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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
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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.
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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 40 Distribución vertical del factor 2 171
Figura 41 Distribución vertical del factor 3 172
Figura 42 Distribución vertical del factor 4 173
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
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LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
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Figura i: Ubicación aproximada de algunas localidades mencionadasfrecuentemente en este trabajo