Primer estudio ambiental de descargas asociadas con perforaciones de gas costa afuera en la Plataforma Deltana, Venezuela*

First environmental monitoring of offshore gas drilling discharges in the Deltana Platform, Venezuela

E García^1–2*, A Cróquer², C Bastidas^{1, 2}, D Bone^{1, 2}, R Ramos²

¹ Departamento de Biología de Organismos, Universidad Simón Bolívar, Apartado 89000, Caracas 1080–A, Venezuela.

*Corresponding author.
E–mail: emgarcia@usb.ve

Received April 2010
Accepted February 2011

RESUMEN

La macrofauna bentónica de dos pozos de gas costa afuera se evaluó por primera vez en Venezuela y se correlacionó con cambios en la química del sedimento después de las perforaciones exploratorias. Para ello, se realizó un análisis de gradiente a cuatro intervalos de distancia desde el sitio de perforación hasta 1000 m del mismo. En el pozo Ballena, las muestras se recolectaron a los 15 días, 13 meses, 19 meses y 30 meses después de la perforación a 190 m de profundidad. En el pozo Cocuina, el muestreo se realizó justo antes y 15 días y 12 meses después del la perforación a 350 m de profundidad. Los patrones espaciales y temporales de las variables ambientales y bióticas se evaluaron a través del análisis de componentes principales y de escalado multidimensional. Se obtuvo un patrón temporal claro dado que las diferencias entre muestras disminuyeron con el tiempo después de la perforación. Los resultados sugieren que los ripios de perforación cambiaron inicialmente la química de los sedimentos, pero estos cambios tendieron a desaparecer aproximadamente dos años después de la perforación y fueron homogéneos a 1 km alrededor del sitio de perforación. Para un mejor entendimiento de los mecanismos de dispersión y transporte de los fluidos de perforación y ripios serían necesarios una mayor escala espacial y monitoreos más frecuentes. Este estudio provee datos de línea base y constituye una primera descripción de las escalas temporales y espaciales relevantes para evaluar los efectos potenciales de desechos químicos asociados a la industria de exploración de gas costa afuera en Venezuela.

ABSTRACT

The benthic macrofauna of two Deltana Platform offshore gas wells was assessed for the first time in Venezuela and correlated with changes in sediment chemistry after exploratory perforation. A gradient analysis was performed at four distance intervals from the perforation site to 1000 m away. At the Ballena well, samples were collected 15 days, 13 months, 19 months, and 30 months after the perforation at 190 m depth. At the Cocuina well, sampling occurred immediately before, and 15 days and 12 months after the perforation at 350 m depth. Principal component analysis and multidimensional scaling were used to assess spatial and temporal patterns of environmental and biotic variables. The temporal pattern was clear, as differences between samples decreased with time after perforation. The results suggest that drilling muds initially changed the chemistry of sediments, but that these changes apparently disappeared approximately two years after perforation and were homogenous at a spatial scale of up to 1 km from the perforation site. A larger spatial scale and more frequent monitoring would be necessary to further understand the potential mechanisms underlying the dispersion and transportation of drilling fluids and muds. This study provides baseline data and the first description of the relevant spatial and temporal scales for monitoring the potential effects of chemicals associated with the exploration of offshore gas in Venezuela.

Key words: drilling fluids, drilling muds, gas exploration, sediment chemistry, soft–bottom communities.

INTRODUCCIÓN

La cuenca del Orinoco (Venezuela) es una de las más grandes reservas de crudo y gas natural (http://statoilhydro.com/en/ouroperations). La exploración de gas costa afuera en la plataforma venezolana representa una creciente industria muy rentable dado que las reservas probadas para 2008 alcanzaron 150 mil millones de pies cúbicos (http://www.avhi.org). Esto ha atraído muchas petroleras transnacionales, las cuales junto a la compañía estatal Petróleos de Venezuela (PDVSA) han comenzado recientemente la exploración de gas en la plataforma venezolana.

La expansión rápida de la industria de gas en Venezuela podría producir, potencialmente, efectos negativos sobre las comunidades marinas (e.g., Gray et al. 1999), especialmente en ecosistemas de aguas profundas (Breuer et al. 2004). Durante la perforación, se usan fluidos sintéticos o base agua para facilitar la perforación con taladros mecánicos, y su descarga comúnmente incrementa los niveles de contaminación en sedimentos cercanos a las plataformas y/o cambia la granulometría o las tasas de sedimentación (Olsgard y Gray 1995). Los fluidos se mezclan con el material perforado formando el ripio, el cual es liberado a la columna de agua de acuerdo con las regulaciones internacionales (USEPA 2003, OSPAR 2004) y dispersado por varios kilómetros conjuntamente con sus desechos (e.g., hidrocarburos, cadmio [Cd], bario [Ba], barita [BaSO4] y mercurio [Hg]). Dependiendo de la concentración de los xenobioticos en los ripios, se pueden producir efectos letales y subletales en los organismos de fondos blandos y, consecuentemente, en las comunidades bentónicas (Holdway 2002, Neff 2005, Terlizzi et al. 2008).

Las comunidades bentónicas pueden ser usadas para monitorizar los efectos de la perforación de gas y petróleo debido a que muchos de sus organismos son sésiles o tienen movilidad limitada y responden rápidamente a los disturbios mecánicos (i.e., perforación y enterramiento por sedimento) y químicos (Gray et al. 1990, Currie y Isaacs 2005). Por tanto, las comparaciones a través del tiempo de la composición biológica y química de las comunidades de fondos blandos, así como en un gradiente espacial desde el sitio de perforación (e.g., Gray et al. 1990, 1999), son necesarias para desarrollar programas de monitorización de la explotación costa afuera de petróleo y gas en Venezuela. Dado que la mayoría de las evaluaciones de impacto de las perforaciones de petróleo y gas han sido en el Mar del Norte (e.g., Olsgard y Gray 1995), Mediterráneo (e.g., Terlizzi et al. 2008) y Golfo de México (e.g., Wilson–Ormond et al. 2000), este estudio permitiría iniciar la base de datos para Venezuela y contribuir con la de la fachada Atlántica en Suramérica (Pozebon et al. 2005, 2009; Santos et al. 2009).

Para la evaluación de impactos potenciales de la exploración y explotación de gas en un país con una rápida expansión de dichas actividades, en este trabajo se planteó:

(1) evaluar los cambios en la química y en la comunidad bentónica de sedimentos de agua profunda en dos pozos costa afuera en la Plataforma Deltana, donde las exploraciones de perforación de gas de Venezuela se están llevando a cabo; y

(2) determinar si los cambios en las comunidades bentónicas se asocian con cambios en la química del sedimento.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

La Plataforma Deltana está localizada en la costa este de Venezuela y se extiende unos 17,185 km², de los cuales 5618 km² son ambientes costeros, 5121 km² neríticos y 6446 km² oceánicos (Martín y Bone 2007). La zona oceánica profunda de la Plataforma Deltana (100–400 m) está dividida en cinco bloques, cada uno con reservas probadas de gas en el orden de cuatro mil millones de pies cúbicos. Los sitios de estudio Ballena (profundidad 350 m) y Cocuina (profundidad 190 m) son, junto con Orca, los pozos más importantes del bloque 4 (fig. 1a, b), asignados a Statoil en 2003 (http://statoilhydro.com/en/ouroperations/). Éste es uno de los bloques otorgados por el gobierno venezolano a compañías petroleras trasnacionales para la exploración y explotación de gas costa afuera.

Diseño de muestreo

Los cambios temporales y espaciales en la granulometría y química de los sedimentos y en la abundancia de la macrofauna bentónica en los pozos Ballena y Cocuina fueron evaluados con un análisis de gradiente. En cada pozo, las muestras de sedimentos se recolectaron con un nucleador de caja de 0.20 m² en diez sitios, como se muestra en la figura 1. En cada sitio se realizaron de dos a tres lances con el fin de obtener réplicas independientes para los análisis químicos y del macrobentos. Para poder comparar las muestras químicas y biológicas, las réplicas se agruparon de acuerdo con cuatro intervalos de distancia desde el sitio de perforación: (1) cerca, 0–150 m; (2) intermedio, 150–250 m; (3) intermedio–lejos, 250–650 m y (4) lejos, 650–1000 m; siguiendo un patrón radial. En Ballena, las muestras se recolectaron a los 15 días (T1, agosto de 2005), 13 meses (T2), 19 meses (T3) y 30 meses (T4) después de la perforación. En Cocuina, las muestras se recolectaron antes (T0, julio de 2006) y 15 días (T1, enero de 2007) y 12 meses (T2) después de la perforación.

Análisis estadísticos

Los análisis estadísticos se enfocaron en detectar: (1) los patrones espaciales y temporales en la granulometría y química del sedimento y en la abundancia de la macrofauna, y (2) correlaciones entre la abundancia de los organismos y cambios en la química del sedimento (Clarke y Warwick 2001). Para el primer enfoque se usaron análisis de componentes principales (ACP) con las variables normalizadas; a cada replica se le restó la media y se dividió entre la desviación estándar. Se utilizaron gráficos draftsman para eliminar variables altamente correlacionadas (p > 0.9) que fuesen redundantes en el análisis y para decidir las transformaciones más apropiadas en caso de ser necesarias. Se hizo un ACP para cada sitio considerando todos los tiempos e intervalos de distancia, y luego se hizo para cada tiempo si se observase algún patrón temporal. Se usó un análisis de similaridades (SIMPER) basado en distancias euclídeas para estimar las distancias entre muestras como una medida de disimilitud y la contribución de cada variable ambiental a esta disimilitud.

Para detectar los patrones temporales y espaciales de la abundancia de organismos en Ballena y Cocuina se usó un escalado multidimensional no métrico (NMDS, por sus siglas en inglés), basada en disimilitudes de Bray–Curtis y en datos transformados logarítmicamente (x + 1). Se utilizó un SIMPER basado en el índice de Bray–Curtis para evaluar cuáles taxones explicaban mejor las diferencias entre muestras particulares. La correlación entre la abundancia de organismos y la química del sedimento se puso a prueba con BEST (BioEnv), una rutina que encuentra la mejor combinación de variables que explica los patrones de abundancia del macrobentos (Clarke y Warwick 2001). Este análisis se realizó considerando todos los tiempos e intervalos de distancia, e individualmente para cada tiempo cuando se observó un patrón temporal claro. Todos los análisis se hicieron con PRIMER 6.

RESULTADOS

Cambios en la textura y química del sedimento

Los sedimentos en Ballena estuvieron dominados por limo (90–95%, tabla 1) y presentaron características químicas similares independientemente de su distancia al sitio de perforación (fig. 2). Sin embargo, se observó un patrón temporal con respecto a la composición química del sedimento debido a que se agruparon las muestras de cada periodo (fig. 2). Aunque apenas se correlacionaron entre sí (fig. 2), TRPHs, TOG, PAHs y AHs fueron las variables que mejor explicaron los cambios temporales en la química del sedimento en Ballena (fig. 3a–d). Los TRPHs y varios metales (Al, Hg, Zn y Cd) se correlacionaron positivamente con las fracciones finas y con el contenido de TOC (fig. 2). La mayor diferencia entre los tiempos de muestreo se encontró entre T3 y T4 (tabla 2), explicada principalmente por la concentración de AHs mayor en T3 que en T4 (fig. 3d) y una concentración de TOG más baja en T3 que en T4 (fig. 3b); T1 y T2 difirieron principalmente en las concentraciones de PAHs, siendo mayores en T2 (fig. 3c).

Cambios en la macrofauna bentónica

En ambos pozos, la comunidad bentónica estuvo compuesta principalmente por poliquetos, bivalvos, gastrópodos, peracáridos, nemertinos, cirripedios, anémonas, foraminíferos, equinodermos, sipuncúlidos, oligoquetos y nemátodos. Los poliquetos fueron dominantes (55–60% de los organismos) a todas las distancias y durante todos los tiempos de muestreo. Los bivalvos (24–26%) y sipuncúlidos (8–10%) siguieron en abundancia. La abundancia de los organismos fue similar espacialmente (NMDS no mostrado); sin embargo, se observaron patrones temporales claros para ambos pozos. En Ballena, hubo una disminución dramática en la abundancia de la comunidad bentónica en T2 (ejemplificado en fig. 6), seguido de un lento recobro en T3 y T4. Las disimilitudes fueron máximas (100%) entre T2 y T3 y entre T2 y T4, mientras que la disimilitud más baja (49.1%) se observó entre T3 y T4 (tabla 3). Estas disimilitudes entre tiempos de muestreo estuvieron explicadas principalmente por los cambios en la abundancia de poliquetos y bivalvos (62–89% y 4–20%, respectivamente; tabla 3).

En Cocuina, la disimilitud más alta en la abundancia de fauna se presentó entre T0 y T1 (tabla 3). Aquí, la abundancia de cada taxón rara vez superó los tres individuos por muestra, sin importar la distancia al sitio de perforación o el tiempo de muestreo. Sin embargo, los poliquetos dominaron la comunidad y fueron los que mejor explicaron las diferencias entre tiempos (56–61%, tabla 3).

Asociaciones entre las variables ambientales y biológicas

En Ballena se encontró una correlación significativa entre los patrones de abundancia de los organismos y los cambios en la química del sedimento sólo cuando todos los tiempos se consideraron dentro del análisis (p = 0.61, P = 0.001, tabla 4). La variable que mejor explicó la abundancia de los organismos fue PAHs, y esto no mejoró con ninguna otra combinación de variables (tabla 4). La correlación entre variables ambientales y abundancia de organismos se ilustra con el aumento de PAHs en T2 (fig. 3 c) y la concomitante reducción de poliquetos (fig. 6). El recobro de la abundancia de poliquetos coincidió con una disminución de los niveles de PAHs en T3 y T4 (fig. 6). En Cocuina, los datos bióticos y ambientales no estuvieron correlacionados (p = 0.26, P = 0.5) debido a que la química del sedimento varió entre tiempos (fig. 4), mientras que la abundancia de organismos fue consistentemente baja durante todo el estudio.

DISCUSIÓN

El presente estudio evaluó la química de sedimentos oceánicos profundos y la abundancia de la macrofauna bentónica en dos pozos de gas durante la perforación exploratoria en el Atlántico venezolano. En general, la química de los sedimentos fue similar hasta 1 km desde el sitio de perforación, lo que sugiere una dispersión homogénea de los ripios en esta escala espacial. Los cambios mayores en la química de los sedimentos fueron temporales y podrían estar asociados con las actividades de perforación. De este modo, los ripios podrían ser transportados constantemente dado que la concentración de sus trazas químicas en el sedimento disminuyó con el tiempo. En Cocuina, estos cambios temporales pudieran estar fácilmente asociados a las descargas de los ripios debido a que las muestras se tomaron antes y después de la perforación, mientras que en Ballena existe la limitación de que las muestras sólo se recolectaron después de la perforación. Adicionalmente, en Ballena se derramaron fluidos con base sintética cuatro meses antes de la perforación (además de los fluidos base agua que se utilizaron posteriormente), lo cual confunde las posibles fuentes de contaminantes que afectaron la química del sedimento a través del tiempo en este pozo. Una combinación de factores podría estar afectando la dispersión y cambios temporales de los desechos de perforación en Ballena y Cocuina. Se ha demostrado que los procesos oceanográficos, la topología del océano, las características del sedimento, los disturbios bióticos y el tipo de fluido de perforación son variables que afectan la dispersión de los contaminantes (e.g., Lindstrom y Braddock 2002, Neff 2005) y por lo tanto requieren de discusión.

Ballena y Cocuina son pozos profundos (190–350 m) y los procesos oceanográficos dominantes a esas profundidades aún son poco conocidos para esas localidades. Sin embargo, estimaciones in situ de la velocidad de las corrientes superficiales muestran que las masas de agua se mueven relativamente rápido (1.8–2.0 km h^–1). Considerando que los ripios en ambos pozos se descargaron en aguas más someras, las corrientes superficiales los pudieron haber transportado varios kilómetros antes de depositarse (e.g., Breuer et al. 2004), lo cual explicaría la ausencia de patrones espaciales en la escala de este estudio.

De 90% a 95% de los sedimentos en Ballena y Cocuina estuvieron compuestos por limos con niveles moderados de TOC, lo cual podría explicar la presencia y probable acumulación de metales y compuestos hidrofóbicos derivados de las actividades de perforación exploratoria (e.g., Horowitz y Elric 1987). Sin embargo, una fracción limosa contaminada en los sedimentos superficiales puede ser reemplazada por materia en suspensión menos contaminada (Laane et al. 1999). Esto es particularmente posible en la plataforma continental del Delta del Orinoco donde las tasas de sedimentación son unas 86.3 × 10⁶ t al año (Bonilla et al. 1993).

El tipo de fluido usado en la perforación es quizás el factor antropogénico más importante que afecte la dispersión espacial y temporal de los ripios. Los fluidos de base sintética tienen una capacidad de dispersión muy limitada, mientras que los fluidos base agua normalmente presentan gran capacidad de dispersión. Por tanto, el uso de fluidos base agua para las perforaciones en Ballena y Cocuina podría explicar la dispersión amplia de los químicos sobre la escala espacial evaluada. La composición de los ripios es altamente variable pero muchos metales (Ba, Ag, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V y Zn) y químicos (BaSO4, PAHs y compuestos alifáticos) siempre están presentes. Aunque algunos de estos metales se detectaron en Ballena y Cocuina (e.g., Ba, Al, Cr), otros permanecieron por debajo del límite de detección (e.g., Hg, Zn, V). Asimismo, muchos de estos metales (e.g., Ba, Al) se encuentran de manera natural en el fondo oceánico, por lo que los factores de enriquecimiento proveen un indicador más efectivo de los compuestos residuales de origen antropogénico (Breuer et al. 2004). La Plataforma Deltana es un área sedimentaria sujeta a la deposición de metales pesados como el Ba, Fe y Al (Alfonso et al. 2006) debido a la gran escorrentía. Sin embargo, en los pozos costa afuera Ballena y Cocuina, los factores de enriquecimiento por metal fueron consistentemente bajos (datos no mostrados), dentro de límites aceptables y aun por debajo de lo reportado para otras áreas con perforaciones extensivas de hidrocarburos y gas, como el Golfo de México (Neff 2005). Este resultado no es inesperado considerando que Ballena y Cocuina son los primeros pozos exploratorios de la Plataforma Deltana.

Usando como referencia los niveles registrados para sedimentos de aguas someras de la Plataforma Deltana (Martín y Bone 2007), el Ba fue el único metal tres veces más abundante en Ballena y Cocuina (34–37 ppm vs 69–99 ppm), pero similar a lo encontrado en otros estudios (1–2000 ppm, ver revisión en Neff 2005). Otros metales traza asociados a ripios (e.g., Cr, Hg, Pb, Zn) mostraron bajas concentraciones en Ballena y Cocuina comparados a los niveles esperados en áreas con extensiva perforación para hidrocarburos o gas. Las concentraciones de TRPHs fueron tres órdenes de magnitud mayores en Ballena (4464 ppm) y Cocuina (2995 ppm) comparadas con los niveles promedio en la Plataforma Deltana (4–9 ppm). De forma similar, las concentraciones totales de PAHs fueron un orden de magnitud mayor en Ballena (0.04 ppm) y Cocuina (0.02 ppm) comparado con el nivel promedio encontrado en la Plataforma Deltana, el cual rara vez excedió los límites de detección (i.e., 0.001 ppm; Martín y Bone 2007).

En Ballena y Cocuina la macrofauna fue muy similar en términos de composición; los poliquetos, bivalvos y sipuncúlidos fueron los taxones dominantes, al igual que se ha observado en otros estudios (Sanders y Hessler 1969, Terlizzi et al. 2008). De forma similar, en la Plataforma Deltana el grupo de los poliquetos fue el más conspicuo (40–60% de la abundancia), seguido por el de los crustáceos, los nematodos y los bivalvos, entre otros taxones (Bone et al. 2007, Martín y Bone 2007). En Ballena, la reducción en la abundancia de los organismos coincidió con el aumento de PAHs en T2, lo cual se sustenta con el hecho de que la variable PAHs es la que mejor explica la correlación entre la química de los sedimentos y la abundancia de la macrofauna. Posteriormente, la abundancia de la macrofauna mostró un ligero recobro en T3 y T4 a medida que el nivel de PAHs se redujo. El recobro de la abundancia fue desigual entre taxones dado que los poliquetos parecieron responder mejor a este tipo de disturbio químico. Estos organismos son reconocidos por su eficiente respuesta ante la contaminación mediante la activación de enzimas detoxificantes (Snyder 2002) y, por ser oportunistas, son capaces de monopolizar el sustrato bajo condiciones poco favorables (Grassle y Grassle 1974).

CONLCUSIONES

La composición química y la abundancia de la macro–fauna en sedimentos oceánicos profundos de dos pozos de la Plataforma Deltana cambiaron temporalmente en un periodo de 30 meses después de la perforación. En Cocuina las muestras más disímiles fueron aquellas recolectadas justo después (15 días) de las descargas de ripios comparadas. Los desechos se dispersaron homogéneamente, tanto en Ballena como en Cocuina, hasta 1 km desde el sitio de perforación en ambos pozos, lo que indica que la escala espacial debe incrementarse y deben incluirse sitios de referencia para evaluar eficientemente la dispersión de ripios. Este estudio provee datos de línea base y constituye la primera descripción de las escalas espaciales y temporales relevantes para evaluar la dispersión potencial de los desechos químicos de la exploración de gas en Venezuela. La información reportada en este trabajo será usada para mejorar programas de monitorización de la exploración y explotación de gas costa afuera en Venezuela, y es de gran valor considerando el gran potencial de esta área para este tipo de explotación.

AGRADECIMIENTOS

Quisiéramos agradecer a StatoilHydro Enterprise por proveer los fondos para este proyecto y a INTECMAR–USB por permitir el uso de los datos (proyecto 026–1942, Statoil– Hydro–INTECMAR–USB). Agradecemos a E Contreras (Statoil) por el seguimiento de este proyecto y a O Farina (INTECMAR) por realizar y supervisar el análisis químico de sedimentos, y por producir los reportes técnicos correspondientes. También agradecemos a la tripulación de los buques oceanográficos Hno. Ginés y Guaquerí II su asistencia logística en el campo. K Flynn, S Williams y F Osborn hicieron comentarios y ediciones muy valiosas que mejoraron el manuscrito y su versión en inglés.

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NOTA

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