estudio geoquÍmico regional de los yacimientos carbonÍferos del estado tÁchira

8/19/2019 ESTUDIO GEOQUÍMICO REGIONAL DE LOS YACIMIENTOS CARBONÍFEROS DEL ESTADO TÁCHIRA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFACULTAD DE CIENCIAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

POSTGRADO EN GEOQUÍMICA

ESTUDIO GEOQUÍMICO REGIONALDE LOS YACIMIENTOS

CARBONÍFEROS DEL ESTADOTÁCHIRA

Tesis presentada ante la IlustreUniversidad Central de Venezuela porel Licenciado Manuel Martínez

Santana, como requisito parcial paraoptar al Título de Doctor en Ciencias,Mención Geoquímica

Caracas, 1995


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A la memoria de mis padres


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AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Central de Venezuela, institución que me ha formado, y que me ha dado tantos valores,

no sólo desde el punto de vista académico, sino también en mi desarrollo profesional, personal y espiritual.

A mi tutor académico, Doctor Carlos López Eyzaguirre, quien siempre demostró una confianza sin paren mi persona y en mi trabajo.

A mi familia, víctima de la existencia de esta tesis, que sustrajo numerosas horas mías a su atención:Marisol, Thaís y José Manuel. A mi cuñado, José Gregorio, quien me sacó numerosas veces las "patasdel barro", también va mi reconocimiento.

A mi "segundo tutor, en las sombras," y amigo, Dr. Marcos Escobar Navarro, con quien tuveoportunidad de discutir numerosos aspectos relacionados al carbón, al Estado Táchira, y a otras cosas.

A todo el personal del laboratorio de Geoquímica Orgánica, por su amistad, apoyo y ayuda desinteresada:

en especial a Federico Galarraga, Rosana González, Alejandro Pérez, Héctor Ovalles, MariféValderrama, entre otros, a quienes tengo mucho que agradecer. Otros amigos invalorables fuera dellaboratorio merecen mi especial reconocimiento: Raiza Fernández, quien aportó mucho entusiasmo y unagran dosis de amistad; y Williams Meléndez, por su inestimable amistad y la gran ayuda prestada ennumerosos momentos difíciles.

A quienes me ayudaron en las labores de campo, vaya mi reconocimiento sincero: Oswaldo Moreno,Hortensia Quintana, Leida Velásquez, José Briceño. Extensivo se hace mi agradecimiento al auxiliardocente y amigo Fernando Ramos, por su ayuda en los análisis por AA.

A los Doctores Mark Richardson y Mario Serna, de la EXXON PRODUCTION RESEARCHCOMPANY, por las conversaciones sostenidas sobre carbón, sobre Táchira, sobre análisis secuencial, ysobre todo, por algunos análisis geoquímicos cuyos resultados, si bien no aparecen en este trabajo, han

servido para confirmar mis datos.

Muchas de las ideas expresadas en este trabajo florecieron a raíz de discusiones fructíferas y

enriquecedoras sobre el tema con los profesores Marcos Escobar, Jorge Mora, Federico Galarraga,Ramón Sifontes, José G. Rodríguez, Carlos Giraldo, Armando Ramírez, amén de otros queseguramente estoy olvidando. Igualmente, el entendimiento (parcial) de los aspectos estadísticos

relacionados con este trabajo es una deuda contraida con numerosos profesores: Carlos López E., JesúsRamos, J.L. Berroterán, Carlos Yanes, Juan Torres, Santiago Ramos,entre otros.

A las siguientes instituciones: El Instituto de Ciencias de la Tierra, por las instalaciones y lainfraestructura necesarios para el desarrollo del presente trabajo; al CONICIT, institución que aportó elanalizador de azufre LECO SC-432 y financió la reparación del analizador elemental CARLO ERBA, a

través del proyecto S1-2453; al CDCH, por el financiamiento del trabajo mediante los proyectos C-03.32.2274/90 y C-03.32.2274/93; al Instituto de Zoología Tropical, en la persona del Dr. J.L.Berroterán, por el uso de su infraestructura computacional y su asesoría en estadística; al INZIT-CICASI, por las determinaciones petrográficas, en las personas de Marcos Escobar y Dixon Valbuena;a CARBOSUROESTE, en las personas de los ingenieros Rafael Almeida y Edgardo Ardina, por suvaliosa colaboración prestada, así como el tiempo dedicado a mi persona.


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"La ciencia es como el tronco del baobab :una sola persona

no puede abarcarlo por completo"

Proverbio afr icano


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RESUMEN

Se llevó a cabo un estudio geoquímico sobre carbones procedentes dedistintos lugares del Estado Táchira, con el fin de establecer sus condiciones de

acumulación e inferir los ambientes sedimentarios y sus variaciones espaciales y

temporales. Los carbones fueron sometidos a los siguientes ensayos: análisis

inmediatos, reflectancia de la vitrinita, análisis elemental, determinación de azufre

total, y cuantificación de los elementos traza B, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V,

Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Sr, Mo, Ag, Sb, Ba, La, W, Au, Pb, Bi, Th y U, por espectrometría de plasma inducida (ICP) y de absorción atómica.

La interpretación de los resultados obtenidos permitió establecer

ambientes sedimentarios fluviodeltáicos en llanuras altas para los carbones de la

Fm. Los Cuervos; se aprecian características levemente más salobres para los

carbones de la Fm. Carbonera. Se detectó 4 grupos de elementos traza mediante

análisis de factores, que definen fuente (volcaniclásticas, ígneas félsicas y

calizas). Otros aspectos, tales como condiciones reductoras y direcciones de

aporte de sedimentos, pueden inferirse a partir de relaciones interelementales.

Asimismo, la madurez térmica y sus variaciones se explican integrando

información geoquímica con consideraciones tectónicas. Se elaboró un modelo

de acumulación de carbones durante el Paleoceno en la depresión de Táchira, que

considera los arcos de Mérida y Arauca como los principales controles

paleogeográficos que confinan un delta, y rigen el patrón de subsidencia posterior

en la cuenca. Este modelo permite predecir áreas carboníferas apropiadas hacia

Seboruco y Burgua, así como blancos exploratorios para hidrocarburos.


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ÍNDICEPágina

INTRODUCCIÓN 1

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 6

GEOQUÍMICA DEL CARBÓN 7

Composición elemental 9

Azufre 13

Elementos minoritarios y traza 18

Boro 28

Petrografía orgánica 33

MARCO GEOLÓGICO REGIONAL 37

Antecedentes en el estudio geológico de los Andes 37

Estratigrafía general del Estado Táchira 39

Tectónica de los Andes en el Estado Táchira 44

LOS CARBONES VENEZOLANOS 50

Carbones de Naricual 50

Carbones de Guasare 52

Carbones de Táchira 54

Otros carbones venezolanos 57

Trabajos de índole general 63

Características de los yacimientos tachirenses 65

PARTE EXPERIMENTAL 69

ACTIVIDADES DE CAMPO 70

TRABAJO DE LABORATORIO 72

RESULTADOS EXPERIMENTALES 77


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ANÁLISIS INMEDIATOS 78

Análisis inmediatos - Fm. Los Cuervos 82

Análisis inmediatos - Fm. Carbonera 88

Sumario sobre los análisis inmediatos 89

ANÁLISIS ELEMENTAL 90

PETROGRAFIA ORGANICA 94

DISTRIBUCIÓN DE AZUFRE 113

Azufre en la Fm. Los Cuervos 115

Azufre en la Fm. Carbonera 121

Gráfico de Berner 124Sumario de la información aportada por azufre 127

DISTRIBUCIÓN DE BORO 128

Boro en la Fm. Los Cuervos 128

Boro en la Fm. Carbonera 136

Sumario de la información aportada por boro 138

ELEMENTOS TRAZA: ABUNDANCIA 140

Boro 140Sodio 140

Magnesio 141

Aluminio 141

Silicio 141

Fósforo 142

Potasio 142

Calcio 142

Titanio 143

Vanadio 143

Cromo 143

Manganeso 144

Hierro 144

Cobalto 145

Níquel 145


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Cobre 146

Cinc 146

Arsénico 147

Estroncio 147

Molibdeno 148

Plata 148

Cadmio 149

Antimonio 149

Bario 150

Lantano 150

Wolframio 150

Oro 151

Plomo 152Bismuto 152

Torio 152

Uranio 153

Sumario sobre la abundancia de elementostraza

153

ELEMENTOS TRAZA: ANÁLISIS ESTADÍSTICO 156

Factor Zn-Ni-Ag 160

Factor Th-V-Cu 161Factor Fe-S 164

Factor Ca-Sr 164

Distribución vertical de los factores calculados 166

Sumario sobre la estadística de elementos traza 177

INTERPRETACIÓN GEOQUÍMICA DE LAPOBLACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LOSELEMENTOS TRAZA

178

LOS CUERVOS Y CARBONERA: ANÁLISIS DESU RESPECTIVA POBLACIÓN YDISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS TRAZA

181

CARBONES SAPROPELICOS 185


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SECUENCIA DE SANTO DOMINGO 188

RELACIONES INTERELEMENTALES 195

Paleosalinidad 195

Condiciones reductoras 198

Dirección de aporte de sedimentos 203

Condiciones paleoclimáticas 203

Relaciones interelementales en Carbonera 204

Sumario sobre relaciones interelementales 205

MODELO DE ACUMULACIÓN DE CARBONESPROPUESTO PARA EL PALEOCENO EN LADEPRESIÓN DE TÁCHIRA

207

Fuente de sedimentos en la Fm. Los Cuervos 207Ambientes sedimentarios en la Fm. Los Cuervos 210

Paleogeografía 212

Evolución tectónica 213

ASPECTOS PREDICTIVOS DEL MODELO 216

CONCLUSIONES 223

RECOMENDACIONES 230

BIBLIOGRAFÍA 233

APÉNDICES 253

LISTA DE APÉNDICES


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I Localidad, formación estratigráfica, nomenclatura y valores de losanálisis inmediatos practicados sobre las muestras del presente estudio 254

II Resultados del análisis elemental y azufre total en los carbonesanalizados

260

III Valores de concentración de 28 elementos minoritarios y traza en loscarbones analizados

265

IV Cálculo del valor de los distintos factores en las muestras del presentetrabajo

282

V Repetibilidad de los distintos análisis para los elementos determinadospor espectrometría de plasma inducida

291

VI Columnas litoestratigráficas levantadas 293

VII Distribución de formas de azufre 298

ÍNDICE DE TABLAS

Página


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TABLA I Valores típicos de N, C, H y O en carbones de diferentesrangos

10

TABLA II Clasificación de elementos traza en carbón de acuerdo con

su relevancia ambiental

19

TABLA III Elementos y relaciones utilizadas en la discriminación deambiente depositacional de carbones

22

TABLA IV Afinidad de algunos elementos hacia el carbón 25

TABLA V Grupos macerales más comunes en carbón y su probableorigen

34

TABLA VI Estadística de los valores de análisis inmediatos 82

TABLA VII Valores promedio de humedad y carbono fijo en loscarbones de la Fm. Los Cuervos

85

TABLA VIII Valores promedio de humedad y carbono fijo en loscarbones de la Fm. Carbonera

89

TABLA IX Valores de reflectancia de la vitrinita medidos sobremuestras seleccionadas

97

TABLA X Espesores de las formaciones Los Cuervos, Mirador yCarbonera en diferentes localidades de los EstadosTáchira, Mérida y Zulia

99

TABLA XI Medias de los distintos elementos traza según la unidadsedimentaria de procedencia de los carbones

183

TABLA XII Distribución general comparada de los elementos trazaestudiados entre Carbonera y Los Cuervos

184

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

Figura 1 Principales depósitos carboníferos de Venezuela 2


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Figura 2 Franjas carboníferas del Estado Táchira 5

Figura 3 Diagrama de van Krevelen 12

Figura 4 Gráfico de Berner 17

Figura 5 Comparación de datos de paleosalinidad obtenidos apartir de valores de concentración de boro

31

Figura 6 Gráfico de Índice de gelificación vs. el Índice depreservación de tejidos

36

Figura 7 Secuencia estratigráfica generalizada de los Andes en elEstado Táchira

41

Figura 8 Distribución general de esfuerzos en los Andes venezolanos 47

Figura 9 Corte geológico general de los Andes en el Estado Táchira 49

Figura 10 Distribución de los valores de humedad en los carbonesanalizados

79

Figura 11 Distribución de valores de materia volátil y carbono fijo enlos carbones analizados

80

Figura 12 Distribución de cenizas en los carbones estudiados 81Figura 13 Isopletas de Carbono Fijo, Formación Los Cuervos 84

Figura 14 Gráfico de Humedad vs. Carbono Fijo en los carbones dela Fm. Los Cuervos

87

Figura 15 Diagrama de van Krevelen para los carbones estudiados 91

Figura 16 Curvas de isoreflectancia, Fm. Los Cuervos 95

Figura 17 Curvas de isoreflectancia, Fm. Carbonera 96Figura 18 Isópacas de la Fm. Los Cuervos (a), Mirador (b) y

Carbonera (c) en el área del Estado Táchira101

Figura 19 Espesores de la secuencia Los Cuervos-Mirador-Carbonera.

102


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Figura 20 Diagrama de panel de las Formaciones Los Cuervos,Mirador y Carbonera en ocho localidades

103

Figura 21 Gráfico de subsidencia total en Seboruco, corregida por

paleobatimetría, compactación y eustasia

108

Figura 22 Posible marco paleogeográfico en la depresión de Táchiradurante el Paleoceno

109

Figura 23 Distribución de azufre en los carbones analizados 114

Figura 24 Histograma de distribución de azufre en los carbones deLos Cuervos y Carbonera

116

Figura 25 Distribución vertical de azufre corregido por carbono

(S/C) (Fm. Los Cuervos)

118

Figura 26 Distribución espacial de azufre para la Fm. Los Cuervos 120

Figura 27 Distribución espacial de azufre para la Fm. Carbonera 122

Figura 28 Distribución vertical de azufre corregido por carbono(S/C) (Fm. Carbonera)

123

Figura 29 Gráfico de Berner en las muestras de la Fm. Los Cuervos 126

Figura 30 Distribución de boro en los carbones analizados 129

Figura 31 Distribución espacial de boro para los carbones de la Fm.Los Cuervos

130

Figura 32 Distribución vertical de boro en la Fm. Los Cuervos 135

Figura 33 Distribución espacial de boro (corregido por carbono, B/C)para los carbones de la Fm. Carbonera

137

Figura 34 Diagrama de abundancia de elementos traza en

comparación con otros carbones y con la corteza terrestre

155

Figura 35 Distribución regional del factor 1 (Zn-Ni-Ag) en loscarbones de la Formación Los Cuervos

162

Figura 36 Distribución del factor 2 (Th-V-La) en los carbones de laFormación Los Cuervos

165


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Figura 37 Distribución regional del factor 3 (Fe-S-Mo) en loscarbones de la Formación Los Cuervos

167

Figura 38 Distribución del factor 4 (Ca-Sr-Mg) en los carbones de la

Formación Los Cuervos

168

Figura 39 Distribución vertical del factor 1 170




Figura 43 Correlación de máximos y mínimos en las columnas de la

Fm. Los Cuervos

175

Figura 44 Correlación tentativa entre mantos , Fm. Los Cuervos 176

Figura 45 Modelo de sube y baja aplicado a la subcuenca del Táchiradurante el Paleoceno

193

Figura 46 Comparación en el número de capas y el espesor de loscarbones de Villa Páez, Las Adjuntas y Santo Domingo

194

Figura 47 Isopletas de Ca/(Ca+Sr) en los carbones de la Fm. Los

Cuervos

197

Figura 48 Isopletas de Mo/(Mo+Cr) en los carbones de la Fm. LosCuervos

200

Figura 49 Isopletas de Co/(Co+Ni) en los carbones de la Fm. LosCuervos

201

Figura 50 Isopletas de Ti/(Ti+Al) en los carbones de la Fm. LosCuervos

206

Figura 51 Posibles fuentes de sedimentos en la subcuenca paleocena 209

Figura 52 Posible distribución de ambientes sedimentarios para laFm. Los Cuervos, en el Paleoceno

211

Figura 53 Modelo de sube y baja en la cuenca Los Cuervos. 217


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Figura 54 Área capaz de albergar importantes depósitos de carbónde la Fm. Los Cuervos

220

Figura 55 Área con madurez adecuada para generar hidrocarburos 221

Figura 56: Distribución de valores de azufre orgánico en los carbonesanalizados

301

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS


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Figura i: Ubicación aproximada de algunas localidades mencionadasfrecuentemente en este trabajo

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