Erika Amaya¹. Jorge Mariño². Carlos Jaramillo³.

¹ Universidad Pedagógica y tecnológica de Colombia, Escuela de Ingeniería Geológica, Sogamoso, Colombia. Cll 4-Sur N°
15-134 Sogamoso ,amayaer@gmail.com.
²Universidad Pedagógica y tecnológica de Colombia, Escuela de Ingeniería Geológica, Sogamoso, Colombia. Jorge.marino@uptc.edu.co
³Tropical Research Institute ,Center for Tropical Paleoecology and Archeology, Balboa, Ancon, Panama; jaramilloC@si.edu

La Formación Guaduas fue depositada durante la transición Cretácico - Terciaria en la parte central de la Cordillera Oriental Colombiana y ha sido de reconocida como una sucesión principalmente lodolítica, con algunos niveles areníticos y carbón. Se decidió determinar un patrón de apilamiento de facies de la Formación Guaduas aplicables al Altiplano Cundiboyacense. Para esto, se describieron y caracterizaron 12 litofacies predominantes – basadas en litología, estructuras sedimentarias y ocurrencia - en 10 perfiles estratigráficos en los departamentos de Boyacá y Cundinamarca, sumado a esto se analizaron 400 metros de perforación. Adicionalmente se analizó la información estratigráfica existente. La asociación de las litofacies permitió establecer 4 sistemas deposicionales. Adicionalmente a partir del examen de las facies se observó la ciclicidad de las mismas dentro del registro estratigráfico, lo que permitió desarrollar un análisis Markoviano para los depósitos de la Formación Guaduas que junto a la correlación de las columnas estratigráficas (teniendo en cuenta la posición del nivel del mar) permitió la producción de dos mapas preliminares de facies para una parte del altiplano Cundiboyacense, sobre los que se observa la predominancia de ambientes transicionales hacia la parte SW de la cuenca con una somerización progresiva en dirección NE producto de una subsidencia diferencial.

Palabras Claves: Litofacies, Ambientes de Depósito, Mapas de Facies, Formación Guaduas, Mapas de litofacies.

The Guaduas Formation was deposited during the Cretaceous- Tertiary transition, in the central part of the Colombian Eastern Cordillera, and it has been recognized as a mudstone succession, with some sand levels, and coal. The Goal is to determine a stacking pattern of Guaduas Formation’s Lithofacies, which can be applicable to the Cundiboyacense Altiplano (plateau). So, 12 Lithofacies were described and characterized - based on sedimentary structures and their occurrence on 10 stratigraphic columns and 400m of coal drillings cores, plus the analysis of previous stratigraphic information. The Lithofacies assemblage allowed the interpretation of –sedimentary environments and helped to establish 4 depositional Systems. Additionally, from examination of facies cyclicity observed within the stratigraphic record, a Markov chain Analysis was developed for the Guaduas Formation deposits, that together with the correlation of the stratigraphic columns (taking into account the position of sea level) enabled the production of preliminary facies maps for part of the Cundiboyacense Altiplano, on which it is noticed the predominance of transitional environments toward the SW of the basin with a gradual shallowing toward NE as a result of differential subsidence.

Keywords: Lithofacies, Depositional environments, Facies Maps, Guaduas Formation, Lithofacies Maps.

La Formación Guaduas es la principal fuente de carbones térmicos y coquizables para el interior colombiano. Dicha formación fue depositada durante la transición Cretácico - Terciaria, más específicamente entre el Maastrichtiano Tardío y el Paleoceno Temprano (Sarmiento, 1992). Restringida a la parte central de la Cordillera Oriental Colombiana, ha sido reconocida como una sucesión principalmente lodolítica, con algunos niveles areníticos, caracterizada por poseer varios mantos de carbón que le dan importancia económica (Sarmiento ,1994).

Esta unidad ha sido sujeta a diferentes subdivisiones basadas en estratigrafía tales como miembros, conjuntos, segmentos y niveles carboníferos productivos (Higuera,1993; Sarmiento,1992); en tales divisiones, basadas en estudios estratigráficos , sedimentológicos y palinológicos, se reconocen ambientes transicionales con influencias de frente costero en varios sectores, desde la base hacia el contacto con las areniscas superiores del grupo Guadalupe, hasta el contacto con las areniscas de la Formación Socha Inferior.

La Formación Guaduas muestra un adelgazamiento sistemáico en dirección norte y este, dichos cambios de espesor ocurren a lo largo de las principales fallas en la Cordillera Oriental (Cooper et al, Amaya 2009). Estos adelgazamientos se han tratado de explicar de diferentes formas. Una posible hipótesis es que estos adelgazamientos repentinos sean consecuencia de una discordancia de tipo erosivo (Sarmiento, 1994), Otra explicación es que sean resultado de un onlap progresivo (Cooper et a., 1995), adicional a una subsidencia diferencial de las subcuencas de Cundinamarca y Boyacá para el Cretácico tardío y principios del Paleógeno (Sarmiento-Rojas et al; 2006).

El objetivo del presente estudio es determinar cuál de las dos hipótesis es mas sustentable mediante el análisis de las litofacies y el mapeo de las mismas, y la visualización de la distribución espacial regional de los sedimentos de la Formación Guaduas para poder discriminar alguna tendencia durante el retiro del mar Cretácico, lo que aportaría a la comprensión de la dinámica que permitió la acumulación de los sedimentos en la parte central de la Cordillera Oriental Colombiana a finales del Cretácico y principios del Paleógeno.

Hetner (1892) fue el primero en describir la Formación Guaduas como una secuencia de arcillolitas intercaladas con limolitas y areniscas. Posteriormente el termino se aplicó a la Formación que en los alrededores de la Sabana de Bogotá contenía los carbones (Hubach, 1957). A pesar de los muchos estudios sobre dicha Formación, solamente (Laverde ,1979) y Sarmiento (1992) proponen modelos de interpretación ambiental.

La Formación Guaduas restringida a la parte central de la Cordillera Oriental (Sarmiento, 1994) muestra un adelgazamiento sistemáticoen dirección norte y este. Así, el mismo autor reportó un espesor de 1100m en el área de Sutatausa (Sinclinal de Checua -Lenguazaque), 800 m En el Sinclinal de Tunja, 700 m en el área de Guatavita y 450 m en el Sinclinal de Sueva, también sugirióque en el área del piedemonte llanero el espesor correlacionable con la formación Guaduas sería menor de 80 m, y estaría en la base del último conjunto del grupo Palmichal, sin establecer una correlación palinológica ni litoestratigráfica precisa.

Estos repentinos cambios en el espesor ocurren a largo de las principales fallas de la Cordillera Oriental y son considerados por Sarmiento(1992) como resultados de discordancia de tipo erosivo , sin embargo Cooper et al (1995) consideran que este adelgazamiento puede representar un onlap progresivo ("progressive onlap onto de hinterland"), por otro lado Sarmiento-Rojas et al (2006) registran valores de subsidencia diferencial para las subcuencas de Cundinamarca y el Cocuy durante el Cretácico tardío y principios del paleógeno, con valores mayores para la subcuenca de Cundinamarca, que es donde se registra el mayor espesor de las secuencias cretácicas. Para finales de Cretácico y principios del Paleoceno se tiene los siguientes valores de subsidencia Subcuenca de Cundinamarca 1250 m, Zona del Macizo de Santander-Floresta 650 m, Subcuencas del oeste del cocuy y de Cundinamarca 800-900 m, Subcuenca de Cocuy 1500 m. De acuerdo con esto, para la cuenca del Cocuy se registran los valores más altos de subsidencia con valores uniformes durante todo el cretáceo, pero para finales del Cretácico la subsidencia disminuyo lo que favoreció la continentalizacion (Fabre, 1983); Mientra que para la Cuenca de Cundinamarca ocurriría un incremento en la subsidencia a lo largo del eje de la misma durante el Cretácico tardío y principios de Paleoceno (Sarmiento- Rojas et al,2006).

Más al W de Sutatausa, en la zona de levantamiento de la proto-cordillera central, se habrían erosionado totalmente la Formación Guaduas y sus equivalentes, al tiempo que en zonas inmediatas adyacentes se produciría un depósito de molasa, dominado por abanicos proximales con ríos trenzados de alta energía. Tal depósito corresponde en el flanco W de la actual Cordillera Oriental, con la parte inferior de la Formación Hoyón, donde se encuentra una granulometría muy gruesa que alcanza tamaños de cantos gruesos y bloques. La parte inferior de la Formación Hoyón y las Formaciónes Cacho, Socha Inferior y Barco corresponden al mismo evento tectónico- Sedimentario y tendrían la misma posición estratigráfica discordante sobre la Formación Guaduas.

En la zona de estudio la mayoría de las rocas expuestas son de edad cretácica (FIGURAS 1 y 2). En una escala amplia estas rocas cretácicas representan un ciclo principal transgresivo - regresivo (Sarmiento-Rojas et al., 2006); superimpuesto a esta tendencia de gran escala están presentes varios ciclos transgresivos–regresivos más pequeños. La subsidencia de la cuenca fue rápida, y la predominancia de facies de aguas marinas poco profundas sugiere que la deposición fue igualmente rápida (Cooper et al., 1995).

La parte Noreste de la cuenca estuvo separada hasta el cretáceo medio por el alto de Santander (macizos de floresta y Santander), lo que permitió el desarrollo de dos subcuencas: la subcuenca del Cocuy y la subcuenca de Tablazo –Magdalena, esta barrera controló la deposición durante todo el cretáceo basal, con la acumulación de facies marinas de aguas poco profundas principalmente (Fabre 1986), hacia el sur estas subcuencas se juntaban en la subcuenca de Cundinamarca, donde las secuencias cretácicas alcanzaron su mayor espesor (Sarmiento-Rojas et al., 2006). Las subcuencas de Tablazo y Cocuy comenzaron a ser una sola cuenca durante el Hauteriviano debido a la inundación del alto de Santander-Floresta (Fabre, 1986). Durante el Aptiano una importante transgresión seguida de un aumento relativo en el nivel del mar, causó una inundación en toda el área de la actual cordillera oriental, incluyendo la subcuenca de Cundinamarca, así para el Albiano el paleoalto de Santander dejo de ser una barrera significativa para el movimiento de sedimentos (Cooper et a.l, 1995). En el Albiano una caída relativa en el nivel base, favoreció la progradación de arenas deltaicas y litorales -Formación Une (Fabre 1983). Durante el Albiano – Cenomaniano una disminución relativa del nivel del mar, permitió la progradación de la parte superior de la Formación Une y una tendencia en la somerización de los ambientes (Sarmiento-Rojas et al., 2006). Para el Cenomaniano-Turoniano-Coniaciano el nivel eustatico alcanzó su máximo durante el mesozoico (Sarmiento - Rojas et al., 2006). Para el Santoniano, Campaniano, Maastrichtiano y Paleoceno, una regresión y progradación general permitió la acumulación de facies litorales a transicionales con la acumulación del Grupo Guadalupe y la Formación Guaduas (Sarmiento, 1994) en la que predominan facies de llanuras costeras, llanuras aluviales y carbón.

Para la construcción de los mapas preliminares de facies y la relación de la distribución de las mismas con las diferentes hipótesis se desarrolló el trabajo en 5 fases: (1) Recolección de datos estratigráficos, (2) Definición y descripción de litofacies y determinación de los ambientes de depósito, (4) Análisis Markoviano para las litofacies, (5) Correlación estratigráfica y construcción de los mapas preliminares de litofacies. La recolección de datos estratigráficos se basó en un trabajo de campo regional en el que se describieron 10 perfiles estratigráficos en afloramientos naturales, cortes de carretera, quebradas, minas y perforaciones entre los departamentos de Boyacá y Cundinamarca, junto con la revisión de la información estratigráfica existente (FIGURA 2).

La definición de las facies se basó en la descripción de las características litológicas distintivas, incluyendo el rango limitado de tamaño de grano y tipo de roca, para lo que su utilizó la clasificación según Folk (1974), las estructuras sedimentarias características, espesor de las capas, relación entre los cambios verticales y laterales apoyados mediante secciones panorámicas (Miall,1984), y eventualmente por el color y la textura, de esta forma se caracterizaron 12 litofacies que se resumen en la tabla 1 con su respectiva litología, estructuras sedimentarias y procesos que dieron lugar a la formación de dicha facies apoyado por los trabajos de (Miall,1992. Mariño and Morris, 1996. Kvale,2006 Kvale and Archer, 1990. Mccubbin, 1982 . Miall,1984. Vega ,2006 . Weimer et al., 1982, Reineck and Singh,1980). La asociación de estas litofacies permitió identificar los ambientes de depósito de la Formación Guaduas (TABLA 2).

Las cadenas de Markov se utilizaron para analizar la ciclicidad de las litofacies, discriminar procesos geológicos, y observar las tendencias de las agrupaciones de litofacies, para el presente estudio se escogió el método conocido como "Embedded Markov Chain Analisys", en el que no se considera el espesor de las capas, y los elementos de la diagonal principal son todos cero (Krumbein and Dacey, 1969). Estas cadenas utilizan matrices de transición en las que se tabula el número de veces que ocurre transiciones entre las litofacies en una sucesión estratigráfica (Ethier, 1975). Así este método se utiliza con el fín de explorar el orden vertical de las asociaciones de facies (Amaya, 2009).

A partir de la recolección y el procesamiento de los datos estratigráficos, así como de la caracterización de las litofacies y la interpretación de los ambientes de depósito, se construyó una curva relativa del nivel del mar para cada perfil estratigráfico, lo que permitió establecer una correlación aproximada de las columnas y definir los intervalos a mapear (FIGURA 4A y 4B). A partir de esta correlación y teniendo en cuenta las tendencias observadas en las cadenas de Markov, se construyeron los mapas de facies. Para esta reconstrucción existen varios métodos, en el presente estudio se utiliza la metodología propuesta por Miall (1990) y Carpentier (2007), la cual consiste en plotear la asociación de litofacies dentro de la cuenca (TABLA 2). Para plotear y contornear estas asociaciones se utilizó ARCGIS 9.2.

Definición y caracterización de las litofacies de la Formación Guaduas. Dentro de sucesión sedimentaria estudiada, fueron identificadas 12 litofacies sedimentarias, las cuales se resumen en la TABLA 1 y se ilustran en la FIGURAS 3.

Asociacion de facies y ambientes de acumulacion de la Formación Guaduas. La agrupación de las litofacies descritas previamente, permitió establecer un modelo facial para los depósitos de la Formación Guaduas e interpretar los ambientes de acumulación, con lo que se establecieron 4 sistemas deposicionales que van desde lagunas costeras hasta llanuras aluviales pasando por llanuras mareales, los que se resumen en la TABLA 2. Este modelo progradacional parece tener cierta ciclicidad y se observan tendencias en las variaciones del nivel del mar con ambientes mareales sobre ambientes fluviales (FIGURA 4A y 4B), de esta forma la transición entre ambientes transicionales a continentales parece ser oscilatoria, lo que refleja las variaciones del nivel del mar para esa época.

Correlación estratigráfica y construcción de los mapas preliminares de litofacies. A partir de la correlación estratigráfica hecha para dos intervalos de la formación Guaduas (FIGURA 4A y 4B), teniendo como base las variaciones del nivel del mar y correlacionando a partir del comportamiento de las curvas relativas del nivel del mar , se observan varias flexiones importantes que se pueden seguir en todos los perfiles estratigráficos, y que en alguna medida representan periodos de invasiones marinas, donde se destacan 3 episodios transgresivos principales dentro de la cuenca, a partir de los cuales se realizó la correlación, lo que concuerda con las secuencias genéticas propuestas por Sarmiento (1994).

Con base en esto se escogió el intervalo a mapear que está delimitado por el primer y segundo episodio de invasión marina, de esta forma se intento realizar una correlación aproximada para este intervalo y se tomaron tentativamente dos periodos representados por T1 y T2 (FIGURA 4A y 4B). En ambos casos se nota la progresiva continentalizacion de las facies con la prevalencia hacia el techo de las llanuras aluviales. Para tener una idea de la distribución espacial y el comportamiento ambiental de la Formación para estos dos intervalos, se intento plasmar en dos mapas las facies correspondientes con los tiempos T1 y T2 (FIGURAS 5A y 5B). En dichos mapas es evidente la prevalencia de los depósitos aluviales hacia el NE y hacia el T2 o parte más reciente de la formación.

La Formación Guaduas parece ser una secuencia cíclica en la que las mismas asociaciones de facies se repiten dentro de los perfiles estratigráficos, lo que permitió realizar un análisis Markoviano (Amaya, 2009). A partir del análisis se deduce que se mantiene el predominio de ambientes mareales y fluviales hacia la parte noreste de la cuenca, pero con una reducción evidente en el espesor de la sucesión estratigráfica en dirección S-N y W-E, comenzando con facies mas marinas hacia la base, lo que se puede generalizar para toda la cuenca (FIGURA 4A y 4B), pasando progresivamente a llanuras mareales, llanuras de inundación Aluvial y Canales Meandriformes, donde se hace evidente una tendencia en la somerización. Sin embargo, entre cada transición se pueden observar comportamientos cíclicos más pequeños dentro de cada subambiente, es decir la repetición de una misma litofacies dentro de un ambiente particular en una escala pequeña y la repetición de los ambientes si se observa en una escala grande. Esta ciclicidad pone de manifiesto varios episodios transgresivos que están marcados por el avance de los ambientes mareales sobre las facies aluviales (FIGURA 4A y 4B), sin embargo se mantiene una tendencia generalizada en la continentalización de los ambientes acompañado por un adelagazamiento progresivo de los depósitos en dirección S-N y preferencialmente W-E. El área Socotá es la excepción donde parece mantenerse los ambientes transicionales hacia el techo. Aunque el adelgazamiento y la continentalizacion de la formación hacia el norte es evidente en las FIGURAS 4A,4B y FIGURAS 5A,5B, este no se explica bien a partir de las dos hipótesis iníciales (erosión y onlap progresivo), sino que se explica mejor a partir de una menor subsidencia de la cuenca en el norte de Boyacá durante el tiempo de la depositacion de la Formación Guaduas (Fabre, 1983). El adelgazamiento de la parte norte (Sogamoso-San Mateo, FIGURA 4A) podría explicarse parcialmente por la hipótesis de tipo erosivo (Sarmiento, 1994). Dicha hipótesis explicaría el por qué en Cundinamarca la Formación Guaduas presenta mayor espesor con dos niveles carboníferos, mientras que en Boyacá, especialmente hacia el norte, solo se tiene un nivel de carbones, lo que correspondería al nivel inferior ya que el superior fue posiblemente erosionado (FIGURA 4A). En esta forma la existencia de una discordancia de tipo erosivo (Sarmiento, 1994) explicaría el menor espesor de la Formación guaduas hacia el Norte de Boyacá y merecería estudios adicionales.

Si se tiene en cuenta que un mapa de facies no se considera el espesor relativo de los sedimentos y que estos son mapas preliminares debido a los alcances del presente trabajo, se puede observar de manera muy generalizada la somerización de los ambientes al incrementarse la presencia de facies fluviales hacia el techo en dirección preferencial W-E y S-N (FIGURAS 5A y 5B). La distribución de los sedimentos para los tiempos T1 y T2 muestra que probablemente el avance o retroceso del mar tenía dos componentes, así para T1 parece haber tenido una tendencia de SW-NE y para T2 una componente más W-E. Dicha tendencia parece tener un control tectónico debido a la acción de las grandes fallas de cabalgamiento, como la Falla de Soapaga, causando subsidencia diferencial.

Se agradece el apoyo económico del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, el apoyo técnico de: Kyunk Choi, Cedric Carpentier, Angela Leguizamón, a Josh Reed por su colaboración con el manejo de PSICAT en el que se graficaron las columnas estratigráficas, a las empresas CARBONES DE LOS ANDES, CARBONES DEL CARIBE, COPROCARBÓN, MINERGÉTICOS por su colaboración al permitir la recolección de datos estratigráficos en minas y perforaciones. A Sandra Pedraza por su colaboración en la diagramación de las figuras, a La Dirección de Investigaciones (DIN) de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia por el uso de los laboratorios, A dos evaluadores anónimos que dieron sus valiosos aportes para que este trabajo pudiera ser publicado.

REFERENCIAS

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Trabajo recibido: Diciembre 2 de 2009
Trabajo aceptado: Junio 15 de 2010