Dinámica de la red de drenaje en sistemas orogénicoscuencas: implicaciones sobre los sistemas petroleros

Abstract

Esta tesis presenta un estudio de la interacción entre la tectónica y la red de drenaje y cómo esta interacción controla los patrones y las tasas de sedimentación. Esta tesis está dividida en dos partes, en la primera se presentan los resultados de una modelización experimental (Capítulo 1 y Capítulo 2), y en la segunda, se realiza un estudio de un caso natural sobre un sistema orógeno-cuenca ubicado en Irian Jaya (Indonesia), compuesto por la cordillera del Central Range y la cuenca de Cendrawasih (Capítulo 3). En el Capítulo 1 se investiga experimentalmente como la interacción entre la deformación y la red de drenaje controla las variaciones del flujo sedimentario a lo largo de los modelos experimentales, sometidos a acortamiento y erosión. Primero se muestra que el comportamiento (geométrico y cinemático) de los canales experimentales bajo condiciones de levantamiento es similar al de los ríos observados en la naturaleza. Se muestra también que variar la proporción entre la tasa de lluvia y la tasa de acortamiento controla la organización de la red de drenaje. Si esta proporción es alta, la red de drenaje está dominada por tramos transversales, resultando en un sistema deposicional lineal a lo largo del frente de la estructura activa. Por el contrario, si la proporción es baja, la red de drenaje está dominada por tramos longitudinales, resultando en sistemas deposicionales puntuales. Finalmente se muestra que este comportamiento está controlado por una relación no lineal entre el caudal de los canales y la tasa de levantamiento. En el Capítulo 2 se muestra experimentalmente que una red de drenaje dominada por canales longitudinales se reorganiza a una red de drenaje dominada por canales transversales mediante migraciones de divisorias de aguas y procesos de capturas. La reorganización de la red de drenaje tiene como consecuencia la modificación del tamaño de las áreas de drenaje y, por consiguiente, de las tasas de sedimentación en las partes externas de los modelos. Estas tasas parecen no solo estar controladas por las fuerzas externas al sistema geomorfológico, que son la Tectónica y el Clima, sino también por la dinámica intrínseca del sistema geomorfológico. Además esta reorganización de la red de drenaje por capturas hacia un estadio dominado por tramos transversales, más estables, modifica la distribución espacial de los cuerpos sedimentarios en las partes externas de los modelos.

En el Capítulo 3 se realiza un estudio geomorfológico que sugiere que la red de drenaje del Central Range se está reorganizando desde un estado inicial dominado por un drenaje longitudinal, formado hace 12 Ma, a uno dominado por un drenaje transversal siguiendo el mismo patrón que en los modelos experimentales. Los resultados obtenidos han permitido realizar un balance de volúmenes erosionados y sedimentados por las principales cuencas del Central Range que desembocan a la bahía de Cendrawasih y estimar la composición del relleno sedimentario que muestra que la cuenca ha sido alimentada mayoritariamente por filitas negras con materia orgánica. El balance de volúmenes se basa en un análisis de imágenes sísmicas de la cuenca sedimentaria y en una síntesis en el área fuente de los datos de erosión precedentes de la literatura. Este estudio muestra que el sistema orógeno-cuenca, Central Range–Cuenca de Cendrawasih, es un sistema dinámico que está en un estado transitorio probablemente desde la emersión de la cadena montañosa en el Mioceno Superior.

This thesis studies the interaction between tectonics and the river network and how this interaction controls the patters and rates of sedimentation. This work is composed of two parts, the first one presents the results of the experimental modeling (Chapter 1 and Chapter 2), and the second one shows the study of a natural Source-To-Sink system located in Irian Jaya (Indonesia), composed by the Central Range and Cendrawasih Basin (Chapter 3). In Chapter 1 I investigate experimentally the interactions between tectonics and the drainage network and its control on along-strike sediment fluxes in wedges submitted to shortening and rainfall. We first show that the behavior (geometries and kinematics) of experimental channels evolving under uplifting conditions are similar to what is observed in natural landscapes. We show substantial differences in both the drainage organization and along-strike variations in sediment accumulations by varying the ratio of rainfall rate over shortening rate. If this ratio is high, transverse channels draining a wedge are not diverted and a line-source dispersal system develops in front of the active structure. At low ratio, the merger of drainage basins in the backlimb of frontal structures results in gridiron drainage patterns and in point-sourced depositional systems separated by areas fed only by small channels developed in the external limbs. We show that this behavior is controlled by a non-linear relation between the channel discharge and the uplift rate. In Chapter 2 experiments show that a longitudinal-dominated drainage network can be reorganized to a transverse-dominated drainage network by divide migration and captures. This reorganization of the drainage network implies variations in the size of drainage basins, and consequently, in the rates of sedimentation at the external parts of the models. The rates of sedimentation appear to be controlled not only by Tectonics and Climate, but also by the intrinsic dynamics of the geomorphic system. In addition, the drainage-network reorganization also modifies the spatial distribution of clastic bodies from point-sourced depositional systems to line-source dispersal systems. In Chapter 3 the Source-To-Sink system, made of the Central Range and the Cendrawasih basin, is analyzed. The geomorphic study the Central Range suggests that the drainage network is reorganizing following the same pattern as in the experimental modeling. A balance between the eroded volumes in the main drainage basins of the Central Range and the deposited volumes stored in the Cendrawasih basin allowed to estimate the infilling composition and it shows the basin has been mainly fed by graphitic black phyllites. The volume balance has been done using erosion rates extracted from the literature and the seismic lines of the Cendrawasih basin. This study shows that the Source-To-Sink system of the Central Range-Cendrawasih basin is a dynamic system that is in a transient state, probably since the beginning of the Central Range building in Late Miocene.