Erika Lorena Bedoya *1,2; José-Abel Flores3; Andrés Pardo1,2
1 Departamento de Ciencias Geológicas, Universidad de Caldas, Calle 65 No 26-10, Manizales, Colombia.
Teléfono: + 57-(6)-8780015 ext. 13433. E-mail: erikal.bedoya@gmail.com
2 Instituto de Investigaciones en Estratigrafía IIES, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia
3 Universidad de Salamanca, Facultad de Ciencias, Departamento de Geología, Plaza de la Merced s/n,37008,
Salamanca, España
Se presenta el estudio bioestratigráfico semicuantitativo de nanofósiles calcáreos para tres secciones estratigráficas del Mioceno superior de la costa Pacífica de Colombia (SW de la Cuenca Tumaco costa adentro). Para establecer la biocronología de las asociaciones de nanofósiles recuperadas se identificaron las biozonas estándar y se compararon los bioeventos reconocidos con las edades obtenidas en otros estudios (e.g. ODP leg 138, ODP Leg 165). Un total de seis bioeventos fueron reconocidos, incluyendo los primeros registros o lower occurrence (LO) de Amaurolithus primus, Reticulofenestra rotaria, Amaurolithus delicatus, Amaurolithus amplificus y Amaurolithus tricorniculatus, y el último registro o highest occurrence (HO) de Reticulofenestra rotaria. Los resultados sugieren que las secciones abarcan un intervalo de tiempo entre el Tortoniense y el Mesiniense, correspondiente a las biozonas NN11a - NN11b de Martini (1971) y CN9a - CN9b de Okada and Bukry (1980).
Palabras clave: Nanofósiles calcáreos, Bioestratigrafía, Mioceno tardío, cuenca Tumaco onshore
LATE MIOCENE CALCAREOUS NANNOFOSSILS AND BIOSTRATIGRAPHY
OF THE SW TUMACO ONSHORE BASIN (COLOMBIAN PACIFIC)
ABSTRACT
A semiquantitative biostratigraphic study of calcareous nannofossils for three upper Miocene stratigraphic sections on the Pacific coast of Colombia (SW of the Tumaco onshore basin) is presented. To stablish the biochronology of the recovered nannofossils assemblages, standar biozones and previous recognized bioevents were identified and compared with other studies (e.g. ODP Leg 138, ODP Leg 165). A total of six bioevents were reconigzed, including the first record or lower occurrence (LO) of Amaurolithus primus, Reticulofenestra rotaria, Amaurolithus delicatus, Amaurolithus amplificus and Amaurolithus tricorniculatus, and the last record or highest occurrence (HO) of Reticulofenestra rotaria. Results suggest that the sections comprise a Tortonian to Messinian time interval, corresponding to the NN11a - NN11b biozones of Martini (1971) and CN9a - CN9b of Okada and Bukry (1980).
Keywords: Calcareous nannofossils, Biostratigraphy, Late Miocene, Tumaco basin onshore.
El conocimiento de la evolución geológica de las secuencias sedimentarias del Pacífico colombiano y particularmente de la cuenca Tumaco onshore es limitado, por lo que actualmente se considera una cuenca frontera. La escasez de afloramientos, la densidad de vegetación y la dificultad de acceso, han limitado el desarrollo de estudios estratigráficos y bioestratigráficos en este sector.
A pesar de la importancia de los nanofósiles calcáreos como herramienta de alta resolución biocronólogica, en Colombia su aplicación aún es limitada. Los datos bioestratigráficos disponibles para las cuencas pacíficas están basados principalmente en estudios de foraminíferos (ver Duque-Caro, 1990), mientras que la información publicada sobre nanofósiles calcáreos para esta área, es prácticamente inexistente.
La cuenca de antearco Tumaco onshore se localiza al SW de la provincia costera del Pacífico colombiano (FIGURA 1). Un nuevo estudio desarrollado en esta área por la Agencia Nacional de Hidrocarburos y la Universidad de Caldas en 2011, presenta la descripción detallada de varias secciones estratigráficas localizadas en los acantilados de la bahía de Tumaco, hacia el norte del municipio de Tumaco. Estas secciones comprenden las sedimentitas de la Formación San Agustín (Mioceno superior), compuestas principalmente de espesas sucesiones de limolitas bioturbadas, arcillolitas masivas y margas, intercaladas con algunas areniscas turbidíticas de grano medio (Borrero et al., 2012).
En este estudio se presentan los resultados del análisis semi-cuantitativo de las asociaciones de nanofósiles calcáreos de nueve secciones estratigráficas, distribuidas en tres localidades geográficas de la bahía de Tumaco (TABLA 1). Mediante el análisis de los patrones de distribución, abundancia y morfología de algunos taxones, la comparación con las zonaciones estándar del Cenozoico (e.g. Martini, 1971; Okada and Bukry, 1980), la identificación de bioeventos globales y otros propios del entorno paleoceanográfico del Pacífico colombiano y su posterior comparación con las edades calibradas en diferentes cuencas oceánicas, se obtiene un marco bioestratigráfico y una aproximación a las condiciones paleoecológicas de este sector.
La historia geológica del suroccidente colombiano y el desarrollo de la cuenca Tumaco, ha estado influenciada principalmente por la interacción de las placas Farallón- Nazca y Suramericana (Borrero et al., 2012). La cuenca Tumaco ha sido clasificada por sus características lito tectónicas e interpretaciones sísmicas como una cuenca de antearco (Suárez, 2007; Marcaillou and Collot, 2008; López, 2009), relacionada a los procesos de subducción que generaron acreción de terrenos en la región pacífica (Suárez, 2007).
La cuenca ha sido dividida en un sector onshore y un offshore por Barrero et al. (2007). Su basamento está conformado de fragmentos de afinidad oceánica (plateau y arcos de isla) que fueron acrecionados al continente durante el Cretácico tardío y el Paleógeno (Villagómez, et al., 2011), el cual es correlacionable con los bloques de basamento de las cuencas de antearco ecuatorianas (Cediel et al., 2003, Kerr et al., 2004; Luzieux et al., 2006; Vallejo et al. 2009). El relleno sedimentario consiste de sedimentos siliciclásticos cenozoicos (Luzieux, 2007; Marcaillou and Collot, 2008; Borrero et al., 2012). De base a techo, el registro sedimentario comprende 1) las formaciones Zapallo/ Ostiones del Eoceno tardío (Luizieux, 2007); 2) las formaciones Unidad 1 Sur, Cayapas, Viche y Angostura del Oligoceno medio-Mioceno tardío, acumuladas en ambientes marinos profundos; 3) las formaciones San Agustín y Cascajal del Mioceno tardío y Plioceno, relacionadas a ambientes de plataforma, prodelta y fan delta influenciados por vulcanismo (Borrero et al., 2012).
Cuarenta muestras de rocas de grano fino fueron colectadas para este estudio (TABLA 2). Las muestras fueron preparadas siguiendo la técnica de smear slides (Backman and Shackleton, 1983; Perch Nielsen, 1985; Bown and Young, 1998). Las láminas fueron observadas con un microscopio óptico bajo luz polarizada a 1000x de magnificación.
Dos conteos de nanofósiles fueron realizados: 1) con propósitos paleoecológicos, utilizando campos visuales al azar y contando alrededor de 500-1000 especímenes por muestra, asegurando una representación estadística (>1%) y una resolución del 99% (Dennison and Hay, 1967; Thierstein et al., 1977; Fatela and Taborda, 2001). 2) Un conteo enfocado en las especies minoritarias (por debajo del 1% de la asociación total), con el objetivo de cuantificar los marcadores bioestratigráficos. Estos especímenes fueron contados en un total de 50 campos visuales.
El estado de preservación de los nanofósiles calcáreos para cada muestra se definió siguiendo el criterio de Roth and Thierstein (1972) y Roth (1983): 0 (Estéril); 1 (Pobre), presenta serios efectos de disolución y/o sobrecrecimiento de algunos elementos diagnósticos; 2 (Moderado), los especímenes muestran disolución y/o sobrecrecimiento moderado, pero el reconocimiento de las especies es posible y 3 (Bueno), el especímen presenta pocos signos de disolución o sobrecrecimiento y se distingue la morfología completa.
Los taxones son reportados alfabéticamente y por géneros en el APÉNDICE A. Las referencias para estas especies son dadas en Perch-Nielsen (1985) y Bown (1998).
En general, la preservación de las asociaciones de nanofósiles calcáreos es buena a moderada (grado de preservación 2 y 3), con algunas variaciones mínimas a través de la secuencia. El sobrecrecimiento es frecuente en Coccolithus pelagicus y Discoaster spp. Deformación, rayos rotos y/o pérdida de las finas bifurcaciones, es común en D. pentaradiatus, D. brouweri y D. surculus. Los reticulofenéstridos muestran una preservación moderada, Reticulofenestra pseudoumbilicus algunas veces presenta disolución en el escudo central y esporádicamente, también las especies entre 4-7 μm. No obstante, cocósferas de Reticulofenestra spp. son comunes en las muestras, indicando una buena preservación. Una mínima disolución fue observada en especímenes de Helicosphaera carteri, Calcidiscus spp. y Ponthosphaera spp. La cantidad de especímenes retrabajados en la asociación es insignificante, y la riqueza de especies es moderada a baja (de 14 a 17 especies por muestra), y es relativamente constante en las tres localidades.
Para el estudio bioestratigráfico, se utilizaron los esquemas zonales del Cenozoico de Martini (1971) y Okada and Bukry (1980) y los datos de los bioeventos propuestos por otros autores (e.g. Raffi et al., 2006). Los marcadores bioestratigráficos estándar fueron identificados en el intervalo estudiado (FIGURA 2). Los bioeventos identificados fueron comparados con las edades obtenidas por Raffi and Flores (1995) en el Pacífico ecuatorial oriental; Curry et al. (1995), Backman and Raffi (1997), y Shackleton and Crowhurst (1997), en el Atlántico ecuatorial oriental; Negri et al., (1999) Negri and Villa (2000), Hilgen et al. (2000a, b) y Raffi et al. (2003), en las secciones del Mediterráneo, y Raffi et al. (2006) para diferentes cuencas.
En la TABLA 3 se presenta la integración de nuestros datos bioestratigráficos con las edades calibradas propuestas por otros autores, las biozonas, la edad y el código adoptado. La TABLA 4, muestra la posición estratigráfica de los eventos de nanofósiles calcáreos en cada seccción.
Se identificaron dos asociaciones principales en las secciones estudiadas, que abarcan el intervalo Tortoniense-Mesiniense (entre 7.6 - 6.7 Ma), correspondiente a las biozonas NN11a/NN11b (CN9a/ CN9b) de Martini (1971) y Okada and Bukry (1980), respectivamente.
Algunos eventos de nanofósiles calcáreos globalmente reconocidos, fueron identificados dentro de estas sucesiones; la mayoría de las especies bioestratigráficamente relevantes son ilustradas en el APÉNDICE B.
Tortoniense
La asociación del Tortoniense se reconoció en los estratos inferiores de las secciones La Chorrera y Guayaquil. En estos niveles, los nanofósiles calcáreos son abundantes y bien preservados. Esta asociación se caracteriza por Reticulofenestra minuta, Sphenolithus abies/neoabies, R. minutula, R. haqii, Dyctioccocites productus, D. quinqueramus, D. berggrenii, D. brouweri, D. pentaraditaus, Geminilithella rotula, R. rotaria, Calcidiscus leptorus, Amaurolithus primus y Ponthosphaera spp.
LO: Primer registro de Amaurolithus primus y distribución de otras especies de Amaurolithus
La aparición (LO) de Amaurolithus spp. en el registro estratigráfico es equivalente al primer registro de A. primus (Rio et al., 1990 Raffi et al., 2006). Este evento ha sido considerado además por algunos autores como el límite entre las subzonas CN9b/CN9a (Raffi and Flores, 1995, Negri and Villa, 2000).
Este evento ha sido datado en el Caribe colombiano por Buitrago et al. (2010) en 7.306 Ma, lo que evidenica un ligero diacronismo con las edades reportadas en otras cuencas, ya que en el Mediterráneo ha sido datado en 7.42 Ma (Hilgen et al. 1995), Krijgsman et al., 1997; Negri and Villa, 2000 y Raffi et al. 2003), mientras que en el Atlántico ecuatorial ha sido situado en 7.39 Ma (Backman and Raffi, 1997; Raffi et al., 2006).
El evento de LO de A. primus en el registro sedimentario es seguido casi inmediatamente por la aparición de A. delicatus, el cual co-ocurre a lo largo de las secciones con morfotipos intermedios entre las dos especies (morfovariantes), presentando muy bajas abundancias y frecuencia variable. Este comportamiento ha sido observado también en el Pacífico ecuatorial oriental por Raffi and Flores (1995), en el Mediterráneo (Negri and Villa, 2000; Raffi et al., 2003), y en menor medida en las secciones estudiadas. El evento de LO of A. delicatus ha sido reportado por diferentes autores como el evento más cercano al límite Tortoniense-Mesiniense (e.g. Hilgen et al, 2000a), datado en 7.24 Ma por Raffi et al., 2006.
Este evento ha sido datado en el Mediterráneo en 7.13 Ma por Raffi et al. (2003), Negri and Villa (2000) y Negri et al. (1999), mientras que en el Caribe colombiano fue datado en 6.88 Ma por Buitrago et al. (2010), después del límite de las subzonas CN9a/ CN9b.
En este estudio, A. delicatus es observado en la sección de Guayaquil antes del PE of R. pseudoumbilicus, con una edad de 7.14 Ma, lo cual es similar a lo registrado en el Mediterráneo; mientras que en la sección La Chorrera, A. delicatus aparece después del PE de R. pseudoumbilicus, lo cual no sería coincidente con lo observado en Guayaquil, por lo cual este evento no puede establecerse en esta sección, posiblemente debido a las bajas abundancias y frecuencias de este taxón. En la sección de Llanaje, se observa primero en la asociación A. delicatus que A. primus, lo que situaría la asociación por encima del límite subzonal y sugeriría que el evento de LO de A. primus se encuentra registrado en los niveles ubicados por debajo de la sucesión aflorante.
Otro evento importante es el LO de Reticulofenestra rotaria, el cual fue identificado en la sección de La Chorrera, muy cercano al evento de LO de A. primus. En el Caribe colombiano, Buitrago et al. (2010) datan el evento de LO de R. Rotaria en 7.22 Ma; en el Mediterráneo Hilgen et al. (2000a), determinaron una edad de 7.46 Ma y Negri and Villa (2000), asignaron una edad de 7.39 Ma, indicando un leve diacronismo. Este último dato de acuerdo con lo encontrado en este estudio.
En las otras secciones, la presencia casi continua de R. rotaria, permite restringir las asociaciones a un intervalo de tiempo más corto; por ejemplo, en la sección de Llanaje, su presencia junto al registro regular de formas de R. pseudoumbilicus, soporta la idea de que la sección solo abarca el Mesiniense.
Mesiniense
La asociación del Mesiniense fue reconocida en los niveles superiores de las secciones La Chorrera y Guayaquil y en todo el intervalo de la sección de Llanaje. Una baja abundancia y preservación fue observada en este intervalo. La asociación se caracteriza por R. minuta, Sphenolithus abies/neoabies, R. minutula, R. haqii, Dyctioccocites productus, R. pseudoumbilicus, R. antarticus, D. quinqueramus, D. berggrenii, D. brouweri, D. surculus, Coccolithus pelagicus, R. rotaria, Calcidiscus leptorus, Amaurolithus primus, A. delicatus, A. tricorniculatus y A. amplificus.
PE: Fin del paracme de Reticulofenestra pseudoumbilicus
El intervalo de ausencia (casi total) de formas grandes de R. pseudoumbilicus (> 7μm) o paracme, fue observado por primera vez en sedimentos del Mioceno superior del Océano Índico por Rio et al. (1990), y posteriormente registrado en otras cuencas oceánicas (e.g. Gartner, 1992; Takayama, 1993; Raffi and Flores, 1995; Backman and Raffi, 1997). El inicio y fin de este paracme, proporciona dos eventos bioestratigráficos muy útiles que han sido astronómicamente calibrados en secuencias del Atlántico ecuatorial oriental (Backman and Raffi, 1997, Shackleton and Crowhurst, 1997) y del Mediterráneo (Raffi et al., 2003).
Raffi and Flores (1995) indican que el Paracme de R. pseudoumbilicus comienza desde la zona CN8 (NN10) hasta la base de la zona CN9b. La desaparición "temporal" de este taxón en el registro ha sido interpretada como una característica estratigráfica regional que probablemente refleja una inestabilidad oceanográfica-climática (Rio et al., 1990).
Gartner (1992) también identificó un cambio drástico en el tamaño de los reticulofenéstridos cerca al cron 4, lo cual es interpretado como un posible cambio en la productividad en el Atlántico Norte en latitudes medias, donde el dominio de reticulofenéstridos grandes está relacionado con una baja productividad de las aguas superficiales. Por otra parte, Raffi et al. (1995) sugieren que la desaparición temporal de R. pseudoumbilicus es una característica correlacionable entre regiones tropicales y ecuatoriales.
En este estudio se consideran los porcentajes de R. pseudoumbilicus (<1 % de la asociación tota) y los bioeventos de las muestras adyacentes para la ubicación de este evento. Siguiendo este criterio, se observa la ausencia de formas grandes de R. pseudoumbilicus en las muestras ubicadas hacia el tope de las secciones La Chorrera y Guayaquil, lo cual puede interpretarse como el fin del paracme (PE) reconocido por Rio et al. (1990), permitiendo situar este evento en la sucesión.
En la sección de Llanaje, el evento de PE de R. pseudoumbilicus no fue identificado, por lo tanto, se asume que las asociaciones están por encima del paracme, teniendo en cuenta el intervalo de duración de este evento y soportado por la presencia de algunos individuos de Amaurolithus spp. desde la base hasta el tope de la sección.
La "re-entrada" al registro (o incremento en porcentaje) de formas grandes de Reticulofenestra es medianamente perceptible, ya que las abundancias permanecen bajas hasta el tope de las secciones, lo cual es consistente con las observaciones realizadas en el Pacífico ecuatorial oriental por Raffi and Flores (1995) y en el Mediterráneo por Raffi et al. (2003).
Este evento ha sido datado en el Atlántico ecuatorial oriental en 7.07 Ma (Backman and Raffi, 1997) y en el Mediterráneo en 7.16 Ma (Raffi et al., 2003; Hilgen et al., 1995 y Hilgen et al., 2000b).
Intervalo de Amaurolithus amplificus
Amaurolithus amplificus es considerada como un importante marcador bioestratigráfico del Mioceno tardío. Su primer y último registro LO (lower occurrence) y HO (highest occurrence), respectivamente, han sido utilizados en algunos estudios para subdividir la zona CN9b de Okada and Bukry (1980) y establecer la base de las subzonas CN9bB y CN9bC (e.g. Raffi and Flores, 1995; Backman and Raffi, 1997 y Raffi et al., 2006).
Amaurolithus amplificus es un taxón grande, con forma de herradura asimétrica y angular, fácilmente identificable, el cual solo fue observado hacia el tope de la sección La Chorrera, donde se presenta como un morfotipo menos robusto que el habitual. Su posición en la secuencia, permite ubicar la asociación en la parte basal de la subzona CN9bB.
Su primer registro es reportado en el Pacífico ecuatorial oriental en 6.50 Ma por Raffi and Flores (1995); en el Mediterráneo, Krijgsman et al. (1997), lo sitúan en 6.68 Ma; en el Caribe colombiano, es reportado en 6.95 Ma (Buitrago et al., 2010), mientras que en el Atlántico ecuatorial, Curry et al. (1995), Shackleton and Crowhurst (1997), Backman and Raffi (1997), y Raffi et al. (2006), le asignan una edad de 6.90 Ma (Cron C3Ar).
Después del evento de LO de A. amplificus, se observa el primer registro de Amaurolithus tricorniculatus en 6.83 Ma y el HO de R. rotaria, el cual ha sido reportado en el Mediterráneo en 6.76 Ma (Raffi et al., 2003; Negri and Villa, 2000). Ambos bioeventos fueron usados en este estudio para definir la edad de las asociaciones que se encuentran por encima del LO de A. amplificus, correspondiente al límite entre las subzonas CN9bA y CN9bB. Respecto al HO de R. rotaria, no se encontraron datos en otras cuencas que permitan hacer una comparación; sin embargo, en este estudio se considera un buen marcador bioestratigráfico para el Mesiniense, lo cual ha sido sugerido por otros autores (e.g. Theodoridis, 1984, Flores et al. 1992).
El LO de A. tricorniculatus es un evento que ha sido considerado dentro de la subzona CN9b (Berggren et al., 1985) y que actualmente está tratando de definirse en diferentes secuencias, por ejemplo, en el ODP Leg 165, sitio 999 (mar Caribe colombiano), Buitrago et al. (2010) obtuvieron una edad de 7.24 Ma.
Amaurolithus tricorniculatus fue observado en las asociaciones recuperadas en las secciones de Llanaje y Guayaquil. Pese a que su presencia es rara y discontinua en el material analizado, soporta la hipótesis de que las asociaciones que incluyen este taxón, pertenecen al Mesiniense. Formas intermedias entre A. delicatus y A. tricorniculatus, también fueron observadas en la sección Guayaquil, las cuales son consideradas "morfovariantes de A. delicatus".
Las dos asociaciones de nanofósiles calcáreos identificadas en las sucesiones sedimentarias de la Bahía de Tumaco, comprenden un intervalo de tiempo desde el Tortoniense tardío hasta el Mesiniense temprano, entre 7.61 y 6.85 Ma, correspondiente a las biozonas NN11a (CN9a) y NN11b (CN9b) de Martini (1971) and Okada and Bukry (1980), respectivamente.
Se reconocieron un total de seis eventos de nanofósiles calcáreos, tres de ellos cuentan con edades calibradas astronómicamente en diferentes cuencas oceánicas. Los demás eventos fueron usados como criterio secundario para mejorar la resolución bioestratigráfica y con el objetivo de probar su aplicabilidad en las secuencias del sector estudiado. Del más antiguo al más reciente estos son: LO de R. Rotaria, LO de A. primus, LO de A. delicatus, PE R. pseudoumbilicus, LO de A. amplificus, LO de A. tricorniculatus y HO R. Rotaria.
La implementación de bioeventos complementarios como el LO y el HO de R. rotaria, fue factible en este estudio, sugiriendo su aplicabilidad como marcador bioestratigráfico del Mioceno tardío en bajas latitudes. En contraste, el evento de LO de A. delicatus, mostró ciertas diferencias en la posición entre las secciones estratigráficas, por lo que se hace necesario documentar con más detalle la ocurrencia de este taxón en otras secciones estratigráficas del Pacífico ecuatorial oriental.
Los autores agradecen a la Agencia Nacional de Hidrocarburos de Colombia (ANH) y a la Universidad de Caldas por el financiamiento de esta investigación. Este trabajo forma parte de un convenio de cooperación suscrito entre el IIES (Instituto de Investigaciones en Estratigrafía) de la Universidad de Caldas y la Universidad de Salamanca. El manuscrito fue mejorado gracias a las sugerencias de dos revisores anónimos. Erika L. Bedoya agradece al CADIC-CONICET Ushuaia por la pasantía realizada en sus laboratorios y a Eduardo Olivero por los comentarios, sugerencias y apoyo durante la estadía en su grupo de investigación, así como a los geólogos que contribuyeron al levantamiento de las secciones estratigráficas en las localidades estudiadas.
Todas las especies y referencias incluidas, pueden ser encontradas en Perch-Nielsen (1985) y Bown and Young (1998).
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Trabajo recibido: febrero 16 de 2013
Trabajo aceptado: abril 26 de 2013