ppi 201502ZU4659
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ISSN 0254-0770 / Depósito legal pp 197802ZU38
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
Una Revista Internacional Arbitrada
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• Periódica
• Actualidad Iberoamericana
DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
REVISTA TÉCNICAREVISTA TÉCNICA
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
VOLUMEN 43 MAYO - AGOSTO 2020 NÚMERO 2
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, 89-97
1D Basin Modeling of crude oil Generation And Expulsion in

Díaz González, José G.1 , Escobar Navarro, Marcos E.2, 3
1PDVSA-Maracaibo-Exploración Occidente, Edif. Exploración y Producción. Av. 5 Julio Maracaibo 4002,
Venezuela.
2Postgrado de Geología Petrolera, Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia, Maracaibo 4002A, Venezuela.
3CARBOZULIA, Av. 2, No. 55-185, Casa Mene Grande, Maracaibo 4002, Venezuela.
https://doi.org/10.22209/rt.v43n2a05
*Autor de Correspondencia: diazjgt@pdvsa.com, escomar24@gmail.com
Recepción: 23/05/2019 | Aceptación: 17/03/2020 | Publicación: 01/05/2020

The main purpose of this research was to evaluate the opportunities for exploration located in the Urdaneta Oeste

to simulate the processes of crude oil generation and expulsion. The objectives includes; determining and quantifying

                   
modeling, four exploratory opportunities located northwest of Urdaneta Oeste fault (hanging wall) and on the whole eastern

Rio Negro, Apón and Socuy Member levels where the oil generation and expulsion conditions were favorable.
Keywords:
Modelado de cuenca 1D de generación y expulsión de


Resumen
Se evaluaron las oportunidades exploratorias ubicadas en el campo Urdaneta Oeste, costa occidental del lago
de Maracaibo, Venezuela. Para ello, fue realizado el modelado de cuenca 1D, el cual simula los procesos de generación
                

roca madre. Para ello, se utilizó la aplicación Basin Mod. Como consecuencia del modelado geoquímico 1D, se determinaron
cuatro oportunidades exploratorias localizadas en la zona noreste (bloque levantado) de la falla Urdaneta Oeste y todo el


para la generación y expulsión de hidrocarburos.
modelado de cuenca 1D; campo urdaneta oeste; cretáceo; lago de maracaibo; oportunidades exploratorias.
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
90 Diaz y Escobar
Introducción
El modelado geoquímico consiste en un conjunto
de métodos que aplican algoritmos matemáticos a datos
geoquímicos, geológicos y geofísicos con la finalidad de
reconstruir la historia de una cuenca y así determinar, sí en
el pasado, se dieron las condiciones para la formación de un
sistema petrolero [1-2]. El Cretáceo en la costa occidental
del lago de Maracaibo, específicamente en el campo
Urdaneta Oeste (Figura 1), representa una importante
oportunidad de negocios para la industria petrolera. En
épocas anteriores, los objetivos exploratorios de este
campo y otros cercanos, se orientaron hacia la explotación
del petróleo presente en areniscas de la Formación Misoa
del Eoceno [3-5], consiguiendo en la mayoría de los casos
volúmenes de producción rentables en estos yacimientos
maduros. Por su parte, la necesidad de contar con nuevas
reservas de crudos livianos y medios, ha hecho del
Cretáceo un horizonte esencial en cuanto a la definición
de prospectos de hidrocarburos, y la planificación de las
actividades para su exploración [6].
Vista la carestía de estudios concluyentes en tal
sentido para el campo Urdaneta Oeste [7-9], se propuso
la aplicación en este yacimiento, del modelaje de cuencas
en una dimensión (1D), utilizando el software Basin Mod
(versión 11.0) en tres pozos (X, Y y Z), ubicados en el
área de estudio (Figura 1). El modelado 1D proporciona
información de los tiempos de generación y expulsión de
petróleo, además de los tipos de hidrocarburos generados
(líquidos y/o gaseosos) [2] y la tasa de transformación, la

[10]. Este ejercicio no solo disminuyó la incertidumbre
exploratoria, sino que condujo a proponer cuatro nuevos
prospectos exploratorios para el campo evaluado.
Marco Geológico
Las principales rocas madres de petróleo en el
área de estudio, son la Formación La Luna y, en menor
extensión, el Miembro Machiques de la Formación
Apón (ambas del Cretáceo) [11], aunque otras unidades
podrían generar petróleo en mucha menor proporción
[12]. Otros campos petroleros en el sector occidental del
Lago de Maracaibo, tales como Urdaneta Oeste, García,
Ambrosio, Alturitas, Alpuf y Boscán-Los Claros, poseen
sus principales acumulaciones de petróleo en areniscas
fluvio-deltáicas de la Formación Misoa (Eoceno), y calizas
del Grupo Cogollo (Cretáceo) [13]. La Figura 1, mapa de
ubicación de los pozos, incluye la columna estratigráfica,
los elementos del sistema petrolero y un marco tectónico
simplificado. Un resumen de la estratigrafía de la zona de
trabajo, y la evolución tectónica de la Cuenca del lago de
Maracaibo, pueden ser revisados en Díaz [14].
Figura 1. Área de estudio. (A) Ubicación de los pozos
X, Y, Z y fallas principales, Urdaneta Oeste y Urdaneta.
(B) Columna estratigráfica para el Cretáceo y Terciario,
elementos del sistema petrolero, y situación tectónica
temporal, simplificada.
Los dos principales elementos estructurales
que afectan el área de estudio (Figura 2) son, la falla
inversa-transcurrente sinestral Urdaneta Oeste como
estructura principal, con dirección N45°E, divide al campo
Urdaneta en dos bloques, uno elevado hacia el NO y el otro
deprimido hacia el SE; y la falla Urdaneta (también llamada
Urdaneta Este), una extensa falla transpresiva sinestral de
orientación N30ºE y alto ángulo de buzamiento hacia el SE,
cuyo salto estructural disminuye hacia el norte [15-16].
En el bloque elevado se encuentra el anticlinal Urdaneta,
limitado al SE por la falla Urdaneta Oeste, con fallado
normal hacia la cresta; el bloque deprimido muestra un
monoclinal con buzamiento hacia el SE en las formaciones
Río Negro, La Luna y Colón (Cretáceo) mientras que
para la discordancia eocena, se observó un cambio en la
dirección del buzamiento hacia el SO [15-16], lo que se
atribuye al basculamiento de la cuenca producido por el
levantamiento de la Cordillera Andina y la Serranía de
Perijá, en el Mioceno [17-18]. En la Figura 2, se observa
sobre el bloque deprimido, el corredor de fracturas y el
denominado «Boomerang de Gamarra”, representando
áreas favorables para la acumulación de hidrocarburos en
las calizas del Cretáceo [19]. Las interpretaciones sísmicas
3D de la geometría y secuencia de estructuras en el bloque
Urdaneta Oeste [15-16], en términos de las elucidaciones
de los cubos sísmicos tomados en esta área, fortalecieron
la postulación de nuevos prospectos exploratorios, en
función de los resultados del modelaje 1D, que serán
descritos a continuación.
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
91
Modelado de cuenca 1D de generación y expulsión de petróleo
Figura 2. Estructura del campo Urdaneta Oeste. Incluye
fallas principales, bloques levantado y deprimido, áreas
prospectivas, y ubicación de pozos X, Y y Z.
Metodología
El modelado 1D requiere de datos provenientes
de la literatura geológica regional [11, 17-18, 20] y local
  
y datos sísmicos [14-16]. El análisis apropiado del arreglo
geométrico secuencial de los estratos de rocas y de su cro-
   -
to de una secuencia de edades para los más importantes
eventos geológicos durante la evolución de la Cuenca del
lago de Maracaibo, incluyendo depositación, no deposita-
ción, levantamiento y erosión [11, 17-18, 20]. El modelo
geológico resultante, fue incorporado a la aplicación Basin
Mod.
El dato geoquímico más relevante para el modelo
1D es la presencia de rocas madres efectivas, incluyendo
         
térmica [21]. La roca generadora más importante en la
cuenca [12, 22-23], es la Formación La Luna del Cretáceo.
Para la evaluación de las rocas madres prospectivas, y
construcción de diagramas de variación de información
geoquímica respecto a la profundidad, se tomaron
muestras de ripios, núcleos de perforación y de pared del
Eoceno, Paleoceno y Cretáceo en los pozos X, Y y Z, las cuales
       
y madurez térmica de la materia orgánica, información
a incorporar en la aplicación Basin Mod para realizar el
modelado 1D. Una alícuota de cada muestra de roca fue
pulverizada en un equipo Shatterbox a unas 100 mallas
(105 µm). Las determinaciones analíticas incluyeron
mediciones de Carbono Orgánico Total (COT) en un
analizador de carbono Leco C-230 [14]; pirólisis anhidra
       y petrografía
orgánica en un microscopio Zeiss modelo Axio Imager
A1, para las mediciones de la Reflectancia de la Vitrinita
(%Ro; norma ASTM D 2798-05 [25]). Los parámetros
cinéticos que se utilizaron para simular los procesos de
generación de hidrocarburos, fueron los establecidos
en la lista de referencia de Platte River Associates, Inc.
(software Basin Mod   
tipo II, cuyas propiedades se ajustan bastante bien a las
características de la Formación La Luna [26].
La reconstrucción de la historia térmica del área
de estudio, fue realizada considerando, inicialmente, la
variabilidad de flujo de calor asociado a los distintos tipos
de cuencas sedimentarias, referenciados de Allen y Allen
[27], para adaptarlos a los eventos tectónicos relacionados
a la formación de la Cuenca del lago de Maracaibo (Tabla
1), y de esta manera, obtener el estimado de flujo de
calor real. La información resultante de la aplicación
del modelo, fue calibrada con las determinaciones
del gradiente geotérmico del área de estudio [28],
construidas sobre la base de temperaturas de superficie
y de fondo de pozo, para perforaciones tanto en el campo
Urdaneta Oeste, como en otros yacimientos cercanos.
La historia térmica fue presentada en forma de gráficas
de profundidad respecto al grado de madurez térmica
       
en valores calculados de %Ro (%Rocalc) generados por
la aplicación Basin Mod, y a su vez contrastados con los
resultados de %Ro determinados sobre las formaciones
geológicas objeto de estudio.
 Secuencia y evento tectónico asociados al flujo
de calor adaptado a la formación de la Cuenca del lago de
Maracaibo. Datos tomados de Allen y Allen [27].
Secuencia Evento tectónico
Promedio de
Flujo de Calor
(mW/m2)
Jurásica Extensión > 85
Cretácea Margen pasivo 50
Cretácea tardía-
Paleocena
Transición de
margen pasivo a
margen activo
50-80
Paleocena tardía-
Oligoceno-Neógena.
Cuencas
colisionales 70
Los diagramas de soterramiento [29]
permitieron realizar interpretaciones acerca de la historia
depositacional, incluyendo tasa de sedimentación, cantidad
de levantamiento y subsidencia. Con los datos litológicos,
se calcularon las correcciones de la compactación de los
sedimentos y el flujo de calor. Además, las litologías son
representadas sobre este diagrama [1-2].
Resultados y discusión
Esta sección incluye la presentación y discusión
de los resultados del modelado geoquímico 1D. Se inicia
con las calibraciones térmicas de los pozos X, Y y Z, pre-
-
rez térmica de la Formación La Luna (Figura 3), en valores
de %Rocalc. Los cambios de pendiente observados en las
curvas de sedimentación, obedecen a los fenómenos geo-

como los espesores erosionados [6], el comportamiento
de las fallas Urdaneta Oeste y Urdaneta Este [15-16], y la
secuencia de eventos tectónicos que dominaron la evolu-
ción de la cuenca [17-18]. Resultados de %Rocalc entre 0,62
y 0,73, para las rocas madres de la Formación La Luna en
el pozo X, indican un nivel de madurez térmica en la parte
inicial de la ventana de petróleo [30], coincidiendo con lo

X para la Formación La Luna. El pozo Y se ubica en ma-
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92 Diaz y Escobar
durez tardía, con %Rocalc    
ventana del petróleo) y el pozo Z, entre 1,10 y 1,40 (gene-
ración de gas húmedo).
Figura 3. Calibración térmica de los pozos X, Y y Z.
Las franjas de colores indican distintos niveles de
maduración térmica, explicados en la correspondiente
leyenda. La barra lateral derecha, corresponde a la

predominante para cada unidad geológica, y el recuadro
de fondo azul, muestra la ubicación de cada pozo en una
sección areal del campo Urdaneta Oeste.
Adicionalmente, se presenta un mapa que mues-
tra las curvas de isogradientes geotérmicos (Figura 4),
para el área de estudio. Los valores oscilan entre 24,5°C/
-
rección SO - NE. La colisión oblicua en el Paleógeno entre
las placas del Caribe y América del Sur, con un soterra-
miento progresivo de la región noreste de la cuenca, cau-
sado por la carga litostática [17,18] ocasionó un efecto de
sobrepresión, principalmente sobre las lutitas de la For-
mación Colón [12]. Aparte, la mayor temperatura, propi-
ció la primera etapa de generación, expulsión, migración
y acumulación de hidrocarburos (cocina) sobre las rocas
madres de la Formación La Luna [12, 23]. La presencia
progresiva de nuevos fluidos, con la profundización de
la cuenca en dirección SO-NE, produjo una disminución
gradual de la conductividad térmica de las rocas, con el
consecuente incremento en el gradiente geotérmico [32],
en esta misma dirección, para un flujo de calor con pocas
variaciones laterales, en el área de estudio [14], y en la
cuenca en general [12].
Figura 4. Mapa de curvas de isogradiente geotérmico,

adyacentes.
Seguido, se presentan los diagramas de soterramiento,
profundidad respecto a edad geológica, para los pozos
X, Y y Z (Figura 5). Las curvas para cada unidad presente
      
evolución geológica de la cuenca para las perforaciones
consideradas en el modelado. Pendientes normales,
      
(a mayor inclinación, mayor tasa de sedimentación),
mientras que aquellas inversas, evidencian procesos de
levantamiento y erosión.
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93
Modelado de cuenca 1D de generación y expulsión de petróleo
Figura 5. Diagramas de soterramiento, pozos X, Y y Z.
Símbolos en la barra lateral derecha y en el recuadro de
fondo azul, ver Figura 3.
Al inicio, curvas de baja pendiente para la

tectónico de margen pasivo [17-18]. El incremento
         
Paleoceno, implica transición progresiva a una situación
tectónica de cuenca de retroarco [17-18]. A comienzos
del Eoceno, las curvas permiten apreciar un evento de
profundización importante de la cuenca. Esto ocurre en el
sentido NE [17-18], debido a la colisión oblicua de la Placa
del Caribe sobre América del Sur, resultando en el primer
gran evento de generación de petróleo (cocina) para la
Formación La Luna, durante el Eoceno temprano - medio
          
emplazamiento de las Napas de Lara. El rebote isostático
de la cuenca por el avance hacia el Este de la Placa del
Caribe, durante el Eoceno tardío [17-18], ocasionó un
evento de erosión o no depositación de carácter regional,
con cambio en el sentido de la pendiente de las curvas, en
dirección ascendente, durante el Oligoceno, en la región
bajo estudio. La sedimentación se reinicia a comienzos
del Mioceno, bajo un régimen tectónico de cuenca de
antepaís, pero a mediados de este periodo, un fuerte

nuevo basculamiento de la cuenca con hundimiento en
dirección SO (antefosa andina [17-18]), es el resultado del
levantamiento progresivo de Los Andes de Mérida [17-18].
Este evento de soterramiento, promueve la segunda cocina
de hidrocarburos para las rocas madres de la Formación
La Luna, comenzando en la región SO, y extendiéndose
progresivamente hacia el norte hasta el Reciente [12].
Estos diagramas también exhiben las etapas de madurez
térmica para la Formación La Luna, alcanzadas en los
pozos modelados. Se destaca que el X se encuentra en una
etapa inicial de ventana de petróleo, el Y en ventana tardía
y el Z en generación de gas húmedo. Estos resultados
coinciden con los de la calibración térmica, para los pozos
analizados.
El siguiente resultado a discutir, consiste en las

de la Formación La Luna en petróleo, respecto a la edad
geológica, para los tres pozos (Figura 6). Todas las curvas de

del Oligoceno, consecuencia de la primera cocina de la
Formación La Luna en la Cuenca del lago de Maracaibo
[4, 12, 17-18, 22]; la Figura 6 permite reconocer que los
pozos Y y Z alcanzaron un 99% y 100% de transformación
      
pozo X alcanzó sólo un 35% aproximadamente.
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94 Diaz y Escobar
Figura 6.
pozos X, Y y Z respecto a la edad geológica. Se muestra el
punto de inicio para la ventana del petróleo en la Fm. La
Luna.
En este caso, la ubicación de los pozos (Figura
1) es clave. El pozo X se encuentra en la región suroeste
del bloque levantado de la falla Urdaneta Oeste. En esta
parte del campo, la falla Urdaneta Oeste va perdiendo
      
tectónico (interacción entre placas del Caribe y América
del Sur) asociado a la cocina eocena de las rocas madres
de la Formación La Luna [4, 12, 17-18, 22]; por otra
parte, el gradiente geotérmico va reduciendo su valor
en esa misma dirección (Figura 4), lo cual disminuiría la

En contraposición, el pozo Y se ubica en la región noroeste

Urdaneta Este, y el pozo Z se localiza en el sureste del
bloque levantado de la falla Urdaneta Este. Los pozos Y y
Z están más cercanos al proceso regional de maduración
térmica y generación de crudo y gas (ventana del petróleo
[30]) de la Formación La Luna. Los cálculos de madurez-
TTI (Índice de tiempo-temperatura [28]) presentados por
et al. [12], permitieron concluir que ninguna roca
madre post-Jurásica ubicada dentro del área de drenaje de
la cuenca, alcanzó suficiente madurez térmica como para
poder generar petróleo antes del Eoceno. El modelado
1D posibilitó determinar los volúmenes de crudo y gas
generados por las rocas madres de la Formación la Luna,
para los tres pozos objeto de estudio. Los valores de los
parámetros geoquímicos empleados en el cálculo (índices
de hidrógeno y COT originales y presentes, eficiencia de

Para el pozo X, el modelo arrojó volúmenes calculados
de crudo, de 54.300 l/ha    
de roca), y de gas, 8,35 metros33/
         
que este pozo presentó los menores valores de tasa de
     calc, con respecto
a los restantes pozos modelados. Para los pozos Y y Z se


37,14 y 55,71 metros3     3/
     
de generación de petróleo, entre las áreas afectadas por
la falla Urdaneta Oeste (pozo X), respecto al noreste de
la falla Urdaneta Oeste (pozo Y) y el suroeste de la falla
Urdaneta Este (pozo Z).
Para cerrar, el modelado geoquímico 1D aportó
el momento geológico de la expulsión de petróleo y las
cantidades de hidrocarburos líquidos y gaseosos que
abandonaron la roca madre, expresados en unidades
de mg/g COT. Debido a que las tasas de transformación
          
y Z durante la primera cocina eocena, corresponden
aproximadamente al 100% (Figura 7), lo cual representa la
cantidad de hidrocarburos expulsados respecto a la edad
geológica (millones de años) para cada pozo, se observa
     
Eoceno. Como para el pozo X solamente hubo generación
         
(Figura 7A) permite ver una segunda barra con valores
de crudo y gas expulsados durante la cocina Mioceno-
Reciente, resultado consistente con la historia del sistema
petrolero para la Cuenca del lago de Maracaibo [4, 12, 17-
18, 22].
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
95
Modelado de cuenca 1D de generación y expulsión de petróleo
Figura 7. Edad de expulsión de petróleo y cantidad de
hidrocarburos generados, para las rocas madres de la

X, Y y Z.
    
oportunidades exploratorias denominadas Urd-1, Urd-2,
Urd-3 y Urd-4 (Figura 8), sobre la base de las siguientes
evidencias: 1. El modelado geoquímico 1D, en términos
de los resultados de generación de petróleo y tasas de
      
producción en yacimientos cretáceos cercanos (Empresa
Mixta Petroregional del Lago, por ejemplo, ubicada al
sur), lo cual podría brindar una volumetría atractiva; 3.
La geología estructural del área de estudio; los prospectos
son delimitados por fallas que cierran por buzamiento
natural; las trampas que están en el pasillo (bloque
deprimido) de las fallas inversas Urdaneta Este y Urdaneta
Oeste se presentan buzamiento arriba, lo cual favorece
el llenado de yacimientos; y, 4. El fallamiento inverso
produce, en algunas zonas del área de estudio, el llenado
de yacimientos infrayacentes desde el punto de vista

Estas cuatro oportunidades exploratorias se
ubican justamente en zonas alrededor de los pozos
      
aledañas a las fallas Urdaneta Oeste y Urdaneta (Este),
las cuales se comportarían como depósitos del tipo sweet
spots en las rocas calcáreas cretácicas [19]. Luego, toda
la información se procesa en la aplicación especializada
GAEAPAS (Geologic Analysis Exploration and Prospect
Appraisal System), como apoyo en la cuantificación de las
expectativas que pueda ofrecer el prospecto específico.
Figura 8. Mapa estructural al tope de las calizas del
Cretáceo, mostrando las localizaciones de las cuatro
oportunidades exploratorias, denominadas prospectos
Urd-1 al 4. Modificado de PGP- Urdaneta Oeste, 2019
[31].

El modelo 1D de génesis y expulsión de
       
madres cretáceas objeto de evaluación en los pozos
modelados, evidencia que se alcanzó una etapa principal
de generación, migración y acumulación de petróleo, para
la Formación La Luna, a partir del Eoceno temprano a
medio. Estas rocas madres resultaron estar en un nivel de
madurez térmica entre inicio de la ventana de petróleo y
generación de gas húmedo. Las tasas de transformación
 los pozos Y y Z, alcanzaron
valores de 90 y 100% durante el Eoceno medio-tardío. En
el pozo X, se evidenció un porcentaje de transformación del
30% como resultado de la cocina eocena, pero se registró
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
96 Diaz y Escobar
evidencias del segundo evento de generación y expulsión
de crudo y gas, durante la cocina del Mioceno-Reciente. El
Gradiente Geotérmico del área de estudio varió entre 24,5

dirección SO - NE. Finalmente, los resultados obtenidos
y las evidencias recabadas de la literatura, permitieron
proponer cuatro nuevas oportunidades exploratorias,
denominadas Urd-1, Urd-2, Urd-3 y Urd-4, lo cual rompe
los esquemas tradicionales en la exploración de petróleo,
debido a la propuesta de ubicación de localizaciones en el
bloque deprimido (graben), es decir, el pasillo en medio
de las fallas Urdaneta Oeste y Urdaneta Este, y no en los
bloques levantados (horst) de las fallas mencionadas
(Figuras 2 y 8) [7-9].
Agradecimientos
Agradecemos la colaboración de los
profesionales: Intérprete Sísmico Carlos Vargas, Geólogo
Omar Montilla, Sedimentólogo Edwin Valbuena, Analista
Técnico Zamer El Debl, Ing. de Yacimientos María Angarita,
Petrofísico Flexner Luzardo, todos de la Gerencia de
Proyectos Exploratorios Occidente de PDVSA, así como
la de los expertos que participaron en el proceso de
revisión del artículo, por brindar excelentes sugerencias y
recomendaciones que mejoraron de modo importante su
calidad y contenido.

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Esta revista fue editada en formato digital y publicada
en Abril de 2020, por el Fondo Editorial Serbiluz,
Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela
Vol. 43. N°2, Mayo - Agosto 2020, pp. 58 - 110__________________