Caracterización de los sistemas de fracturas en las secuencias del Cretácico Superior, norte del Estado de Coahuila. Autores Jesús Blanco Moreno1, Yuri Almaguer Carmenate1, Luis Brito Calderón2, Ramón Batista Cruz1, Karina Brito Calderón1, Ernesto Torres González1, 1 Escuela Superior de Ingeniería Adolfo López Mateo. 2 Compañía Minera Zapalinamé. Correo electrónico: [email protected] Resumen. Se presenta un análisis de los patrones de fracturas naturales de las formaciones del Cretácico Superior, en afloramientos del norte del Estado de Coahuila. Los afloramientos investigados pertenecen a las formaciones Eagle Ford (Cenomaniano-Turoniano) y Austin (TuronianoCampaniano) en los cortes de la Autopista Premier 57 Nueva Rosita – Allende y la zona de San Vicente de Ocampo en la frontera con el Parque Nacional Big Bend en Texas, así como la Formación Olmos (Maastrichtiano) en la Cuenca de Sabinas. Las mediciones de los elementos de orientación se obtuvieron mediante una brújula Brunton a partir de trabajos de cartografía geológica a escala de afloramientos; las mediciones de campo se combinaron con la descripción de las deformaciones disyuntivas a escala regional. Para la interpretación y presentación de los datos estructurales se utilizó el software Stereonet v.11. En la región la configuración estructural está controlada por varios procesos regionales tales como la apertura del Golfo de México desde el Triásico-Jurásico, a la que se sobreimpone la Orogenia Laramide (Cretácico Superior parte alta -Eoceno parte media) seguido por la extensión neógena relacionada con el rift del Rio Bravo. Todo el espacio estudiado queda enmarcado entre las estructuras transformantes de las zonas de fallas San Marco y La Babia. Los resultados muestran conjuntos principales de grietas con direcciones noroeste-sureste y suroestenoreste, presentando un rumbo medio entre 341° y 254° respectivamente; el ángulo diedro entre ambas direcciones es sub ortogonal. Las fracturas abiertas con dirección noreste se asocian al proceso continuo de extensión del Golfo de México y las fracturas con dirección noroeste, se asocian al proceso de relajamiento post-Laramide. Existe un tercer conjunto de fracturas mostrando una dirección general este-oeste muy marcado en las secuencias de la Fm. Olmos, relacionados estructuralmente con las zonas de fallas San Marcos y La Babia. Palabras claves: tectónica, fracturas, Coahuila. 1. Introducción Las rocas reservorios y productoras de grano fino y baja permeabilidad en las acumulaciones de hidrocarburos no convencionales, que incluye el gas de metano asociados a las capas de carbón, son clasificados, como reservorios naturalmente fracturados. En ellos, el estudio de los sistemas de fracturas naturales es extremadamente importante para el desarrollo de modelos de fracturamiento que caracterizan la arquitectura de su permeabilidad (McGinnis et al., 2017; Ferril et al., 2014, 2020). En la zona transfronteriza de los estados de Texas y Coahuila, existen probadas acumulaciones de hidrocarburos no convencionales (Weijermars et al., 2017; CNH, 2020). Así mismo existen potentes acumulaciones de carbón en la Fm. Olmos, con altos contenido de metano (Gentzis et al., 2006). En afloramientos del Cretácico Superior en el norte de Cohauila, se midieron las relaciones de la red de fracturas del entorno estructural regional, en las formaciones Eagle Ford (CenomanianoTuroniano) y Austin (Turoniano-Campaniano) en los cortes de la Autopista Premier 57 de Nueva Rosita – Allende y la zona de San Vicente de Ocampo frontera con el Parque Nacional Big Bend en Texas; así como la Formación Olmos (Maastrichtiano) en la Cuenca de Sabinas (Figura 1). Figura 1. Ubicación de las estaciones de medición y su relación espacial con las principales estructuras disyuntivas y plicativas de la región. El objetivo de este trabajo es caracterizar las deformaciones disyuntivas en las secuencias del Cretácico Superior, a partir de las mediciones de los elementos de yacencia de grietas y fallas a escala de afloramiento, para profundizar en la influencia que los distintos eventos regionales de deformación tuvieron sobre la zona de estudio. Marco Geológico. La apertura y desarrollo del Golfo de México (Pindell et al., 2020), controla la evolución geológica de la zona estudiada, ligado en lo fundamental a las zonas de fallas transcurrentes izquierdas San Marco y La Babia (Chavez-Cabello et al., 2009) (Figura 1). La Orogenia Laramide generada por la subducción de bajo ángulo de la placa Farallón debajo del margen suroccidental de la Placa Norteamericana (Carrapa et al., 2019), explica las principales deformaciones de la cobertura cretácica, la cual se manifiesta por pliegues y fallas que muestran lineamientos de deformación NO-SE (Ferril, 2017). Una segunda etapa postorogénica, de estructuras extensionales, con grietas y fallas rellenas de carbonatos (Ferril, 2017), y una final con deformación provocada por movimientos extensivos ligados al rift del Rio Bravo, donde aparece un vulcanismo bimodal que caracteriza el tectonismo intraplaca (Ferring, 2007), también incidieron en las características estructurales de la zona de estudio. Los principales elementos paleotectónicos comprenden altos del basamento, como Burro – Peyotes, el Bloque de Coahuila y el anticlinal Chittim todos con dirección general NW-SE. Los bloques hundidos lo conforman la Cuenca de Sabinas (González et al., 2008), la Cuenca de Maverick (Ferrill et al., 2017). La dirección general de las estructuras disyuntivas es NW-SE, incluyendo las zonas de fallas La Babia (ZFLB) y San Marcos (ZFSM), y con dirección este-oeste entre Del Rio y San Antonio la Zona de Fallas Balcones (Ferril, 2016). El límite de la deformación Laramide corre en dirección NW-SE al norte de la cuenca Maverick (Ferril, 2017) (Figura 1). 2. Metodología. El análisis estructural del área fue desarrollado en varias etapas de trabajo las cuales se indican a continuación: 1. Trabajos preliminares: encaminados a la búsqueda de información sobre el tema y el entendimiento del entorno geotectónico regional. 2. Cartografía de campo: se realizaron varios itinerarios geológicos con el fin de identificar, medir y describir las estructuras deformacionales presentes en las formaciones geológicas Eagle Ford (Cenomaniano-Turoniano), Austin (Turoniano-Campaniano) y Olmos (Maastrichtiano). Los trabajos fueron a escala de afloramioento donde se midieron la orientación de las capas y deformaciones disyuntivas utilizando una brújula Brunton y notación Clark. 3. Procesamiento e interpretación: se crearon bases de datos estructurales y la descripción geológica de los afloramientos. Los datos se procesaron mediante la proyección estereográfica empleando el software Stereonet (Allmendinger et al., 2013). 4. Resultados y Discusiones A continuación, se describen los afloramiento o estaciones de trabajo en las cuales se realizaron la descripción geológica y medición de los elementos de orientación de las estructuras. Estaciones en la localidad de Los Azules. Presenta un corte continuo del Cenomaniano-Turoniano (Figura 4). El límite discordante entre las formaciones Buda e Eagle Ford fue registrado en la vertiente noreste de la Sierra de San Vicente, en la nariz estructural septentrional del anticlinal desarrollado por el cabalgamiento laramídico, con rumbo NNW-SSE (Figura 4 a). Las mediciones de las fracturas en la Fm. Buda permitieron reconocer la ortogonalidad de estas; existe una tendencia primaria de fracturas hacia el NO y una secundaria NE (Figura 5). Figura 4. Localidad de los Azules, afloramientos del Cenomaniano-Turoniano. A. Contacto discordante entre las formaciones Buda e Eagle Ford. B. Contacto entre las formaciones Eagle Ford y Austin, C. Emanación natural de hidrocarburo líquido dentro de la Fm. Eagle Ford (estrella azul). Modificado de la carta geológico-minera H13-9 (SGM, 2008) y basada en los criterios de Donovan et al. (2010) para el registro estratigráfico del Cenomaniano-Turoniano en el oeste de Texas. La Fm. Eagle Ford presenta una alternancia de lutitas calcáreas gris oscuro, y calizas arcillosas gris claro que intemperizan a pardo amarillento. Se midió un conjunto de fracturas más complejo, en las que se destacan sistemas de fracturas en dos direcciones (Figura 6). La Fm. Austin se describe como secuencias de estratos de lutitas calcáreas de potencias de hasta 60 cm, intercaladas con capas delgadas de arcillas (Figura 6). Figura 5. a) Fracturas sub ortogonales con ángulos entre ellas de 87° (+ - 2) en la Formación Buda, b) Diagrama de roseta (frecuencias circulares). Figura 6. a) Fracturas sub ortogonales y otro conjunto de fracturas oblicuas, en la Fm. Eagle Ford Tendencias en los rumbos de las fracturas 341° (+- 4), 254° (+ - 3). b) Diagrama de frecuencia de las mediciones. El conjunto de mediciones estructurales en Los Azules, muestran una tendencia NE-SO del rumbo; las mismas se observan claramente en la Sierra San Vicente y en el Anticlinal Ojo Caliente, y la Sierra Maderas del Carmen, que representa la paleo península Burro-Peyotes; esta paleo península actuó como un contrafuerte y absorbió el empuje causado por la Orogenia Laramide generando fallas inversas y rumbo-deslizantes, que provocaron la rotación que se muestra en los diagramas circulares de frecuencia (Figura 8). Figura 7. a) Fracturas sub ortogonales con rumbos (+ -) 330°-244°, medidas en la Formación San VicenteAustin, b) Diagrama de frecuencia circular de las mediciones del agrietamiento. Estaciones en la Autopista Premier 57 Nueva Rosita – Allende. Las mediciones del agrietamiento se realizaron en la zona del contacto de las formaciones Eagle Ford y Austin, en la zona del Levantamiento Burro-Peyotes (Figura 1). La Tabla 1, muestra los datos de ubicación de las diferentes estaciones y los elementos de yacencia de las capas de las formaciones. Figura 8. Mapa estructural de la zona de Los Azules y diagramas de frecuencias en diferentes puntos de medición. En la Fm. Austin se describieron dos estaciones 1 y 2. Se realizaron un total 151 mediciones en los sistemas de fracturas, que mostraron dos direcciones principales noreste (A) y noroeste (B). Se midieron también estructuras de origen extensivo, una falla normal con dirección N 80° O, 66°N con un salto de falla aproximadamente de 0.25 metros y fracturamiento escalonado (Figura 10). En la Estación 3 se indentificó el contacto entre las formaciones Eagle Ford y Austin; se hicieron 136 mediciones entre ambas estaciones a lo largo del afloramiento sobre la Fm. Eagle Ford en los cortes de la carretera, presentando el mismo sistema de fracturas que en las estaciones 1 y 2 de la Fm. Austin. Los sistemas de fracturas presentan semejanzas a las mediciones realizadas por Gottardi y Mason (2018), en los afloramientos de las formaciones Eagle Ford y Austin a lo largo de la Autopista 90 de los EE. UU. Esta correlación permite inferir que los eventos regionales de extensión, post-Laramide y la extensión del Golfo de México, han afectado las formaciones geológicas del Cretácico Superior que se encuentran sobre el levantamiento Burro-Peyotes, así como en el sur de Texas. Tabla 1. Ubicación de los puntos de estaciones con las características principales de los afloramientos. Estación Coordenadas UTM 14R Formación Geológica Rumbo de los estratos Número de Mediciones 1 294883 E 3107331 N Austin N15°O, 1°NE 80 Austin N19°O, 1°NE 71 Eagle Ford N27°O, 1°NE 31 Eagle Ford N31°O, 2°NE 105 2 3 4 297437 E 3110220 N 304324 E 3120849 N 305090 E 3121703 N Dimensiones del afloramiento (m) Longitud: Altura: 123 3 Longitud: 70 Altura: 12 Longitud: 10 Altura: 3 Longitud: Altura: 50 8 Figura 9. Estación 1(A y B) y Estación 2 (C y D) sobre afloramiento de la Formación Austin. (B y D) Conjuntos de fracturas regionales, hacia el noreste y noroeste. E) Falla normal. F) Fracturamiento escalonado en el trazo de la falla. A la derecha se muestra los diagramas de contorno y rosetas. Figura 10. Estaciones 3 y 4, sobre afloramientos de la Fm Eagle Ford. Izquierda arriba en la Estación 3, se aprecia el contacto entre las formaciones Eagle Ford y Austin. (A y B) Estación 4. (E y G) muestra los gráficos de la distribución de frecuencias. Estaciones de la localidad de Santa María. Para el estudio del agrietamiento de las rocas sedimentarias en la Fm. Olmos, se utilizó la información de la carta geológica-minera de Melchor Múzquiz G14-A12 a escala 1:50,000 del SGM, 2003. La Fm. Olmos se caracteriza por presentar arenisca de grano grueso de color gris con intercalaciones de lutita; sus estratos son una mezcla de facies de ambiente marino somero y de frente deltaico (Eguiluz y Amezcua, 2003). Las mediciones se realizaron en dos estaciones adyacentes a una boca mina. Los resultados en el diagrama circular de frecuencias, se observan dos direcciones principales del agrietamiento a) dirección E -O y b) dirección NNW-SSE (Figura 11). Figura 11. Diagrama de rosetas de las mediciones del agrietamiento en las estaciones de la localidad de Santa María. Por su cercanía a la Zona de Falla La Babia (ZFLB) (Figura 1), se compararon las direcciones del agrietamiento con las direcciones principales de la red hídrica controlada por la ZFLB, donde es posible observar la correspondencia entre ellas (Figura 12). Figura 12. Comparación de las direcciones de agrietamiento con las direcciones principales de la red hídrica controlada por la ZFLB (línea magenta). 5. Conclusiones Con los datos medidos dentro de la zona de estudio, se observan diferentes tipos de deformaciones y estructuras, que reflejan tres momentos importantes del desarrollo tectónico: 1) dirección laramidica con dirección NE; 2) estructuras extensionales con grietas rellenas de carbonatos y 3) movimientos extensivos ligados al rift del Rio Bravo. Las direcciones principales de las fracturas medidas para las formaciones Eagle Ford y Austin presentan sistemas de cizallas conjugados, con direcciones NOSE, y NE-SO formando fracturas sub-ortogonales producto de la compresión laramídica; un conjunto N-S con variación NE, producto de un evento post-laramídico de relajamiento. La Fm Olmos muestra patrones de agrietamiento que siguen un rumbo un rumbo E-O; las orientaciones secundarias mantienen un rumbo NE-SW y NW-SE. De forma general se puede concluir que los sistemas de las fracturas abiertas indicativas de extensión con dirección hacia el noreste se asocian al proceso de extensión del Golfo de México y las fracturas con dirección noroeste y las fallas reportadas, se asocian al proceso de relajamiento post-Laramide. Agradecimientos. Esta investigación fue realizada con recursos del Proyecto PRODEP # UACOAHPTC-487. Agradecemos a la Escuela Superior de Ingeniería Adolfo López Mateos. Bibliografía Allmendinger, R. W., Cardozo, N. C., and Fisher, D., 2013. Structural Geology Algorithms: Vectors & Tensors: Cambridge, England, Cambridge University Press, 289 pp. Carrapa, B., DeCelles, P.G., and Romero, M., 2019. Early inception of the Laramide orogeny in southwestern Montana and northern Wyoming: Implications for models of flat -slab subduction: Journal of Geophysical Research: Solid Earth, v. 124, p. 2102 –2123. Chavez-Cabello, G., Aranda-Gómez, J., and Iriondo-Perrone, A., 2009. 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