Asoc. Paleon!. Arg .. Publ. Espec. N° 3PALEOGENO DE AMERICA DEL SUR: 35-39. Buenos Aires. 1995.

ISSN 0328-347X

IU SUNES D

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MADUREZ TERMICA DE LAS SECUENCIAS CENOZOICASDEL SUR DE CIDLE 1

María Eugenia CISTERNAS 2, Ursula KELM 2 Y Marcos ZENTILLI 3

ABSTRACT: THERMAL MATURITY OF THE CENOZOIC SEQUENCES FROM SOUTHERN CHILE. The lowe r (Oligo-Miocene) continental section of thc Cenozoic sequence in the South of Chile (Regions IX and X) carries coal seam s, whilethe upper marine (Mid Miocene) has potential for hydrocarbon generation. Due to the potential economic importance of theCenozoic strata, the thermal maturity has been investigated by comparison of inorganic (clays. zeolites) and organic (vitrinitereflectance) diagenetic indicators. The diagenetic level of the clays, zeolites and organic matter in samples from drill holes inthe Temuco, Valdivia and Osomo provinces indicate that both the lower continental and upper marine sequences are inmature.The catagenesis zone has not been reached in any of the drill holes sampled. lt seems improbable that any significant quantityof crude has been generated and only sub-bituminous quality coal is expected. The block-controlled post-Miocene tectonicframework, that defines the actualmorphostructural landscape, makes areas w ith thicker overbunden (i.e central Valley) amore prospective ground for studies. There deeper burying may have produced higher thermal maturity; therefore favouringhydrocarbon generation and increasing the coal maturity.

KEY WORDS:Cenozoic rock s, Diagenesis, Coal searns, Southem Chile.

PALABRASCLAVE:Rocas cenozoicas. Diagénesis. Carbón, Sur de Chile.

INTRODUCCION

El presente trabajo muestra los resultados obteni-dos respecto de la madurez térmica de las secuenciassedimentarias de edad oligocena-miocena ubicadas en-tre las localidades de Temuco y Osorno, Regiones IXy X del sur de Chile. La madurez térmica ha sido estu-diada sobre la base de comparar indicadores diagené-tices inorgánicos (arcillas, zeolitas) con indicadoresorgánicos (reflectancia de vitrinita).

Los afloramientos son escasos e insuficientes paracorrelaciones, razón por la cual para este estudio lasmuestras fueron tomadas exclusivamente de sondajesprovistos por la Empresa Nacional del Petróleo(ENAP) y Compañía Minera San Pedro de Catamutúnen las localidades siguientes: Labranza, cerca de la ciu-dad de Temuco, Millahuillín, Pupunahue, La Unión,Catamutún y Las Trancas, situados entre la Cordillera

Contribución al Proyecto IGCP "Paleógeno de Américadel Sur".Investigadores Proyecto Fondecyt 91-305. Instituto deGeología Económica Aplicada. Universidad deConcepción, Casilla 4107, ConcepciónJ. Chile.Departmenl of Earth Sciences , Dalhousie University,Halifax, Canada.

© Asociación Paleontológica Argentina

de la Costa y el Valle Central en la provincia de Valdiviay más al sur, en la provincia de Osorno, las localidadesde Rahue, Bellavista, Huilrna y Río Blanco (figura 1).

El estudio de la evolución térmica se realizó en dosetapas: la primera comprende el análisis de indicadoresdiagenéticos inorgánicos y orgánicos en diferentes po-zos entre Temuco y Osor no. La segunda, representa untrabajo de detalle realizado en la subcuenca de Pupu-nahue. La determinación de la mineralogía de arcillasy zeolitas, mediante difracción de rayos X, así comolas mediciones de reflectancia de vitrinita (en aceite deinmersión) fueron realizadas en los laboratorios delInstituto de Geología Económica Aplicada (GEA) dela Universidad de Concepción.

MARCO GEOLOGICO

El Cenozoico del S ur de Chile se caracteriza, des-de el punto de vista tectónico, por la formación deuna extensa cuenca de tipo semigraben, coincidentecon el eje de la actual depresión central, controladapor un sistema de fallas de dirección nornoreste-sur-suroeste a noreste-suroeste. Bloques elevados de ba-samento, controlados por las estructuras citadas yotras de dirección este-oeste, subdividen longitudi-

nal y transversalmente la cuenca principal. Durante

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36 M. E. CISTERNAS el al.

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Figura 1. Ubicación de pozos muest reados.

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el Oligoceno se habría producido el embancamientode sistemas de drenaje, con la consiguiente forma-ción de turberas en sectores restringidos desconec-tados entre sí. La cuenca carbonífera de Pupunahuerepresenta típicamente una paleo geo gr afía fluvial,con su eje mayor elongado en sentido este-oeste, pa-ralelo al curso del río que le dio origen.

El basamento de las cuencas cenozoicas está con-formado principalmente por metamorfitas paleozoicasy, sólo localmente, como en la cuenca de Temuco. apa-recen unidades de Mesozoico (Triásico).

Las secuencias del Cenozoico entre Temuco y Puer-to Montt han sido descritas por numerosos autores, condiferentes fines, lo que ha generado una nomenclaturaformacional bastante confusa. Sin embargo, la esrr ati-grafía se hace más comprensible si se consideran uni-dades genéticas controladas por procesos, en vez deunidades formacionales de roca. En ese contexto, lassecuencias del Cenozoico en la región Ternuco-Osornose pueden agrupar en tres unidades principales (clasi-ficación petrográfica según Pettijohn el al., 1987):

Unidad Genética 1 (Oligoceno), inicia el rellenode la cuenca labrada directamente sobre el zócalo pa-leozoico. Es de carácter continental y representa losproductos de sedimentación de sistemas aluviales yfluviales, así como equivalentes volcanoclásticos, de-rivados de la actividad de un arco magmático contem-poráneo. Consiste de litaruditas y litarenitas arcósicas-cuyos componentes líticos son exclusivamente frag-mentos de metamorfitas del basamento- y limolitas yarcillolitas micáceas, en parte carbonosas, las cualeslocalmente portan mantos de carbón de espesor varia-ble entre algunos centímetros y 3,5 m. La porción vol-canoclástica consiste de areniscas y limolitas tobáceasy tobas arenosas y limosas.

La edad oligocena se basa en el contenido polínico(Cisternas el al., 1990).

Los equivalentes formacionales de esta unidad sonla Formación Temuco en la región de Temuco (Céspe-des y Johnson, 1984; Rubio 1990), la Formación SanPedro y los Estratos de Pupunahue, definidos por IIIies(1970) en la región de Valdivia y la Formación Osorno(Céspedes y Johnson, 1984) en la provincia homónima.

Unidad Genética 11 (Oligoceno Superior alto-Mioceno Inferior), comprende volcanitas andesíticas.tobas lito- y cuarzo-feldespáticas e intercalaciones delimo litas tobáceas y tobas limosas con flora fósil bienpreservada (Elgueta y Rubio, 1989; Rubio, 1990). Estaunidad, equivalente a la Formación Pilmahue, en elsentido de Rubio (1990), se asocia genéticamente aldenominado Cordón Volcánico Miocénico de la Costa(Vergara y Munizaga, 1974; Vergara, 1982). Aflora yha sido descrita en subsuperficie en la región de Ternu-co, donde sobreyace concordantemente a la FormaciónTemuco e infrayace discordantemente a la FormaciónCholchol (Rubio, 1990).

Unidad Genética III (Mioceno Medio), dispuestaen pseudoconcordancia sobre la Unidad Genética 1, ola II si ella está presente, evidencia un fuerte cambio defacies de continental a marina. Representa los productosde depositación asociados a un pulso transgresivo quepenetró profundamente tierra adentro, de oeste a este yen la parte sur (provincia de Osorno) de suroeste a no-reste, razón por la cual, localmente, se la encuentra di-rectamente sobre el zócalo paleozoico. Está compuestapor arcillolitas micáceas, limolitas arcillosas y arcillo-litas calcáreas. Contiene restos de moluscos, vermes,equinodermos, briozoos, hojas y abundantes forarniní-Ceros. La asociación de foraminíferos bentónicos (Mar-chant y Pineda, 1988; Marchant 1990a,b) permite pre-cisar su edad en el Serravaliano y límite Serravaliano-Langhiano. Recientemente, Covacevich el al. (1992)han confirmado la edad miocena media mediante el gas-trópodo Struthiolarella chilensis (Phillippi).

La Unidad Genética 1II sería equivalente a la For-mación Navidad de Chile Central, a la parte inferior dela Formación Cholchol (García, 1968) en el área deTemuco y a la Formación Santo Domingo (Martínez yPino, 1979) en las cercanías de Valdivia, al "miembrosuperior de los Estratos de Pupunahue", según la no-menclatura de Palma y Alfaro (1982), Marchant y Pi-neda (1988) y Marchant (1990a,b) en el sector Valdi-vi a-La Unión y a la Formación Hueyusca y FormaciónHuilma definidas en la región de Osorno (Céspedes yJohnson, 1984).

MINERALOGIA DE ARCILLAS Y ZEOLITAS

Fueron estudiados, mediante difracción de rayosX, preferencialmente los horizontes arcillosos y limo-sos de las unidades genéticas 1 (sedimentitas continen-tales con carbón) y III (sedimentitas). La mineralogíaen roca total incluye cuarzo, feldespatos, clorita-rnus-covita, caolinita y montmorillonita. El estudio detalla-do en la fracción tamaño arcilla (menor de 4 micrones)indica que la mineralogía está dominada por montmo-rillonita, il lita-rnuscovita, caolinita, clor ita y trazas decuarzo y feldespatos. Para acercarse a la determinaciónde la mineralogía de las arcillas diagenéticas y diferen-ciarlas claramente de las arcillas heredadas o detríticas.se estudió la fracción menor de un micrón, aparecien-do, para la mayoría de las muestras con una expandi-bilidad superior a 80%, como mineral predominante lamontmorillonita.

Con respecto a otros minerales diagenéticos los re-sultados señalan que la presencia de zeolitas clinopti-lolita y estilbita, del grupo de la heulandita, no dependede la profundidad de la muestra en el sondaje, sino dela cantidad de material volcanoclástico presente.

Se concluye, entonces, sobre la base de la presenciade montmorillonita y c1inoptilolita. que las condicio-nes diagenéticas alcanzadas por las unidades cenozo i-cas corresponden a la zona diagenética II (según Kisch,1987).

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Cuadro 1. Reflectancia de vitrinita en las facies continentales (Unidad genética 1).

PROFUNDIDAD EN METROS TIPO DE ROCA Ro S.D. LOCALIDAD(bajo boca pozo)

709.00 Lutita carbonosa 0.41 0.04 LABRANZA 1600.00 Lutita 0.49 0.03 LABRANZA 7

63.00 Lutita bituminosa 0.42 0.03 MILLAHUILLIN I64.80 Carbón 0.57 0.04 MILLAHUILLIN I

104.90 Lutita carbonosa 0.57 0.02 MILLAHUILLIN 971.60 Lutita carbonosa 0.46 0.02 CATAMUTUN 482.04 Lutita carbonosa 0.44 0.02 CATAMUTUN 4

105.00 Lutita carbonosa 0.47 0.02 CATAMUTUN 5121.00 Lutita carbonosa 0.53 0.02 UNION I182.90 Granos de bitumen * 0.39 0.03 UNION 4577.02 Lutita carbonosa 0.41 0.05 RIO BLANCO

* Ro medido en granos de bitumen. Valor equivalente de reflectancia de vitrinita es al menos 0.1 % más alto.

Cuadro 11. Reflectancia de vitrinita en yacimiento Pupunahue.

PROFU OIDAO TIPO OE MUESTRA FACIES Ro O.S.EN METROS

(bajo boca pozo)

PUPUNAHUE 3

188.35 MOD' Marina 0.53 0.04195.90 Carbón Continental 0.47 0.06200.00 Carbón Continental 0.45 0.04219.00 Carbón Cont inental 0.43 0.04

PUPUNAHUE 5

24.38 MOO' Marina 0.53 0.0237.45 MOD' Marina 0.44 0.05127.00 Carbón Continental 0.49 0.03135.00 Carbón Continental 0.44 0.03140.00 Carbón Continental 0.57 0.03

PUPUNAHUE 7

30.00 MOD' Marina 0.47 0.0398.66 MOO' Continental 0.43 0.04128.95 Carbón Continental 0.45 0.05140.05 Carbón Continental 0.51 0.04154.50 Carbón Continental 0.44 0.03

* MOO: materia orgánica diseminada, previamente concentrada mediante líquidos densos.

REFLECTANCIA DE VITRINITA Para una evaluación y comprensron global de laevolución térmica en la región comprendida entre Te-muco y Osorno se realizaron mediciones de Ro sólo enla porción continental inferior (Unidad Genética 1) dela secuencia cenozoica (cuadro I). En cambio en el ya-cimiento de Pupunahue se hizo un estudio sistemático,

El estudio de reflectancia de vitrinita (Rn) se realizótanto en partículas carbonosas provenientes de losmantos, como también, en partículas orgánicas disper-sas en sedimentos.

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considerando tanto muestras de las facies continentalesinferiores (Unidad Genética 1). como marinas superio-res (Unidad Genética Ill). para visualizar la variaciónde Ro respecto a la profundidad. Los resultados se pre-sentan en el cuadro Il.

Los valores de Ro obtenidos son en general infe-riores a 0,5 %, indicando inmadurez, lo cual es con-gruente con los resultados de los indicadores inorgáni-cos y con el rango sub-bituminoso de los carbones dela Unidad continental inferior.

CONCLUSIONES

Los resultados del estudio sistemático de la minera-logía de arcillas y zeolitas y valores de reflectancia devitrinita. en la subcuenca Pupunahue y en los pozos ubi-cados entre Temuco y Osorno, permiten señalar que lasecuencia cenozoica en su conjunto, vale decir la Uni-dad Genética 1 (continental) y Unidad Genética III (ma-rina), es inmadura, no habiendo alcanzado la etapa decata génesis o ventana de generación de hidrocarburos.Sin embargo, se ha observado hidrocarburos migradosen muestras de carbón del área de Millahuillín (Mafil,Provincia de Valdivia), lo que indica buen potencial deroca madre. Por esta razón se hace necesario estudiaraquellos pozos que tengan una mayor sobrecarga y porende pudieran haber alcanzado la zona de catagénesis.Al respecto, cabe señalar que la máxima profundidadde los pozos muestreados para este trabajo alcanza los709 m (Labranza, área de Temuco); por estudios geofí-sicos se conoce que en el eje de la actual Depresión oValle Central, la parte basal de la secuencia cenozoicaalcanza una profundidad del orden de 1500 m.

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