Conference Paper

Muddy Hyperpycnal Flows and Organic-Rich Shales

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Muddy Hyperpycnal Flows and Organic-Rich Shales

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Abstract

The accumulation of organic-rich mudstones was largely associated to low energy depositional environments with anoxic bottom waters, where mudstone deposition was mainly related to gradual and continuous mud fallout from dilute buoyant plumes. Based on this, basin inner zones were considered as unsuitable environments for source rock deposition due to the generally low concentration of OM resulting from both low inputs and production, adding an intense OM degradation during its transit time through the water column. Nevertheless, recent detailed sedimentological analyses in a variety of unconventional shales have revealed that the participation of fallout processes is probably subordinated to other still poorly known depositional processes, opening a new paradigm for source rocks origin. In Argentina, the Upper Jurassic-Lower Cretaceous Vaca Muerta Formation is composed of organic-rich mudstones and carbonates dominated by type II kerogen representing South America's main unconventional reservoir. New cores and excellent outcrops provide a great opportunity to study the depositional history of this unit. These deposits were previously interpreted as accumulated by fallout deposition in a quiet and anoxic deep marine environment. However, recent studies revealed that the Vaca Muerta Formation is a highly heterogeneous stratigraphic unit accumulated by different and poorly know depositional processes. In fact, the formation displays distinct lithofacies alternating at centimeter to millimeter scale having variable organic matter content (up to 14% TOC), features that influence the reservoir quality and performance. High resolution sedimentological analysis were performed on relatively uncompacted intervals preserved in early diagenetic calcareous concretions collected from the basal deposits of the Vaca Muerta Formation in basinal settings. Evidences found in concretions suggest a deposition related to fluid mud flows instead of the classic model of "normal fallout". The triggered mechanisms for the origin of the recognized fluid mud flow deposits are mainly associated to direct river discharges during flood events. Each flood event would be capable of generating quasi-steady muddy hyperpycnal flows that may be sustained for days, weeks, or even months. These long-lasting events would be able to transfer significant volumes of organic matter and fine-grained sediments for long distances towards distal basinal settings. The erosion capacity of muddy hyperpycnal flows enables the incorporation of intrabasinal components (e.g. marine microfossils, carbonate mud, type II OM) which are transported together with the primary extrabasinal sedimentary load (e.g. detrital 10

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... High resolution sedimentological analyses were performed in early-diagenetic carbonate concretions (Figs. 3a and b) that preserve an exceptional record of mudstone depositional history (Otharán and Zavala 2016, 2018, Otharán et al. 2017a). These syn-sedimentary concretionary bodies grow near sediment-water interface at shallow burial depths, providing a compactionresistant framework capable of preserving a "frozen" record of the deposit primary fabric (Westphal et al. 2000, Lash and Blood 2004, Abouelresh and Slatt 2012, Marshall and Pirrie 2013, Kietzmann et al. 2014b, McNeill et al. 2015. ...
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RESUMEN El rol de los flujos fluidos de fango en la acumulación de fangolitas bituminosas. Formación Vaca Muerta (Tithoniano temprano-Valanginiano temprano), Cuenca Neuquina, Argentina. Durante los últimos años, el avance de técnicas no convencionales de explotación de hidrocarburos puso especial interés en obtener una mejor comprensión de los procesos sedimentarios que controlan la acumulación de materiales finos con abundante contenido orgánico. Bajo este escenario, en Argentina el principal foco de estudio ha sido puesto en la Formación Vaca Muerta, dadas las excelentes propiedades que presenta esta unidad como reservorio no convencional de hidrocarburos. En esta contribución se presenta un estudio integrado de afloramiento y subsuelo orientado al análisis sedimentológico de la Formación Vaca Muerta. El estudio de afloramiento se focalizó en el análisis de procesos de sedimentación de materiales finos en cortes pulidos de concreciones carbonáticas. Por otro lado, el estudio de subsuelo permitió abordar un análisis sedimentológico de alta resolución en testigos corona provenientes de ocho pozos exploratorios de la Formación Vaca Muerta. Las evidencias encontradas en los intervalos analizados permitieron reconocer una gran variedad de depósitos asociados a flujos fluidos de fango. Su origen se relaciona a dos procesos principales: flujos hiperpícnicos fangosos de larga duración (origen extracuencal) y flujos de fango intracuencales asociados a procesos de resedimentación. Los flujos de fango intracuencales serían más frecuentes en sectores próximos al quiebre de la plataforma, generando depósitos con bajo contenido orgánico. Por otro lado, los flujos hiperpícnicos fangosos de origen extracuencal habrían actuado como excelentes medios de transferencia de sedimentos finos y materia orgánica desde áreas emergidas hasta zonas internas de la cuenca, atravesando relieves de muy baja pendiente. En su trayectoria cuenca adentro, habrían incorporado material intracuencal previamente depositado creando depósitos de origen mixto. La rápida transferencia de fango rico en materia orgánica (tipo II y III) hacia sectores internos de la cuenca habría permitido alcanzar un soterramiento rápido y eficiente, evitando su exposición en el fondo marino. Este proceso habría favorecido la preservación de fangos bituminosos en sectores internos de la Cuenca Neuquina. Palabras clave: flujos fluidos de fango (extracuencales, intracuencales), preservación de la materia orgánica, fangolitas bituminosas
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