Evolução paleoambiental, grau de carbonificação e estrutura molecular dos carvões do cretáceo-paleógeno na Bacia Cordilheira Oriental, Andes colombianos

Abstract

O carvão representa um dos recursos mais importantes explorados nas bacias sedimentares colombianas. Embora a Colômbia possua as maiores reservas de carvão da região formada pela América do Sul e Caribe, ainda há lacunas no entendimento dos paleoambientes, processos de carbonificação, estrutura molecular e da relação entre esses fatores e a estratigrafia. Esses aspectos são determinantes para a qualidade do carvão e seu aproveitamento industrial, tornando essencial a sua caracterização detalhada. A Formação Guaduas, na Bacia da Cordilheira Oriental, registra a sedimentação do Maastrichtiano-Paleoceno (K-Pg), refletindo a transição tectônica da bacia de um sistema tipo back-arc para foreland. A área de estudo está situada no Sinclinal Checua-Lenguazaque, onde ocorrem os afloramentos mais representativos da Formação Guaduas. As análises imediatas (umidade, cinza, matéria volátil e carbono fixo) indicam carvões com baixo teor de cinza. A petrografia orgânica revelou predominância de macerais do grupo da vitrinita (30,00–85,20%), seguidos por inertinita (4,60–34,40%) e liptinita (0,00–16,60%). A partir da análise integrada de fácies sedimentares e componentes orgânicos, infere-se que a deposição ocorreu em ambientes de lagoas, marés, deltas e sistemas fluviais, sob influência de um evento regressivo. A refletância média aleatória da vitrinita (VRr%) variou entre 0,46 e 1,65, indicando paleotemperaturas entre 72,5 °C e 175,9 °C. Os resultados da pirólise em sistema aberto mostram que a matéria orgânica presente nos carvões é majoritariamente dos tipos II/III e III. O conteúdo de gás variou de 6,01 ft³/ton a 55,23 ft³/ton. As análises espectroscópicas por FTIR revelaram aumento na intensidade das bandas aromáticas (900–700 cm⁻¹, 3100–3000 cm⁻¹) com o aumento da VRr%, enquanto as bandas associadas a cadeias alifáticas (3000–2800 cm⁻¹) são mais intensas em carvões de rank mais baixo. Os dados sedimentológicos, geoquímicos e petrográficos indicam variações no nível de base e nas paleotemperaturas ao longo da área estudada. De maneira geral, o principal fator responsável pela carbonificação dos carvões foi o soterramento.

Coal represents one of the most important resources exploited in Colombian sedimentary basins. Although Colombia holds the largest coal reserves in the South America–Caribbean region, there are still gaps in the understanding of depositional paleoenvironment, coalification processes, molecular structure, and the relationship between these factors and stratigraphy. These aspects are key to coal quality and its industrial utilization, making detailed characterization essential. The Guaduas Formation, in the Eastern Cordillera Basin, records Maastrichtian–Paleocene (K–Pg) sedimentation and reflects the tectonic transition of the basin from a back-arc type system to a foreland basin. The study area is located in the Checua–Lenguazaque Syncline, where the most representative outcrops of the Guaduas Formation are found. Proximate analyses (moisture, ash, volatile matter, and fixed carbon) indicate coals with low ash content. Organic petrography revealed a predominance of macerals from the vitrinite group (30.00–85.20%), followed by inertinite (4.60–34.40%) and liptinite (0.00–16.60%). Based on the integrated analysis of sedimentary facies and organic components, deposition is inferred to have occurred in lagoonal, tidal, deltaic, and fluvial environments under the influence of a regressive event. Random mean vitrinite reflectance (VRr%) ranged from 0.46 to 1.65, indicating paleotemperatures between 72.5 °C and 175.9 °C. Open-system pyrolysis results show that the organic matter present in the coals is mainly of types II/III and III. Gas content ranged from 6.01 ft³/ton to 55.23 ft³/ton. FTIR spectroscopic analyses revealed an increase in the intensity of aromatic bands (900–700 cm⁻¹, 3100–3000 cm⁻¹) with increasing VRr%, while bands associated with aliphatic chains (3000–2800 cm⁻¹) are more intense in lower-rank coals. The sedimentological, geochemical, and petrological data indicate variations in base level and paleotemperatures across the study area. Overall, the main factor responsible for coalification was burial.

El carbón representa uno de los recursos más importantes explotados en las cuencas sedimentarias de Colombia. Aunque Colombia posee las mayores reservas de carbón en la región de América del Sur y el Caribe, aún existen vacíos en la comprensión del paleoambiente, los procesos de carbonificación, la estructura molecular y la relación entre estos factores y la estratigrafía. Estos aspectos son clave para la calidad del carbón y su utilización industrial, lo que hace esencial su caracterización detallada. La Formación Guaduas, en la Cuenca de la Cordillera Oriental, registra la sedimentación del Maastrichtiano–Paleoceno (K–Pg) y refleja la transición tectónica de la cuenca de un sistema tipo retroarco a una cuenca de antepaís. El área de estudio se encuentra en el Sinclinal de Checua–Lenguazaque, donde se hallan los afloramientos más representativos de la Formación Guaduas. Los análisis próximos (humedad, ceniza, materia volátil y carbono fijo) indican carbones con bajo contenido de cenizas. La petrografía orgánica reveló un predominio de macerales del grupo de la vitrinita (30,00–85,20%), seguido por inertenita (4,60–34,40%) y liptinita (0,00–16,60%). Con base en el análisis integrado de facies sedimentarias y componentes orgánicos, se infiere que la depositación ocurrió en ambientes lagunares, mareales, deltaicos y fluviales bajo la influencia de un evento regresivo. La reflectancia media aleatoria de vitrínita (VRr%) varió entre 0,46 y 1,65, lo que indica paleotemperaturas entre 72,5 °C y 175,9 °C. Los resultados de pirólisis en sistema abierto muestran que la materia orgánica presente en los carbones es principalmente de los tipos II/III y III. El contenido de gas varió entre 6,01 ft³/ton y 55,23 ft³/ton. Los análisis espectroscópicos por FTIR revelaron un aumento en la intensidad de las bandas aromáticas (900–700 cm⁻¹, 3100–3000 cm⁻¹) con el incremento de la VRr%, mientras que las bandas asociadas con cadenas alifáticas (3000–2800 cm⁻¹) son más intensas en carbones de menor rango. Los datos indican variaciones en el nivel de base y en las paleotemperaturas a lo largo del área de estudio. En general, el principal factor responsable de la carbonificación fue el enterramiento.