Análisis palinológico (palinoestratigráfico y palinofacial) de niveles hiperpícnicos de la Formación Vaca Muerta, Titoniano–Valanginiano temprano, Cuenca Neuquina, Argentina

Abstract

Se presenta el primer análisis palinológico integral (sistemático, estadístico, palinoestratigráfico y palinofacial) de la Formación Vaca Muerta (Titoniano–Valanginiano temprano), Subcuenca de Picún Leufú, Cuenca Neuquina. Esta unidad ha sido ampliamente estudiada debido a su importancia en la comprensión del relleno sedimentario de la cuenca y a su potencial como reservorio de hidrocarburos no convencionales. No obstante, la escasez de investigaciones palinológicas recientes constituye un obstáculo para el desarrollo de estudios palinoestratigráficos, taxonómicos y paleobiogeográficos, así como para la reconstrucción de las condiciones paleoclimáticas y paleoambientales. Por ello, esta tesis tiene como objetivo ampliar el registro de palinomorfos, refinar la bioestratigrafía, reconstruir las condiciones paleoclimáticas y paleoambientales y evaluar el potencial oleogenético de los depósitos. Se describió y muestreó la sección Quebrada del Sapo, además se obtuvieron muestras de las áreas de Picún Leufú, Mallín Quemado Norte y de Puerta Curaco. Se evaluó el carbono orgánico total de 35 muestras de las secciones Mallín Quemado Norte y Puerta Curaco. Las muestras palinológicas se exploraron mediante microscopía de luz blanca transmitida, de fluorescencia y electrónica de barrido. Se llevó a cabo el recuento estadístico de palinomorfos de 15 muestras y el análisis palinofacial de 77 muestras correspondientes a las formaciones Vaca Muerta y Picún Leufú. El estudio sistemático permitió identificar 144 especies, 3 variedades y 4 morfotipos, de los cuales se describieron e ilustraron 69. Se destacan 3 segundas ocurrencias a nivel mundial, 9 primeros registros para Argentina y 2 primeros hallazgos para la Cuenca Neuquina. El análisis de conglomerados permitió identificar 2 asociaciones de palinomorfos y 16 palinofacies tipo. Todo el material estudiado se caracterizó en detalle mediante frecuencias relativas, diagramas ternarios, diversidad de especies y clasificación de los fitoclastos en rango de tamaños, entre otros. El análisis palinoestratigráfico permitió definir los siguientes rangos cronoestratigráficos para los depósitos analizados de la Formación Vaca Muerta: Quebrada del Sapo (Titoniano superior inferior–Titoniano superior), Puente Picún Leufú (Titoniano superior inferior), incluyendo el límite entre las formaciones Vaca Muerta y Picún Leufú. El registro de Systematophora sp. A permitió inferir la correlación de niveles entre las secciones Quebrada del Sapo y Puente Picún Leufú. Asimismo, se expandieron los rangos estratigráficos de cinco taxones. El hallazgo de Cyclusphaera radiata en la Formación Picún Leufú podría estar sugiriendo que el límite inferior de su rango estratigráfico en Argentina se extiende al menos hasta el Berriasiano ?temprano. En base a los requisitos paleoecológicos de los esporomorfos reconocidos se infirió que durante la acumulación de los depósitos estudiados de la Formación Vaca Muerta (secciones Quebrada del Sapo, Puente Picún Leufú y Mallín Quemado Norte), las condiciones climáticas generales habrían sido cálidas a cálidas-templadas y mayormente secas, con fluctuaciones hacia condiciones de mayor humedad. En las secciones Quebrada del Sapo y Puente Picún Leufú, estas condiciones se ajustan al Bioma Subtropical Estacionalmente Seco (inviernos húmedos). La interpretación de los datos palinológicos y la litología permitió reconstruir las condiciones paleoambientales durante la depositación de los niveles estudiados de la Formación Vaca Muerta. Los ambientes depositacionales habrían variado desde cuenca distal hasta marino marginal, predominando los entornos marinos abiertos. Se infiere aporte continental entre bajo y elevado; desarrollo de cuerpos de agua dulce; salinidad del agua superficial oscilante, en términos generales, entre normal y subnormal; y condiciones de oxigenación variables, principalmente entre moderada y fuertemente reductoras. La acumulación de la Formación Vaca Muerta sería, principalmente, el resultado de la interacción de procesos de decantación con flujos hiperpícnicos. El hallazgo de Thalassiphora? robusta podría ser evidencia de la migración de este taxón desde la cuenca del Volga, oeste de Rusia. El registro de taxones compartidos con el Titoniano del sureste de Tanzania podría estar reflejando la conexión marina entre las cuencas Neuquina y Mandawa. La naturaleza de la materia orgánica permitió inferir que los querógenos varían entre los tipos II y III, predominando los de tipo II/III. Se identificó una contribución significativa de materia orgánica terrestre al querógeno de la Fm. Vaca Muerta, tradicionalmente caracterizado como exclusivamente marino. El potencial oleogenético es principalmente no concluyente en la sección Quebrada del Sapo, aunque no se descarta potencial para gas y/o petróleo en ciertos niveles; no concluyente en la sección Puente Picún Leufú; y nulo en Mallín Quemado Norte y Puerta Curaco. El análisis palinofacial sugiere que, en términos generales, la forma de los fitoclastos ejerce un control de primer orden en su selección por transporte. La preservación del carbono orgánico podría estar relacionada, al menos parcialmente, con el papel de las sustancias poliméricas extracelulares como encapsuladoras de materia orgánica y por tanto, como exportadoras de carbono orgánico. Este estudio documentó por primera vez el registro de materia orgánica sulfurada localmente asociada a framboides de pirita en la Formación Vaca Muerta, lo que sugiere oscilación redox entre microambientes anóxicos sulfídicos y ferruginosos durante la diagénesis temprana. Los resultados de esta tesis contribuirán significativamente al conocimiento de la palinología del Jurásico Superior–Cretácico Inferior de la Cuenca Neuquina y Argentina, así como a la evolución de los ecosistemas desarrollados en Patagonia durante este periodo. Además, proporcionarán información clave para futuros estudios sistemáticos, bioestratigráficos, paleoclimáticos, paleoambientales y de potencial oleogenético de la Formación Vaca Muerta, así como de unidades coetáneas a escala gondwánica y mundial.

This study presents the first comprehensive palynological analysis (systematic, statistical, palynostratigraphic, and palynofacies) of the Vaca Muerta Formation (Tithonian– early Valanginian), Picún Leufú Sub-basin, Neuquén Basin. This unit has been extensively studied due to its significance in understanding the sedimentary infill of the basin and its potential as a reservoir for unconventional hydrocarbons. However, the scarcity of recent palynological research constitutes an obstacle to the development of palynostratigraphic, taxonomic, and paleobiogeographic studies, as well as the reconstruction of paleoclimatic and paleoenvironmental conditions. This thesis, therefore aims to expand the record of palynomorphs, refine the biostratigraphy, reconstruct the paleoclimatic and paleoenvironmental conditions, and evaluate the oleogenetic potential of the deposits. The Quebrada del Sapo section was described and sampled, and samples were also collected from the Picún Leufú, Mallín Quemado Norte, and Puerta Curaco areas. Total organic carbon was evaluated in 35 samples from the Mallín Quemado Norte and Puerta Curaco sections. Palynological samples were examined using transmitted white light microscopy, fluorescence microscopy, and scanning electron microscopy. Statistical count of palynomorphs was carried out on 15 samples, and palynofacies analysis was performed on 77 samples from the Vaca Muerta and Picún Leufú formations. The systematic study identified 144 species, 3 varieties, and 4 morphotypes, of which 69 were described and illustrated. Notably, three second occurrences on a global scale, nine first records for Argentina, and two first findings for the Neuquén Basin were highlighted. Cluster analysis identified 2 palynomorph assemblages and 16 palynofacies types. All studied material was characterized in detail using relative frequencies, ternary diagrams, species diversity, and size-range classification of phytoclasts, among other methods. Palynostratigraphic analysis defined the following chronostratigraphic ranges for the analyzed deposits of the Vaca Muerta Formation: Quebrada del Sapo (early late Tithonian–late Tithonian), Puente Picún Leufú (early late Tithonian), including the boundary between the Vaca Muerta and Picún Leufú formations. The record of Systematophora sp. A suggests the correlation of deposits between the Quebrada del Sapo and Puente Picún Leufú sections. Additionally, the stratigraphic ranges of five taxa were expanded. The Cyclusphaera radiata occurrence in the Picún Leufú Formation may suggest that the lower boundary of its stratigraphic range in Argentina extends at least to the ?early Berriasian. Based on the paleoecological requirements of the recognized sporomorphs, it was inferred that during the accumulation of the studied deposits of the Vaca Muerta Formation (Quebrada del Sapo, Puente Picún Leufú, and Mallín Quemado Norte sections), general climatic conditions would have been warm to warm-temperate and mostly dry, with fluctuations towards higher humidity conditions. In the Quebrada del Sapo and Puente Picún Leufú sections, these conditions align with the Subtropical Seasonally Dry Biome (winterwet). Paleoenvironmental conditions reconstructed from palynological data and lithology of the studied levels of the Vaca Muerta Formation included: distal basinal to marginal marine depositional environments (dominated by open marine settings); and: continental input inferred to range from low to high; development of freshwater bodies; fluctuating surface water salinity, generally normal and subnormal; and variable oxygenation conditions, mainly moderate to strongly reducing. The Vaca Muerta Formation accumulation is interpreted to be primarily due to the interaction of settling processes with hyperpycnal flows. The occurrence of Thalassiphora? robusta could be evidence of the migration of this taxon from the Volga basin, western Russia. The record of shared taxa with the Tithonian of southeastern Tanzania could be reflecting the marine connection between the Neuquén and Mandawa basins. The nature of the organic matter suggested that kerogens vary between types II and III, with a predominance of type II/III. A significant contribution of terrestrial organic matter was identified in the kerogen of the Vaca Muerta Formation, which is traditionally characterized as exclusively marine. The oleogenetic potential is primarily inconclusive in the Quebrada del Sapo, although potential for gas and/or oil is not ruled out in certain levels; inconclusive in the Puente Picún Leufú; and null in Mallín Quemado Norte and Puerta Curaco. Palynofacies analysis suggests that, in general terms, the shape of phytoclasts exerts a first-order control on their transport sorting. The preservation of organic carbon may be related, at least partially, to the role of extracellular polymeric substances as encapsulator of organic matter and, consequently, as an exporter of organic carbon. This study documented for the first time the record of sulphurized organic matter local to pyrite framboids in the Vaca Muerta Formation, suggesting redox oscillation between sulphidic and ferruginous anoxic microenvironments during the early diagenesis. The results of this thesis will significantly contribute to the knowledge of the palynology of the Late Jurassic–Early Cretaceous of the Neuquén Basin and Argentina, as well as to the evolution of ecosystems developed in Patagonia during this period. Furthermore, they will provide key information for future systematic, biostratigraphic, paleoclimatic, paleoenvironmental, and oleogenetic potential studies of the Vaca Muerta Formation, as well as coeval units at the gondwanan and global scales.