Nuevas evidencias de inversión tectónica positiva a nivel de secuencias cretáceas en el área bloque "VIII", cuenca de Maracaibo-Venezuela

Fernando J. Martínez ¹, José F. Castillo ² y Marx Bastardo ³

¹ Geólogo, Universidad de Oriente (UDO), Venezuela. Candidato a Ph.D. en Geología, Universidad de Chile. Profesor, UDO, Venezuela. Dirección: Departamento de Geología, Escuela de Ciencias de la Tierra, Núcleo Bolívar, UDO, Venezuela. e-mail: martinezfjh@hotmail.com

² Ingeniero Geólogo, UDO, Venezuela. Geólogo Intérprete, Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA). e-mail: josefelix83@hotmail.com

³ Ingeniero Geólogo UDO. Venezuela. Geólogo Intérprete, PDVSA. e-mail: marx_bastardo@hotmail.com

RESUMEN

El objetivo de esta investigación es definir las geometrías de elementos estructurales que muestran evidencia de inversión tectónica positiva a nivel de las formaciones Maraca y Apón (Cretáceo Medio-Inferior), en el bloque "VIII", parte central de la Cuenca de Maracaibo, Venezuela, a fin de clarificar la arquitectura geológica del substrato. Mediante visualización e interpretación de perfiles sísmicos N-S, E-W, y horizontes en tiempo pertenecientes a un cubo 3D de 253km² de extensión, y con la integración de datos sísmicos con datos de 24 pozos (topes formacionales, registros eléctricos, checkshot), se observó cómo el Cretáceo sobrecorre ligeramente y se pliega a lo largo de fallas rumbo-deslizantes formando "estructuras en flor" y también en fallas lístricas invertidas e inversas formando "estructuras tipo arpón". Las fallas A y B, oblicuas y paralelas a las fallas Lama-Icotea y Pueblo Viejo ENE, son fallas rumbodeslizantes dextrales solapadas que en profundidad se propagan más allá de la interfase Jurásico-Cretáceo controlando la inversión de las estructuras menores confinadas entre ellas, y creándose una zona en compresión entre ambas. Se concluye que la inversión tectónica observada es moderada o parcial. Las fallas rumbodeslizantes mayores y menores y las "estructuras tipo arpón" son las que producen inversión del Cretáceo. Las estructuras observadas se relacionan en origen con el escape del Bloque de Maracaibo durante el Mioceno Tardío y con la Orogénesis Andina del Mioceno Temprano, ya que su orientación y vergencia son similares a estructuras andinas NNE-NE y la discordancia del Eoceno esta ligeramente plegada.

New evidences of positive tectonic inversion in cretaceus sequences of the block VIII area, Maracaibo basin, Venezuela

SUMMARY

The goal of this research is to define the geometries of structural elements that show evidence of positive tectonic inversion within the Maraca and Apón formations (Lower-Middle Cretaceus) in block "VIII", central part of the Maracaibo basin, Venezuela, in order to clarify the geologic architecture of the substratum. By means of visualization and interpretation of N-S and E-W seismic profiles, time slices from a 3D cube of 253km² in extension and the integration of seismic data with data of 24 wells (formational tops, electrical curves, checkshot), it was observed as the Cretaceus thrusted slightly and folded along strike-slip faults forming "flower structures" and also in inverted and thrust listric faults forming "harpoon structures". Faults A and B, oblique and parallel to the Lama and Pueblo Viejo ENE faults, are strike-slip dextral overlapping faults that propagate in depth beyond the Jurásic-Cretaceus interface, controlling the inversion of the smaller structures confined between them and creating a compressed zone between the two. It is concluded that the observed tectonic inversion is moderate or partial. Major and minor strike-slip faults and "harpoon structures" are producing the Cretaceus inversion. The observed structures are related in their origin with the escape of the Maracaibo Block during the Late Miocene, and with the Andean Orogenesis of the Early Miocene, as its direction and vergence are similar to Andean NNE-NE structures and the Eocene discrepancy is slightly folded.

Novas evidências de inversão tectônica positiva a nivel de seqüências cretáceas na área bloco "VIII", bacia de Maracaibo-Venezuela

RESUMO

O objetivo desta investigação é definir as geometrias de elementos estruturais que mostram evidência de inversão tectônica positiva no nível das formações Maraca e Apón (Cretáceo Meio-Inferior), no bloco "VIII", parte central da Bacia de Maracaibo, Venezuela, com o fim de clarificar a arquitetura geológica do substrato. Mediante visualização e interpretação de perfis sísmicos N-S, E-W, e horizontes em tempo pertencentes a um cubo 3D de 253km² de extensão, e com a integração de dados sísmicos com dados de 24 poços (topes formacionais, registros elétricos, check-shot), se observou como o Cretáceo desliza ligeiramente formando pregas ao longo de falhas rumo-deslizantes gerando "estruturas em flor" e também em falhas lístricas invertidas e inversas formando "estruturas tipo arpão". As falhas A e B, obliquas e paralelas às falhas "Lama-Icotea" e "Pueblo Viejo" ENE, são falhas rumo-deslizantes dextrais solapadas que em profundidade se propagam além da interface Jurássico-Cretáceo, controlando a inversão das estruturas menores confinadas entre elas, e criando-se uma zona em compressão entre ambas. Conclui-se que a inversão tectônica observada é moderada ou parcial. As falhas rumo-deslizantes maiores e menores e as "estruturas tipo arpão" são as que produzem inversão do Cretáceo. As estruturas observadas se relacionam em origem com o escape do Bloco de Maracaibo durante o Mioceno Tardio e com a Orogênese Andina do Mioceno Inferior, já que sua orientação e vergência são similares a estruturas andinas NNE-NE e a discordância do Eoceno esta ligeiramente pregueada.

PALABRAS CLAVE / Cuenca de Maracaibo / Inversión Tectónica Positiva / Secuencias Cretáceas / Seismología /

Recibido: 21/12/2007. Modificado: 24/04/2008. Aceptado: 25/04/2008.

Introducción

Estudios multidisciplinarios destinados a la búsqueda de hidrocarburos y con objetivos netamente estructurales, llevados a cabo a lo largo del tiempo en la Cuenca de Maracaibo mediante sucesivas interpretaciones de nueva data sísmica y nuevos pozos perforados, han permitido visualizar rasgos y características estructurales que muchos geólogos han tomado con cierta consideración, para proponer esquemas de evolución tectono-estratigráfica para la misma. En los esquemas propuestos siempre se ha interpretado una inversión tectónica que ocurriría, probablemente, a partir del Paleógeno, de las estructuras extensionales que se desarrollaron durante la apertura de la cuenca, a partir del Jurásico Tardío (Paleozoico) y en la fase de margen pasivo (Cretáceo), producto del choque de la Placa Caribe, en régimen tectónico convergente sin subducción con el flanco occidental de Venezuela. Así lo han propuesto Lugo y Mann (1995), Audemard y Audemard (2002), Mann et al. (2006) y Mann y Escalona (2006), entre los más relevantes.

La Cuenca de Maracaibo evolucionó en tres fases: a) una separación Jurásica, b) un margen pasivo Cretáceo Temprano-Tardío, c) y por último la creación de una cuenca antepaís Paleocena-Eocena seguida de una progresiva subsidencia (Lugo y Mann, 1995). En la última etapa de su desarrollo muchas estructuras extensionales heredadas de la primera y segunda fase son invertidas a medida que fuerzas compresivas comienzan a actuar en la cuenca, producto de muchos factores como, por ejemplo, la colisión oblicua entre la Placa Caribe y el borde occidental septentrional de Suramérica, y el levantamiento isostático de algunas provincias tectónicas como los Andes de Mérida, la Serranía de Trujillo y la Sierra de Perijá (Audemard y Audemard, 2002; Castillo y Mann, 2006; Duerto et al., 2006).

El objetivo de esta investigación es definir las geometrías de elementos estructurales que muestran rasgos de inversión tectónica positiva, a nivel de secuencias cretáceas (formaciones Apón y Maraca), basado en la visualización e interpretación sísmica-estructural 3D y su integración con topes formacionales de 24 pozos perforados en el bloque "VIII", área localizada en la parte central del Lago de Maracaibo (Figura 1). Este bloque abarca un área de 253km² y está enmarcado dentro de un conjunto de cordilleras como se aprecia en la figura. Aunque el contexto de esta investigación no es de carácter regional, la misma permitirá dar una mejor perspectiva y adquirir un mejor entendimiento de las geometrías y estructuras invertidas en el subsuelo, así como de la evolución de las mismas a partir de estructuras extensionales preexistentes, ya que el área de estudio muestra buenos ejemplos de ello. A la vez, se mejoran los modelos estructurales propuestos con anterioridad y se caracteriza mejor el Cretáceo, ya que las interpretaciones realizadas focalizan su atención solamente en la definición de nuevas evidencias de estos eventos detectadas a partir de nueva data sísmica, y esto a su vez podría traducirse en la ubicación de nuevas zonas prospectivas del entrampamiento de hidrocarburos.

Figura 1. Ubicación relativa del área de estudio y del cubo sísmico 3D interpretado. También se señalan el pozo CLD-50 y los perfiles de reflexiónsísmica mostrados.

Métodos

Se interpretaron 50 perfiles de reflexión sísmica, 26 en dirección N-S y 24 en dirección E-W, pertenecientes a un cubo sísmico 3D, denominado bloq32c, que cubre el área de estudio. Los perfiles fueron interpretados cada 25 líneas (ya que es un espaciado donde se puede mantener un control en la correlación de los reflectores y sentido coherente de la data), con longitudes promedio de 14km. La data solo se muestra a partir de los 1500ms, dado que la empresa que sumistró la data sísmica solo permitió el uso de datos a >1500ms, por su interés de estudiar secuencias estratigráficas Mesozoicas. Además fueron analizados 24 horizontes en tiempo, espaciados cada 120ms para visualizar la variación espacial de la geometría en planta de los sistemas de fallas y apreciar su evolución temporal.

La interpretación sísmica-estructural se fundamentó en la integración de dos tipos de datos de subsuelo: a) datos sísmicos, y b) datos (topes formacionales, registros eléctricos, checkshot) de 24 pozos perforados en el área, los cuales alcanzan profundidades que promedian los 15000-16000 pies. Al inicio se realizó una calibración sísmica-pozo con la elaboración de un sismograma sintético a partir de los registros sónico y de densidad del pozo CLD-50. Este pozo fue seleccionado debido a que disponía de la información geológica más completa (registros gamma ray, sónico, densidad, neutrón y checkshot; todos de buena calidad) y porque atraviesa toda la columna del Cretáceo donde no se encuentra afectada por fallamiento (Figura 2). Este sismograma permitió definir los reflectores sísmicos asociados con los topes estructurales de la Formación Maraca y Apón. Estos topes, determinados en tiempo (ms), fueron ajustados a los 23 pozos restantes para proyectarlos en los perfiles sísmicos. Se tomó la línea sísmica más cercana al pozo CLD-50 y se extrapolaron los topes estructurales a dicha línea (inline: 562) la cual se ubica a menos de 2km del mismo. El paso siguiente consistió en colocar semillas a lo largo de los marcadores correspondientes a las formaciones Maraca y Apón y propagarlas mediante un programa de interpretación. Estas semillas sirvieron para seguir automáticamente los reflectores sísmicos a lo largo de todo el cubo y así construir los horizontes Maraca y Apón. Posteriormente se hizo un control de calidad de las superficies resultantes a través de perfiles sísmicos N-S (crosslines) y E-W (inlines), determinando como "zonas críticas" a aquellas donde la interpretación automática de los horizontes carecían de sentido geológico; en estas zonas se procedió a realizar una interpretación manual de los mismos.

Figura 2. Sismograma sintético elaborado para realizar la calibración sísmica-pozo, a partir del pozo CLD-50, utilizando el programa Petrel.

La presencia de fallas y plegamientos fue detectada y definida manualmente sobre los perfiles, tomando en consideración para su presencia criterios tales como: cambios bruscos de contrastes de amplitudes, reflectores deformados, pérdida o rupturas lineales momentáneas en el dato sísmico, repeticiones de secuencias, cambios abruptos de buzamientos y truncamientos de reflectores. De igual manera fueron generados mapas de atributos sísmicos como mapas de buzamientos y mapas de coherencia con el fin de validar la presencia de lineamientos estructurales y poder apreciar sus desplazamientos relativos. Sin embargo, a nuestro criterio, las rebanadas en tiempo (time slices) muestran mucho mejor estas variables.

Resultados

La visualización e interpretación de horizontes (reflectores sísmicos) asociados a secuencias cretáceas (formaciones Maraca y Apón) a lo largo de líneas orientadas N-S, E-W y secciones o rebanadas en tiempo (time slices) permitió la definición de nuevas evidencias de inversión tectónica positiva a lo largo de estructuras que guardan geometrías y tendencias estructurales propias, a pesar de que en muchas ocasiones los puntos nulos (null points) tomados en la secuencia de estudio a lo largo de las fallas observadas estaban ligeramente desplazados o simplemente solo prevalecía plegamiento. Dos fallas mayores y principales fueron detectadas durante la interpretación (Falla A y Falla B), oblicuas y paralelas a las fallas Lama-Icotea y Pueblo Viejo, respectivamente (no visualizadas en esta investigación) que se prolongan por toda el área de estudio con una dirección ENE (Figura 3) y con buzamientos bastante pronunciados (>65° en promedio) a lo largo de toda el área. Si analizamos la geometría y la dinámica de estas estructuras se verá que en perfiles sísmicos orientados E-W sus superficies muestran curvaturas convexas hacia abajo; es decir, son lístricas pero el plano ligeramente disminuye su ángulo de buzamiento hacia arriba. Además de ello buzan en direcciones opuestas formando una geometría de "cono invertido" (Figura 4, línea A-A’). Este patrón geométrico y los ángulos de buzamientos tan elevados son características típicas de sistemas de fallas rumbodeslizantes. La Falla A y la Falla B en esta investigación constituyen dos fallas rumbo-deslizantes dextrales solapadas casi por completo (Figura 3). Estas estructuras en los perfiles E-W forman en su tope o parte más alta, una "estructura en flor" donde se puede visualizar la secuencia cretácea plegada y dislocada inversamente, al igual que la discordancia del Eoceno pero muy ligeramente (Figuras 4 y 5, Línea A-A’ y Línea B-B’). Esta estructura tiende a crecer con el aumento del desplazamiento experimentado por las fallas que confeccionan la estructura.

Figura 3. Horizontes en tiempo (3420ms) donde se muestra a: la orientación de las fallas principales A y B, y el desplazamiento lateral relativo del conjunto de fallas en el área, y b: el “Bloque Levantado” entre las fallas A y B.

Figura 4. Perfil de reflexión sísmica W-E (A-A’). Geometría de “cono invertido” formada entre las fallas A y B.

Figura 5. Perfil de reflexión sísmica W-E (B-B’). Estructura en flor formada entre las fallas A y B. Obsérvese la inversión del Cretáceo a lo largo de la falla A y el plegamiento que se forma sobre la falla B.

Los perfiles orientados N-S permiten observar dos tipos de estructuras principales a lo largo de las cuales la secuencia cretácea se invierte: a) una secuencia de fallas lístricas invertidas e inversas formando una "estructura tipo arpón", y b) fallas rumbo-deslizantes menores (Figura 6, Línea C-C’). Muchas fallas con geometría lístrica cóncava hacia arriba plegan y sobrecorren ligeramente la secuencia analizada. Estas estructuras poseen una tendencia estructural WNW, y buzan al sur al igual que el Cretáceo en el área. Por lo general, se prolongan hacia el basamento sin mostrar una relación de unión a un nivel de despegue basal en profundidad y se propagan dentro del Terciario sin llegar a la discordancia del Eoceno. En la Figura 3 se puede observar que casi todas las fallas tienen desplazamientos sinextrales y están dispuestas de forma paralela. Las fallas rumbodeslizantes menores, orientadas N-S, ENE, y E-W, se aprecian en la data sísmica como fallas casi verticales y su evidencia principal de inversión tectónica es que 1) siempre en uno de sus bloques se desarrolla un pliegue anticlinal a nivel del Cretáceo que se propaga hacia niveles estructurales superiores, y 2) se pueden comportar como fallas inversas a nivel del Cretáceo y como fallas normales en niveles superiores e inferiores a él (Figura 6, Línea C-C’).

Figura 6. Perfil de reflexión sísmica N-S (C-C’). Estructura tipo arpón. Obsérvese como el Cretáceo es ligeramente sobrecorrido y plegado a lo largo de las fallas interpretadas.

Discusión

Las evidencias de inversión tectónica positiva observadas, principalmente plegamientos, y ligeros sobrecorrimientos de la secuencia cretácea (formaciones Maraca y Apón) a lo largo de fallas rumbodeslizantes y fallas lístricas invertidas e inversas, permiten clasificar la inversión como parcial o moderada de acuerdo a las clasificaciones de Bally (1984) y de Cooper y Williams (1989), respectivamente. Esto significa que el basamento pre-Cretáceo está ligeramente sobrecorrido, o simplemente se observa fallado de forma normal y su cobertura esta sobrecorrida; por ello se puede decir que la secuencia de estudio (la cobertura) en algunos casos está sobrecorrida por completo y en otros casos no, pero más allá de eso no es muy clara la imagen del pre-Cretáceo, aunque si se detallan los perfiles sísmicos se observan algunos rasgos extensionales por debajo de la secuencia estudiada, lo que traduce que no ha habido, al menos en el área de estudio, una inversión total o neta.

Las fallas principales o mayores (Falla A y Falla B) se ubican de forma oblicua y paralela, respectivamente, a dos rasgos estructurales importantes dentro de la Cuenca de Maracaibo, como lo son la Falla Lama-Icotea y la Falla de Pueblo Viejo. A pesar de que estas fallas se pueden visualizar en muchos mapas formando una extensa depresión, las fallas A y B, por el contrario, forman una "estructura en flor positiva", y controlan la dinámica de inversión en las estructuras menores encerradas entre ellas, ya que se crea una "zona en compresión" entre ambas. Al igual que Lama-Icotea y Pueblo Viejo, las últimas se originaron como fallas normales durante el Jurásico, aunque fueron posteriormente reactivadas, pero como fallas rumbodeslizantes dextrales a partir del Eoceno. Esta teoría ha sido propuesta por varios autores como Lugo y Mann (1995), Castillo y Mann (2006) y recientemente por Martínez y Carrasquel (2008). El movimiento de estas estructuras permitió formar "estructuras tipo arpón" que poseen una orientación casi perpendicular a las anteriores WNW y de acuerdo con sus direcciones de buzamiento SSW, no se cree que se relacionen con el cinturón de corrimientos localizado al NE de la cuenca, ya que la vergencia principal de las estructuras principales confinadas en este último es al sur, según lo descrito por Audemard (1991). En su lugar, se relacionan con levantamientos concentrados más al sur de la cuenca. Lo que sí es claro es que los rasgos de inversión tectónica positiva están muy relacionados con los siguientes ambientes o contextos tectónicos: a) el escape del Bloque de Maracaibo hacia el norte a partir del Mioceno Tardío, producto de la colisión Arco de Panamá y el noroeste de Suramérica, y por la subducción de ángulo bajo de la Placa Caribe debajo del noroeste de Sur América (Colmenares y Zoback, 2003); y b) la Orogénesis Andina en el Mioceno Temprano actúa como un pistón que levanta bloques deprimidos desde el Jurásico en la cuenca, producto del acortamiento propagado en el Mioceno Temprano desde el SE y SW hacia los márgenes más meridionales de la Cuenca de Maracaibo (Audemard y Audemard, 2002). Evidencias de estos eventos se visualizan en el área de estudio hasta al menos el Eoceno, ya que su discordancia se encuentra ligeramente plegada (Figura 5, Línea B-B’).

Conclusiones

Las Fallas A NE y B ENE constituyen en el área de estudio las estructuras principales y forman una "estructura en flor positiva", que podría estar enraizada en la interfase Jurásico-Cretácico Temprano y proyectarse dentro del Jurásico, o simplemente hacer despegue dentro de la base del Cretáceo Temprano. En cualquiera de los casos las profundidades superan los 17000 pies, con una geometría de "cono invertido" vista en perfiles sísmicos transversales a las fallas. A lo largo de estas estructuras se evidencia una clara inversión tectónica positiva a nivel de las formaciones Maraca y Apón. Dicha inversión es clasificada como moderada o parcial, y los tipos de estilos estructurales que muestran la inversión del Cretáceo son: a) fallas rumbodeslizantes mayores y menores de alto buzamiento (>65°) orientadas principalmente NNE, y algunas E-W; y b) secuencia de fallas lístricas invertidas e inversas formando una "estructura tipo arpón", orientadas WNW, y con buzamiento al sur. Las evidencias de inversión tectónica positiva son básicamente el desarrollo de anticlinales en la secuencia cretácea a lo largo de fallas rumbodeslizantes y sobrecorrimientos ligeros de la secuencia de estudio a través de fallas lístricas que se propagan dentro del Terciario y se prolongan hacia el basamento sin unirse en profundidad. Las fallas A y B, al igual que las fallas Lama-Icotea y Pueblo Viejo, paralelas a las anteriores, pudieron haberse originado como fallas normales durante el Jurásico, aunque reactivadas como fallas rumbodeslizantes dextrales a partir del Eoceno. Los rasgos de inversión tectónica positiva están muy relacionados con el escape del Bloque de Maracaibo hacia el norte a partir del Mioceno Tardío, producto de la colisión Arco de Panamá y el noroeste de Suramérica, y por la subducción de ángulo bajo de la Placa Caribe debajo del noroeste de Sur América también están asociados a la Orogénesis Andina del Mioceno Temprano.

REFERENCIAS

1. Audemard FE (1991) Tectonics of Western Venezuela. Tesis. Rice University, EEUU. Houston TX, EEUU. 245 pp.        [ Links ]

2. Audemard FE, Audemard FA (2002) Structure of the Mérida Andes, Venezuela: relations with the South America-Caribbean geodynamic interaction. Tectonophysics 354: 300-XXX        [ Links ]

3. Bally AW (1984) Tetonogenése et réflexion sismique. Bull. Soc. Geol. France 7: 279-285.        [ Links ]

4. Castillo M, Mann P (2006) Cretaceous to Holocene structural stratygraphic development in south Lake Maracaibo, Venezuela, inferred from well and three-dimensional seismic data. A.A.P.G. Bull. 90: 529-565.        [ Links ]

5. Colmenares L, Zoback M (2003) Stress field and seismotectonics of northern SouthAmerica. Geology 31: 721-724.        [ Links ]

6. Cooper MA, Williams GD (1989) Inversion Tectonics. Geological Society Special Publication 44. Blackwell. 355 pp.        [ Links ]

7. Duerto L, Escalona A, Mann P (2006) Deep structure of the Mérida Andes and the Perijá fronts, Maracaibo Basin, Venezuela. A.A.P.G Bulletin 90: 505-528.        [ Links ]

8. Lugo J, Mann P (1995) Jurassic-Eocene tectonic evolution of Maracaibo Basin, Venezuela. A.A.P.G. Mem. 62: 699-725.        [ Links ]

9. Mann P, Escalona A (2006) Sequence-stratigraphic analysis of Eocene clastic foreland basin deposits in central Lake Maracaibo using high-resolution well correlation and 3-D seismic data. A.A.P.G. Bull. 90: 581-623.        [ Links ]

10. Mann P, Escalona A, Castillo V (2006) Regional geologic and tectonic setting of the Maracaibo supergiant basin, Maracaibo, Venezuela. A.A.P.G. Bull. 90: 445-477.        [ Links ]

11. Martínez F, Carrasquel M (2008) Modelo estructural de las secuencias cretácico-terciarias a nivel del bloque "B" del área sur del Lago de Maracaibo, Venezuela. Interciencia 33: 56-60.        [ Links ]