Análisis Estructural al Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela

Nota Importante: Los gráficos, imágenes y métodos han sido desarrollados por el autor. Su uso es exclusivamente con fines académicos y se prohíbe el uso en trabajos posteriores sin consentimiento previo.

Análisis Estructural al Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela – Subcuenca de Maturín.

Autor: Aldo Sardelli  Msc-Geólogo

Revisado: Eugenia Sardelli Geólogo-Especialista

¿A qué se debe que las fallas presentes en la parte Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela (Sub-Cuenca de Maturín) son del tipo Normal?

¿A qué evento geológico se puede atribuir la ausencia de hidrocarburo en la parte superior de la Formación Oficina en la Faja Petrolífera de Orinoco?

La teoría de la Tectónica de Placas indica que se produce una separación del continente a través de dorsales, por donde sale magma del interior de la tierra, y esta al solidificarse va acrecentando la placa provocando la deriva continental a ambos lados de la dorsal. Al producirse la separación, se forma un océano nuevo, como lo determinó el científico canadiense J. Tuzo Wilson 1965, haciendo justicia al científico Alfred Wegener, quien en 1915 fue el primero en proponer la teoría de la deriva continental. Al fracturarse el continente a consecuencia de un conjunto de fallas normales, se genera un borde divergente con el colapso de la masa principal. A medida que se genera sustrato nuevo el continente comienza a moverse, el cual, al encontrarse con otra placa en deriva choca generando un borde convergente, donde una placa se mete por debajo de otra, de acuerdo a la densidad de los materiales que la conforman. Otro elemento propuesto por Wilson en su teoría, son los bordes transformantes donde las placas se deslizan una con respecto a otra. 

Según Wilson, existen varios estados de un ciclo tectónico que se van cumpliendo durante la deriva, uno de ellos es la etapa Atlántica (Figura 1). Entre la corteza continental y la nueva corteza formada (oceánica) existe un tipo de corteza denominada transicional, con características continentales, pero más delgada y con presencia de fallas normales originadas al principio de la separación (Figura 2). Esta transición también es llamada margen pasivo. Esta conclusión será de gran importancia en el tema tratado en este artículo.

Figura 1. Etapa Atlántica del Ciclo de Wilson. Modificado de Tarbuck&Lutgens

2005.

Figura 2. Esquema de la corteza terrestre que incluye la corteza continental, la corteza oceánica y la corteza transicional (Anguita Virella, F. et. al., 1991)

Origen de la Cuenca Oriental de Venezuela.

La Cuenca Oriental de Venezuela es de tipo antepais, producto de la colisión de la Placa Caribe contra la corteza continental de la Placa Suramericana, específicamente el Cratón de Guayana. 

A comienzo del Jurasico Temprano inicio la separación de Norte y Sudamérica (Marton y Buffer 1994, Pindell 1993, Stephan 1985), lo que dio origen al Proto-Caribe (Figura 3). A lo largo de este tiempo y hasta la irrupción de la Placa Caribe el Norte de Sudamérica era un margen pasivo.

Figura 3. Reconstrucción de la separación entre el Norte y Sudamérica durante el Jurásico Tardío. Marton y Buffler 1994.

Después de la influencia tectónica de la Placa Caribe durante el Cretácico, y a consecuencia de los movimientos compresivos al Norte de Venezuela, se formó la Cuenta Oriental de Venezuela; Estos movimientos produjeron el levantamiento de la cadena montañosa conocida como la Serranía del Interior generando un espacio de sedimentación o Cuenca Antepais con un flaco compresivo (Norte) y un flanco extensivo (Sur).

El análisis estructural del presente artículo se realiza para los bloques Ayacucho 1 y 2 de la Faja Petrolífera del Orinoco, casi al límite con el río Orinoco de la Cuenca Oriental de Venezuela en la Subcuenca de Maturín (Figura 4), donde sedimentos más recientes se acuñan sobre el basamento ígneo-metamórfico (Cratón de Guayana) caracterizado por un sistema de fallas normales de tipo sinsedimentarias.

Figura 4. Corte geológico conceptual Noroeste-Sureste desde la Plataforma Margarita-Los Testigos hasta el Río Orinoco. (Modificado de Yoris, F. y Osto, M. 1997)

Los datos, parte de la metodología y resultados del presente artículo fueron desarrollados en el año 2017 como parte de un estudio más amplio titulado “MODELO GEOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS UNIDADES PRODUCTORAS DEL BLOQUE 2 DEL ÁREA AYACUCHO, DE LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO HUGO CHÁVEZ FRÍAS” realizado por Marín M., Ronald, Parra R., Liliana y Sardelli B. Aldo bajo el asesoramiento de la MSc Bejarano, Celia. 

Es importante destacar, que el trabajo en el cual se basa el presente se realizó en el bloque Ayacucho 2, pero el modelo estructural también abarco el bloque Ayacucho 1.

Análisis del Buzamiento Estructural

1.Datos utilizados

Para obtener los datos se utilizaron algunos de los horizontes interpretados en la tesis” MODELO GEOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS UNIDADES PRODUCTORAS DEL BLOQUE 2 DEL ÁREA AYACUCHO, DE LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO HUGO CHÁVEZ FRÍAS” (Tabla 1).

Tabla 1. Características de los horizontes bajo estudio interpretados en la tesis” MODELO GEOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS UNIDADES PRODUCTORAS DEL BLOQUE 2 DEL ÁREA AYACUCHO, DE LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO HUGO CHÁVEZ FRÍAS”

La extracción de los datos se realizó en la plataforma especializada PETREL®, la misma en donde se simularon los horizontes y fallas que componen el modelo estructural del área. Utilizando el mallado de modelado o simulación de 50 x 50 metros (Figura 5) se obtuvo una matriz de muestras de 216.970 puntos con información de profundidad, azimut, y ángulo de buzamiento para cada “nodo” o intercepción de los siguientes horizontes: 

• BASAMENTO (Figura 6).

• TOPE FORMACIÓN TIGRE-CANOA (GRUPO TEMBLADOR)(Figura 7).

• N1-FORMACIÓN OFICINA (Figura 8).

• F7-8-FORMACIÓN OFICINA (Figura 9).

• A0-TOPE FORMACIÓN OFICINA (Figura 10).

Figura 5. Mallado utilizado en la construcción del modelo con celdas 50x50 y 216.970 nodos. Sardelli A. 2020.

Figura 6. Modelo Estructural Horizonte Basamento, Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. et al. 2017. Pp 250.

Figura 7. Modelo Estructural Horizonte Formación Tigre/canoa (Grupo Temblador), Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. et al. 2017. Pp 251.

Figura 8. Modelo Estructural Horizonte N1, Formación Oficina, Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. et al. 2017. Pp 253.

Figura 9. Modelo Estructural Horizonte F7-8, Formación Oficina, Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. et al. 2017. Pp 254.

Figura 10. Modelo Estructural Horizonte A0-Tope, Formación Oficina, Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. et al. 2017. Pp 254.

2.Metodología

a)     Para determinar el ángulo y dirección de buzamiento de la estructura:

Los perfiles estructurales son de gran utilidad a la hora de realizar análisis estructurales, debido a que permiten visualizar y analizar el ángulo y buzamiento de las fallas, su desplazamiento vertical, el régimen tectónico que las controla y las formaciones afectadas por dichas fallas, así como también el buzamiento y rumbo de la estructura, y dominios estructurales, entre otros (Figura 11). 

Figura 11. Construcción de perfiles estructurales para mostrar los análisis estructurales. Sardelli A. et al. 2017. Pp 123.

La dirección y ángulo de buzamiento de las superficies se obtuvo a través de la aplicación “Create/Update Dip angles and azimut” (Figura 12), módulo “Análisis estructural”, mientras que para obtener los datos de las fallas (comportamiento del buzamiento a lo largo y ancho de cada falla) se utilizaron las aplicaciones “Fault displacement” (Figura 13) y “Displacement profile” (Figura 14), módulo de “Operaciones Estructurales”, ambos del software Petrel®. 

Figura 12. Determinación de datos de azimut y ángulo del buzamiento para cada horizonte de interés. Sardelli A. et al. 2017. Pp 124.

Figura 13. Determinación del desplazamiento vertical de las fallas con relación a los horizontes de interés. Sardelli A. et al. 2017. Pp 124.

Figura 14. Generación de gráficos que muestran el desplazamiento vertical de las fallas con relación a los horizontes de interés. Sardelli A. et al. 2017. Pp 125.

Para obtener la tendencia del buzamiento de la estructura, se generaron diagramas de rosas con la información obtenida anteriormente. Se cargaron y graficaron los datos en Microsoft Excel (Figura 15) con la finalidad de conocer la dirección preferencial del buzamiento estructural de cada horizonte.

Figura 15. Diagrama de rosas que muestran el azimut preferencial del buzamiento cada 50 metros para los horizontes. Sardelli A. et al. 2017. Pp 126.

Para determinar el comportamiento del ángulo de buzamiento en el área se consideró el horizonte Basamento, el cual marca el rasgo estructural general del área. Para ello se generaron dos tipos gráficos a partir de diferentes variables utilizando la aplicación “plot” del software Petrel®. El primero se obtuvo graficando cada 50 metros el ángulo vs el azimut del buzamiento (Figura 16) con el objetivo de conocer el ángulo más frecuente a lo largo del horizonte, mientras que el segundo se obtuvo graficando el ángulo vs la profundidad (Figura 17) para conocer los cambios en el ángulo de buzamiento a lo largo del horizonte.

Figura 16. Gráfico que muestra las variables ángulo vs azimut de buzamiento de un horizonte específico. Sardelli A. et al. 2017. Pp 127.

Figura 17. Tipo de gráfico que muestra las variables ángulo de buzamiento vs profundidad para un horizonte específico. Sardelli A. et al. 2017. Pp 127.

Finalmente, los gráficos de frecuencia se generaron para obtener la tendencia de ángulos de buzamiento de la estructura. Estos se realizaron en Microsoft Excel (Figura 18) graficando la información de ángulos de toda el área de estudio. Se incluyeron las tres superficies de interés: Basamento, Horizonte F7-8 y Tope de la Formación Oficina, el resultado final es un gráfico de tipo lineal apilado.

Figura 18. Tipo de gráfico que muestra la frecuencia de ángulo de buzamiento de la estructura. Sardelli A. 2019.

b) Calculo del ángulo y dirección de buzamiento de las fallas.

Para conocer el impacto de las fallas en la estructura y la evolución tectónica de la cuenca con respecto a la profundidad, se generaron gráficos de desplazamiento vertical (Figura 19), haciendo uso de la plataforma tecnológica Petrel® a partir de la información obtenida del análisis de desplazamiento con respecto a las superficies. Dichos gráficos se realizaron considerando los horizontes superiores e inferiores.

Figura 19. Gráfico comparativo de distancia horizontal vs. desplazamiento vertical para los horizontes de interés en una misma falla. Sardelli A. et al. 2017. Pp 128.

3. Análisis de Resultados.

Como se mencionó anteriormente, el estudio se realizó en un área ubicada en la parte más Sur, casi al límite con el Río Orinoco, en la Subcuenca de Maturín, Cuenca Oriental de Venezuela. En esta se identificaron dos discordancias a diferentes profundidades en la columna estratigráfica y acuñamientos de los horizontes más reciente contra el Basamento. 

Una vez realizados los gráficos y diagramas a partir de la descomposición de las superficies en 216.970 puntos con información de profundidad, azimut, y ángulo de buzamiento, se procedió a realizar el análisis, interpretación y conclusiones de la evolución tectónica que dio origen al tipo de estructura característica del área y a las fallas presentes, así como también del evento geológico que permitió la acumulación de hidrocarburo en el Flanco Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela.

La estructura característica de área estudiada es un homoclinal cortado por varios sistemas de fallas. Sin embargo, es importante responder a las siguientes interrogantes para poder profundizar más en el conocimiento de los rasgos estructurales de la zona:

a) ¿Cuál es el valor real del azimut y ángulo de buzamiento y su heterogeneidad?

b) ¿Existe alguna variación del rumbo y buzamiento de la estructura con respecto a la profundidad?

c) ¿Cuál es la relación de las fallas con respecto a la estructura?

d) ¿Cuál es el origen de las fallas presentes en el área?

e) ¿Cómo es el comportamiento del desplazamiento de las fallas a lo largo de la columna estratigráfica?

Para responder las incógnitas anteriores se analizarán los siguientes aspectos.   

1. Dirección del Buzamiento de la estructura:

Al analizar los diagramas de rosas realizados para los horizontes representativos (base, parte media y superior de la columna estratigráfica), se pudo evidenciar que efectivamente el rumbo de la estructura es preferencialmente hacia el Norte, sin embargo, se observan variaciones de este con respecto a la profundidad. Para el horizonte más profundo en la columna representado por Basamento (Figura 20), se observa un comportamiento de la curva más cerrado y con una tendencia clara hacia el Norte franco (ángulos entre 348º y 12º).

Figura 20. Diagrama Azimutal para el horizonte Basamento-Cuenca Oriental de Venezuela. Sardelli A. 2019.

Para el horizonte intermedio N1 (Figura 21) se observa una curva más abierta producto de la heterogeneidad del azimut. Aun cuando la misma conserva una tendencia hacia el Norte, la frecuencia de los valores de azimut varían entre 357º y 25º, lo que propone un cambio de tendencia hacia el Nor-Noreste.

Figura 21. Diagrama Azimutal para el Horizonte N1 de la Formación Oficina- Cuenca Oriental de Venezuela. Sardelli A. 2019.

Para el tope de la Formación Oficina representado por el Horizonte A0 (Figura 22), se observa una curva más amplia producto de la heterogeneidad de los valores de azimut, con valores más frecuentes entre 313º y 57º, indicando una tendencia hacia Noreste, similar a la tendencia observada para el horizonte intermedio.

Figura 22. Diagrama Azimutal del horizonte A0, Tope de la Formación Oficina- Cuenca Oriental de Venezuela. Sardelli A. 2019.

La variación de los azimuts de los horizontes analizados con respecto a la profundidad se debe a la disminución de los ángulos de buzamiento a medida que el peso de sobrecarga disminuye (Figura 23), como se puede apreciar en el perfil estructural a-a’ (Figura 24)

"Se debe a la disminución de los ángulos de buzamiento a medida que el peso de sobrecarga disminuye"

Figura 23. Gráfico de frecuencia de valores de ángulo de buzamiento de los horizontes Basamento, 7-8 y A0 de los Bloques Ayacucho 1 y 2. Sardelli A. 2019.

Figura 24. Perfil estructural a-a’. Análisis del Buzamiento la estructura. Sardelli A et al. 2017.

2. Ángulo de Buzamiento de la estructura:

De manera general, el ángulo de la estructura mantiene concordancia con el Sur de la Cuenta Oriental de Venezuela, el cual es de +/- 2º. Si bien se está en presencia de un bajo buzamiento producto de la poca influencia tectónica de la colisión de Placa Caribe y la Sudamericana, la metodología presentada en este artículo nos permite definir este ángulo y su variación lateral y vertical.

De acuerdo con el gráfico Angulo Vs. Azimut (Figura 25) realizado para el horizonte Basamento, la mayor frecuencia de puntos se ubica en una franja entre 0.2º y 2º, respaldando los valores de azimut ya definidos en los diagramas de rosas. Existes valores fuera de este rango los cuales podrían ser atribuidos a variaciones locales asociados a la presencia de fallas y/o levantamientos y depresiones (domos suaves).

"La metodología establecida presentada en este artículo nos permite definir este ángulo y su variación lateral y vertical."

Figura 25. Gráfico Angulo Vs Azimut de buzamiento para el horizonte Basamento. Sardelli A. et al. 2017. Pp 127.

Una vez conocidos los valores de azimut, se debe definir la distribución de estos valores en toda el área. Para ello se utilizó el gráfico Angulo vs Profundidad (Figura 26), que permite conocer el comportamiento del ángulo en una orientación perpendicular al rumbo del homoclinal. De acuerdo a los resultados arrojados, se distinguen dos zonas claramente diferenciables: una primera zona entre -500 pies y -1500 pies (somera) ubicada al Sur del área de estudio  y una segunda zona entre -2500 pies y -1500 pies al Norte del área de estudio. El cambio de ángulo de buzamiento o línea charnela ocurre a la profundidad de 1500 pies. 

Figura 26. Gráfico Angulo vs Profundidad para el horizonte Basamento. Sardelli A. et al. 2017. Pp 127

Ahora bien, en base a los resultados anteriores, se puede afirmar que la estructura buza de Sur a Norte, con un valor promedio de 1º, diferente al buzamiento de la estructura por debajo de -1500 pies, el cual es 1,16º promedio, esto se puede apreciar mejor en el perfil a-a’ (Sur-Norte) (Figura 27).Esta diferencia de ángulo está asociada al peso de la columna y a las fallas normales presentes en el área.

"Esta diferencia de ángulo está asociada al peso de la columna y a las fallas normales presentes en el área."

Figura 27. Perfil estructural a – a’ donde se muestran las zonas clasificadas según el ángulo promedio de buzamiento. Sardelli A. et al. 2017

3. Rumbo y buzamiento de las Fallas.

Las fallas presentes en el área de estudio son de tipo normal. Se pueden distinguir dos sistemas (Figura 28): el primero en sentido Suroeste-Noreste y el otro Noroeste-Sureste, con buzamientos variables. 

Figura 28. Gráfico de Frecuencia Azimutal de las fallas en el área de estudio. Sardelli A. 2019.

El sistema de falla Noroeste-Sureste está asociado a la dirección del movimiento tectónico que separó el Norte de Suramérica y que dio origen al Proto-Caribe (explicado en el Origen de la Cuenca Oriental de Venezuela al comienzo de este articulo). El segundo sistema de fallas de dirección Suroeste-Noreste está asociado al mismo movimiento tectónico, de fallas trascurrentes en la dorsal oceánica. Un indicio importante se encontró en el horizonte Formación Tigre/Canoa (Grupo Temblador, Cretácico), el cual se acuña contra el basamento (Figura 29) y contra fallas normales, confirmando que el basamento se encontraba fallado para el momento en el cual se depositó los sedimentos de esta formación. Igualmente, por eventos sucesivos producto de la orogénesis de la Placa Caribe y la presión de sobrecarga, hubo reactivación de las fallas que generaron extensión de estas hacia sedimentos de edad Mioceno, provocando el entrampamiento de hidrocarburo.

"Confirmando que el basamento se encontraba fallado para el momento en el cual se depositó los sedimentos de esta formación"

Figura 29. Modelo al tope estructural del Grupo Temblador (Cretácico). Sardelli A. et al. 2017. Pp 332.

El sistema de fallas en sentido Suroeste-Noreste encaja perfectamente en los sistemas regionales de algunas fallas principales de la Cuenca Oriental de Venezuela, específicamente en el Área Mayor de Oficina: Guara Leona, Merey, Zapato, y el Corrimiento de Anaco, entre otros eventos estructurales.

Una vez conocida la dirección del rumbo de las fallas, es importante conocer el ángulo de buzamiento de las mismas. A partir de este estudio, se determinó que las fallas son de alto ángulo con valores entre 57º y 80º de inclinación, como se muestra en el gráfico de frecuencia de ángulo de inclinación (Figura 30).

Figura 30. Gráfico de frecuencia de ángulo de buzamiento de las fallas en el área de estudio. Sardelli A. 2019.

Las simulaciones realizadas en el estudio previo en conjunto con la información de pozos, determinó que el desplazamiento vertical no supera los 100 pies (Figura 31). Adicionalmente, la estratigrafía del área presenta lentes de arenas con espesores no mayores a 60 pies en las zonas de mayor espesor, específicamente hacia la parte media e inferior de la Formación Oficina. La combinación de estos elementos estratigráficos y estructurales son los que ofrecen las condiciones ideales para que se produzca entrampamiento de hidrocarburos.

Figura 31. Perfil estructural b – b’ donde se muestran las fallas y sus saltos. Sardelli A. et al. 2017

Una de las particularidades del sistema de fallas al Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela es la disminución del desplazamiento vertical hacia el tope de la Formación Oficina. Los gráficos de desplazamiento vertical vs  longitud (Figura 32) permite explicar la diferencia entre los valores de desplazamiento entre el Basamento (horizonte profundo) y el Tope de la Formación Oficina (horizonte somero). En estos gráficos se observa que la curva del desplazamiento vertical de las fallas del Basamento está por encima de la del Tope de la Formación Oficina indicando que el peso de sobrecarga del sedimento jugo un papel importante es el desplazamiento de las fallas que se formaban a medida que se iban depositando la cuenca.

"Indicando que el peso de sobrecarga del sedimento jugo un papel importante es el desplazamiento de las fallas que se formaban a medida que se iban depositando la cuenca."

Figura 32. Gráfico de desplazamiento vertical de fallas. Sardelli A. 2017.

Esta disminución del desplazamiento vertical posiblemente ocasionó la perdida de sello, lo cual permitió que el hidrocarburo que migró del Norte siguiera avanzando libremente hacia las zonas más altas, muy posiblemente escapando hacia la superficie, explicando la poca prospectividad de la parte superior de la Formación Oficina. 

Conclusiones.

Dando respuestas a las preguntas inicialmente planteadas, en base a los análisis anteriores se concluye que: 

• Las fallas en el Flanco Sur de la Cuenca Oriental de Venezuela (Subcuenca de Maturín) son de tipo normal, debido al origen tectónico de margen pasivo de las proto-fallas impresas en el basamento, las cuales se extendieron hacia los depósitos sedimentarios por el peso de la sobrecarga, una vez creado el espacio sedimentario por el efecto de la colisión de la Placa Caribe con la Placa Suramérica iniciado en Cretácico Tardío.

• El desplazamiento vertical de las fallas disminuye con respecto a la profundidad. Por esta razón, se observa una disminución del desplazamiento vertical de las fallas hacia el Tope de la Formación Oficina, el cual, al ser superado por el espesor de la roca almacén, no permitió la generación de sello necesario para retener el hidrocarburo que migró del Norte, siguiendo su trayectoria buzamiento arriba, donde muy probablemente emergió a superficie y fue destruido. Esta es la explicación del porque las acumulaciones importantes de hidrocarburo se encuentran en las arenas basales de la Formación productora Oficina.

Bibliografía.

1. Anguita Virella, F. (1988). Origen e historia de la Tierra. Madrid.

2. Tarbuck E. yLutgens F., (2005) Ciencias de laTierra UNA INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA FÍSICA Octava edición. Madrid

3. Marton G. y Buffer R.T., (1994), Jurassic reconstruction of the Gulf of Mexico basin.

4. Pindell, J.L., (1993) Regional synopsis of Gulf of Mexico and Caribbean evolution.

5. Pindell, J. y Kennan, L., (2009) Tectonic evolution of the Gulf of Mexico, Caribbean and northern South America in the mantle reference frame: an update.

6. Sardelli A., Parra L., Marín R. (2017) MODELO GEOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS UNIDADES PRODUCTORAS DEL BLOQUE 2 DEL ÁREA AYACUCHO, DE LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO HUGO CHÁVEZ FRÍAS. Los Teques

7. Stephan J.F., (1985). Andes et Chaine Caraibe Sur la Transversale de Barquisimeto (Venezuela): Evolution Geodynamique, Paris.