Evolución Tectono-estratigráfica de la cuenca Cauto-Güacanayabo, Cuba

Abstract

La Cuenca Cauto-Güacanayabo se localiza en la parte SO del Corredor Tectónico Güacanayabo-Nipe, y es la cuenca de mayores dimensiones de las que se asocian a este corredor, que además incluye las cuencas de Cacocum y Nipe. La mayor parte de la Cuenca se encuentra en offshore, constituyendo la parte activa de la misma y donde se registra sedimentación actual; mientras que la parte onshore está sometida principalmente a denudación. Esta Cuenca constituye un ejemplo de las cuencas de desgarre presentes en el Orógeno Cubano, que se desarrollaron asociadas a los corredores tectónicos oblicuos a dicho orógeno. Su evolución se inició en el Eoceno Medio, y ha estado controlada por la actividad de desgarre, con desplazamiento siniestro, de la falla Cauto-Nipe.

El estudio de esta cuenca se ha realizado, principalmente, a partir de datos del subsuelo que han sido proporcionados por Cupet y forman una base de datos constituida por 17 sondeos de exploración petrolera, 94 líneas sísmicas que suman un total de 1426 km y un mapa de anomalías gravimétricas, además de cartografías geológicas de superficie a diferentes escalas y muestras de sondeos.

El relleno sedimentario de la Cuenca está constituido por las fonrmciones Puerto Boniato, Charco Redondo, Farallón Grande, San Luis, Sevilla Arriba, Camazán, Paso Real, Cabo Cruz, Manzanillo, Güines, Río Maya, Bayamo, Dátil, Cauto, Villarroja, Jaimanitas, Río Macío, Jutía y la unidad informal Marga Demajagua. Este registro sedimentario se ha dividido en cuatro secuencias aloestratigráficas, denominadas de base a techo como: A, B, C y D, y están delimitadas por las discontinuidades regionales a escala de cuenca U-0, U-1, U-2 y U-3. El espesor del registro sedimentario puede superar los 2600 ms de tiempo doble (TWT), mientras que el espesor cortado por los sondeos alcanza los 2500 m en la parte NE de la cuenca.

Los gráficos geohistóricos obtenidos de los sondeos de la cuenca, asi como las estructuras presentes en el relleno sedimentario muestran diferentes patrones estructurales y de evolución de la subsidencia, lo que ha permitido dividir la cuenca en tres zonas que evolucionaron de manera distinta. Estas zonas se han denominado como: Zona-1, Zona2 y Zona-3, y ocupan la parte SO, NE, y la mayor parte del Golfo de Güacanayabo, respectivamente. La secuencia A está delimitada en su base por la discontinuidad basal U-0y está constituida por las formaciones Puerto Boniato, Charco Redondo, Farallón Grande y San Luís. Su edad varía entre la parte baja del Eoceno Medio y el Eoceno Superior. La sedimentación de esta secuencia se inicia con los depósitos siliciclásticos gruesos de ambientes marinos someros, correspondientes a las formaciones Charco Redondo y Puerto Boniato, y termina con los depósitos turbidíticos de ambientes marinos profundos de la Fm San Luís. La ordenación vertical de esta secuencia constituye una secuencia de profundización que registró el proceso de inicio, fuertemente subsidente, de la cuenca y el levantamiento y erosión de la Sierra Maestra. Los valores elevados de subsidencia tectónica y los bajos valores de aporte sedimentario confirman los procesos registrados en la secuencia A. Esta secuencia presenta tres depocentros, dos rectangulares y uno alargado en dirección NE-SO, y alcanza espesores superiores a los 900 ms (TWT). El espesor cortado por los sondeos varía entre los 0 m y los 674 m.

La secuencia B comprende un rango de edad que varía desde el Oligoceno Superior hasta el Mioceno Medio y está delimitada en su base por la discontinuidad U-I, que se relaciona con el levantamiento y erosión que sufrió la totalidad de la isla de Cuba durante el Oligoceno Inferior. La secuencia está constituida por las formaciones Sevilla Arriba, Paso Real, Camazán y Güines, cuyos depósitos son característicos de una plataforma marina somera. Esta secuencia no presenta ninguna tendencia vertical clara, y el análisis de la subsidencia indica que durante este período la tasa de aporte sedimentario se incrementó y la tasa de subsidencia tectónica decreció. La secuencia B muestra dos depocentros aproximadamente rectangulares y alcanza espesores superiores a los 700 ms (TWT), mientras que los espesores cortados por los sondeos varían entre los 37 m y los 1337 m. La secuencia C está delimitada en su base por la discontinuidad U-2 y abarca un período de tiempo que varía desde el Mioceno Medio hasta el Plioceno Inferior. Está constituida por las formaciones Cabo Cruz y Manzanillo, caracterizadas por depósitos carbonatados de ambientes marinos someros y transicionales, con una tendencia vertical somerizante. La sedimentación de la secuencia C estuvo acompañada de valores elevados tanto de la subsidencia tectónica como de la tasa de aporte sedimentario, manteniendo cierto equilibrio entre ellas. Dichos valores fueron superiores a los valores de subsidencia registrados en la secuencia B. Durante el Mioceno Medio-Superior en la Zona-1 se registran las mayores tasas de subsidencia de la cuenca, superando a los registrados durante la sedimentación de la secuencia A. La secuencia e presenta un solo depocentro alargado en dirección NE-SO que registra espesores superiores a los 800 ms (TWT). Los espesores cortados por los sondeos varían entre los 103 m y los 1173 m.

La secuencia D está limitada en su base por la discontinuidad U-3 y está constituida por las formaciones Río Maya. Dátil, Sayamo, Cauto, Jaimanitas, Villarroja, Rio Macia y Jutía, y la unidad informal Marga Demajagua. Esta secuencia tiene una edad del Plioceno Superior al Holoceno y está caracterizada por depósitos marinos someros, transicionales y continentales; que muestra un ordenamiento vertical diferente para la zona marina (Golfo de Güacanayabo) y la parte terrestre de la cuenca. La evolución de las curvas de subsidencia de los sondeos de la zona onshore (Zonas 1 y 2) presentan valores de subsidencia menores que los valores de subsidencia de la zona offshore (Zona-3), apoyando la tendencia somerizante que en la vertical adquiere la secuencia O en las Zonas I y 2, mientras que en la Zona-3, durante la sedimentación de la secuencia O se han registrado fuertes valores de subsidencia tectónica, que en algunas zonas pudieron iniciarse incluso durante la sedimentación de la parte superior de la secuencia anterior (C), dando lugar a una tendencia profundizante en esta zona, siendo coherente con la situación actual: subsidencia, aporte sedimentario y sedimentación marina en el Golfo de Güacanayabo. La secuencia O tiene dos depocentros alargados en dirección NE-SO y alcanza espesores superiores a los 350 ms (TWT), mientras que los espesores cortados por los sondeos varían entre los 10m y los 518 m.

En la Cuenca Cauto Güacanayabo coexisten estructuras extensivas y compresivas próximas entre sí, que se asocian a regímenes transtensivos y transpresivos locales, controlados por la actividad de la Falla Cauto-Nipe. La Zona-1 de la cuenca está caracterizada principalmente por estructuras compresivas con direcciones NE•SO y ENE-OSO. En la parte NE de la cuenca (Zona-2) predominan las estructuras extensivas con direcciones N-S, NE-SO y posiblemente NO-SE, y en el Golfo de Güacanayabo (Zona-3) apenas se observan deformaciones. A partir de las deformaciones observadas en el registro sedimentario se han establecido tres fases principales en la evolución de la cuenca. La primera fase de deformación ocurrió entre el Eoceno Medio y el Mioceno Medio, y está caracterizada por un régimen compresivo en la Zona-1 y otro extensivo en la Zona-2. Durante este período el acortamiento ocurrió en dirección N-S y la extensión en dirección E-O o ENE-OSO. En la segunda fase, durante el Mioceno Medio al Plioceno Inferior, la falla de desgarre Cauto-Nipe experimentó una reactivación normal, como consecuencia de la extensión en dirección NO-SE y de la compresión en dirección NE-SO. La tercera fase de deformación se produjo durante el Plioceno Superior-Holoceno, y en ella la Zona-1 registró compresión en dirección N-S y la Zona-2 extensión en dirección E-O o ENE-OSO.

Las deformaciones registradas en la Cuenca Cauto-Güacanayabo confirman que la mayor actividad tectónica se produjo durante el Eoceno Medio, coincidiendo con el inicio del Corredor Tectónico Güacanayabo-Nipe. y que a partir del Eoceno Superior comienza una atenuación progresiva de dicha actividad. que pudo prolongarse en el tiempo hasta el Plioceno.

El sistema petrolero de la Cuenca Cauto-Güacanayabo no ha sido establecido, aunque existen indicios superficiales y en el subsuelo de petróleo. Las unidades del registro sedimentario evaluadas como posibles rocas madre presentan contenidos de Materia Orgánica (TOC) muy bajos o nulos. Las estructuras prospectivas de la cuenca han sido perforadas, llegando a cortar en algunos casos el basamento, sin que se haya revelado la existencia de hidrocarburos; por lo que es posible que los elementos del sistema petrolero formen parte de las secuencias sedimentarias del basamento de la cuenca.

The Cauto-Güacanayabo basin is located to the SW of the Nipe-Güacanayabo tectonic corridor. This basin is the largest than those are associated to this corridor; wich also includes the Cacocum and Nipe basins. Most of the basin is located offshore. constituting their active part. where current marine deposition sedimentation occurs, while the present-day onshore part is mainly subject to denudation. This basin is an example of strike-slip basins present in the Cuban Orogen. which developed associated to the tectonic corridors oblique to the orogen. Its evolution began during the Middle Eocene times, and has been controlled by strike-slip activity, with left lateral displacement ofthe Cauto-Nipe fault.

This sludy based, mainly, in a subsurface database provided by Cupet consisting of 17 oil exploration wells. 94 seismic lines totaling 1426 km and a map of gravity anomalies, besides geological surface mapping at different scales and samples from one well.

The sedimentary fill or the basin incluides the formations Puerto Boniato, Charco Redondo, Farallón Grande, San Luís, Sevilla Arriba, Camazán, Paso Real, Cabo Cruz, Manzanillo, Guines, Río Maya, Bayamo, Dátil, Cauto, Villarroja, Jaimanitas, Río Macío, Jutía and the informal unit Marga Demajagua. This sedimentary fill has been divided into four allostratigraphic sequences, called from base to top as A. B, C and D, and are bounded by regional, basin-scale uncoformities, named: U-0, U-1, U-2 and U -3. The thickness of the sedimentary infill can exceed double time 2600 ms (TWT), while the thickness cut by drilling reaches 2500 m in the NE part of the basin.

Geo-historycal analysis obtained from wells, and lectonic display different pattems, allowing to divide the basin into three zones that evolved differently. These zones have been designated as Zone-1, Zone-2 and Zone-3. The Zone-1 constitutes the SW part or the basin, the Zone-2 is located at the NE, and the Zone•3 constitutes most of the present-day Güacanayabo Gulf.

Sequence A is bounded at bottom by the basal unconformity U-0. It is made up by the formations Puerto Boniato, Charco Redondo, Farallón Grande and San Luis. Their age ranges from the early Middle Eocene to the Upper Eocene. Deposition in this sequence starts with the shallow marine course siliciclastic sediment or the Charco Redondo and Puerto Boniato formations, and ends at top with the deep marine turbidite deposits of the San Luis Fm. This sequence constitutes a deepening-upwards sequence which records the strongly subsiding initial state of the basin and the uplift and erosion of the surrounding reliefs of the Sierra Maestra. High values of tectonic subsidence and low laxes or sediment supply confirm the processes registered by sequence A. The deposit of sequence A has three depocenters, two of them rectangular in shape, and the third one elongated in a NE-SW direction. Sequence A reaches thicknesses greater than 900 ms (TWT), and the thickness drilling by wells ranges between 0 m and 674 m.

The sequence B comprises Upper Oligocene to Middle Miocene time-span, and it is bounded at bottom by the unconfonnity U-l, which can be related to the uplift and erosion embracing the entire island of Cuba during the Oligocene. This sequence includes the Sevilla Arriba, Paso Real, Camazán and Güines formations. whose deposits characterize the depositional in a shallow marine shelf. This sequence shows no clear vertical trend and the subsidence analysis indicates that during this period, an increase ofthe sedimentary supply rate and a decrease of the tectonic subsidence was done. Rocks of the sequence B have two depocenters displaying an approximately rectangular shape, and reaching thicknesses greater than 700 ms (TWT), while the thicknesses cut by wells range between 37 m and 1337 m. Sequence C is hounded at bottom by the unconformity U-2 and covers a period of time from the Middle Miocene to the Lower Pliocene. It is formed by the Cabo Cruz and Manzanillo formations, which are made up by carbonate sediments deposited in shallow marine and transitional environments, The sequence display a shallowing-upwards trend. Sedimentation of the sequence C was characterized by high values of teclonic subsidence and sediment supply. maintaining a certain balance between them. During the Middle Miocene times. the Zone-1 recorded the highest rates of subsidence of the basin. exceeding those recorded during the deposition of the sequence A. The sequence C has a single, NE-SW elongated depocenter reaching over 800 ms (TWT) in thicknesses. The thicknesses drilled by wells range between 103 m and 1173 m.

The sequence D is bounded at bottom by the unconformity U-3 and consists oft he Río Maya, Dátil, Bayamo, Cauto, Jaimanita, Villarroja, Río Macio and Jutía formations, with the Demajagua Marga unit. This sequence records an Upper Pliocene to Holocene time-span, and it is characterized by shallow marine, transitional and continental deposits, showing different vertical trends. The geohistory analysis from wells located onshore zone (Zones 1 and 2) show lower subsidence and sedimentary supply values than those are located offshore zone in the Gilacanayabo Gulf (Zone-3), and consistently, the vertical arrangement of sequence D displays a shallowing-upwards trend in zones 1 and 2 (onshore), whereas there are not a clear trend in the otfshore Zone-3. The sequence D has two depocenters elongated in a NE-SW direetion, which reach thieknesses greater than 350 ms (TWT), while the thickness drilled by wells range between 10m and 518 m.

In the Güacanayabo Cauto Basin contemporary extensional and compressional tectonic structures coexist. The structures must be associated with local transpressive and transtensive regimes. which in turn were controlled by the activity of the Cauto-Nipe fault. The Zone-1 of the basin is mainly characterized by compressional structures with NE-SW and N E-WSW compression in a N-S direction and Zone-2 extension in E-W or ENE-WSW directions. The deformations recorded in the Cauto-Güacanayabo basin confirm that most of the tectonic activity occurred during the Middle Eocene times, coinciding with the starting of the activity of the Güacanayabo-Nipe tectonic corridor, and since the Upper Eocene times begins a progressive attenuation of such activity, which could have extended until the Pliocene.

Although a number of oil see-pages have been reported in the surface of the Cauto-Güacanayabo basin, and oil indications have been supplied by boreholes in the subsurface, it has been not possible to stablish the petroleum system of the Cauto-Güacanayabo basin. The units of the sedimentary infill evaluated as potential source rocks have low or zero organic matter contents (TOC). The prospective structures drilled in the subsurface of the basin resulted unsuccessful, having not revealed the existence of oil, so it is possible that some elements of the petroleum system form pan of the pre Middle Eocene sedimentary sequences which constitute the basement of the basin.