Provincias carbogénicas de México 

http://dx.doi.org/10.18268/BSGM1988v49n1a4

Juan Manuel García Cuevas

*Superintendencia de Estudios Zona Norte, C.F.E.

Resumen

En la formación de un depósito de carbón se involucran muchos factores. La combinación equilibrada de ellos se resume en los siguientes eventos:

Desarrollo vegetal, acumulación del material orgánico, conservación y evolución térmica.

Ante la realidad de que algunas regiones que presentan la conjunción de los factores ya mencionados, poseen un potencial carbonífero restringido o nulo, la tesis desarrollada por Routhler (1980), de Metalotectos (ó Metalotectones) primordiales y reveladores, aporta un nuevo enfoque en la localización de los depósitos minerales y en nuestro caso de carbón. De tal forma, que las áreas en donde las intersecciones de los metalotectos mencionados se manifiestan, se toman en los objetivos de prospección y desarrollo minero con mayores perpectlvas de éxito.

Las provincias carbogénlcas de México son continuación regional de los correspondientes en EE.UU y Canadá, en donde se aprecian sobreposlclones y zonificaciones paralelas en las características de evolución de los depósitos que van de acuerdo a los ritmos de subsidencla y edad de los depósitos. Las provincias preterciarias son oblicuas a la configuración de la República y presentan carbones tanto no coquizabies como coquizables. Estos últimos, en ocasiones, formados por anomallas térmicas locales (fallas, actividad ígnea ó geotérmica). Y aún, la posibilidad de desplazamientos por efectos de tectónica global (caso Oaxaca-Sonora?).

Las provincias terciarias son incluídas mayormente en la plataforma del Golfo cuyos rangos de evolución esperados serían predominantemente de lignito, a excepción de su intersección con la faja Neovolcánica, en donde, la anomalía térmica pudo formar carbones coquizables.

Abstract

In the formation of a coal deposit, there are many factors involved. The equllbrated combination of all them is resumed by the next events.

Vegetation development, acumulation of the organic material, conservation and thermal evolution.

In front of the reality, some regions that present the conjunction of the factors above mentioned, do not have a great coal potenclal resources. To explain this fact, in application of the Routhiers metallogenetic theory (1980) and with the definition of primary, and reveal metallotecta, in this paper, we try lo locate the economlc importance of coal deposits in México.

Tha carbogenlc provinces of Mexico are the regional continuation of those observed in Canada and U.S.A. There, It is possible to observed zonification (coking and vapor coal) and the vertical superposition, accordlng with the subsidence, coal evolution and age of sedlmentary basins and the local thermal evolution of coal due to the igneous activity and geothermal.

The more importants coal provinces in Mexlco are included in Upper Cretaceous and Tertiary sediments, developed in constructive deltas where, to exception of the coal thermal evolution induced by anormal igneous or geothermal activity, the expected "rank" is of Llgnites or Sub-bituminous coals. The global potencial resources are limited.

Origen y naturaleza del carbón

Una definición aceptada en la actualidad para el carbón, es la que lo describe como una roca sedimentaria primordialmente constituida por materia orgánica vegetal, que ha sido sometida a un proceso de madurez térmica, gracias a la presión y temperatura reinante durante los procesos geológicos asociados en su formación. La formación de un depósito de carbón, dista de ser simple. Están involucrados muchos factores que requieren, entre ellos, de una combinación equilibrada para permitir que la naturaleza efectúe el "milagro carbonífero" La secuencia de ocurrencia de tales fenómenos pueden resumirse como sigue:

- Desarrollo vegetal,

- acumulación del material orgánico,

- conservación y evolución térmica.

La materia vegetal puede ser de naturaleza continental (húmica) o de índole marina en margen continental (Sapropélica) y los diferentes constituyentes originales del vegetal están representados por asociaciones macerales en el carbón. Los procesos de acumulación de la materia vegetal son divididos en 2 tipos:

Autóctonos: Cuando el material vegetal se acumula en el mismo lugar de su crecimiento.

Alóctonos: El material sufre un transporte anterior al depósito final.

Los volúmenes requeridos de material original, se estiman en proporción de 10:1; es decir, se requiere de la acumulación de 10 metros de turba para esperar la formación de 1 metro de carbón. Esta proporción sugiere la necesidad de un factor externo que rompa el equilibrio establecido entre los procesos puramente geológicos y los de carácter biológicos, que dominan en el momento de formación de las turbas.

Pero no basta con la acumulación de esta materia vegetal para que la naturaleza logre constituirle en un carbón, el volumen originalmente acumalado (turba), debe permanecer an un ambiente físico-químico apropiado (ambientes reductores ya sean ácidos o básicos) que le proteja de la descomposición provocada por las bacterias anaeróbicas y aeróbicas y también del carácter oxidante de la atmósfera. Así, el panorama ecológico se enmarca generalmente en aquellos ambientes de carácter palustre o paludal, sometidos a un aporte de sedimentos relativamente rápido, que al mismo tiempo, permita (gracias a la subsidencla) la existencia del sistema ecológico durante largos periodos de tiempo.

Evidentemente, el clima está involucrado en el proceso y contrariamente a lo que pudiese parecer evidente, también se conocen ejemplos de carbón que fueron originalmente constituidos en un clima fria húmedo y lluvioso y no en un clima caliente húmedo; El factor común imprescindible es entonces la humedad (y por supuesto la luz).

La evolución térmica subsecuente es inducida, en su concepto más simple, por la columna litoestratigráfica que cubre el depósito, sometlendo las capas de turba, a presión y temperatura de incremento proporcional a la columna litológica que le cubre.

Este proceso normal, (que implica un tiempo de permanencia) puede ser alterado por la tectónica y el volcanismo, de tal forma, que la madurez térmica de un depósito no resulte homogénea. Pudiendo formarse así, una regionalizaclón de carbones de diferente madurez en la misma cuenca. El aspecto paleogeográfico implicado, asocia los depósitos de mayor importancia económica conocidos hasta ahora, a sistemas sedimentológicos de la margen continental; particularmente, aquellos con influencia deltáica. Este sistema, tiene amplia distribución y presenta en su conjunto las condiciones paleoecológlcas mencionadas. 

Estrategia de exploración

Tradicionalmente al realizar una campaña de exploración en busca de un yacimiento, se ha optado por vislumbrar regionalmente algunos aspectos geológicos relacionados íntimamente con la ocurrencia de la materia prima buscada. Es por esto que, por ejemplo, las fracturas y fallas constituyen una guía común para el geólogo. Pero, ¿Acaso todas las fallas o fracturas se hayan mineralizadas?; o es que ¿acaso todos los elementos contenidos en los minerales son comunes a estos rasgos ?; más precisamente, ¿acaso los yacimientos semejantes poseen las mismas variedades y proporciones del elemento buscado?

El caso particular de la exploración por carbón, no es la excepción. Sabemos que la ocurrencia de los depósitos en el mundo, se ubican en el tiempo geológico (provincias heterócronas) en lugares precisos (Figuras 1, 2, 3) y que globalmente se hayan asociados a paleodeltas o cuencas intermontanas. Sin embargo, éstas condiciones no parecen ser suficientes. Existen niveles estratigráficos que presentan las condiciones ya numeradas y sin embargo, su potencial carbonífero es restringido, o nulo.

Figura 1. Tomada de J. Geol., 1982, 5:537

Figura 2. Tomada de J. Geol., 1982, 5:537

Figura 3. Tomada de Seyfert (1973).

El criterio elegido por el prospector para definir sus áreas a explorar, puede ser variado. Las tendencias metalogénicas, (en nuestro caso carbogénicas), se agrupan en 3 escuelas (según Routhler, 1980):

Escuela Crono-Estructura-Fisiológica

Escuela -Lineamentarista

Escuela -Subduccionista o Tectónica global.

Cada una de elias, está apoyada en la experiencia adquirida durante muchos años de trabajo y han aportado al conocimiento de nuestro planeta, una gran cantidad de hipótesis y teorías, que en la mayoría de las ocasiones, no son conciliadas para describir y explicar la complejidad de la historia geológica del planeta, y sí, para restringir el amplio universo de la geología a rasgos individuales de un depósito, que obscurecen las verdaderas leyes que gobiernan su ocurrencia y distribucci6n a nivel regional (Routhier, 1980).

Uno de los esfuerzos más recientes por conciliar el conocimiento geológico, lo constituye el trabajo realizado por P. Routhier, en su libro: Oú sont les metaux pour l'avenir? (1980), donde se sIentan las bases de un concepto global en la metalogenia regional.

Aunque los fundamentos y objetivos se enfocan escencialmente a los metales, el carbón no queda excluido y las leyes y conceptos divulgados en la obra son aplicables.

Así pues, describamos brevemente el teorema básico de esta nueva aportación:

Las concentraciones de un metal (o substancia) tienen lugar en la intersección de un "dominio metálico" (en realidad, un volumen que puede descender hasta el manto) portador, durante largos periodos de tiempo (permanencia y herencia) de un "potencial metal" (esto es, el Metalotecto Primordial) y de otros metalotectos cuyo papel es el de "Reveladores" de este potencial. (Figura 4).

Figura 4. Tomada de Routhier (1980).

Para el carbón, el teorema se interpreta partiendo de la premisa de que el dominio metálico se transforma en un dominio ecológico que permite el desarrollo (bajo un clima y un estado evolutivo del reino vegetal apropiados) de un  volumen conslderable de plantas (¿O es posible la formación de carbón sin los vegetales? ).

Al aspecto "revelador" de este dominio vegetal, englobará varios factores. Los espesores considerables de los yacimientos de más importancia económica (cuya edad coincide con las etapas de actividad orogénlca del planeta), no son fortuitos. Sobre todo, bajo el punto de vista de la teoría blorehxlstáslca desarrollada por Erhart (1960), originalmente aplicada para explicar el desarrollo de los suelos y que ha encontrado utilización reciente en Metalogenia, al proponer un origen a los depósitos tipo "Red Bed" (Samama, 1972).

La teoría, propone dos etapas que explican las relaciones entre los procesos geológicos y los de carácter biológico. Erhart, llama al equilibrio entre estos procesos "Biostasia"; equilibrio, que permite el desarrollo acelerado de una capa vegetal gracias a la calma relativa de los procesos geológicos.

El momento de ruptura de tal equilibrio, (Rhexistasia) ocurre cuando los procesos geológicos actúan intensamente. ¿Qué mayor intensidad que la inducida por la orogenia? (Recientes estudios sugieren fenómenos de perturbación interestelar que pudieron influir en el clima terrestre a consecuencia de cambios en la inclinación del eje terrestre o por el choque de cuerpos celestes con nuestro planeta (Olsen,1986; Wilde et al., 1986).

De tal forma, que la acumulación de espesores de turba considerables, resultarían contemporáneos al evento orogénico. (ver Tabla 1). En seguida, mostramos la clasificación de los metalotectos que hemos intentado fijar:

Metalotectos Primordiales:

a) Climáticos: Intertropical, Tundra.

b) Ecológicos: Simbiosis vegetal, Biostasia.

Metalotectos Reveladores:

a) Paleogeográficos: Deltas constructivos, Cuencas intracratónicas.

b) Paleotopográficos: Depocentros.

e) Sedimentológicos: Secuencia regresiva, tipo Mallase.

d) Tectónicos: Orogenia, Grabens Subsidencia.

Tabla 1. Reservas de carbón por nivel estratigráfico

Tomada de: Les Sciences (1976)

Dos leyes complementarias son enunciadas también, que observadas con detenimiento, son válidas para los depósitos del carbón.

La primera de ellas, es la Ley de Transversaleque anuncia:

"Muchos de los dominios metálicos (o substancias), alargados o cinturas, son divididos en bandas transversales. formando con el eje de alargamiento del área mineralizada, un ángulo variable. Sobre estas transversales o "aristas ricas" (aretes riches) (H. Pelissonier y H. Michel, 1972), se localizan la mayorla de las acumulaciones, mientras que los subdominios permanecen vacíos o pobres, o aún contienen otras substancias".

Nuestro caso se ejemplifica con la disposición de los llamados depocentros y la línea paleogeográfica de costa, donde se desarrollan los deltas y contenidos en ellos, las fosas controladas por fallas contemporáneas al depósito; o la disposición paleotopográfica de las depresiones (reflejo de pliegues o fallas), que marcan un patrón en la localización de mayores espesores de carbón o la existencia de varias capas.

La segunda Ley, la de "Superposiciones" se refiere a: "La asociación de varios metales (o substancias) en los depósitos, pueden frecuentemente, ser interpretados como resultado de la superpósición de diversos dominios metálicos"

(Paragénesis y Zoneamiento). La traducción aplicada a una provincia carbonlfera, se manifiesta en la existencia de varios rangos de carbón en la misma provincia carbonífera (vertical u horizontalmente, ejemplo: Cuenca de Lorena Francia); en las interrelaciones materia-mineral carbón; o más aún, en las asociaciones macerales existentes. (Plano 1).

Plano 1.

La breve descripción de los factores que controlan la formación del carbón nos induce a pensar que la humedad la que permite el crecimiento abundante de los vegetales, tanto en clima cálido como frío. Así, observando con criterio global los patrones climatológicos actuales, podemos apreciar ciertas regularidades en la distribución global del clima:

-Las temperaturas forman bandas aproximadamente paralelas, cuya temperatura desciende hacia los polos en función del ángulo de incidencia de los rayos solares

-Este paralelismo es dlstorsionado por la atmósfera.

-El grado de pluviosidad es controlado, en general por la evaporación, la presión atmósferica y los vientos.

-Las altas humedades se esperan en el Ecuador y por encima de los paralelos 30 al N y al S.

Bajo un esquema tal, las reconstrucciones paleogeográficas y paleotectónicas, que se muestran en las figuras 1-3, cobran un significado elocuente. Sin lugar a dudas, más claro, cuando se agregan las localidades de carbón en el mundo conocidas y se estima la posición de los paralelos (siempre con un marco climático actual). Lo que lleva a concluir que un mayor número de depósitos se han formado en clima frío.

Potencial carbonífero de la República Mexicana

Como ya se ha mencionado, la materia vegetal acumulada en una turbera, evoluciona en condiciones especiales. Esta evolución imprime cambios en las características físicas y químicas del material así carbonificado. Entre éstos cambios, podemos mencionar:

Aumento en el contenido de carbono.

Disminución del oxígeno.

Incremento paulatino del poder calorífico (sólo hasta el grado de antracita, después disminuye).

Todo lo anterior directamente en relación con el aumento del rango del carbón.

En función de éstas caracterfstlcas, la industria clasifica el carbón en Coquizables y no coqulzables (la excepción lo constituye la antracita, pues ésta no es coquizable). El primero de uso siderúrgico y el segundo, como alternativa energética. (Sin olvidar que la Carboquímica se perfila como el futuro inmediato y los mixtos obtenidos en un proceso de depuración también son utilizados como combustible). Siendo la temperatura, presión y tiempo los parámetros reguladores de la evolución del carbón, el geólogo prospector puede esperar encontrar carbonescoquizabies en áreas cuya historia geológica involucre mayor cubierta litoestratigráfica o actividad ígnea y tectónica intensiva, posterior a la edad de acumulación y formación del depósito.

Este contexto permitiría en forma global, regionalizar las áreas prospectivas como se  muestra en el plano (1). La magnitud de los depósitos estaría ligada a la posición de la República Mexicana con respecto al paleo Ecuador y a la edad de referencia:

Uno de los hechos sorprendentes de los terrenos precámbrlcos en la ausencia de formaciones potentes de sustancias de origen orgánico, notablemente carbón.

Recordemos que existen niveles carbonosos sobre todo desde el Cámbrlco, pero ningún depósito importante es conocido antes del  Devónico. La distribución cronológica de las cuencas con carbón es marcada por dos culminaciones: Carbonífero Medio y Superior-Pérmico; en las antefosas y plataformas delante de los tectógenos hercinianos. Los carbones del Carbonífero se forman sobre todo en el hemisferio Norte y los carbones pérmlcos sobre todo en el hemisferio Sur (Gondwana) aunque también se desarrollan en Siberla (Tonguss y Leha). Esta culminación agrupa el 40% de los recursos mundiales.

Cretáclco Superior y Terciario en las antefosas de las cordilleras Americanas (USA, Canadá y Colombia) esta culminación agrupa el 55% de las reservas (n. a. fragmentado traducido de "Ou Sont Les Metaux pour I'avenir?") (Routhier, 1980).

Junto con la cita anterior, podemos agregar que los sistemas deltaicos constructivos, requieren de una plataforma extensa que permita su desarrollo y subsidencia adecuada que equilibre el aporte de sedimentos. Así, los depósitos de la importancia por su tonelaje alto y extensión podemos esperarlos al Norte del País para el Cretácico tardío y en la costa del Golfo para el Terciario y Reciente.

No olvidemos que los recientes trabajos de tectónica global presentan un esquema en el cuál, parte de la república se ha despiezado hasta ocupar su posición actual, o que implicaría considerar la posibilidad de que algunos yacimientos de carbón se encuentren divididos y largamente desplazados (Oaxaca-Sonora?) (Figura 8).

Finalmente, debemos mencionar que las relaciones entre el carbón y el aceite-gas, (en cuanto a origen y ocurrencia se refiere) son cada día más evidentes. Por lo que algunos de los metalotectos definidos aqur para el carbón, serían también aplicables en la exploración petrolera.

Figura 5.

Figura 6.

Figura 7.

Figura 8. Tomada de Pindell (1984).

Discusión

Los esfuerzos realizados para localizar un depósito mineral son muchos, es por ello, que cualquier intento por comprender los factores  geológicos que controlan su formación es imprescindible. Sin embargo, se corre el riesgo de equivocar el camino y desperdiciar recursos  humanos y económicos sin obtener los resultados que, a final de cuentas, son los de descubrir un depósito económicamente explotable (Aunque el término económicamente explotable dependa del tiempo, el espacio y la tecnología). El teorema y leyes desarrollados por Routhier (1980) y modificados en esta aportación para su aplicación al caso del carbón, pretenden explicar su existencia partiendo desde el nivel de la materia prima (Metalotecto primordial) requerida para su formación (es decir los vegetales) intentando conocer los factores que controlaron (y controlan) su crecimiento, con la evidencia más indiscutible que son los depósitos ya conocidos, bajo un análisis escencialmente regional.

Esta materia prima, requiere de su concentración para constituirse en la anomalía representada por un yacimiento. Es en este momento, que surgen los rasgos geológicos comunmente conocidos por el geólogo (trends, fallas, zonas de subducclón, hidrotermalismo y deltas) como elementos reveladores.

Un depósito de carbón inicia su formación con la acumulación de turba. Las llamadas turberas (complejo ecológico vegetal subacuátlco) crecerá en la medida en que el equilibrio ecológico se lo permita y según muchos autores un clima frio inhibe su destrucción por la acción depredadora de las bacterias; siendo en estos climas donde se observan grandes espesores de turba. Las proporciones de turba, requeridas para formar 1 mt de carbón varían en orden de 7:1 o hasta 20:1, de acuerdo con el criterio de los diferentes autores. En un planeta cambiante  como el nuestro, cuya atmósfera ha evolucionado al igual que la estructura interna, parecía más factible la existencia de eventos perturbadores o catalizadores que favoreciesen la acumulación de turba en las proporciones suficientes para explicar los grandes espesores de carbón en los depósitos importantes del mundo (20-100 mts., o más). La suspensión de los nutrientes escenciales del sistema (humedad-luz solar) bien pudiera ser cíclico, aumentando el volumen de vegetales muertos que entrarían a los procesos de humidificación y gelificación subsecuentes.

Indiscutiblemente el caso normal (crecimiento-muerte) de la turbera, se perfila como aportador insuficiente de sedimento turboso.