LA RELACIÓN ENTRE LAS OFIOLITAS (SERPENTINITAS) Y LA...

III CONGRESO CUBANO DE PETROLEO Y GAS (PETROGAS´2011) Exploración de Petróleo PETRO2-P6

CUARTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2011. Memorias en CD-Rom, La Habana, 4 al 8 de abril de 2011. ISBN 978-959-7117-30-8

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LA RELACIÓN ENTRE LAS OFIOLITAS (SERPENTINITAS) Y LA FORMACIÓN VÍA BLANCA EN LA FRANJA NORTE DE CRUDOS PESADOS: NUEVO INTERÉS EXPLORATORIO DEL PETRÓLEO EN LAS SERPENTINITAS Emelyn Rodríguez, Raydel Toirac y Jorge R. Sánchez. Centro de Investigaciones del Petróleo. Washington 169 esquina a Churruca, Cerro, La Habana. E-mail: [email protected] RESUMEN La Formación Vía Blanca es una unidad litoestratigráfica de edad Cretácico Superior Campaniano y Maestrichtiano, que se presenta alóctona en afloramientos del sector septentrional de las provincias de La Habana y occidente de Matanzas, así como en numerosos pozos de exploración petrolera, tanto verticales en tierra como dirigidos costa afuera hacia objetivos profundos. Durante la perforación en la parte somera de los cortes geológicos ya en la parte del cinturón plegado y cabalgado de la Franja Norte de Crudos Pesados, se suelen atravesar varios cientos de metros de esa formación, con litologías flyschoides siliciclásticas y, en menor medida, carbonatado fragmentarias antes de penetrar en rocas pertenecientes a la asociación ofiolítica, representada principalmente por serpentinitas. Estas rocas, altamente fracturadas se incluyen en escamas tectónicas y olistolitos en una secuenca de mezcla tectónica o “mélange”, algunas de las cuales por sus características de reservorios, almacenan crudos medios. Dado el creciente interés exploratorio de esos depósitos con caudales productivos atractivos por pozo, se refuerza aquí el carácter tectónico de los mismos y no sedimentario como conglomerados, lo que resulta importante para situar los intervalos saturados en las correlaciones geológicas y en la programación de los pozos de desarrollo. ABSTRACT The Via Blanca Formation is a lithostratigraphic unit of Upper Cretaceous Campanian and Maestrichtian age, which crops out as allochthonous deposits on surface in the northern part of Havana provinces and western Matanzas, as well as in several oil exploration holes, being onshore drilled vertical and deviate wells to offshore reaching deeper objectives. During drilling through shallower parts of the geological sections of the fold and thrust belt on the Heavy Oil Bearing Belt, usually several hundreds meters are cut with different lithologies as siliciclastic flyschoids and, in less degree, fragmental carbonate rocks before drilled rocks of the ophiolitic association, well represented by serpentinites.These highly fractured rocks are considered as tectonic slices and olistoliths in a mixed tectonic sequence or “mélange” ,some of which act as reservoir rocks, storing mid-density oil. Due to the increasing exploratory interest of those deposits containing attractive production rates a well, the tectonic character of the serpentinite rocks is here reinforced instead of sedimentary conglomerates, which is important to take into consideration to the saturated intervals in the geological correlations and in the developed well programme. INTRODUCCIÓN



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La Formación Vía Blanca Brönnimann y Rigassi (1963) es una de las formaciones litoestratigráficas cubanas más ampliamente estudiada desde varios puntos de vista: litología, fauna y microfauna, sedimentogénesis, facies, relaciones estratigráficas y estructurales y su vinculación con sistemas petroleros. Referirse a los autores que han abordado todos o algunos de esos tópicos sería tarea de una monografía. Por lo tanto, para el tema que nos ocupa, sólo haremos referencia a una somera descripción de los aspectos fundamentales que nos permitan aclarar su vinculación con representantes de la asociación ofiolítica, concretamente con las serpentinitas. En décadas pasadas, existió un consenso bastante extendido entre los geólogos petroleros cubanos acerca del carácter tectónico que vinculaba a las serpentinitas con la Formación Vía Blanca. Quizá el informe más ilustrativo provino del informe conjunto CEINPET - SIMON PETROLEUM TECHNOLOGY, en el que participó uno de los autores de esta reseña. No obstante desde los primeros años del presente siglo, comenzaron a aparecer informes finales de pozos perforados desde tierra dirigidos a estructuras profundas costa afuera, donde al perforarse la secuencia infrayacente a la unidad carbonatado –terrígena post-orogénica del Eoceno Medio al Plioceno, se interpretó, incorrectamente desde nuestro punto de vista, que las serpentinitas constituían clastos redepositados en la Fm. Vía Blanca, pero como una unidad terciaria (Eoceno Inferior). Partiendo de este presupuesto, se revalidaba la Fm. Vía Blanca como una unidad con características de reservorio que nunca le había sido asignada. Dicho aspecto no pasaría, hasta cierto punto, de ser un asunto científico o de interés académico si no fuera porque en varios pozos perforados en los últimos tiempos, se han presentado importantes manifestaciones de petróleo en la perforación de las serpentinitas, con frecuentes pérdidas de circulación notorias. Importantes caudales de producción de un petróleo con API medios, han conducido a prestar atención a los niveles serpentiníticos mediante el acopio de toda la información disponible que resulte en correlaciones confiables para plantearse un programa importante de desarrollo. Este trabajo pues, constituye una modesta contribución a esclarecer la tectono-estratigrafía de esa parte superior de los cortes geológicos de los pozos, considerando que el nivel de referencia DATUM lo constituya el tope de la Formación Vega Alta. Con esta intención, se utiliza una amplia información de pozos perforados en tierra en las décadas de los años ’70, ’80 y ’90 en el sector Cojímar – Guanabo, que poseen núcleos convencionales, así como la información actual de las muestras de canal de los nuevos pozos en la medida de su disponibilidad y confiabilidad. Por supuesto que aún un trabajo menor como el que aquí se presenta, no puede prescindir de la abundante información de la geología de superficie de prácticamente todo el sector septentrional de las provincias de la Habana y noroccidental de Matanzas, donde son abundantes los afloramientos de las unidades involucradas, particularmente las áreas de Loma Coca, el sur de Campo Florido, Loma de Galindo y al oeste de Corral Nuevo. Si se visitan los afloramientos, se constatará cómo el efecto “boudinage” en las serpentinitas, cuando se tritura un pedazo de roca, los micropedazos adoptan todas las formas geométricas posibles, por lo que puede dar la impresión de “fragmentos” redondeados como constituyente de un conglomerado. La formación Vía Blanca Los depósitos de esta formación, fueron previamente incluidos en la Formación Habana de Palmer, 1945. Años después, Brönnimann y Rigassi en 1963, publicaron sus extensos y detallados estudios realizados durante la década de los años 50. Ella aflora extensamente en forma alóctona a lo largo del sector septentrional de las provincias de la Habana, puesto que sus sedimentos provienen del sur



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(desde Madruga hasta Batabanó), desde donde fueron emplazados hacia el norte durante los movimientos orogénicos. La unidad se compone fundamentalmente por dos grandes grupos de rocas: hacia la base se presentan un grupo de conglomerados y hacia la parte superior rocas caóticas como olistostromas, además turbiditas siliciclásticas cíclicas. El grupo de conglomerados se compone de distintos niveles y composición de las rocas, lo que dio lugar a su diferenciación en distintos miembros litoestratigráficos (según Brönnimann y Rigassi, 1963 y Albear e Iturralde, 1985) denominados Conglomerado Bahía (Campaniano), Conglomerado Vía Túnel (Maestrichtiano Inferior), Conglomerado Casa Escuela (Maestrichtiano), Conglomerado Río Piedras (Campaniano). La formación incluye también el Miembro Caliza Bacuranao (Campaniano), el Olistostroma Jibacoa (Maestrichtiano Inferior) y el Flysch Los Mangos (Maestrichtiano Inferior, quizá alcanzando el Superior). Éste último está constituido por capas alternas de arena y limo (limonitas), lutitas, areniscas principalmente grauvacas y hacia la base predominan argilitas pardas (Fig. 1).

Figura 1.- Turbiditas siliciclásticas de la Fm. Vía Blanca en el área de Minas.

El espesor de este miembro es de por lo menos 60 metros, su cálculo es difícil debido a que sus capas están intensamente plegadas y tectonizadas. La potencia de toda la formación varía desde 500 hasta 1,200 metros. Yace discordante sobre rocas de la asociación ofiolítica (serpentinitas y la Formación Margot) o rocas del arco volcánico (Fms. La Trampa y Chirino). Se cubre mediante un contacto irregular por la Formación Peñalver. Se necesitan estudios adicionales en cuanto al contacto entre las Formaciones Vía Blanca y Peñalver, a partir de recientes datos que parecen extender el tope de la Formación Vía Blanca al Maestrichtiano Superior (Díaz-Otero et al., 2003). La edad de la Formación Vía Blanca se basa en una prolífica fauna encontrada, tanto en la matriz de los conglomerados y olistostromas como en las turbiditas, constituida por foraminíferos planctónicos y bentónicos pequeños, macroforaminíferos, radiolarios, ostrácodos y rudistas (Furrazola y otros, 1985). Su sedimentogénesis refleja la concurrencia de distintos ambientes de sedimentación y, por lo tanto, de facies. Así las rocas turbidíticas se generaron en una cuenca marina a profundidad mayor de 600 metros hacia la base del talud insular contiguo a una plataforma submarina litoral (Iturralde-Vinent,



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1985). En la plataforma ya mencionada, se acumulaban sedimentos clásticos de grano medio a grueso, en condiciones de profundidad no mayor de 100 metros, como lo atestigua la fauna de macroforaminíferos y algas. Es posible que también se desarrollaran arrecifes de rudistas y biohermos, pues los clastos contemporáneos de rocas de esos ambientes se encuentran en los conglomerados. En terrenos cercanos a la cuenca de Vía Blanca, afloraban tobas, areniscas tobáceas, grauvacas, diabasas, andesitas y, en general, rocas del Terreno Zaza, incluyendo calizas y silicitas, lo que nuevamente evidencia el origen sureño de la paleocuenca. Las serpentinitas Se presentan como grandes masas de rocas en el cinturón septentrional de Cuba. Las peridotitas, sometidas a los procesos de baja temperatura, ocasionan la serpentinización, como proceso autometamórfico. Como constituyente de las ultramafitas, representa uno de los miembros de la asociación ofiolítica de Cuba. Existen muy numerosos trabajos dedicados a su origen, desde cuerpos intrusivos normales de edad Paleozoica, Mesozoica o Eocénica hasta la revelación que constituían cortezas oceánicas antiguas, a partir de las investigaciones de los fondos oceánicos. Más recientemente, las ofiolitas (serpentinitas) del cinturón norte se han considerado como afloramientos del basamento de un mar marginal enmarcado entre el talud continental de las Bahamas y el archipiélago volcánico (Iturralde-Vinent, 1988, 1989; Fonseca, 1989). La faja ofiolítica de Cuba tiene un ancho que varía desde 3 hasta 30 km y se extiende concordantemente con la posición de Cuba del noroeste al sureste, en una extensión de más de 1,000 km. (Fonseca y otros, 1984). Las ofiolitas en la Franja Norte de Crudos Pesados Los siguientes complejos se destacan en su constitución (Fonseca y otros, op cit.: 1) ultramafitas serpentinizadas y en mélange, de la asociación dunito-harzburgítica; 2) gabros, gabrodiabasas y troctolitas bandeadas y anfibolizadas; 3) diabasas y d) basaltos afíricos indiferenciados. Por lo general, las serpentinitas apoharzburgíticas ocupan la posición estructural superior y debajo de ellas aparecen los gabros, las diabasas y los basaltos (Mossakovkiy y Albear, 1979). Al parecer ellas se comportan como escamas tectónicas independientes que responden a “capas” aisladas de la asociación ofiolítica.Todas las rocas aparecen serpentinizadas en mayor o menor grado. Las serpentinitas han sido sometidas a variados procesos de alteración: físicos entre los que resaltan los mecánicos vinculados a los deslizamientos y los químicos, que son hidrotermales. Los procesos mecánicos más recurrentes son la fracturación (Fig. 2), el brechamiento, la cataclasis y la milonitización. Las serpentinitas brechadas desarrollan buena porosidad de fractura y una gruesa seudo-intergranular, por lo que devienen en buenos reservorios en las cataclasitas.



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Figura 2.- Bloques fracturados de serpentinitas en las cercanías del semáforo de Guanabacoa. Los reservorios que se desarrollan en los depósitos cercanos al principal manto frontal de corrimiento se presentan en Boca de Jaruco, Cantel y Camarioca. Sin embargo, los reservorios que se desarrollan en los depósitos en los bordes frontales de las escamas o junto a las fallas inversas son típicos en Bacuranao- Cruz Verde y Guanabo (Fig. 3), así como en Madruga, Motembo y Jarahueca, fuera de la FNCP.

Field Examples

Seal provided by non altered Igneous rocks

Boca de Jaruco East Block section, where seal is provided by altered serpentinites

Figura 3.- Campos petroleros que muestran los reservorios de serpentinitas en los bordes frontales de las escamas (arriba, derecha) y los sellos representados por las serpentinitas hidratadas o el Flysch Los Mangos (debajo, izquierda).



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La composición del mélange se tipifica como una masa serpentinítica con bloques y fragmentos a veces de peridotitas masivas, algo serpentinizadas, gabros y diabasas; a veces los bloques alcanzan 100 metros. Los basaltos afíricos se asocian especialmente con las serpentinitas y además rocas silíceas, calizas, limolitas, argilitas y tobas de grano muy fino; a veces se presentan radiolaritas típicas. Todas estas rocas forman pliegues isoclinales abruptos y todos los contactos son tectónicos. Estructura tectónica Las grandes masas de serpentinitas, conjuntamente con rocas muy dislocadas desde el Cretácico Superior al Eoceno y de la cobertura carbonatado-terrígena del Eoceno Tardío al Mioceno, forma parte del antiguo Anticlinal Habana – Matanzas (Kozarý, 1955; Brönnimann y Rigassi, 1963)(Fig.4).

Figura 4.- Perfil transversal a través del anticlinal de La Habana. Nótense las relaciones tectónicas entre las serpentinitas y los sedimentos sinorogénicos del Maestrichtiano al Eoceno Medio, Formaciones Vía Blanca, Grupo Madruga y Capdevila. Las observaciones de campo y los datos de las perforaciones de exploración petrolera muestran que la región de la FNCP se caracteriza por una constitución de mantos tectónicos unos sobre otros, constituidos por escamas apiladas cuyas deformaciones posteriores forman antiformas y sinformas fraccionadas por fallas en bloques de diferentes tamaños, desplazados unos de otros en dirección horizontal y vertical por fallas inversas y niveles de despegue (Fig. 5).



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Figura 5.- Esquema que ilustra el contacto tectónico de las serpentinitas con las rocas circundantes a ellas. (Tomado de Knipper y Cabrera, 1974). En la actualidad, esos mantos tectónicos pueden agruparse en 2 apilados, tal como ocurre hacia el sector centro-oriental de la FNCP, separados por un nivel de despegue asociado a sedimentos terciarios siliciclásticos sintectónicos. En el apilado superior se han podido distinguir hasta ahora 9 escamas, de acuerdo con los datos actuales de perforación petrolera profunda. Las serpentinitas se agrupan en el apilado superior y se cubren e interdigitan con los depósitos del Campaniano – Maestrichtiano de la Formación Vía Blanca. Las escamas de las serpentinitas y de la Fm. Vía Blanca pueden ser 5, 6 ó más. La relación entre estas escamas y su espesor, que puede llegar a centenares de metros, varía considerablemente de un lugar a otro, reflejando así un proceso de amontonamiento e imbricación muy irregular de las masas rocosas. Las serpentinitas y sus rocas asociadas del mélange alcanzan un espesor de 1-2 km. En el estudio de los núcleos convencionales de los viejos pozos verticales en tierra (Tarará, Santa María del Mar, Boca Ciega, Guanabo), se destacan elementos de la estructura primaria de las serpentinitas que no ha sido ni dislocada ni transformada, en particular en cuanto a su posición en la corteza oceánica: la serpentinítica en la parte superior y la harzburgítica en la inferior. En el recubrimiento tectónico de las distintas placas del apilado superior de las rocas no carbonatadas, se presentan rocas efusivo-tobáceas, mezclada con arcillas y areniscas, tal como se observa en el campo en Corral Nuevo y en Campo Florido. Todas estas escamas están plegadas, dando lugar a antiformas y sinformas, desgarradas por fallas inversas y corrimientos, en bloques de diferentes tamaños, que sufrieron fuertes desplazamientos tectónicos en el Eoceno Inferior, por ejemplo, la antiforma Bacuranao – Cruz Verde.(Fig. 3 ). Las serpentinitas son también constituyentes de los olistostromas formados al pie de los mantos tectónicos en movimiento. Una extensa explicación de su origen y características fue expuesta por Mossakovskiy y Albear (1979) e Iturralde-Vinent (1988). Generalmente cuando en las muestras el por ciento de serpentinitas es superior a 50, se expresa como escama; entre 20 y 40% constituyen olistolitos y menos del 10% pueden ser constituyentes de algún conglomerado. Además del escamamiento tectónico de los distintos miembros de la Formación Vía Blanca con las serpentinitas, éstas forman parte de los olistostromas ofiolíticos, ya que la composición de los fragmentos y bloques refleja la composición litológica de aquellos mantos de arrastre tectónicos de



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escamas epidérmicas, delante de cuyas zonas frontales se formaron esos cuerpos olistostrómicos. En su estructura interna están los olistolitos, por lo general, conservando invariable su textura pero mostrando claramente el boudinage tal como se observa muy bien por la carretera Vía Blanca cerca de Puerto Escondido. Los olistolitos monocomponentes serpentiníticos suelen mostrar superficies de fricción y estrías de deslizamientos, aplastamiento y pizarrosidad. Los planteamientos anteriores nos conducen a considerar que en los pozos de exploración petrolera perforados en el extremo sepentrional de la costa norte de la FNCP y dirigidos hacia el mar dentro del sector marino del cinturón plegado y cabalgado cubano, encontramos en el sector desde La Habana del Este a Tarará, por debajo de la cobertura post-orogénica se encuentran escamas imbricadas de la Formación Vía Blanca y de las serpentinitas. En los últimos años algunos investigadores que trabajan en al FNCP han considerado que las serpentinitas forman rocas sedimentarias desde areniscas hasta conglomerados, como si las serpentinitas fueran clastos erodados y “redepositados” en una matriz arcillosa que algunos incorrectamente han considerado de edad Eoceno Inferior, basados en erróneas consideraciones de algunos taxones fósiles de dudosa procedencia (Fig.6).

Figura 6.- Obsérvese la incorrecta litosedimentogénesis en la Fm. Vía Blanca. Los depósitos que se pueden identificar claramente con los distintos miembros o paquetes de la Formación Vía Blanca, forman pliegues inversos o tumbados, escamados, el principal de los cuales, en la parte alta de la unidad, constituyen el típico Flysch Los Mangos, que sirven de sello a infrayacentes reservorios policomponentes carbonatado-ofiolíticos. Cobiella, (2005) consideró también que las turbiditas están intensamente plegadas y falladas, conteniendo algunos clastos de serpentinitas y gabros, lo que lo condujo a sugerir una edad pre-Campaniano para el mélange. El resto del paquete hasta el contacto tectónico con las Formaciones Bacunayagua (Fig.7) y/o Vega Alta, cuyo topes suelen caracterizarse por litologías típicas, está constituido por el mélange serpentinítico, con gran volumen de escamas y olistolitos ultramáficos serpentinizados, con espesores por lo general desiguales, aunque se pueden correlacionar determinadas escamas que exhiben un espesor significativo (Fig.8).



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Figura 7.- Primer plano del contacto tectónico de la Formación Bacunayagua con las serpentinitas. Carretera Vía Blanca al suroeste de Puerto Escondido.

Figura 8.- Correlación de escamas de serpentinitas en pozos Cojímar, imbricadas con la Formación Vía Blanca. Estas escamas son las que exhiben características de reservorio según se mencionó con anterioridad, y almacenan petróleo que es entrampado y sellado por el flysch ya mencionado o por escamas de serpentinita “hidratada”, cuando la serpofita se ha alterado a esmectita produciendo una roca impermeable. Los principales tipos de porosidad en los reservorios de ofiolitas se muestran esquemáticamente en la (Fig. 9).



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Figura 9.- Según O. Castro y otros, 1996. El comportamiento de los registros diferencia a las ofiolitas del resto de las secuencias. Presenta valores muy bajos en los radiactivos, negativos en el Potencial Espontáneo, variando solamente la resistividad (Fig.10). Figura 10.- Típico comportamiento de las Serpentinitas ante los registros. Según O. Castro y otros, 1996. Los valores de las propiedades petrofísicas, están para la porosidad (φ), en un rango de 6 a 16 %, mientras que la permeabilidad (K) tiene como promedio 7,3 mD.



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Durante el proceso del sobrecorrimiento, el manto inicial ofiolítico se subdividió en numerosos nappes diferenciales y escamas, que ocasionaron la repetición sucesiva de la secuencia dando lugar a una disposición imbricada de la geometría interna del manto de la serpentinita con los sedimentos propios de la cuenca en formación en la culminación de los mantos cabalgados (thrust top/ origen collapse basin sediments de Cupet-Simon Petroleum Technology, 1993) o cuenca a cuestas (piggy-back) según muchos autores. El petróleo en las serpentinitas tethysianas cubanas. Se conoce desde que en 1881 fue descubierto el yacimiento Motembo por manifestación superficial, a 200 metros de profundidad en un sector a 25 km al noreste de Colón, en la provincia Matanzas. El producto es gasolina pura, blanca, de 60° Baumé. Poco tiempo después, en 1914 se descubrió Bacuranao, a 800 m. de profundidad, también por manifestación superficial. En 1916 la Union Oil Company perforó varios pozos en la serpentinita de Barreras a 600 metros y en 10 años produjo 147,000 barriles de petróleo (Palmer, 1938). Las serpentinitas de Bacuranao produjeron 147,000 barriles de petróleo de 27° Baumé entren 1916 y 1937, procedente de 59 pozos perforados entre 223 y 1223 pies, el más profundo alcanzó 2,300 pies. Los pozos estaban “sellados” por lutitas del Cretácico Superior (= dirty shales de DeGolyer). En los años siguientes en la Franja Norte de Crudos Pesados se obtuvieron producciones de petróleo en los descubrimientos de Santa María del Mar (1956), Peñas Altas (1956), Guanabo (1968), Camarioca (1971) y Cantel (1978). Véase Echevarría y otros, 1991.Hasta 1968 existían 157 pozos en producción que daban un promedio de 768 toneladas anuales de petróleo (Santiesteban, 1969). A partir de 1969 con el descubrimiento de importantes yacimientos con producciones importantes de petróleo en rocas carbonatadas del margen continental, la exploración se enfocó hacia esos objetivos, minimizándose la exploración en las serpentinitas y en general en el Terreno Zaza (Echevarría y otros, op it.) En los últimos años algunos pozos dirigidos al mar a objetivos profundos en carbonatos, en Cojímar y Bacuranao, fortuitamente tuvieron intensas manifestaciones de petróleo al perforar serpentinitas y, algunos de ellos, continúan debitando importantes cantidades de crudo medio. Por lo que en las circunstancias económicas actuales mundial y, específicamente de Cuba, esas producciones en pozos someros se están teniendo en cuenta en el proceso exploratorio de la FNCP.



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CONCLUSIONES 1) En los nuevos pozos dirigidos al mar donde aún está presente el cinturón plegado y sobrecorrido

cubano, en el apilado superior de los mantos tectónicos, se detecta en el apilado superior, una gruesa secuencia hasta de 2 km. de espesor compuesta por depósitos siliciclásticos y fragmentarios de edad Cretácico Superior, Campaniano – Maestrichtinao en pliegues escamados imbricados con depósitos de un mélange serpentinítico mezclado con algunas rocas carbonatadas y terrígenas, que forman también escamas o bloques olistolíticos aislados.

2) Las escamas de serpentinita están intensamente fracturadas y almacenan petróleo de densidad

media, sellados por la propia serpentinita hidratada o por sedimentos lutíticos flyschoides de la Formación Vía Blanca. Asociado a este reservorio se presentan comunes pérdidas de circulación en la perforación de los pozos.

3) Se descarta totalmente, salvo en contados casos, que las serpentinitas estén en forma

sedimentaria como conglomerados o areniscas., algo nunca observado o reportado en los afloramientos en el sector septentrional de La Habana – Matanzas. Este aspecto es muy importante al correlacionar los pozos y la consecuente ubicación de pozos de desarrollo.

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