Geomorfología sísmica y elementos en ambientes fluvio lacustres en un sector de los Llanos Orientales (Colombia)

Seismic geomorphology and fluvial environmental elements in an area of Llanos Orientales (Colombia)

El desarrollo en la integración de datos geológicos y geofísicos, han permitido tener un mejor conocimiento del subsuelo. Sin embargo, mucha información es restringida, debido a su alto costo y privacidad; regularmente, manejada por la industria petrolera. Además, la información intrínsecamente presenta limitaciones, por ejemplo, resolución, adquisición, procesamiento e interpretación, lo cual lo hace más complejo. Así, con la imagen adquirida, no siempre es posible hacer seguimiento a las geoformas, ni tampoco su extensión y límites. Una vez se tiene la información del subsuelo, el paso siguiente es el manejo e integración de los datos disponibles, sin embargo, existe poco entendimiento del manejo espacio-temporal. Por ello con este trabajo, a partir de datos de volumen, pozos y cartografía, se puede establecer dicha relación, mediante herramientas como la estratigrafía de secuencias y la geomorfología sísmica. Los datos utilizados corresponden a una zona de la parte central de la Cuenca de los Llanos Orientales, los cuales son evaluados y analizados para extraer principalmente los elementos arquitecturales en ambientes fluviales, ubicados a varias centenas de metros del subsuelo. Entre ellos se tienen paleocanales, barras, diques y llanuras. Estos elementos están dispuestos en diferente forma, tanto espacial como temporal. El objetivo principal es el de mapear e interpretar la presencia de paleo-ríos en el subsuelo de un área de los Llanos Orientales. Mediante ello se pueden determinar las posibles unidades geomorfológicas con el fin de evidenciar su dinámica y características, relevantes en aplicaciones académicas o de Industria (Petrolera, Hidrogeología, Ingeniería, etc.). Así se propone establecer la distribución y extensión de geoformas encontradas en el subsuelo a más de un kilómetro de profundidad.

1.1 Localización e información

El área de estudio se encuentra en el sector Centro-Este de Colombia, en la Cuenca de los Llanos Orientales (Fig. 1), con información que comprende dos pozos con registros eléctricos (Rayo Gama y Densidad), un volumen sísmico de 40 km², con un procesamiento preapilado en tiempo (3D Pre-Stack Time Migration-PSTM), una longitud de registro de 3s, tasa de muestreo de 2ms (Fig. 2).

Figura 1
La zona de estudio se localiza en el extremo oeste de la Cuenca de los Llanos Orientales (Cuadro).
Fuente: Los autores

Figura 2
Información geofísica incluye el volumen sísmico e información de pozos (Escalas X, Y y Z (Profundidad) en metros)
Fuente: Autores.

Además del volumen sísmico e información de varios pozos, se dispone de datos de superficie: Cartografía, geomorfología, raster, MDT, imágenes de satélite y Landsat).

En la Cuenca de los Llanos Orientales, han sido llevados a cabo estudios estratigráficos [1-4], y estructurales [5-9]. En ellos se define la estratigrafía y tectónica de la cuenca, a partir de datos sísmicos y de pozos. En otros abordajes, se tienen aproximaciones aloestratigráficas [10], o trabajos con descripciones e interpretaciones, por ejemplo, litoestratigrafía y estratigrafía de secuencias [11] a abordajes secuenciales [12-15].

En áreas con litología homogénea y disposición de sedimentos en capas horizontales, casi planas, por ejemplo, los Llanos Orientales, la cartografía geológica en superficie no permite el conocimiento del subsuelo, esto ya que los paquetes de roca se disponen casi horizontalmente o con buzamientos muy pequeños (disposición plano paralela de los sedimentos), lo que obliga a emplear métodos indirectos (geofísica) para el conocimiento de las capas en el subsuelo. El análisis de los datos sísmicos hace necesario relacionar la geofísica, la geología y geomorfología a los procesos morfogenéticos superficiales, para ello se hace uso de herramientas como la geomorfología sísmica y la estratigrafía secuencial [17-19]. Así, es importante diferenciar el proceso de descripción y de la interpretación de datos sísmicos, lo cual se incluye en la metodología (Fig. 3). Previo amarre datos sísmica-pozo-geología, se determina las facies (Eléctricas, sísmicas o litológicas), y su asociación, buscando establecer los elementos característicos para encontrar los posibles ambientes. Con este análisis preliminar es posible determinar las superficies claves, límites, sistemas deposicionales, para finalmente obtener las secuencias.

Figura 3
Metodología y seguimiento para el estudio geomorfológico.
Fuente: Autores.

Los datos de superficie se analizan mediante el procesamiento e interpretación de imágenes de satélite multi-temporales particularmente Landsat TM, ETM y LDCM, con diferentes registros del comportamiento de las aguas (Bajas, medias y altas). El conjunto de datos es pre-procesado, mediante Filtros, atributos, o extracción de geocuerpos. Haciendo la descripción de secciones, más conocida como trazado de horizontes, es integrada, para finalmente obtener el modelo secuencial. Esta información integrada a la información de superficie, los análogos (Fig. 4), y sus elementos arquitecturales, son quienes permiten establecer una relación con los eventos del pasado, y que son analizados, descritos e interpretados en el subsuelo. El modelo final permite establecer una relación espacio-temporal de los elementos que constituyen los diferentes depósitos. En este estudio se busca identificar y describir los diferentes ambientes y secuencias a que pertenecen.

Figura 4
Análogo en superficie de la disposición de los diferentes elementos de un canal o grupo de los mismos
Fuente propia. Base imagen Landsat procesada 3D.

2.1. Marco teórico y análisis preliminar

La información de superficie sirve como análogo geomorfológico para el análisis de los sedimentos dispuestos en el subsuelo. Dicha información ayuda a determinar elementos geomorfológicos en ambientes fluviales: Barras, superficies de desborde, talveg, meandros y diques, además de ambientes aledaños, como llanuras de inundación (Fig. 3). En el análogo, el lecho principal activo corresponde al rio Guachiría, dispuesto en dirección casi oeste-este, con una marcada migración que se extiende casi 1 Km, respecto al cauce principal. Además, es evidente la presencia de barras, caracterizada por litología tipo arenosa. Los afluentes y drenajes menores están constituidos por cauces que convergen casi diagonales al lecho principal (dirección NNW-SSE).

Cuando se hace referencia a estudios secuenciales, esta no se limita únicamente a información sísmica; la correlación de pozos, mediante datos de afloramiento, columnas o registros eléctricos, constituyen otra herramienta, poco utilizada secuencialmente. En el área de estudio se tiene información de dos pozos, cuya correlación secuencial, se basa en el análisis de secuencias [20], lo que ayudó a interpretar la presencia de diferentes elementos arquitecturales, por ejemplo, paleocanales, planicies de inundación, y superficies erosivas, (Fig. 5) con diferente disposición, variando las geoformas, que van de paleocanales aislados, hasta complejo de paleocanales amalgamados. Estos elementos se determinan geométricamente, y correlacionados con la interpretación secuencial de pozos, donde la asociación facial corrobora la identificación de los diferentes depósitos. Los paleocanales están ligados a superficies erosivas o cambios abruptos en las facies, mientras los de inundación a valores altos de los registros gama, y poca variación en los registros, con dominio de material fino.

Figura 5
Correlación e interpretación secuencial de los pozos 1 y 2
Fuente: Autores.

El análisis se basa en la identificación de facies, donde se integraron las electrofacies y las litofacies (Arena y arcillas), además se consideran los parámetros necesarios para un análisis secuencial. Estos son, la eustasia, el aporte de sedimentos y espacio de acomodación. La razón entre el Espacio de Acomodación (E) y el Aporte de Sedimentos (S) permite establecer la disposición geométrica, extensión y apilado de los sedimentos (Fig. 5). Considerando las facies y teniendo en cuenta las variaciones en la vertical, estos no se cumplen con la horizontal, contradiciendo la Ley de Walter [21]. Esta limitación es frecuente en ambientes de tipo continental, por ejemplo, los depósitos aluviales o de tipo limnológico.

El uso de herramientas como la estratigrafía de secuencias permite integrar diferentes datos, por ejemplos sísmicos, pozos, cartografía de superficie, geoquímica, además de interpretación basada en análogos de superficie, con lo cual pueden determinarse características semejantes a los depósitos encontrados en el subsuelo. En sentido geomorfológico, la dinámica y disposición de los ríos actuales. Entre los elementos arquitecturales se presentan: el talweg, la barra, la superficie de desborde, entre otras. Los canales superiores se presentan entrelazados, correspondientes a paleocanales de tipo fluvial. Hacia la parte intermedia cambia a régimen lineal de 8 km aproximadamente, a otros semi-rectos con longitudes mapeadas de 10 km, casi rectos con pocos meandros y cursos angostos. En su mayoría representan canales efímeros, en zonas de planicies inundadas.

Una vez se tienen el trazado de superficies, la determinación de sismofacies y su asociación, se hace posible establecer un modelo secuencial, el cual muestra en su verdadera posición espacio-temporal los diferentes eventos marcados. Así, inicialmente se tienen los elementos asociados a los procesos erosivos, dando lugar a depósitos de canales, pertenecientes al Sistema de Mar Bajo (Fig. 10a); a esto se siguen procesos de inundación, donde el predominio es netamente del material arcilloso, resultado del aumento del nivel eustático relativo [18], donde el nivel base, en este caso el lago, tiende al mar, correspondiente a un sistema transgresivo (Fig. 10b), donde se tiene un incremento en la relación entre el espacio de acomodación y el aporte de sedimentos (E/S ˃1). A partir de este evento se suceden ciclos de inundación y también caídas eústáticas. Estos ambientes están ligados a ciclos de subida y descenso del nivel base, considerando una subsidencia suave y constante, al igual que la sedimentación. Finalmente, se tiene la deposición de las progradaciones asociadas al sistema de Mar Alto, con mucho aporte de sedimentos y reducción en el espacio de acomodación (E/S ˂1), dando lugar a la progradación de sedimentos (Fig. 10c).

Figura 10
Análisis secuencial e integración a la curva eustática relativa de los sistemas de depósito Bajo (a), Transgresivo (b) y Alto (c).
Fuente: Autores.

La última etapa permite extraer la disposición tridimensionalmente (voxel), de las diferentes geoformas analizadas, permitiendo obtener la disposición espacio-temporal de los diferentes elementos arquitecturales de depósitos fluviales desde la superficie hasta los eventos más profundos, en este caso analizados para la Cuenca de los Llanos Orientales, hasta el Paleógeno [14 y 19].

Interpretaciones geológicas y geofísicas, no deben ser confundidas con descripciones. Por ello, se tienen que incluir componentes espacio-temporales, ejemplo de ello es la estratigrafía de secuencias. En este artículo el análisis es netamente secuencial, y no de tipo litoestratigráfico.

La extracción de datos del subsuelo hace necesario el uso de métodos o herramientas indirectas, caso de la información sísmica. Además, se requiere de la integración con otras herramientas para establecer un control espacio-temporal de las diferentes geoformas. Así, en la Cuenca de los Llanos Orientales, las diferentes superficies, como discordancias, inundación, máxima inundación, son claves para la definición secuencial.

Incisiones fluviales acontecieron durante el sistema de nivel bajo, donde los diferentes paleocanales en su mayoría tienen lugar durante la caída eustática, y un bajo cociente de sedimentación/espacio de acomodación (S/E), sin embargo, las características geomorfológicas cambian. Esta variación está relacionada con la disposición de los sedimentos y el basculamiento de la cuenca.

Los análogos permiten visualizar la disposición actual del sistema fluvial, aunque este ha variado con el tiempo. La disposición de los paleocanales en el subsuelo, presentan una dirección preferencial NW-SE, con tributarios casi oblicuos.

Análisis multiatributos, integrados a la secuencial permiten caracterizar la disposición estratigráfica, especialmente en sistemas de mar bajo, los cuales son dominados por paleocanales, cambiantes a sistemas transgresivos, dominados por zonas inundadas. Estos terminan con el apilado de sedimentos progradantes, correspondientes a sistemas de mar alto.

Los límites secuenciales tienen un sentido temporal, así las secuencias inferiores presentan depósitos más antiguos, que los encontrados por encima de la secuencia.