New LA-ICP-MS U-Pb zircon dating, Ar-Ar and Sm-Nd model ages: Evidence of the Grenvillian Event in the basement of the Falcón and Maracaibo Basins, northwestern Venezuela

Marvin Baquero^{1, 2}, Sebastián Grande³, Urbani Franco^{3, 4}, Umberto Cordani⁵, Kei Sato⁵, Peter Shaaf⁶, Chris Hall⁷, David Mendi³, Manuel Azancot³

¹ PDVSA Exploración, Gerencia de Proyectos Exploratorios y Delineación, Puerto La Cruz, Anzoátegui, Venezuela;

²  INTEVEP,  Gerencia  de  Investigación  Estratégica de  Exploración,  Los  Teques,    Miranda,   Venezuela; 

³ Escuela de Geología, Minas y Geofísica, Ciudad Universitaria, UCV, Caracas, Venezuela; 

⁴ Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas, calle Mara, El Llanito, Miranda, Venezuela;  

⁵ Centro de Pesquisas Geocronológicas, Instituto de Geociências, Ciudade Universitária, Universidade de São Paulo, Brazil

⁶ Laboratorio Universitario de Geoquímica Isotópica, Instituto de Geofísica, Ciudad Universitaria, UNAM, D.F., México; 

⁷ Argon Geochronology Laboratory, University of Michigan, Ann Arbor,  MI,  USA.

Corresponding author: baqueroms@pdvsa.com / mbaquero75@gmail.com

Abstract

U-Pb zircon ages of high-grade metamorphic rocks described in basement cores from the Ensenada de la Vela, Falcón Basin, Venezuela, revealed the presence of Grenvillian rocks. This new finding represents a breakthrough not only in terms of crustal growth processes, but also in providing new lines of evidence to initiate a review of the geodynamic models for the evolution of northern South America. This allochthonous block named hereby as the Falconia Terrane (FT) and consist of a sequence of high-grade metamorphic rocks of dolomitic marble, calc-silicate rock, meta-anorthosite, felsic, mafic and ultramafic granulite, metapelite, garnet amphibolite and amphibolite. New LA-ICP-MS U-Pb zircon dating in metapelites and granulites from the FT showed upper-intercept ages at about 1.3 - 1.2 Ga. interpreted as the crystallization age of inherited zircons and a concordant age ca. 0.92 Ga which may document the younger granulitic metamorphic event. In addition, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages from hornblende crystals in amphibolites, phlogopite crystals present in the dolomitic marble, and biotite crystals in the felsic granulite shows variable behavior. The hornblende preserves older apparent ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages around 0.93 Ga, which can be related to younger metamorphic event, whereas phlogopite and biotite spectra do not define plateau ages. The apparent ages of the incremental steps vary between 837 Ma and 785 Ma, respectively. Igneous rock samples collected from well cores and outcrops around the Maracaibo Basin yielded Grenvillian-type Sm-Nd depleted mantle model ages (T_DM) of 1.3 – 1.2 Ga. They probably represent juvenile crustal material rather than evolved continental crustal fragments. This terrane exhibits a complex crustal history, and the radiometric ages here presented suggest that they probably formed part of a single Western South America terrane located initially in the northwestern margin of the Amazonian Craton during the Neoproterozoic. The geodynamic evolution envisioned for the FT involved an accordion-type of tectonics in which this terrain separated the South America craton during the break-up Gondwana and later docked against the South America margin during the Late Cretaceous – Middle Eocene collision of the Caribbean plate.

Keywords: Grenvillian orogeny, U-Pb zircon, Falcón basin, Maracaibo basin, Venezuela

CONFIRMACIÓN DE LA EXISTENCIA DE ROCAS DE ALTO-GRADO METAMÓRFICO DE EDAD GRENVILIANA EN EL NOROESTE DE VENEZUELA: BASADA EN DATACIONES U-Pb EN ZIRCÓN POR LA-ICP-MS

Marvin Baquero (1,2), Sebastian Grande (3), Franco Urbani (3), David Mendi (3), Umberto Cordani (4), Kei Sato (4), Mauricio-Dias De Souza (4)

1. PDVSA Exploración, Gerencia de Proyectos Exploratorios y Delineación, Puerto La Cruz 6023, Venezuela; 2. Programa de Doctorado en Ciencias de la Ingeniería, Fac de Ingeniería, UCV, Ciudad Universitaria, Caracas 1053, Venezuela; 3. Universidad Central de Venezuela, Escuela de Geología, Minas y Geofísica, Ciudad Universitaria, Caracas 1053, Venezuela; 4. Centro de Pesquisas Geocronológicas, Instituto de Geociencias, Universidade de Sao Paulo, Cidade Universitaria, SP, Brasil.


Dataciones U-Pb in situ en granos de zircón, por el método LA-ICP-MS fueron realizadas en 5 rocas de alto-grado metamórfico del basamento perforado por el pozo LVC-22, ubicado en la ensenada de La Vela (offshore), estado Falcón. Las rocas analizadas corresponden a gneis cuarzo+ortosa+plagioclasa+granate, gneis cuarzo+piroxeno+plagioclasa+granate, gneis ortosa+piroxeno+cuarzo, gneis ortosa+cuarzo+granate, y gneis cuarzo+plagioclasa+ortosa+piroxeno+clorita (charnockita félsica), todas ellas afectadas por un metamorfismo en la facies de la granulita. Los zircones fueron separados en el laboratorio de preparación de muestras geológicas del Centro de Pesquisas Geocronológicas, unidad interdepartamental del Instituto de Geociências de la Universidade de Sâo Paulo, Brasil. Se realizaron un total de 35 mediciones isotópicas de U y Pb en 30 cristales de zircón seleccionados a partir de imágenes de catodoluminiscencia. Estas imágenes muestran que la gran mayoría de los zircones tienen una estructura homogénea sin núcleo, mientras que un pequeño grupo consiste de un núcleo y un borde de crecimiento (Fig. 1A), presentando todos ellos la típica morfología de pelotas de fútbol (soccer-ball), adquirida durante el metamorfismo de alto-grado. Un láser ultravioleta (longitud de onda = 213-ηm) de 29-µm de diámetro fue usado para volatilizar el material y luego transportado por un flujo de gas He hacia un ICP-MS, donde fueron ionizadas, colectadas y cuantificadas las medidas isotópicas. Los diagramas Tera-Wasserburg muestran para las primeras cuatro rocas interceptos superiores ca. 1200 Ma., y para la charnockita félsica un intercepto superior de proximadamente 1280 Ma., y un evento metamórfico de alta temperatura, indicado por una serie de edades concordantes ca. 920 Ma. (Fig. 1B). Se confirma así la existencia de rocas de la orogénesis Grenville en el noroeste de Venezuela, en un rango de edad equivalente al pulso Elzeviriano de la provincia Grenville de Canadá y de los Adirondack.

Geocronología del basamento del noroccidente de Venezuela: basados en nuevos datos de U-Pb zircón en LA-ICP-MS

 Marvin Baquero 1, 2, Umberto Cordani 3, Kei Sato 3, Franco Urbani 4, Sebastián Grande 4, David Mendi 4

1 PDVSA Exploración. Evaluación del Sistema Petrolífero, Puerto La Cruz, Anzoátegui, Venezuela.
2 Programa de Postgrado en Ciencias de la Ingeniería, Escuela de Geología, Minas y Geofísica,
  Universidad Central de Venezuela, Caracas
3 Centro de Pesquisas Geocronológicas, Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, Brasil.
4 Escuela de Geología, Minas y Geofísica, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela,
  Caracas, Venezuela.

   

  En este estudio se presentan los resultados parciales de las edades en U-Pb zircones del basamento ígneo-metamórfico perforado por los pozos LVC-22, LVC-11A y QMC-1X. Los dos primeros ubicados en la Ensenada de  La Vela (offshore) y el tercero en Falcón occidental (onshore) (Fig. 1). Las muestras de núcleos fueron preparadas en el Laboratorio de Preparación de Muestras Geológicas del Centro de Pesquisas Geocronológicas (CPGeo), unidad interdepartamental del Instituto de Geociências de la Universidade de São Paulo-Brasil. Para la obtención de las fracciones de zircones se siguieron los procedimientos comunes para todos los métodos de datación que utilizan minerales y/o rocas. Las mediciones de las concentraciones isotópicas in situ de U-Pb fueron realizadas en el CPGeo-USP, colocando los zircones en un disco de epoxy en una pequeña cámara a presión atmosférica. Un láser ultravioleta de 29 nµ de diámetro fue usado para extraer las cantidades isotópicas y esto a su vez unido a un Espectrómetro de Masas con fuente de Plasma de Acoplamiento Inductivo (Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry - LA-ICP-MS) donde fue colectado y cuantificado las medidas de U-Pb. Adicionalmente, para la calibración del equipo fue colocado al mismo tiempo en la cámara un GJ Standard montado en otro disco de epoxy de 2,54 cm de diámetro. Se trata de una lámina de megacristal de zircón estándar. Este zircón estándar presenta concentraciones de U aproximado de 230 ± 13 ppm medidas por TIMS (Thermal Ionization Mass Spectrometry), sin embargo, cuando las medidas son efectuadas por LA-ICP-MS estas cantidades se encuentran aproximadamente entre 212 – 422 ppm. El contenido normal de Pb radiogénico está en un rango de 19 – 37 ppm, y una pequeña cantidad de Pb común. Las edades medidas para el GJ Standard fueron: ²⁰⁶Pb/²³⁸U = 599,8 ± 2,4 Ma, ²⁰⁷Pb/²³⁵U = 601,6 ± 1,9 Ma y  ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb = 608,5 ± 0,5 Ma.

Figura 1. Mapa de ubicación de pozos estudiados: LVC-22, LVC-11A y QMC-1X. Mapa base de Anomalía de Bouguer de Venezuela (García, 2009)

     El norte de la plataforma continental de Venezuela está sustentado por un complejo de rocas ígneas y metamórficas, la cual aflora en las islas venezolanas (Santamaría y Schubert, 1974). En el noroccidente de Venezuela este complejo aflora en las islas Los Monjes, Los Roques (Gran Roque) y Toas, pudiéndose encontrar también en las islas Aruba, Curazao, La Orchila, La Blanquilla, Los Hermanos, Margarita, Los Frailes y Los Testigos. Existen además numerosos afloramientos en la Península de la Guajira, Paraguaná y el Sistema de la Cordillera de la Costa. Este complejo de rocas ígneas y metamórficas tienen sus historias geológicas propias del Grenviliano (Grande, 2007; Grande & Urbani, 2009), Paleozoicas (Santamaría & Schubert, 1974, González de Juana et al., 1984) y Mesozoicas, y es durante el Paleoceno – Eoceno Medio? que se emplazan sobre el continente suramericano, manifestándose así en el margen septentrional de Venezuela como masas alóctonas-parautóctonas que afectaron a las unidades sedimentarias del Cretácico Superior – Fm. La Luna? y del Paleoceno tardío – Eoceno Medio - Formación Matatere, como puede observarse en superficie al norte del estado Lara y Yaracuy desde la localidad de Carora hasta el Complejo de Yumare en el mapa geológico estructural a escala 1:500.000 de Bellizia et al., (1976) o en su versión más moderna en Garrity et al., (2006). Feo-Codecido et al., (1984) reporta edades en el basamento perforado por el pozo QMC-1X en K-Ar en feldespato potásico en roca total de 138.4  6.9 Ma y edad de basamento perforado por el pozo LVC-2 de 114 Ma., siendo hasta ahora las únicas edades reportadas para el basamento ígneo-metamórfico en la cuenca de Falcón, sin embargo, Grande y Urbani (2009) recomiendan realizar análisis de geocronología sobre el basamento ígneo-metamórfico en la cuenca de Falcón, es entonces, a partir de este momento se inician una series de actividades conducentes a obtener valores radiométricos de este basamento. Las mediciones de las concentraciones isotópicas in situ de U-Pb en granos de zircones con el método LA-ICP-MS en el basamento perforado por los pozos LVC-22, LVC-11A y QMC-1X, revelaron la existencia y comprobación del Grenviliano en el noroccidente de Venezuela propuesto por Grande y Urbani (2009) y la continuidad del basamento Pérmico Superior hasta el noroccidente de la cuenca de Falcón (Tabla 1).

Tabla 1. Edad concordia en U-Pb en zircones medidos por LA-ICP-MS:

• LVC-22: 1.1 Ga

• LVC-11A: 1.3 Ga

• QMC-1X: 253 Ma

Referencias bibliográficas

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GARRITY, C. P., HACKLEY, P. C. & URBANI, F., 2006. Digital geologic map and GIS database of Venezuela. US Geological Survey Data Series Reports, 199, edited version 1.0. World Wide Web Address: http://pubs.usgs.gov/ds/2006/199.

GONZALEZ DE JUANA, C., ITURRALDE DE AROZENA, M. & PICARD CADILLAT, X., 1984. Geología de Venezuela y de sus cuencas petrolíferas. Foninves, Caracas,407.

GRANDE, S. AND F. URBANI., 2009. Presence of high-grade rocks in NW Venezuela of possible Grenvillian affinity. From: JAMES, K. H., LORENTE, M. A. & PINDELL, J. L. (eds) The Origin and Evolution of the Caribbean Plate. Geological Society, London, Special Publications, 328, 533–548.

SANTAMARÍA, F. and SCHUBERT, C., 1974. Geochemestry and geochronology of the southern Caribbean - northern Venezuela: Plate boundary. Geological Society of America Bulletin, 7: 1085-1098

Baquero, M., Cordani, U., Sato, K., Urbani, F., Grande, S., Mendi, D., 2010. Geocronología del basamento del noroccidente de Venezuela: basados en nuevos datos de U-Pb zircón en LA-ICP-MS. III Simposio de Geociencias de Rocas Igneas y Metamórficas, GEOS 41, EGMG, UCV, Caracas. En prensa.

Polyphase development of the Falcon Basin in northwestern
Venezuela: implications for oil generation

*Corresponding author (e-mail: baqueroms@pdvsa.com/mbaquero75@gmail.com)

Abstract

A multi-event tectonic episode that affected the Caribbean and South American plate boundaries as well as Cenozoic oil generation is based on new structural and geochemical data from the western Falcon Basin, Venezuela. It involves Late Cretaceous to Middle Eocene emplacement of the Lara Nappes followed by Late Eocene to Early Miocene tectonic collapse and graben formation, Middle Miocene inversion and out of sequence thrusting. Oil-source rock correlation of seeps in the northern part of the basin suggests a Cenozoic siliciclastic source rock deposited under suboxic to anoxic conditions. Potential Cenozoic source rocks and Late Cretaceous La Luna Formation were used to evaluate the generation conditions using one- and two-dimensional thermal modelling. A heat flow of c. 190 mW m22 was reached during the Oligocene–Early Miocene in the central part of the basin. As a result the Cretaceous source rock is overmature, while the primary Cenozoic source rocks are in the oil window. The thermal modelling also suggests that hydrocarbon accumulations are mainly located on the flanks of the graben, with small amounts possible in the centre, due to erosion during basin inversion. This modelling is highly consistent with the proposed polyphase tectonic model.