La cuenca de Arkoma es una cuenca periférica que se extiende desde el centro-oeste de Arkansas hasta el sureste de Oklahoma. La cuenca se encuentra entre la elevación de Ozark y la plataforma de Oklahoma al norte y las montañas Ouachita al sur y tiene una superficie de aproximadamente 33.800 mi2 . A lo largo del borde sur de la cuenca, la falla Choctaw es el límite que separa las montañas de la cuenca misma. Esta cuenca es una de las siete que se encuentran a lo largo del frente de los sistemas montañosos de Ouachita y Apalache. [1] Esta cuenca es la cuarta más grande de Oklahoma en términos de producción de gas natural. El petróleo se ha extraído localmente, pero no a escala comercial. El carbón fue el primer recurso natural utilizado comercialmente dentro de la cuenca. El mapeo de la superficie de las vetas de carbón a principios del siglo XX condujo al descubrimiento de características del subsuelo que indicaban la presencia de gas natural. Mansfield, Arkansas fue el sitio del primer descubrimiento de gas natural en 1902. [2]
La región donde se encuentra la cuenca Arkoma comenzó a tomar forma con un rifting en el Cámbrico temprano. Este evento de rifting resultó en la formación de una cuenca oceánica profunda que persistió hasta el Devónico tardío. Si bien los expertos no pueden determinar el momento exacto en que la cuenca oceánica comenzó a cerrarse, pueden inferir que el cierre de la cuenca comenzó alrededor del Devónico tardío hasta el Carbonífero temprano. La subducción y la posterior formación de un prisma de acreción en el Pensilvánico temprano causaron fallas normales en toda la cuenca. A fines del tiempo Atokan, el empuje de estilo antepaís se volvió predominante a medida que el complejo de subducción empujaba hacia el norte contra los estratos. El levantamiento resultante a lo largo del cinturón de empuje frontal de las Ouachitas completó la formación de la cuenca del antepaís. [3] Debido a esto, las características de deformación se vuelven más prominentes en la cuenca hacia la extensión sur en la cara norte de las montañas Ouachita.
El granito precámbrico sirve como roca de basamento para los estratos de Arkoma. La cuenca oceánica que estaba presente durante el Paleozoico inferior está indicada por lutitas marinas profundas con volúmenes subordinados de caliza y areniscas cuarzosas y sílex estratificado que se encuentran sobre la roca de basamento. Estas secuencias se conocen colectivamente como las 'facies Ouachita' [4] Los estratos del Misisipiense al Atokan temprano indican un entorno marino poco profundo. El Atokan medio consiste principalmente en estratos clásticos de aguas profundas, y se limitan a la parte sur de la cuenca al sur de su línea de bisagra y al cinturón tectónico; la arenisca Red Oak es la mejor estudiada de estos reservorios. El grupo más joven (Desmoinesiano y Atokan superior) consiste principalmente en sedimentos fluviales-deltaicos (por ejemplo, Formación Hartshorne), algunos de los cuales muestran una influencia mareal significativa (por ejemplo, areniscas Booch). [5] [6] Los estratos Post Atokan son lutitas, areniscas y capas de carbón depositadas durante las fases finales de la sedimentación de la cuenca del antepaís. Estos estratos se engrosan hacia el sur, pero no muestran un engrosamiento abrupto a través de fallas normales, lo que indica que el fallado posicional sinde [7] había cesado.
Se han observado cuatro discordancias de erosión importantes en el registro estratigráfico. Las formaciones presentes en Oklahoma pueden variar en gran medida de las presentes en Arkansas. La arenisca de Atokan inferior y la pizarra de Woodford/Fayetteville se pueden observar en las partes oriental y occidental de la cuenca.
La cuenca de Arkoma contiene fallas de bloques que se produjeron como resultado de fuerzas de tensión a medida que la cuenca se hundía [durante el Pensilvaniano] y el levantamiento de Ozark. [1] Estas fallas, la mayoría de las cuales muestran inclinaciones hacia el sur, estuvieron activas durante la deposición de los estratos de Atokan inferior a medio, como lo indica el engrosamiento significativo de esos estratos a través de las fallas. [4] Esta característica es más común en la parte norte de la cuenca.
Esto está presente en la parte sur de la cuenca como resultado de la tectónica compresiva y el empuje dirigido hacia el norte. [5] Dentro de la cuenca de Arkoma, amplios sinclinales separados por anticlinales estrechos dominan la cuenca en la superficie. Se sabe que las fallas de empuje lístricas subyacen en gran parte de la sección plegada y ascienden a la superficie a lo largo de las crestas de muchos anticlinales. [4] Estas características compresivas son un resultado directo del levantamiento de Ouachita.
El carbón fue el primer hidrocarburo descubierto en 1879. Fue el principal recurso natural extraído de la cuenca hasta que la necesidad de gas natural se hizo más generalizada. Las vetas de carbón se encuentran sobre la arenisca Hartshorne de los depósitos de la edad desmoinés. La exploración de la superficie de las vetas de carbón en la cuenca Arkoma proporcionó mapas que mostraban anticlinales cerrados y alentaron a los prospectadores a perforar en busca de petróleo y gas. [1] El gas se descubrió por primera vez en marzo de 1902 en el condado de Sebastian, Arkansas. [1] El primer pozo comercial de gas perforado en Oklahoma se completó en 1910. [5] Tanto en Arkansas como en Oklahoma, los recursos naturales se producen a partir de rocas de la edad devónica a carbonífera. Las areniscas de Atoka se pueden ver continuamente en las partes de Oklahoma y Arkansas de la cuenca. Se cree que la formación de gas se produjo antes de las fallas inversas. [2]
Los estratos de la cuenca Arkoma muestran una alta madurez térmica, como lo evidencian los valores de reflectancia de vitrinita (R o ). Estos valores aumentan en grado al moverse de oeste a este dentro de la cuenca. [2] En la literatura citada, las rocas del campo de gas Red Oak se considerarían sobremaduras con un valor de R o de 3,0%. Sin embargo, la producción de gas ha sido prolífica en esta región.
La lutita Woodford/Chattanooga, depositada durante el Devónico medio al Misisipiano inferior, es la roca fuente principal de las rocas pre-Misipiano temprano. Las rocas de lutitas de la edad de Pensilvania surgieron de los yacimientos de la edad de Pensilvania con cierta influencia de los hidrocarburos de origen Chattanooga/Woodford/Caney. [8] La generación de petróleo de esta formación comenzó en el centro de la cuenca durante el tiempo de Morrowan (320-300 Ma). El centro de la cuenca experimentó mayores tasas de sedimentación durante este período, creando así un enterramiento profundo para el material orgánico. Como resultado, los estratos de la cuenca muestran una alta madurez térmica. Los hidrocarburos en el centro de la cuenca se clasifican como kerógeno Tipo III ; característico del gas seco. Se observa que la esquina norte/noroeste de la cuenca tiene kerógeno Tipo II que produce petróleo y gas húmedo. Cuatro eventos de erosión importantes junto con una disminución de la sedimentación ocurrieron después del período Misisipiano, lo que retrasó la formación de gas. El petróleo que estaba presente en la cuenca se agrietó en gas hace 10-30 Ma. [8] Los eventos de erosión a lo largo de la historia de la cuenca tienen un impacto más sustancial en la región norte/noroeste de la cuenca, lo que hace que los hidrocarburos permanezcan en el extremo inferior de la ventana de gas.
Las rocas de yacimiento de la cuenca incluyen una variedad de areniscas y carbonatos. Todos los yacimientos por encima de la arenisca Spiro son arenitas líticas a sublíticas; no hay carbonatos presentes en esa parte de la sección. En los estratos más antiguos, los yacimientos son areniscas cuarzosas (Spiro, Cromwell y Simpson) o calizas/dolomitas (Wapanucka, Mississippian, Hunton y Arbuckle). [9]
Un estudio del USGS de 2010 evaluó el potencial de yacimiento dentro de la formación de esquisto Woodford/Chattanooga. El estudio cita 26 billones de pies cúbicos de gas natural líquido presentes dentro de las rocas de la era Devónica-Misisipi. [10]
El primer pozo de metano de lecho de carbón (CBM) se perforó en 1998 mediante perforación horizontal. [5] Esto generó una ola de renovado interés en la extracción de gas dentro de la cuenca. El cambio hacia pozos de metano de lecho de carbón junto con pozos horizontales solo duró un corto período; alcanzó su punto máximo en 2005. [5] Después de lo cual, la búsqueda de estas tecnologías prácticamente desapareció.
El yacimiento de gas Red Oak se encuentra en el eje del anticlinal Brasil al norte y noreste de la ciudad de Red Oak en el condado de Latimer, Oklahoma. [11] La falla de San Bois, que se inclina hacia el sur y se encuentra a lo largo del borde norte, es la segunda estructura regional asociada con el yacimiento. La mayor parte del desplazamiento asociado con esta falla normal ocurrió durante la deposición de la formación Atoka entre las areniscas Spiro y Fanshawe. Esto se indica por el crecimiento de esa sección a lo largo de la falla. [2] Este yacimiento de gas está ubicado en el centro de la cuenca, donde las facies marinas profundas no fueron consumidas por la subducción. El yacimiento Red Oak es el yacimiento de gas más grande dentro de la cuenca Arkoma y el cuarto más grande en el estado de Oklahoma. El primer pozo se perforó en 1912 a una profundidad total de 1500 pies y se dirigió a la formación Hartshorne. [2] Antes de 1959, se perforaban pozos poco profundos que iban desde 1000 pies a 1500 pies. En mayo de 1959, Midwest Oil Corporation perforó el pozo Orr Nº 1 y luego lo llamó arenisca Red Oak. El pozo Orr Nº 1 continuó perforando más allá de los 11.510 pies y alcanzó la arenisca Sprio. [9] En dos años, se habían completado 25 pozos de desarrollo y la recuperación final de gas ya se estimaba en más de 1,1 billones de pies cúbicos, a pesar de que todos los pozos estaban cerrados porque aún no había un oleoducto hasta el yacimiento. De esas reservas estimadas, 938 bcf se asignaron a la arenisca Red Oak y 182 bcf se asignaron a la arenisca Spiro. [9]
Las perforaciones en el yacimiento Red Oak permitieron identificar las siguientes areniscas productivas dentro de la Formación Atoka: Fanshawe, Red Oak, Panola, Brazil y Spiro. Sin embargo, las areniscas Spiro, Hartshorne y Red Oak han sido las más significativas. [9]
Las trampas presentes parecen ser estratigráficas, ya que los estratos del yacimiento quedaron atrapados por fallas de bloques y luego fueron rápidamente cubiertos por estratos más jóvenes.