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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERIA EN GEOLOGIA Integrantes: Noguera Dayanara, Vega Ricardo, Yauli Vanessa. Tema: Plataformas carbonatadas. Para comprender la Genesis de una plataforma carbonatada se debe empezar por conocer el concepto de una roca carbonatada: Rocas carbonatadas Son rocas formadas por la litificación de sedimentos que contiene más del 70% de carbonato de calcio en su composición, pueden tener minerales como calcita, aragonito, dolomita, fosfatos y glaucanita, otros minerales secundarios son anhidrita, pirita, anquerita, siderita, cuarzo y minerales de arcilla. Representan el 20% del total de rocas sedimentarias del planeta. Las rocas carbonatadas se generan de forma cíclica (eustasia o desestabilidad en el talud) en un ambiente especifico, sus componentes pueden ser biogénicos, no biogénicos o una combinación de ambos; y precipitan en medios (continental o marino) que estén saturados o sobresaturados en carbonato de calcio, entonces su ambiente de depositación es autóctono y su composición depende de la bita residente en esa época, pero después de la depositación estas rocas pueden verse afectadas por tectonismo.

Ilustración 1 Clasificación de carbonatos de Embry y Klovan; Descripción de tipos de poros de Lucia. Fuente: Evaluación de yacimientos carbonatados, AkbarM.,2001.

En la Ilustración 1 se muestra la clasificación de Embry y Klovan se basa en la clasificación de Dunham de 1962 que caracteriza a las rocas carbonatadas según cantidad y textura de grano, así como el contenido de lodo; y adiciona una categoría para rocas que fueron formadas por organismos en un ambiente en común. Esta clasificación ayuda con el análisis de los componentes del sistema petrolero, que se explicara más adelante. La mayoría de partículas de carbonato que se depositan son de origen biogénico siendo principalmente esqueletos de organismos, conchas de almejas o corales; por otro lado se depositan granos inorgánicos que están envueltos en carbonato y con tamaño de lodo

hasta arena. Estos depósitos generan sedimentos granulados compuestos por espacios porales, matriz (lodo carbonatado) y granos (Ilustración 2).

Ilustración 2 Esquema de formación de una caliza desde su depositacion hasta su diagénesis. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

La diagénesis involucra procesos como cambios de mineralogía y químicos que sufren las rocas a temperaturas y presiones relativamente bajas, sin llegar al metamorfismo. La precipitación de carbonato entre los espacios porales se define como cemento y es la manera en la que se logra la litificación de la roca. La alteración es un cambio en la composición inicial del sedimento, puede ser desde un cambio mineralógico hasta una dolomitización, que convierte la roca en una masa cristalina aumentando la permeabilidad y la porosidad de esta. Los carbonatos marinos pueden acumularse en cualquier parte el océano de aguas brillantes, claras y cercanas a la superficie, excepto en lugares donde la presión hidrostática es muy alta y la temperatura del agua de mar es demasiado baja que disuelve al carbonato de calcio antes de llegar al fondo marino (Ilustración 3). La presencia de sedimentos siliciclásticos inundan los carbonatos, obstruyen la alimentación de organismos y disminuyen la penetración de luz, afectando dicha acumulación.

Ilustración 3 Variación de la temperatura de agua de mar respecto a la profundidad el océano y el porcentaje de carbonato en sedimento respecto a la profundidad. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

La producción de carbonato se da en dos zonas (Ilustración 4): zona nerítica o poco profunda que va desde la costa hasta el borde de plataforma a -200m de profundidad de agua, su acumulación o depositación es comúnmente bentónica con un ligero componente pelágico, el área de sedimentación se encuentra en continente; y la zona oceánica o columna de agua poco profunda que tiene la misma profundidad de agua que la zona nerítica, su acumulación es en su mayoría pelágico conformado por plancton calcáreo y el área de acumulación se da en la columna de agua como banco poco profundos.

Ilustración 4 Áreas de depositacitación de carbonatos, nerítica, oceánica y epicontinental. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

En continente (Ilustración 5) la mayor concentración de depósitos de carbonatos se da en los lagos cuando son alimentados por drenajes internos, seguida de cuencas poco profundas o en valles de montañas; dependen mucho del clima para generar la evaporación de la columna de agua y precipiten los carbonatos, en cuevas la disolución subsuperficial mediante la mezcla con agua puede generar estalactitas y estalagmitas por otro lado los manantiales de agua carbonatada emergen a la superficie formando travertino.

Ilustración 5 Ambiente continental y marino donde se depositan carbonatos. Fuente: Rocas carbonatadas, Barragán R., 2013.

PLATAFORMA CARBONATADA Wilson en 1975, define a las plataformas carbonatadas como cuerpos sedimentarios que se componen de depósitos calcáreos autóctonos con relieve topográfico. La acumulación de carbonatos a través del tiempo puede generar grandes cuerpos rocosos que dependiendo de la tectónica de la zona pueden estar exhumados (como los Alpes) o en subsuelo siendo importantes reservorios de hidrocarburo. La geometría, tamaño, grosor y estratigrafía de las plataformas dependen del régimen en el que se encuentren pueden ser extensional, compresional o ambos. Tipos de plataformas De acuerdo con la bibliografía tomada las plataformas de clasifican según su morfología. 

Plataformas carbonatadas bordeadas (Ilustración 6): son plataformas planas, someras y restringidas; se caracteriza por un borde que impide el accionar del oleaje. Este tipo de plataforma es común en áreas de agua cálida. Ejemplo: plataforma de Belice (Ilustración 6b).

Ilustración 6 a) Morfología de una plataforma bordeada y b) plataforma de Belice. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Plataformas carbonatadas no bordeadas (Ilustración 7a): son plataformas planas, someras y abiertas; sin bordes. Este tipo de plataformas son comunes en áreas con aguas frías. Ejemplo: plataforma en Florida (Ilustración 7b).

Ilustración 7 a) Morfología de una plataforma no bordeada y b) plataforma en Florida. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Rampas homoclinales (Ilustración 8a): son plataformas someras y abiertas, con una ligera y uniforme pendiente depositacional, por lo tanto, el paso de facies someras de alta energía a facies lodosas profundas no es abrupta; este tipo de plataformas es común en áreas con agua cálida y fría. Ejemplo: plataforma del Golfo arábico (Ilustración 8b).

Ilustración 8 a) Morfología de una rampa Homoclinal y b) plataforma del Golfo Arábico. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Rampas distantemente escarpadas (Ilustración 9a): tiene similares características que las plataformas homoclinales tan solo existe un incremento en la pendiente en su parte externa; este tipo de plataformas en común en áreas con agua fría y cálida. Ejemplo: plataforma de Yucatán y Florida (Ilustración 9b).

Ilustración 9 a) Morfología de una rampa distantemente escarpada y b) plataforma de Yucatán y Florida. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Plataformas epeiricas (Ilustración 10): son plataformas que se desarrollan en áreas cratónicas planas y extensas cubiertas por mares someros, el margen oceanico puede tener bordes y un ligero escarpe; este tipo de plataformas es común en aguas cálidas de mares epeiricos.

Ilustración 10 Morfología de una plataforma epeirica. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Plataformas aisladas (Ilustración 11a): son plataformas someras aisladas del margen continental rodeadas de aguas profundas y presentan bordes. Ejemplo: Banco de las Bahamas (Ilustración 11b).

Ilustración 11 a) Morfología de una plataforma aislada y b) banco de las Bahamas. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Atolones oceánicos (Ilustración 12a): son plataformas someras y aisladas que se formaron sobre volcanes extintos y erosionados, rodeadas por aguas profundas y presentan bordes. Ejemplo: Rowley Shoals, Australia (Ilustración 12b).

Ilustración 12 a) Morfología de un atolón oceánico y b) Rowley Shoals, Australia. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

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Plataformas ahogadas (Ilustración 13a): son plataformas someras que fueron sumergidas por efecto del aumento rápido del nivel del mar o por subsidencia. Ejemplo: las Bahamas (Ilustración 13b).

Ilustración 13 a) Morfología de una plataforma ahogada y b) Las Bahamas. Fuente: Plataforma Carbonatada, Pérez G.,2014.

Configuración tectónica Extensional 

Intracratónica: estas plataformas están ubicadas en cuencas poco profundas con una baja tasa de subsidencia, en climas húmedos presenta intercalaciones con material siliciclástico mientras que en climas áridos precipitan evaporitas; las evaporitas se ubican en el margen de la cuenca y lutitas hacia el centro dando un patrón de depósito de ojo de Buey.

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Ejemplo: cuenca de América del norte, Cuenca de Murray en Australia y Cuenca de Michigan. (Ilustración 14-1). Cuencas de rift: este tipo de plataformas se puede desarrollar sobre los bloques fallados y rotados, los carbonatos se depositan en forma de cuña y el espesor varia respecto a la posición del bloque, puede presentar bordes formados por arrecifes, un buen ejemplo es alrededor del golfo de Suez. (Ilustración 14-2). Margen pasivo: se consideran como las plataformas más extensas, el espesor varia de acuerdo con la profundidad, esta zona es afectada directamente por fluctuaciones eustaticas por lo que la depositación de carbonatos va a ser paralela a la costa. Ejemplo: el este de América de norte y el Noroeste de Australia. (Ilustración 14-3). Bancos Offshore: están rodeados por cuencas profundas, generalmente forman parte de la configuración de un margen pasivo, dominan las sucesiones progradantes y puede presentar estructuras de erosión. Ejemplo: el banco de las Bahamas. (Ilustración 14-4). Pedestal volcánico: están asociados con edificios volcánicos extintos y erosionados, sus bordes son propicios para la acumulación de arrecifes, se encuentra sumergido por lo que en la parte superior pueden precipitar nuevos carbonatos o redepositados carbonatos que son desprendidos de su propia estructura. La biota es propia de cada zona. Ejemplo: IndoPacifico y Apalaches en el Paleozoico. (Ilustración 14-5).

Ilustración 14 plataformas carbonatadas y atolones en distintos regímenes tectónicos extensivos. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

Compresional 

Foreland: la plataforma se desarrolla sobre el cratón a lo largo del margen interno, debido a que esta zona es sísmica provoca redepositación de carbonatos por lo que las sucesiones se presentan caóticas en ciertos niveles, tiene alta tasa de subsidencia reflejada en el espesor de las sucesiones, tienes aporte siliciclastico que viene del cratón. Ejemplo: cuenca del Cenozoico de los Alpes. (Ilustración 15).

Ilustración 15 desarrollo de una plataforma carbonatada en una cuenca tipo Foreland. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

Extensional y compresional 

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Diapiros de sal: la plataforma se ubica sobre la corana del diapiro, son arqueadas, la geometría interna es compleja debido a los diversos pulsos del diapiro (agrieta la plataforma) y por procesos de disolución de sales presentes en el subsuelo, alcanzan un espesor menor a 500m. Ejemplo: Golfo Pérsico frente al Abu Dhabi. (Ilustración 16-2). Deltas: las plataformas son irregulares debido a la influencia de depósitos siliciclásticos, tienen forma arqueada o lenticular, se forman en entornos áridos o húmedos si son organismos bentónicos. Ejemplo: Mesozoico de Sicilia y Pyrenees. (Ilustración 16-1).

Ilustración 16 desarrollo de una plataforma carbonatada en configuración tectónica extensional o compresional. Fuente: Origen de rocas carbonatadas, Noel J., 2016.

Facies sedimentarias

Ambiente sedimentario Las plataformas carbonaticos representa ambientes marinos someros donde tienen aporte de silicicláticos muy bajos y la producción de carbonatos es alto. Los carbonatos en este ambiente están controlados por los organismos sésiles que viven fijos al sustrato y cuyo esqueleto forman arrecifes; organismos vágiles que se desplazan por el sustrato y construyen esqueletos; microrganismos que inducen a la precipitación del carbonato a través de su metabolismo. Por lo tanto, las plataformas carbonáticas se compone de carbonatos por material esquelético (foraminíferos, corales, etc) o producidos por precipitación inducida por la actividad orgánica (bivalvos, trilobites, peces). Su desarrollo ocurre en zonas ecuatoriales y subtropicales que están relacionadas a las corrientes oceánicas cálidas; las aguas someras y cálidas otorgan las condiciones óptimas para la producción de carbonatos. La producción de los carbonatos dependerá principalmente de factores limitantes como la temperatura y la salinidad. Otros factores relacionados a este ambiente son el balance de CO2, profundidad de agua, modelo de corrientes, penetración de luz, naturaleza de sustrato, turbidez del agua. La geotectónica determina el lugar donde se forman las plataformas carbonáticas, se dan principalmente en márgenes pasivos relacionan a cuencas intracratonicas. Por lo tanto, las plataformas carbonatadas no se desarrollan en cualquier lugar. Mecanismos de formación de plataformas carbonatas 

Clima La cantidad de producción orgánica depende de dos factores importantes determinados por el clima y son: temperatura que se relaciona con la actividad solar y los aportes de

nutrientes que se relaciona con la circulación de corrientes oceánicas ascendentes y con los aportes de los ríos. La temperatura se combina además con otras variables, como salinidad, balance de CO3, profundidad del agua, modelo local de las corrientes, penetración de la luz, naturaleza del sustrato, turbidez del agua. 

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Geotectónica Al determinar la topografía de las áreas continentales y por lo tanto el drenaje fluvial, controla la ausencia de material siliciclástico que como ha sido previamente mencionado, es de vital importancia en la sedimentación de carbonatos. La geotectónica determina el lugar en el que se forman las plataformas carbonatadas dentro del marco global de la tectónica de Placas, así como los diferentes tipos reconocidos (Plataforma Lagoon, rampa, plataforma epi-continental, plataforma aislada y plataforma inundada). Posición global del nivel del mar Las secuencias de plataforma más extensas y potentes se desarrollan durante los episodios de alto nivel de mar, la posición general del nivel del mar viene determinada por la relación entre los volúmenes de sedimentación carbonática. Variaciones en los organismos productores de carbonatos Los organismos principales de la producción de carbonatos, si han variado a lo largo de la historia geológica respondiendo a la evolución. Fábrica de carbonatos: zonas de acumulación Plataforma abierta submareal y el margen de plataforma donde se producen in situ calcarenitas, fangos carbonaticos y arrecifes. La línea de costa, playas llanuras de marea donde los sedimentos son transportados desde la zona submareal por tormentas, corrientes y oleaje. Talud y cuenca externa los sedimentos producidos en la zona submareal son transportados a menudo, por movimientos en masa y posteriormente re sedimentados.

En la Ilustración 4 se resumen los principales factores de formación desde la fábrica de carbonatos, producción, topografía, tiempo y sucesión estratigráfica ideal.

Ilustración 17 Diagrama de los principales factores que controlan la formación de carbonatos en las plataformas. modificada de James y Kendall, 1992. Fuente: la sedimentacion carbonatica en mares someros: plataformas cabonatadas, Ramón M., 2010.

Estructuras sedimentarias

Parte marginal de la plataforma

Las estructuras sedimentarias se desarrollan en la parte marginal de la plataforma, proximal al borde de la plataforma y zona de la pendiente; sus respectivas estructuras sedimentarias se resumen en la siguiente tabla (Tabla 1).

Detrás del borde externo de plataform a Próxima al borde la

Supramareal

Intermareal alta y media Intermareal baja

Estructuras sedimentarias Grietas y polígonos de desecación, teepees, brechas de cantos planos. En zonas húmedas tempestitas, fenestral, malecones ¿? En zonas áridas burrows, raíces. Grietas de desecación, sedimentos gradados (tempestitas), tubos producidos por crustaceos, perforaciones producidas por plantas halofíticas Sedimentos bioturbados y homogenizados, organismos forman barras esquelética y lags de conchas en el fondo de los canales

Lagoon (submareal)

Pellets, calizas wackstone y packstone muy bioturbados

Bajíos (Cinturones

Lóbulos de derrame (spillover lobes), megaripples y ripples sobreimpuestos

plataform a

Pendiente

calcareníticos del borde de la plataforma) Deltas mareales Cordones mareales lineales o barras lineales Calcarenitas de back-reef Arrecifes Márgenes deposicionales

Márgenes de bypass Márgenes erosiónales

Lóbulos de derrame bioturbados (bentónicos) Lóbulos (spillovers) oblicuos, megaripples y ripples

Estratificación cruzada, planar Calizas masivas esqueléticas (boundstones, rudstones y floatstones). Presentan una típica megaestratificación inclinada (clinoformas), Suelen ser comunes los deslizamientos (slumps), las truncaciones, los bloques exóticos y la presencia de montículos de fango en la parte inferior del talud. Turbiditas gradadas, brechas y fangos calcáreos Brechas con clastos de carbonatos arrecifales y de calcarenitas cementadas, mezclados con clastos de carbonatos con estructura fenestral, estromatolitos y de lagoon

Tabla 1. Resumen de Estructuras sedimentarias-Capitulo 17, Ramón M., 2010.

Secuencia estratigráfica Es un análisis del comportamiento de los sedimentos a los cambios relativos en el nivel del mar. Para los carbonatos los factores mas importantes son el clima, la producción de sedimentos in situ, presencia o no de arrecifes, espacio de acomodación y la cementación. Para modelar una secuencia se considera el tipo de plataforma ( Ilustración 18), puesto que cada una posee condiciones de depositación específicas, pero responden a un modelo depositacional genérico, en Ilustración 18 se observa la posición de cada system tract; High system tract se deposita a medida que el nivel del aumenta o permanece estático, Low system tract se acumula cuando el nivel del mar alcanza su punto más bajo. Por ejemplo, en la plataforma tipo rampa, los sedimentos migran de arriba hacia abajo dependiendo del cambio del nivel del mar y los carbonatos se depositan en la misma profundad del nivel del agua provocando variación en la pendiente. Mientras que en un banco offshore los carbonatos se depositan en el centro y las facies de arena y arrecifes conforman los bordes, la pendiente de los flancos del banco depende de procesos de progradación.

Ilustración 18 secuencia depositacional genérica de carbonatos mostrando la posición del nivel del mar y estratigrafía según el tipo de plataforma.

Reservorio de hidrocarburos Si la permeabilidad en este tipo de rocas puede ser bajo gracias a la presencia de fracturas y a que son susceptibles ante la disolución (depende de la temperatura, química del fluido en poros y presión) es posible el paso de fluidos; alrededor del 60% de reservas mundiales de hidrocarburo se encuentran en yacimientos carbonatados. El factor más importante es la porosidad (Ilustración 19) generada por disolución de carbonatos (puede provocar la perdida de fluidos u originar una buena permeabilidad o porosidad), dolomitización o intragranular, se puede tener varios tipos de porosidad, por esta razón es más complicado calcular reservas. La extracción de hidrocarburo se debe implementar métodos de recuperación secundaria. Para determinar las propiedades petrofísicas de la roca se deben usar registros electromagnéticos, gamma ray y sónico.

Ilustración 19 tipos de porosidad de izquierda a derecha: porosidad por fracturamiento relleno con bitumen, porosidad por disolución, porosidad intergranular o interparticular (arriba) y porosidad intercristalino (abajo).

Medio oriente es el mayor productor de hidrocarburo en carbonatos por lo que se ve obligado a mejorar los métodos de obtención de información petrofísica y geoquímica del reservorio, para de esa manera optimizar y aumentar la producción. (Ilustración 19).

Ilustración 20 distribución mundial de las reservas en carbonatos. fuente: yacimientos carbonatadas, Schlumberger, 2010.

Bibliografía Akbar, M. (2001). Evaluacion de yacimientos carbonatados. SLB, 24. A. Arche, & A. Arche (Ed.), Sedimentología del proceso físico a la cuenca sedimentaria (págs. 839 - 917). Madrid: Consejo superior de investigaciones científicas. James, N. (2016). Origin of Carbonate sedimentary rocks. Kingston: WIley. Perez, G. (2014). Plataforma carbonatada . Mexico . Schlumberger. (2010). Yacimientos Carbonatados. Docplayer, 16. Ramón, M., Benito, I., Alonso, A. (2010). La sedimentación carbonática en mares someros: las plataformas carbonáticas.