The Icaiche Formation: Major contributor to the stratigraphy, hydrogeochemistry and geomorphology of the northern Yucatán peninsula, Mexico

Abstract

espanolLa Formacion Icaiche Paleoceno-Eoceno aflora en la zona sur de los estados mexicanos de Yucatan, Campeche y Quintana Roo. Abarca mas de 10000 km2 y se caracteriza por capas de depositos de yeso. Esta formacion ha sido poco estudiada ya que el afloramiento se presenta en un area con limitado acceso, limitada poblacion y reducida actividad economica. Estas circunstancias estan directamente relacionadas con la presencia de sulfato disuelto en el agua subterranea, consecuencia de la erosion y disolucion de los depositos de yeso de la Formacion que afectan las condiciones quimicas del agua util, generando poco interes de la poblacion por establecerse en esta zona. La Formacion Icaiche ocupa una zona considerable del area fisiografica conocida como Region Interior Elevada (Elevated Interior Region [EIR]) de la Peninsula de Yucatan, la cual incluye terrenos ocupados por los Mayas, con cierto exito por casi dos mil anos y que fueron finalmente abandonados para el 950 CE. Estudios arqueologicos han senalado que las condiciones de apogeo en esta region se dieron cuando los mayas usaron y adaptaron las depresiones karsticas de la zona, denominadas “bajos”, como los principales suministros de agua. Incluso el aprovechamiento de los sedimentos arcillosos de la zona permitio la construccion de sistemas de almacenamiento y de transporte del agua. Sin embargo, esto no fue constante debido a la alta solubilidad del yeso que predomina en los afloramientos de la Formacion Icaiche. Esta formacion tiene influencia en las caracteristicas de permeabilidad de la zona y en las caracteristicas hidrogeologicas y geomorfologicas tanto en superficie como en las secciones no afloradas de la Formacion. Sin embargo, su importancia no ha sido reconocida ni la hidrogeoquimica que puede presentar los flujos subterraneos en la Peninsula de Yucatan. En este trabajo se propone que la disolucion del sulfato de calcio (yeso) seguida por los procesos de colapsos karsticos generaron: 1) la formacion de poljes (depresiones karsticas elongadas que se presentan como valles cerrados) que aparecen en las margenes este y oeste de la EIR; 2) la formacion de geoformas karsticas profundas que se presentan en la zona norte-central del estado de Yucatan; y 3) la formacion de las irregularidades (extensive brecciation of rock), asi como la variacion hidrogeoquimica de los flujos subterraneos en la margen este de la EIR (entre Lago Chicancanab y la Formacion Felipe Carrillo Puerto en Quintana Roo. Asi mismo, se sugiere que los sedimentos arcillosos formados durante los procesos de erosion de la Formacion Icaiche y su posible mezcla con depositos de silice del impacto del Chixchulub pudieron afectar la permeabilidad de las rocas sedimentarias de origen marino del post-Eoceno, posiblemente incluyendo las facies locales de la Formacion Felipe Carrillo Puerto que se presentan en el margen sureste de la Peninsula. Lo anterior resulto en un material con baja permeabilidad para la zona sur de la parte mexicana de la peninsula de Yucatan comparada con la zona norte cuya permeabilidad permite la presencia del lente de agua dulce que se superpone a la intrusion salina. EnglishThe Paleogene-Eocene Icaiche Formation, which contains bedded gypsum deposits that cover an estimated minimum area of 10000 km2, is located in the southern parts of the Mexican states Yucatan, Campeche and Quintana Roo. The formation has been little studied because it crops out in an area with limited access, few people, and little economic activity. Low population density is a consequence of the sulfate-contaminated water that is produced during weathering and dissolution of the gypsum deposits in the formation. The Icaiche Formation occupies a considerable part of the physiographic area known as the Elevated Interior Region (EIR) of the Yucatan Peninsula, which encompasses a terrain that the Maya occupied with varying success for almost two millennia and finally almost completely abandoned by about 950 CE. During their tenure, the Maya survived and at times prospered in this region of unpalatable groundwater by using and adapting natural depressions (called bajos) for water supply and, somewhat later, by using abundant impermeable local clays in construction of dams and ingenious systems for water storage and transport. Because of the relatively high solubility of gypsum, the Icaiche Formation has had an outsize influence on hydrologic and geomorphic features and groundwater geochemistry beyond where it crops out and into parts of the Yucatan Peninsula where it is present in the subsurface, particularly those places where it encounters flowing groundwater. In this study, we propose that gypsum dissolution, followed by collapse of overlying rock, was important in: 1) the formation of poljes (large, partly or completely enclosed karst basins with flat floors and interior drainage) along the east and west margins of the EIR; 2) the development of deep karst in north central Yucatan state; and 3) the formation of irregular terrains, extensive brecciation of rock, and highly varying water quality in the area at the eastern margin of the EIR (between Lake Chichancanab and Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo). Argillaceous sediment released during weathering of the Icaiche Formation, perhaps mixed with siliceous components of impact deposits from the Chicxulub Impact may have affected the permeability of post-Eocene marine sedimentary rocks, perhaps including local facies of the Carrillo Puerto Formation, formed on the southeast margin of the Peninsula. The resulting rocks have markedly lower permeability than rocks of the more northerly lowlands of the Mexican portion of the Yucatan Peninsula that host a pervasive fresh water lens overlying a saline intrusion.