Palinología del Paleógeno del Norte de Suramérica: un acercamiento a la cronoestratigrafía de las Cuencas del Piedemonte y Llanos de Colombia JARAMILLO, CARLOS A*., MILTON RUEDA1, VLADIMIR TORRES2, FELIPE DE LA PARRA*, GUILLERMO RODRÍGUEZ2, GIOVANNI BEDOYA2, CARLOS SANTOS2, MARÍA CAROLINA VARGAS2, GERMÁN MORA3 * Smithsonian Tropical Research Institute, Balboa, Panamá; 1

Paleoflora E.U., Bucaramanga, Colombia;

2

Ecopetrol-Instituto Colombiano del Petróleo, Piedecuesta, Colombia;

3

Department of Geological and Atmospheric Sciences, Iowa State University, Ames, Iowa, USA.

Resumen Palinoestratigrafía de alta resolución para el Paleógeno del Piedemonte Llanero colombiano ha proporcionado un marco cronoestratigráfico para las cuencas del Piedemonte y Llanos. Un total de 12 zonas palinológicas para el intervalo Paleoceno – Oligoceno, donde se encuentran dos de las rocas reservorio más importantes del área (Formaciones Barco y Mirador), han sido definidas con base en el análisis palinológico de secciones de superficie, muestras de ripio y corazones de pozos exploratorios del Piedemonte, Llanos Orientales, Catatumbo y occidente venezolano. La zonación se basa tanto en extinciones como en apariciones, así como en abundancias relativas de los taxa. Para la correlación entre secciones se utilizó el método de correlación gráfica, eliminando el efecto de borde. Paralelo a esto se han realizado análisis de isótopos estables de 13 Carbono (δ C), para llevar a cabo la calibración geocronológica de las zonas, a través de la 13 comparación de la curva de δ C obtenida, con la curva global. Las 12 zonas establecidas tienen una resolución temporal promedio para el Paleoceno (5 zonas) de 1.9 Ma, para el Eoceno (3 zonas) de 7.3 Ma, y para el Oligoceno (4 zonas) de 2.5 Ma, constituyendo una base cronoestratigráfica sólida para los modelos geológicos del área. El impacto económico en términos de reducción de la incertidumbre geológica en la exploración de hidrocarburos, se ha hecho manifiesto en la perforación de diferentes pozos, donde se ha utilizado la zonación palinológica del Paleógeno para refinar el modelo estratigráfico y tomar decisiones operativas durante la perforación, disminuyendo los costos de operación.

Introducción Conocer las edades de las secuencias sedimentarias es fundamental para elaborar modelos estratigráficos confiables para la predicción de rocas reservorio en las diferentes

cuencas. Una de las cuencas más prolíficas en Colombia en términos de producción de hidrocarburos es la cuenca del Piedemonte Llanero, con rocas reservorio principalmente en el Paleógeno. Estas secuencias sedimentarias en el Piedemonte han sido acumuladas predominantemente en ambientes continentales y/o transicionales (Cooper et al., 1995; Villamil, 1999), lo cual hace que la herramienta bioestratigráfica de correlación sea la palinología (principalmente polen y esporas), por ser un proxy paleontológico de origen continental. Zonaciones palinológicas previas para el Norte de Suramérica han sido presentadas por Germeraad et al., (1968) y Muller et al. (1987). Sin embargo los nuevos retos de la industria del petróleo, de explorar en áreas complejas estructuralmente y refinar los modelos estratigráficos existentes para la búsqueda de nuevas reservas, exige una mayor resolución de las herramientas bioestratigráficas. En este sentido, nuevas propuestas de zonación palinológica para el Norte de Suramérica, han sido presentadas por Jaramillo y Rueda (2004), Jaramillo et al. (2005) y Jaramillo et al. (en revisión). En este artículo se presenta de manera sucinta la propuesta de zonación palinológica para el Paleógeno del Norte de Suramérica con valor cronoestratigráfico. Un detalle sobre la calibración geocronológica de la zonación para el intervalo Paleoceno – Eoceno temprano, es presentado también. El éxito de la zonación palinológica para el Paleógeno, ha sido mostrado en Jaramillo et al. (2005).

Zonación bioestratigráfica La zonación bioestratigráfica está basada en la información palinológica de 45 secciones para el intervalo Paleoceno a Eoceno, y 15 para el Oligoceno (Figura 1). La información se analizó utilizando el método de correlación gráfica (Edwards, 1984; Edwards, 1989; Shaw, 1964), aplicando varias rondas de correlación. Este método no asume a-priori que algún taxa en particular sea un fósil guía, usando a cambio la asociación completa de fósiles para trazar líneas de correlación que permiten evaluar la utilidad bioestratigráfica de cada fósil usado en el análisis. La información bioestratigráfica proviene del análisis de muestras de afloramiento, corazones y ripios. Para cada sección analizada, se estimaron las primeras y últimas ocurrencias taxonómicas (FADs y LADs respectivamente). En el caso de la información proveniente de muestras de ripios, únicamente se utilizaron los LADs para evitar el problema de material caído “cave in”. Por ultimo se procedió a realizar un filtrado taxonómico para evitar sinonimias, analizando únicamente los taxa más útiles para bioestratigrafía (fáciles de reconocer, con amplia distribución, rangos cortos, e independiente de facies). La zonación bioestratigráfica para el Paleógeno se presenta en Jaramillo et al. (2005) y Jaramillo et al. (en revisión). La Figura 2 muestra un resumen de la zonación, incluída la comparación con la zonación de Jaramillo y Rueda (2004).

correspondencia con el patrón global en el Delta C13 global para el Maastricthiano superior a Paleoceno de Zachos et al. (2001). De esta manera, el límite Pa05-Cu01 correspondería al cambio isotópico de 60 Ma. Así mismo, el límite Pa04-Pa05 correspondería al límite CretácicoTerciario (límite K-T), el cual se ubica justo por debajo de la depresión local en la curva de delta C13 de Zachos et al. (2001) (Figura 3). Los datos isotópicos del pozo Gonzáles también concuerdan con el patrón de la sección Diablito – Río Loro (Figura 3). Las zonas Pa05 y Cu01 están dentro del Paleoceno inferior, las zonas Cu02 y Cu03 están dentro del alto isotópico del Paleoceno superior. La zona Cu04 corresponde al bajo isotópico del Eoceno inferior (Figura 3). La zona T05 está en la parte alta del Eoceno inferior. Después de aplicar la calibración, se obtuvo un marco geocronológico confiable, desde el límite K-T (límite zonas Pa04-Pa05) hasta la parte alta del Eoceno temprano (zona Cu05). La calibración geocronológica de las zonas T05T11 es aun incierta y futuras investigaciones deben ser llevadas a cabo para obtener un modelo de edad para estas zonas. No obstante, para la calibración de esta parte de la zonación, se han utilizado los modelos de edad de Germeraad et al. (1968) y Muller et al. (1987), los cuales se basan, a su vez, en la coocurrencia de palinomorfos y foraminíferos planctónicos, calibradas a su vez con las zonas de Bolli et al. (1994). Aplicación de la zonación en toma de decisiones operativas: caso pozo Cr-1

Calibración geocronológica La calibración de la zonación palinológica con el esquema cronoestratigráfico global (Berggren et al., 1995), se llevó a cabo a través de la comparación visual de la curva de Delta C13 obtenida del análisis de 650 muestras provenientes de diferentes secciones estudiadas palinológicamente, con la curva global de Zachos (2001). La sección compuesta de El Diablito con Río Loro, junto con la sección de Gz-1, constituyen la base para la calibración (Figura 3). La sección de ED – RL muestra un descenso en los valores de DeltaC13 de -25.4 a -26.3, desde el metro 800 hasta 1081. Luego hay un ascenso pronunciado hasta 1160 metros alcanzando valores de -24.9 per mil (Figura 3). El tope de la zona Pa05 está a 1081 metros, y el tope de la zona Pa04 está a 943 metros (Figura 3). Este patrón presenta una buena

Para la perforación del pozo exploratorio Cr-1 se realizó el control palinológico “on site” para predecir el tope de la unidad operativa T2 (Fm Mirador), con el objeto de poner un zapato y tomar un corazón de esta unidad. Previamente se hizo el patronamiento bioestratigráfico de los pozos Ar-1, Co-1 y SJ-1, perforados en la misma cuenca, los cuales fueron usados como pozos de correlación. La comparación entre la secuencia bioestratigráfica perforada en el pozo Cr-1 con los pozos de correlación, permitió detectar puntos de amarre palinoesratigráfico lo suficientemente claros, como para predecir los topes de las unidades operativas (Figura 4). Con el análisis previo de muestras de afloramiento provenientes de los alrededores del pozo Cr-1, se estableció que éste inició en la secuencia estratigráfica que comprende las biozonas T11-T10 dentro de la Formación Carbonera. En el marco estratigráfico regional, la primera arenita, en el sentido de la

500000

1000000

1500000 Ro14 P11 Cuenca del

Mar Caribe

Panam·

TibCatatumbo Go1 Cg1 Lre

Venezuela

Cuenca del Catatumbo

lena

Cuenca YarÌ-Cagu·n

Cuenca Putumayo Brasil Ecuador

identa

l

Perú

ra Occ

Oceáno Pacífico

Bogotá Or12

Cordi lle

1000000

1000000

Dk12 Gi1 Qui1

Ecuador 500000

Os1

Cuenca del Putumayo

Uri

Cor Ori dillera enta l

gda

Valle Superior del Magdalena

Cord illera Centr al Val le M edio del Ma

Cuenca Llanos Orientales

Bogot·

1000000

1000000

Valle Medio del Magdalena Oce·no PacÌfico

Ar2 Gb1 Ju1 Ar1 Ar3 Ar4 Ta2 To1

Venezuela

N

Ch1

Lh1 Jo1 Ne1 SMR Bu1 Cuenca de los FC3FLma1 PSC2FZ Llanos Orientales Lm1 Cu5 Sf1 Rc1 BAC3 Bh15 Gu1 Pin P1ST1 Co1A Arauca-1 Ar1 Lm1 La Maria-1 Lma1 Las Maracas-1 Arauca-2 Ar2 Lre Arauca-3 La Regadera Ar3 Arauca-4 Ar4 Niscota-E1 Ne1 Os1 Bu1 Bucaro-1 Orito Sur-1 Or12 Ortega-12 BAC3 Buenos Aires-C3 P-11 P11 Bh15 Buenos Aires-H15 P1ST1 Palomas-1ST1 Cerro Gordo-1 Cg1 PSC2FZ Pauto Sur-C2FZ Ch1 Chiguiro 1 Co1A Coporo-1A Pinalerita Pin Qui1 Cu5 Cusiana-5 Quituro-1 Dk12 Dina-K12 Rio Chitamena-1 Rc1 FC3F Florena C-3F Ro14 Rio de Oro-14 Gb1 Gibraltar-1 Sf1 San Felipe-1Brasil Gi1 Gigante-1 SMR Santa María Go1 Tame-2 Ta2 Gonzales-1 Tib Gu1 Tibu-182/178K Guavio-1 1500000 To1 Tocoragua 1 Joropo-1 Jo1 Ju1 Uribe Uri Jubilo-1 La Hielera-1 Lh1

1000000

Figura 1. Localización de los Pozos y Secciones estudiadas

1500000

1000000

1000000

Edad

Zona Palinológica

23.80

30.0

35.0

Oligoceno

25.0

Ca6*

T-112

Jandufouria

Ca5* Ca4*

T-102 T-092

Combined acme Retitrescolpites magnus

Ca3*

T-082

Nothofagidites huertasii

Ca2*

T-072

E. trianguliformis

T-062

S. grandis

Mi1*

Cu-051/T-052

T. maculosus

Pa9* Pa8* Pa7* Pa6*

Cu-041 Cu-031 Cu-021 Cu-011

Esteril * magdalenensis * F. perforatus * B. annae *

33.70

40.0

Eoceno

45.0

Ca1*

Mi2*

50.0

65.0

Paleoceno

60.0

55.60

65.0

Pa5*

Maastrich tiano

55.0

Pa4*

E. Protofranciscoi

* Después de Jaramillo & Rueda, 2004. 1

Después de Jaramillo et al, 2005.

2

Después de Jaramillo et al, en revisión.

Figura 2. Zonación palinológica para el Paleógeno del Norte de Suramérica. Escala de tiempo basada en Berggren at el. (1995).

Global Delta C13, Zachos et al 2001

Pozo Gz-1 500

T 05 *** ?? ??

50

EOCENE

1000

Cu04 **

? ?? ?? ?? ??? ? ??? ? ??? ? ? ???? ??? ? ?? ? ?? ? ??

? ? ? ?

55

? ? ? ? ? ? ?

RL + ED 1200

? ? ? ? ?

Cu02 - Cu03 **

? ?

Cu01 - Cu02 **

1150

?

Age

1500

?

?

Cu01 **

? ? ? ? ? ?

1050 1000

2000

? ? ?

Pa05 *

Metros en la sección de RL

? ? ? ? ?

PALEOCENE

60

?

1100

? ? ? ? ?

? ?

Pa05 *

MAASTRICHTIAN

2500

? ? ? ?

Zona E. Protofranciscoi * -30

-28

-26

-24

-22

DeltaC13 Gz-1

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 deltaC13, 5-point running average

900

65

? ?

950

? ?

Pa04 * -27.0

-26.5

-26.0

-25.5

-25.0

dC13-15 point running average

* Según de Jaramillo & Rueda 2004. ** Según de Jaramillo et al., 2005. *** Según de Jaramillo et al., en revisión. Figura 3. Comparación visual de los valores isotópicos de Delta C13 del pozo Gz-1 (Izquierda) y de la sección compuesta RL-ED (derecha), con los valores de la curva global de Zachos et al. (2001). La escala geológica corresponde a Berggren et al. (1995).

perforación, después del tope de la zona palinológica T07, corresponde al tope de la unidad denominada T2 (Fm Mirador). Este patrón estratigráfico ha sido observado en los pozos de correlación y es lo que ha permitido la identificación del T2 durante la perforación del pozo Cr-1 usando la palinología como principal herramienta de correlación estratigráfica. Una vez se identificó la zona palinológica T07, se sugirió disminuir la tasa de perforación, hasta que se encontrara la siguiente arena en el sentido de la perforación. Una vez se llegó al tope del T2, se procedió a bajar el revestimiento para la toma del corazón de la Formación Mirador. Sin la ayuda de la palinología durante la perforación, habría sido muy difícil predecir el tope del T2, incrementando el riesgo en la toma del corazón y la pérdida de mucho dinero por decisiones operativas equivocadas. Conclusiones Un total de doce (12) zonas palinológicas han sido establecidas para el Paleógeno con una resolución temporal de 1.9 a 7.3 Ma, según la calibración con el esquema geocronológico de Berggren et al. (1995). El período con mayor resolución bioestratigráfica es el Paleoceno con cinco (5) zonas palinológicas, seguido del Oligoceno con cuatro (4) y el Eoceno con tres (3) zonas. La comparación de los valores isotópicos de Delta C13 de las secciones analizadas con la curva global de Zachos et al. (2001), permitió calibrar el límite Cretácico – Terciario y el límite Paleoceno – Eoceno. Esta calibración permitió dar un valor temporal confiable a las zonas del Paleoceno. Para la calibración de las zonas del Eoceno y Oligoceno, se utilizaron los modelos de edad de Germeraad et al. (1968) y Muller et al., (1987), ajustados a la escala global de Berggren et al., (1995). Futuras esfuerzos investigativos deben llevarse a cabo para completar la calibración geocronológica de las zonas palinológicas del Eoceno y Oligoceno. Agradecimientos Los autores agradecen a ECOPETROL S.A., por el permiso otorgado para publicar los resultados aquí presentados. De la misma manera agradecen a empresa por la financiación total del proyecto de investigación del cual han salido la mayoría de los datos y resultados publicados.

Referencias Berggren, W.A., Kent, D.V., Switcher C.C. III., Aubry, M-P., 1995. A revised Cenozoic geochronology and chronostratigraphy. Society for Sedimentary Geology (SEPM) Special Publication, 54: 129-212. Bolli, H.M., Beckmann, J.-P. and Saunders, J.B., 1994. Benthic foraminiferal biostratigraphy of the south Caribbean region. Cambridge University Press, London, 408 pp. Cooper, M. A., Addison, F. T., Alvarez, R., Coral, M., Graham, R. H., Hayward, A. B., Howe, S., Martinez, J., Naar, J., Penas, R., Pulham, A. J., and Taborda, A. 1995. Basin development and tectonic history of the Llanos basin, Eastern Cordillera and Middle Magdalena Valley, Colombia. AAPG Bulletin 79 No.10: 1421-1443. Edwards, L.E., 1984. Insights on why graphic correlation (Shaw's method) works. Journal of Geology, 92: 583-597. Edwards, L.E., 1989. Supplemented graphic correlation: A powerful tool for paleontologists and nonpaleontologists. Palaios, 4: 127-143. Germeraad, J. H., Hopping, C.A., y Muller, J. 1968. Palynology of Tertiary sediments from tropical areas. Review of Palaeobotany and Palynology 6: 189-348. Jaramillo, C.A., Rueda, M., Bayona, G., Santos, C., , Florez, P., Vargas, C. and Parra, F. 2006.. Biostratigraphy Breaking Paradigms: The Absence of the Eocene Mirador Formation in the Llanos basin of Colombia. SEPM Bulletin: Paper in review. Jaramillo, C.A., Muñoz, F., Cogollo, M. and Parra, F., 2005. Quantitative Biostratigraphy for the Paleocene of the Llanos Foothills, Colombia: Improving Palynological Resolution for Oil Exploration. TMS Special Publication. Jaramillo, C., Rueda, M. 2004. Impact of Biostratigraphy on Oil Exploration. III Convención Técnica ACGGP. La inversion en el conocimiento geológico, P4, CDROM, Bogotá. Muller, J., Di Giacomo, E. and Van Erve, A., 1987. A palynologic zonation for the Cretaceous, Tertiary and Quaternary of Northern South America. American Association of Stratigraphic Palynologists Contribution Series, 19: 7-76. Shaw, A.B., 1964. Time in stratigraphy. McGraw-Hill, New York, 365 pp. Villamil, T. 1999. Campanian-Miocene tectonostratigraphy, depocenter evolution and basin development of Colombia and Western Venezuela. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 153: 239-275.

Zachos, J., Pagani, M., Sloan, L., Thomas, E., Billups, K. 2001. Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present. Science 292: 686-693.

Figura 4. CORRELACIÓN PALINOESTRATIGRÁFICA SJ-1, AR-1, CR-1 y CO-1 12.2 Km.

Co-1

33.9 Km.

Prof.

Gamma Log

Q.

200' 200.0

500'

100.0

100.0

Biozona

4.1 Km.

Cr-1

Gamma Log

Biozona

Ar-1

Estéril

Q.

Prof. 100'

Formación Litoestratigrafía (GC NOMECO) Litoestratigrafía Formación (pre-drilling Arama - 1) Litoestratigrafía Formación (Reinterpretadada)

SJ-1

Estéril

Guayabo

730.0

1000' 1030.0

*

Evento mari

no Mioceno

Ca11

Leon

500'

Medio

1330.0

1000' 1420.0

1180.0

C1

León

Ca 11

1500'

1920.0

2000'

1940.0

Ca11 *

o arin io m ed nto Eve eno M c Mio

Ca9-Ca11 *

o arin prano m m nto Eve eno Te c Mio

Prof.

(API)

3000'

50' 70.0

Ca7-Ca8 *

Ca9

Prof. 50'

?

3070.0

Gamma Log (API)

150 150

?

60.0

Ca7-Ca8

*

*

3500'

León

3150.0

Ca7-Ca8

C3

*

500'

*

2500'

150 150

2900.0

3000'

2000.0

Gamma Log

2760.0

2760.0

Ca9-Ca10 *

Biozona

2640.0

2600.0

a

C2

C2

2455.0

o 2000'

Biozona

Ca10

C1 2440.0

noTempran

2112.0

2112.0

2500'

rino Mioce

a

Evento ma

1400.0

Ca9

1180.0

Ca7-Ca8

Guayabo

1500'

500'

1000'

4000' 1060.0

1000'

T-11

C5

4000'

T-10-T-11

3688.0

Ca7-Ca8 *

a

3688.0

*

Ca7-Ca8

C4

3500'

C3

3450.0

1500'

3970.0

T-11 T-11

4500'

T-11

4170.0

C7

T-11

4390.0

T-11 2000'

T-10

T-10

? 5000’

T-10

Ca5

4800.0

T-10

4940.0

T-10

1901.0

C7

Carbonera

T-10?

1900.0

4500.0

5000'

1380.0

1500'

C6

4500'

?

2000' 2380.0

T-10

2500' 5500'

T-09

T-09

5300.0 5360.0

T-09 E3

5430.0

E3

5500'

5710.0

Falla inversa ?

T-09

2500'

T-09 T-09

5480.0

3000'

6000'

T-09

T1

T1

5710.0

5810.0

Datum: Tope T-07 (E. trianguliformis orbicularis)

T-07

6210.0

3750.0 3810.0

Dinog. Dinog. 3900.0

4000'

4090.0

6835.0

Pz. 7000'

Pz. Sup.

Pz.

T2

Dros. 6485.0

T2 Droseridite s

T-06

Drose ridites

6380.0

Pz. 4400'

Paleozoico sedimentario

6320.0

6500'

T-07 6560.0

T-06

3680.0

T-06 T2

T-06

3420.0

3500'

T-06 3540.0

Dinogymnium

Dinogymnium

T2

Dinogymnium

3604.0

Dinog.

3690.0

Droseridites

Indet.

6380.0

T-06

6300.0

T2

Une - Gachetá T2

6380.0

Une

Cretaceo sup., Form. Indet.-

6500'

T2

6300.0 6304.0

T-06

T-07

T-08 Datum: Tope T-07 (E. trianguliformis orbicularis) T-07

6700.0

T-07

3030.0

6200.0

T-08

4000'

4402.0

6740.0

T-07

3500'

3000'

T-08

*

7000' 7000.0

T-07

3350.0

2910.0

Droseridites

*

7300.0

4160.0

?

7500'

4400'

T2

Droseridites Dinogymnium

T-08

T-08

T2

E4

E4

5950.0

6000'

T-08

3290.0

Droseridites

T-08

Interv.Afrop.

5870.0

Barren 4400.0

Afropollis

4444.0

7950'

?

N Co-1 Cr-1 Ar-1 50 Km.

SJ-1

10 Km.

* Tomado de Jaramillo & Rueda, 2004.

Pz.

Basamento metamórfico