Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Diagénesis y sedimentología de carbonatos de la formación Vaca Muerta : comparación de perfiles al sur y al norte de la faja plegada y corrida neuquina |
| Título alternativo: | Carbonate diagenesis and sedimentology of the vaca muerta formation : comparison between south and north sections of the neuquen fold and thrust belt |
| Autor: | Catalano, Juan Pablo |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Geociencias Básicas, Aplicadas y Ambientales de Buenos Aires (IGEBA)
|
| Fecha de defensa: | 2025-03-27 |
| Fecha en portada: | 27 de marzo de 2025 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Geológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Geología |
| Director: | Scasso, Roberto Adrián |
| Director Asistente: | Kietzmann, Diego Alejandro |
| Consejero: | Prezzi, Claudia Beatriz |
| Jurado: | Tunik, Maísa Andrea; Gómez Peral, Lucía Elena; Stinco, Luis Pedro |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | DIAGENESIS; CARBONATOS; FORMACION VACA MUERTA; FAJA PLEGADA Y CORRIDA NEUQUINA; NEOMORFISMO; COMPACTACION QUIMICA; MODELADO SOTERRAMIENTO; TERMAL; MADUREZ; PETROGRAFIA; CATODOLUMINISCENCIA; MEB; ISOTOPOS ESTABLES; MICROTERMOMETRIADIAGENESIS; CARBONATES; VACA MUERTA FORMATION; NEUQUEN FAULT AND THRUST BELT; NEOMORPHISM; CHEMICAL COMPACTION; BURIAL-THERMAL MODELING; MATURITY; PETROGRAPHY; CATHODOLUMINESCENCE; SEM; STABLE ISOTOPES; MICROTHERMOMETRY |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7735_Catalano |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7735_Catalano.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7735_Catalano |
| Ubicación: | GEO 007735 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Catalano, Juan Pablo. (2025). Diagénesis y sedimentología de carbonatos de la formación Vaca Muerta : comparación de perfiles al sur y al norte de la faja plegada y corrida neuquina. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7735_Catalano |
Resumen:
La Formación Vaca Muerta, de edad jurásica tardía-cretácica temprana (Tithoniano- Valanginiano temprano) es la roca madre de excelencia en la Cuenca Neuquina y un importante recurso para la producción de gas y petróleo no convencional de la Argentina. Estas rocas presentan usualmente un contenido considerable de carbonato. El eje central de esta tesis radica en comprender los procesos de generación y transformación de la calcita autigénica en las rocas de la Formación Vaca Muerta, comparando secciones sedimentológicas con distinto grado de diagénesis, mediante distintas metodologías de estudio. Se buscó vincular el grado de diagénesis con las diferencias texturales-petrográficas y geoquímicas de las microfacies carbonáticas y mixtas en secciones de afloramiento del Sur (Los Catutos) y del Norte de la faja plegada y corrida Neuquina (Puerta Curaco y Chacay Melehue), en un contexto geológico regional, que surge de modelos de historia de soterramiento y evolución tectónica. Para realizar este trabajo se combinaron las siguientes metodologías y estudios: 1) construcción de modelos de soterramiento, térmicos y de madurez de la roca madre, 2) microtermometría de inclusiones fluidas y microscopía de epifluorescencia en cavidades, 3) petrografía de polarización y ensayos de catodoluminiscencia, 4) microscopía electrónica de barrido (a partir de aquí, MEB) y mapeo químico de elementos (EDS), 5) análisis de isótopos estables de C y O y correlaciones entre elementos traza afines al Ca. Los estudios geoquímicos se centraron en caracterizar el grado de diagénesis y en identificar los precursores del carbonato diagenético. A través de la combinación de los estudios detallados, se reconstruyó la secuencia de eventos diagenéticos en las microfacies carbonáticas y de matriz mixta en las diferentes localidades seleccionadas. Los principales factores que explican la diferencia en el grado de madurez termal y diagénesis entre los perfiles de los sectores Norte y Sur de la faja plegada y corrida Neuquina, son: 1) la etapa de levantamiento y exhumación del Cretácico Temprano-Tardío resultó en menores paleo- profundidades de soterramiento de la unidad en el sector Sur durante la fase antepaís, y 2) en dicho sector el frente del arco y del retroarco no tuvieron influencia en la madurez de la roca madre durante su historia de soterramiento (Jurásico - Holoceno). En microfacies carbonáticas de la sección de Los Catutos, los cementos de microesparita y esparita granulares, compuestos por cristales idiotópicos de color castaño, de aspecto sucio o terroso e inclusiones de micrita oscura, permitieron asignar esta calcita de origen neomórfico al campo de la mesogénesis temprana, siguiendo los criterios de Munnecke (1997), Flügel (2004) y Caron et al. (2009). Este tipo de calcita denominada tipo I, se formó por neomorfismo del fango carbonático primario o del cemento micrítico temprano. A su vez, durante la diagénesis por soterramiento, el neomorfismo agradacional generó calcita de textura granular, idiotópica, blanca y límpida (tipo II), de mayor tamaño que la calcita I. Las calizas del Miembro los Catutos contienen una mezcla de cristales de calcita primaria de origen marino, cemento micrítico de la eogénesis, calcita de la mesogénesis temprana (tipo I) y calcita de la mesogénesis tardía (tipo II), esta última subordinada a las anteriores. Los valores de δ13C cercanos 1 ‰ (PDB), indican que las calizas conservaron la impronta isotópica de C de origen marino. Los valores promedio de Sr en roca total de 457 ppm, la alta correlación entre Sr y Ca en las calizas del Miembro Los Catutos (factor de correlación Ca-Sr: 0.83) sugieren que, tanto la aragonita como la calcita de alto Mg (HMC), habrían sido los precursores de la calcita de bajo Mg (LMC) formada durante la diagénesis por soterramiento. Los fósiles originalmente formados por calcita de bajo Mg (LMC), como los cocolitos, sufrieron leves cambios composicionales durante el soterramiento, aunque también actuaron como precursores de la calcita diagenética. El elevado grado de neomorfismo que experimentaron las microfacies carbonáticas de la Formación Vaca Muerta en el perfil de Puerta Curaco, transformó a todos los cementos tempranos en calcita de bajo Mg (LMC). La calcita neomórfica se presenta como esparita granular, idiotópica, blanca y límpida en grainstones y packstones y como agregados de microesparita xenotópica en todas las microfacies carbonáticas de esta sección. En general, los cementos eogenéticos y mesogenéticos no coexisten, a excepción de casos puntuales en grainstones donde se ha reconocido cemento micritico (o corteza peloidal) alrededor de partículas no esqueletales de origen primario. La impronta isotópica de C en calizas de la sección de Puerta Curaco (-4 ˂ δ 13C ˂ 0‰ PDB) es resultado de una mezcla de componentes carbonáticos primarios marinos con una firma isotópica de C cercana a 1 ‰ PDB y fases de carbonato autigénico temprano con una firma isotópica de C negativa, proporcionada por la mineralización de la materia orgánica. Los seams de disolución y los cementos poiquilotópicos evidencian procesos de compactación química. En el perfil de Puerta Curaco, se han reconocido fábricas penetrativas en microfacies de grainstones, resultantes de presión-disolución en las superficies de contacto entre partículas no esqueletales, que no han sido identificadas en las microfacies carbonáticas de la sección de Los Catutos, donde la unidad experimentó un menor grado de diagénesis por soterramiento. Bajo el MEB, en los wackestones y packstones de Puerta Curaco, se ha reconocido un mayor grado de disolución de placas de cocolitos, lo que generó microporos móldicos planares y globosos. El reconocimiento de zonas de contacto entre partículas no esqueletales donde se concentran láminas de arcillas deformadas y franjas isopáquicas en áreas cercanas (~30 μm de distancia) de esparita ecuante, indican procesos de presión-disolución y posterior reprecipitación de la calcita en zonas de menor esfuerzo, conforme a lo descripto por Bathurst (1975). Los cementos asociados a la compactación química presentan una alta luminiscencia (naranja), son conspicuos y se encuentran principalmente en los espacios intersticiales, ya que precipitaron en un sistema roca-fluido cerrado, característico de la diagénesis por soterramiento profundo. En las microfacies carbonáticas de las secciones de Puerta Curaco y Chacay Melehue se ha reconocido carbonato barroco con luminiscencia naranja brillante, típico de la mesogénesis tardía. Esta fase carbonática, producto de la recristalización de cemento calcítico de luminiscencia intermedia, no ha sido identificada en la sección de Los Catutos, lo que sugiere un menor grado de diagénesis en la última localidad. La matriz de las microfacies carbonáticas de los perfiles de Los Catutos y Puerta Curaco, está compuesta por micritas y microesparitas compactas o tights. En ambos perfiles, predomina una textura micrítica-microesparítica anhedral compacta, caracterizada por límites de cristal coalescentes pero distinguibles. Sin embargo, la textura anhedral fusionada, donde los contactos entre cristales son casi indistinguibles, es más común en las microfacies de la sección de Puerta Curaco en comparación con las de la sección de Los Catutos. La fábrica cerrada o apretada es consecuencia de un alto grado de compactación mecánica, neomorfismo y procesos de presión-disolución durante la historia de enterramiento de ambas zonas. En general, el grado de uniformidad en el tamaño de los cristales dentro de los agregados de microesparita-pseudoesparita es mayor en las microfacies carbonáticas del perfil de Puerta Curaco, indicando un mayor grado de neomorfismo. El mayor grado de diagénesis en la sección de Puerta Curaco, en comparación con la sección de Los Catutos, se refleja en los siguientes aspectos: 1) valores promedio de δ 18O = -9 ‰ PDB en las margas y calizas de Puerta Curaco, frente a δ 18O = -5 ‰ PDB en las margas y calizas de Los Catutos; 2) paleoprofundidades máximas de ~3338-3378 m con paleotemperaturas asociadas de 195-215°C frente a ~1412-1743 m con paleotemperaturas de 58-67°C, respectivamente; 3) ventana de madurez de gas húmedo condensado/gas seco (Ro calculado entre 1.72 y 2.29), frente a ventana de inmadurez (Ro medido entre 0.41 y 0.42), respectivamente. Estos parámetros en conjunto, justifican que el grado de compactación mecánica, compactación química, nivel de neomorfismo y grado de fracturación (discordante a la laminación), sean mayores en la localidad de Puerta Curaco en comparación a la localidad de Los Catutos.
Abstract:
The Vaca Muerta Formation, of late jurassic-early cretaceous age (Tithonian-Early Valanginian), is the source rock of excellence in the Neuquén Basin and an important resource for the production of unconventional gas and oil in Argentina. These rocks usually have a considerable carbonate content. The central focus of this thesis lies in understanding the processes of generation and transformation of authigenic calcite in the rocks of the Vaca Muerta Formation by comparing sedimentological sections with different degrees of diagenesis, using various study methodologies. The goal was to link the degree of diagenesis with the textural- petrographic and geochemical differences of the carbonate and mixed microfacies in outcrop sections from the South (Los Catutos) and the North of the Neuquén folded and thrust belt (Puerta Curaco and Chacay Melehue), within a regional geological context derived from burial history and tectonic evolution models. To conduct this work, the following methodologies and studies were combined: 1) construction of burial, thermal, and maturity models of the source rock, 2) microthermometry of fluid inclusions and epifluorescence microscopy in cavities, 3) petrography under polarized light and cathodoluminescence techniques, 4) scanning electron microscopy (SEM) and chemical element mapping (EDS), 5) stable isotope analysis of C and O and correlations between trace elements related to Ca. The geochemical studies were focused on characterizing the degree of diagenesis and identifying the precursors of diagenetic carbonate. Through the combination of these studies, the sequence of diagenetic events in the carbonate and mixed matrix microfacies, from the selected localities, was reconstructed. The main factors explaining the difference in thermal maturity and diagenesis between the profiles from the North and South of the Neuquén folded and thrust belt are: 1) the Early to Late Cretaceous uplift and exhumation resulted in shallower paleo-burial depths of the unit in the South during the foreland phase, and 2) in this sector, the arc and retroarc front had no influence on the maturity of the source rock during its burial history (Jurassic - Holocene). In the carbonate microfacies of Los Catutos section, the granular microsparite and sparite cements, composed of idiomorphic brown crystals, with a dirty or earthy appearance and inclusions of dark micrite, allowed the assignment of this neomorphically-derived calcite to the early mesogenesis field, following the criteria of Munnecke (1997), Flügel (2004), and Caron et al. (2009). This type of calcite, named type I, was formed by neomorphism of primary carbonate mud or early micritic cement. In turn, during burial diagenesis, aggradational neomorphism generated granular, idiomorphic, white, and clear calcite (type II), larger than type I calcite. The limestones of the Los Catutos Member contain a mix of primary marine calcite crystals, eogenetic micritic cement, early mesogenetic calcite (type I), and late mesogenetic calcite (type II), the latter subordinate to the previous. δ13C values close to 1 ‰ (PDB) indicate that the limestones retained the isotopic C imprint of marine origin. The average Sr values in total rock of 457 ppm, the high correlation between Sr and Ca in the limestones of the Los Catutos Member (Ca-Sr correlation factor: 0.83) suggest that both, aragonite and high-Mg calcite (HMC), were the precursors of low-Mg calcite (LMC) formed during burial diagenesis. Fossils originally formed from low-Mg calcite (LMC), such as coccoliths, underwent slight compositional changes during burial, but also acted as precursors of diagenetic calcite. The high degree of neomorphism experienced by the carbonate microfacies of the Vaca Muerta Formation in Puerta Curaco section, transformed all early cements into low-Mg calcite (LMC). The neomorphic calcite appears as granular, idiomorphic, white, and clear sparite in grainstones and packstones, and as aggregates of xenotopic microsparite in all the carbonate microfacies. In general, eogenetic and mesogenetic cements do not coexist, except in rare cases in grainstones where micritic cement (or peloidal cortex) has been recognized around non- skeletal primary particles. The isotopic C imprint in the limestones of Puerta Curaco (-4 ˂ δ13C ˂ 0‰ PDB) is the result of a mixture of primary marine carbonate components with an isotopic C signature close to 1 ‰ PDB and early authigenic carbonate phases with a negative C isotopic signature, provided by the mineralization of organic matter. Dissolution seams and poikilotopic cements indicate chemical compaction processes. In Puerta Curaco section, penetrative fabrics in grainstone microfacies, resulting from pressure- dissolution at the contact surfaces between non-skeletal particles have been recognized, which were not identified in the carbonate microfacies of the Los Catutos section, where the unit experienced a lower degree of burial diagenesis. Under SEM, in the wackestones and packstones of Puerta Curaco, a greater degree of dissolution of coccolith plates was recognized, which generated moldic, planar and globular moldic micropores. The recognition of contact zones between non-skeletal particles where deformed clay sheets and isopach calcite cement in near areas (approximately 30 μm away from deformed clays) indicates pressure-dissolution processes and subsequent reprecipitation of calcite in areas of lower stress, as described by Bathurst (1975). Cements associated with chemical compaction present high luminescence (orange), are conspicuous and are mainly located in the interstitial spaces because they precipitated in a closed rock-fluid system, characteristic of deep burial diagenesis. In the carbonate microfacies of the Puerta Curaco and Chacay Melehue sections, baroque carbonate with bright orange luminescence, typical of late mesogenesis, has been recognized. This carbonatic phase, resulting from the recrystallization of intermediate luminescence calcitic cement, has not been identified in the Los Catutos section, suggesting a lower degree of diagenesis in the latter locality. The matrix of the carbonate microfacies of the Los Catutos and Puerta Curaco sections, is composed of tight micrites and microesparites. In both profiles, a compact anhedral micritic- microesparitic texture predominates, characterized by coalescent but distinguishable crystal boundaries. However, the fused anhedral texture, where the contacts between crystals are almost indistinguishable, is more common in the microfacies of the Puerta Curaco section compared to those of Los Catutos section. The closed or tight fabric is a result of a high degree of mechanical compaction, neomorphism, and pressure-dissolution processes during the burial history of both areas. In general, the degree of uniformity in crystal size within the microesparite-pseudoesparite aggregates is higher in the carbonate microfacies of Puerta Curaco section, indicating a greater degree of neomorphism. The higher degree of diagenesis in the Puerta Curaco section, compared to the Los Catutos section, is reflected in the following aspects: 1) average δ 18O values of -9 ‰ PDB in the marls and limestones of Puerta Curaco, compared to δ 18O = -5 ‰ PDB in the marls and limestones of Los Catutos; 2) maximum paleodepths of ~3338-3378 m with associated paleotemperatures of 195-215°C compared to ~1412-1743 m with paleotemperatures of 58-67°C, respectively; 3) wet gas condensate/dry gas maturity window (Ro calculated between 1.72 and 2.29), compared to an immature window (Ro measured between 0.41 and 0.42), respectively. Together, these parameters justify that the degree of mechanical compaction, chemical compaction, neomorphism level, and degree of fracturing (discordant with lamination) are greater in Puerta Curaco compared to Los Catutos.
Citación:
---------- APA ----------
Catalano, Juan Pablo. (2025). Diagénesis y sedimentología de carbonatos de la formación Vaca Muerta : comparación de perfiles al sur y al norte de la faja plegada y corrida neuquina. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7735_Catalano
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Catalano, Juan Pablo. "Diagénesis y sedimentología de carbonatos de la formación Vaca Muerta : comparación de perfiles al sur y al norte de la faja plegada y corrida neuquina". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7735_Catalano
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