Ichnological analysis of ancient contourites: scientific and economic implications

Abstract

Contourites, as deposits from thermohialine-induced geostrophic bottom currents, provide essential paleoenvironmental (i.e., ecological, depositional) information, especially on ocean circulation and climate change. Furthermore, the economic interest in contourite deposits has increased significantly during the last decades, being considered an important unconventional reservoir in hydrocarbon exploration. All of this determines the important advance in the knowledge of this facies, and in its application in paleoclimatology and paleoceanography research as well as in petroleum exploration. However, the recognition and characterization of ancient contourite deposits are not always an easy matter, being in most of the cases difficult to discriminate from other deep-sea facies (i.e., pelagites/hemipelagites, turbidites). Recently, ichnological approach has been revealed as a very useful tool in contourite research. On this base, this PhD Thesis focus on the ichnological analysis of ancient contourite outcrops, to advance in the characterization and differentiation of this facies, its use for palaeoenvironmental reconstructions, and its interest in reservoir characterization. With this purpose two main ancient contourite drift successions were selected: a) Late Miocene channelized clastic contourite deposits at Morocco and, b) Eocene-Miocene calcareous contourite drift deposits at Cyprus. Obtained ichnological information, including ichnofabrics and ichnofacies, allows characterization of different types of contourites, as well as its differentiation respect to hemipelagites and turbidites. In general contourites are usually characterized by high trace fossil abundance and low ichnodiversity, but significant differences occurs respect to the particular type. Specific palaeoenvironmental conditions during contourite deposition have been interpreted, showing that bottom currents played an important role on deep-sea macrobenthic community, specially providing a high nutrient supply to the seafloor. The bioturbation´s influence on petrophysical properties (i.e., porosity) of contourite deposits is also demonstrated, as exemplified with Macaronichnus trace fossil. Characterization of ichnological attributes may be a key factor for evaluating the real potential of these unconventional reservoirs. All these advances prove the usefulness of ichnology in the study of ancient contourites, supporting the ichnological approach as a tool in palaeoenvironmental, sedimentological and reservoir characterization of contourite facies.

Las contornitas, entendidas como depósitos de corrientes geostróficas de fondo termohalinamente inducidas, proporcionan información paleoambiental esencial (ecológica, deposicional), especialmente sobre la circulación oceánica y el cambio climático. Además, el interés económico por los depósitos contorníticos se ha incrementado significativamente durante las últimas décadas, siendo considerado un importante reservorio (no convencional) en la exploración de hidrocarburos. Todo ello ha conllevado un importante avance en el conocimiento de estas facies, y en su aplicación en la investigación paleoclimatológica y paleoceanográfica, así como en la exploración petrolera. Sin embargo, el reconocimiento y caracterización de antiguos depósitos contorníticos no siempre es fácil, siendo en la mayoría de los casos difícil de diferenciar frente a otras facies marino profundas (pelagitas / hemipelagitas y turbiditas). Recientemente, el análisis icnológico se ha manifestado como una herramienta muy útil en la investigación de las contornitas. Sobre esta base, la presente Tesis Doctoral se centra en el análisis icnológico de afloramientos contorníticos con el fin de avanzar en: la caracterización y diferenciación de estas facies, su uso para reconstrucciones paleoambientales y su interés en la caracterización de reservorios. Con este propósito, se seleccionaron dos ejemplos contorníticos: a) depósitos de canales contorníticos clásticos del Mioceno Superior en Marruecos y, b) depósitos contorníticos calcáreos del Eoceno-Mioceno en Chipre. La información icnológica obtenida, incluyendo las icnofábricas e icnofacies, permite caracterizar los diferentes tipos de contornitas, así como su diferenciación respecto a hemipelagitas y turbiditas. En general, las contornitas se caracterizan por una alta abundancia de trazas de fósiles y una baja icnodiversidad, pero se reconocen diferencias significativas con respecto al tipo de contornita. Se han interpretado condiciones paleoambientales específicas durante el depósito de las contornitas, lo que demuestra que las corrientes de fondo desempeñaron un papel importante sobre la comunidad macrobentónica de aguas profundas, proporcionando altas cantidades de nutrientes al fondo marino. También se ha demostrado la influencia de la bioturbación en las propiedades petrofísicas (porosidad) de los depósitos contorníticos, como se ejemplifica con la traza fósil Macaronichnus. La caracterización de aspectos icnológicos puede ser un factor clave para evaluar el potencial real de estos reservorios no convencionales. Todos estos avances demuestran la utilidad de la icnología en el estudio de contornitas, apoyando el enfoque icnológico como herramienta en la caracterización paleoambiental, sedimentológica y petrolífera de facies contorníticas.