Geochemical characteristics and microscopic analysis of the Late Jurassic organic-rich carbonates in the Shabwah depression, southeastern Yemen: implications for organic matter input and depositional settings

Resumen Técnico: Características Geoquímicas y Análisis Microscópico de Carbonatos Ricos en Materia Orgánica del Jurásico Tardío en la Depresión de Shabwah, Yemen

Planteamiento del Problema
El Miembro Lam (LM) del Jurásico Tardío dentro de la depresión de Shabwah, en el sureste de Yemen, representa una unidad de carbonato rica en materia orgánica significativa con un alto potencial de hidrocarburos, caracterizada por valores de Carbono Orgánico Total (COT) que alcanzan hasta el 14 % en peso y valores de Índice de Hidrógeno (IH) de hasta 600 mg HC/g de COT. A pesar de su importancia económica como roca madre, existe una notable escasez de estudios integrados sobre los atributos paleoambientales que controlaron la deposición y preservación de la materia orgánica (MO) dentro de estos sedimentos. Específicamente, las investigaciones previas han carecido de una síntesis exhaustiva de las distribuciones de biomarcadores, el análisis elemental y los datos microscópicos de querógeno para dilucidar completamente las fuentes de la materia orgánica y las condiciones deposicionales específicas (p. ej., estado redox, salinidad y clima) responsables de la acumulación de MO.

Metodología
Para abordar estas brechas, el estudio analizó 82 muestras de recortes de cinco pozos de exploración (Al Jamilah-1, Tubba-1, Al Maz-1, Bin Haydar-1 y Misah-1) en la depresión de Shabwah. La investigación empleó un enfoque multidisciplinario integrado:

• Geoquímica Orgánica: Las mediciones incluyeron el contenido de COT, pirólisis Rock-Eval (RE) (S1, S2, Tmax, IH, PI) y análisis elemental (CHNS) de querógeno aislado.
• Análisis de Biomarcadores: Las fracciones de hidrocarburos saturados se analizaron mediante Cromatografía de Gases (GC) y Cromatografía de Gases acoplada a Espectrometría de Masas (GC-MS) para identificar n-alcanos, isoprenoides (pristano/fitano), hopanos, terpenos y esteranos.
• Geoquímica Isotópica: Se determinaron las composiciones de isótopos de carbono estables ($\delta^{13}$C) tanto para las fracciones alifáticas como aromáticas.
• Examen Microscópico: Se utilizaron la microscopía de luz reflejada y de fluorescencia UV para caracterizar los macerales (p. ej., alginita, vitrinita, bituminita) y la pirita framboidal. La microscopía de luz transmitida de querógeno aislado se utilizó para el análisis de palinofacies (AOM, palinomorfos, fitoclastos) para determinar los tipos de querógeno.

Resultados Clave

• Abundancia y Calidad de la Materia Orgánica: Las muestras del LM exhiben un alto COT (hasta 8,40 % en peso) y un Azufre Total (hasta 18,85 % en peso). Los datos de Rock-Eval indican una predominancia de querógeno Tipo II y II/III, con valores de IH que frecuentemente superan los 250 mg HC/g de COT, lo que significa una materia orgánica rica en hidrógeno.
• Fuente de la Materia Orgánica: El análisis microscópico reveló un dominio de alginita (telalginita y lamalginita) y bituminita, con bajo contenido de vitrinita. Los datos de biomarcadores respaldan un origen principalmente marino (planctónico y bacteriano) con una mínima entrada terrestre. Esto se evidencia por:
  • Distribuciones unimodales de n-alcanos dominadas por cadenas cortas a intermedias ($C_{15}$–$C_{26}$).
  • Bajas relaciones de Pristano/Fitano (Pr/Ph) (< 2).
  • Alto contenido de $C_{30}$ hopano en relación con el $C_{29}$ norhopano.
  • Valores de $\delta^{13}$C para las fracciones alifáticas que oscilan entre -26,60‰ y -29,59‰, consistentes con materia orgánica marina.
• Ambiente Deposicional: Los datos apuntan colectivamente a una deposición bajo condiciones anóxicas a disóxicas, sulfídicas y estratificadas:
  • Redox: Bajas relaciones Pr/Ph (0,30–1,26) y la presencia de pirita framboidal de pequeño tamaño (<5 µm) indican aguas de fondo empobrecidas en oxígeno.
  • Condiciones Sulfídicas: El alto contenido de azufre y una fuerte correlación positiva entre Fe y S (R² = 0,99) sugieren una piritización extensa bajo condiciones sulfídicas.
  • Estratificación de Salinidad: La presencia de gammacerano (relaciones G/C30 de hasta 0,61) indica una estratificación de la columna de agua impulsada por una salinidad moderada a alta.
• Contexto Paleoclimático: El estudio vincula estas condiciones deposicionales con el clima cálido y húmedo de tipo "greenhouse" (efecto invernadero) del Jurásico Tardío. Este clima probablemente potenció la meteorización y la entrega de nutrientes a la cuenca, estimulando una alta productividad primaria en la zona fótica, lo que, combinado con aguas de fondo anóxicas, facilitó la preservación de la MO.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que la integración de los datos geoquímicos y microscópicos reconstruye con éxito la historia paleoambiental del Miembro Lam. El estudio concluye que la acumulación de carbonatos ricos en materia orgánica en la depresión de Shabwah fue impulsada por una sinergia de subsidencia tectónica (creando cuencas restringidas), un clima de aguas cálidas (potenciando la productividad) y condiciones de deposición anóxicas/sulfídicas (asegurando la preservación).

Específicamente, los autores aseveran que:

1. Los sedimentos del LM fueron depositados en un ambiente marino caracterizado por la anoxia y condiciones sulfídicas, las cuales fueron críticas para la preservación efectiva de la materia orgánica.
2. La materia orgánica es predominantemente de origen marino (algal y bacteriana), formando un querógeno Tipo II rico en hidrógeno, en lugar de estar dominada por la entrada de plantas terrestres.
3. El elevado clima de aguas cálidas del Jurásico Tardío desempeñó un papel fundamental al promover condiciones eutróficas y el flujo de nutrientes, lo que, junto con la estratificación de la columna de agua, creó un entorno ideal para la formación de estas rocas madre ricas en materia orgánica.

Estos hallazgos proporcionan una comprensión refinada de los controles deposicionales sobre el Miembro Lam, ofreciendo información sobre el sistema petrolero regional de la Cuenca de Sab'atayn.