La Cuenca Pérmica es una gran cuenca sedimentaria en la parte suroeste de los Estados Unidos . Es el yacimiento petrolífero de mayor producción de los Estados Unidos, con una producción media de 4,2 millones de barriles de petróleo crudo al día en 2019. Esta cuenca sedimentaria está situada en el oeste de Texas y el sureste de Nuevo México .
Recibe su nombre del periodo geológico Pérmico , ya que contiene algunos de los depósitos de rocas más gruesos del mundo de ese período.
La cuenca pérmica comprende varias cuencas componentes, entre ellas la cuenca Midland, que es la más grande, la cuenca Delaware , la segunda más grande, y la cuenca Marfa , que es la más pequeña. La cuenca pérmica cubre más de 86.000 millas cuadradas (220.000 km 2 ), [1] y se extiende a lo largo de un área de aproximadamente 250 millas (400 km) de ancho y 300 millas (480 km) de largo. [2]
Las ciudades texanas de Midland , Odessa y San Angelo sirven como sedes de algunas de las actividades de producción de petróleo en la cuenca.
La Cuenca Pérmica también es una fuente importante de sales de potasio ( potasa ). Las minas de potasa se encuentran en los condados de Lea y Eddy , en Nuevo México, y se explotan mediante el método de cámara y pilar . La halita (sal de roca) se produce como subproducto de la extracción de potasa. [3] [4] [5] [6]
La cuenca de Delaware es el mayor de los dos lóbulos principales de la cuenca pérmica dentro del antepaís del cinturón de empuje Ouachita-Marathon separado por la plataforma de la cuenca central. La cuenca contiene sedimentos que datan del Pensilvánico , Wolfcampiano ( Formaciones Neal Ranch y Lenox Hills [7] ), Leonardiano ( Esquisto Avalon ) y principios del Guadalupiano . La cuenca de Delaware, que se inclina hacia el este, se subdivide en varias formaciones (figura 2) y contiene alrededor de 25 000 pies (7600 m) de limolita y arenisca laminada . Además de sedimentos clásticos , la cuenca de Delaware también contiene depósitos de carbonato del Grupo de Montañas de Delaware , que se originaron en la época del Guadalupiano, cuando el canal Hovey permitió el acceso desde el mar a la cuenca. [5]
La cuenca de Midland, que se inclina hacia el oeste, se subdivide en varias formaciones (figura 4) y está compuesta de limolita y arenisca laminada. La cuenca de Midland estaba rellena por un gran delta subacuático que depositó sedimentos clásticos en la cuenca. Además de sedimentos clásticos, la cuenca de Midland también contiene depósitos de carbonato que se originaron en la época guadalupiana, cuando el canal Hovey permitió el acceso desde el mar a la cuenca. [5]
La Plataforma de la Cuenca Central (CBP, por sus siglas en inglés) es un bloque de basamento tectónicamente elevado cubierto por una plataforma carbonatada . La CBP separa las cuencas de Delaware y Midland y se subdivide en varias formaciones, desde la más antigua a la más joven: Neal Ranch , Lennox Hills , Abo , Yeso , Glorieta , San Andres , Grayburg , Queen , Seven Rivers , Yates y Tansill (Figura 5). La secuencia comprende principalmente depósitos de arrecifes carbonatados y sedimentos clásticos marinos poco profundos. [5]
Las plataformas oriental y noroccidental están compuestas por arrecifes de borde de plataforma y carbonatos de plataforma que flanquean las cuencas Delaware y Midland y que se inclinan hacia arriba hasta convertirse en limolitas y evaporitas . Las plataformas oriental y noroccidental se subdividen en las formaciones San Andrés , Grayburg , Queen , Seven Rivers , Yates y Tansill . [5]
El Canal de San Simón es un sinclinal estrecho que separó la Plataforma de la Cuenca Central de la Plataforma Noroeste durante las épocas Leonardiana y Guadalupiana. [5]
El canal de Sheffield separa el margen sur de la cuenca Midland de la plataforma sur y del cinturón de empuje Ouachita-Marathon durante las épocas Leonardiana y Guadalupiana. [5]
El canal de Hovey es una depresión topográfica ubicada en el borde sur de la cuenca de Delaware, que permitía el acceso al mar de Panthalassa durante la época guadalupiana. [5] El canal de Hovey era originalmente un anticlinal que se formó durante una falla precámbrica , [8] y era la principal fuente de agua de mar para la cuenca de Delaware. El cierre del canal de Hovey hacia el final del período Pérmico finalmente provocó la muerte del arrecife pérmico, ya que sin agua que llegara a través del canal, los niveles de salinidad aumentaron drásticamente en la cuenca de Delaware y el arrecife no pudo sobrevivir. [9]
El atolón Horseshoe es una cadena arqueada de montículos de arrecifes que se inclina hacia el oeste y tiene una longitud de 282 km y está ubicada en la cuenca Midland. Consta de 550 m de piedra caliza acumulada en el Pensilvánico y 335 m en el Pérmico , con 15 importantes yacimientos de petróleo de entre 1859 m y 3018 m de profundidad. [11] El complejo de arrecifes está formado por calizas Strawn, Canyon y Cisco del Pensilvánico Superior, superpuestas por areniscas Wolfcamp del Pérmico Inferior y lutitas de origen terrígeno que se progradan de noreste a suroeste. [12] El primer pozo de producción, Seabird Oil Company of Delaware No. 1-B J. C. Caldwell, se completó en 1948. [13]
La Cuenca Pérmica es el depósito más grueso de rocas de la era Pérmica en la Tierra, que se depositaron rápidamente durante la colisión de América del Norte y Gondwana ( América del Sur y África ) entre finales del período Misisipiense y el Pérmico. La Cuenca Pérmica también incluye formaciones que datan del Período Ordovícico , hace 445 millones de años ( mya ).
Antes de la ruptura del supercontinente precámbrico y la formación de la geometría moderna de la cuenca pérmica, la sedimentación marina poco profunda sobre la ancestral cuenca de Tobosa caracterizaba el margen pasivo , el ambiente marino poco profundo. La cuenca de Tobosa también contiene roca del basamento que data de hace 1330 millones de años (mya), y que todavía es visible en las actuales montañas de Guadalupe . La roca del basamento contiene granito de biotita-cuarzo, descubierto a una profundidad de 12,621 pies (3,847 m). [8] En las cercanas montañas Apache y Glass, la roca del basamento está hecha de arenisca metamorfoseada y granito de la era precámbrica. Toda el área también está sustentada por rocas máficas estratificadas, que se cree que son parte de la Suite Ígnea Máfica de Pecos, [14] y se extiende 220 millas (360 km) hacia el sur de los EE. UU. Se ha datado en 1163 millones de años.
Cada período de la Era Paleozoica ha contribuido con una litología específica a la Cuenca de Tobosa, acumulándose en casi 6.600 pies (2.000 m) de sedimento al comienzo del Período Pensilvánico (323,2–298,9 millones de años). [8] El Grupo Montoya es la formación rocosa más joven de la Cuenca de Tobosa y se formó en el Período Ordovícico (485,4–443,8 millones de años), y se asienta directamente sobre las rocas ígneas y metamórficas del basamento. Las rocas del Grupo Montoya se describen como dolomita calcárea cristalina de color gris claro a medio, de grano fino a medio . Estas rocas a veces estaban intercaladas con pizarra , caliza gris oscura y, con menos frecuencia, sílex . La secuencia del Grupo Montoya está formada por caliza carbonatada y dolomita, que se describe como densa, impermeable y no porosa, y se encuentra más comúnmente en el afloramiento de las Montañas Glass, con un espesor que varía de 151 a 509 pies (46 a 155 m). [8]
Durante el Período Silúrico, la Cuenca de Tobosa experimentó cambios dramáticos en el nivel del mar que llevaron a la formación de múltiples grupos de rocas. El primero de estos grupos, llamado Formación Fusselman , está compuesto principalmente de dolomita gris claro, de grano medio a grueso. El espesor de esta formación varía de 49 a 164 pies (15 a 50 m), y partes de la Formación Fusselman también estuvieron sujetas a karstificación , lo que indica una caída en el nivel del mar. El segundo grupo de rocas que se formó durante el Período Silúrico se llama Formación Wristen, que es una roca rica en lodo, esquisto y dolomita que alcanza un espesor de 1.480 pies (450 m) en algunos lugares. La karstificación de la Formación Fusselman muestra que se produjo una caída en el nivel del mar, pero los niveles del mar volvieron a subir durante un evento transgresivo , lo que llevó a la creación de la Formación Wristen. Los niveles del mar luego volverían a bajar, lo que provocó una importante exposición, erosión y karstificación de estas formaciones. [8]
La Formación Thirtyone se desarrolló durante el Período Devónico . Esta formación se caracteriza por sus capas de caliza, sílex y esquisto, algunas de las cuales tenían un espesor máximo de 980 pies (300 m). Esta formación tenía muchos tipos diferentes de caliza, incluyendo caliza silícea de color claro, dominada por sílex , rica en crinoideos y caliza arenosa. La Formación Thirtyone es muy similar a la formación del Período Misisipiano, lo que probablemente se deba a que hubo poco o ningún cambio en el medio ambiente durante este tiempo. [8]
La caliza misisipiana es la formación principal que se desarrolló durante este período. Esta formación, similar a la formación Thirtyone mencionada anteriormente, está compuesta principalmente de caliza y pizarra. Los estratos de caliza se describen como "de color marrón a marrón oscuro, microcristalinos a muy finamente cristalinos, comúnmente arenosos y dolomíticos", mientras que los estratos de pizarra son "de color gris a negro, duros, laminares, piríticos, orgánicos y muy silíceos". [8] La caliza misisipiana tiene un espesor de entre 15 y 52 m (49 y 171 pies), aunque generalmente es más delgada hacia la parte sur de la cuenca de Tobosa.
La formación Barnett Shale es la segunda formación que se desarrolló durante el Período Misisipiano. Está compuesta principalmente de esquisto pardo limoso y arenisca y limolita de grano fino. Esta formación era mucho más gruesa que la caliza misisipiana, con un espesor de entre 60 y 140 m (200 y 460 pies). El aumento del espesor se puede explicar por el aumento de la sedimentación en la zona, que probablemente fue causada por la actividad tectónica en la región. [8]
La orogenia Ouachita se produjo durante el período Misisipiano tardío, lo que dio lugar a una actividad tectónica en la región. El plegamiento y el fallamiento posteriores provocados por esta orogenia hicieron que la cuenca de Tobosa se dividiera en tres secciones: la cuenca de Delaware, la cuenca de Midland y la plataforma de la cuenca central. El final del período Misisipiano también dio lugar al comienzo de la formación del moderno complejo arrecifal pérmico. El legado del Paleozoico temprano a medio es de casi 2000 m de sedimentos que se acumularon debido a una sedimentación casi ininterrumpida. [8]
El Período Pensilvánico marcó el comienzo de los procesos geológicos que darían forma a la Cuenca Pérmica en lo que vemos hoy. Los eventos de rifting durante el Período Cámbrico (Paleozoico temprano) dejaron zonas de fallas en la región. Estas zonas de fallas actuaron como planos de debilidad para el fallamiento que luego fue iniciado por la Orogenia Ouachita . Estas zonas de fallas hicieron que la Cuenca Tobosa se transformara, debido a la actividad tectónica, en el Complejo de Arrecifes Pérmicos, que comprende tres partes: la Plataforma de la Cuenca Central, que está rodeada de fallas, y las Cuencas Midland y Delaware a ambos lados. Los sedimentos del Mississippiano están ausentes debido a la erosión o la no deposición. Las lutitas marinas se depositaron en el centro de las cuencas Delaware, Midland y Val Verde, mientras que la periferia de las cuencas vio la deposición de sedimentos marinos poco profundos, de plataforma carbonatada y de piedra caliza. [15] : 6, 17–18 [16] [17]
La Formación Morrow del Pensilvánico Temprano se encuentra debajo de la Formación Atoka . La Morrow es un importante yacimiento que consiste en sedimentos clásticos , areniscas y pizarras, depositados en un entorno deltaico . [15] : 10, 37 [16] : 258, 266 [17] : 106–107
El Período Pensilvánico también condujo al desarrollo de otras formaciones geológicas, aunque ninguna tuvo la importancia de la Formación Morrow. La Formación Atoka se encuentra de manera concordante sobre la Formación Morrow y se caracteriza por su piedra caliza rica en fósiles intercalada con pizarra, alcanzando un espesor máximo de 660 pies (200 m). Durante la formación de Atoka, todavía se estaba produciendo un levantamiento en la región, lo que provocó un aumento de la sedimentación a medida que se erosionaban las tierras altas circundantes. El aumento de la sedimentación condujo a la formación de arenisca de grano medio a grueso. En la Formación Atoka, son visibles las primeras estructuras de arrecife que se formaron en la cuenca de Delaware. [8]
La Formación Strawn se formó después de la formación Atoka, también durante el Período Pensilvánico, y alcanzó un espesor máximo de 200 m. En esta formación hubo un aumento significativo de los montículos de arrecifes . La Formación Strawn está compuesta principalmente de piedra caliza masiva, junto con "arenisca de grano fino a medio, pizarra de color gris oscuro a claro y, ocasionalmente, pizarra bituminosa de color marrón rojizo o gris verdoso". [8] En esta formación se conservaron una gran cantidad de tipos fósiles diferentes, incluidos braquiópodos , foraminíferos , briozoos , corales y crinoideos.
El Período Pensilvánico también incluye otras dos formaciones, las Formaciones Canyon y Cisco, que son importantes debido a los importantes yacimientos de petróleo descubiertos en ellas. [15]
El Período Pérmico fue una época de importante construcción de arrecifes para transformar el Complejo de Arrecifes Pérmicos en un importante sistema de arrecifes, con formaciones rocosas de la era Pérmica que constituyen el 95% de los afloramientos actuales en la Cuenca Pérmica. Al considerar cualquier tipo de construcción de arrecifes que ocurrió en el Pérmico, es importante tener en cuenta que la tectónica jugó un papel importante. Durante este período, el supercontinente de Pangea , que duró desde 335 a 175 millones de años, comenzó a sufrir una ruptura. Pangea estaba agrupada cerca del ecuador y rodeada por el superocéano Panthalassa, con la Cuenca Pérmica ubicada en su borde occidental a 5-10 grados del ecuador. [18] Cualquier entorno de construcción de arrecifes necesitaría una fuente de agua, y la Cuenca de Delaware estaba ubicada cerca de un mar marginal. Gracias al Canal Hovey, este mar transportó agua a la Cuenca de Delaware. Las temperaturas globales durante este período fueron cálidas, ya que el clima mundial estaba pasando de ser un invernadero a un manantial de hielo. Este aumento de las temperaturas globales también provocó el derretimiento de las masas de hielo ubicadas hacia el Polo Sur, lo que a su vez provocó un aumento del nivel del mar. [9]
El Período Pérmico se ha dividido en épocas principales , cada una de las cuales tiene una subdivisión independiente. En cada subépoca, se formó una formación diferente en las distintas partes del Complejo Arrecife Pérmico. [19]
La época Cisuraliana comprendió dos edades, el Wolfcampiense y el Leonardiano , ambas con una formación geológica en la Cuenca Pérmica que lleva su nombre.
La Formación Wolfcampiense se encuentra sobre la Formación Pensilvánica y es la primera formación del Período Pérmico. Su composición varía según su ubicación en la Cuenca, siendo la parte más septentrional la más rica en esquisto. El espesor de esta formación también varía, alcanzando un máximo de 500 m (1600 pies). La Formación Wolfcampiense está formada principalmente por esquisto gris a marrón y piedra caliza marrón de grano fino dominada por sílex. También hay capas intercaladas de arenisca de grano fino que se encuentran dentro de la formación. [19]
La formación primaria que queda de la Era Leonardiana se llama Caliza Bone Spring , que alcanza un espesor máximo de 2000 pies (600 m) y se encuentra directamente debajo del Complejo de Arrecifes Capitan . La caliza Bone Spring se puede dividir en dos formaciones: el Miembro Victorio Peak, que consiste en enormes capas de caliza que miden hasta 98 pies (30 m); y el Miembro Cutoff Shale, que está formado por pizarra silícea negra, laminar y arenisca esquistosa. [20] La Caliza Bone Spring consta de varios fósiles, como briozoos, crinoideos y espiríferos , pero carece de algas y esponjas que son abundantes en el resto del Complejo de Arrecifes Pérmicos. Las rocas de la Caliza Bone Spring se encuentran predominantemente en la Cuenca Delaware, pero el Miembro Victorio Peak se extiende hasta el área del margen de la plataforma. [21]
La época Guadalupiana recibió su nombre de las montañas de Guadalupe , ya que en esta época del Pérmico la formación de arrecifes fue más eficiente. Esta época, que duró aproximadamente entre 272 y 260 millones de años, estuvo dominada por el grupo montañoso Delaware , que puede subdividirse en divisiones rocosas según su ubicación en el complejo arrecifal del Pérmico. [21]
La primera formación que compone el Delaware Mountain Group es la Formación Brushy Canyon , y se encuentra en la Cuenca Delaware. La Formación Brushy Canyon está formada por delgadas capas intercaladas de arenisca de cuarzo de grano fino y macizo alternadas, así como arenisca de color marrón pizarra a negro. Esta formación alcanza un espesor máximo de 1150 pies (350 m), pero se adelgaza significativamente a medida que se acerca a los márgenes de la cuenca debido a la superposición transgresiva . [21] La Formación Brushy Canyon también contiene pequeños parches de arrecifes, marcas de ondulación y estratos con estratificación cruzada , que indican que la Cuenca Delaware tenía un entorno de aguas poco profundas en este momento.
La siguiente unidad del Grupo de Montañas Delaware es el Cañón Cherry , que tenía múltiples subunidades diferentes y se extendía hacia la Cuenca Delaware y los entornos de plataforma circundantes. La Formación Cañón Cherry se puede subdividir en cuatro subunidades, cada una de las cuales se analizará brevemente.
El miembro Getaway inferior es una piedra caliza que tiene diferentes características según su ubicación en la cuenca de Delaware y contiene arrecifes de parche cerca del margen de la cuenca. Estos arrecifes se encuentran a menudo en conglomerados de piedra caliza y brechas . El miembro Getaway superior es más consistente y se caracteriza por ser una dolomita de estratificación gruesa que se integra en la Formación San Andrés a medida que se mueve hacia la plataforma. [21] La unidad media de la Formación Cherry Canyon es el miembro South Wells, que está compuesto de arenisca y se integra en el arrecife Goat Seep a medida que se mueve hacia la plataforma de la cuenca.
La unidad superior es el Miembro Manzanita, que consiste en dolomita y se ve atrapada debajo de la Formación Capitan a medida que se desplaza hacia los márgenes de la cuenca. Los cuatro miembros de la Formación Cherry Canyon han sufrido dolomitización cerca de los márgenes de la cuenca. Esto es evidente ya que los restos bioclásticos de calcita / aragonita que existían como parte de esta formación se han conservado como moldes en dolomita. [21] Algunos autores han sugerido que los clastos y los restos podrían haber sido dolomíticos en el momento de la deposición, pero eso es improbable ya que los restos provenían del arrecife, que no era dolomítico. [21]
La Formación Bell Canyon es la siguiente unidad del Grupo de Montañas Delaware y es la unidad equivalente en edad a la Formación Capitan Reef que se formó en la plataforma. La Formación Bell Canyon consiste en "caliza laminar de grano fino, no fosilífera, de color gris oscuro a negro". [21] Toda la Formación Cherry Canyon y la parte inferior de la Formación Bell Canyon tienen intercalaciones delgadas de caliza bioclástica de color oscuro y arenisca de grano fino. A medida que estas formaciones se mueven hacia los márgenes de la cuenca, la arenisca se abre y la caliza se espesa en capas masivas de metros de espesor, que contienen talud arrecifal . [21]
La Formación Goat Seep Reef se encuentra en el margen de la plataforma y se integra con la Formación Getaway en la cuenca y la Formación San Andrés hacia la plataforma. Esta formación se describe como de 1150 pies (350 m) de espesor, una milla (1600 m) de largo y compuesta completamente de dolomita masiva. En la mitad inferior de la formación, la dolomita está estratificada en capas masivas. [21] Esta formación también contiene mohos de organismos destruidos por el proceso de dolomitización.
La época Guadalupiana es una de las más exitosas en la historia en términos de construcción de arrecifes, ya que la mayoría de los arrecifes pérmicos alcanzaron su máximo en tamaño, diversidad, extensión y abundancia durante esta época, siendo el arrecife Capitán uno de los ejemplos más famosos. En el Guadalupiano, los arrecifes eran abundantes globalmente y crecían en lugares como la cuenca de Delaware, la cuenca de Zechstein en Europa del Este, a lo largo del océano Tetis y en plataformas de agua fría en el océano Panthalassa . El final de esta era dorada para la construcción de arrecifes se produjo debido a la "crisis de los arrecifes del final del Guadalupiano", que implicó caídas globales en los niveles del mar y fluctuaciones regionales de salinidad . El movimiento y la colisión de microcontinentes durante la ruptura de Pangea también causaron la destrucción de muchos arrecifes Guadalupianos. [9] Incluso con la cantidad de arrecifes de esa época que han sido destruidos, hay más de 100 arrecifes Guadalupianos que permanecen en el mundo, la mayor cantidad de cualquier época pérmica.
El crecimiento del arrecife Capitán, al que se le denomina "miembro masivo" debido a que se formó a partir de piedra caliza masiva, se puede describir en tres etapas. La primera etapa es el establecimiento del arrecife y su rápido crecimiento. Debido a las tasas más lentas de hundimiento de esta época, el arrecife pudo construirse rápidamente. Una vez que el arrecife alcanzó el nivel del mar, comenzó a crecer horizontalmente, ya que ya no podía crecer verticalmente. El entorno del arrecife durante la primera etapa de desarrollo se describió como cálido (alrededor de 68 °F (20 °C)), poco profundo, de alta energía, agua clara que estaba libre de desechos y que tenía un nivel normal de salinidad de 27 a 40 ppt (partes por mil). [22] El agua de la cuenca proporcionó una gran cantidad de nutrientes, ya que había un afloramiento continuo de agua que mezclaba el agua marina recién traída con el agua anóxica del fondo de la cuenca. Se describe que la composición del arrecife está formada principalmente por esponjas erectas, que tienen esqueletos grandes y rígidos, y abundantes algas rojas , micrita microbiana y cemento inorgánico . [23] La micrita microbiana funcionó para atrapar sedimentos .
Una de las esponjas más destacadas que formaron parte del Arrecife Capitán fue la familia de esponjas Guadalupiidae , una esponja que apareció por primera vez en las Montañas Glass a mediados del Pérmico y se había extendido a la Cuenca de Delaware a finales del Pérmico.
Hubo más cambios ambientales para marcar la segunda etapa de la formación del Arrecife Capitán. Este período de crecimiento estuvo marcado por cambios eustáticos en los niveles globales del mar, debido a frecuentes glaciaciones . El arrecife experimentó un importante crecimiento vertical en esta etapa y creció a un ritmo lo suficientemente rápido como para mantenerse al día con el aumento del nivel del mar . El Arrecife Capitán también encontró una base estable en los escombros del arrecife y el talud que descansaban en sus pendientes, y esta base permitió que el arrecife creciera hacia afuera. En algunos lugares, los nutrientes y minerales eran tan abundantes que el Arrecife Capitán creció casi 50 km desde el punto de partida. [24]
La tercera etapa del arrecife Capitán es la muerte del sistema arrecifal. Las corrientes oceánicas del Pérmico desempeñaron un papel importante en la creación del clima de la región y en el crecimiento y la muerte del arrecife Capitán. El clima de la región de la cuenca era cálido y árido , lo que se refleja en los depósitos de evaporita que se pueden encontrar en la región posterior del arrecife .
El final del crecimiento y la acumulación del complejo arrecifal pérmico estuvo influenciado por la tectónica . Durante el final del período pérmico, el supercontinente Pangea estaba comenzando a fragmentarse, lo que cambió drásticamente las condiciones que anteriormente eran favorables para el crecimiento de los arrecifes. El cambio en la tectónica limitó el intercambio de agua de mar en el canal de Hovey, lo que luego provocó un aumento de la salinidad en la cuenca pérmica. El arrecife no pudo sobrevivir a este cambio drástico en la salinidad del agua y, por lo tanto, fue destruido. [9]
Hasta el Guadalupiano, la Cuenca Pérmica tenía una circulación hídrica adecuada con agua dulce proveniente del Canal Hovey. El crecimiento de evaporitas a lo largo de las porciones inferiores de la cuenca mostró que la columna de agua probablemente estaba estratificada y euxínica , lo que significa que el agua era tanto anóxica como sulfídica . Los pasajes entre las cuencas Delaware y Midland estaban restringidos debido a cambios tectónicos, y esto provocó que la salinidad del agua aumentara. [25] Las crecientes temperaturas a finales del Pérmico combinadas con el aumento de la salinidad provocaron la extinción del arrecife Capitán, así como la formación de evaporitas en la cuenca.
Las capas de evaporitas que se formaron como resultado del aumento de la salinidad se denominan Formación de Castilla . Esta formación consta de capas alternas de yeso / anhidrita y caliza, así como lechos masivos de yeso/anhidrita, sal y algo de caliza. [26] La unidad mide casi 4300 pies (1300 m) en total y se formó durante la época lopingiana . Las capas individuales ( láminas ) de yeso/anhidrita tienen entre 0,039 pulgadas (1 mm) y 3,9 pulgadas (10 cm) de espesor, lo que se cree que se correlaciona con la salinidad de la cuenca año tras año.
El arrecife Capitán había sido alterado diagenéticamente en las primeras etapas de su historia, especialmente después de la deposición de la Formación Castile. Hay evidencia de alteración de la estructura en toda esta formación, lo que se cree que indica el proceso de deshidratación y rehidratación del yeso y las anhidritas. También hay evidencia de calcitización de evaporitas . El sistema de arrecifes estuvo enterrado hasta que quedó expuesto en la Era Mesozoica como resultado de la actividad tectónica de la Orogenia Laramide . [25] Los arrecifes de esquisto y carbonato de aguas profundas de las cuencas Delaware y Midland y la Plataforma de la Cuenca Central se convertirían en lucrativos depósitos de hidrocarburos . [5] [27]
La cuenca Pérmica se divide en cinturones de facies generalizados diferenciados por el ambiente deposicional en el que se formaron, influenciado por el nivel del mar, el clima , la salinidad y el acceso al mar.
El descenso del nivel del mar expone las regiones perimareales y, potencialmente, las del margen de la plataforma, lo que permite que las areniscas de los canales lineales corten la plataforma, extendiéndose más allá del margen de la plataforma sobre los carbonatos de la pendiente, y se abran en abanico hacia la cuenca. Las planicies de marea durante un área de baja marea contienen areniscas eólicas y limolitas sobre litofacies supramareales del tramo de sistemas transgresivos . El relleno de la cuenca durante un área de baja marea está compuesto por capas delgadas de carbonato entremezcladas con arenisca y limolita en la plataforma y capas de arenisca dentro de la cuenca.
Estas facies resultan de la profundización abrupta de la cuenca y el restablecimiento de la producción de carbonato. Los carbonatos, como la piedra caliza bioturbada y el lodo calizo pobre en oxígeno , se acumulan sobre las areniscas de los sistemas de baja altitud subyacentes en la cuenca y en la pendiente. Las planicies de marea se caracterizan por caras supramareales de clima cálido y árido, como dolomudstones y dolopackstones. La cuenca se caracteriza por capas gruesas de carbonato sobre la plataforma o cerca de ella, con el margen de la plataforma volviéndose progresivamente más empinado y las areniscas de la cuenca volviéndose más delgadas.
La facies de los sistemas de plataforma alta es el resultado de la desaceleración del ascenso del nivel del mar. Se caracteriza por la producción de carbonatos en el margen de la plataforma y la deposición dominante de carbonatos en toda la cuenca. La litofacies está formada por capas gruesas de carbonatos en la plataforma y el margen de la plataforma y capas delgadas de arenisca en la pendiente. La cuenca se ve restringida por la formación de capas rojas en la plataforma, lo que crea evaporitas en la cuenca. [27] [28] [29]
Durante el Cámbrico -Misisipiense, la cuenca pérmica ancestral era el amplio margen pasivo marino de la cuenca Tobosa que contenía depósitos de carbonatos y clásticos. A principios del Pensilvánico- Pérmico temprano, la colisión de la Tierra de América del Norte y Gondwana (América del Sur y África) causó la orogenia hercínica . La orogenia hercínica dio como resultado que la cuenca Tobosa se diferenciara en dos cuencas profundas (las cuencas Delaware y Midland) rodeadas de plataformas poco profundas. Durante el Pérmico, la cuenca se volvió estructuralmente estable y se llenó de clásticos en la cuenca y carbonatos en las plataformas. [30]
Esta sucesión de margen pasivo está presente en todo el suroeste de los EE. UU. y tiene un espesor de hasta 1,50 km (0,93 millas). La cuenca pérmica ancestral se caracteriza por una extensión cortical débil y una subsidencia baja en la que se desarrolló la cuenca de Tobosa. La cuenca de Tobosa contenía carbonatos y pizarras de plataforma. [31]
La geometría de dos lóbulos de la cuenca pérmica separada por una plataforma fue el resultado de la orogenia colisional hercínica durante la colisión de América del Norte y la Tierra de Gondwana (América del Sur y África). Esta colisión elevó el cinturón plegado de Ouachita-Marathon y deformó la cuenca de Tobosa. La cuenca de Delaware resultó de la inclinación a lo largo de áreas de debilidad proterozoica en la cuenca de Tobosa. La compresión sudoeste reactivó fallas inversas de inclinación pronunciada y elevó la cresta de la cuenca central. El plegamiento del terreno del basamento dividió la cuenca en la cuenca de Delaware al oeste y la cuenca de Midland al este. [30] [32]
La sedimentación rápida de los clásticos, las plataformas y plataformas carbonatadas y las evaporitas se produjo de manera sinorogénica. Los estallidos de actividad orogénica están divididos por tres discordancias angulares en los estratos de la cuenca. Los depósitos de evaporitas en la pequeña cuenca remanente marcan la etapa final de sedimentación, ya que la cuenca quedó restringida respecto del mar durante la caída del nivel del mar. [31] [33]
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La Cuenca Pérmica es la cuenca productora de petróleo más grande de los Estados Unidos y ha producido un total acumulado de 28,9 mil millones de barriles de petróleo y 75 billones de pies cúbicos de gas. A principios de 2020, se extraían más de 4 millones de barriles de petróleo al día de la cuenca. El ochenta por ciento de las reservas estimadas se encuentran a menos de 10.000 pies (3.000 m) de profundidad. El diez por ciento del petróleo recuperado de la Cuenca Pérmica proviene de carbonatos de Pensilvania. Los yacimientos más grandes se encuentran dentro de la Plataforma de la Cuenca Central, las plataformas Noroeste y Este, y dentro de las areniscas de la Cuenca de Delaware. Las litologías primarias de los principales yacimientos de hidrocarburos son caliza, dolomita y arenisca debido a sus altas porosidades. Sin embargo, los avances en la recuperación de hidrocarburos, como la perforación horizontal y la fracturación hidráulica, han expandido la producción a esquistos bituminosos no convencionales y compactos, como los que se encuentran en Wolfcamp Shale . [6] [34]
En 1917, JA Udden, profesor de geología de la Universidad de Texas , especuló que el pliegue de Maratón , asociado con las montañas de Maratón, podría extenderse hacia el norte. Esta teoría del pliegue fue elaborada más a fondo en 1918 por los geólogos RA Liddle y JW Beede. Se pensó que la estructura potencial era una trampa potencial para el petróleo . Con base en esta teoría del pliegue de Maratón y en filtraciones de petróleo conocidas , comenzaron las perforaciones de prueba en la cuenca pérmica oriental. [35]
Las reservas de petróleo en la Cuenca Pérmica fueron documentadas por primera vez por WH Abrams en el condado de Mitchell , oeste de Texas, en 1920. El primer pozo comercial se abrió un año después, en 1921, en el recién descubierto campo petrolífero Westbrook en el condado de Mitchell, a una profundidad de 2498 pies (761 m). Inicialmente, se pensó que la Cuenca Pérmica tenía forma de cuenco, y los equipos de investigación geológica no pudieron estudiar el interior de la cuenca debido a la falta de afloramientos. Los siguientes años contuvieron el descubrimiento de múltiples campos petrolíferos, como el campo petrolífero Big Lake (1923), el campo petrolífero World (1925), el campo petrolífero McCamey (1925), el campo petrolífero Hendrick (1926) y el campo petrolífero Yates (1926). Todos estos descubrimientos se hicieron mediante perforaciones aleatorias o mapeo de superficie. Las pruebas geofísicas fueron vitales para mapear la región, ya que se utilizaron herramientas como sismógrafos y magnetómetros para encontrar anomalías en el área. [35] [36]
En 1924, las empresas que establecieron oficinas geológicas regionales en la cuenca incluían California Company ( Standard Oil of California ), Gulf Oil , Humble ( Standard Oil of New Jersey ), Roxana ( Shell Oil Company ), Dixie Oil ( Standard Oil of Indiana ), Midwest Exploration (Standard Oil of Indiana) y The Texas Company . [35]
Debido a las distancias y la falta de tuberías para transportar el petróleo, las pruebas de perforación profunda fueron pocas en la década de 1920, ya que los costos eran altos. Como resultado, todos los pozos petrolíferos hasta 1928 tenían menos de 5000 pies (1500 m) o 6000 pies (1800 m) de profundidad. Sin embargo, en 1928, el pozo de descubrimiento No. IB de la Universidad encontró petróleo a 8520 pies dentro de las formaciones Ordovícicas de Big Lake. La exploración y el desarrollo aumentaron en la década de 1930 con el descubrimiento del campo petrolífero Harper (1933), el campo petrolífero Goldsmith (1934), el campo petrolífero Foster (1935), el campo petrolífero Keystone (1935), el campo petrolífero Means (1934), el campo petrolífero Wasson (1936-1937) y el campo Slaughter (1936). Durante la Segunda Guerra Mundial, la necesidad de petróleo en los Estados Unidos se hizo urgente, lo que justificó los altos costos de la perforación petrolera en profundidad. Este avance llevó a que se encontraran importantes yacimientos de petróleo en todas las formaciones geológicas desde el Período Cámbrico hasta el Período Pérmico. Entre los descubrimientos más importantes se encuentran el yacimiento petrolífero de Embrar (1942), el yacimiento petrolífero de TXL (1944), el yacimiento petrolífero de Dollarhide (1945) y el yacimiento petrolífero del Bloque 31 (1945). [35] : 200–201, 230–231 [36]
En 1966, la producción de la Cuenca Pérmica alcanzó los 600 millones de barriles de petróleo, junto con 2,3 billones de pies cúbicos de gas, lo que supuso un total de 2.000 millones de dólares. Los valores de producción aumentaron de forma constante gracias a la instalación de gasoductos y refinerías de petróleo en la zona, hasta alcanzar una producción total de más de 14.900 millones de barriles en 1993.
Además del petróleo, uno de los principales productos que se extraen de la Cuenca Pérmica es la potasa , que fue descubierta por primera vez en la región a fines del siglo XIX por el geólogo Johan August Udden. Los primeros estudios de Udden y la presencia de potasa en el pozo Santa Rita entre 1100 y 1700 pies llevaron al Servicio Geológico de los Estados Unidos a explorar el área en busca de potasa, que fue muy importante durante la Primera Guerra Mundial , ya que Estados Unidos ya no podía importarla de Alemania. A mediados de la década de 1960, siete minas de potasa operaban en el lado de Nuevo México de la Cuenca Pérmica. [36] [37]
En 2018 [actualizar], la Cuenca Pérmica produjo más de 33 mil millones de barriles de petróleo, junto con 118 billones de pies cúbicos de gas natural. Esta producción representa el 20% de la producción de petróleo crudo de EE. UU. y el 7% de la producción de gas natural seco de EE. UU. Si bien se pensaba que la producción había alcanzado su punto máximo a principios de la década de 1970, las nuevas tecnologías para la extracción de petróleo, como la fracturación hidráulica y la perforación horizontal, han aumentado la producción drásticamente. Las estimaciones de la Administración de Información Energética han predicho que las reservas probadas en la Cuenca Pérmica aún contienen 5 mil millones de barriles de petróleo y aproximadamente 19 billones de pies cúbicos de gas natural. [38]
En octubre de 2019, los ejecutivos de combustibles fósiles dijeron que hasta hace poco habían estado avanzando en la reducción de la quema , que consiste en quemar gas natural. [39] Las empresas de perforación se centran en la perforación y el bombeo de petróleo, que es muy lucrativo, pero el gas menos valioso que se bombea junto con el petróleo se considera un "subproducto". [39] Durante el auge actual en los campos petrolíferos del Pérmico, la perforación de petróleo ha "superado con creces la construcción de oleoductos", por lo que el uso de la quema ha aumentado junto con la ventilación de "gas natural y otros potentes gases de efecto invernadero directamente a la atmósfera ", lo que provoca un efecto invernadero considerablemente mayor que la quema. Ambas prácticas son legales según la legislación de los estados. [39] La mayor parte del metano emitido proviene de un pequeño número de fuentes. [40] Los datos satelitales muestran que el 3,7% del gas producido en la Cuenca Pérmica se pierde en fugas, lo que equivale al consumo de 7 millones de hogares de Texas. [41] El precio del gas natural era tan barato que las empresas más pequeñas que tenían capacidad para transportar gas natural están optando por quemarlo en lugar de pagar los costos del gasoducto. [39]
Debido a su importancia económica, la Cuenca Pérmica también ha dado su nombre a la región geográfica en la que se encuentra. Los condados de esta región incluyen: [ cita requerida ]
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