Copyright 2012, ACGGP. This paper was selected for presentation by an ACGGP Technical Committee following review of information contained in an abstract submitted by the author(s).

Introducción Por sus rangos de sensibilidad térmica, la termocronología de

baja temperatura (e.g., trazas de fisión y (U-Th)/He en apatito) y la paleotermometría por reflectancia de vitrinita (Donelick et al., 2005; Ehlers et al., 2003; Green et al., 2004) constituyen herramientas sumamente útiles para el estudio de la evolución de cuencas sedimentarias y, específicamente para la prospección de yacimientos de hidrocarburos (Armstrong, 2005; Green et al., 2004; Crowhurst et al., 2002). Con el fin de contribuir al entendimiento de procesos y eventos de generación de hidrocarburos en la Cuenca Tumaco se tomaron muestras tanto del subsuelo (pozos Majagua-1 y Remolino Grande-1) como de superficie, (afloramientos de la Isla Gorgona) (Figura 1). En dicho conjunto de muestras se adelantaron análisis de termocronología de baja temperatura mediante los sistemas de trazas de fisión (AFT) y (U-Th)/He (AHe) en apatito, y paleotermometría por reflectancia de vitrinita (%Ro). Los datos derivados de estos análisis fueron utilizados para generar modelos térmicos asistidos por computador (HeFTy®; Ketcham, 2009), modelos que permiten establecer los máximos de temperatura alcanzados y el tiempo para el cual se inició el enfriamiento posterior al calentamiento máximo (e.g. Green et al. 2001; 2002; Crowhurst et al. 2002). De esta manera se construyó un modelo de enterramiento y maduración que involucra variaciones en el flujo de calor y/o cuantificaciones de secciones removidas por levantamientos tectónicos y exhumación por erosión para cada pozo utilizando el software PetroMod ®1D.

Marco Geológico La Cuenca Tumaco ubicada en el Pacífico colombiano (Figura

1) se encuentra limitada por la Cordillera Occidental al E y el alto Remolinogrande-Gorgona al W que la separa de su sector offshore. Posee un relleno sedimentario cenozóico que puede alcanzar los ~10 Km de espesor (Suarez, 2007). A la base presenta ~ 1500 m de shales y lodolitas grises (Fm unidad uno Sur; ANH-Ucaldas, 2011) con índices de Carbono organico total (COTs) entre 0.5 y 2% (Aguilera et

al., 2010) suprayacidas por niveles métricos de areniscas y conglomerados (Fms Cayapas, Viche, Angostura y Chagüi; ANH-Ucaldas, 2011). La principal area de aporte de sedimentos es la Cordillera Occidental (ANH-Ucaldas, 2011).

Figura 1.Mapa de la esquina NW de Suramérica donde se localiza la zona de estudio (recuadro blanco), al sur de la cuenca Tumaco (recuadro rojo). CO:Cordillera Occidental, CC: Cordillera central, A: Pozo Majagua-1, B: Pozo Remolinogrande-1, C: Isla Gorgona. Datos Para los análisis de AFT y AHe se utilizaron dos muestras del

Pozo Majagua-1, dos del pozo Remolino Grande-1 y dos de la Isla Gorgona. Los datos de edades AFT, longitudes de trazas y AHe aparecen condensados en las Figuras 2 y 3. Los datos fueron modeladas térmicamente con el fin de obtener picos de máxima temperatura alcanzada y de identificar eventos morfotectónicos (e.g., enterramiento, levantamiento/exhumación, etc.) (Figuras 2 y 3). Para

Modelo de Madurez Integrado con Trazas de Fisión y UTh/He en Apatito: Implicaciones para la Generación de Hidrocarburos en la Cuenca Tumaco. Angel Antonio Barbosa, IIES Universidad de Caldas; Sergio Andrés Restrepo, University of Florida; Andres Pardo Trujillo, IIES Universidad de Caldas; Jairo Alonso Osorio, IIES Universidad de Caldas; Agustín Cardona Molina, Universidad Nacional Sede Medellín y Juan Carlos Silva, IIES Universidad de Caldas.

2 ANGELANTONIO BARBOSA; SERGIO RESTREPO; ANDRES PARDO; JAIRO ALONSO OSORIO; AGUSTÍN CARDONA; JUAN CARLOS SILVA.

estudios %Ro se analizaron doce muestras del pozo Majagua-1; adicionalmente se tomaron datos previos de %Ro asi como datos estratigráficos y bioestratigráficos en los pozos Remolino Grande-1 y Majagua-1(Roberson Research, 1988; ANH-U. Caldas, 2011) con el fin de parametrizar adecuadamente los modelos termales. Los resultados %Ro se sintetizan en las Figuras 4 y 5.

Figura 2. Mejores ajustes de los modelos térmicos

generados en el programa HeFTy (Ketcham, 2009), para las muestras en A): Pozo Remolinogrande-1 y B): Pozo Majagua-1. Para cada pozo se ilustran las columnas estratigráficas representativas (Barbosa, 2012; ANH-Ucaldas, 2011). Las edades y longitud de trazas (MTL) modeladas, están sepáradas por comas de las edades y longitudes medidas. La linea negra representa el mejor ajuste. Las cajas negras representan las restriciones impuestas al modelo. Las cajas amarillas representan los picos maximos de temperaturas alcanzados.

Figura 3. Localización y modelos termicos de las muestras tomadas en la isla Gorgona, las especificaciones de los modelos son iguales a los de la Figura 2.

Estrategia de Construcción de las Historias Térmicas La extracción de las historias térmicas con AFT y AHe en

cuencas sedimentarias empiezan determinando sí la muestra ha estado sometida a temperaturas mayores a las actuales. Para esto se construye una historia térmica por defecto, con el gradiente geotérmico actual y la historia de enterramiento (Green et al., 2002). Sí los datos medidos concuerdan con los valores predichos de la historia modelada, la muestra está actualmente cerca ó en su máxima temperatura post depositacional, y debido a ello, los datos conservan poca o ninguna información acerca de los efectos paleotermales. Pero si los datos muestran un más alto grado de borrado de trazas de fisión o maduración de %Ro que los esperados para la historia por defecto, las muestras pueden haber estado a más altas temperaturas en el pasado. En este caso AFT y (UTh)/He pueden aportar información acerca de el tiempo en el cual el enfriamiento empezó, y los datos de AFT, AHe y %Ro pueden definir la magnitud de la máxima paleotemperatura alcanzada por muestras individuales (Green et al., 2004) y los mecanismos que produjeron el calentamiento.

MODELO DE MADUREZ INTEGRADO CON TRAZAS DE FISIÓN Y (UTH)/HE EN APATITO: IMPLICACIONES PARA LA GENERACIÓN DE 3 HIDROCARBUROS EN LA CUENCA TUMACO

En cuencas en donde el calentamiento se debe exclusivamente a enterramiento, el perfil de paleotemperatura producido será más o menos lineal con un gradiente similar al perfil de temperatura actual. Por el contrario si el calentamiento es debido principalmente al incremento en el flujo de calor basal (quizás con un leve componente de enterramiento), se debería producir un perfil de temperatura más o menos lineal, con un gradiente geotérmico más alto que el perfil de temperatura actual. Los perfiles no-lineales son diagnósticos de introducción lateral de calor, quizás por circulación de fluidos (Green et al., 2004). Donde el calor puede ser atribuido a enterramiento o a elevado flujo de calor, el perfil de paleotemperaturas permite determinar el paleogradiente en el máximo paleotermal. La extrapolación de ese gradiente paleotermal a una discordancia asociada y una paleotemperatura de superficie asumida, proveen un estimativo de la cantidad de sección removida durante el enfriamiento (Bray et al., 1992; Duddy et al., 1994; Green et al., 2002, Green et al., 2004). Esta información permite reconstruir la historia paleotermal de todas las unidades en la sección sedimentaria en un esquema delimitado por datos medidos (Green et al., 2004), con lo cual al modelar la expulsión y generación de hidrocarburos, se garantiza una mayor exactitud en los volúmenes generados y tiempos de expulsión de hidrocarburos. La generación de las historias termales con AFT, AHe y %Ro se basa en el conocimiento detallado de la respuesta termocinética de estos sistemas. Para esta investigación el modelamiento se realizó con el programa HeFTy® (Ketcham, 2009) el cual incorpora parámetros termocinéticos en el borrado de trazas (e.g., Dpar AFT), la retención de He (AHe) y la madurez de %Ro (Figuras 2 y 3).

Historias Térmicas por Defecto Con base en información geológica previa (e.g. Edad,

litología, espesores (ANH-U. Caldas, 2011)) de los pozos Majagua-1 y Remolinogrande-1, se construyó una historia geotérmica y de enterramiento por defecto para cada pozo, con el programa Petromod-1D (Figura 4). El flujo de calor fue obtenido a través de la ecuación de calor dada por la ley de Fourier1 (Allen and Allen, 2005). Conociendo el gradiente geotérmico actual tomado de las medidas BHT de cada pozo (17.17 °C/km pozo Remolinogrande-1 y ~14 °C/km pozo Majagua-1), asumiendo una conductividad térmica de 3 w/mK para el pozo Remolino Grande-1 y 2W/mK para el pozo Majagua-1, promediando las litologías encontradas en el cada pozo (areniscas y shales), con base en valores de conductividad dados por Allen and Allen, (2005). Esta historia geotérmica predijo valores de Ro usando el modelo cinético de Burnham y Sweeney (1989). Los cuales fueron comparados con datos medidos de %Ro producidos en este

1 Ley de Fourier q=-K(Ty-T0)y Donde q= flujo de calor, K= conductividad térmica (Ty-T0)=gradiente geotérmico, y= profundidad.

proyecto o con datos previos (Roberson research, 1988) y valores de paleotemperaturas máximas alcanzadas por cuatro muestras modeladas térmicamente para los pozos Majagua-1 y Remolinogrande-1 (M1-Mp-009, 011, RG-Mp-012, 008) que alcanzaron temperaturas de borrado, cuyas máximas temperaturas fueron transformadas a %Ro por medio de la ecuación de Baker and Pawlewicz (1994).

Figura 4. Paneles derechos, historias de enterramiento por defecto. Paneles izquierdos, historias de maduración por defecto (Linea negra) comparados con medidas de %Ro de a): Pozo Remolinogrande-1 y b): Pozo Majagua-1. Los ovalos negros representan las medidas de %Ro tomadas de Roberson Research (1988). Los rectángulos rojos representan las medidas obtenidas en este proyecto. Paleogradientes y Sección Removida En el pozo Remolino Grande-1 se observan elevados valores

de %Ro a la base, los cuales, al compararse con los valores máximos de paleotemperaturas tomados de las historias termales modeladas (Figura 2), parecen corroborar un elevado flujo de calor entre el Eoceno y el Mioceno Temprano. Imponiendo un paleogradiente entre 38 y 52 °C/Km (Figura 5a), debido probablemente a la localización de un arco magnatico en el hombro de la cuenca (ANH-

4 ANGELANTONIO BARBOSA; SERGIO RESTREPO; ANDRES PARDO; JAIRO ALONSO OSORIO; AGUSTÍN CARDONA; JUAN CARLOS SILVA.

Ucaldas, 2011). Una discordancia presente justo en el Mioceno Tardío, parece mostrar que hubo también un componente de levantamiento/exhumación. La extrapolación del paleogradiente geotermal (52°C/Ma escogido por mejor ajustarse a las paleotemperaturas máximas) a la discordancia del Mioceno Temprano, con una temperatura de superficie similar a la actual 23°C (0.25%Ro), se traduce en 130m de sección removida (Figura 5a). Este evento de levantamiento y erosión habría ocurrido entre 14-12 Ma, como lo muestran las historias térmicas modeladas (Figura 2). Después de esto las paleotemperaturas llegaron a ser similares a las actuales estableciendo un gradiente de 17.17 °C/Km, como respuesta a enfriamiento hidrotermal (Marcaillou et al., 2006) o rápido enterramiento.

En el pozo Majagua-1, cuando se analiza la paleotemperatura máxima de los modelos térmicos de AFT/AHe, se observa que el valor de máxima temperatura es mayor que el actual. Con esta información, se interpreta que los valores de %Ro ceñidos al paleogradiente actual son producto de la supresión de la vitrinita; que el paleogradiente geotérmico fue similar al actual (~14°C/Km), aunque desplazado a la izquierda, debido simplemente al enterramiento, sin un cambio en el flujo de calor basal; y que el enfriamiento se debió al levantamiento y erosión subsiguiente. La extrapolación del paleogradiente termal en la sección preservada a la superficie actual, permite estimar la cantidad de sección removida, la cual es de ~750 ± 250m (Figura 5b), cuyo levantamiento habría ocurrido entre ca 6 y 2 Ma, como lo sugieren los mejores ajustes de los modelos térmicos (Figura 2).

Figura 5. Paleogradientes y sección removida de a) Pozo Remolinogrande-1 y b) Pozo Majagua-1. Los ovalos negros representan las medidas de %Ro tomadas de Roberson Research (1988), los rectángulos grises representan las medidas obtenidas en este proyecto. Los rectángulos rojos representan los rangos de paleotemperatura máxima alcanzada, por las muestras de AFT y (UTh)/He modeladas. Las líneas negras representan los paleogradientes por defecto, las líneas achuradas representan los gradientes reales, ajustados a los datos de %Ro y AFT.

Reconstrucción de la Historia Termal y de Enterramiento

Con base en los datos de %Ro y máximos de temperaturas,

dados por los modelos térmicos de AFT y AHe generados, se

MODELO DE MADUREZ INTEGRADO CON TRAZAS DE FISIÓN Y (UTH)/HE EN APATITO: IMPLICACIONES PARA LA GENERACIÓN DE 5 HIDROCARBUROS EN LA CUENCA TUMACO

reconstruyó la historia térmica y de enterramiento de los pozos Majagua-1 y remolinogarnde-1, adicionando el valor promedio de la sección removida en el pozo Majagua (750m) y pozo Remolino Grande-1 (130m). Suplementariamente se adicionó un flujo de calor de 156 mW/m2 entre el Eoceno y el Mioceno Medio, derivado del paleogradiente geotérmico encontrado (52°C/Km) y asumiendo la conductividad previamente utilizada (3W/mK) en el Pozo remolinogrande-1. En estos modelos se observa que las rocas más profundas (niveles de interés) cortadas por el pozo, Remolinogrande-1, han entrado a temperaturas de madurez (˃60°C), a los

~23Ma y 9 Ma (Figura 6a). En contraste, en el pozo Majagua-1, las temperaturas de madurez fueron alcanzadas a hacia los ~8Ma (Figura 6a). En las rocas de la isla Gorgona no fue posible reconstruir la historia de enterramiento, debido a que la gran mayoría de la cobertera sedimentaria fue removida, pero con dos modelos térmicos AFT se pudo determinar que se ha alcanzado temperaturas de maduración entre 20-8 Ma (Figura 3).

Figura 6. Historias de maduración y enterramiento reconstruidas de a) Pozo Remolinogrande-1 y b) Pozo Majagua-1. Las líneas blancas representan los niveles de interés; las líneas rojas representan las paleotermas. Litología, ver figura 4.

6 ANGELANTONIO BARBOSA; SERGIO RESTREPO; ANDRES PARDO; JAIRO ALONSO OSORIO; AGUSTÍN CARDONA; JUAN CARLOS SILVA.

Conclusiones 1. En el pozo Remolinogrande-1 un elevado flujo de calor de 156 mW/m2 desde el Eoceno hasta el Mioceno medio, dedido probablemente a la actividad magmática, estuvo acompañado con la actividad tectónica que produjo una discordancia entre el Mioceno medio y Tardío (~14-10Ma) y genero la perdida de ~130m de sección. 2. En el pozo Majagua-1 el flujo de calor se mantuvo constante (28 mW/m2) a través del tiempo, pero hubo un episodio tectónico entre ~6-2 Ma que genero una pérdida de ~750 m de sección. 3. Las sucesiones de interés en los pozos Majagua-1 y

Remolinogrande-1 (sucesión Aquitaniana y Eocena-Oligocena respectivamente) han alcanzado temperaturas de maduración en el pozo Remolinogrande-1, en dos episodios: el primero a los ~23Ma y el segundo a los ~9 Ma; mientas que, en el pozo Majagua-1, por ubicarse hacia el centro de la cuenca y haber cortado solo sucesiones aquitanianas, solo se presenta un episodio alos ~9 Ma. No se descarta que a profundidades mayores a las cortadas por este ultimo, el episodio de ~23 Ma de años se haya dado alcanzando temperaturas de madurez para este tiempo en las sucesiones más profundas.

4. En la isla Gorgona los modelos térmicos sugieren que las rocas de la cobertera sedimentaria alcanzaron temperaturas de maduración durante el intervalo~ 20-8 Ma. 5. Aunque en la mayoría de casos las cuencas forearc no representa un objetivo exploratorio, debido quizás, a los bajos gradientes geotérmicos que presentan, la cuenca Tumaco parace haber alcanzado temperaturas de maduracíon en varios periodos, durante los cuales las sucesiones con buenos COTs pudieron haber generado hidrocarburos líquidos. Esto, asociado a los gruesos paquetes de areniscas y a la presencia del alto Remolinogrande-Gorgona, el cual habría servido como trampa estructural, muestran esta Cuenca frontera como un interesante objeto de exploración y alienta a la comunidad petrolera a intensificar sus estudios en estos tipos de cuencas. Agradecimientos Los autores ofrecen sus agradecimientos a todo el equipo de

trabajo del IIES (Instituto de Investigaciones en Estratigrafía) de la Universidad de Caldas y a la ANH por su apoyo económico en el desarrollo de este trabajo.

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