Boletín de Geología

Mineralogical and geochemical evidence of the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) in the submarine basement of the Guajira Basin, Colombia

Resumen El origen y la composición del basamento del margen norte de Suramérica son controvertidos debido a que son el resultado de la compleja interacción de las placas tectónicas del Caribe, sudamericana y de Nazca a lo largo del tiempo geológico. Uno de los principales problemas que han limitado una comprensión adecuada es la dificultad de obtener muestras de rocas ígneas y metamórficas costa afuera. En este artículo se caracteriza el basamento del pozo exploratorio Orca-1, perforado en la Cuenca Guajira offshore, porción sur del mar Caribe. La secuencia analizada tiene alrededor de 200 m de espesor, donde se identifican basaltos y andesitas basálticas, con eventual ocurrencia de episodios extrusivos, interpretados a partir de la presencia de rocas piroclásticas depositadas en un ambiente submarino. La alteración mineralógica de estas rocas apunta a un importante papel de los fluidos hidrotermales en su formación. La firma geoquímica del basamento muestra una reducida diversidad composicional atribuida a una misma historia de fusión, lo cual indica una afinidad toleítica y una fuente tipo pluma, sin evidencia alguna de componente de subducción o de interacción manto-corteza en su petrogénesis. Por su composición, se plantea que las rocas del basamento de Orca-1 corresponden a un fragmento de la corteza oceánica formadora la Gran Provincia Ígnea del Caribe (CLIP) y que fue acrecionado a la margen norte de la península de La Guajira, al norte de la Sutura de Chimare, que ha sido interpretada como el límite más septentrional de los principales bloques de basamento considerados autóctonos de Suramérica.

Abstract The origin and composition of the basement offshore of the northern South American margin are somewhat controversial as it results from the complex interaction of the Caribbean, South American, and Nazca tectonic plates through geologic time. One of the major issues that have limited a proper comprehension is the difficulty in acquiring sampling from submerged igneous and metamorphic rocks. The basement sequence of the Orca-1 exploratory well, located offshore of the Guajira Peninsula in northern Colombia, consists of a sequence at least 200 m thick, characterized by basalts and andesites. Occasional extrusive episodes are marked by the presence of pyroclastic rocks deposited in a subaqueous environment. The mineralogical alteration of the Orca-1 rocks points to a significant role played by low- temperature hydrothermal fluids in their formation. Its geochemical signature indicates a tholeiitic affinity and a plume source without any evidence of a subduction component or mantle-crust interaction in its petrogenesis. Based on their composition, we propose that the Orca-1 basement rocks correspond to a fragment of the oceanic crust that formed the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) and were later accreted to the margin of the Guajira Peninsula, north of the Chimare suture which seems to be northern boundary of the autochthonous South American blocks.

Lithologic and biostratigraphical characterization of the Toluviejo Formation: Contributions about the paleoenvironments of the Eocene carbonate platforms from northern Colombia

Resumen El presente trabajo busca entender las condiciones paleoambientales de la Formación Toluviejo (Cinturón Plegado de San Jacinto, Caribe colombiano). Para eso se presentan los resultados del análisis petrográfico de muestras de la sección El Hueso (Córdoba, Colombia), así como una valoración geoquímica de algunos elementos presentes en la roca (Sr, Ba, Fe, Ca, V, Cu, Al). Los análisis petrográficos muestran que la sucesión sedimentaria se conforma principalmente por calizas bioclásticas (grainstone), dominadas en su composición por macroforaminíferos (familias Nummulitidae, Lepidocyclinidae, Soritiidae y Discocyclinidae) y algas calcáreas, con un grado de diagénesis moderado a bajo en algunas muestras. El tipo de asociación fósil encontrada indica una edad de Eoceno medio (Luteciano tardío a Bartoniano), lo que va en concordancia con lo propuesto para otras secciones de dicha unidad. Por medio de la definición de petrofacies, se identifican al menos 3 grupos, donde varía la proporción de los macroforaminíferos y de las algas calcáreas, lo cual sugiere un ambiente de depósito asociado a una rampa carbonatada media. Si bien litológicamente la sección de El Hueso parece ser homogénea en su composición, tanto las variaciones que se observan en sus bioclastos principales como las relaciones geoquímicas de Fe/Ca y Sr/Ba sugieren cambios leves en las condiciones de energía, aporte de material terrígeno y paleosalinidad (probablemente ligado a variaciones eustáticas) en la parte basal de la sucesión. A su vez, el tipo de preservación observada en los bioclastos, así como la distribución de elementos sensibles a variaciones en la oxigenación de los sedimentos de fondo (V/Al, Cu/Al), sugiere condiciones paleoambientales de bajo estrés.

Abstract This study aims to understand the paleoenvironmental conditions of the Toluviejo Formation (San Jacinto Fold Belt, Colombian Caribbean). To achieve this a petrographic analysis of the El Hueso section (Córdoba, Colombia), as well as a geochemical evaluation of some elements present in the rock (Sr, Ba, Fe, Ca, V, Cu, Al) were conducted. The petrographic analyses reveal that the sedimentary succession is mainly composed of bioclastic limestones (grainstone), dominated by large benthic foraminifers (families Nummulitidae, Lepidocyclinidae, Soritiidae, and Discocyclinidae), and calcareous algae, with a moderate to low degree of diagenesis in some samples. The foraminiferal assemblages indicate a middle Eocene (Late Lutetian to Bartonian) age, which agrees with age definitions for other sections of this unit. Petrofacial analysis identifies 3 groups based on variations in the proportions of large benthic foraminifers and calcareous algae, indicative of a middle carbonate ramp. Although the lithology and composition of the El Hueso section are generally homogeneous, the variations in its main bioclasts, as well as the Fe/Ca and Sr/Ba geochemical ratios, suggest minor changes in the energy conditions, terrigenous input, and paleosalinity (probably linked to eustatic variations) for the basal part of the succession. Furthermore, the degree of bioclast preservation and the distribution of elements sensitive to bottom water oxygenation variations (V/Al, Cu/ Al) indicate low-stress paleoenvironmental conditions.

Exploration methods and geothermal systems in Colombia with emphasis on the Nevado del Ruiz volcano, Valle de Nereidas geothermal project

Resumen Un modelo conceptual geotérmico de sistemas convencionales en general comprende cuatro elementos esenciales: una fuente de calor, un reservorio, una fuente de fluidos y una cobertura impermeable. Así, el modelo geotérmico de un área será definido cuando exista la información relevante para su concepción. Para esto, se realizan estudios de diferentes tipos, como: geofísicos, geológicos, hidrogeoquímicos y de anomalías de calor. Colombia dispone de importantes recursos geotérmicos asociados preferencialmente con el arco volcánico activo que se manifiesta a lo largo de la Cordillera Central, sin descartar la importancia de las demás localizaciones no volcánicas. El principal uso de energía geotérmica en Colombia corresponde al aprovechamiento de sistemas de baja entalpia en la balneología y el ecoturismo. Actualmente, se exploran áreas de sistemas de media-alta entalpía con potencial de generación eléctrica. El presente trabajo describe los métodos más comunes para realizar exploración geotérmica y evidencia el avance de la geotermia en Colombia, con énfasis en el volcán Nevado del Ruiz como modelo de un sistema geotérmico usado como fuente de energía alternativa. Adicionalmente, se muestra cómo en el proyecto más avanzado del país, el proyecto Valle de Nereidas, en el flanco oeste del volcán Nevado del Ruiz, se encuentran fuentes termales que han derivado en un proyecto geotérmico de alta entalpía. Estos nuevos aportes indican que las fuentes termales están estrechamente relacionadas con un aumento de permeabilidad en las rocas, asociado con la interacción de sistemas de fallas en dirección NW-SE, que son cortados por fallas regionales N-S como la falla San Jerónimo. A su vez, el patrón de circulación de fluidos geotérmicos en el área de interés se propone desde el SEE hacia el NWW, de acuerdo con el patrón estructural de la zona correspondiente al sistema de fallas Nereidas-Río Claro.

Abstract Geothermal conceptual models generally comprise four essential elements in convective geothermal systems: a heat source, a reservoir, a fluid source, and an impermeable rock. A comprehensive geothermal model is developed based on the available data at a given stage, which involves various studies such as geophysical surveys, heat anomaly mapping, geological analysis, and hydrochemical assessments. In Colombia, geothermal resources are predominantly associated with the active volcanic arc along the Central Cordillera, although non-volcanic areas also hold potential. The main application of geothermal energy in the country has been low-enthalpy systems, primarily for balneology and ecotourism. However, exploration efforts are currently underway to identify medium- to high-enthalpy systems with potential for electricity generation. This work outlines common methods in geothermal exploration and highlights the exploration progress in Colombia, with emphasis on the Nevado del Ruiz volcano as a case study for geothermal energy use. Additionally, this work demonstrates how in the most advanced project in the country, the Valle de Nereidas, on the western flank of the Nevado del Ruiz volcano, thermal springs have led to a high-enthalpy geothermal project. These hot springs are related to an increase in permeability in the rocks, associated with the interaction of fault systems in a NW-SE direction that are intersected by regional N-S faults such as the San Jerónimo fault. The circulation pattern of geothermal fluids in the area of interest is proposed to follow the SEE to the NWW, according to the structural pattern of the area related to the Nereidas-Río Claro fault system.

Geological modelling for CO₂ storage potential estimation in an area located south of the Lower Magdalena Valley Basin, Colombia

Resumen Se presentan los resultados del modelamiento geológico para evaluar el potencial de secuestro de CO2 en el sur del Valle Inferior del Magdalena. Utilizando correlaciones de registros de pozo, análisis petrofísicos, evaluación de gradientes de presión y temperatura, interpretación sísmica y cálculos estadísticos, se estimó deterministicamente una capacidad de 7,58 MtCO2eq en la Formación Ciénaga de Oro. En un enfoque estocástico, se revela una variabilidad significativa, indicando que la capacidad de almacenamiento podría oscilar entre 0,82 MtCO2eq (P90) y 15,28 MtCO2eq (P10). Los datos respaldan a la Formación Ciénaga de Oro como un reservorio propicio para el secuestro de CO2, pero el análisis de la estructura, correspondiente a un anticlinal de inversión y las estimaciones de capacidad llevan a descartar la viabilidad del proyecto en la zona debido al alto riesgo asociado con respecto a la capacidad de almacenamiento de la trampa. En síntesis, aunque se confirma la idoneidad del reservorio, las consideraciones de variabilidad en el área total de la estructura y el factor de eficiencia sugieren limitaciones importantes para la implementación del secuestro de CO2 en el área estudiada.

Abstract The results of geological modeling to assess the CO2 sequestration potential in the southern part of the Lower Magdalena Valley are presented. Using correlations, petrophysical analysis, evaluation of pressure and temperature gradients, seismic interpretation, and statistical calculations, a deterministic capacity of 7,58 MtCO2eq was estimated. In a stochastic approach, significant variability is revealed, indicating that the storage capacity could range from 0,82 MtCO2eq (P90) to 15,28 MtCO2eq (P10). The data support the Ciénaga de Oro Formation as a suitable reservoir for CO2 sequestration. However, detailed analysis of the structure, corresponding to an inversion anticline, and capacity estimates lead to the dismissal of the project's feasibility in the area. In summary, while the reservoir's suitability is confirmed, considerations suggest significant limitations for the implementation of CO2 sequestration in the studied area.

Intermediate-depth seismicity of the lesser Antilles subduction slab, close to the Paria peninsula, Venezuela

Resumen A partir de una investigación macrosísmica de sismos recientes (2000-presente), en el rango de profundidad de 45 a 150 km y de magnitud Mw > 5,0, vinculados a la losa de subducción sudamericana-atlántica (SAA) en la zona de STEP (Subduction to Transform Edge Propagator) del Caribe suroriental, se ha determinado que las ciudades de Ciudad Guayana y Ciudad Bolívar, emplazadas en la margen más septentrional del área de afloramiento de las rocas competentes del cratón Precámbrico de Guayana, muestran intensidades sísmicas que no respetan un patrón normal de atenuación con la distancia. Esta situación requiere que la norma sismorresistente venezolana vigente (COVENIN 1756-1:2019) sea revisada, al estar aparentemente subestimada en sus estimaciones de los niveles de amenaza sísmica para esta región sureña venezolana.

Abstract From a macroseismic investigation of earthquakes ranging between 45 and 150 km in depth and magnitudes Mw > 5.0 since year 2000, related to the South American-Atlantic (SAA) subduction in the region of the southeastern Caribbean STEP, we have determined that the cities of Ciudad Guayana and Ciudad Bolívar, sitting at the northernmost edge of competent rock outcrops of the Precambrian craton of Guyana, show seismic intensities which do not comply with a normal attenuation pattern of decreasing intensities with increasing distance. This necessarily leads to the revision of the current Venezuelan seismic-resistant code (COVENIN 1756-1:2019), since the seismic hazard estimations for this southern region of Venezuela appear to be clearly underestimated.

Comparative results obtained for coal bed methane from different types of sampling in the Sinifaná basin (Antioquia, Colombia)

Resumen El objetivo de este trabajo fue comparar los contenidos de gas asociado al carbón, obtenidos a partir de diferentes tipos de muestreo: de canal por ply; núcleos de perforación lateral y vertical en la Mina San Fernando en el Municipio de Amagá - Antioquia, Colombia. Estas muestras se sometieron a los análisis de desorción de gas, cromatografía de gases, porosidad, permeabilidad y adsorción a alta presión. Los carbones estudiados se clasifican como sub-bituminosos A y bituminosos altos en volátiles C, de acuerdo a la norma ASTM D388-19a clasificación de carbones por rango. Los contenidos promedios de gas total desorbido en las muestras variaron entre 0,2 y 33,7 ft3/ton; los cuales son valores bajos con respecto a las demás zonas carboníferas de Colombia y del mundo. La composición del gas fue principalmente metano (C1) con una variación de 92,2% a 98,98%, dióxido de carbono (CO2) el cual varío entre 0,30% y 4,27%, y cantidades menores a 1,0% de otros hidrocarburos. A una presión de 1500 psi, las isotermas de adsorción de CH4 para los diferentes tipos de muestreos variaron entre 45 y 340 ft3/ton. De acuerdo con los resultados, se puede establecer que existe una variabilidad lateral a profundidad de los contenidos de gas metano y con una tendencia a disminuir en los Mantos 2 y 3. Esto se observó en todos los mantos que se han estudiado. También se encontró variabilidad vertical en la perforación vertical, en las 5 muestras tomadas de canal por ply de los frentes de explotación, y en las perforaciones laterales. Al comparar los resultados con los de estudios anteriores, los contenidos de gas en general son bajos (menores a 60 ft3/ ton). De otro lado, se puede determinar de una manera sencilla y a bajo costo en muestras que se tomen en los frentes de explotación.

Abstract The objective of this work was to compare the coal bed methane obtained from different types of sampling: channel by ply, lateral, and vertical drilling cores at the San Fernando Mine in the Municipality of Amagá - Antioquia, Colombia. These samples were subjected to gas desorption, gas chromatography, porosity, permeability and high-pressure adsorption analyses. The studied coals are classified as subbituminous A coal and high-volatile C bituminous coal, according to the ASTM D388-19a standard classification of coal by rank. The average of total gas desorbed in the samples varied between 0.2 and 33.7 ft3/ton, which are low values compared to the other coal mining areas of Colombia and the world. Gas composition was primarily methane (C1) ranging from 92.2% to 98.98%, carbon dioxide (CO2) ranging from 0.30% and 4.27%, and amounts typically less than 1.0% other hydrocarbons. At a pressure of 1500 psi, the CH4 adsorption isotherms for the different types of samples varied between 45 and 340 ft3/ton. According to the results, it can be established that there is a lateral variability in depth of the methane gas contents and with a tendency to decrease in coal seam 2 and 3. Vertical variability was also found in the vertical drilling and in the samples taken from the channel per ply of the exploitation front faces. When comparing the results with those of previous studies, the gas contents were generally low (less than 60 ft3/ton). On the other hand, it can be determined in a simple way and at a low-cost manner in samples taken from the exploitation fronts faces.