Evolución sedimentaria y estructural del Eoceno superior, Cordillera oriental de Colombia, Sur América

Abstract

Colombia se encuentra situada en la esquina NW de Sur América, este sector de gran complejidad tectónica es un margen destructivo por convergencia de placas. Convergen las placas de Suramérica, de afinidad continental, y las placas Pacifica y Caribe, de afinidad oceánica. La complejidad está en que la placa Pacifica subduce a la placa de Suramérica en el sector sur de Colombia y en la parte media colisiona oblicuamente. La placa Caribe colisiona también oblicuamente, generando un régimen transpresivo y en la parte norte colisiona con la placa Suramericana a lo largo de una zona de fallas transformantes dextrales.

Las unidades del Eoceno superior en Colombia son el producto de la interacción de las placas tectónicas, las cuales controlaron las condiciones de formación y depositación en las subcuencas. Primero, con base en el levantamiento de columnas estratigráficas de esta secesión, se establecieron secciones de control de las unidades litoestratigráficas, definidas inicialmente por Porta (1974). Se realizó también una división en secuencias deposicionales de tipo Trangresivo –Regresivo T-R que se aplicó al registro sedimentario del Jurásico superior – Holoceno con el fin de poder tener una idea del armazón general de la cuenca. Se determinaron seis secuencias de tercer orden para el mesozoico y cinco de segundo orden para el terciario.

La sucesión de interés, Eoceno superior, corresponde a una secuencia deposicional que fosilizaba la superficie de primer orden constituida por la discordancia del Eoceno inferior. Esta secuencia se depositó en tres subcuencas alargadas con dirección del eje NE, a partir de la topografía generada por la inversión de la cuenca mesozoica, lo cual dio lugar a una geometría de subcuencas tipo valles de incisión paralelos entre sí. Los resultados de los estudios de paleocorrientes soportan este resultado y el de un basculamiento hacia el NE con una paleopendiente promedio de 0,006° característica de este tipo de cuencas.

Los movimientos verticales datados con huellas de fisión significan el inicio de la etapa contractiva en el Masstrichtiense seguido del clímax de deformación contractiva en el Eoceno inferior, generando los umbrales que separaron las tres subcuencas del Eoceno superior.

Las nueve curvas de subsidencia total corregida con la paleobatimetría y la erosión, nos muestran muy bien la evolución de la acomodación sedimentaria durante la etapa Jurásico superior-actual, así mismo reflejan el efecto de carga por apilamiento estructural y flexión en las cuencas de antepaís de los llanos y Valle del Magdalena lo cual se inició alrededor de los 40 Ma (Eoceno superior).

La evolución de la cuenca se realizó en cuatro etapas: 1). Extensión paleozoica (Paleozoico Superior), 2). Inversión triásica, 3). Extensión mesozoica. (Jurásico Superior – Cretácico), y 4) Inversión paleógena (Paleoceno superior – Holoceno). Durante esta etapa de inversión la cuenca Jurásico superior – Cretácica sufrió un acortamiento hasta del 55% que equivale a 250 km para llegar al estado deformado actual.

La nueva configuración paleogeográfíca generada por contracción compartimentalizó la cuenca cretácica generando las tres subcuencas terciarias. Estas subcuencas desarrollaron sistemas predominantemente fluviales de ríos anastomosados que corrían hacia el N. Los sistemas de abanicos aluviales quedaban junto a las fracturas activas y en la parte cercana a los umbrales más levantados que actuaron de potente área fuente. De las subcuencas del Valle Medio del Magdalena y de la Cordillera Oriental. En determinados momentos las partes septentrionales registran la entrada de facies transicionales de estuario, en los sectores más distales de los sistemas fluviales.

Los materiales del Eoceno superior estudiados constituyen el mejor reservorio de todos los sistemas petrolíferos de Colombia. Por esta razón, la caracterización de la roca almacén y su localización y predicción de distribución, es esencial para la exploración y producción de campos existentes y la predicción de nuevos prospectos. A partir del nuevo modelo obtenido para el Eoceno superior, se abren toda una serie de grandes posibilidades para desarrollar nuevos play concepts de estudios exploratorios de hidrocarburos.

Colombia is located in the northwest corner of South America, in an área tectonically highly complex as it corresponds to a destructive margin due to the convergence of several plates. There, the South American Plate of continental affinity, and the Pacific and Caribbean plates of oceanic affinity, all converge. The complexity is associated with subduction of the Pacific Plate underneath the South American Plate in the southern part of Colombia, where in the central part the two plates collide obliquely. The Caribbean plate also collides obliquely against the South American Plate, generating conditions characteristic of a transpressive regime; in the northernmost part this collision occurs along a zone of dextral transforming faults.

The stratigraphic units corresponding to the late Eocene in Colombia are the product of the interaction of tectonic plates, which controlled basin formation and their subsequent depositional conditions. Porta (1974) firstly defined the lithostratigraphic units based on a series of sections surveyed as part of the fieldwork carried out at the time. Later, a series of transgressive-regressive (T-R) depositional sequences were defined for the late Jurassic-Holocene section, which allowed establishing a general stratigraphic framework of the basin. Thus, a total of six third order sequences for the Mesozoic and five second order sequences for the Tertiary, were defined.

The upper Eocene section, as the interval of interest, corresponds to a depositional sequence that buries a first order Surface representing the early Eocene unconformity. This sequence was deposited in three NE trending elongated sub-basins, associated with the paleo topography resulting from the structural inversion process affecting the Mesozoic basin; the resulting relief formed corresponds to a geometry represented by parallel sub-basins representing incised valleys. Paleo current analyses confirm such orientation as well as a major northeast tilting of the area, which exhibits an average paleo-inclination of 0.006°, which characterizes this type of basins.

Vertical movements dated through fission track studies indicate that the contractional event started in the Maastrichtian with its climax occurring in early Eocene. This late event generated the highs which separated the three late Eocene sub-basins.

A total of nine (9) total subsidence curves were prepared and corrected using paleobathymetry as well as the amount of section removed by erosion. They illustrate very well the evolution of the accommodation space from late Jurassic to Present, and also reflect the load associated with structural piling as well as the flexure on the Llanos and Middle Magdalena basins, which commenced approximately 40 Ma in late Eocene.

The evolution of the basin involved four (4) main stages, as follows: 1) Paleozoic extension (Late Paleozoic), 2) Triassic inversion, 3) Mesozoic extension (Late Jurassic-Early Cretaceos), and 4) Paleogene inversion (Late Paleocene – Holocene). During this late stage of inversion, the late Jurassic-Cretaceous basin underwent shortening of 55%, which corresponds to approximately 250 km, before reaching the present-day configuration.

The new paleogeographic configuration generated under contractional conditions, compartmentalized the Cretaceous basin creating three tertiary sub-basins. A series of fluvial systems running northwards, including dominantly braided and anastomosed streams, dominated sedimentation in the sub-basins. On the other hand, alluvial fan systems were located along an active fracture system, located next to the structural highs, which were uplifted and acted as provenance areas for the Middle Magdalena Valley and Cordillera Oriental sub-basins. Nevertheless, at certain times the northern portions of the sub-basins witnessed estuarine transitional facies, particularly in the distal parts of the fluvial systems.

Upper Eocene sandstones form the best reservoir for all the Colombian petroleum systems Therefore, characterization, location and predicting distribution of reservoirs are fundamental in exploration and field production. The new model proposed for late Eocene reservoirs opens up tremendous potential for the generation of new play concepts, which should be part of any sound hydrocarbon exploration program to be performed in the future.