Geoquímica inorgánica como indicador de procedencia y ambiente sedimentario en sucesiones de lutitas negras: Los depósitos transgresivos titonianos (Formación Vaca Muerta) de la Cuenca Neuquina, Argentina.

Abstract

Se presenta un estudio de geoquímica inorgánica de las sedimentitas formadas durante la transgresión marina del Titoniano temprano en la Cuenca Neuquina. Dichas sedimentitas, que corresponden a los niveles basales de la Formación Vaca Muerta, están altamente enriquecidas en materia orgánica y son consideradas el intervalo con mayor capacidad de generación de petróleo y gas en la cuenca. La sucesión estudiada (<25 m) consiste en rocas de grano fino (pelitas), entre las que se reconocen distintas variedades, desde puramente silicáticas (fangolitas) hasta híbridas silicáticas/carbonáticas (margas). El análisis geoquímico de componentes inorgánicos, realizado sobre 20 muestras procedentes de afloramientos del sector andino de la Cuenca Neuquina, exhiben marcadas diferencias composicionales, que permitieron definir varios tipos litológicos (fangolitas, fangolitas margosas, margas fangolíticas, margas y margas calcáreas). Las fangolitas se caracterizan por más altos contenidos de SiO2, Al2O3, K2O, TiO2, inmóviles como Th, Lu, Hf, Sc y Zr, y tierras raras (en especial las pesadas). El Sr, por su afinidad con el Ca, aumenta su proporción en las sedimentitas margosas. Las rocas analizadas poseen una composición semejante a la de la corteza continental superior, aunque con contenidos elevados de V y U. Tanto los diagramas empleados para determinar procedencia como el perfil de las tierras raras, sugieren que los materiales terrígenos han derivado de rocas ígneas corticales ácidas a intermedias. De esta manera, se definen aportes detríticos desde el arco magmático que flanqueaba a la cuenca por el oeste, así como desde terrenos volcánicos triásicos y jurásicos tempranos ubicados en las regiones del margen pasivo (suroriental) de la cuenca. Tampoco se descarta la contribución desde los depósitos de la subyacente Formación Tordillo, incorporados a los sedimentos de la Formación Vaca Muerta durante el proceso transgresivo. Los altos tenores de Al2O3, TiO2, Th, Zr y la relación Th/U en las fangolitas, y particularmente en los depósitos del sector austral de la cuenca, se consideran claros indicadores del aporte terrígeno. Por su parte, los componentes redox sensitivos (Zn, Co, V, Ni, Ni/Co, U, Mo y la anomalía negativa de Ce), así como el Ca y sus elementos afines (Sr, Ba), muestran contenidos bastante altos en los tipos litológicos híbridos que caracterizan a la región depocentral (norte) del área de estudios. Dichos elementos sugieren que las condiciones anóxicas no solo fueron comunes en la interfase sedimentaria, sino que se incrementaron hacia el interior de la cuenca; a la vez, la productividad carbonática pudo ser mayor o no sufrió importante dilución por aportes terrígenos en esa misma dirección. Este estudio muestra importantes variaciones regionales de la composición geoquímica del intervalo basal de la Formación Vaca Muerta, lo que indicaría que la acumulación de dichos sedimentos estuvo condicionada por factores de escala cuencal (aporte de sedimentos, productividad carbonática, condiciones de anoxia), que deberían ser considerados en estudios que apunten a la caracterización de los mismos como roca madre y reservorio no convencional en distintos lugares de la cuenca.

This study presents and discusses inorganic geochemical data from the basal Vaca Muerta Formation, deposited during the early Tithonian marine transgression of the Neuquén Basin. This interval is associated with high preservation of organic matter and is considered the most important for oil and gas generation in the basin. The studied succession (< 25 m) consists of fine-grained rocks (pelites) ranging in composition from purely silicatic (mudstones) to hybrid silicatic/carbonate (marls). Geochemical analysis of inorganic components, performed on 20 samples from outcrops of the Andean sector of the Neuquén Basin, exhibit pronounced compositional changes that allowed defining several lithological types (mudstones, marly mudstones, muddy marls, marls and calcareous marls). The mudstones are characterized by higher contents of SiO2, Al2O3, K2O, TiO2, Th, Lu, Hf, Sc, Zr, and (especially heavy) RREs. The Sr, considering its affinity with Ca, increases its proportion in the marly sediments. The sampled Vaca Muerta rocks have a composition similar to that of the upper continental crust, but with higher contents of V and U. Provenance diagrams and REE patterns suggest that most of the sediments derived from acidic and intermediate igneous rocks. Clastic input was likely supplied to the basin from different sources, such as the magmatic arc f lanking the basin to the west, and from Triassic and Jurassic volcanic terrains located in the passive southeastern margin of the basin; although contribution from the underlying Tordillo Formation cannot be discarded. The high contents of Al2O3, TiO2, Th, Zr and the ratio Th/U in the mudstones, and particularly in deposits of the southern sector of the basin, are considered strong indicators of terrigenous input. On the other hand, redox-sensitive components (Zn, Co, V, Ni, Ni / Co, U, Mo and the Ce negative anomaly), as well as Ca and related elements (Sr, Ba) show fairly high proportions in hybrid rock types, especially those located in the depocentral region (north) of the study area. Together these elements suggest that anoxic conditions were not only common at the water-sedimentary interface, but they also might have increased relatively to the north; in turn, carbon-ate productivity could have been either less diluted by terrigenous supply or indeed relatively higher to the distal part of the basin. This study shows significant regional changes in inorganic geochemical composition of a relatively thin, highly transgressive interval at the base of the Vaca Muerta Formation, suggesting that accumulation and preservation of those sediments across the entire basin was heavily controlled by intrabasinal factors (rates of supply, productivity, anoxia). These factors should be considered in studies aiming at a better understanding of the unit as source rock and unconventional reservoir across the basin.