PALEOAMBIENTE DEL MIEMBRO CARBONOSO, FORMACIÓN … · troncos y hojas, compuestos de lignina y celulosa, los cuales son destruidos por un proceso intenso de descomposición al comienzo

U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA 10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

PALEOAMBIENTE DEL MIEMBRO CARBONOSO, FORMACIÓN LORETO, EN EL YACIMIENTO PECKET (52°57’ S; 71°10’ W).

MAGALLANES. CHILE.

HIDALGO, E.1; PALMA-HELDT, S.2 Y FIGUEROA, S.3 1 Departamento de Ciencias Geológicas. Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas. Universidad Católica del Norte. [email protected]. 2 Departamento Ciencias de la Tierra. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad de Concepción. [email protected]. 3 Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas. Universidad de Concepción. [email protected] . INTRODUCCIÓN Los primeros registros de la ocurrencia de carbón en la Región de Magallanes datan del siglo XVI, y provienen de los navegantes. En el año 1869 se iniciaron las explotaciones de carbón en la zona de la Mina Loreto y más tarde en las minas Magdalena (Elena), Marta y Vulcano, entre otras, registrándose una producción esporádica de ellas (Codoceo, 1977). En 1987 comienza la explotación a cielo abierto de la mina Pecket, mantos 5 y 6 superior (6s), donde antiguamente se encontraba la mina Sara Braun, alcanzando en 1997 una producción superior a 1.000.000 de ton. A partir de 1998 se desarrolla la extracción subterránea del manto 6s desde el fondo del rajo. Actualmente este carbón es utilizado para la generación termo eléctrica en las centrales del norte del país. La tendencia creciente de mezclar carbones en termogeneración tiene como finalidad utilizar carbones con azufre, ceniza y poder calorífico fuera de norma y cumplir con la legislación ambiental, manteniendo costos de producción favorables, sin embargo en las operaciones de planta se ha constatado que el proceso de mezclado no siempre conduce a una operación exitosa en términos de escoriamiento, opacidad de emisiones y estabilidad de llama, situación que ha llevado a estudiar el proceso de mezclado en forma integral, considerando tanto la fase orgánica como la inorgánica de los carbones utilizados (Hidalgo, 2001). El objetivo del presente trabajo es dar a conocer las características petrográficas, químicas y palinomórficas de la secuencia carbogénica de Pecket, único carbón chileno utilizado en la generación de electricidad a gran escala, para estimar la incidencia de ellas en el estudio de ensayos predictivos para la combustión de mezclas de carbones.

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

53º

50 km0

SENO SKYRING

ISLA RIESCO

PENINSULA

DE

BRUNSWICK

PUNTA ARENAS

SENO OTWAY

ESTRECHO

DE

MAGALLANES

71º72º

MinaElena

MinaJosef ina

MinaLoreto

SUDAMERICA

CHILE

MINAPECKET

AREA DELYACIMIANTOPECKET

R-9 R-9

Y-510Y-510

RUTA PRINCIPAL

RUTA SECUNDARIA

PUNTA ARENAS

SIMBOLOGÍA

53º

50 km0

SENO SKYRING

ISLA RIESCO

PENINSULA

DE

BRUNSWICK

PUNTA ARENAS

SENO OTWAY

ESTRECHO

DE

MAGALLANES

71º72º

MinaElena

MinaJosef ina

MinaLoreto

SUDAMERICA

CHILE

MINAPECKET

AREA DELYACIMIANTOPECKET

R-9 R-9

Y-510Y-510

RUTA PRINCIPAL

RUTA SECUNDARIA

PUNTA ARENAS

SIMBOLOGÍA

Figura 1: Mapa de ubicación y acceso del yacimiento Pecket.

MARCO GEOLÓGICO El yacimiento carbonífero Pecket se ubica en la cuenca de Magallanes, la que tiene una orientación NNW-SSE, cubre una región de más de 160.000 km2 y en su parte más amplio tiene 700 km de N-S y 370 km E-W (Biddle et al., 1986). Los depósitos que rellenan la cuenca de Magallanes comprenden rocas volcánicas, volcanoclásticas y sedimentarias que van desde el Jurásico hasta el Cuaternario, depositados discordantemente sobre rocas paleozoicas.

Los niveles carbonosos se distribuyen principalmente en rocas terciarias. Formación Loreto es la más importante por la calidad de los carbones que contiene y la potencia de sus mantos. Esta formación está compuesta por tres miembros: Ciervos, Lynch y Loreto o Carbonoso. La secuencia litológica consiste principalmente de areniscas de granulometría variada, limolitas, arcillolitas carbonosas y mantos de carbón en el miembro superior.

COLUMNA ESTRATIGRAFICA GENERALIZADA DEL YACIMIENTO PECKET

SIMBOLOGIAMANTOSLITOLOGÍAESPESOR

AF AMAG FGAR(m)

40

50

70

90

110

20

10

30

60

80

100

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120

0

M 6 i

M 6 s

M 5M 4,5

M 4

M 3

M 2

M 1

��

Cubierta fluvioglacial

Arenisca gruesa aconglome rádica

Arenisca fina a media

Arenisca fina

Arcillolita carbonosa

Manto de carbón

Arcillolita conIntercalaciones de carbón

0 10 m

COLUMNA ESTRATIGRAFICA GENERALIZADA DEL YACIMIENTO PECKET

SIMBOLOGIAMANTOSLITOLOGÍAESPESOR

AF AMAG FGAR(m)

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Cubierta fluvioglacial

Arenisca gruesa aconglome rádica

Arenisca fina a media

Arenisca fina

Arcillolita carbonosa

Manto de carbón

Arcillolita conIntercalaciones de carbón

0 10 m

En el área del yacimiento (miembro Loreto) se expone una sucesión sedimentaria que contiene 6 mantos de carbón principales (Figura 2), con espesores variables de 0,3 m a más de 3 m de potencia, los que se enumeran en sentido descendente desde el 1 al 6, estos acusan importantes dicotomías, producto de interrupciones temporales en el proceso de acumulación de los restos vegetales dentro de la cuenca. El manto 6 se usa como nivel de referencia debido a su persistencia en el área del yacimiento. Figura 2: Columna estratigráfica generalizada del yacimiento Pecket MUESTREO Y ANÁLISIS Se realizó el muestreo sistemático de los mantos 1, 2, 3, 4, 5, 6s y 6 inferior (6i) en el rajo y en la mina subterránea. Se tomó un total de 12 muestras de canaletas de carbón (5 kg cada una). Cada manto está representado por una muestra compósito. La caracterización óptica y análisis maceral fueron llevadas a cabo con luz incidente blanca en las secciones pulida. Para el análisis cualitativo con fluorescencia, se utilizó luz ultra violeta incorporada en el microscopio Leitz MPV3, equipado con una lámpara de mercurio de alta presión, HBO 100 W, filtro BG-3 UV, objetivo para aceite (32x) y oculares periplan (10x). La nomenclatura empleada para la clasificación del grupo de la vitrinita corresponde a ICCP System 1994 (International Commitee for Coal and Organic Petrology).

Las preparaciones palinológicas se realizaron en el Laboratorio de Paleobotánica del Departamento Ciencias de la Tierra, Universidad de Concepción mediante el método de Lee (1964) para carbones, seguido de acetólisis.

RESULTADOS

PETROGRAFÍA Y MINERALOGÍA Los carbones estudiados tienen rangos que varían entre lignito y subbituminoso. La reflectividad “random” de la vitrinita (Ro) de todos los mantos varía entre 0,28% y 0,42%. El comportamiento de las reflectividades de vitrinita en los mantos de carbón refleja un aumento progresivo del grado de madurez térmica hacia los mantos inferiores.

Tabla 1. Composición maceral, libre de materia mineral (% en vol.) de los mantos 1, 2, 3, 4, 5, 6s y 6i de la Mina Pecket.

Macerales Manto 1 Manto 2 Manto 3 Manto 4 Manto 5 Manto 6s Manto 6i Telinita 8,2 5,6 14,4 8,8 9,8 10,3 4,1

Colotelinita 21,1 15,8 27,9 35,1 33,8 19,5 18,5

Vitrodetrinita 1,3 --- 0,5 0,4 1,7 1,5 0,4

Colodetrinita 58,2 60,9 41,1 45,5 43,0 47,4 66,0

Corpogelinita 5,6 9,1 7,1 3,6 4,6 12,5 3,9

Gelinita --- --- 0,2 --- 0,2 0,7 0,9

Vitrinita 94,4 91,4 91,2 93,3 93,1 91,9 93,8

Esporinita 3,0 5,2 4,6 4,5 4,0 4,6 4,9

Cutinita --- 0,4 1,5 0,9 0,4 0,9 ---

Resinita 1,1 1,7 1,0 0,9 0,6 1,7 0,9

Liptinita 4,1 7,3 7,1 6,3 5,0 7,2 5,8

Funginita 1,5 1,3 1,2 0,4 1,5 0,9 0,4

Semifusinita --- --- --- --- 0,4 --- ---

Inertodetrinita --- --- 0,5 --- --- --- ---

Inertinita 1,5 1,3 1,7 0,4 1,9 0,9 0,4

Arcillas 7,8 7,4 18,2 11,0 4,2 8,8 6,2

Sulfuros --- --- --- --- --- --- 0,8

M. Mineral 7,8 7,4 18,2 11,0 4,2 8,8 7,0

La distribución de los grupos macerales (libre de materia mineral) muestra escasa variación entre los 7 mantos estudiados (Tabla 1). La vitrinita prevalece en todas las secciones estudiadas y de este grupo, el maceral más abundante es la collodetrinita seguido por collotelinita; subordinadamente se observa telinita y corpogelinita, en tanto que la vitrodetrinita y la gelinita son muy escasas. La collodetrinita tiene su origen en el tejido leñoso y parenquimatoso de raíces,

troncos y hojas, compuestos de lignina y celulosa, los cuales son destruidos por un proceso intenso de descomposición al comienzo de la formación de la turba (ICCP, 1998). El contenido de liptinita fluctúa entre 4% y 7% y está representado principalmente por esporinita, presente en todas las muestras, con resinita subordinada, pero también presente en todas las muestras y finalmente con escasa cutinita, restringida sólo a algunos mantos. El grupo maceral de la inertinita es el menos abundante, no supera el 2% y está representado por escasa funginita y excepcionalmente por semifusinita (Lamina 1). La materia mineral asociada al carbón y reconocida microscópicamente, corresponde esencialmente a arcillas, que se encuentran en granos intercrecidos con vitrinita y granos aislados. Sólo en el manto 6i se reconoció pirita reemplazada por marcasita (Tabla 1). ANÁLISIS DE ELEMENTOS TRAZA Debido a la importancia para determinar paleoambiente que tiene la geoquímica, se presentan los estudios realizados por Helle et al. (2000) en muestras del manto 6s (Tabla 2). De acuerdo a estos análisis no hay elementos enriquecidos respecto de valores medios de otras localidades del mundo; por otra parte las concentraciones de As y S no exceden los estándares ambientales chilenos. El azufre no supera el 0,5% en todos los mantos con excepción del manto 6i, donde sobrepasa el 1,3%.El contenido de boro del manto 6s fluctúa entre 25 y 213 ppm con una media de 152 ppm, por lo que el ambiente de depositación habría sido influenciado por aguas salobres (Goodarzi y Swaine, 1994), lo que concuerda con Helle op. cit, quienes indican un posible ambiente continental, con influencia marina esporádica. Para dichos investigadores el contenido de boro en carbones, pese a ser un buen indicador del grado de influencia marina en el ambiente de depositación, no es recomendable utilizarlo como un parámetro absoluto sino más bien en asociación con otros indicadores, tales como el contenido de azufre y el registro paleopalinológico. El cromo se encuentra en mayores concentraciones en carbones asociados a ambientes continentales que en carbones asociados a ambientes salobres (Goodarzi y Van der Flier-Keller 1988). El contenido de cromo en el manto 6s varía entre 3 y 68 ppm con una media de 17 ppm, lo que apoya el modelo de depositación influenciado por aguas medianamente salobres.

Tabla 2: Elementos traza en el manto 6s (tomado de Helle et al., 2000)

Elementos (ppm) Cu Zn Cr V Co Ni As Ge B

Máximo 21 49 68 226 6 10 0.8 100 213

Mínimo 9 2 3 9 3 4 0.04 0.5 25

Media 14 12 17 48 4 8 0.36 14 152 ANÁLISIS PALEOPALINOLÓGICO Los granos de polen, las esporas y en general todos los microfósiles de vegetales que definen al maceral esporinita son importantes constituyentes petrográficos de los carbones e indican la

naturaleza del ambiente de depositación. La turba varía en su composición de acuerdo al tipo de vegetación que crece en los pantanos. Analizando la asociación vegetacional de los pantanos, es posible determinar los parámetros paleoecológicos que controlan el desarrollo de éstos, tales como profundidad del agua, composición química y aporte de nutrientes, los que pueden influir en la calidad del carbón. La palinoflora observada se caracteriza por la presencia de: Fungi, Pteridophytas, Gymnospermae (Pinophytas) Angiospermae (Magnoliophytas). Del total de los palinomorfos registrados, el 40,91% corresponde a Fungi, le sigue en abundancia las Angiospermae con 27,74%, de los cuales, el 24,66% corresponden a Dicotiledoneae y un 3,08% a Monocotiledoneae. Las fagáceas (Nothofagidites cincta, Nothofagidites cranwellae y Nothofagidites tipo menziesii) son las más abundante de las Dicotiledoneae (9,5%), las Cariophyllaceae (Polyporina sp.) se encuentra restringida al manto 6s y 6i (Lamina 2). En las Monocotiledoneae (Liliopsidas) se reconocieron especies de liliáceas (0,32%); el resto corresponde a palinomorfos que fue imposible identificar a nivel específico por lo cual se les agrupó como Monocolpites sp. (1,15%) y Psilamonocolpites sp. (1,61%). Las Pteridophytas representan el 16,69% del total de palinomorfos encontrados y las Gymnospermae, representadas por Podocarpidites marwickii y P. otagoensis son el grupo menos abundante (10,33%) (Figueroa, 2001).

Tabla 3. ABUNDANCIA, EN PORCENTAJE, DE LOS TAXA OBSERVADOS POR MANTO.

GRUPO Manto 1 Manto 2 Manto 3 Manto 4 Manto 5 Manto 6s Manto 6i Fungi 47,4 43,1 52,7 54,2 26,4 55,2 33,1 Pteridophyta 5,7 42,0 3,9 13 13,2 18,7 4,5 Gimnospermae 3,9 0,0 1,2 5,7 19,3 10,7 15,1 Dicotiledoneae 11,5 3,3 38,0 23,7 41,1 12,2 37,6 Monocotiledoneae 7,9 0,8 3,1 1,0 0,0 3,2 9,7 Otros 23,6 10,7 1,2 2,3 0,1 0,0 0,0

CONCLUSIONES Los datos geológicos, mineralógicos y estructurales permiten concluir que el depósito de Pecket se formó en el Mioceno por la acumulación de tejidos de plantas superiores (formación de vitrinita) y contribuciones subordinadas de esporas y resina (formación de liptinita), en un ambiente con volcanismo distal omnipresente. Según la clasificación ASTM, el rango del carbón de todos los mantos varía de lignito a subbituminoso. El análisis petrográfico de los macerales permite clasificar a estos carbones como clarita. El alto contenido de vitrinita (sobre 90%) escasa inertinita (bajo 2%) y liptinita (4,1- 7,2%) permite predecir un comportamiento favorable en la combustión (ignición) por el aporte de materia volátil (28%-38% Mat.Vol.). La distribución maceral es similar en los 7 mantos estudiados. El maceral predominante es la collodetrinita (41.1% a 66.0%) lo cual refleja un ambiente de sedimentación favorable a la degradación de la material original, en condiciones de pH neutro y Eh positivo (Jiménez et al., 1999).

Las relaciones cuantitativas entre los componentes derivados de la materia vegetal, contenido maceral, de los carbones de Pecket corresponden principalmente al litotipo clareno y subordinadamente al tipo vitreno. En los microlitotipos, hay predominio de los macerales del grupo de la vitrinita. La mayor proporción de vitrinita refleja condiciones relativamente húmedas durante la formación de la turba (Teichmüller, 1989). La distribución de los grupos macerales no presenta variaciones considerables a través de los mantos analizados, lo que indica que el ambiente de depositación de la turba no experimentó grandes variaciones durante la formación de la secuencia. Existen diversos modelos de facies basados en la relación genética de los macerales del carbón así como en el contenido de materia mineral. Para carbones terciarios se utilizan el Indice de Gelificación (GI), que relaciona macerales gelificados con macerales no gelificados e indica el grado y persistencia de las condiciones de humedad durante la formación de la turba y el Indice de Preservación de Tejidos (TPI) el cual relaciona el grado de preservación versus el grado de degradación de los tejidos. Kalkreuth y otros (1991).

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

TPI (Indice de preservación de tejidos)

GI

(Ind

ice

de g

elifi

caci

ón)

100.0

50.0

10.0

5.0

1.0

0.5

Marisma

Pantano de hiervas y

junquillos Pantano boscoso húmedo

Pantano boscoso seco

(-) (+)Densidad arbórea

Hum

edad

manto 1manto 2manto 3manto 4manto 5

manto 6 imanto 6 s

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Pantano boscoso seco

(-) (+)Densidad arbórea

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manto 6 imanto 6 s


manto 6 imanto 6 s

Figura 3: Facies de los carbones de Pecket con relación a los índices de gelificación (GI) y preservación de tejidos (TPI) con relación al ambiente de depositación y al tipo de pantano. (Modificado de Diessel (1986) y Kalkreuth y otros (1991). Las facies de los carbones de Mina Pecket se asocian a planicies deltaicas inferiores y en menor medida a planicies deltaicas superiores. Aplicando los índices señalados los mantos 1, 2 y 6i se relacionan a condiciones más húmedas, probablemente con influencia marina esporádica y los

mantos 3, 4, 5 y 6s se relacionan con condiciones menos húmedas y con mayor influencia arbórea. La alta frecuencia de hongos epífitos indica un ambiente de alta humedad. Por otra parte, la baja abundancia de plantas superiores que eventualmente fueron sus huéspedes, indica una secuencia con influencia marina que sufre cambio en el pH. La asociación vegetacional indica un clima húmedo y de temperaturas templadas a frías con presencia de Nothofagidites. Por correlación con otras secuencias del centro-sur de Chile que presentan una palinoflora semejante, la secuencia de Miembro Carbonoso sería de una edad oligo-miocena. REFERENCIAS Anual Book of ASTM Standards. 1988. Sección 5: Productos de petróleo, lubricantes y combustibles fósiles. Vol. 05.05: Combustibles Gaseosos, Carbón y Coque. Biddle, K.T., Uliana, M. A., Mitchum, R. M.Jr., Fitzgerald, M. G. and Wright, R. C., 1986. The stratigraphic and estructural evolution of the central and eastern Magallanes Basin, southern South America. En Foreland Basins (Ed. por P.A. Allen and P. Homewood), Special Publication of the Internactioal Association of Sedimentologist, 8, 41-61 pp. Codoceo, O., 1977. Análisis cualitativo de carbones en Magallanes. Memoria de Título de Ingeniero Civil de Minas, Universidad Técnica del Estado, Facultad de Ingeniería, Santiago, Chile. p 102. Cisternas, M.E.; Alfaro G.; Palma-Heldt, S.; Helle, S. 1990. Marco Geológico de las Cuencas Carboníferas de Edad Terciaria del sur de Chile. XI Congreso Geológico Argentino. Actas Vol 1: 191-195. San Juan. Diessel, C.F.K., 1986. The correlation between coal facies and depositional environments. Advances in the study of the Sydney Basin. Proceedings of 20th Symposium, The University of Newcastle, 19-22 pp. Figueroa, S., 2001. Estudio Palinológico del Miembro Carbonoso (Loreto carbonoso) de la Formación Loreto, Cuenca Lignitífera del Terciario de Magallanes, Chile. Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Naturales y Oceanografía, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ciencias de la Tierra, Concepción. p 41. (inédito). Goodarzi, F., and Swaine, D., 1994. Paleoenvironmental and environmental implications of the boron content of coals. Geological Survey of Canada Bulletin Vol. 471, p 76. Goodarzi, F., and Van der Flier-Keller., 1988. Distribution of major, minor and trace elements in hat creek deposit Nº 2, British Columbia, Canada, Vol. 70, 313-333 pp. Helle, S., Alfaro, G., Kelm, U., Tascón, J. M. D., 2000. Mineralogical and chemical characterisation of coals from Southern Chile. International Journal of Coal Geology 44, 85-94 pp. Hidalgo, E., 2001. Geología y Caracterización de los Carbones del Yacimiento Pecket, Magallanes, Chile. Memoria de Título de Geólogo, Universidad de Concepción, Departamento Ciencias de la Tierra. Concepción. Chile. 144 pp. ICCP, 1998. The new vitrinite classification (ICCP System 1944). Fuel, Vol. 77, No. 5, 349-358 pp. Jiménez, A., Martinez-Tarazona, R., Suárez-Ruiz, I., 1999. Paleoenvironmental conditions of Puertollano coals (Spain): petrological and geochimical study. International Journal of Coal Geology 41, 189-211 pp. Kalkreuth, W., Kotis, T., Papanicolaou, C., Kokkinakis, P., 1991. The geology and coal petrology of a Miocene lignite profile al Meliadi Mine Katerini, Greece. International Journal of Coal Geology, 17, 51-67 pp. Lee, H., 1964. A modified method of coal maceration and a simple technique for slide preparation. Micropaleontology, Vol. 10(4). 486-490 pp. Palma-Heldt, S. 1980. Contribución al conocimiento palinológico de los mantos carboníferos del Terciario de Arauco - Concepción, Chile. Actas del II Congreso Argentino de Paleontología y Bioestratigrafía y I Congreso Latinoamericano de paleontología, Buenos Aires. 1978 II, 175-192 pp. Teichmüller M., 1989. The genesis of coal from the viewpoint of coal petrology, International Journal of coal Geology, Vol. 12, 1-87 pp.

A

C

B

E F

Ep

D

Ep

Cu

Co

Co

Lámina 1: Fotomicrografías de la petrografía maceral de los carboncon aceite de inmersión, luz reflejada blanca (lb) y fluorescencia (f) de corcho, “Cork”, suberinita (Su), corpogelinita (Co) (lb). (B) suberi(lb). (C) Funginita en colodetrinita. (D) Celdas de funginita (Fu) esporinita (Ep) en vitrinita (f). (E) y (F) Cutinita y esporinitrespectivamente).

Su

Su

Cd

Fu

es de Pecksin polarizanita (Su), corellenas co

a en colod

Ep

Cu

R

et, aumento 32x, dor. (A) Textura rpogelinita (Co) n resinita (R) y etrinita (lb y f

Lám1. D(100Tril(100

1

ina 2: Fotomicrografías de picellaesporites sp. (1000x).0x). 5. Callimothallus (1000x

ites tuberculiformis (1000x). 0x).

2

10

alinomorfos. 2 y 3. Multicellaesporites s). 6. Cyathidites minor (1000x

9. Podocarpidites marwickii (10

3

4
5 6
p. (400x). 7.Clav00x). 10

7

8
9
). 4. Exesisporites sp. ifera triplex (1000x). 8. . Nothofagidites cincta

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