Boletín de Geología

The argilokinetic diapirism of the Colombian Caribbean Margin: a review of its sedimentary conditioning factors applied to hydrocarbon exploration

Resumen Se analizan la morfología y evolución de los diapiros y volcanes de lodo en el Margen Caribeño Colombiano (MCC), emplazados en secuencias sedimentarias transgresivas del Cretácico al Neógeno. Son estructuras extrusivas por argilocinesis que muestran la liberación de sedimentos sobrepresionados y fluidizados por aguas y/o hidrocarburos que intruyen hasta la superficie. A partir de la modelación analógica, se concluye que los condicionantes del origen y geometría de los mecanismos del diapirismo dependen de: i) la menor densidad de los niveles generadores infrayacentes en comparación con las secuencias suprayacentes y ii) de las débiles tasas de sedimentación de las secuencias que los post-datan. La exhumación progresiva del Cinturón Sinú-San Jacinto a partir del Oligo-Mioceno, debido a la convergencia tectónica transpresiva dextral entre las placas Sudamérica y Caribe, generó una barrera al transporte sedimentario hacia el norte del paleo río Cauca. Esta interrupción impidió su descarga directa, forzándolo a coalescer hacia el río Magdalena. Se propone un provincialismo del diapirismo a partir de las diferencias en las tasas de progradación de sedimentos más densos sobre secuencias pelíticas asociadas con conspicuos tipos de plegamientos intensos: a) al norte (Cinturón San Jacinto), compresional tangencial con ejes de pliegues doblemente buzantes y escalonados subparalelamente al litoral Caribe y b) al sur (Cinturón Sinú), gravitatorio con amplios sinclinales en forma de cubetas y anticlinales estrechos. El mejor conocimiento de la evolución 4D del diapirismo en el MCC contribuye en la definición del potencial de los sistemas petroleros infrayacentes y en la prevención de riesgos ambientales en las maniobras exploratorias.

Abstract The morphology and evolution of diapirs and mud volcanoes in the Colombian Caribbean Margin (MCC) located in transgressive Cretaceous to Neogene sedimentary sequences are analyzed in this paper. They are extrusive structures by argilokinesis that show the release of overpressure and fluidized sediments by water and/or hydrocarbons that pierce the surface. From the analogical modeling of the determining factors of origin and geometry, the diapirism mechanisms depend on: i) the lower density of the underlying generating levels compared to the overlying sequences, and ii) the weak sedimentation rates of the overlayered sequences. The progressive exhumation of the Sinú-San Jacinto Belt from the Oligo-Miocene period due to the dextral transpressive tectonic convergence between the South American and Caribbean plates, generated a barrier to sedimentary transport to the North of the Paleo Cauca River. This interruption prevented its direct discharge, forcing it to coalesce into the Magdalena River, increasing the volume of its delta. A provincialism of diapirism is proposed based on the differences in rates and chronologies of the progradation of denser sediments on pelitic sequences associated with conspicuous types of folds: a) to the north (San Jacinto Belt), tangential compressional type with a double plunge, and oriented subparallel to the Caribbean coast, and b) to the south (Sinú Belt), gravitational type with wide synclines and tight anticlines. Better knowledge of the 4D evolution of MCC diapirism contributes to the potential of the underlying oil systems and the prevention of environmental risks in exploratory maneuvers.

Assessment of glacier retreat in the Sierra Nevada del Cocuy, Colombia based on multisensor image classification

Resumen Los glaciares andinos representan una de las fuentes principales del recurso hídrico en Suramérica y durante las últimas décadas se han reducido significativamente como producto del cambio climático y la variabilidad climática. En los Andes colombianos, el pico nevado más extenso corresponde a la Sierra Nevada del Cocuy (SRC), un cordón montañoso localizado al noreste de la Cordillera Oriental con presencia de nieves perpetuas en alturas que oscilan aproximadamente entre los 4800 y los 5345 metros sobre el nivel del mar (msnm). A partir de imágenes satelitales de Landsat-4 (1987), Landsat-5 (1991, 1997, 2009), Landsat-7 (2000, 2003), Landsat-8 (2014, 2016, 2017), y Sentinel-2 (2019, 2021) se realizó una clasificación orientada a píxel usando el software PCI Geomatics, en la cual se definieron 4 tipos de cobertura: área glaciar, suelo-roca, vegetación y agua. Para la validación de exactitud (accuracy) fueron utilizadas como datos de referencia, imágenes satelitales de alta resolución espacial (Google Earth ~1,0 m y Planet’s high-resolution, analysis-ready mosaics of the world’s tropics ~4,7 m) y puntos de control de campo. Los valores de exactitud global (todas las coberturas) oscilaron entre 86-99%, con una exactitud para la cobertura de área glaciar entre 97-100%. La disminución de dicha área es de 1099,59 ha en un lapso de 34 años (1987-2021). Este análisis reveló que el área glaciar disminuyó aproximadamente en un 37,92% con respecto a la primera escena (1987). Según dicha tendencia, el glaciar de la SRC se extinguiría para el año 2048. La tasa de retroceso glaciar está influenciada principalmente por factores relacionados con el calentamiento global como lo son el aumento de la temperatura media anual y la disminución en las tasas de precipitación, y factores de variabilidad climática como el fenómeno de El Niño.

Abstract The Andean glaciers represent one of the most important water sources in South America. They have been significantly reduced in recent decades because of climate change and climate variability. The most extensive snow-capped peak in the Colombian Andes Mountains corresponds to the Sierra Nevada del Cocuy (SRC), a mountain range located toward the northeast of the Eastern Cordillera with snow at altitudes ranging from approximately 4800 to 5345 meters above sea level (masl). From Landsat-4 (1987), Landsat-5 (1991, 1997, 2009), Landsat-7 (2000, 2003), Landsat-8 (2014, 2016, 2017), and Sentinel-2 (2019, 2021) satellite imagery, a pixel-oriented classification was performed using the PCI Geomatics software, defining four cover types: glacier area, soil-rock, vegetation, and water. For accuracy validation, high spatial resolution satellite imagery (Google Earth ~1.0 m and Planet’s high-resolution, analysis-ready mosaics of the world’s tropics ~4.7 m) and field control points were used as reference data. Overall accuracy values (all coverages) ranged from 86-99%, with accuracy for glacier area coverage between 97-100%. The decrease in the glacier area is of 1099.59 ha over 34 years (1987-2021). This analysis revealed that the glacier area decreased by approximately 37.92% regarding the first scene (1987). According to this trend, the SRC glacier would be extinct by 2048. The rate of glacier retreat is mainly influenced by factors related to global warming, such as the increase in mean annual temperature and the decrease in precipitation rates and climate variability factors such as the El Niño phenomenon.

Agglutinated foraminiferal assemblages of the San Cayetano Formation (San Jacinto Fold Belt, Northern Colombia)

Resumen El Paleógeno del Cinturón Plegado de San Jacinto (CPSJ) corresponde a una sucesión sedimentaria heterolítica, lo cual ha causado que el registro de microfósiles sea poco estudiado, particularmente para el Paleógeno Inferior. Este es el caso de la Formación San Cayetano, que por medio de las asociaciones de foraminíferos, ha sido interpretada como una unidad de edad Paleoceno-Eoceno temprano, y depositada en un ambiente de tipo turbidítico. Sin embargo, los niveles donde se han reportado los foraminíferos son intervalos discretos y un incremento en los estudios sedimentológicos y paleontológicos (macrofósiles), ha causado que tanto el rango cronoestratigráfico como los ambientes de depositación de la Formación San Cayetano vengan siendo objeto de debate. Teniendo en cuenta que las asociaciones de foraminíferos en esta unidad corresponden principalmente a formas bentónicas aglutinadas, se presenta el estudio taxonómico detallado de los especímenes más representativos en varias secciones que comprenden sedimentitas de la Formación San Cayetano. Las morfoespecies de foraminíferos descritas en este trabajo corresponden a especímenes poco diversos, con abundancias y preservaciones moderadas, los cuales comprenden principalmente formas aglutinantes tubulares y multiseriales. Aunque los taxones descritos representan en buena medida al tipo de foraminíferos reportados para la Formación San Cayetano, abarcando un intervalo de tiempo Paleoceno tardío-Eoceno temprano, algunos de los taxones referidos en este trabajo, como Aschemocella subnodosiformis, Bathysiphon eocanicus, Budhashevaella trinitatensis, Nothia lattissima o Reticulophragmoides jarvisi, ayudarían a restringir el rango de edad del nivel donde se encuentren. Igualmente, el tipo de foraminíferos encontrados confirma la interpretación previa de ambientes turbidíticos (flysch-type foraminiferal assemblages) o en su defecto, ambientes con una alta inestabilidad en el substrato. Por ende, estos resultados refuerzan la idea de que a futuro se clarifiquen las relaciones estratigráficas de los niveles de foraminíferos, con la de aquellos intervalos que han sido interpretados como depositados en ambientes proximales.

Abstract The San Jacinto Fold Belt comprises a heterolithic succession, particularly in the Lower Paleogene, which might hamper the presence of diagnostic fossils. This case is notorious in the San Cayetano Formation, which strata have been interpreted as deposited in turbiditic setting and presents a late Paleocene-Early Eocene age using foraminiferal assemblages. However, the presence of foraminifers in the San Cayetano Formation is scattered, mostly constituted by benthic agglutinated assemblages, and the input of new data (sedimentology, macrofossils) have increased the discussion about the age and depositional context of that unit. Considering these issues, a detailed taxonomic study of the foraminiferal assemblages that define the Lower Paleogene in the San Jacinto Fold Belt was elaborated, using material of several sections of the San Cayetano Formation. Despite the agglutinated foraminifers present low diversity values, these have several abundance and preservation degrees, comprising tubular and multiserial agglutinated forms. Though some of the taxa have been referred in the San Cayetano formation, some of the identified species such as Aschemocella subnodosiformis, Bathysiphon eocanicus, Budhashevaella trinitatensis, Nothia lattissima or Reticulophragmoides jarvisi might refine the age proposal of late Paleocene-early Eocene. Furthermore, the foraminifers can be interpreted as flysch-type assemblages, or also associated with highly unstable substrates, aspects previously reported for this unit. In view of the most recent studies on the San Cayetano Formation, our contribution reinforces the importance of integrating paleontological and sedimentological data in incoming projects. This, in order of segregating the possible turbiditic settings of this unit from those proposed like more proximal.

Understanding the sensitivity to the soil properties and rainfall conditions of two physically-based slope stability models

Abstract Physically-based models have been used to assess landslide susceptibility, hazard, and risk in many regions worldwide. They have also been regarded as valuable tools for landslide prediction and the development or improvement of landslide early warning systems. They are usually validated to demonstrate their predictive capacity, but they are not deeply studied regularly to understand the sensitivity of the input variables and the behavior of the models under many different rainfall scenarios. In this research paper, we studied two distributed physically-based models for shallow landslides: SLIP and Iverson. For this, the first-order second-moment (FOSM) method was used to calculate the contribution of random input variables (soil strength, unit weight, and permeability parameters) to the variance of the factor of safety. Different intensity and duration rainfall events were simulated to assess the response of the models to those rainfall conditions in terms of the factor of safety and failure probability. The results showed that the shear strength (cohesion and friction angle, in order of significance) parameters have the largest contribution to the variance in both models, but they vary depending on geological, geotechnical, and topographic conditions. The Iverson and SLIP models respond in different ways to the variation of rainfall conditions: for shorter durations (e.g. ≤ 8 h), increasing the intensity caused more unstable areas in the SLIP model, while for longer durations the unstable areas were considerably higher for the Iverson model. Understanding those behaviors can be useful for practical and appropriate implementation of the models in landslide assessment projects.

Resumen Se han implementado modelos basados en la física para evaluar la susceptibilidad, la amenaza y el riesgo de movimientos en masa en muchas regiones del mundo. También se han considerado herramientas valiosas para la predicción de movimientos en masa y el desarrollo o mejora de sistemas de alerta temprana. Por lo general, se validan para demostrar su capacidad predictiva, pero pocas veces se estudian en profundidad para comprender la sensibilidad de las variables de entrada y el comportamiento de los modelos en diversos escenarios de lluvias. En este artículo de investigación se utilizaron dos modelos distribuidos de base física para deslizamientos superficiales: Iverson y SLIP. Para ello, se utiliza el método de first-order second moment (FOSM) para calcular la contribución de las variables de entrada aleatorias (resistencia del suelo, peso unitario y parámetros de permeabilidad) a la varianza del factor de seguridad. Se simularon eventos de lluvia de diferente intensidad y duración para evaluar la respuesta de los modelos a esas condiciones de lluvia en términos del factor de seguridad y probabilidad de falla. Los resultados mostraron que los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción, en orden de importancia) tienen la mayor contribución a la varianza en ambos modelos, pero varían según las condiciones geológicas, geotécnicas y topográficas. Los modelos Iverson y SLIP responden de diferentes maneras a la variación de las condiciones de lluvia: para duraciones más cortas (por ejemplo, ≤ 8 h), el aumento de la intensidad provocó más áreas inestables en el modelo SLIP; mientras que, para duraciones más largas, las áreas inestables fueron considerablemente mayores para el modelo de Iverson. Comprender esos comportamientos puede ser útil para una implementación práctica y adecuada de los modelos en proyectos de evaluación de deslizamientos de tierra.

Seismicity and seismotectonics for the Northern sector of the Algeciras Fault System, Eastern Cordillera, Colombia

Resumen Al Sistema de Fallas de Algeciras (SFA), se le han asignado cuatro sismos históricos desde finales del siglo XVIII, que en términos de magnitud recalculada desde análisis macrosísmicos tuvieron una magnitud M>6.5. Uno de estos, el del 9 de febrero de 1967, fue registrado instrumentalmente con Mw 7.2. En este trabajo se realizó un estudio del sector norte de este sistema de fallas entre los 3° y 4°N. Entre el 31 de octubre de 2016 y el 18 de julio de 2018, se presentaron cuatro sismos con Mw>4.8, que la Red Sismológica Nacional de Colombia (RSNC) localizó en el municipio de Colombia, departamento del Huila, asignándolos a fallas del SFA. Luego, en diciembre 24 de 2019, se presentó un sismo con Mw 6.0, que se asignó a la Falla Algeciras perteneciente al SFA en el departamento del Meta. En esta investigación se encontró que los sismos de la región de Colombia se produjeron en las fallas Altamira y Nazareth, las cuales son fallas inversas en un contexto tectono - estratigráfico diferente al SFA. El SFA al norte de los 3°N define en esta región el piedemonte llanero. Para las fallas Altamira y Nazareth, los mecanismos focales indicaron fallas inversas, mientras que en la región de Mesetas estos mecanismos obedecieron a fallas transcurrentes concordantes con el SFA. Dada la alta generación de sismos con Mw>5.0 en estas fallas en un lapso inferior a 10 años, se establece que su potencial sismogénico contribuye de manera importante a la amenaza sísmica del centro y el suroccidente de Colombia, sin embargo, en este trabajo se encontró además que la denominada Falla Algeciras, principal componente del SFA por la literatura, está segmentada y no es continua, por lo que se debe revaluar su potencial sismogénico.

Abstract From the late seventeenth century, the Algeciras Fault System (AFS) has been attributed to four historical earthquakes whose magnitude recalculated from macroseismic scale analysis had a magnitude of M>6.5. One of these, that of February 9th, 1967, was instrumentally registered with a magnitude of Mw 7.2. In this work, a study was carried out in the Northern sector of this fault system between 3° and 4°N. Between October 31st, 2016, and July 18th, 2018, four earthquakes with Mw>4.8, were located by the National Seismological Network of Colombia (NSNC) in the municipality of Colombia, department of Huila, were attributed by them to the AFS. Then, on December 24th, 2019, an earthquake with Mw 6.0 was attributed by the NSCS to the Algeciras fault in the department of Meta. This fault is part of the AFS. In accordance with this research, the earthquakes in the region of Colombia occurred in the Altamira and Nazareth Faults, which are reverse faults in a tectono-stratigraphic framework different from the AFS. The AFS toward north of 3°N defines the Llanos Foothills in this region. For the Altamira and Nazareth Faults, the earthquake focal mechanisms indicated inverse faults, while in the Mesetas region its earthquake focal mechanisms indicated right lateral strike - slip faults consistent with the AFS. Because of the high generation of earthquakes with Mw>5.0 for these faults in a period of less than 10 years, here it is established that their seismogenic potential contributes in a very important way to the seismic hazard of central and southwestern Colombia. However, in this work it was also found that the so-called Algeciras Fault, the main component of the SFA in the literature, is segmented and not continuous, so its seismogenic potential should be reassessed.

The anomalous complex Oeste de Ceballos, Central Basin, Cuba, integration between unconventional methods and seismic. Considerations on oil exploration

Resumen Los métodos no sísmicos y no convencionales constituyen una herramienta de apoyo a los métodos geólogogeofísicos convencionales en la exploración petrolera. La aplicación de estos métodos en la Cuenca Central (yacimientos asociados a la secuencia vulcanógeno-sedimentaria del K2 en trampas estructural-estratigráficas) tuvo buenos resultados, y se cartografió el sector perspectivo Oeste de Ceballos; sin embargo, es indispensable la integración con la sísmica y la información de pozos para validarlo. El objetivo es interpretar la información sísmica existente en este sector con los métodos no sísmicos y no convencionales de exploración. Las líneas sísmicas del sector fueron sometidas a tratamiento de imagen para resaltar los reflectores de interés. El amarre de las líneas sísmicas cercanas con la ubicada sobre el complejo anómalo posibilitó determinar la información geológica de los horizontes de interés. En la parte central existe un levantamiento del tope de las rocas del Cretácico relacionado con sistemas de pliegues. Este alto corresponde a la parte frontal de un pliegue (alto estructural) que coincide con los bordes de la anomalía K/Th, lo que le confiere un valor especial para la exploración petrolera. Asimismo, los datos litoestratigráficos aportados por el pozo Ceballos 3 muestran que el levantamiento del tope de las rocas del Cretácico corresponde a la presencia de areniscas tobáceas dentro de la cobertura del Arco Volcánico del Cretácico, las cuales se conocen como reservorio en la zona del yacimiento Pina.

Abstract Non-seismic and unconventional methods constitute a support tool in oil exploration. The application of these methods in the Central Basin (oil fields associated with the volcano-sedimentary sequence of K2 in structuralstratigraphic traps) had good results, following the mapping of the perspective sector Oeste de Ceballos; however, integration with seismic and well information is essential to validate it. The objective is to interpret the existing seismic information in this sector with the non-seismic and unconventional exploration methods. The seismic lines of the sector were subjected to image treatment to highlight the reflectors of interest. The mooring of the nearby seismic lines with the one located on the anomalous complex, made it possible to determine the geological information of the horizons of interest. In its central part there is a rise of the top of the Cretaceous rocks related to fold systems. This lift corresponds to the front part of a fold (structural lift) that coincides with the edges of the K/Th anomaly, which gives it a special value for oil exploration. Also, the lithostratigraphic data provided by the Ceballos 3 well, shows the rising of the top tuff sandstones within the coverage of the Cretaceous Volcanic Arc, which are known as a reservoir in the area of the Pina oilfield.

Extended Kalman Filter deconvolution for extracting accurate seismic reflectivity

Abstract Deconvolution attempts compensating for the distortions affecting a recorded seismogram, increasing its bandwidth and extracting subsurface reflectivity from such seismic trace. The estimated reflectivity needs the highest reliability and resolution because of its subsequent use in the pre-stack seismic processing sequence and seismic inversion. We implemented the predictive deconvolution algorithms, the homomorphic Phase Inversion, and the Extended Kalman Filtering. Their application to synthetic traces extracted reflectivity whose comparison with well-bore allowed comparing the reliability between methods. The algorithms applied to an offshore record provided results whose comparison permitted to analyze the impact of the deconvolution assumptions on each method performance.

Resumen La deconvolución intenta compensar las distorsiones que afectan los sismogramas, aumentando el ancho de banda y extrayendo de dicha traza la reflectividad del subsuelo. La reflectividad estimada requiere de confiabilidad y mejor resolución, debido a su posterior uso en la secuencia de procesamiento sísmico preapilada y en la inversión sísmica. Aquí, se implementan los algoritmos de deconvolución predictiva, de inversión de fase homomórfica y de filtro extendido de Kalman. Al aplicarse a trazas sintéticas, los algoritmos extraen perfiles de reflectividad que, contrastados con información de pozo, permiten comparar la confiabilidad de los métodos. Estos algoritmos también se aplican a un registro marino. La comparación de los resultados de los algoritmos permite analizar cómo cada supuesto de la deconvolución afecta el rendimiento de cada método.

Review of Microscopic Techniques for Digital Rock Models

Resumen Los yacimientos no convencionales (roca generadora) representan una nueva etapa en la exploración y explotación de petróleo y gas a nivel mundial, y su caracterización petrofísica sigue siendo un desafío, debido a las bajas permeabilidades, los altos niveles de heterogeneidad y la dificultad de adaptación de las técnicas convencionales. La petrofísica digital surge como una alternativa que aprovecha los últimos avances en la microscopía electrónica, la tomografía computarizada y el procesamiento computacional para, a través de métodos numéricos y algoritmos de conteo de vóxel, estimar las propiedades petrofísicas en lo que se denomina un modelo de roca digital. En este trabajo se realiza una revisión de las técnicas de caracterización digital y su aplicación en muestras de yacimientos no convencionales pertenecientes a la Formación Vaca Muerta (Argentina) y Formación La Luna (Colombia). Con esta tecnología es posible visualizar el espacio poroso a escala micro- y nanométrica, con el fin de obtener información cualitativa (tipos de poro y microfracturas) y cuantitativa (porosidad, permeabilidad absoluta, distribución de tamaño de poro, cantidad de materia orgánica y propiedades petrofísicas avanzadas). Los resultados obtenidos indican que las muestras FIB-SEM se encuentran por debajo del volumen elemental representativo y que las muestras digitales con mayores dimensiones, aunque más representativas, requieren de una mayor capacidad computacional. El escalamiento de las propiedades petrofísicas, la falta de conectividad del medio poroso y la baja representatividad son las principales limitantes presentes en la tecnología. Sin embargo, su potencial aumenta conforme la inteligencia artificial, la simulación y el machine learning toman fuerza en la industria del petróleo.

Abstract Unconventional deposits (source rock reservoirs) represent a new stage in the exploration and exploitation of oil and gas worldwide, and their petrophysical characterization continues to be a challenge due to low permeabilities, high levels of heterogeneity, and the difficulty of adapting conventional techniques. Digital petrophysics emerges as an alternative that takes advantage of the latest advances in electron microscopy, computed tomography, and computational processing to estimate petrophysical properties using numerical methods and voxel counting algorithms in what is called a digital rock model. This work carries out a review of digital characterization techniques and their application to unconventional reservoir samples belonging to the Vaca Muerta Formation (Argentina) and La Luna Formation (Colombia). With this technology, it is possible to visualize the porous space on a micro and nanometric scale to obtain qualitative information (types of pores and microfractures) and quantitative information (porosity, absolute permeability, pore size distribution, organic matter content, and advanced petrophysical properties). The results obtained indicate that the FIB-SEM samples are below the representative elementary volume and that digital samples with larger dimensions, although more representative, require greater computational capacity. The upscaling of petrophysical properties, the lack of connectivity of the porous medium, and the poor representativeness are the most important limitations of using this technology. However, its potential increases as artificial intelligence, simulation, and machine learning techniques gain strength in the oil and gas industry.