DIFERENCIAS GEOLÓGICAS, PETROLÓGICAS Y
GEOQUÍMICAS ENTRE EL OIL-SHALE Y EL
CARBÓN SAPROPÉLICO Y SU POTENCIAL EN
COLOMBIA
Julián David De Bedout Ordóñez
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DIFERENCIAS GEOLÓGICAS, PETROLÓGICAS Y
GEOQUÍMICAS ENTRE EL OIL-SHALE Y EL CARBÓN
SAPROPÉLICO Y POTENCIAL EN COLOMBIA
Presentado por:
Julián David De Bedout Ordóñez 2090621
Presentado a:
Sergio Null Amaya Ferreira
Geólogo M.Sc.
Universidad Industrial de Santander
Facultad de Ingenierías Físico-Químicas
Escuela de Geología
Geología del Carbón
Bucaramanga
4 de Octubre de 2013
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CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN 3
2. OBJETIVOS 4
3. ASPECTOS GEOLÓGICOS 5
3.1 Ambiente de depositación 5
3.2 Secuencias estratigráficas típicas 17
3.3 Diferencias en el proceso de Carbonificación 21
4. ASPECTOS PETROLÓGICOS 22
4.1 Tipos de Materia Orgánica que los origina 22
4.2 Macerales presentes 27
4.3 Grados de madurez termal que alcanzan 46
5. ASPECTOS GEOQUÍMICOS 48
5.1 Tipos de cadenas orgánicas que los constituyen 48
5.2 Evolución de la Materia Orgánica 54
5.3 %TOC y tipo de Rocas Orgánicas 59
6. PRESENCIA EN COLOMBIA 61
6.1 Cuencas con potencial en Colombia 61
6.2 Formaciones potencialmente productoras 64
7. EXTRACCIÓN DEL OIL-SHALE 67
8. CONCLUSIONES 70
9. LITERATURA CITADA 74
10.REFERENCIAS ELECTRÓNICAS 76
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1. INTRODUCCIÓN
El presente documento es el resultado de un trabajo de Investigación asignado
como parte de las actividades de la materia Geología del Carbón de la Universidad
Industrial de Santander durante el periodo académico 2013-I.
La importancia de trabajos Investigativos como el presente radica en que se
pueden analizar y contrastar las características Geológicas, Petrológicas y
Geoquímicas entre un Carbón Sapropélico y un Oil-Shale, esto con el fin de
entender de manera holística los procesos que fueron claves durante la formación
de estos tipos de rocas sedimentarias orgánicas al comparar sus diferencias.
Tradicionalmente ha habido una gran confusión ya que a los Carbones
Sapropélicos: Torbanita (también llamada Boghead Coal) y Cannel Coal se les
considera como “Oil-Shales” ya que poseen gran cantidad de Liptinita y una
naturaleza propicia para generar petróleo. Pero el caso es; que este tipo de Rocas
orgánicas, entran mejor dentro de la clasificación de Carbón (Roca con más del
50% de materia Orgánica) ya que los contenidos de Ceniza que poseen son muy
bajos (3-15%), en comparación a los del Oil-Shale que posee valores de 60% de
ceniza.
La importancia de determinar cuáles son las diferencias entre un Carbón
Sapropélico y un Oil-Shale es la de poder explorar y descartar áreas con poco
potencial mientras que se concentra la atención en las zonas con mayor interés
tan solo teniendo en cuenta las características presentes en las Litologías, ya que
no en todos los lugares se tienen las condiciones óptimas para formar estos tipo
de rocas orgánicas.
Teniendo en cuenta el concepto de Oil-Shale como roca inmadura con alto
contenido de materia orgánica en forma de Kerógeno, se pretende determinar si la
Formación la Luna y sus demás análogos en edad como la Formación Chipaque
tienen potencial para la presencia de yacimientos de Oil-Shale, ya que estas rocas
se depositaron en eventos muy anóxicos y de abundante productividad primaria de
materia orgánica, lo cual desde el punto de vista comercial las hace atractivas
para la implementación de métodos de extracción de Oil-Shale como el proceso
de conversión in situ patentado por Shell.
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2. OBJETIVOS
Objetivo General:
Determinar las diferencias Geológicas, Petrológicas y Geoquímicas entre el Oil-Shale y el Carbón Sapropélico.
Objetivos Específicos:
Determinar si en Colombia existe la posibilidad de encontrar yacimientos de Oil-Shale o de Carbón Sapropélico.
Identificar si la Formación La Luna y sus análogos tienen potencial como yacimientos de Oil-Shale.
Establecer claramente los procesos de formación del Carbón Sapropélico y del Oil-Shale.
Analizar y contrastar los tipos de Macerales que conforman este tipo de rocas Sedimentarias Orgánicas.
Analizar los tipos de Kerógenos, los ambientes y las condiciones de depositación que dan origen al Oil-Shale y al Carbón Sapropélico.
Determinar los procesos que sufre la materia orgánica desde que se deposita hasta la formación este tipo de rocas.
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3. ASPECTOS GEOLÓGICOS
A continuación se hace un análisis desde el punto de vista Geológico de los
procesos que dan origen al Oil-Shale y al Carbón Sapropélico con el fin de
determinar las diferencias que dan origen a este tipo de rocas sedimentarias.
3.1 AMBIENTE DE DEPOSITACIÓN
3.1.1 FACTORES PARA LA PRESERVACIÓN DE LA M.O
A pesar del gran interés en las rocas con alto contenido de materia orgánica como
el Oil-Shale y el Carbón Sapropélico no existe una única manera de formarlos ya
que de hecho como se aprecia en la FIGURA 1 su formación está controlada por
tres factores diferentes: La presencia de Anoxia (Niveles bajos de oxígeno), una
alta Productividad de materia Orgánica y la presencia de una baja sedimentación
que no diluya el contenido orgánico de los sedimentos. (Katz, 1990); (Tyson,
2001); (Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
FIGURA 1: Tres factores claves para la formación de rocas con alto contenido en materia
orgánica: La Productividad Primaria, La Preservación y la Dilución de la materia Orgánica
controlada por la sedimentación. (Tomado y modificado de Katz, 1990)
La PRODUCTIVIDAD DE MATERIA ORGÁNICA es estimulada usualmente por
un alto flujo de nutrientes (P, N, Si) que opaquen (sobrepasen) la capacidad de
oxidación del cuerpo de agua. Siendo alta esta productividad primaria en zonas de
Upwellings (Surgencias) en ambientes marinos, o en mares epicontinentales poco
profundos, o en ambientes lacustres con aportes de nutrientes traídos por los ríos.
Estos aportes masivos de nutrientes que llegan a un cuerpo de agua pueden
desencadenar fenómenos de Eutroficación. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Arthur
and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
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La Eutroficación (Ver FIGURA 2) es un fenómeno donde se genera un exceso de
materia orgánica a causa de un aporte masivo de nutrientes, lo que causa el
consumo del oxígeno y muerte de la mayoría de animales acuáticos, a excepción
del Fitoplancton y las Algas lo que causa un frenado en la circulación del cuerpo
de agua. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Harris, 2005).
FIGURA 2: En la parte izquierda de la imagen se observa un Lago que ha sufrido el
proceso de Eutroficación a causa de un aporte masivo de nutrientes por parte de algún río
en época de lluvia. Nótese en la parte derecha de la imagen la cantidad de Algas que se
producen las cuales ocupan casi la totalidad del agua mientras que consumen el oxígeno
del lago, causando el fallecimiento de todas las otras formas de vida del cuerpo de Agua.
La PRESERVACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA es favorecida cuando hay niveles
bajos de Oxígeno, es decir; cuando hay condiciones Anóxicas. Esto se debe a que
el O2 destruye la materia orgánica durante las reacciones de oxidación que
descomponen el carbono orgánico. Estas condiciones óptimas de preservación se
presentan comúnmente cuando hay una estratificación de la columna de agua lo
cual ocurre en condiciones tranquilas y sin mucha turbulencia, permitiendo de esta
manera el desarrollo de un fondo Anóxico favorable. (Katz, 1990); (Tyson, 2001);
(Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
La Anoxia se puede generar por dos causas: La primera es por los patrones de
circulación del cuerpo de agua los cuales no son turbulentos sino muy tranquilos,
permitiendo de esta manera la formación de una columna de agua estratificada. La
segunda por otro lado se debe a una elevada bioproductividad que termina
consumiendo todo el oxígeno disponible en un proceso que se conoce como
Eutroficación. (Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
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En el modelo de la preservación el carbono orgánico se preserva en zonas
anóxicas o cuando su tiempo de exposición al ambiente oxidante fue corto.
Además los tipos de materia orgánica tienen diferentes resistencias a la oxidación
a causa de su composición química y su ambiente de formación. El Fitoplancton y
las Algas son menos resistentes por ser de ambientes acuáticos menos oxidantes
y estar compuestas de Proteínas y Lípidos. Mientras que por otro lado, las Plantas
superiores se desarrollan en ambientes oxidantes y su composición química es
más compleja al poseer carbohidratos y Ligninas. (Tissot and Welte, 1984); (Katz,
1990); (Tyson, 2001); (Harris, 2005)
En ambientes Anóxicos las comunidades Microbianas Anóxicas son ineficientes
para degradar la materia orgánica ya que carecen de enzimas (oxigenantes) para
poder romper las cadenas de hidrocarburos, los dobles enlaces C-C y los Anillos
Aromáticos. (Katz, 1990); (Bohacs et al, 2005)
Las condiciones Anóxicas se generan cuando el consumo de Oxígeno supera el
suministro del mismo a causa de la Respiración (Tomar O2 y expulsar CO2) y de
la Descomposición de la Materia Orgánica (Se consume O2 para fraccionar el
material orgánico). Esto a su vez depende de la cantidad y tipo de materia
orgánica, ya que hay un mayor consumo de O2 vía Descomposición y Respiración
cuando el Carbono orgánico es del tipo de Kerógeno I y II, mientras que hay una
demanda limitada cuando el material orgánico es del tipo III y IV. (Katz, 1990);
(Harris, 2005)
La SEDIMENTACIÓN Y DILUCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA están
íntimamente relacionadas ya que si se tiene una alta taza de sedimentación se
diluye el contenido orgánico en los sedimentos a causa del gran aporte mineral,
mientras que si se desarrolla una baja taza de sedimentación aumenta el
contenido del carbono orgánico depositado generando delgadas secuencias
condensadas de materia orgánica. Por otro lado, también se puede acumular
materia orgánica en los sedimentos cuando hay altas tazas de enterramiento que
atrapan el carbono orgánico antes de que pueda ser destruido, pasando
rápidamente a través de las zonas de degradación Bacteriana. (Katz, 1990);
(Tyson, 2001); (Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
En mar abierto se depositan sedimentos pelágicos a bajas tazas de
sedimentación: 1cm/1000 años, mientras que en márgenes continentales se
forman secciones condensadas como respuesta a aumentos rápidos del nivel del
mar, en donde la falta de aportes detríticos concentra la materia orgánica. (Katz,
1990); (Bohacs et al, 2005)
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RELACIÓN ENTRE LOS TRES FACTORES
El consenso en la Literatura es que no hay un único camino para la formación de
rocas con alto contenido de materia orgánica (Como el Oil-Shale y el Carbón
Sapropélico) sino que de hecho hay muchas maneras para que ocurra un
enriquecimiento de carbono orgánico en los sedimentos. Ningún modelo puede
basarse en un solo factor sino en el análisis de la interacción de estos tres
factores. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al,
2005); (Harris, 2005)
Como se logra apreciar en la FIGURA 3 si se tienen altas tazas de
Bioproductividad posiblemente causadas por el aporte masivo de nutrientes, a
medida que la materia orgánica cae al fondo y se descompone se producen
reacciones de oxidación que consumen Oxígeno. Esto causa que bajen los niveles
de O2 en el fondo del cuerpo de agua, lo cual sirve para preservar la nueva
materia orgánica que siga llegando después. (Harris, 2005)
FIGURA 3: Primero se da la alta productividad que consume el oxígeno del fondo
generando Anoxia, luego la nueva materia orgánica se puede preservar en ese fondo
creado por las reacciones de descomposición. (Tomado y modificado de Harris, 2005)
La pregunta que se hace a continuación es si estas condiciones de bajo contenido
de O2 se mantienen o no, lo cual va a depender de la taza de resuministro de
Oxígeno al fondo del cuerpo de agua, lo cual va a estar controlado por el patrón de
circulación del agua, ya que esta puede estar estratificada por miles de años pero
si ocurre algún fenómeno que altere dramáticamente la turbulencia del sistema,
puede que exista un rompimiento del equilibrio tenido hasta ese momento. (Harris,
2005)
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Ningún factor por si solo provee un control universal en la depositación de
sedimentos ricos en C orgánico ya que interactúan siempre entre sí, pero en
algunos casos predomina uno más que los demás. Por ejemplo, la Productividad
presenta mayores niveles cuando se encuentra asociada a buenas zonas
Anóxicas. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al,
2005); (Harris, 2005)
Como se logra observar en la FIGURA 4 unas bajas condiciones de oxígeno se
traducen en una disminución del enterramiento de los Fosfatos (PO4) el cual es el
principal nutriente para las formas de vida acuáticas. Este aumento en la
disponibilidad de Fósforo (P) se traduce en un aumento de la Productividad a largo
plazo, lo cual genera un aumento en el contenido de materia orgánica en los
sedimentos. Este ciclo de retroalimentación puede durar mucho miles de años
hasta que se rompa el sistema por algún cambio en el patrón de circulación del
agua causado por un evento tectónico o climático limitando hasta algún punto la
concentración orgánica en los sedimentos lo cual, si se superan los valores del
50% se trataría de un Carbón Sapropélico, mientras que si solo se pudo acumular
entre 10 y 49% se trataría de un Oil-Shale y menos del 10% se formarían Rocas
Generadoras de petróleo. (Katz, 1990); (Harris, 2005)
FIGURA 4: Bloque diagrama donde se ilustra como a causa del fondo Anóxico y
estratificación de la columna de agua el Fósforo disminuye su velocidad de enterramiento
permitiendo su utilización en la Productividad de Materia Orgánica que al caer se preserva
en el fondo Anóxico. (Tomado y modificado de Katz, 1990)
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ENRIQUECIMIENTO ÓPTIMO DE MATERIA ORGÁNICA
El ENRIQUECIMIENTO ÓPTIMO (Formación del CARBÓN SAPROPÉLICO)
ocurre cuando la PRODUCTIVIDAD es maximizada y la DESTRUCCIÓN y
DILUCIÓN son minimizadas, logrando concentrar la suficiente cantidad de materia
orgánica antes de que ocurra un evento Tectónico o Climático que altere el patrón
de circulación del agua y la vuelva turbulenta, causando el fin de la acumulación y
enriquecimiento de materia orgánica en los sedimentos. (Katz, 1990); (Harris,
2005); (Bohacs et al, 2005).
Los tipos de combinaciones que se pueden dar entre la Destrucción, Dilución y
Productividad de la materia orgánica se pueden apreciar en la FIGURA 5 en
donde se logra observar que la Alta Dilución de la materia orgánica no es capaz
de generar Rocas Orgánicas (Como el Oil Shale y el Carbón Sapropélico).
Además, se puede apreciar que cuando hay alta Destrucción no es posible
depositar rocas orgánicas sino Shale. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Arthur and
Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
Cuando se tienen las mismas condiciones bajas o moderadas de Dilución y
Destrucción pero la Productividad cambia, se generan Delgadas capas
Condensadas de Rocas Orgánicas cuando hay Baja Producción (como ocurre en
mar abierto) mientras que si la producción es moderada o alta es en esas
circunstancias cuando se originan las mejores rocas orgánicas, lo cual ocurre
generalmente el Lagos con buen aporte de nutrientes o en Mares epicontinentales
Poco profundos. (Katz, 1990); (Tyson, 2001); (Arthur and Sageman, 2005);
(Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
El tipo de materia orgánica, también juega un papel importante en la formación del
Carbón Sapropélico, ya que si se dan procesos de aportes masivos de nutrientes
a un ambiente Lacustre, se va a presentar el fenómeno de Eutroficación el cual va
a favorecer la acumulación de gran cantidad de Algas, las cuales van a terminar
formando una Torbanite. (Hutton, 1987); (Katz, 1990); (Harris et al, 2005)
Mientras que si se posee un Lago con un aporte restringido de nutrientes, pero se
encuentra rodeado de una gran cantidad de Plantas superiores, es posible que el
viento sirva como medio de transporte de una gran cantidad de Resinas, Esporas,
Cutículas y Ceras, las cuales al depositarse en el fondo Anóxico del Lago; pueden
llegar a formar de esta manera un Cannel Coal. (Hutton, 1987); (Katz, 1990);
(Harris et al, 2005)
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FIGURA 5: Diagrama donde se muestran las posibles rocas que le formarían según las
combinaciones entre Dilución, Producción y Destrucción de la Materia Orgánica (Tomado
y modificado de Bohacs et al, 2005)
3.1.2 AMBIENTE DE DEPOSITACIÓN DEL OIL-SHALE
El Oil-Shale es una roca con altos contenidos de materia orgánica que aún no ha
sido madurada, por lo tanto se encuentra en forma de Kerógeno y que al
calentarse libera grandes cantidades de petróleo. Estas rocas no se depositan en
un solo tipo de ambiente sino que se pueden depositar cuando la interrelación de
la Dilución, Preservación y Producción de la materia orgánica son favorables (Ver
FIGURA 5) y esto puede ocurrir tanto en ambientes marinos como Lacustres, por
lo tanto no existe una única manera ni ambiente de depósito que puedan generar
Oil-Shale. (Bohacs et al, 2005); (Harris, 2005)
ALTA Marga/Chert/Shale/Limolita/Arenisca
Shale/Limolita/AreniscaALTA
BAJA Shale/Limolita/Arenisca
Marga/Chert/Shale/Limolita/AreniscaMODERADA
ALTA Shale/Limolita/Arenisca
Shale/Limolita/AreniscaBAJA
MODERADA Shale/Limolita/Arenisca
Marga/Chert
Marga/ChertALTA
BAJA Shale/Limolita/Arenisca
Shale/Limolita/AreniscaMODERADA
Roca Orgánica / Shale MODERADA
ALTA Shale
Marga/ChertBAJA
MODERADA
(1-5mg/cm2/año)
BAJA
(<1mg/cm2/año)
MODERADA
(1-5mg/cm2/año)
ALTA
(>5mg/cm2/año)
ALTA
(>30mg/cm2/año)
BAJA
MODERADA
ALTA
BAJA
MODERADA
Roca Orgánica / Shale
Chert
Chert
BAJA
(<1mg/cm2/año)
MODERADA
(1-5mg/cm2/año)
ALTA
(>5mg/cm2/año)
Shale
Shale
Shale
Roca Orgánica
Delgada Roca Oránica (Sapropel)
Delgada Roca Orgánica
Shale
Rica Roca Orgánica
Roca Orgánica
Shale
ALTA (>5mg/cm2/año)
BAJA
MODERADA
ALTA
ALTA
MODERADA
BAJA
DILUCIÓN PRODUCCIÓN DESTRUCCIÓN PRODUCTO
BAJA (<1mg/cm2/año)
MODERADA (1-5mg/cm2/año)
BAJA
(<5mg/cm2/año)
BAJA
(<1mg/cm2/año)
MODERADA
(1-5mg/cm2/año)
ALTA
(>5mg/cm2/año)
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AMBIENTES LACUSTRES
Los ambientes lacustres difieren de los marinos, no solo por su distribución areal
restringida (Ver FIGURA 6) sino en que típicamente necesitan desarrollar una
piscina interna de nutrientes antes de ser capaces de mantener elevados niveles
de Productividad. En los lagos a medida que aumenta su madurez, su contenido
de nutrientes también aumenta; siendo el resultado de la evolución topográfica la
cual al ser erosionada aporta gran cantidad de nutrientes a la red de drenaje que
termina aportándolos al Lago. (Katz, 1990); (Harris et al, 2005)
La concentración de niveles estratigráficos con alto contenido de %TOC en los
ambientes lacustres está relacionada con los patrones de fluctuación del nivel de
agua del Lago, siendo mayor el contenido de materia orgánica cuando se presenta
un aumento en el nivel del agua, mientras que es menor cuando dicho nivel
desciende. Esto se debe a que un aumento del nivel de agua de un Lago se
presenta cuando ocurren periodos de gran cantidad de lluvia, la cual favorece la
meteorización química causando una gran removilización de nutrientes al lago
generando condiciones de alta Productividad que de ser lo suficientemente
efectivas pueden generar fenómenos de Eutroficación y de esta manera generar
potentes capas de Oil-Shale. (Katz, 1990); (Harris et al, 2005)
FIGURA 6: Bloque diagrama donde se ilustra la manera en que se desarrolla el ambiente
Lacustre. Nótese que la parte más profunda del Lago presenta las mejores condiciones de
Anoxisidad la cual junto con la productividad orgánica asociada al aporte de nutrientes
que traen los ríos permiten la Preservación de gran cantidad de Materia Orgánica en los
Sedimentos. (Tomado de Nichols, 2009)
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AMBIENTES MARINOS
Como se logra apreciar en la FIGURA 7 en los mares epicontinentales poco
profundos causados por transgresiones se genera la interacción de los tres
factores necesarios para la depositación de rocas con alto contenido de materia
orgánica: Dilución, Producción y Descomposición (Preservación). Siendo la parte
topográficamente más baja dentro de la cuenca la que posee las mejores
condiciones ya que hacia los bordes de dicha cuenca se depositan los sedimentos
de grano más grueso los cuales diluyen el carbono orgánico. Además, si lo que
interesa es la depositación de materia orgánica marina como las Algas y el
Fitoplancton, esta se da en la parte central de la cuenca, lejos de las zonas de
Dilución y donde las condiciones Anóxicas mejor se desarrollan, lo cual facilita la
formación de rocas enriquecidas en materia orgánica como lo son los Oil-Shale.
(Arthur and Sageman, 2005); (Bohacs et al, 2005)
FIGURA 7: Esquema que relaciona el ambiente marino con los factores de
enriquecimiento de la materia orgánica: Descomposición (Destrucción), Producción de
Materia Orgánica (continental en los bordes y marina en la parte central) y Dilución de la
materia orgánica por la sedimentación. Nótese la taza de sedimentación es mayor en los
bordes y los clastos de menor tamaño y la materia orgánica se concentran en las zonas
topográficamente más bajas dentro de la cuenca. (Tomado de Arthur and Sageman,
2005)
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Por otro lado, hay autores que proponen el papel de las Transgresiones marinas,
es decir el aumento del nivel del Mar y formación de mares epicontinentales como
papel maestro en la depositación de rocas con alto contenido de materia orgánica
(Ver FIGURA 8) en dichos ambientes marinos ya que favorecen el desarrollo de
las tres variables fundamentales para la formación de rocas orgánicas: Dilución,
Preservación y Productividad. Debido a que los sedimentos se quedan cerca de la
costa, disminuyendo la Dilución, se crean fondos anóxicos que permiten una mejor
preservación de la materia orgánica y se da un aporte abundante de nutrientes
traídos desde el mar lo cual favorece la Productividad de materia orgánica.
(Schlanger and Jenkyns, 1976); (Arthur and Sageman, 2005)
FIGURA 8: Mapa conceptual donde se ilustra la gran importancia de los aumentos del
Nivel del Mar como factor maestro en el control marino de los factores de Dilución,
Preservación y Producción de materia orgánica. (Tomado de Arthur and Sageman, 2005)
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EVENTOS OCEÁNICOS ANÓXICOS (OAE)
Los Eventos Anóxicos Oceánicos (Oceanic Anoxic Events [OAE]) son periodos en
donde se desarrollan globalmente sedimentos ricos en Materia Orgánica que a
causa de su amplia distribución y presencia en gran cantidad de ambientes
marinos no pudieron ser controlados por la geometría local de las cuencas sino
por el producto de un “Evento Anóxico Oceánico”. (Schlanger and Jenkyns, 1976)
Estos OAE son particularmente notorios en el Cretácico y se deben a la
combinación tanto de cambios Geológicos como Climáticos Globales, tales como
la Transgresión Marina del Cretácico Superior, la cual aumentó el área y volumen
de los mares epicontinentales poco profundos (generándose mucha materia
orgánica). Además por la presencia de un clima estable a nivel global el cual
redujo el ascenso del agua fría y anóxica desde el fondo oceánico. (Schlanger and
Jenkyns, 1976)
Bajo estas circunstancias de baja circulación del agua fría y anóxica del fondo
oceánico se generó una delgada capa muy pobre en oxígeno que junto con la gran
abundancia de materia orgánica, permitió la preservación de gran cantidad de
carbono orgánico en los sedimentos. En particular, se registraron dos eventos de
este tipo durante el Cretácico, uno en el Aptiano-Albiano y otro mucho más
importante en el Cenomaniano-Turoniano como se muestra en la FIGURA 9.
(Schlanger and Jenkyns, 1976)
FIGURA 9: Diagrama donde se muestran los Eventos Anóxicos Oceánicos del Albiano-
Aptiano y Cenomaniano-Turoniano (Tomado de Schlanger and Jenkyns, 1976)
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Teniendo en cuenta el concepto de OAE es posible analizar que las rocas
depositadas en estos periodos poseen mucha materia Orgánica que sobre todo
está compuesta por un Kerógeno tipo II, lo cual hace referencia a su procedencia
marina y que tienen el potencial de formar grandes yacimientos de Oil-Shale con
distribuciones laterales de muchos Kilómetros. (Schlanger and Jenkyns, 1976)
3.1.3 AMBIENTE DE DEPOSITACIÓN DEL CARBÓN
SAPROPÉLICO
Los lagos a diferencia del Mar, están mucho menos influenciados por el efecto de
las olas y las corrientes de viento en cuanto a la distribución y retrabajamiento de
los sedimentos, aunque pueden operar con cierta extensión en las costas del
Lago, normalmente no son capaces de afectar el fondo del mismo. Por esta razón
las aguas de los Lagos tienden a ser Estratificadas de forma permanente. Siendo
denominada la parte superior más caliente y Oxidante como Epilimnion, mientras
que la parte más profunda, fría y Anóxica de dicho Lago se denomina Hypolimnion
(Ver FIGURA 10) la cual está empobrecida en oxígeno y nutrientes lo que
restringe el desarrollo de la vida Bentónica y favorece la preservación de la
materia orgánica ya que su destrucción es minimizada. (Einsele, 1992); (Nichols,
2009)
Si tales condiciones de estratificación se mantienen por grandes periodos de
tiempo, por lo menos unos miles de años, y además se produce un
Enriquecimiento Optimo, es decir que la Productividad sea maximizada, la
Destrucción y Dilución minimizadas, es posible concentrar grandes cantidades de
sedimento laminado rico en materia orgánica llamado sapropel el cual va a dar
origen al Carbón Sapropélico dependiendo el tipo de materia orgánica que se
deposite ya que la Torbanite está compuesta principalmente por Telalginita
derivada del Alga rica en Lípidos Botryococcus, mientras que el Cannel Coal está
compuesto por resinas, esporas, cutículas y ceras derivadas de plantas superiores
que pudieron caer en el Lago y preservarse. (Hutton, 1987); (Katz, 1990); (Einsele,
1992); (Harris, 2005); (Harris et al, 2005)
La materia orgánica tiende de esta manera a ser mejor preservada en los
sedimentos de los Lagos que en los Marinos ya que en los Lagos existen mayores
tazas de sedimentación de materia orgánica la cual se entierra rápidamente y no
logra ser destruida de forma tan eficiente como ocurre en el ambiente marino,
además cuando ocurren periodos de gran aporte de nutrientes al lago favorecidos
durante periodos de gran lluvia que facilita la meteorización química del relieve.
(Katz, 1990); (Einsele, 1992); (Harris, 2005); (Harris et al, 2005)
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Normalmente cuando se da un aumento del nivel del Lago coincide con la
depositación de los intervalos de mayor abundancia de carbono orgánico (Carbón
Sapropélico), mientras que por otro lado los intervalos de menor contenido de
materia orgánica y depositación de capas evaporíticas están asociados a
momentos áridos causados por la disminución del nivel del Lago. (Katz, 1990);
(Einsele, 1992); (Harris et al, 2005)
FIGURA 10: Diagrama que muestra un ambiente de depositación lacustre en donde el
fondo Frío y Anóxico (Hypolimnion) permiten una excelente preservación de la materia
orgánica, la cual es generada a causa del aporte de nutrientes que traen los ríos. Nótese
la parte superficial del lago a causa de las mareas y vientos se encuentra Oxigenado y es
también más caliente (Epilimnion) mientras que la parte profunda se encuentra en calma
generandodse la estratificación del cuerpo de agua, favoreciendo la preservación de la
materia orgánica en el fondo lacustre. (Tomado de Nichols, 2009)
3.2 SECUENCIAS ESTRATIGRÁFICAS TÍPICAS
3.2.1 SECUENCIAS ESTRATIGRÁFICAS TÍPICAS DEL OIL-SHALE
Como se aprecia en la FIGURA 11 el Oil-Shale se desarrolla en la parte más
profunda de las secuencias estratigráficas tanto Lacustres como Marinas ya que
se dan las mejores de Preservación de la materia orgánica generada. (Einsele,
1992); (Nichols, 2009)
18
FIGURA 11: Secuencias estratigráficas del Oil-Shale en facies de Lago y de Plataforma
marina (Tomado y modificado de Nichols, 2009)
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3.2.2 SECUENCIAS ESTRATIGRÁFICAS TÍPICAS DEL CARBÓN
SAPROPÉLICO
Tal y como se logra apreciar en la FIGURA 12 el carbón Sapropélico se puede
desarrollar más prominentemente en ambientes Lacustres, los cuales
dependiendo del tipo de materia orgánica y las condiciones del Lago pueden dar
dos posibilidades: Formar Torbanite o Cannel Coal.
En el caso de la Torbanite, es mucho más probable formarla cuando el Lago sufre
procesos de alto aporte de nutrientes, los cuales son aportados por los ríos en
épocas de lluvia. Este aporte masivo de nutrientes permite el desarrollo de unas
condiciones de Eutroficación las cuales permiten el desarrollo de una gran
cantidad de Algas, las cuales al ser depositadas en el fondo Anóxico por un tiempo
considerable, pueden llegar a enriquecer los sedimentos, hasta alcanzar
contenidos de materia orgánica que superen el 50% dando origen de esta manera
a un Carbón Sapropélico. (Katz, 1990); (Harris et al, 2005)
Por otro lado, si las condiciones del Lago son simplemente las de estratificación de
la columna de agua, generándose de esta manera un fondo Anóxico, y además no
se presenta un aporte masivo de nutrientes sino un aporte moderado, no se
podrían generar abundantes Algas para formar Torbanite. (Hutton, 1987); (Katz,
1990); (Harris et al, 2005); (Nichols, 2009)
Pero puede existir el caso donde se presente un Lago rodeado por muchas
Plantas superiores, las cuales por acción del viento, logran depositar gran cantidad
de Polen, Esporas y Cutículas dentro del Lago, generándose de esta manera la
preservación de gran cantidad de esa materia orgánica terrestre dando origen al
Cannel Coal en el fondo de dicho Lago. (Hutton, 1987); (Katz, 1990); (Harris et al,
2005); (Nichols, 2009)
20
FIGURA 12: Secuencia típica del ambiente Lacustre, el cual es el más favorable para la
formación de Torbanite y Cannel Coal, los cuales van a ser formados dependiendo el tipo
de materia orgánica que se deposite, siendo la Torbanita favorecida cuando hay gran
cantidad de Algas y el Cannel Coal cuando el Lago recibió muchos aportes de esporas de
Plantas superiores que rodeaban el Lago. (Tomado y modificado de Nichols, 2009)
21
3.3 DIFERENCIAS EN EL PROCESO DE CARBONIFICACIÓN
La Diagénesis de la Materia Orgánica inicia desde que los Biopolímeros
(Proteínas, Lípidos, Ligninas y Carbohidratos) y termina cuando estas moléculas
se juntan y terminan formando el Kerógeno. En el caso del Oil-Shale y el Carbón
Sapropélico los Biopolímeros principales son los Lípidos y algo de proteínas, ya
que son los constituyentes principales de la materia orgánica que se deposita y
forma estas rocas orgánicas. (Tissot and Welte, 1984)
El proceso de Carbonificación es el mismo para el Oil-Shale (de Kerógeno tipo I) y
el Carbón Sapropélico, ya que el tipo de materia orgánica es muy similar, pero la
diferencia es la cantidad, siendo mayor en el carbón. Mientras que el Oil-Shale de
Kerógeno tipo II (Marino), puede poseer diferencias en el tipo de moléculas que
hacen parte de la materia orgánica, pero en esencia los procesos que conducen a
la formación del Kerógeno durante la Diagénesis son los mismos, aunque el Oil-
Shale debe permanecer en un estado inmaduro. (Tissot and Welte, 1984)
En los primeros metros la materia orgánica recién depositada es sometida a
alteraciones microbianas y químicas, lo que puede cambiar es su composición.
Los Biopolímeros que las constituyen son degradados por parte de las bacterias,
generando de esta manera monómeros de Hidrocarburos. Los cuales son
utilizados para nutrir a las bacterias y el residuo sufre un proceso llamado
Policondensación. (Tissot and Welte, 1984)
La Policondensación son una serie de reacciones químicas que dan como
resultado la formación de un Polímero, mediante la unión sucesiva de monómeros.
A medida que aumenta el enterramiento y la temperatura, la mayoría del material
orgánico se vuelve más Insoluble, como resultado de la Policondensación. (Tissot
and Welte, 1984)
En esta etapa se han formado dos tipos de sustancias: Los Ácidos Húmicos y los
Ácidos Fúlvicos, los cuales son mezclas heterogéneas producto de esos procesos
de Policondensación e Insolubilización de la Materia Orgánica que había sufrido
Degradación Bioquímica. (Tissot and Welte, 1984)
Los Ácidos Húmicos son la fracción de la materia orgánica que es soluble en
medio Alcalino [Na(OH)] en insoluble en medio Ácido [HCL], mientras que los
ácidos Fúlvicos es la fracción de la materia orgánica que es soluble tanto en medio
Alcalino [Na(OH)] como en medio Ácido [HCL]. (Tissot and Welte, 1984)
22
Con un aumento aún mayor de la profundidad y la temperatura, el resultado de las
tres etapas (Degradación Bioquímica, Policondensación e Insolubilización) es un
Policondensado insoluble en Álcalis [Na(OH)] llamado Húmin, el cual posee una
estructura análoga a la del Kerógeno, pero se diferencia en que una fracción del
Húmin aún es Hidrolizable, pero con el aumento de la profundidad esa fracción
hidrolizable disminuye hasta que se forma por completo la Macromolécula llamada
Kerógeno. (Tissot and Welte, 1984)
En este punto, la diferencia clara es que el Oil-Shale normalmente se queda en la
etapa de Diagénesis, es decir en una etapa inmadura, mientras que el Carbón
Sapropélico, puede mantenerse en esa etapa o madurarse y ser una excelente
roca generadora, además el Oil-Shale puede originarse a partir de materia
orgánica marina o lacustre, y por lo tanto en el proceso de Carbonificación, en la
etapa final de la Diagénesis, la macromolécula (Kerógeno) que se forme de
ambientes lacustres va a ser similar, mientras que la del ambiente marino va a
tener más contenido de azufre dentro de su estructura y más contendido de anillos
aromáticos que los presentes en los ambientes lacustres. (Tissot and Welte, 1984)
4. ASPECTOS PETROLÓGICOS
A continuación se hace un análisis desde el punto de vista Petrológico de las
diferencias que tienen el Oil-Shale y el Carbón Sapropélico.
4.1 TIPOS DE MATERIA ORGÁNICA
4.1.1 MATERIA ORGÁNICA DEL OIL-SHALE
Como se logra apreciar en la FIGURA 13 la materia orgánica en forma de
Kerógeno que hace parte del Oil-Shale dentro del diagrama de Van Krevelen
pertenece solamente al Tipo I y Tipo II y no al Tipo III. (Tissot and Welte, 1984)
Esto quiere decir que los Oil-Shale solamente se forman en ambientes Lacustres o
Marinos debido al tipo de materia orgánica que en ellos se deposita, ya que la
materia orgánica derivada de Plantas superiores, es más propensa a formar Shale
Carbonoso el cual posee mayor generación de Gas y no Petróleo como si ocurren
en el caso del Oil-Shale. (Tissot and Welte, 1984)
23
FIGURA 13: Diagrama de Van Krevelen donde se muestra que los Oil-Shale solamente
tienen Kerógeno tipo I y tipo II. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
Dentro de los diferentes constituyentes del Oil-Shale, las Algas (Ver FIGURA 14)
son unas de las más importantes debido a su gran enriquecimiento de Lípidos, los
cuales son substancias grasosas precursoras del Petróleo.
Otro tipo de materia orgánica importante en la formación del Oil-Shale es el
Fitoplancton (Ver FIGURA 15) el cual es el conjunto de organismos autótrofos del
Plancton, es decir que son capaces de generar su propio alimento mediante la
Fotosíntesis y además viven dispersos en el agua, dejándose llevar por esta.
24
FIGURA 14: Diagrama donde se muestran ejemplos de Algas marinas hacia la parte
izquierda y Algas Lacustres en la parte derecha de la imagen. (Tomado de
http://www.aquaticscape.com/articles/algae/hairalgae1.jpg)
FIGURA 15: Ejemplos de Fitoplancton. Nótese la gran cantidad de organismos
que componen este grupo de seres vivos. (Tomado de
http://vdmuriel9.files.wordpress.com/2011/08/img-101.jpg)
25
4.1.2 MATERIA ORGÁNICA DEL CARBÓN SAPROPÉLICO
TORBANITE
La Torbanita (También llamada Boghead) se puede formar a partir del Alga,
Botryococcus, la cual es muy importante ya que incluso en su estado de vida,
posee gran cantidad de Lípidos e incluso es capaz de generar Hidrocarburos
naturales tal y como se logra apreciar en la FIGURA 16 donde se muestra un
ejemplar actual de Botryococcus branuii la cual es un análogo moderno de los
Botryococcus que forman las Torbanitas.
FIGURA 16: Ejemplos actuales de Botryococcus Branuii, el cual posee tal cantidad de
Lípidos que incluso es capaz de sintetizar Hidrocarburos Líquidos en forma de gotas,
como se aprecia en la imagen. (Tomado de http://newenergyandfuel.com/wp-
content/uploads/2010/03/Botryococcus-braunii.jpg)
CANNEL COAL
Las CERAS presentes en las hojas de las plantas son mezclas complejas de
acilglicéridos (Acyl-Lípidos) de cadena larga, que las vuelve extremadamente
Hidrofóbicas, es decir que son muy insolubles en agua, razón por la cual las
Plantas las utilizan para recubrir sus hojas y de esta manera lograr
impermeabilizarlas. (Ver FIGURA 17)
26
FIGURA 17: Foto donde se muestra la naturaleza impermeable de las hojas a causa de
las Ceras que las recubren, haciéndolas de esta manera impermeables. (Tomado de
http://fichas.infojardin.com/foto-trepadoras/hoya-carnosa-flores.jpg)
La CUTÍCULA es una membrana formada por Lípidos que segrega la hoja, cuya
función es la de protegerla contra la desecación. La cutícula constituye la parte
externa de la epidermis de las Hojas de las plantas (Ver FIGURA 18), siendo más
delgada en plantas acuáticas y logrando adquirir considerables espesores en las
Plantas Superiores.
FIGURA 18: Vista en microscopio de una sección de la parte más superficial de la Hoja
de una Planta. Nótese que la Cutícula es la parte más exterior de este perfil, sirviendo de
protección al estar constituida de Lípidos. (Tomado de
http://imperiodelaciencia.files.wordpress.com/2012/05/figura5_5.jpg)
Las ESPORAS son empleadas por las Plantas para reproducirse debido a su
facilidad de dispersión con las corrientes de aire. Las esporas producen nuevos
organismos al dividirse por Mitosis produciendo un gameto unicelular. (Ver
FIGURA 19)
27
FIGURA 19: En la imagen se muestran esporas que se desarrollan en las hojas de las
Plantas con el fin de ser arrastradas por el viento y de esta manera garantizar su
reproducción. (Tomado de http://www.ecometta.org/images/p042_0_01_02.jpg)
4.2 MACERALES PRESENTES
4.2.1 MACERALES DEL OIL-SHALE
Los Oil-Shale como se muestra en la FIGURA 20 se pueden clasificar según su
ambiente de depositación y tipo de Macerales en seis principales categorías:
Marinita, Tasmanita, Kukersita, Torbanita (También llamada Boghead), Lamosita y
Cannel Coal (Hutton, 1987). Nótese que esta clasificación fue pensada más en el
tipo de materia orgánica y con un enfoque más desde el punto de vista comercial y
no de una netamente científica, ya que el Carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel
Coal) se encuentra incluido en esta clasificación a pesar de que sus contenidos de
materia orgánica son mucho mayores que los presentes en los otros tipos de Oil-
Shale mostrados en la clasificación.
Los Oil-Shale de ambiente Lacustre son formados por materia orgánica rica en
Lípidos, la cual en el caso del Cannel Coal se deriva de Resinas, Esporas, Ceras y
Cutículas de las plantas que rodean el Lago y son transportados por el viento.
Además, en los lagos se depositan muchos Lípidos derivados de Algas, Acritarcos
(Organismos unicelulares de origen dudoso) y también dinoflagelados. (Hutton,
1987).
Para el estudio de estas rocas, se han adaptado varios términos de la petrografía
del carbón para el estudio del Oil-Shale:
28
TELALGINITA: Se refiere a la materia orgánica derivada de Algas grandes
coloniales o de Algas Unicelulares, típicamente generado por el Alga
Botryococcus. (Brilla de color amarillo o naranja en luz fluorescente)
LAMALGINITA: Se refiere a Algas coloniales de pared delgada, o Algas
unicelulares que ocurren a manera de láminas con pocas o no reconocibles
estructuras biológicas. (Brilla de color amarillo o naranja en luz fluorescente)
BITUMINITA: Son estructuras amorfas en las cuales no se puede reconocer
estructuras biológicas, fluorecen muy poco (gris o negro). Se presentan a manera
de matriz orgánica irreconocible (Groundmass) y pueden estar rodeadas por fino
material mineral.
FIGURA 20: Clasificación de los Oil-Shale según su ambiente. Nótese que los
Carbones Sapropélicos (Torbanite y Cannel Coal) también hacen parte de esta
clasificación, pero esto se hace porque poseen grandes contenidos de materia
orgánica que desde un punto de vista comercial cuando no se han madurado lo
suficiente se pueden considerar como “Oil-Shale” a pesar de no ser como tal uno,
ya que su contenido de materia orgánica es mucho mayor al 50% por eso se
denominan carbones. (Tomado de Hutton, 1987)
29
La Vitrinita e Inertinita son menos abundantes en el Oil-Shale, ya que proceden de
material Húmico derivado de Plantas Superiores, aunque si se presentan, lo hacen
con reflectancia moderada a alta y baja fluorescencia.
Hutton, 1987 reconoció seis clases diferentes de Oil-Shale, de las cuales las más
abundantes y que forman los depósitos más grandes en el mundo son las
Marinitas (Oil-Shale Marino) y las Lamositas (Oil-Shale Lacustre).
LAMOSITA
La Lamosita es un Oil-Shale de tonalidad pálida, gris-marrón, gris oscuro o negro;
en el cual el mayor constituyente orgánico es la Lamalginita derivada de Algas
Planctónicas Lacustres. Aunque puede tener componentes menores de Vitrinita,
Inertinita, Telalginita y Bitumen. Los depósitos de Oil-Shale Cenozoicos de la
formación Green River en el Oeste de los Estados Unidos y un número de
Depósitos lacustres del Este de Queensland, Australia son Lamositas. (Hutton,
1987)
MARINITA
La Marinita es un Oil-Shale de color gris, gris oscuro o negro; en la cual el mayor
componente orgánico es Lamalginita y Bituminita derivada principalmente de
Fitoplancton Marino. La Marinita también puede contener pequeñas cantidades de
Bitumen, Telalginita y Vitrinita. Las Marinitas se depositan típicamente en mares
epicontinentales poco profundos en la parte más tranquila de la plataforma donde
la acción de las corrientes marinas es mínima. Los depósitos del Devónico-
Carbonífero del este de Estados Unidos son Marinitas. Este tipo de depósitos son
se caracterizan por tener una amplia distribución, logrando cubrir cientos o miles
de Kilómetros cuadrados, pero son relativamente delgados, teniendo menos de
100m de espesor. (Hutton, 1987)
CANNEL COAL
El Cannel Coal es un Oil-Shale de color marrón a negro que se encuentra
compuesto por Resinas, Esporas, Ceras y Cutículas derivadas de Plantas
Superiores. Su principal Maceral es la Esporinita, aunque puede tener variades
cantidades de Vitrinita e Inertinita. Este tipo de roca orgánica se origina en Lagos
Anóxicos rodeados por árboles que por acción del viento recibía un gran aporte de
estos materiales ricos en Lípidos procedentes de las Plantas. (Hutton, 1987)
TORBANITA (También llamada Boghead), TASMANITA Y KUKERSITA
Estos tres tipos de Oil-Shale reciben sus nombres dependiendo del tipo específico
de Alga a la cual se encuentran directamente relacionados:
30
Los nombres se deben a sitios Geográficos de importancia: El nombre
TORBANITE se debe a Torbane Hill en Escocia, el cual es un Shale negro cuya
materia orgánica está compuesta principalmente de Telalginita, derivada del Alga
Botryococcus rica en Lípidos que se depositó en ambientes lacustres. Aunque
puede contener pequeñas cantidades de Vitrinita e Inertinita. Este tipo de
depósitos son comúnmente pequeños, pero extremadamente buenos en calidad.
(Hutton, 1987)
La TASMANITA recibe su nombre de unos depósitos de Oil-Shale en Tasmania,
los cuales son de tonos marrones a negros. La materia orgánica se compone
principalmente de Telalginita derivada preferencialmente del Alga unicelular
Tasmanitid la cual es de origen Marino, aunque también se pueden presentar
menores contenidos de Vitrinita, Lamalginita e Inertinita. (Hutton, 1987)
La KUKERSITA toma su nombre del Señorío Kukruse cerca del pueblo de Kohtla-
Järve, Estonia. Estos Oil-Shale de origen marino, son de color marrón claro y su
principal componente orgánico es la Telalginita derivada del Alga verde
Gloeocapsomorpha Prisca. (Hutton, 1987)
IMÁGENES PETROGRÁFICAS OIL-SHALE
A continuación se muestran imágenes petrográficas de los principales Macerales
presentes en el Oil-Shale:
FIGURA 21: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una Lacosita
de Rundle, Australia; donde se
observa una gran cantidad de
Lamalginita (color naranja) y
en negro una matriz de tamaño
arcilla. (Tomado de Cook and
Sherwood, 1991)
31
FIGURA 22: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Torbanita donde se observa
una gran cantidad de
Telalginita (Relacionada al
Botryococcus) Se pueden
distinguir células de Algas
individuales. (Tomado de Cook
and Sherwood, 1991)
FIGURA 23: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una Lacosita
de la Fm. Green River donde
domina la Lamalginita (color
amarillo a naranja) (Tomado
de Cook and Sherwood, 1991)
FIGURA 24: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Marosita de la Fm. Kockatea
Shale, Australia donde se ve
Lamalginita derivada del
Acritarco Veryhachium (color
amarillo a naranja) En la parte
derecha se ve Bitosita con
Bituminita (gris claro) (Tomado
de Cook and Sherwood, 1991)
32
FIGURA 25: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Tasmanita de Alaska donde
domina la Telalginita derivada
del Alga Tasmanita (color
naranja) en una matriz de
Bituminita y minerales ambos
negros (Tomado de Cook and
Sherwood, 1991)
FIGURA 26: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Kukersita de Estonia, donde
domina la Telalginita derivada
de Gloeocapsomorpha (color
amarillo) y minerales de color
negro (Tomado de Cook and
Sherwood, 1991)
FIGURA 27: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Marosita de la formación
Muderon Shale, Australia
donde domina la Lamalginita
derivada de Dinoflegelados y
acritarcos (color amarillo) y
minerales de color negro
(Tomado de Cook and
Sherwood, 1991)
33
FIGURA 28: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Marobitosita de la Fm.
Toolebuc, Australia donde se
ve Lamalginita laminada
(color amarillo) También se
observa Bituminita (gris
claro) y matriz mineral negra
(Tomado de Cook and
Sherwood, 1991)
FIGURA 29: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Torbanita donde se aprecia
claramente Líptinita derivada
de Botryococcus que fluorece
de color amarillo y está
rodeado de groundmass
(Tomado de Peppers and
Harvey, 1997)
FIGURA 30: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Torbanita donde se aprecia
claramente Líptinita derivada
de Botryococcus que fluorece
de color amarillo y está
rodeado de groundmass
(Tomado de Peppers and
Harvey, 1997)
34
FIGURA 31: En la imagen se
aprecia una sección pulida en
luz fluorecente de una
Torbanita donde se aprecia
claramente Líptinita derivada
de Botryococcus que fluorece
de color amarillo y está
rodeado de groundmass
(Tomado de Peppers and
Harvey, 1997)
4.2.2 MACERALES DEL CARBÓN SAPROPÉLICO
Si se aprecia la FIGURA 32 se puede apreciar la composición maceral promedio
que se encuentra en la Torbanita (También llamada Boghead) y el Cannel Coal.
Nótese la abundancia de Alginita en la Torbanita, y la gran cantidad de
Groundmass en la mayoría del Cannel Coal excepto uno donde la Sporinita es el
mayor constituyente. (Han et al, 1997)
FIGURA 32: Tabla donde se muestra que el principal Maceral de la Torbanita es la
Alginita, mientras que el Groundmass es el mayor constituyente del Cannel Coal, excepto
en un caso donde la Esporinita es el mayor. (Tomado de Han et al, 1997)
35
La Torbanite y el Cannel Coal poseen valores muy bajos de Ceniza los cuales
varían entre un 3% a 15% (Hutton et al, 1996), lo cual es muy bajo en
comparación con otro tipo de rocas sedimentarias, las cuales poseen valores de
ceniza (contenido mineral) de un 80-60% para el Oil-Shale y más de 90% para la
mayoría de las rocas Generadoras normales.
Es por estos bajos contenidos de ceniza, es decir bajo contenido mineral, que la
Torbanite y el Cannel Coal, poseen valores por encima del 50% de materia
Orgánica, lo que significa que encajan dentro de la clasificación de Carbón
Sapropélico y no de Oil-Shale como normalmente se hace. (Hutton et al, 1996)
A continuación se muestran ejemplos de imágenes petrográficas con los
Macerales presentes en el carbón Sapropélico: Torbanita (También llamada
Boghead) y Cannel Coal.
FIGURA 33: Foto en luz reflejada, Luz
blanca con inmersión de aceite de una
Torbanita que muestra una
predominancia de la Alginita Reinschia.
Las partículas gris verdosas son
Vitrinita degradada (Tomado de Han et
al, 1997)
36
FIGURA 34: Foto en luz
reflejada, Luz Fluorescente con
inmersión de aceite de Alginita
concentrada nótese el color
amarillo de la Alginita. (Tomado
de Han et al, 1997)
FIGURA 35: Foto en luz
reflejada, Luz blanca con
inmersión de aceite de Vitrinita
degradada concentrada nótese
la alta reflectancia (Tomado de
Han et al, 1997)
37
FIGURA 36: Foto en luz reflejada, Luz
Fluorescente con inmersión de aceite de
una Torbanita donde se muestra una
predominancia de Reinschia, La cual es
una Alginita con buena preservación de
la estructura celular. (Tomado de Han et
al, 1997)
FIGURA 37: Foto en luz
reflejada, Luz Fluorescente con
inmersión de aceite de Alginita
concentrada nótese el color
amarillo de la Alginita. (Tomado
de Han et al, 1997)
38
FIGURA 38: Foto en luz
reflejada, Luz fluorescente con
inmersión de aceite de
Groundmass concentrado que
muestra una baja fluorescencia
(Tomado de Han et al, 1997)
FIGURA 39: Foto en luz reflejada, Luz
Fluorescente con inmersión de aceite
de un Cannel Coal que está dominado
por Lamalginita y en negro se aprecia
Groundmass (Tomado de Han et al,
1997)
39
FIGURA 40: Foto en luz reflejada,
Luz Fluorescente con inmersión
de aceite de Alginita concentrada
nótese el color amarillo de la
Alginita. (Tomado de Han et al,
1997)
FIGURA 41: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión
de aceite de Groundmass
concentrado que muestra una
baja fluorescencia (Tomado de
Han et al, 1997)
40
FIGURA 42: Foto en luz reflejada, Luz
Fluorescente con inmersión de aceite de
un Cannel Coal que está dominado por
Lamalginita y en negro se aprecia
Groundmass (Tomado de Han et al,
1997)
FIGURA 43: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado que muestra una
baja fluorescencia (Tomado de
Han et al, 1997)
41
FIGURA 44: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado que muestra una
baja fluorescencia (Tomado de
Han et al, 1997)
FIGURA 45: Foto en luz reflejada,
Luz Fluorescente con inmersión
de aceite de un Cannel Coal que
está dominado por Lamalginita y
en negro se aprecia Groundmass
(Tomado de Han et al, 1997)
42
FIGURA 46: Foto en luz reflejada, Luz
Blanca con inmersión de aceite de un
Cannel Coal que está dominado por
Lamalginita y Groundmass (Tomado de
Han et al, 1997)
FIGURA 47: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado que muestra una
baja fluorescencia (Tomado de
Han et al, 1997)
43
FIGURA 48: Foto en luz reflejada,
Luz Blanca con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado (Tomado de Han et
al, 1997)
FIGURA 49: Foto en luz reflejada, Luz
Fluorescente con inmersión de aceite
de un Cannel Coal que está dominado
por Lamalginita y en negro se aprecia
Groundmass (Tomado de Han et al,
1997)
44
FIGURA 50: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado que muestra una baja
fluorescencia (Tomado de Han et
al, 1997)
FIGURA 51: Foto en luz reflejada,
Luz fluorescente con inmersión de
aceite de Groundmass
concentrado que muestra una
baja fluorescencia (Tomado de
Han et al, 1997)
45
FIGURA 52: Foto en luz reflejada, Luz
Blanca con inmersión de aceite de un
Cannel Coal que está dominado por
Esporinita y también hay presencia de
Vitrinita de color gris y en Blanco
Inertinita. (Tomado de Han et al, 1997)
FIGURA 53: Foto en luz reflejada,
Luz Fluorescente con inmersión
de aceite de Esporinita
concentrada (Tomado de Han et
al, 1997)
46
FIGURA 54: Foto en luz reflejada,
Luz blanca con inmersión de
aceite de Vitrinita concentrada
nótese la alta reflectancia
(Tomado de Han et al, 1997)
4.3 GRADOS DE MADUREZ TERMAL QUE ALCANZAN
OIL-SHALE
Para que una roca sea de interés económico para la extracción de Petróleo a
partir de Oil-Shale es necesario que no alcance niveles altos de maduración termal
ya que se necesita mantener la mayor cantidad de Kerógeno en forma intacta para
que durante procesos de calentamiento artificial se produzca una desestabilización
de dicha macromolécula (Kerógeno) para que se produzca la expulsión del
petróleo al desprenderse las cadenas de Hidrocarburos. (Yen and Chilingarian,
1976); (Tissot and Welte, 1984); (Dyni, 2006)
Por lo tanto, si se quiere hacer una extracción de la mayor cantidad de Petróleo
posible de manera artificial, no es conveniente que la roca posea niveles altos de
maduración ya que el Kerógeno remanente no va a ser capaz de expulsar una
cantidad de petróleo lo suficientemente atractiva, en comparación con una roca
que aún se encuentre en etapas de Diagénesis. (Yen and Chilingarian, 1976);
(Tissot and Welte, 1984); (Dyni, 2006)
CARBÓN SAPROPÉLICO (TORBANITE Y CANNEL COAL)
Con esos valores excelentes de tipo y cantidad de Materia Orgánica los Carbones
Sapropélicos pueden ser considerados comercialmente desde dos puntos de vista,
el Convencional y el No Convencional.
47
De forma CONVENCIONAL un Carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel Coal)
tiene un gran interés ya que al poseer grandes cantidades de Materia Orgánica
cuyo contenido de Hidrógeno es muy bueno a causa de la gran presencia de
Lípidos que la conforman, de ser el caso que dicha roca sufra el proceso normal
de maduración al enterrarse y sufrir una desestabilización termal de la
macromolécula del Kerógeno, la cantidad de Hidrocarburos sería impresionante y
muy favorable económicamente. (Ver FIGURA 55). Por otro lado, como se logra
apreciar en la FIGURA 55, si al carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel Coal) se
le considera de una manera NO CONVENCIONAL, es decir; si se les trata desde
el punto de vista comercial como un “Oil-Shale”, se requiere que estas rocas no
sufran un gran proceso de madurez termal, ya que en los proyectos de este tipo se
requieren altos contenidos de Kerógeno sin madurar, para que luego se pueda
calentar y desestabilizar, con el fin de generar un desprendimiento masivo de
Hidrocarburos que son los constituyentes del Petróleo. (Yen and Chilingarian,
1976); (Tissot and Welte, 1984); (Dyni, 2006)
FIGURA 55: Esquema donde se muestran las dos posibilidades que tiene el carbón
Sapropélico de formar Petróleo: Una de manera natural al sufrir el proceso normal de
calentamiento a causa del enterramiento, y la otra es de manera artificial al presentarse
condiciones de Diagénesis, es decir cuando está inmaduro; para lo cual se requiere
calentar el Kerógeno de manera artificial, siendo tratado de esta manera como si fuera un
“Oil-Shale”.
48
5. ASPECTOS GEOQUÍMICOS
En la siguiente parte de este trabajo de investigación se procede a analizar desde
el punto de vista Geoquímico, cuáles son las diferencias que existen entre el
Carbón Sapropélico y el Oil-Shale.
5.1 TIPOS DE CADENAS ORGÁNICAS QUE LOS
CONSTITUYEN
5.1.1 CADENAS ORGÁNICAS DEL OIL-SHALE
PROTEINAS
Las Proteínas son polímeros altamente ordenados compuestos de muchos
aminoácidos individuales (Ver FIGURA 56) y constituyen la mayoría de los
compuestos nitrogenados de los organismos. Son de importancia en los procesos
de mineralización tales como la formación de conchas. Por otro lado en la
presencia de agua las proteínas pueden ser fracturadas en sus monómeros
individuales. A esto se le llama la Hidrólisis del enlace Péptido, el cual se da entre
el grupo amino (-NH2) de un aminoácido y el grupo carboxilo (-COOH) de otro
aminoácido, como puede observarse en la FIGURA 56. (Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 56: En la parte izquierda de la imagen se aprecia la Hidrólisis del enlace Péptido
(entre el grupo amino y el carboxilo de dos aminoácidos). En la parte derecha se aprecian
distintos ejemplos de Proteínas. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
49
LIPIDOS
Los Lípidos abarcan una gran cantidad de sustancias grasosas que son insolubles
en agua; tales como la grasa animal, los aceites vegetales y las ceras como las
que recubren las hojas. Naturalmente se presentan a manera de mezclas de
varios triglicéridos como el que se muestra en la FIGURA 57. Además, estas
sustancias pueden formar ácidos grasos que normalmente tienen entre 16 y 18
átomos de carbono, formando de esta manera al ácido Palmitico y Estearico
respectivamente (Ver FIGURA 58) (Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 57: Esquema de la móleculas del Triglicérido, la cual es uno de los Lípidos más
comunes, y al hacerse mezclas de estos se forman gran parte de los Biopolímeros de los
seres vivos. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 58: Esquemas de las moléculas más comunes de los ácidos grasos de 16 y 18
carbonos, los cuales son comunes constituyentes de la materia orgánica del Oil-Shale.
(Tomado de Tissot and Welte, 1984)
50
Como se aprecia en la FIGURA 59 los Lípidos también se presentan en los
organismos a manera de ácidos insaturados los cuales son cadenas de n-alcanos
que pueden poseer gran cantidad de átomos de carbono, normalmente unidos con
enlaces simples, pero pueden poseer dobles enlaces y llegar a ser muy largos.
(Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 59: Moléculas de Ácidos insaturados, los cuales son Lípidos que
normalmente son constituyentes de los organismos. Nótese la gran cantidad de
átomos de carbono que pueden llegar a poseer. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
51
5.1.2 CADENAS ORGÁNICAS DEL CARBÓN SAPROPÉLICO
TORBANITE
Las cadenas orgánicas del Torbanite son las mismas que la mayoría del Oil-Shale, ya que
las Algas y el Fitoplancton poseen una gran cantidad de grasas naturales llamada lípidos,
las cuales poseen las mismas estructuras químicas que las mostradas para el Oil-Shale
en la FIGURA 57, FIGURA 58 y en la FIGURA 59. (Tissot and Welte, 1984)
CANNEL COAL
El Cannel Coal es un tipo de Carbón Sapropélico que se desarrolla a causa de un
gran aporte de Resinas, Esporas, Cutículas y Ceras de las Plantas Superiores que
son arrastradas por el viento y terminan depositándose en el fondo Anóxico de un
Lago. Estas partes de las Plantas se encuentran enriquecidas en aceites
vegetales, es decir Lípidos de un grado de complejidad mucho mayor que el
encontrado en Las Algas o el Fitoplancton, tal y como se logra apreciar desde la
FIGURA 60 hasta la FIGURA 63 este tipo de Lípidos posee gran variedad de
aparición, teniendo dentro de su estructura enlaces de carbono simples, dobles y
presencia de Ciclo-alcanos. (Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 60: En la imagen se muestra la estructura moléculas del Beta-Caroteno, el cual
es un tipo de Lípido presente en las Plantas Superiores que sirve como pigmento que les
da coloración. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
52
FIGURA 61: En la imagen se aprecian diferentes ejemplos de Monoterpenos, los cuales
son moléculas pertenecientes al grupo de los Lípidos. Estas moléculas compuestas por
ciclo-alcanos y enlaces simples, hacen normalmente parte los aceites esenciales de las
Plantas superiores. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
53
FIGURA 62: Esquema donde se muestra la estructura molecular de una clase de Lípidos
llamados sesquiterpenos, los cuales son unos isoprenoides típicos de las Pantas
Superiores. (Tomado de Tissot and Welte, 1984)
FIGURA 63: Ejemplos de Diterpenoides (a) aciclico, b) diciclico, c) tricíclico. Los cuales
son un tipo de Lípidos complejos presentes en las plantas superioresl los cuales se
presentan a manera de anillos, por lo tanto son ciclo-alcanos. (Tomado de Tissot and
Welte, 1984)
54
5.2 EVOLUCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA
Tal y como logra apreciarse en la FIGURA 64 la materia orgánica, presenta 4 tipos
de Biopolímeros principales: Proteínas, Lípidos, Carbohidratos y Ligninas. Siendo
los Lípidos los de mayor importancia para el Oil-Shale y el Carbón Sapropélico.
(Tissot and Welte, 1984)
Estos Biopolímeros altamente organizados, al ser depositados en los sedimentos,
sufren un gran ataque por parte de las bacterias del fondo oceánico, las cuales los
degradan para alimentarse, para lo cual tienen que descomponerlos en moléculas
más pequeñas y fáciles de digerir, a excepción de los Lípidos que resultan muy
difíciles de descomponer por las bacterias, lo que causa su enriquecimiento
preferencial en los sedimentos, al ser dejados a un lado por parte de las bacterias.
(Tissot and Welte, 1984)
Luego de crearse esa gran cantidad de moléculas más pequeñas que no fueron
empleadas por las bacterias, se da un proceso llamado Policondensación (Ver
FIGURA 64) en el cual se busca obtener un equilibrio del sistema. Esta etapa
consiste en la unión de esos fragmentos que fueron separados de forma aleatoria
hasta lograr formar hacia el final de la Diagénesis una macromolécula compuesta
por la unión de todas esas moléculas menores, la cual se termina conociendo
como Kerógeno. Esta Macromolécula, presenta una gran cantidad de cadenas de
Hidrocarburos como se muestra en la FIGURA 65, y se presenta a manera de una
red tridimensional dentro de los sedimentos. (Tissot and Welte, 1984)
Si se continúa calentando la roca con alto contenido de materia orgánica (Oil-
Shale o Carbón Sapropélico) a causa del enterramiento, se produce una nueva
etapa de desequilibrio en el sistema, la cual se conoce como Catagénesis (Ver
FIGURA 64), es decir; la etapa principal de generación de Petróleo a partir del
desprendimiento de moléculas de Hidrocarburos del Kerógeno. (Tissot and Welte,
1984)
Acompañando al Petróleo formado a partir del Kerógeno, pueden estar otro tipo de
Hidrocarburos llamados Biomarcadores (Ver FIGURA 64), los cuales son
moléculas fósiles que casi no sufrieron alteración desde su momento de
depositación y pueden ser relacionadas con organismos actuales que las
sintetizan como parte de su estructura. (Tissot and Welte, 1984)
55
FIGURA 64: Diagrama donde se muestran los procesos que sufre la materia orgánica
durante su evolución en la etapa de la Diagénesis desde la temprana hasta llegar a la
tardía. Nótese que la materia orgánica termina en forma de una Macromolécula muy
compleja llamada Kerógeno o en forma de Fósiles Geoquímicos (Biomarcadores).
(Tomado de Tissot and Welte, 1984)
56
FIGURA 65: Modelo de la estructura de la Macromolécula del Kerógeno compuesta por
gran cantidad de cadenas alifáticas, anillos aromáticos, resinas y asfaltenos (Tomado de
Behar and Vandenbroucke, 1987)
Cuando la roca con alto contenido de materia orgánica (Oil-Shale o Carbón
Sapropélico) se calienta aún más, sufre un proceso de rompimiento masivo de los
enlaces carbono-carbono de los hidrocarburos, generando de esta manera Metano
(el Hidrocarburo más sencillo). A este proceso se le conoce como Cracking y
ocurre como parte de la etapa conocida como Metagénesis (Ver FIGURA 66), y
afecta tanto al Kerógeno que aún no ha sido transformado en Hidrocarburos, como
al Petróleo que ya se generó pero que aún no había alcanzado a salir de la roca
generadora. (Tissot and Welte, 1984)
Hacia el final de la Metagénesis todos los Hidrocarburos de mayor interés
económico terminan siendo destruidos a causa del Cracking, quedando de esta
manera una gran cantidad de carbono orgánico muy empobrecido en Hidrógeno y
Oxígeno. (Tissot and Welte, 1984)
57
FIGURA 66: Diagrama donde se ilustra el camino que sufre la materia orgánica durante
las etapas de Diagénesis, Catagénesis y Metagénesis. (Tomado de Tissot and Welte,
1984)
58
El Carbono Orgánico remanente de la etapa de Metagénesis termina luego
entrando al campo del Metamorfismo de bajo grado, sufriendo un gran
reordenamiento, hasta llegar a estabilizarse en forma de Grafito. El cual alcanza
grandes campos de estabilidad dentro de la corteza terrestre. Este grafito, puede
incluso alcanzar condiciones de Metamorfismo de muy alto grado como ocurre en
las zonas de Subducción, siendo posible de esta mansera que el carbono orgánico
derivado de los restos de plantas depositadas, pueda llegar a ser parte de unas
Eclogitas a manera de Diamantes tal y como se puede observar en la FIGURA 67,
donde se muestra que las zonas de Subducción pueden entrar dentro de la zona
de estabilidad del Diamante y si hay Grafito de origen orgánico, puede sufrir un
alto reordenamiento a causa de la presión y la temperatura, hasta llegar a ser un
diamante dentro de una Eclogita, como ya se ha reportado en numerosas
ocasiones. (Stachel and Harris, 2007)
FIGURA 67: Diagrama donde se relaciona la manera en que el carbono orgánico
puede pasar desde el campo del metamorfismo donde se presenta a manera de
Grafito, hasta llegar en zonas de subducción a alcanzar la zona de estabilidad del
Diamante, los cuales se pueden formar en Eclogitas (Tomado de Stachel and
Harris, 2007)
59
5.3 CANTIDAD DE CARBONO ORGÁNICO TOTAL Y TIPO DE
ROCAS ORGÁNICAS
Tal y como logra apreciarse en la FIGURA 68 según el tipo de Kerógeno y la
cantidad de carbono orgánico total que tenga la roca, se pueden generar
diferentes tipos de rocas orgánicas, en donde los equivalentes de cada una están
controlados según la cantidad de %TOC.
Al hacer un análisis solamente de las rocas generadas si el Kerógeno es de tipo I
y tipo II es posible analizar y contrastar la diferencia entre el Oil-Shale y el Carbón
Sapropélico en base a su contenido de Carbono Orgánico Total (%TOC) ya que el
Oil-Shale tiene más del 10%TOC pero no alcanza a tener valores tan altos como
un Carbón Sapropélico, el cual posee valores por encima del 50% de TOC. (Ver
FIGURA 68)
Además el Carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel Coal) posee valores de ceniza
entre 3-15%, lo cual quiere decir que su contenido de material mineral es muy
bajo, siendo casi en su totalidad materia orgánica, lo cual hace que sobrepasen el
50% de materia orgánica, dándoles de esta forma el nombre de Carbones, pero de
tipo Sapropélico.
FIGURA 68: Cuadro comparativo donde se muestra la relación entre los tipos de
Kerógenos y las rocas que se forman según el contenido y tipo de materia
orgánica que las compone.
SHALE CARBONOSO
(>10% de Materia Orgánica)
OIL-SHALE
(>10% de Materia Orgánica)
OIL-SHALE
(>10% de Materia Orgánica)
CARBÓN HÚMICO
(>50% de Materia Orgánica)
CARBÓN SAPROPÉLICO
(>50% de Materia Orgánica)
KERÓGENO TIPO III KERÓGENO TIPO II KERÓGENO TIPO I
ROCAS ORGÁNICAS
SHALE (NO GENERADOR
DE PETRÓLEO)
SHALE (ROCA
GENERADORA)
SHALE (ROCA
GENERADORA)
60
Como se aprecia en la FIGURA 69 dependiendo del contenido de materia
orgánica se pueden clasificar los tipos de rocas orgánicas que poseen Kerógeno
Tipo I, comenzando con los diferentes %TOC que pueden tener los Shale
comenzado por valores menores a 0.5% lo que las hace prácticamente inútiles
como rocas generadoras, pero si el contenido de materia orgánica alcanza valores
por encima del 50% como ocurre con la Torbanita y en Cannel Coal, se trata
entonces de un Carbón Sapropélico.
FIGURA 69: Tabla comparativa entre el %TOC y los tipos de rocas orgánicas que
se generan para el Kerógeno tipo I.
>10% Oil-Shale
>50% Carbón Sapropélico
1.0-2.0% Justo
2.0-4.0% Buena
4.0-10% Excelente
% TOCROCA
GENERADORA
<0.5% Muy pobre
0.5-1.0% Pobre
61
6. PRESENCIA EN COLOMBIA
6.1 CUENCAS CON POTENCIAL EN COLOMBIA
Como se logra apreciar desde la FIGURA 70 hasta FIGURA 74 Colombia posee
varias cuencas con la presencia de los dos Eventos Anóxicos Oceánicos (OAE)
depositadas tanto en el OAE del Aptiano-Albiano (115-105Ma) como en el OAE
del Cenomaniano-Turoniano (100-85Ma). Dentro de estas cuencas se encuentran
El Valle Medio del Magdalena, Cordillera Oriental, el Valle Superior del
Magdalena, Caguán Putumayo y Catatumbo. En donde las rocas del evento
Cenomaniano-Turoniano poseen un mayor interés ya que son análogas a la
Formación la Luna la cual es una de las rocas Generadoras más importantes de
petróleo tanto en Colombia como en Venezuela. (Schlanger and Jenkyns, 1976);
(Sarmiento, 2011)
FIGURA 70: Esquema donde se muestra que las Cuencas del Valle Medio del Magdalena
y Cordillera Oriental poseen el potencial para formar yacimientos de Oil-Shale ya que
presentan varias Formaciones que se depositaron durante los Eventos Anóxicos
Oceánicos (OAE) del Cretácico. (Tomado de Sarmiento, 2011)
62
FIGURA 71: Esquema donde se muestra que la cuenca del Valle Superior del Magdalena
posee formaciones con potencial para la presencia yacimientos de Oil-Shale ya que
presenta formaciones depositadas durante los dos Eventos Anóxicos Oceánicos (OAE)
del Cretácico. (Tomado de Roncancio and Martinez, 2011)
FIGURA 72: Diagrama donde se muestra la presencia del Evento Anóxico Oceánico del
Cenomaniano-Turoniano en la Cuenca Caguán-Putumayo. (Tomado de Montenegro and
Barragán, 2011)
63
FIGURA 73: Diagrama que muestra el OAE del Cenomaniano-Turoniano en la Cuenca
del Catatumbo y la correlación lateral de estas unidades hacia la Cuenca del Lago de
Maracaibo lo cual hace interesante estas cuenca como posible productora de Oil-Shale.
(Tomado de Pedraza and Ramírez, 2011)
FIGURA 74: Diagrama donde se muestra la relación entre los Eventos Oceánicos
Anóxicos y las secuencias sedimentarias de las cuencas de Cesar-Ranchería y Valle
Medio del Magdalena. (Tomado de Mesa and Rengifo, 2011)
64
6.2 FORMACIONES POTENCIALMENTE PRODUCTORAS
Los Eventos Oceánicos Anóxicos reúnen las mejores condiciones para la
acumulación y preservación de la materia Orgánica debido a su facilidad para
poseer Columnas de agua estratificadas que conducen a la formación de fondos
anóxicos, Alta productividad de materia orgánica derivada de la gran cantidad de
nutrientes y las bajas tazas de sedimentación que se presentan.
Es por esto que para escoger un proyecto económicamente viable es necesario
“jugar a lo seguro”, por lo tanto es mejor empezar determinando las formaciones
con mejor potencial para poseer una distribución areal considerable y de buena
cantidad y calidad de carbono orgánico en el territorio Colombiano, siendo la
Formación la Luna y sus análogas del Evento Oceánico Anóxico (OAE) del
Cenomaniano-Turoniano las más interesantes, aunque las rocas que se
depositaron en el otro evento OAE del Aptiano-Albiano también son buenas
candidatas para este tipo de proyectos de extracción de Hidrocarburos no
Convencionales.
6.2.1 CUENCA DEL VALLE MEDIO DEL MAGDALENA
FORMACIÓN LA LUNA
Teniendo en cuenta que esta formación se depositó hace 90Ma durante el Evento
Oceánico Anóxico (AOE) del Cenomaniano-Turoniano (100-85Ma) no es de
extrañarse que esté ampliamente distribuida y conocida por ser la roca generadora
de varias cuencas tanto en Colombia como en Venezuela posea Calizas y
Lodolitas con excelentes características de rocas generadoras efectivas, ya que
poseen valores altos de carbono orgánico total (TOC) que en promedio es de 4% y
poseen un Kerógeno tipo II el cual desde el punto de vista comercial puede que no
sea tan bueno como el Kerógeno tipo I de un lago pero de todas formas es capaz
de servir como formador de un yacimiento de Oil-Shale. (Schlanger and Jenkyns,
1976); (Sarmiento, 2011)
FORMACIONES PAJA Y TABLAZO
El Evento Anóxico Oceánico (OAE) del Aptiano-Albiano (115-105Ma) coincide con
las edades de depositación de la parte superior de la Formación Paja (115Ma) y la
Formación Tablazo (112Ma) las cuales están constituidas por Calizas, Lodolitas, y
Lodolitas calcáreas, cuyas propiedades son bastante favorables como rocas
generadoras debido a su alto contenido de TOC y Kerógeno tipo II. (Schlanger and
Jenkyns, 1976); (Sarmiento, 2011)
65
6.2.2 CUENCA DEL VALLE SUPERIOR DEL MAGDALENA
GRUPO VILLETAS Y FORMACIÓN CABALLOS
En la cuenca del VSM las principales rocas generadoras y que también poseen el
mejor potencial para formar yacimientos de Oil-Shale son las Calizas y Lodolitas
del Grupo Villeta del Albiano-Coniaciano el cual coincide en su depositación con
los Eventos Oceánicos Anóxicos (OAE) del Cretácico. Este grupo se encuentra
conformado de base a techo por las formaciones Tetuán, Bambucá y La Luna las
cuales poseen un alto contenido de TOC y un Kerógeno tipo II. Por otro lado, las
Lodolitas de la Formación Caballos del Albiano son unas rocas de menor
importancia como rocas generadoras aunque podrían tener algún potencial.
(Schlanger and Jenkyns, 1976); (Roncancio and Martínez, 2011)
6.2.3 CUENCA DE LA CORDILLERA ORIENTAL
FORMACIÓN CHIPAQUE
La sucesión de Lodolitas y Calizas que forman la Formación Chipaque fueron
depositadas durante el Evento Anóxico Oceánico del Cenomaniano-Turoniano
(100-85Ma) y son temporalmente equivalentes a la formación la Luna pero en la
cuenca de la Cordillera Oriental, en donde esta formación constituye la mayor roca
generadora de dicha cuenca, al poseer materia orgánica de origen marino lo que
se traduce en un Kerógeno Tipo II y valores de TOC por encima del 2% en
promedio por lo que su potencial para formar yacimientos económicamente
atractivos de Oil-Shale resulta factible. (Schlanger and Jenkyns, 1976);
(Sarmiento, 2011)
6.2.4 CUENCA CAGUÁN-PUTUMAYO
GRUPO VILLETAS Y FORMACIÓN CABALLOS
Estas formaciones se encuentran continuando lateralmente desde la zona de la
cuenca del Valle Superior del Magdalena y representan las principales rocas
generadoras de la zona. Las Calizas y Lodolitas del Grupo Villeta del Albiano-
Coniaciano el cual coincide en su depositación con los Eventos Oceánicos
Anóxicos (OAE) del Cretácico se encuentra conformado de base a techo por las
formaciones Tetuán, Bambucá y La Luna las cuales poseen un alto contenido de
TOC y un Kerógeno tipo II. Por otro lado, las Lodolitas de la Formación Caballos
del Albiano son unas rocas de menor importancia como rocas generadoras
aunque podrían tener algún potencial para Oil-Shale. (Schlanger and Jenkyns,
1976); (Montenegro and Barragán, 2011)
66
6.2.5 CUENCA DEL CATATUMBO
FORMACIONES LA LUNA Y CAPACHO
En la cuenca del Catatumbo se da la continuación lateral de las unidades
pertenecientes a la Cuenca del Lago de Maracaibo ubicada en territorio
Venezolano. Estas formaciones presentan un buen potencial como yacimientos de
Oil-Shale ya que fueron depositadas durante el Evento Oceánico Anóxico (AOE)
del Cenomaniano-Turoniano (100-85Ma) dando como resultado unas Calizas
oscuras interestratificadas con láminas de Black Shale siendo de esta manera las
principales rocas generadoras de la Cuenca. En esta zona la Formación la Luna
se correlaciona hacia Venezuela, mientras que la Formación Capacho se conoce
con el nombre de la Formación Maraca en la zona de la cuenca del Lago de
Maracaibo. (Schlanger and Jenkyns, 1976); (Pedraza and Ramírez, 2011)
6.2.6 CUENCA DE CESAR-RANCHERÍA
FORMACIÓN LAGUNITAS
Hace parte de la secuencia cretácica de Shales y Calizas depositadas en el
Evento Anóxico Oceánico (OAE) del Aptiano-Albiano (115-105Ma)
correspondiendo lateralmente con la formación Tablazo en la Cuenca del Valle
Medio del Magdalena. Esta Formación posee un Kerógeno Tipo II debido a su
ambiente de depositación marino y alto contenido de TOC por lo que su posible
interés para extraer Oil-Shale es interesante. (Schlanger and Jenkyns, 1976);
(Mesa and Rengifo, 2011)
FORMACIONES AGUAS BLANCAS Y LA LUNA
Estas formaciones se depositaron durante el Evento Anóxico Oceánico del
Cenomaniano-Turoniano (100-85Ma) y desde el punto de vista comercial poseen
el mayor interés para la explotación de Oil-Shale ya que por haber sido
depositadas en un ambiente marino están compuestas por un Kerógeno tipo II y
poseen altos valores de TOC. (Schlanger and Jenkyns, 1976); (Mesa and Rengifo,
2011)
67
7. EXTRACCIÓN DEL OIL-SHALE
7.1SHELL IN SITU CONVERSION PROCESS (ICP)
El proceso de Combustión in situ patentado por la empresa Shell aparenta ser la
mejor opción para extraer el petróleo atrapado en el Oil-Shale. Este método
resulta ser muy provechoso debido a la calidad de crudos que genera ya que solo
extrae las fracciones más livianas mientras que las moléculas más pesadas y de
menor calidad como las resinas y asfaltenos terminan quedándose en
profundidad, esto sin necesidad de extraer a superficie el Oil-Shale para luego
hacerle Pirolisis lo cual como se aprecia en la FIGURA 75 no genera crudos de
buena calidad y en cambio sí causa grandes impactos ambientales debido a la
necesidad de extraer el material con técnicas de minería a cielo abierto. (Brandt,
2008); (Allix et al, 2011)
FIGURA 75: Gráfica que compara la calidad de los crudos generados con el proceso de
combustión in situ y la pirolisis en superficie. Nótese que el punto rojo represente el crudo
generado por la pirolisis, mientras que con el proceso patentado por Shell las fracciones
más pesadas se quedan dentro de la roca y solo se extraen crudos de buena calidad.
(Tomado de Allix et al, 2011)
Pero este proceso a diferencia de las técnicas normales de extracción de petróleo
requiere una serie de procesos complejos nunca antes vistos por la industria. Ya
que se debe hacer inicialmente un congelamiento del terreno (Ver FIGURA 76),
perforando pozos por los cuales se hace circular un líquido a -40°C para crear una
capa de Hielo que evite la salida del petróleo una vez iniciada la producción.
(Brandt, 2008); (Allix et al, 2011)
68
FIGURA 76: Proceso de perforación de pozos de congelamiento para generar áreas
aisladas que eviten el escape del petróleo generado y la infiltración de agua meteórica
dentro del área de extracción. (Tomado de Allix et al, 2011)
Para poder extraer los Hidrocarburos presentes es la roca es necesario
desestabilizar el Kerógeno presente en los sedimentos con el fin de que se
desprendan de dicha macromolécula las fracciones de interés que van a formar el
Petróleo (Ver FIGURA 77). Para ello se debe calentar lentamente la roca durante
un periodo de unos dos años, lo cual se realiza con unos calentadores eléctricos
que transmiten lentamente el calor al Shale para que se dé la desestabilización de
dicho Kerógeno y la eventual expulsión de los Hidrocarburos. (Brandt, 2008); (Allix
et al, 2011)
Este proceso de extracción aún dista de ser utilizado a gran escala pero es posible
que en unos pocos años se comiencen a hacer perforaciones comerciales de esta
técnica de extracción ya que el proceso normal de extraer en superficie con
métodos de minería no muestra un gran potencial, debido a la mala calidad de los
crudos que se terminan generando a partir de este proceso, en comparación con
los crudos que se pueden extraer de un proceso de conversión in situ. (Brandt,
2008); (Allix et al, 2011)
69
FIGURA 77: En la parte derecha de la imagen se muestra un bloque diagrama de la
pared de hielo creada por los pozos de congelamiento. Nótese que en la parte interna de
la pared la roca no se encuentra congelada y es allí donde ocurre el calentamiento. En la
parte izquierda se aprecia el lento proceso de extracción del petróleo atrapado en el Oil-
Shale mediante el calentamiento de la roca por unos dos años con el fin de desestabilizar
el Kerógeno y extraer el petróleo por los pozos productores. (Tomado de
http://www.centerwest.org/publications/oilshale/4getitright/1leases.php)
70
8. CONCLUSIONES
El consenso en la Literatura es que no hay un único camino para la formación de
rocas con alto contenido de materia orgánica (Como el Oil-Shale y el Carbón
Sapropélico) sino que de hecho hay muchas maneras para que ocurra un
enriquecimiento de carbono orgánico en los sedimentos. Por lo tanto, ningún
modelo puede basarse en un solo factor sino en el análisis de la interacción de
estos tres factores.
Desde un punto de vista del ambiente de depositación una roca orgánica se da
cuando tres variables logran juntarse y actuar de manera efectiva: La
Productividad de Materia Orgánica, Las condiciones de Preservación (Anoxia) y la
presencia de una baja dilución de la Materia orgánica cuando se dan bajas tazas
de sedimentación.
Si se tienen altas tazas de Bioproductividad posiblemente causadas por el aporte
masivo de nutrientes, a medida que la materia orgánica cae al fondo y se
descompone se producen reacciones de oxidación que consumen Oxígeno. Esto
causa que bajen los niveles de O2 en el fondo del cuerpo de agua, lo cual sirve
para preservar la nueva materia orgánica que siga llegando después.
Las condiciones de bajo contenido de O2 pueden o no mantenerse, esto va a
depender de la taza de resuministro de Oxígeno al fondo del cuerpo de agua, lo
cual va a estar controlado por el patrón de circulación del agua, ya que esta puede
estar estratificada por miles de años. Pero si ocurre algún fenómeno que logre
alterar dramáticamente la tranquilidad del fondo, es decir propiciándole turbulencia
al sistema, se puede presentar un rompimiento del equilibrio tenido hasta ese
momento, causando que el enriquecimiento de materia orgánica no sea el
suficiente como para formar un Carbón Sapropélico sino un Oil-Shale.
La Anoxia se puede generar por dos causas: La primera es por los patrones de
circulación del cuerpo de agua los cuales no son turbulentos sino muy tranquilos,
permitiendo de esta manera la formación de una columna de agua estratificada. La
segunda por otro lado se debe a una elevada bioproductividad que termina
consumiendo todo el oxígeno disponible en un proceso que se conoce como
Eutroficación.
71
En ambientes Anóxicos las comunidades Microbianas Anóxicas son ineficientes
para degradar la materia orgánica ya que carecen de enzimas (oxigenantes) para
poder romper las cadenas de Hidrocarburos. Permitiendo de esta manera la
acumulación de grandes cantidades de materia orgánica, precursora de rocas
orgánicas como el Oil-Shale o el carbón Sapropélico.
Unas bajas condiciones de oxígeno, es decir la estratificación de la columna de
agua y creación de un fondo Anóxico, se traducen en una disminución del
enterramiento del Fosfato (PO4) el cual es un principal nutriente. Este aumento en
la disponibilidad de Fósforo (P) se traduce en un aumento de la Productividad lo
cual genera un mayor contenido de materia orgánica en los sedimentos.
La depositación óptima de carbono orgánico, es decir la formación del carbón
Sapropélico se presenta cuando se da una maximización de la Productividad y de
las condiciones de Anoxia, mientras que se reduce al máximo la Dilución de la
materia orgánica por las bajas tazas de sedimentación de minerales.
Los niveles más altos de materia orgánica dentro de los Lagos coinciden con los
valores más altos del nivel de agua, lo cual se debe a que en épocas de lluvia se
produce un mayor lavado del relieve, lo cual favorece una mayor meteorización
química que va a permitir la liberación de más cantidad de nutrientes como el
Fósforo (P), el cual es transportado por los ríos que terminan descargando esa
abundancia de nutrientes en el Lago.
A causa de ese aporte masivo de nutrientes por parte de los Ríos hacia el Lago,
se produce un fenómeno llamado Eutroficación el cual consiste en generar un
exceso de materia orgánica a causa de un aporte masivo de nutrientes, lo que
provoca el consumo del oxígeno y muerte de la mayoría de animales acuáticos, a
excepción del Fitoplancton y las Algas lo que causa un frenado en la circulación
del cuerpo de agua permitiendo la Anoxia del fondo que va a preservar toda esa
cantidad de materia Orgánica.
El tipo de materia orgánica, también juega un papel importante en la formación del
Carbón Sapropélico, ya que si se dan aportes masivos de nutrientes a un Lago, se
va a dar el fenómeno de Eutroficación el cual va a favorecer la acumulación de
gran cantidad de Algas, las cuales van a terminar formando una Torbanite.
Mientras que si se posee un Lago con un aporte restringido de nutrientes, pero se
que está rodeado de muchas Plantas superiores, es posible que el viento sirva
como medio de transporte de una gran cantidad de Resinas, Esporas, Cutículas y
Ceras, las cuales al depositarse en el fondo Anóxico del Lago; pueden llegar a
formar de esta manera un Cannel Coal.
72
El Oil-Shale se deposita en los mares epicontinentales poco profundos causados
por transgresiones ya que se genera la interacción de los tres factores necesarios
para la depositación de rocas con alto contenido de materia orgánica: Dilución,
Producción y Descomposición (Preservación). Siendo la parte topográficamente
más baja dentro de la cuenca la que posee las mejores condiciones ya que hacia
los bordes de dicha cuenca se depositan los sedimentos de grano más grueso los
cuales diluyen el carbono orgánico.
Los Eventos Anóxicos Oceánicos (Oceanic Anoxic Events [OAE]) son periodos en
donde se desarrollan globalmente sedimentos ricos en Materia Orgánica (como el
Oil-Shale) que a causa de su amplia distribución y presencia en gran cantidad de
ambientes marinos no pudieron ser controlados por la geometría local de las
cuencas sino por el producto de un “Evento Anóxico Oceánico”.
Estos OAE son particularmente notorios en el Cretácico y se deben a la
combinación, tanto de cambios Geológicos como Climáticos Globales, tales como
la Transgresión Marina del Cretácico Superior, la cual aumentó el área y volumen
de los mares epicontinentales poco profundos (generándose mucha materia
orgánica). Además por la presencia de un clima estable a nivel global el cual
redujo el ascenso del agua fría y anóxica desde el fondo oceánico, evitándose de
esta manera la turbulencia de esos mares Cretácicos.
Los lagos a diferencia del Mar, están mucho menos influenciados por el efecto de
las olas y las corrientes de viento en cuanto a la distribución y retrabajamiento de
los sedimentos, aunque pueden operar con cierta extensión en las costas del
Lago, normalmente no son capaces de afectar el fondo del mismo. Por esta razón
las aguas de los Lagos tienden a ser Estratificadas de forma permanente.
En los Lagos la parte superior (más caliente y Oxidante) se denomina como
Epilimnion, mientras que la parte más profunda (fría y Anóxica) de dicho Lago se
denomina Hypolimnion la cual está empobrecida en oxígeno y nutrientes lo que
restringe el desarrollo de la vida Bentónica y favorece la preservación de la
materia orgánica ya que su destrucción es minimizada.
El Carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel Coal) posee valores de materia
orgánica por encima del 50% ya que presenta datos de ceniza entre el 3% y 15%
lo cual indica que su contenido mineral es anormalmente bajo en comparación
tanto con el Oil-Shale que posee valores de ceniza de aproximadamente 60%
como con las rocas generadoras normales cuyos valores de ceniza pueden
superar el 90%.
73
El %TOC de los Oil-Shale se presenta mayor al 10% pero no tan alto como el
presente en el Carbón Sapropélico (Torbanite y Cannel Coal), cuyos valores
superan el 50% de TOC.
El principal constituyente petrográfico de la Torbanita es la Alginita, mientras
estudios reciente muestran que en el Cannel Coal es el Groundmass (material
amorfo orgánico de variada composición) y en menos frecuencia la Esporinita
ocurre como el principal constituyente como comúnmente se pensaba.
El término Telalginita se refiere a la materia orgánica derivada de Algas grandes
coloniales o de Algas Unicelulares, típicamente generado por el Alga
Botryococcus. (Brilla de color amarillo o naranja en luz fluorescente)
El término Lamalginita se refiere a Algas coloniales de pared delgada, o Algas
unicelulares que ocurren a manera de láminas con pocas o no reconocibles
estructuras biológicas. (Brilla de color amarillo o naranja en luz fluorescente)
El término Bituminita o Groundmass corresponde a restos de materia orgánica
amorfa en la cual no se puede reconocer estructuras biológicas, fluorecen muy
poco (gris o negro). Se presentan a manera de matriz orgánica irreconocible
(Groundmass) y pueden estar rodeadas por fino material mineral.
Las Cuencas del Valle Medio del Magdalena, Valle Superior del Magdalena,
Cordillera Oriental, Caguán Putumayo, Cesar-Ranchería y Catatumbo son las que
poseen el mayor potencial de tener yacimientos económicamente atractivos de
Oil-Shale ya que presentan formaciones depositadas durante los dos Eventos
Anóxicos Marinos del Cretácico y poseen una amplia distribución lo cual las hace
atractivas desde el punto de vista comercial.
Las Formaciones que poseen potencial para sustentar proyectos económicamente
viables de Oil-Shale en Colombia son: La Luna, Paja, Tablazo, Caballos, Chipaque
Capacho, Lagunitas, Aguas Blancas y el Grupo Villetas.
El Proceso de Conversión In Situ patentado por Shell para la extracción de
petróleo a partir del Oil-Shale aparente ser la mejor opción en un futuro cercano en
cuanto a extracción de este tipo de yacimientos, ya que al calentar en profundidad
solamente se extraen las fracciones más livianas y de mejor calidad como los
alcanos, mientras que las fracciones más pesadas como las resinas y los
asfaltenos permanecen en profundidad.
74
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