con-trolaron su generacin y distribucin.

Ubicacin y marco geolgico

La seccin inferior del Grupo Paganzo o PaganzoI (Azcuy et al., 1979), de edad Carbonfera tarda, afloraextensamente en el centro oeste de Argentina dentro de lacuenca del mismo nombre (Fig. 1). Para el presente traba-jo se han estudiado dos grupos de afloramientos situadosdentro del mbito oriental de la Cuenca Paganzo: a) elperfil de mina Las Mellizas, seccin tipo de la FormacinLagares y b) las exposiciones aflorantes a lo largo de losvalles de Malanzn y Olta, reas tipo de las FormacionesMalanzn y Loma Larga (Figs. 1, 2).

La geologa de estas unidades ha sido estudiada pornumerosos autores desde el trabajo pionero de Bodenbender(1911). La definicin formal del Grupo Paganzo fue efec-tuada por Azcuy & Morelli (1970) en el rea que incluyea los perfiles de Paganzo y mina Las Mellizas, localida-des en las que Morelli et al. (1984) y Limarino (1987)realizaron estudios estratigrficos y brindaron precisionesacerca de los paleoambientes depositacionales de la For-macin Lagares. Por otra parte, diversos aspectosestratigrficos, paleontolgicos y paleoambientales de lasunidades carbonferas aflorantes en el rea de lospaleovalles de Malanzn y Olta han sido encarados en lascontribuciones efectuadas por Bracaccini (1948), Azcuy(1975), Andreis et al. (1986) y Sterren & Martnez (1996),entre otros.

Las unidades referidas en el presente trabajo se ha-llan integradas por depsitos arenosos, en menor medidapelticos y conglomerdicos, de color gris amarillento (Fig.3). Las reas de procedencia de los sedimentos carbonferosque integran la Seccin Inferior del Grupo Paganzo son:a) los bloques continentales de las Sierras Pampeanas, yb) los orgenos reciclados de Famatina y Precordillera,ubicados al norte y oeste respectivamente del rea investi-gada (Andreis et al., 1986; Lpez Gamund et al., 1990;Net, 1999). El rea pampeana ha sido la principal fuentede aporte de las areniscas estudiadas en este trabajo (Net,

1999). De esta manera, mientras que en la comarca demina Las Mellizas las sedimentitas que integran la For-macin Lagares se apoyan en discordancia sobre el basa-mento plutnico grantico de la Sierra de Vilgo (GranitoVilgo), los paleovalles de Malanzn y Olta han sido la-brados sobre el conjunto de unidades que conforman elncleo de la Sierra de Los Llanos, fundamentalmente gra-nitos y granodioritas (Formacin Chepes) ymetasedimentitas de bajo grado (Formacin Olta; Limarinoet al., 1998).

Una descripcin de la litologa, la interpretacinpaleoambiental y la petrografa de las areniscas corres-pondientes a los perfiles aqu estudiados ha sido dada aconocer por Net (1999), quien reconoci un conjunto deunidades informales o secciones, las cuales se encuen-tran resumidas en la tabla 1. Bsicamente, la sedimenta-cin se inicia en las Formaciones Malanzn y Lagares condepsitos de abanicos aluviales o fluviales de alta energa(seccin L1), los que son luego cubiertos por diamictitas ypelitas glacimarinas o glacilacustres (secciones L2 y L3),

Figura 1. Mapa de ubicacin de los perfiles de las FormacionesLagares (mina Las Mellizas), Malanzn y Loma Larga (valles deOlta y Malanzn) en el sector oriental de la Cuenca Paganzo.

Figure 1. Location map of outcrops at the mina Las Mellizas (Laga-res Formation) and Malanzn and Olta valleys (Malanzn and LomaLarga Formations) in eastern Paganzo Basin.


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seguidas a continuacin por una serie de ciclos arenososgrano y estratocrecientes correspondientes a la progradacinde cuerpos deltaicos (seccin L4). La parte superior de losdepsitos carbonferos, constituida por la Formacin LomaLarga y la parte media y cuspidal de la Formacin Laga-res, est integrada por potentes intervalos de depsitos flu-viales que incluyen importantes espesores (hasta 4 metrosen mina Las Mellizas) de pelitas carbonosas y bancos decarbn (secciones L5-L6; Fig. 3). Estos sedimentos se ha-bran depositado bajo un rgimen climtico templado a c-lido y hmedo (Lpez Gamund et al., 1992; Limarino etal., 1996).

Antecedentes

Si bien, como ya ha sido sealado, el nmero de tra-bajos estratigrficos, paleoambientales y paleontolgicosefectuados sobre las unidades estudiadas es amplio, las in-vestigaciones referentes a sus aspectos petrolgicos ydiagenticos es por el contrario mucho ms limitado. Eneste sentido, no existe hasta el presente una descripcindetallada de los tipos de porosidad presentes en las arenis-cas ni de los diferentes procesos diagenticos que le dieronorigen. No obstante lo dicho, merecen ser destacadas lascontribuciones de Di Paola (1970, 1972) y de Andreis etal. (1986). La primera autora public datos de composi-cin y procedencia de las areniscas y minerales de arcilla

de la Formacin Lagares en la comarca de Paganzo-Aman, describiendo e ilustrando la presencia de caolinitaasociada a micas degradadas y a feldespatos alteradosdiagenticamente. Por otra parte, Andreis et al. (1986)realizaron un estudio de la composicin mineralgica delas sedimentitas del Grupo Paganzo en la Sierra deMalanzn, el cual incluy la descripcin petrogrfica, an-lisis de procedencia y sntesis de los principales procesosdiagenticos en areniscas de las Formaciones Malanzn yLoma Larga. Estos autores hicieron referencia al escasogrado de compactacin mecnica sufrida por estas rocas,y destacaron la alteracin temprana de fragmentosmicceos y la cementacin carbontica presente en la For-macin Malanzn. Atribuyeron la caolinita autignicaexistente en la Formacin Loma Larga a una etapa finalde la diagnesis, debido a la circulacin de aguasmetericas y de soluciones expulsadas desde los bancospelticos, ya que no encontraron evidencias de disolucinde feldespatos. Finalmente, sobre la base de la reconstruc-cin estratigrfica y de datos de reflectancia de vitrinita,estimaron temperaturas diagenticas no mayores que 60C.

METODOLOGA

Las tareas de campo incluyeron el reconocimiento ydescripcin litolgica de las secciones informales ya refe-

Figura 2. Cuadro estratigrfico de las unidades de la Seccin Infe-rior del Grupo Paganzo includas en el presente trabajo.

Figure 2. Stratigraphic chart of the Lower Section of Paganzo Groupunits included in this study.

Figura 3. Vista de los depsitos fluviales de la seccin L5 (Forma-cin Loma Larga, valle de Malanzn) integrados por espesospaleocanales con relleno arenoso, entre los que se intercalan poten-tes intervalos de pelitas carbonosas y bancos de carbn. Las are-niscas de la seccin L5 presentan el mejor desarrollo de porosidadoriginada por disolucin de feldespatos.

Figure 3. General view of high-sinuosity fluvial deposits in sectionL5 (Loma Larga Formation, Malanzn valley) composed ofinterbedded channelized sandstones and thick coal or carbonaceousshale beds. Section L5 shows the best development of secondaryporosity due to feldspar dissolution.


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ridas (L1 a L6, Tabla 1), as como el muestreo de arenis-cas pertenecientes a cada una de dichas unidades. Duranteel estudio petrogrfico se examinaron 47 secciones delga-das, 19 correspondientes a areniscas de la Formacin La-gares y 28 a las Formaciones Malanzn y Loma Larga(Tabla 2). Las muestras fueron impregnadas con resinaepoxy azul a fin de destacar la porosidad, y teidas paradiferenciar distintos tipos de feldespatos con rhodizonatode sodio y cobaltinitrito de sodio siguiendo la metodologadescripta por Houghton (1980). La moda de cada muestrafue estimada visualmente con ocular micromtrico. Parala seleccin se utilizaron los comparadores y trminos des-criptivos de Beard & Weyl (1973). Tanto los porcentajesrelativos de componentes clsticos (modas detrticas QFL)como la cuantificacin de los minerales autignicos fue-ron efectuados a partir del conteo de entre 300 y 500 pun-tos por muestra utilizando el mtodo de Gazzi-Dickinson(Zuffa 1985, Tabla 2). Para la clasificacin petrogrficase emple el esquema composicional propuesto por Folket al. (1970), previa regeneracin de las modas detrticaspara equiparar al mtodo tradicional utilizado por dichosautores (Tabla 2, Fig. 4). En lo que hace al contenido dematriz, se mantuvo el criterio del lmite entre arenitas yarenitas fangosas en el 15% de material detrtico intersticialde acuerdo con Pettijohn et al. (1987). Informacin com-plementaria de texturas y composicin qumica fue obte-nida mediante observaciones efectuadas con microscopio

electrnico de barrido (MEB) equipado con microsondade rayos X dispersiva en energa (EDX). La porosidad deestas areniscas fue cuantificada durante los conteos de ru-tina, y eventualmente ajustada utilizando tablas de compa-racin visual (por ejemplo, Terry & Chilingar, 1955 enScholle, 1979). La caracterizacin de los distintos tipos deporosidad estuvo basada en el anlisis de imgenespetrogrficas (AIP, Ehrlich et al., 1984) a partir demicrofotografas tomadas con una cmara fotogrficaadosada al microscopio petrogrfico. Los trminos descrip-tivos de abundancia y dimensiones de poros utilizados eneste trabajo han sido modificados de Choquette & Pray(1970) y se encuentran en la tabla 3.

CARACTERSTICAS PETROGRFICAS DELAS ARENISCAS

La seccin inferior del Grupo Paganzo en el sectororiental de la cuenca homnima incluye arenitas, y muchoms raramente arenitas fangosas, desde muy gruesas hastamuy finas, pobre hasta muy bien seleccionadas (Tabla 2).Las areniscas de la Formacin Lagares en mina Las Melli-zas se clasifican como feldarenitas y subfeldarenitas (pro-medio Q817 F197 L11), mientras que las Formacio-nes Malanzn y Loma Larga presentan mayor variacin,ya que incluyen litoarenitas plutnico-metamrficas en la

Tabla 1. Resumen de las caractersticas litolgicas y la interpretacin paleoambiental de los intervalos informales o "secciones" reconocidospor Net (1999) dentro de las Formaciones Lagares, Malanzn y Loma Larga.

Table 1. Summary of lithologic characteristics and depositional settings of the informal units or "sections" recognized by Net (1999) in theLagares, Malanzn and Loma Larga Formations.


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Tabla 2. Petrografa de las areniscas de la seccin inferior del Grupo Paganzo. Valores correspondientes a % del total de la roca, ycomposicin de los clastos recalculada al 100%. (1): modas detrticas regeneradas segn el mtodo tradicional para la clasificacin petrogrficasegn Folk et al. (1970). Referencias: Amf/f/m/g/mg=arenisca muy fina/fina/mediana/gruesa/muy gruesa; S=sabulita. Seleccin: muyps/ps/mods/bs/muybs=muy pobremente/pobremente/moderadamente/bien/muy bien seleccionada. %cl, %mtz, %cem, %por: porcentajes de clastos,matriz, cementos y porosidad. TP: tipo de porosidad dominante. Qm=cuarzo monocristalino; Qp=cuarzo policristalino; Ch=chert;FK=feldespato potsico; Plg=plagioclasa; Lm=ltico metamrfico; Lv=ltico volcnico; Ls=ltico sedimentario; Otr=otros (accesorios yalteritas). P/K=relacin plagioclasa/feldespato potsico. Q, F, L=cuarzo/feldespatos/lticos. petr.: clasificacin petrogrfica. AF=arenitafeldesptica; AL=arenita ltica; AFL=feldarenita ltica; ALF=litoarenita feldesptica; ASF=subfeldarenita; * = fangosa (matriz > 15%).


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base (seccin L1, promedio Q413 F332 L265) ylitoarenitas feldespticas, feldarenitas y feldarenitas lticashacia los trminos superiores (promedio Q5910 F338L87; ver Tabla 2, Fig. 4). Las arenitas en ambas locali-dades se destacan por el alto contenido de cuarzomonocristalino y el amplio predominio de los clastos defeldespato potsico por sobre los de plagioclasa; esto lti-mo se debe en gran medida a un proceso diagentico dedisolucin selectiva de clastos, el cual ser analizado eilustrado ms adelante. Los fragmentos lticos aparecensiempre en forma muy subordinada, con excepcin de labase de la Formacin Malanzn (seccin L1), donde do-minan los clastos de metamorfitas y plutonitas. Ntese queel conteo de los referidos clastos lticos provoca una im-portante desviacin entre las modas detrticas calculadaspor los mtodos tradicional y de Gazzi-Dickinson (Zuffa,1985; Tabla 2), ya que en este ltimo caso los lticos degrano grueso se contabilizan como sus componentes mine-rales. La biotita es el mineral accesorio ms abundante,pudiendo llegar excepcionalmente a constituir hasta el 20%de la fraccin clstica (Tabla 2). Los minerales autignicosposeen variable abundancia, y su paragnesis incluye eldesarrollo de crecimientos secundarios de cuarzo yfeldespato, seguidos por caolinita e illita como reemplazosde clastos y relleno de poros, y finalmente calcita y xidosde hierro como fases ms tardas. La porosidad observadaen seccin delgada vara desde menos de 1% hasta unmximo de 28%, siendo el promedio de 9,7% para la For-macin Lagares y de 7,4% para las Formaciones Malanzny Loma Larga (Tabla 2, Fig. 5). Esta porosidad es de ori-gen secundario, generada mayormente por destruccin par-cial a total de clastos de feldespatos, e incrementada enocasiones por la disolucin adicional de algunos cementosy/o de parte de la matriz.

En lo que respecta al grado de soterramiento que ha-bran sufrido estas areniscas, el mismo ha sido inferido apartir de los espesores mnimos de las unidadespostcarbonferas suprayacentes. Haciendo la salvedad deque se trata slo de espesores orientativos, ya que las uni-dades estn compactadas y existen espesores inciertos desedimentitas prmicas, trisicas y terciarias removidos porerosin (Azcuy & Morelli, 1970; Azcuy et al., 1979;Andreis et al., 1986; Limarino et al., 1998), dentro delsector oriental de la cuenca la seccin inferior del Grupo

Paganzo habra estado soterrada a profundidades mnimasdel orden de los 1000 metros. Un anlisis de la prdida deporosidad primaria efectuado en areniscas de las Forma-ciones Malanzn y Loma Larga (Net, 1999) revel que lacompactacin (mecnica y en menor medida qumica) hasido el principal factor responsable de la prdida de poro-

Table 2. Sandstone petrography of the lower section of Paganzo Group. Values expressed in % of total rock; clastic fraction alsorecalculated to 100%. (1) detrital modes regenerated to traditional point-counting method for petrographic classification purposes followingFolk et al. (1970). References: Amf/f/m/g/mg=very fine/fine/medium/coarse/very coarse sandstone; S=granule sandstone. Sorting: muyps/ps/mods/bs/muybs=very poorly/poorly/moderately/well/very well sorted. %cl, %mtz, %cem, %por: clast, matrix, cement and porositypercentages. TP: main porosity type. Qm=monocrystalline quartz; Qp=polycrystalline quartz; Ch=chert; FK=K-feldspar; Plg=plagioclase;Lm=metamorphic rock fragment; Lv=volcanic rock fragment; Ls=sedimentary rock fragment; Otr=others (accesory and altered grains).P/K=plagioclase/K-feldspar ratio; Q, F, L=quartz/feldspar/rock fragments. petr.: petrographic classification. AF=feldsarenite; AL=litharenite;AFL=lithic feldsarenite; ALF=feldspathic litharenite; ASF=subfeldsarenite; * = muddy (matrix > 15%).

Figura 4. Clasificacin de las areniscas de las Formaciones Laga-res, Malanzn y Loma Larga (Folk et al., 1970). Q: cuarzo mono ypolicristalino (excluyendo chert); F: feldespatos; L: fragmentoslticos (incluyendo chert). Los smbolos de las secciones correspon-den a las divisiones de la Tabla 1; las flechas indican arenitas fango-sas (matriz >15% segn criterio de Pettijohn et al., 1987).

Figure 4. Classification of sandstones of the Lagares, Malanzn andLoma Larga Formations (Folk et al., 1970). Q: mono andpolycrystalline quartz; F: feldspars; L: rock fragments (includingchert). Symbols of sections refers to Table 1; arrows indicate muddyarenites (matrix>15% following Pettijohn et al., 1987).


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sidad de estas rocas, mientras que la cementacin actu enforma subordinada. Una evaluacin regional de ladiagnesis fsica y qumica indicara para el referido sec-tor de la cuenca temperaturas diagenticas mximas me-nores a los 100C (Net, 1999).

ESTUDIO DE LA RED PORAL MEDIANTEANLISIS DE IMGENES PETROGRFICAS

(AIP): METODOLOGA APLICADA

La morfologa, cuantificacin y distribucin de la po-rosidad de las areniscas fue caracterizada a partir del an-lisis de imgenes petrogrficas (AIP, Ehrlich et al., 1984).Para ello se seleccionaron microfotografas de diferentestipos de porosidad obtenidas en secciones delgadas de tex-tura y mineraloga relativamente homogneas, a fin de quesean representativas (Fig. 6a, b, c y d). El aumento utiliza-

do (X40) corresponde a un nivel de observacin generalde las secciones delgadas que resulta ptima para el anli-sis cuantitativo de la porosidad (Ehrlich et al., 1991). Sal-vo que se indique lo contrario, las imagenes microscpi-cas abarcaron un rea de 3 por 2 mm2 y han sidodigitalizadas con una definicin de aproximadamente 600x 400 pixels. El procesamiento de las imgenes y las me-diciones que a continuacin se describen han sido realiza-das siguiendo la metodologa de White et al. (1998) utili-zando el programa Scion Image versin Beta3b.

La aplicacin del AIP a los estudios de porosidad estbasado en la transformacin de las microfotografasdigitalizadas a una imagen binaria, donde cada pixel o uni-dad que compone la imagen fue referido a la categoraporo (en negro) o no poro (en blanco, Fig. 7a-d). Deesta manera, fue posible identificar la expresin en dosdimensiones del complejo poral o red tridimensional deespacios vacos, separando claramente los minerales que

Figura 5. Perfiles esquemticos de las Formaciones Lagares (mina Las Mellizas), Malanzn y Loma Larga (valles de Olta y Malanzn)ilustrando la distribucin de los valores de porosidad ptica total (POT) obtenidos. La lnea continua sobre el eje vertical en las seccionesL2+L3 indica valores de porosidad ptica cercanos a cero para todo el intervalo referido.

Figure 5. Schematic profiles of Lagares Formation (Mina Las Mellizas) and Malanzn and Loma Larga Formations (Malanzn and Oltavalleys) showing distribution of total porosity values measured. The line near vertical axe in sections L2+L3 indicates values of total opticalporosity near zero on these sections.


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componen la sedimentita de los espacios porales (por con-vencin, los sectores ms anchos que componen la redporal), las gargantas porales (sectores ms angostos de lared poral) y parte de la microporosidad. Debe destacarse,sin embargo, que las gargantas no son comnmente inter-ceptadas en su mximo desarrollo por el plano del cortedelgado, razn por la cual la dimensin de las mismas escasi siempre menor que su tamao verdadero (McCreeshet al., 1991). Cuando se encontraron vestigios de polvodel pulido o pequeas burbujas en la resina, stos fueroneliminados mediante un tratamiento digital previo a efec-tuarse las mediciones.

La porosidad expuesta en seccin delgada aparececomo parches de variada forma y tamao que no necesa-riamente constituyen un solo poro, sino que pueden corres-ponder a un conjunto de varios poros y gargantas. Ehrlichet al. (1991) definieron el trmino porel (PORosityELement) para referirse a estos parches, destacando quela forma y tamao de los mismos (en dos dimensiones) nodeben ser extrapoladas en forma directa al espaciotridimensional.

La porosidad definida por anlisis de imgenes se de-nomina porosidad ptica total (total optical porosity oTOP) y resulta del clculo del porcentaje relativo de pixelsde porosidad, o sea, de la relacin de pixels negros a pixelstotales. La porosidad ptica total se encuentra ms rela-cionada a la porosidad efectiva de la roca que a la porosi-dad total, ya que est estrechamente asociada a la penetra-cin de la resina de impregnacin (Ehrlich et al., 1991).

Una vez cuantificada la porosidad ptica, una segun-da etapa consisti en la caracterizacin de distintos tiposde porosidad mediante la aplicacin de sucesivos ciclos deerosin-dilatacin con el objeto de obtener las distribucio-nes de tamao y forma de los porels (Ehrlich et al., 1984).Explicado brevemente, el primer ciclo de erosin-dilata-cin (E-D) consiste en la erosin o eliminacin de una capade pixels de la superficie de los porels, mientras que ladilatacin implica el proceso inverso, esto es, la adicin deuna capa de pixels al remanente del porel (Scasso &

Limarino, 1997). La dilatacin slo es posible cuando elporel no ha sido eliminado previamente durante la ero-sin. En la prctica, para el programa de procesamiento deimgenes, este ciclo se tradujo como el cambio de todoslos pixels negros a blancos cuando estuvieran en contactocon al menos 3 pixels blancos, seguido a continuacin porel cambio de todos los pixels blancos a negros cuando es-tuvieran en contacto con al menos 3 pixels negros. El valorumbral de 3 pixels fue elegido por los autores por resultaradecuado a los fines de este trabajo. Siempre partiendo dela imagen original, el siguiente ciclo efecta dos erosio-nes, seguidas por dos dilataciones, y as sucesivamente.La porosidad se mide al finalizar cada ciclo y siempre re-sulta menor que antes de efectuar el mismo. La aplicacinde ciclos de erosin-dilatacin de magnitud creciente con-tina hasta que la ltima erosin elimina por completo todoremanente de porels en las imgenes (Fig. 8). El conceptocentral en el que est basado este tipo de anlisis es que laaplicacin de un ciclo de erosin-dilatacin no necesaria-mente retorna un objeto a su forma original (vase Ehrlichet al., 1984). La diferencia en el nmero de pixels antes ydespus de un ciclo representa la prdida de un determina-do tamao de porel o de ciertos componentes de rugosidadpresentes en porels de mayor tamao. La aplicacin desucesivos ciclos E-D provee entonces informacin acercade la distribucin de tamaos y rugosidad de los poros, yaque los poros ms pequeos y las rugosidades de menorescala en los poros ms grandes son sucesivamente elimi-nadas por cada ciclo.

Para la elaboracin de los espectros E-D se proce-di a medir la porosidad remanente despus de cada ciclode erosin-dilatacin y se la expres como un porcentajede la porosidad original (Fig. 8; comprese con Ehrenberg& Boassen, 1993: fig. 8). En el presente estudio se aplica-ron hasta 45 ciclos E-D sobre una misma imagen. Con elaumento utilizado para la obtencin de las microfotografasy la calidad de digitalizacin empleada, cada pixel posee 5m de lado y 25 m2 de superficie. Segn la escala detamaos porales aqu adoptada (Tabla 3), los criptoporos

Tabla 3. Rangos y trminos descriptivos para la caracterizacin de los sistemas porales. Modificado de Choquette & Pray (1970).

Table 3. Ranges and descriptive terms used for porosity description. Modified from Choquette & Pray (1970).


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se eliminan con un solo ciclo E-D, mientras que losmicroporos requieren seis ciclos para ser eliminados, losmesoporos venticinco y los macroporos pueden necesitarhasta cien ciclos E-D.

Por ltimo, se tomaron porels representativos decada uno de los tipos de porosidad diferenciados (seala-dos con flechas llenas en la figura 7), los cuales fueronanalizados en forma individual a fin de obtener parmetrostales como rea, longitud, tortuosidad y espectro de com-ponentes de rugosidad y tamao (Fig. 9). La tortuosidadde los porels fue expresada en este trabajo como el cocien-te entre pixels pertenecientes a bordes y pixels totales, adap-tando de esta manera la definicin brindada por Ehrlich etal. (1984). El espectro de componentes de rugosidad y ta-mao se obtuvo graficando el porcentaje de pixels perdi-dos en cada ciclo de erosin-dilatacin. Durante este pro-ceso, el porel es progresivamente suavizado hasta que laltima erosin lo elimina definitivamente; la dilatacinanterior a la ltima erosin genera la componente ms re-gular del porel o componente de tamao (Fig. 9; comp-rese con Ehrlich et al., 1991: fig. 5).

POROSIDAD: DISTRIBUCIN, TIPOS YFACTORES DE CONTROL

Con el objeto de evaluar la distribucin de la porosi-dad y los factores que la controlan, los porcentajes obteni-dos durante los estudios petrogrficos de rutina (Tabla 2)fueron graficados teniendo en cuenta su ubicacinestratigrfica a lo largo de los perfiles esquemticos de lasFormaciones Lagares, Malanzn y Loma Larga (Fig. 5).Como all puede verse, el patrn general de la distribucinde la porosidad es similar en ambas localidades, con valo-res que varan fuertemente dentro de cada uno de los perfi-les. De esta manera, los mximos valores de porosidad (ma-yores al 15%) se encuentran localizados en dos nivelesestratigrficos bien diferenciados (Fig. 5): por un lado, enlas areniscas de canales fluviales de alta sinuosidad aso-ciados a espesos bancos de pelitas negras de planice deinundacin (seccin L5; Fig. 3) y, por otro lado, en la ma-triz arenosa de cuerpos conglomerdicos de abanicosaluviales en la base de la Formacin Malanzn (seccinL1). Contrariamente, las areniscas correspondientes a se-cuencias deltaicas progradantes (seccin L4) y a sistemasfluviales con canales de menor magnitud (seccin L6) po-

seen porosidades slo buenas a moderadas (5-15%). Porltimo, en areniscas pertenecientes a diamictitas de origenglaciario (seccin L2) o a depsitos de turbiditas (seccinL3), la porosidad resulta casi siempre muy baja (1-5%).Esto se debera, fundamentalmente, a que estas ltimasareniscas poseen mayores porcentajes de matriz, y lacriptoporosidad all encerrada, si bien puede alcanzar por-centajes considerables (Hurst & Nadeau, 1995), se hallapor debajo del lmite de resolucin del microscopio ptico(Pittman, 1979; Hurst & Nadeau, 1995); adems, gene-ralmente se trata de porosidad no efectiva, y la resina deinyeccin no puede penetrar para ponerla en evidencia.

De acuerdo con las caractersticas geomtricas de lossistemas porales y de los porels individuales se han iden-tificado cuatro tipos bsicos de porosidad, los que se de-nominaron en orden de tamao medio decreciente de losporels como TP1, TP2, TP3 y TP4 (Figs. 6, 7). Las princi-pales caractersticas de cada uno de los tipos de porosidadreconocidos sern decriptas a continuacin y se sintetizanen la tabla 4.

El tipo de porosidad 1 (TP1, Figs. 6a y 7a) corres-ponde a porosidad secundaria mayormente de tipointergranular en arenitas gruesas y muy gruesas, generadapor disolucin localizada de cemento de calcita y/o de partede la matriz. Posee asimismo una muy baja participacinde porosidad intragranular, debido a la disolucin inci-piente de algunos feldespatos (plagioclasa y en menormedida feldespato potsico), la mayor parte de los cualesforman parte de fragmentos lticos de grano grueso(plutonitas y metamorfitas, Fig. 6a). Las gargantas poralesson frecuentes y relativamente anchas. Los valores de po-rosidad ptica total en el TP1 oscilan entre 15 y 20%(16,4% en la imagen de la Fig. 7a). Este tipo de porosidadse encuentra dominado por mesoporos (58,5%) ymacroporos (22,5%), siendo escasos los microporos (13%)y mnima la criptoporosidad (6%; Fig. 8a). Un porel re-presentativo del TP1 (Fig. 9a) presenta un rea que superalos 150000 m2 y posee muy baja tortuosidad (0,14). Comopuede verse en el espectro de componentes de tamao yrugosidad (Fig. 9a), se trata de un porel relativamente com-pacto, con rugosidades de muy pequea escala (compre-se con Ehrlich et al., 1991: fig. 5b), y donde un alto por-centaje del rea total corresponde a la componente de ta-mao (26,2%), mientras que la componente de rugosidades relativamente poco importante. El tipo de porosidad 1es caracterstico de las litoarenitas gruesas y muy gruesas

Figura 6. Microfotografas representativas de los tipos de porosidad reconocidos en las areniscas de la seccin inferior del GrupoPaganzo. a) tipo de porosidad 1 (TP1), obsrvese el dominio de mesoporos y macroporos intergranulares (muestra MA24, Fm. Malanzn);b) tipo de porosidad 2 (TP2), ntese la importante disolucin de clastos, matriz y cemento, la presencia de poros sobredimensionados y dealgunos granos flotantes (muestra MA48, Fm. Malanzn); c) tipo de porosidad 3 (TP3), desarrollado en arenitas finas, con dominio decripto y microporos intergranulares (muestra MA6, Fm. Malanzn); d) tipo de porosidad 4 (TP4), ntese los meso y microporosintragranulares originados por disolucin parcial de clastos de feldespato, junto a los abundantes parches de caolinita autignica encerran-


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do importante criptoporosidad (muestra LA33, Fm. Lagares); e) micro y mesoporos intragranulares controlados por los planos de macla yparcialmente rellenos por caolinita (K) en una plagioclasa (muestra MA14, Fm. Malanzn); f) detalle de una arenita subfeldespticamostrando (izq.) un clasto de feldspato potsico (FK) intensamente disuelto, y (der.) un agregado de cristales de caolinita (K) con contornomuy regular, interpretndose su origen como producto de la disolucin de un clasto de plagioclasa original (muestra LA16, Fm. Lagares).a), b), c) y d) X40; e) X200; f) X100. Todas las microfotografas con nicoles paralelos.

Figure 6. Photomicrographs of porosity types recognized in sandstones of the lower section of Paganzo Group. a) porosity type 1 (TP1), seethe dominance of intergranular meso and macropores (sample MA24, Malanzn Fm.); b) porosity type 2 (TP2), note the pervasive dissolutionof clasts, matrix and cements, the presence of oversized pores and floating grains (sample MA48, Malanzn Fm.); c) porosity type 3 (TP3),typical of fine-grained sandstones, composed of intergranular crypto and micropores (sample MA6, Malanzn Fm.); d) porosity type 4(TP4), see intragranular meso and microporosity caused by feldspar dissolution combined with common kaolinite pore-filling patches withabundant cryptoporosity (sample MA33, Lagares Fm.); e) plagioclase with intragranular micro and mesoporosity controlled by twin planesand partially filled by kaolinite (K) (sample MA14, Malanzn Fm.); f) detailed view showing a partially dissolved K-feldspar grain (left) andan authigenic aggregate of kaolinite (K, right) interpreted to be originated by dissolution of a plagioclase grain (sample LA16, LagaresFm.). a), b), c) and d) X40; e) X200; f) X100. All photomicrographs with parallel nicols.


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hasta sabulticas que conforman la matriz de losortoconglomerados en los abanicos aluviales de la base dela Fomacin Malanzn (seccin L1), y de las litoarenitasfeldespticas gruesas que integran los canales fluviales dela Formacin Loma Larga en el perfil de Olta-Malanzn(seccin L5). En el caso del TP1, la generacin de porosde grandes dimensiones (meso y macroporos) compactosy relativamente poco rugosos parece estar sujeta princi-palmente a un fuerte control textural, y en menor medidatambin composicional. Lo dicho se basa en que la pre-sencia del TP1 se limita exclusivamente a arenitas grue-sas y muy gruesas con escasa matriz y abundantesfeldespatos integrando fragmentos lticos plutnicos ymetamrficos de grano grueso. La baja rugosidad de losporels del TP1 se debera fundamentalmente al carcterintergranular de los mismos, el cual es atribudo tanto a ladisolucin localizada de cemento carbontico en arenis-cas que poseen discreto desarrollo de cementos arcillosos,como al grado parcial de disolucin de los feldespatos enla fraccin clstica.

El tipo de porosidad 2 (TP2, Figs. 6b y 7b) ha sidoidentificado en arenitas medianas y gruesas que han sufri-do intensa disolucin, no slo ya de cementos y matriz,sino tambin de parte considerable de la fraccin clstica,especialmente de los feldespatos. Corresponden al TP2 losmximos porcentajes de porosidad ptica medidos, los quepueden alcanzar hasta 28% (19,9% en la imagen de lafigura 7b), siendo comn la presencia de porossobredimensionados (oversized) y de algunos granos flo-tantes (Fig. 7b). Las gargantas porales son frecuentes, aun-que estrechas y tortuosas. En el TP2 dominan losmesoporos (61,5%) y microporos (22,5%); los macroporosson menos frecuentes (9,5%) y la criptoporosidad es mni-ma (6,5%; Fig. 8b). Un porel representativo del TP2 (Fig.9b) presenta un rea de hasta 100000 m2 y una tortuosidadmayor que en el TP1 (0,21). El espectro de componentesde tamao y rugosidad corresponde en este caso al de unporel complejo (Fig. 9b; comprese con Ehrlich et al.,1991: Fig. 5a), con rugosidades importantes y una bajaparticipacin del componente de tamao (14,8%). El TP2es comn en feldarenitas, feldarenitas lticas, litoarenitasfeldespticas y subfeldarenitas medianas a gruesas de lasFormaciones Malanzn (secciones L3 y L4), Loma Larga(seccin L5) y Lagares (seccin L5). La ocurrencia delTP2 dependera de la combinacin del tamao de granomediano a grueso y del bajo contenido de matriz en lasareniscas. Esto favorecera la circulacin de los fludosporales provocando as la intensa disolucin de losfeldespatos dentro de la fraccin clstica, como as tam-bin de parte del cemento y de la matriz. La mayor com-plejidad y rugosidad los porels del TP2 se atribuye a laimportante participacin de porosidad intragranular, y tam-

bin a la presencia de relictos de arcillas que han sidoparcialmente disueltas.

El tipo de porosidad 3 (TP3, Figs. 6c y 7c), a diferen-cia de los tratados previamente, se encuentra limitado enforma exclusiva a arenitas finas. Es fundamentalmente detipo intergranular, y est originado por la disolucin par-cial de la matriz y/o del cemento arcilloso o calctico. Losvalores de porosidad ptica total en el TP3 oscilan entre el1 y el 12% (7,6% en la imagen de la figura 7c). Dominanampliamente en este tipo los criptoporos (75%) junto amicroporos bien seleccionados en forma subordinada(25%; Fig. 8c). Las gargantas porales son escasas y su-mamente estrechas. Un porel representativo del TP3 (Fig.9c) presenta un rea menor a los 5000 m2 y un alto valorde tortuosidad (0,58). El espectro de componentes de ta-mao y rugosidad corresponde al de un porel muy com-plejo, con un amplio dominio del componente de rugosi-dad y una mnima participacin del componente de tama-o (0,7%). El TP3 es frecuente en las areniscas finas de laparte media de la Formacin Malanzn (secciones L2 yL3). Nuevamente en este caso es claro el control texturaly composicional, ya que el desarrollo del TP3 se encuen-tra restringido a las feldarenitas finas, en las cuales unalimitada disolucin de arcillas intersticiales, tanto detrticascomo autignicas, gener poros de pequeas dimensiones(micro y criptoporos) y de elevada rugosidad. El hecho deque los bajos valores de porosidad registrados para el TP3se atribuyan en gran medida a poros intergranulares po-dra estar relacionado, por un lado, a la inhibicin en eldesarrollo de porosidad intragranular debido a una mayorconcentracin relativa de clastos cuarzosos con respecto afragmentos ms lbiles (feldespatos y lticos) al disminuirel tamao de grano (Q>F+L), y por otro lado, a una circu-lacin de fludos porales ms restringida, ya que la per-meabilidad de las areniscas de grano ms fino es menor(Beard & Weyl, 1973).

Por ltimo, el tipo de porosidad 4 (TP4, Figs. 6d y7d) corresponde a la combinacin de dos poblaciones di-ferentes de porosidad, pero que se han reunido por estargenticamente relacionadas, y presentarse por lo tanto es-trechamente asociadas. Se trata, por un lado, de la porosi-dad intragranular generada por disolucin parcial a totalde clastos de feldespato en areniscas medianas (sealadapor flechas pequeas en la Fig. 7d), y por el otro, de laabundante porosidad intercristalina encerrada dentro deparches de caolinita autignica bien cristalizada en lasmismas areniscas (Fig. 10). Los porcentajes de porosidadptica varan entre el 1 y el 22% (9,3% en la imagen de lafigura 7d). Las gargantas porales son frecuentes, aunqueresultan en extremo tortuosas. El TP4 se halla integradopor microporos (52,5%) y criptoporos (43%), con muyescasos mesoporos (4,5%; Fig. 8d). Mientras que la ma-


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yor parte de los criptoporosidad estara alojada en los par-ches de caolinita (Figs. 7d y 10), los microporos y escasosmesoporos corresponderan a la disolucin localizada delcemento o, muy comunmente, a la destruccin parcial delos clastos de feldespato controlada por el clivaje de losmismos. Un porel representativo del TP4 es en realidadun parche que encierra importante criptoporosidad (74%en la Fig. 9d y 35% en el ejemplo de la Fig. 10), con un

rea que puede superar los 100000 m2 y una tortuosidadextremadamente alta (0,90) debida a la presencia de loscristales de caolinita. El espectro de componentes de ta-mao y rugosidad (Fig. 9d) muestra una nfima participa-cin de la componente de tamao (0,1%) con respecto a lacomponente de rugosidad. El TP4 ha sido identificado entodas las muestras pertenecientes a la Formacin Lagares,si bien hay que destacar el alto desarrollo que presenta

Figura 7. Imgenes binarias de la porosidad obtenidas a partir de las microfotografas de la figura 6. Las flechas llenas sealan porelsrepresentativos de cada tipo. a) TP1, con porels compactos, de baja tortuosidad y paredes escasamente rugosas, gargantas frecuentes yrelativamente anchas; b) TP2, obsrvese la presencia de porels complejos o tortuosos; c) TP3, se destaca la disminucin en el tamao y labuena seleccin de los porels, a la vez que aumenta notoriamente su complejidad; d) TP4, caracterizado por porels de complejidad extrema,generados particularmente en los parches de caolinita autignica.

Figure 7. Binary porosity images obtained from the photomicrographs of figure 6. Filled arrows show selected representatives porosityelements ("porels") of each type. a) TP1, with compact, low tortuosity and low rugosity porels, common and relatively wide pore throats; b)TP2, see the increasing complexity and tortuosity of the porels; c) TP3, with relatively small, well sorted and more complex porels; d) TP4,characterized by extremely complex porels in authigenic kaolinite pore-filling patches.


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especialmente dentro de la seccin L5. De la misma mane-ra, este tipo de porosidad es caracterstico de las areniscasmedianas y gruesas que constituyen el tope de la Forma-cin Malanzn (seccin L4) y la Formacin Loma Larga

(seccin L5). Como ser discutido en el prximo aparta-do, varios son los factores que se han combinado para fa-vorecer la generacion del TP4, dominado por la disolu-cin selectiva de feldespatos y la precipitacin de caolinita

Figura 8. Ciclos de erosin-dilatacin (E-D) correspondientes a los cuatro tipos de porosidad caracterizados a partir del procesamiento delas imgenes de la figura 7. La altura de las barras representa la porosidad remanente (expresada como porcentaje de la porosidadoriginal) luego de la aplicacin de cada ciclo de erosin-dilatacin.

Figure 8. Erosion-dilation cycles (E-D) of the four porosity types characterized from binary images in figure 7. Bars height representsremnant porosity (expressed as percentage of original porosity) after successive erosion-dilation cycles.


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Figura 9. Anlisis individual de porels representativos de cada uno de los tipos de porosidad reconocidos (sealados por flechas llenas en lafigura 6): a) TP1; b) TP2; c) TP3; d) TP4. Para cada porel se ha calculado el rea, tamao, tortuosidad y espectro de componentes detamao y rugosidad. Para ms detalles vase el texto.

Figure 9. Individual analysis of representative porels of each porosity type (marked by filled arrows in figure 6): a) TP1; b) TP2; c)TP3; d)TP4. Measures of area, size, tortuosity and pore-complex spectra were obtained for each porel. See text for details.


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autignica. De acuerdo con las evidencias petrogrficas yde campo reunidas para este trabajo, este tipo de porosi-dad requiere de areniscas con un alto contenido defeldespatos en la fraccin clstica original (F/L>>1), ta-mao de grano mediano a grueso, bajo contenido de ma-triz y, especialmente, de una estrecha asociacin con car-bones y pelitas carbonosas.

INTERPRETACIN SOBRE EL ORIGEN DELA POROSIDAD SECUNDARIA

De la caracterizacin de los tipos de porosidaddescriptos en el apartado anterior se desprende que existentres procesos diagenticos principales relacionados en for-ma directa a la generacin de porosidad secundaria en es-tas areniscas: 1) disolucin parcial a total de feldespatos;2) disolucin parcial de cemento calctico y 3) disolucinparcial de cementos arcillosos y/o de matriz detrtica. Deestos tres procesos, la disolucin de feldespatos es pormucho el que posee la mayor importancia relativa, encon-trndose los dos restantes subordinados al primero o pre-sentndose slo en forma muy limitada. Las observacio-nes petrogrficas indican que, en general, la generacin deporosidad secundaria ha estado controlada en forma direc-ta por factores tales como composicin de la fraccinclstica, condiciones de diagnesis fsica y qumica y tex-tura de la roca, particularmente en lo que hace al conteni-do de matriz y al tamao de grano. Estos factores estuvie-ron a su vez regidos por el rea de procedencia, el ambien-te de sedimentacin y el grado de soterramiento.

En primer trmino, resulta evidente que la composi-cin arcsica de las areniscas de la seccin inferior delGrupo Paganzo, procedentes en su mayor parte del rea debloques continentales de Sierras Pampeanas situada al estede la cuenca (Andreis et al., 1986; Lpez Gamund et al.,1990; Sterren & Martnez, 1996; Net, 1999), ha favoreci-do el desarrollo de porosidad secundaria por disolucinselectiva de feldespatos. Cabe acotar adems que el gradode disolucin de los feldespatos es variable a lo largo delos perfiles, incrementndose en proximidades de nivelesde pelitas carbonosas intercaladas, y reflejando por lo tan-to la influencia del ambiente de depositacin. Las texturasreconocidas incluyen desde la incipiente disolucin condesarrollo de criptoporosidad (Fig. 11), hasta grados msavanzados en los que se produce disolucin penetrativa alo largo de planos de clivaje o de maclas, generando microy mesoporos (Fig. 6e). Un caso extremo resulta la disolu-cin masiva de los granos, lo cual conduce al desarrollo de

Figura 10. Micro y criptoporosidad entre cristales de caolinitaautignica en el TP4. a) microfotografa de un parche de caolinita(K) entre clastos de cuarzo (Q) y feldespato potsico (FK); muestraLA33, X200, nicoles paralelos; b) la imagen procesada revela, parael rea delimitada por la linea gris, una porosidad del 35%; c) as-pecto de la caolinita autignica al MEB, ntese los "libros" (flecha)de cristales pseudohexagonales (muestra LA20, X2000).

Figure 10. Intercrystalline micro and cryptoporosity in kaolinitepore-filling cement (TP4). a) photomicrograph of a kaolinite (K) fillamong quartz (Q) and K-feldspar (FK) grains; sample LA33, X200,parallel nicols; b) image analysis of selected area (gray line) reveals

an optical porosity of 35%; c) MEB view of authigenic kaolinitearranged in "books" (arrow) of pseudohexagonal crystals (sampleLA20, X2000).


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macro y megaporos, muchos de los cuales son del tipo fue-ra de tamao (oversized pores, Fig. 6b). Por otro lado,tambin existe un control de la composicin de losfeldespatos sobre la intensidad de la disolucin, ya questa afecta en mayor medida a los granos de plagioclasa(generalmente oligoclasa) que a los de feldespato potsico.De esta manera, el extremadamente bajo contenido deplagioclasas registrado en las areniscas de la FormacinLagares (Tabla 2) y la presencia de frecuentes parchessobredimensionados de caolinita (Fig. 6f) son aqu inter-pretados como resultado de un proceso de disolucin se-lectiva. Este proceso habra eliminado prcticamente porcompleto a los clastos de plagioclasa, incrementado as elcontenido relativo de cuarzo y originado subfeldarenitasdiagenticas en un sentido similar al de McBride (1987).

El origen de la disolucin de los feldespatos es unproceso diagentico que ha ocupado gran atencin dentrode la petrologa sedimentaria (Petrovic, 1976; Heald &Larese, 1973; Surdam et al., 1984; Siebert et al., 1984;Wood, 1994b; entre otros) debido a que: a) en varios yaci-mientos de hidrocarburos la porosidad secundaria produ-cida por disolucin de feldespatos es la componente prin-cipal de la porosidad total, b) la disolucin de losfeldespatos implica la movilizacin del Al3+, el cual forma

compuestos inorgnicos relativamente insolubles y c) lasevidencias petrogrficas muestran cmo, bajo determina-das condiciones, se produce la disolucin selectiva defeldespatos sin afectar a componentes generalmente mssolubles (por ejemplo, cemento carbontico).

La disolucin de feldespatos en presencia de impor-tantes cantidades de materia orgnica ha sido frecuente-mente citada en la literatura (vase Bucke & Mankin, 1971;Surdam et al., 1984, 1989; Crossey & Larsen, 1992). Enel caso de las areniscas de la seccin inferior del GrupoPaganzo, la referida materia orgnica se presenta tanto dis-persa en la matriz de las areniscas como en niveles de pelitascarbonosas intercaladas, y resulta particularmente abun-dante en la seccin L5, correspondiente al tope de las For-macin Lagares y a la Formacin Loma Larga. La concen-tracin de finos y materia orgnica dentro de la seccin L5se debera a la depositacin de sedimentos en extensas pla-nicies de inundacin fluviales generadas bajo un rgimenclimtico templado clido y hmedo (Lpez Gamund etal., 1992; Limarino et al., 1996).

En lo que respecta a los mecanismos que condicionanla disolucin de los feldespatos, existen al menos tres mo-delos diferentes que intentan explicar este proceso: 1) co-rrosin por cido carbnico y formacin de complejos

Tabla 4. Principales atributos de los cuatro tipos de porosidad en areniscas identificados en este trabajo.

Table 4. Main characteristics of sandstone porosity types recognized in this work.


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inorgnicos de Al3+; 2) corrosin por cido carboxlico yformacin de complejos orgnicos con Al3+ y 3) hidrlisisde gibbsita. Cualquiera sea el modelo, la disolucin de losfeldespatos procede de acuerdo con las reacciones 1 y 2:

NaAlSi3O8+8H2O Na++Al(OH)4

-+3H4SiO4 (reaccin 1) albita

KAlSi3O8+8H2O K++Al(OH)4

-+3H4SiO4 (reaccin 2) ortosa

Obsrvese que los productos de la disolucin de los

feldespatos son: Na+ (o K+ en el caso de la ortosa o elmicroclino), cido silcico y Al3+. El K+ y el Na+ migranfcilmente, ya que forman complejos solubles en un am-plio rango de estados diagenticos (Wood, 1994a), mien-tras que la solubilidad de la slice aumenta con el pH y conla temperatura (Williams & Crerar, 1985). Un punto crti-co es la extremadamente baja solubilidad del Al2O3, lo cualplantea un serio inconveniente a la hora de explicar la mi-gracin del Al3+ desde los feldespatos, condicin necesariapara el desarrollo de porosidad secundaria.

El primer modelo de los arriba citados supone que elion CO3

2- forma complejos inorgnicos solubles con el Al3+,promoviendo de esta forma la eliminacin del aluminio delsistema. Sin embargo, la concentracin del ion CO3

2- esapreciable slo a pH superior a 10,3, lo que ha llevado engeneral a descartar este mecanismo de disolucin (Surdamet al., 1984).

Por otro lado, una segunda posibilidad es que el Al3+migre como complejos orgnicos generados durante ladiagnesis de la materia orgnica (Antweiler & Drever,1983; Surdam et al., 1984). En particular, Surdam et al.(1984) propusieron la migracin de Al3+ como complejosde cidos carboxlicos, los que de acuerdo con su concen-tracin podran o no disolver simultneamente al cementode calcita (vase Surdam et al., 1984: fig. 17). En la reac-cin 3 se muestra la hipottica disolucin de plagioclasaclcica en medio cido a partir del ataque con cido oxlicopropuesto por Surdam et al. (1984). En este caso, el Al3+migra como un compuesto orgnico y el Ca2+ es puesto ensolucin, favoreciendo eventualmente la generacin decemento carbontico:

CaAl2Si2O8+H2C2O4+8H2O+4H+2H4SiO4+2(AlC2O4.4H2O)

++Ca2+ anortita ac. oxlico (reaccin 3)

Una tercera posibilidad ha sido postulada por Wood(1994a), en la cual el Al3+ precipitara inicialmente comogibbsita y luego, por hidrlisis, generara una serie de com-plejos de hidrxidos de aluminio (conjunto de reacciones4), solubles sobre todo a bajas temperaturas:

Al(OH)3+H2O Al(OH)2++H+

Al(OH)2++H2O Al(OH)2++H+ (reacciones 4)

Al(OH)2++H2O Al(OH)3+H

+

Al(OH)3+H2O Al(OH)4-+H+

De los tres modelos analizados, la migracin de Al3+como complejos orgnicos parece ser el ms coherente enel caso aqu analizado, sobre todo si se tiene en cuenta laestrecha relacin observada entre la disolucin defeldespatos y la presencia de niveles de pelitas carbonosasy carbones. Apoyando esta idea y tal como surge de las

Figura 11. Texturas asociadas a la disolucin de los feldespatos. a)vista con MEB de un clasto de feldespato (F) mostrando abundantecriptoporosidad; b) ampliacin del rea recuadrada en a), ntese elcontrol del clivaje sobre el desarrollo de la criptoporosidad (mues-tra LA15, Fm. Lagares); a) X80, b) X600.

Figure 11. Feldspar dissolution textures. a) MEB image of a feldsparclast (F) exhibiting abundant cryptoporosity; b) highly-magnifiedview of square in a) to show the control of cleavage planes overcryptoporosity development (sample LA15, Lagares Fm.); a) X80,b) X600.


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Figura 12. Relacin entre K (constante de equilibrio en la reaccinde disolucin) y temperatura para distintos feldespatos, laumontitay cuarzo. Ntese la fuerte pendiente negativa de los feldespatos, enparticular de las plagioclasas ms clcicas. Tomado de Wood (1994a).

Figure 12. Temperature dependence of K (the equilibrium constant)for feldspars, laumontite and quartz in their respective dissolutionreactions. Taken from Wood (1994a).

evidencias petrogrficas, resulta interesante destacar queel proceso de disolucin de los feldspatos parece haber sidoms pervasivo en las areniscas de la Formacin Lagaresque en las de las Formaciones Malanzn y Loma Larga.Esto podra explicarse en los mayores espesores de pelitascarbonosas observados en la primera unidad mencionada(ms alta relacin pelita/arenisca), lo cual habra sido res-ponsable quizs de la generacin de un mayor volumen decidos orgnicos. Por otro lado, la falta de vestigios degibbsita insoluble y la generacin de caolinita autignicaasociada a la porosidad secundaria tambin avalan la g-nesis propuesta.

En lo que hace a la composicin de los feldespatos,ya se ha mencionado el mayor grado de disolucin en losclastos de plagioclasa que en los de feldespato potsico(Fig. 6f). Este hecho ya ha sido notado por diversos auto-res (p. ej. Hayes & Boles, 1992), y posiblemente se deba alos diferentes valores de la constante de equilibrio paravarias reacciones de disolucin (Wood, 1994a: fig. 3-11).En la figura 12 puede verse que la solubilidad de laplagioclasa, en particular la ms clcica, es mayor que ladel feldespato potsico, especialmente a temperaturaseodiagenticas. Sin embargo, hay que notar que lasolubilidad de los feldespatos no es slo funcin de la cons-tante de equilibrio de la reaccin, sino tambin de otrosfactores tales como temperatura, pH e hidrlisis de lagibbsita (Wood, 1994a).

Debe tenerse en cuenta por ltimo que, ms all delos mecanismos analizados, es muy probable que el desa-rrollo de porosidad secundaria en estas areniscas haya ocu-rrido antes que se produjera una elevada compactacin quecerrara la fbrica y limitara la libre circulacin de los flui-dos porales. Por otra parte, la presencia de crecimientossecundarios de cuarzo y de abundante caolinita como ce-mentos asociados apuntara hacia una redistribucin localde los elementos provenientes de la disolucin de losfeldespatos dentro de un sistema relativamente cerrado(Bjrlykke, 1984; Surdam et al., 1989), aunque Stanton &Byrnes (1994) sealaron la posibilidad de que cantidadessignificativas de aluminio (y posiblemente tambin slice)sean exportados fuera del sistema.

Modelo de generacin de la porosidad secundaria

En la figura 13 se muestra un modelo que intenta ex-plicar la formacin de los distintos tipos de porosidad se-cundaria aqu reconocidos, ms all de cual haya sido elmecanismo por el cual se produjo la disolucin de losfeldespatos. Este modelo tiene inicialmente en cuenta lascaractersticas texturales de las areniscas, reconocindoseas tres tipos principales: A) arenitas medianas y gruesas(matriz 15%).En el caso de las arenitas medianas y gruesas (A en

la figura 13), se han reconocido a su vez dos situacionesdiferentes, de acuerdo con la composicin de la fraccinclstica y el grado de liberacin de los clastos defeldespatos.

Por un lado, se encuentran las arenitas que muestranuna mucha mayor proporcin de feldespatos que de frag-mentos lticos (F/L>>1; patrn A1 en la figura 13). Se tra-ta de feldarenitas, subfeldarenitas y feldarenitas lticas enlas cuales los feldespatos se encuentran liberados comoclastos monominerales. En estas rocas, la activa circula-cin de fluidos porales cidos habra promovido la intensadisolucin de los feldespatos, particularmente de lasplagioclasas (P/K muy cercano a cero; Tabla 2; Fig. 6f),dando origen a la porosidad secundaria del tipo 2 (TP2).Si el aluminio no es eliminado del sistema, precipita enforma de parches de caolinita autignica, incrementandode esta manera la micro y criptoporosidad y generando eltipo de porosidad 4 (TP4).

Por otro lado, si el contenido de feldespatos en lasarenitas continua siendo alto (F/L>1 segn el mtodo deGazzi-Dickinson; patrn A2 en la figura 13) pero losfeldespatos no se encuentran liberados como fragmentosmonocristalinos sino integrando fragmentos lticos


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Figura 13. Modelo de generacin de los distintos tipos de porosidad secundaria en las areniscas de la seccin inferior del Grupo Paganzo deacuerdo a sus caractersticas originales de textura y composicin de la fraccin clstica. Referencias: F=feldespatos totales; L=lticostotales; Lp=lticos plutnicos; Lm=lticos metamrficos; mt. G-D=mtodo de conteo de Gazzi-Dickinson; mt. tradic.=mtodo de conteotradicional. Para explicacin vase el texto.


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Figure 13. Secondary porosity generation model proposed for sandstones of the lower section of Paganzo Group based on their texturaland clastic fraction composition characteristics. References: F=total feldspars; L=total rock fragments; Lp=plutonic rock fragments;Lm=metamorphic rock fragments; mt. G-D=Gazzi-Dickinson point-counting method; mt. tradic.=traditional point-counting method. Seetext for details.

putnicos y metamrficos de grano grueso en litoarenitas(F/LF+L; Tabla 2), en las cuales la disminu-cin en el tamao de grano y el mayor contenido de arci-llas y micas detrticas intersticiales provocaran una re-duccin ms severa de la porosidad y la permeabilidaddurante la diagnesis con respecto a las areniscas de ma-yor tamao de grano (Ehrenberg & Boassen, 1993). Enesta oportunidad se habra producido slo una muy limita-da circulacin de fluidos porales, promoviendo la escasadisolucin de clastos, cemento y matriz y la generacin deporosidad secundaria de tipo 3 (TP3).

Por ltimo, vale la pena mencionar el caso de lasarenitas fangosas (patrn C en la figura 13). En estas ro-cas, ms all de la composicin de la fraccin clstica, elelevado porcentaje de matriz, y probablemente tambin lacompactacin y el desarrollo de cementacin temprana,restringiran la circulacin de fluidos porales inhibiendo eldesarrollo de apreciable porosidad secundaria.

De lo dicho en los prrafos anteriores se desprendeentonces una marcada influencia de las caractersticastexturales (contenido de matriz y tamao de grano) en lageneracin de porosidad secundaria en las areniscas aquestudiadas. Los valores medidos de porosidad ptica enlos intervalos dominados por arenitas de grano mediano,grueso y muy grueso (secciones L1, L4, L5 y L6) resulta-ron ser en todos los casos sensiblemente mayores a lasobtenidas en los intervalos dominados por arenitas muyfinas y finas (seccin L3), y cercanas a cero cuando abun-dan las arenitas fangosas (secciones L2 y L3; Fig. 5). Lasevidencias de campo y los datos petrogrficos sealan asi-mismo la existencia de una estrecha correlacin entre losprocesos de disolucin y la proporcin de niveles de pelitascarbonosas asociadas como causante de la disolucin delos feldespatos. En este sentido, es probable que solucio-nes porales enriquecidas en cidos carboxlicos y/o carb-

nico originados por maduracin trmica de la materia or-gnica (mecanismos 1 y 2) hayan migrado desde los nive-les pelticos adyacentes y posteriormente hayan sido ex-pulsados durante la compactacin. Finalmente, debe des-tacarse la reduccin parcial de la porosidad secundariaocurrida debido a la posterior precipitacin de caolinitaautignica y, localmente, a la cementacin de calcita (Fig.13).

CONCLUSIONES

1) Las areniscas de las Formaciones Lagares,Malanzn y Loma Larga, si bien muestran bajos valoresde porosidad primaria, presentan un importante desarrollode porosidad secundaria en determinados nivelesestratigrficos. Esta porosidad secundaria se encuentraasociada fundamentalmente a la disolucin de feldespatosy, en menor medida, de arcillas (detrticas o autignicas) yde cemento de calcita.

2) El desarrollo de porosidad secundaria est contro-lado por factores tales como composicin de la fraccinclstica (contenido y grado de liberacin de los feldespatos)y textura (tamao de grano y contenido de matriz). Estosfactores dependen a su vez del rea de procedencia y delambiente de sedimentacin.

3) Las variaciones existentes en cuanto a la distribu-cin, abundancia, forma y tamao de los sistemas poralesrevelados mediante la utilizacin del anlisis de imgenespetrogrficas (AIP) ha permitido diferenciar cuatro tiposde porosidad: TP1, TP2, TP3 y TP4. El tipo de porosidad1 (TP1) corresponde bsicamente a mesoporos ymacroporos intergranulares, compactos y de bajatortuosidad, generados por disolucin de cemento y matrizen litoarenitas gruesas y muy gruesas, en las que losfeldespatos aparecen mayormente como subgranos de frag-mentos lticos plutnicos y metamrficos. El tipo de poro-sidad 2 (TP2) est integrado por mesoporos y microporosintra e intergranulares debidos a importante disolucin declastos, matriz y cemento en arenitas medianas a gruesascon abundantes feldespatos como fragmentosmonominerales; en este caso los poros son complejos y demayor rugosidad que en el TP1. El tipo de porosidad 3(TP3) caracteriza a la porosidad secundaria intergranularpor disolucin parcial de matriz y cementos en arenitasfinas y muy finas, y comprende micro y criptoporos muyrugosos y de alta tortuosidad. Por ltimo, el tipo de porosi-


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dad 4 (TP4) abarca tanto a micro y mesoporos generadospor disolucin intensa de plagioclasa y parcial de feldespatopotsico, como a la abundante criptoporosidadintercristalina encerrada en parches de caolinita autignica;la tortuosidad y la complejidad de los poros alcanzan eneste caso los mximos valores.

4) El mecanismo involucrado en la generacin de laporosidad secundaria estara relacionado directamente alcontenido de materia orgnica incluida en la matriz de lasareniscas o bien en niveles de pelitas carbonosas estrecha-mente asociadas. Dicha materia orgnica sera la precur-sora de la generacin de cidos carboxlicos responsablesde la destruccin parcial a total de gran parte de los clastosde feldespatos.

5) Dentro de los feldespatos, la plagioclasa demues-tra haber sufrido un grado de disolucin mucho ms inten-so que el feldespato potsico. Esto se atribuye al mayorvalor de la constante de equilibrio de la reaccin de diso-lucin, particularmente a temperaturas eodiagenticas.

6) La caolinita es el cemento mayoritario y casi ex-cluyente en el caso de las arenitas con elevada proporcinde feldespatos disueltos. Lo dicho hace suponer que granparte del Al3+ movilizado no ha sido exportado fuera delsistema, sino que reaccion con las soluciones porales ri-cas en slice formando caolinita autignica.

7) La disolucin de los feldespatos debe haber ocu-rrido bajo condiciones de soterramiento somero, antes quese produjera un grado importante de compactacin. Estose desprende del hecho de que, cualquiera sea el mecanis-mo que se acepte para la disolucin de los feldespatos,siempre se requiere una importante circulacin de los flui-dos porales.

Agradec imientos . Los au to res desean expresa r suagradecimiento al Departamento de Ciencias Geolgicas dela Universidad de Buenos Aires por el apoyo logsticobrindado durante la realizacin de los estudios. La Lic.Alfonsina Tripaldi y el Lic. Martn Santisteban participaronen las tareas de campo. El Dr. Sergio Marenssi efectu lalectura crtica de una primera versin de este trabajo. Elmanuscr i to fue notablemente mejorado luego de lasrevisiones efectuadas por el Dr. Oscar Lpez Gamund ypor un rbitro annimo. La presente contribucin fuefinanciada dentro del marco del PICT 04821 de la AgenciaNacional de Promocin Cientfica y Tecnolgica.

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Laura Ins NETCarlos Oscar LIMARINODepartamento de Ciencias Geolgicas(FCEyN, UBA - CONICET)Pabelln 2, Ciudad UniversitariaC1428EHA Buenos AiresRepblica ArgentinaTelafax: (54-11) 4576-3329E-mail: [email protected]

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Recibido: 8 de junio de 2000.Aceptado: 28 de noviembre de 2000.

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Caracterización y origen de la porosidad en areniscas de la sección inferior del Grupo Paganzo (Carbonífero superior), Cuenca Paganzo, Argentina