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FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
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RED NACIONAL UNIVERSITARIA
SYLLABUS
Facultad de Ciencias y Tecnología Ingeniería de Gas y Petróleos
CUARTO SEMESTRE Gestión Académica I/2013
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UDABOL UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01
VISION DE LA UNIVERSIDAD Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de la sociedad.
SYLLABUS ESTRATIGRAFIA Y SEDIMENTACION GLG 216 GLG 206 80 4 Ing. Edwin G. Mancilla Gómez
Asignatura: Código: Requisito: Carga Horaria: Créditos: Docente:
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OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: • • • • • • •
II.
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Establecer la importancia y aplicabilidad de la Estratigrafía y Sedimentación en la Carrera de Ingeniería en Gas y Petróleo. Entregar los fundamentos de la Estratigrafía, describiendo sus unidades y clasificación de ellas y finalmente enseña el trabajo estratigráfico Interpretar la Estratigrafía y Sedimentación Desarrollar en los alumnos la capacidad para identificar e interpretar la Estratigrafía y Sedimentación como posición especial de las rocas de la corteza y comprender su significado e importancia geológica, económica y Petrolífera. Evaluar, mediante reconocimiento los diferentes sedimentos, los ambientes sedimentarios y las facies sedimentarias y asociaciones litológicas y su relación con la tectónica. Conocer los mapas estratigráficos y de sedimentación Utilizar brújulas, notaciones y GPS, en el estudio de la materia. PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA UNIDAD I: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA TEMA 1: DEFINICION, CONCEPTOS Y OBJETIVOS Generalidades 1.1.1 Introducción 1.1.2 Definición y concepto. Estratigrafía y Sedimentología. 1.1.3 Historia de la Estratigrafía 1.1.4 Objetivos de la Estratigrafía y Sedimentología 1.1.5 Relaciones con Otras Ciencias TEMA 2: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIGRAFIA 1.2.1 Principio de la Horizontalidad Original y Continuidad Lateral de los Estratos 1.2.2 Principio de la Superposición 1.2.3 Principio del Uniformitarismo o Actualismo 1.2.4 Principio de la sucesión Faunística o de la Correlación 1.2.5 Principio de la Simultaneidad de Eventos 1.2.6 La Naturaleza del Registro Estratigrafico TEMA 3: PROCESOS SEDIMENTARIOS Generalidades 1.3.1 Procesos Sedimentarios 1.3.2 Meteorización 1.3.3 Erosión • Ambiente Fluvial • Ambiente Eólico • Ambiente Glacial 1.3.4 Sedimentación 1.3.5 Litificación y Diagénesis TEMA 4: MEDIOS SEDIMENATRIOS Introducción 1.4.1 Importancia de los Medios Sedimentarios U N I V E
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1.4.2 Elementos y Factores del Medio 1.4.3 Clasificación de Medio Sedimentarios UNIDAD II: METODOS DE ESTUDIO ESTRATIGRAFICOS Y SEDIMENTOLOGICOS TEMA 5.- PROPIEDADES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Introducción 2.5.1. Antecedentes Teóricos 2.5.2. Análisis Granulométrico de Sedimentos 2.5.3. Características Texturales de Sedimentos a) Forma, Redondeamiento y Esfericidad b) Rasgos Superficiales c) Tamaño de Grano d) Selección e) Fabrica f) Relaciones entre Granos g) Orientación h) Porosidad y Permeabilidad 2.5.4. Otras Características 2.5.5. Planteamiento Metodológico a. Fase de Reconocimiento y Planteamiento b. Fase de Observación, Descripción y Sistematización c. Fase de Interpretación UNIDAD III: UNIDADES ESTRATIGRAFICAS TEMA 6.- CLASIFICACION DE UNIDADES ESTRATIGRAFICAS 3.6.1 Introducción 3.6.2. Clasificación de Unidades Estratigráficas. A. Unidades Observables A. 1. Unidades Litoestratigraficas A. 2. Unidades Bioestratigraficas B. Unidades Inferenciales B. 1. Unidades Geocronologicas B. 2. Unidades Cronoestratigraficas UNIDAD IV. ESTUDIO DE LAS DIFERENTES ROCAS SEDIMENTARIAS TEMA 7.- ROCAS SEDIMENTARIAS 4.7.1. Introducción 4.7.2.- Clasificación de Rocas Sedimentarias 4.7.3.- Texturas Deposicionales 3.1.- Rocas Clásticas 3.2.- Rocas No clásticas 3.3.- Rocas de origen químico y orgánico 4.7.4.- El Petróleo UNIDAD IV. ASOCIACIONES LITOLOGICAS TEMA 8.- ASOCIACIONES LITOLOGICAS NATURALES 4.8.1.- Introducción
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4.8.2.- Observaciones esenciales 4.8.3.- Interpretaciones de las asociaciones litológicas 4.8.4.- Asociaciones clásticas UNIDAD V: ANALISIS TECTONICO Y CUENCAS SEDIMENTARIAS TEMA 9.- ANÁLISIS TECTONICO DE CUENCAS SEDIMENTARIAS 5.9.1.- Introducción 5.9.2.- Metodología 5.9.3.- Análisis de facies 5.9.4.- Estratigrafía de secuencias 5.9.5.- Otras metodologías en el análisis de cuencas 5.9.6.- Importancia de análisis de cuencas 5.9.7.- Análisis de cuencas sedimentarias, una línea de investigación poco explorada III.- BIBLIOGRAFIA BASICA Y COMPLEMENTARIA GEOBOL. SERVICIO GEOLOGICOS DE BOLIVIA, Pereira, Bascope Gastón. La Paz Bolivia Estratigrafía y Sedimentación. Krumbein. W.C. Aloss, L.L. Hispano Americana México 1969 Los Fósiles guías de Bolivia. Index fossils of Bolivia. Branisa, Leonardo. La Paz Bolivia 1969
SERGEOTECMIN - YPFB, "Mapa Geológico de Bolivia”, 2001 Prefectura Dptal. de Oruro, “Mapa de provincias Políticas de Bolivia” 2003 INTERNET, Apuntes de Estratigrafía y Sedimentación
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IV. PLAN CALENDARIO
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ESTRATIGRAFIA Y SEDIMENTACION GLG 216
SEMANA
ACTIVIDADES ACADÉMICAS
OBSERV.
1ra.
11-mar
16-mar
Avance de materia
Tema 1
2da.
18-mar
23-mar
Avance de materia
Tema 1
3ra.
25-mar
30-mar
Avance de materia
Tema 2
4ta.
01-abr
06-abr
Avance de materia
Tema 3
5ta.
08-abr
13-abr
Avance de materia
Tema 3
6ta.
15-abr
20-abr
Avance de materia
Tema 4
7ma.
22-abr
27-abr
Avance de materia
Tema 4
8va.
29-abr
04-may
Avance de materia
Tema 5
9na.
06-may
11-may
Avance de materia
Tema 5
10ma.
13-may
18-may
Avance de materia
Tema 6
11ra.
20-may
25-may
Avance de materia
Actividades de Campo
12da.
27-may
01-jun
Avance de materia
Tema 6
13ra.
03-jun
08-jun
Avance de materia
Tema 7
14ta.
10-jun
15-jun
Avance de materia
Tema 7
15ta.
17-jun
22-jun
Avance de materia
Tema 8
16tta.
24-jun
29-jun
Avance de materia
Actividades de Campo
17ma.
01-jul
06-jul
Avance de materia
Tema 9
18va.
08-jul
13-jul
Inicio Evaluación final
19na.
15-jul
20-jul
Conclusión Evaluación final
20va.
22-jul
27-jul
Evaluación de Segundo Tueno / Cierre de Gestión
21ra.
29-jul
31-jul
Cierre de Gestión
Inicio Primera Evaluación Parcial Conclusión Primera Evaluación Parcial
Presentación de Notas Presentación de Notas
Primera Incursión Inicio Segunda Evaluación Parcial Conclusión Segunda Evaluación Parcial
Presentación de Notas Presentación de Notas
Segunda Incursión
Presentación Notas Transcripción Notas Transcripción Notas
FERIADOS 29 DE MARZO (Viernes) 01 DE MAYO (Miércoles) 30 DE MAYO (Jueves)
Viernes Santo Día del Trabajo Corpus Christi
V. CONTROL DE EVALUACIONES U N I V E
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1° evaluación parcial Fecha Nota 2° evaluación parcial Fecha Nota Examen final Fecha Nota
APUNTES
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WORK PAPER # 1
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
No. DE PROCEDIMIENTO:
No. DE HOJAS: 15
ELABORÓ: Ing. Edwin G. Mancilla Gómez
CÓDIGO: GLG 216
TÍTULO DEL WORK PAPER: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA DPTO.: Facultad de Ingeniería DESTINADO A: DOCENTES
ALUMNOS
X
ADMINIST.
OTROS
OBSERVACIONES: Ingeniería de Gas y Petróleos – ESTRATIGRAFIA Y SEDIMENTACION, Unidad I
FECHA DE DIFUSIÓN: Marzo 2013
FECHA DE ENTREGA: Marzo 2013
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UNIDAD I: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA TEMA 1: DEFINICION, CONCEPTOS Y OBJETIVOS Generalidades 1.1.6 Introducción 1.1.7 Definición y concepto. Estratigrafía y Sedimentología. 1.1.8 Historia de la Estratigrafía 1.1.9 Objetivos de la Estratigrafía y Sedimentología 1.1.10 Relaciones con Otras Ciencias Generalidades.Las ciencias de la tierra, en especial la geología tiene gran influencia en el desarrollo de la sociedad, la misma fue creciendo paulatinamente, de las aplicaciones tradicionales más conocidas como son la investigación, exploración y explotación de los recursos naturales como los minerales, petróleos a estudios completos de obtención de aguas subterráneas. Actualmente la importancia de la geología abarca en el planteamiento, diseño y construcción de las obras de ingeniería. En síntesis, el estudio de la influencia de la misma como componente fundamental del "medio físico" sobre el que se desarrollan los procesos naturales cuyo estudio ha adquirido en nuestros días una importancia extraordinaria. En nuestro caso en la carrera de Ingeniería Petrolera, las materias Geológicas juegan un papel esencial en el aprendizaje de los alumnos, porque en el transcurso de sus estudios adquieren diversos conocimientos que sirve para un buen desempeño profesional. De acuerdo a los antecedentes, “El Ingeniero Petrolero debe tener la capacidad de interpretar los datos recibidos de parte de los Geólogos, Geofísicos, Químicos y Físicos, y desarrollar métodos óptimos para el desarrollo de los yacimientos haciendo uso de todas las tecnologías que tenga al alcance.” 1.1.1 INTRODUCCION La Estratigrafía pretende conocer los fenómenos acaecidos en la superficie de la Tierra en cada momento y lugar a partir de la observación e interpretación de las rocas estratificadas. Es decir, la Estratigrafía no sólo trata de la sucesión y relaciones cronológicas originales de los estratos, sino también de su forma, distribución, composición litológica, contenido fósil, propiedades geoquímicas y geofísicas. 1.1.2 DEFINICION Y CONCEPTO ESTRATIGRAFÍA. En resumen, estudia todas las características, propiedades y atributos de las rocas “como estratos”, de la interpretación de su ambiente de formación o modo de origen y de su historia geológica. Es fútil tratar de estudiar la estructura de las formaciones sedimentarias plegadas y falladas, sin poseer un conocimiento de Estratigrafía, esa fase de la geología que trata de la secuencia en la cual las formaciones han sido depositadas. La sedimentación, que trata de la deposición de las rocas estratificadas, puede ofrecer muchas evidencias sobre los acontecimientos tectónicos en áreas a adyacentes a las cuencas en las cuales se acumula las rocas sedimentarias SEDIMENTOLOGIA Estudio de los sedimentos y su formación. Sedimentos son los depósitos que se forman a la superficie de la tierra y en el fondo del mar. La formación de sedimentos en grandes partes depende de acciones físicas y U N I V E
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químicas presentes en la transición roca -atmósfera y roca - agua. Los procesos sedimentológicos ocurren sin la acción de altas presiones y temperaturas. La sedimentología empieza con el desgaste de una roca sólida, su transporte y termina con su deposición y diagénesis como roca nueva sedimentaria. ESTRATO y LÁMINA El término estrato fue introducido en la geología por Steno en el siglo XVII como la capa de sedimentos limitada por supuperficie Horizontales con continuidad lateral y que equivale a una unidad de tiempo de depósito. (Esto sirvió para definir el principio de horizontalidad original y continuidad lateral de los estratos). Naturalmente, el concepto de estrato ha sido definido posteriormente repetidas veces, tanto desde el punto de vista geométrico como genético, pero sin llegar a mejorarlo apreciablemente. Una definición que combina ambos puntos de vista sería: “Un estrato es un nivel (generalmente tabular) de roca o sedimento, con litología homogénea o gradacional, que se depositó durante un intervalo de tiempo definido”. Un término muy relacionado con el de estrato es la LÁMINA, aunque son conceptos diferentes. Algunos autores solamente los diferencian por su espesor (inferior a 1 cm como lámina y superior como estrato). Sin embargo, otros prefieren establecer además una diferencia conceptual; la lámina está subordinada al estrato. De este modo la lámina se define como una capa de espesor inferior al centímetro diferenciada dentro de un estrato. Las láminas se ponen de manifiesto por diferencias en la composición, textura o color de la roca. La lámina es la división de orden menor posible reconocible en las rocas estratificadas.
Estratificación: Disposición en estratos de los sedimentos, rocas sedimentarias y algunas metamórficas.
Laminación: Disposición sucesiva de láminas dentro de un estrato. Puede ser: Paralela o Cruzada.
Fig. 1.- Tipos de Superficies de Estratificación
1.1.3. HISTORIA DE LA ESTRATIGRAFIA Ciencia geológica que tiene dos enfoques diferentes y complementarios: el científico, cuyo objetivo es la ordenación temporal e interpretación genética de los materiales y el aplicado, cuya finalidad es localizar recursos naturales explotables y más recientemente, contribuir a la planificación de la conservación del medio ambiente. (Vera, 1994)
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Fig. 2.- Desarrollo de la Estratigrafía a partir del siglo XVII
1.1.4. OBJETIVOS DE LA ESTRATIGRAFIA Y SEDIMENTOLOGÍA Para determinar los objetivos del Estratigrafía y Sedimentología es necesario hacer un recuento del nacimiento y desarrollo de la Estratigrafía, que se inicia con la Publicación por GRABAU (1913) del “Primer tratado de Estratigrafía” que a partir de 1917 se empiezan a utilizar los métodos radiométricos para dataciones absolutas. El desarrollo de la exploración petrolífera entre 1920 y 1940, conlleva una espectacular evolución en litoestratigrafía y análisis de cuencas, al incorporar los métodos de geología del subsuelo (sísmicos, magnéticos, etc.) y de geología marina. A partir de 1950, la evolución alcanzada por la Estratigrafía permite constatar dos tendencias, que han tenido distinto grado de aceptación: • •
Por una parte, la tendencia “clásica” (escuela francesa, europea) que sigue la línea de GIGNOUX (Géologie Stratigraphique, 1960) al dar un enfoque eminentemente histórico y agrupar en una sola disciplina la Estratigrafía, la Paleogeografía y la Geología Histórica. Por otro, la tendencia “moderna” (escuela norteamericana) con un enfoque más dinámico de análisis de facies e interpretación de la geometría de los cuerpos sedimentarios.(DUNBAR y RODGERS,1957; WELLER (1960);..., HALLAM (1981), etc. U N I V E
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Luego se este proceso se identifican los principios para finalmente poder conocer los siguientes objetivos: a.Identificación y caracterización de materiales Levantamiento de series estratigráficas con separación de tramos en función de los parámetros de las “facies”. b.- Delimitación de unidades litoestratigráficas.- En función de los criterios de polaridad vertical y lateral. c.Ordenación relativa y relaciones de las unidades.D efinidas, deduciendo la continuidad o discontinuidad de los procesos que las originaron. d.- Interpretación de la génesis de las unidades.- A partir de las facies y asociaciones de facies, definir las secuencias características y según “modelos de facies” interpretar medios de sedimentación (Sedimentología). e.- Establecimiento de la serie estratigráfica local.- Geometría de los cuerpos sedimentarios y relaciones. f.- Correlaciones de series.- A nivel de cuenca sedimentaria g.- Datación de los materiales y definición de unidades bio y crono- estratigráficas. Fig. 3.- Objetivos de la Estratigrafía
h.Análisis de cuencas.Evolución de la cuenca y marco paleogeográfico.
1.1.5. RELACIONES CON OTRAS CIENCIAS
Fig. 4.- Relaciones con otras ciencias
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UNIDAD I: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA TEMA 2: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIGRAFIA 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.7 1.2.8 1.2.9
Principio de la Horizontalidad Original y Continuidad Lateral de los Estratos Principio de la Superposición Principio del Uniformitarismo o Actualismo Principio de la sucesión Faunística o de la Correlación Principio de la Simultaneidad de Eventos La Naturaleza del Registro Estratigrafico
1.2.1 PRINCIPIO DE LA HORIZONTALIDAD ORIGINAL Y CONTINUIDAD LATERAL DE LOS ESTRATOS. Este principio, emitido por Steno, determina que los estratos en el momento de su depósito son horizontales y paralelos a la superficie de depósito (horizontalidad original) y quedan delimitados por superficies planas que muestran continuidad lateral. Existen algunas excepciones a este principio general, ya que algunos estratos se disponen paralelos a la superficie de depósito pero no totalmente horizontales, sino con una cierta inclinación original.
“Los estratos se depositan en general en una posición horizontal”
Foto 1.- Estratificación del Gran Cañón
1.2.2.
PRINCIPIO DE LA SUPERPOSICIÓN
“En una secuencia no deformada de rocas sedimentarias, cada estrato es más antiguo que el que tiene por encima y más moderno que el que tiene por debajo”
Fig. 5 Estratificación
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Planteado por Steno en el siglo XVII y desarrollado por Lehmann un siglo más tarde, determina que en una sucesión de estratos, poco o nada deformados, los más bajos son los más antiguos y los más altos los más modernos. También presenta algunas excepciones, como en discontinuidades asociadas a erosiones de materiales previos, en las que los materiales más recientes se depositan en huecos excavados en los materiales más antiguos. 1.2.3
PRINCIPIO DEL UNIFORMISMO O ACTUALISMO
Planteado por Hutton en el siglo XVIII y desarrollado por Lyell en las primeras décadas del XIX, establece que los procesos que han tenido lugar a lo largo de la Historia de La Tierra han sido uniformes y semejantes a los actuales. Las excepciones que plantea este principio son, que los procesos (incluso los actuales) no son exactamente uniformes, varían en ritmo e intensidad. Además hay organismos que pueden intervenir en los procesos sedimentarios que han ido cambiando de manera no cíclica, de acuerdo con la teoría de la evolución, y que, por tanto, el fenómeno no se puede volver a reproducir exactamente.
“El presente es la llave del pasado”. Su versión moderna es el Actualismo, (John Plafair, amigo de Hutton desde 1802): “...los ríos, las rocas, los mares y los continentes han cambiado en todas sus partes; pero las leyes que describen estos cambios y las reglas a las cuales están sujetos, han permanecido invariablemente iguales”.
Foto 2.- Paisaje de rocas sedimentarias
1.2.4
PRINCIPIO DE LA SUCESIÓN FAUNÍSTICA O DE LA CORRELACIÓN.
Este principio, planteado por Smith y Cuvier ya en el siglo XIX, establece que en cada intervalo de tiempo de la historia geológica (representado por un conjunto de estratos o por formaciones), los organismos que vivieron y que, por tanto, pudieron fosilizar, fueron diferentes y no repetibles. “La evolución biológica es un proceso irrepetible, ya que cada especie que ha vivido en el pasado durante un intervalo de tiempo nunca vuelve a aparecer”
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Fig. 6.- Especies de fósiles en los estratos
1.2.5
PRINCIPIO DE LA SIMULTANEIDAD DE EVENTOS.
Al contrario de los 3 anteriores, se trata de un principio reciente, emitido en la década de los 80 del pasado siglo. Se basa en admitir que en la naturaleza ocurrieron fenómenos normales como los vemos en la actualidad pero además otros raros y eventuales que mayoritariamente coinciden con las grandes catástrofes (por ej.: cambios climáticos, grandes terremotos, cambios en el nivel del mar, volcanes, etc.). Estos eventos pueden quedar reflejados en los estratos de muy diversas localidades y son un excelente criterio de correlación.
“Lo que corta es posterior”
Fig. 7.- Intrusión Ígnea en los estratos
1.2.6. LA NATURALEZA DEL REGISTRO ESTRATIGRÁFICO: El análisis del registro estratigráfico muestra una serie de “enigmas estratigráficos” que corresponden a procesos importantes, muy probablemente eventuales y de gran extensión de área e incluso global, que pueden tener o no registro estratigráfico. AGER (1973) en su libro “The nature of the stratigraphical record”, reúne y discute una serie de fenómenos de carácter general, con intención crítica y desmitificadora. La discusión de estos procesos “anómalos” tiene cabida en las ideas actuales del “nuevo uniformismo” (catastrofismo actualista). Los
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procesos a discusión, son: a. Independencia relativa entre sedimentación y subsidencia La mayor parte de la sedimentación, en áreas relacionadas con el continente es lateral más que vertical y no está relacionada necesariamente con la subsidencia. Asimilar espesor de sedimentos con geometría de cuenca (o viceversa) y con subsidencia, no es siempre correcto. El predominio de la acumulación lateral sobre la vertical, limita o impide la utilización de otros principios (Horizontalidad, Continuidad lateral, Sucesión faunística,..). b. El fenómeno de la persistencia de facies La extensión de algunas facies, en determinados momentos de la historia geológica, fue tan grande que hay que admitir que ciertos ambientes sedimentarios prevalecieron sobre grandes áreas de la superficie terrestre (proceso anómalo). En determinadas épocas de la historia de la Tierra, hubo ambientes sedimentarios que prevalecieron sobre zonas muy extensas de la corteza terrestre. c. La fugacidad del registro fósil Mientras que algunas facies presentan gran persistencia y extensión, no ocurre lo mismo con las especies fósiles. ¿Qué valor se debe dar a los fósiles, que nos ayudan a establecer la columna estratigráfica y datarla?. La Paleontología aporta datos que no pueden ser explicados solamente por el “uniformitarismo” (¡ el fósil fugaz!). d. Más hiatos (huecos) que registro En una serie estratigráfica el volumen de sedimentos registrado es independiente del tiempo real de sedimentación: “hay más hiatos sedimentarios que registro”. La sucesión estratigráfica en cualquier lugar de la superficie terrestre, no es más que un registro delgado y fragmentario de los grandes períodos de tiempo de la historia de la Tierra. e. Estratigrafía catastrófica Uno de los mayores avances en Estratigrafía y Sedimentología fue aceptar el concepto de “corrientes de turbidez”, que demostraban la existencia de procesos de carácter catastrófico, en contraposición con una sedimentación normal con subsidencia ¿La sedimentación en el pasado fue más rápida y esporádica que en la actualidad? f. Uniformitarismo catastrófico A la luz de los conocimientos actuales y siglo y medio después de la gran controversia “uniformismocatastrofismo”, las dos teorías se aúnan y nace el “catastrofismo actualista” (HSÚ, 1983) o “nuevo uniformismo” (BERGGREN y Van COUVERING, 1984) o “neocatastrofismo” (HALLAM, 1989 y AGER, 1993). Los eventos catastróficos pueden haber tenido más importancia que los los largos períodos de evolución gradual. g. Estratigrafía dogmática y pragmática: El registro estratigráfico, correspondiente a la historia de la Tierra, se ha dividido en una serie de unidades a partir de grandes sucesos naturales (“revoluciones”) detectables por el hombre. Estas unidades están comprendidas entre límites definidos en localidades consideradas como “tipo”. La decisión del establecimiento de los límites suele ser arbitraria, tanto si se logra por “dogmatismo” (“golden spike”), como si se hace por “pragmatismo” (votación). No se pueden tomar decisiones arbitrarias (aunque sean a mano alzada y por unanimidad), para definir límites y unidades estratigráficas. 5.- TÉRMINOS DE ESTUDIO Estratigrafía “ Ciencia geológica que trata del estudio e interpretación de todos los procesos registrados en las rocas
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sedimentarias con el fin de conocer la naturaleza, orígen y disposición de las rocas estratificadas, la correlación y la ordenación temporal, tanto de materiales como procesos “. Sedimentología “Estudio de los ambientes sedimentarios actuales, los procesos que actúan en los mismos y las características de los sedimentos en su secuencia natural, para compararlos con las secuencias antiguas y poder llegar a una interpretación paleoambiental” Paleontología; La ciencia que estudia los seres vivos de épocas pasadas con objeto de reconstruir la constitución y la forma de vida de esos animales y plantas para sí elaborar una ordenación sistemática de los mismos y una datación de su desarrollo. Tectónica: Parte de la Geología que se ocupa de la estructura de la corteza terrestre, en especial de las líneas de perturbación, plegamiento, etc., y de los movimientos que son causa del relieve superficial de la corteza (epirogénesis, orogénesis, sismos, tectogénesis) Geología estructural: Se estudia la estructura y el desarrollo de la Tierra, especialmente la parte accesible de la corteza terrestre. Magmatismo; Son las rocas de origen magmático que aparecen en el mapa Geologico de acuerdo a su génesis, edad y composición petrográfica. Petrología.- Ciencia que estudia la génesis de las rocas o petrogénesis. Fósil.- Se aplica a organismos y substancias orgánicas que se han petrificado por haber permanecido enterradas durante periodos de tiempo muy largos Edafología - Pedología.- Ciencia que se ocupa del estudio del suelo, formación, estructura, etc. Pedología. Estudia la composición de los suelos y de las propiedades; Clasificación (pedología general); génesis (pedología genética); distribución (pedología geográfica); y cultivos de los mismos. Fisiografía, es el estudio de la superficie de la tierra, para el geólogo estructural que estudia regiones de la actividad tectonica reciente, donde la topografía es una expresión bastante directa de la estructura. Aun en aquellas áreas donde la evolución tectonica ceso hace mucho tiempo, fisiográfica puede dar indicios importantes al geólogo estructural. La geofísica, la aplicación de la física a los problemas terrestres, se ha empleado con éxito en la resolución de muchos tipos de problemas estructurales. Además, es una fuente de nuestra información sobre el interior de la tierra, la fuente de la energía tectonica. La sismología, es una rama de la geofísica que trata de las terremotos y de la propagación de ondas elásticas a través de la tierra nos da la información mas completa sobre el vasto interior terrestre que yace debajo de la delgada capa superficial visible para el geólogo estructural. La geoquímica la aplicación de los principios de la química a los problemas de la tierra, es especialmente significativa para el geólogo estructural que se ocupa del tema metamorfismo. La oceanografía especialmente la fase conocida como la geografía submarina esta descubriendo muchos hechos excitantes sobre la topografía y la compasión de los fondos de los océanos hechos ya están revolucionando nuestra ideas sobre la estructura de la corteza terrestre. Paleoecología.- Estudia las relaciones existentes entre animales y vegetales fósiles y el medio ambiente que vivieron. Paleogeografia .- Rama de la geología que se ocupa de las condiciones geográficas de las épocas geológicas pasadas Paleoclimatologia.- Rama de la geología que se ocupa de las condiciones climáticas de las épocas geológicas anteriores, obtiene sus datos de la propagación alcanzada por determinados animales y plantas, así como de los distintos tipos de suelo. Mineralogía Ciencia que se ocupa de la descripción y análisis de los minerales y sus propiedades físicas y químicas, su forma su composición, origen yacimientos mineralogía especial), estudia así mismo las leyes que determinan dichas características mineralogía general) Bioestratigrafia Datación geológica con ayuda de los fósiles encontrados, cuando estos son muy pequeños, se habla de micro bioestratigrafía. Facies.- El término facies fue empezado a utilizar por Gressly (1938), se aplica al aspecto que tiene un estrato, al conjunto de características litológicas que presentan un conjunto de estratos y los diferencia de los adyacentes. Luego se observaría que estar características son consecuencia del medio donde se depositaron, y surgen las acepciones genéticas. Facies: conjunto de características litológicas y paleontológicas que permite diferenciar a un estrato o conjunto de estratos de los adyacentes, y que nos aporta datos del medio donde se depositaron. El concepto facies se diferencia del término unidad estratigráfica, en que la unidad se refiere aun volumen de roca medible, y facies no implica una distribución espacial, ni se refiere a un volumen. Las facies se pueden cuantificar (clasificar) por porcentajes, o partiendo de tres aspectos: facies descriptivas o empíricas; facies interpretativas; facies con referencia crono Cronoestratigrafia Rama de la estratigrafía que se ocupa del conocimiento de la edad y la ordenación de las unidades estratigráficas, así como del establecimiento de la escala estratigráfica mundial
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Magnetoestratigrafia.- Un cuerpo rocoso caracterizado por presentar características de magnetismo permanente y diferente a los materiales adyacentes. Están basados en el hecho de que los polo magnéticos terrestres han ido cambiando a lo largo de la historia. Estos cambios han sido simultáneos en toda la tierra y por lo tanto pueden ser utilizados como criterio de cronocorrelación
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UNIDAD I: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA TEMA 3: PROCESOS SEDIMENATRIOS Generalidades 1.3.1 Procesos Sedimentarios 1.3.2 Meteorización 1.3.3 Erosión • Ambiente Fluvial • Ambiente Eólico • Ambiente Glacial 1.3.4 Sedimentación 1.3.5 Litificación y Diagénesis GENERALIDADES De la definición de rocas sedimentarias, donde se indica que son rocas formadas por la acumulación y diagénesis de materiales que fueron transportados y sedimentados (acumulados) en un determinado lugar (cuenca sedimentaria), donde están implícitos los siguientes Procesos: • • • • • •
Meteorización física y química Erosión Transporte Sedimentación Preservación Litificación (compactación y cementación) y Diagénesis
Algunas rocas sedimentarias requieren además de otros procesos que involucran la actividad biológica y la precipitación química de minerales. A todos estos procesos se lo conoce como los “Procesos Sedimentarios” 1.3.1. PROCESOS SEDIMENTARIOS. Los procesos sedimentarios son fenómenos que ocurren en la superficie terrestre, empieza con la destrucción de rocas sólidas por los procesos de meteorización, erosión y el transporte por agentes geológicos (agua, viento, hielo), para luego realizar una deposición o precipitación en una cuenca sedimentaria y como último paso la diagénesis, o sea la formación de rocas sólidas. Los procesos sedimentarios generalmente son muy complejos y dependen de muchos factores.
Fig. 8.- Diagrama de la formación de rocas sedimentarias
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1.3.2 METEORIZACIÓN Destrucción de rocas sólidas a causa de fuerzas químicas, físicas o biológicas que ocurre sobre la superficie terrestre. Generalmente se conoce tres tipos de meteorización: a. La meteorización mecánica, b. La meteorización química y c. La meteorización biológica - orgánica. a. Meteorización Mecánica. La meteorización mecánica depende fuertemente a fuerzas que pueden destruir las rocas en una forma mecánica. Las más importantes serían: Cambio de la temperatura (Termoclastia). Los minerales aumenten su volumen en temperaturas altas. Los minerales tienen diferentes propiedades a respeto de la dilatación. Entonces durante día y noche los minerales en una roca cambian su volumen en diferentes magnitudes. Eso al final provoca un rompimiento de los contornos entre los minerales. Los factores de este proceso son: Temperatura mínima, temperatura máxima, tipos (color) de los minerales juntos.
Fig. 9.- Termoclastía
Meteorización por helada: Agua que se ubica adentro de una roca (en grietas o poros) aumenta su volumen durante en el momento de congelarse. Las fuerzas desarrolladas durante de este proceso podrían romper una roca. Los factores son: sector con muchos traspasos entre temperaturas positivas y temperaturas bajo cero. Rocas fracturadas o con alta porosidad, presencia de agua. Por ejemplo en la Cordillera de los Andes en 4000m de altura cada noche las temperaturas bajan hacia bajo cero, al día por el sol las rocas se calientan.
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Fig. 10.- Gelifracción
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La hidroclastia consiste en la fragmentación de la roca debida a las tensiones que produce el aumento y reducción de volumen de determinadas rocas cuando se empapan y se secan. Normalmente, en este mecanismo la arcilla tiene una importancia decisiva. Los ciclos de humectación y secado son más lentos que los de hielo deshielo, pero más persistentes. La presión ejercida por la arcilla húmeda persiste mientras esté húmeda. Durante la fase seca la arcilla se cuartea, presentando debilidades que pueden aprovechar otros agentes erosivos.
Foto 3.- Hidroclastia
La haloclastia consiste en la fragmentación de la roca debida a las tensiones que provoca el aumento de volumen que se producen en los cristales salinos. Estos se forman cuando se evapora el agua en las que están disueltas. Las sales, que están acogidas en las fisuras de las rocas, presionan las paredes, a manera de cuña, hasta romperlas. En realidad no son los cristales formados los que ejercen la presión suficiente para romper la roca, si no el aumento de volumen de los cristales al captar nuevos aportes de agua, que hacen crecer el cristal.
Fig. 12.- Haloclastia
La corrasión es un proceso de erosión mecánica producido por golpes que producen los materiales que transporta un fluido (aire, agua o hielo) sobre una roca sana. La reiteración de los golpes termina por fragmentar tanto de la roca sana como el proyectil. El resultado es la abrasión (desgaste por fricción) de la roca y la ablación (cortar, separar y quitar) de los materiales.
Foto 4.- Paisaje con meteorización
b. Meteorización Química La meteorización química incluye todos los procesos con apoyo químico. Lo más conocido es la oxidación, que no solamente destruye autos y rejas, también rocas y minerales. Los factores más importantes de la meteorización química son la presencia de agua, el oxígeno y la temperatura (reacciones químicos corren mejor en temperaturas elevadas). Lo más importantes de la meteorización química son:
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El proceso de oxidación se produce por el contacto del aire con las rocas en cuya composición entra minerales que se pueden combinar con el oxígeno: férricos, carbonatos, sulfuros, etc. para formar óxidos e hidróxidos. Es el mecanismo de alteración más generalizado, pero el de menor transcendencia morfológica, ya que no penetra más que unos milímetros. Las rocas oxidadas presentan una patina superficial, del color de oxidación del mineral (rojo en la rubefacción del hierro), que favorece los mecanismos de desagregación y fragmentación.
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La hidratación afecta a las rocas por minerales cuyos compuestos reaccionan con el agua fijando sus moléculas. Afecta a rocas con un metamorfismo débil (esquistos, pizarras) compuestas por silicatos alumínicos que al hidratarse se transforman en arcillas, más sensibles a los agentes erosivos. También afecta a algunas evaporitas, como la anhidrita que se transforma en yeso. La hidratación es más eficaz cuanto mayor es la humedad y la temperatura, y la existencia de una cobertera vegetal.
La hidrólisis es un proceso químico que consiste en el desdoblamiento de una molécula en presencia del agua (concretamente los iones H+, que hacen que el agua se comporte como un ácido débil). La consecuencia es la destrucción de los edificios cristalinos, dando lugar a la progresiva separación y lavado de la sílice, la mica, los feldespatos y cualquier otro elemento que componga la roca. Como consecuencia se forman minerales arcillosos y residuos metálicos arenosos. En ausencia de procesos de transporte (a causa de la existencia de una cubierta vegetal, por ejemplo) no se produce reducción del volumen inicial de la roca. Sin embargo la progresiva transformación de la roca en materiales más porosos va haciendo profundizar el frente de alteración. R S
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Foto 5.- Proceso de oxidación
Foto 6.- Yeso (contiene Agua)
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Fig. 13.- Proceso de hidrolisis
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c. Meteorización Biológica - Orgánica La meteorización biológica u orgánica consiste en la ruptura de las rocas por la actividad de animales y plantas. La construcción de madrigueras y la acción de las raíces de los árboles pueden provocar una acción mecánica, mientras que los efectos de la presencia de agua y diversos ácidos orgánicos, así como el aumento del dióxido de carbono, pueden complementar la meteorización alterando la roca. Así pues, los efectos de la meteorización biológica combinan los procesos de disgregación y los de alteración.
Foto 7.- Meteorización por raíces
Foto 8.- Meteorización por roedores
Factores que influyen en la meteorización: a) El clima: Las temperaturas máximas y mínimas (no la temperatura media) Temperaturas bajo cero (0ºC) Cantidad de precipitaciones b) La roca: La dureza/ resistencia contra la meteorización Composición mineralógica Porosidad Desgaste estructural (fracturamiento) Durante la meteorización en una roca se cambia el contenido modal de los minerales. La meteorización afecta al primero las plagioclasas, después los feldespatos. Cuarzo se ve como un mineral muy estable. Durante la meteorización se forman minerales nuevos como caolín.
En este ejemplo se aplicó la meteorización a una muestra de un gneis granítico (roca metamórfica). Al principio la muestra contiene más de 40 % de plagioclasas, 30 % de feldespatos y 30 % de cuarzo. Durante la meteorización al primero la plagioclasas se descompositó, después desapareció el feldespato. Durante todo el proceso se formó un mineral nuevo: el caolín. Entonces la meteorización destruye minerales, pero también se forman minerales nuevos. Fig. 14.- Meteorización y transformación de minerales
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Listado de la resistencia de los minerales contra la meteorización: Cada mineral tiene su resistencia relativa contra la meteorización en comparación de otros minerales.
Fig. 15.- Resistencia de los minerales
Como resultado de la Meteorización se forman los suelos, que se define como un “Material producido por los efectos de meteorización y la acción de plantas y animales sobre las rocas de la superficie de la tierra”. Normalmente se divide un suelo en tres estratos (horizontes): • • •
Horizonte A: Capa superior del suelo. Descomposición de materia orgánica con liberación de ácidos. Este ácidos disuelven el aluminio, hierro, calcio y otos elementos químicos para moverse hacia abajo, hacia horizonte B. Horizonte B: Zona de acumulación. Generalmente con arcillas y óxidos de hierro. Horizonte C: Capa inferior del suelo, sobre la roca sólida no meteorizada. Se compone de trozos de rocas sueltas, ligeramente meteorizados. Tipo Tschernoziem
Tipo Podsol
Fig. 17.- Tipo de Suelo
Fig. 16.- Tipo de suelo
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Existen varios tipos de suelos en el mundo. Los más conocidos son el Podsol y el Tschernoziem. Los factores más importantes de la formación de un suelo son: A. El clima B. Temperatura C. Cantidad de precipitaciones D. Tipo de vegetación E. El tiempo (en años) 1.3.3. EROSIÓN Se denomina erosión al proceso de sustracción o desgaste del relieve del suelo intacto (roca madre), por acción de procesos geológicos exógenos como las corrientes superficiales de agua o hielo glaciar, el viento o la acción de los seres vivos. La erosión se refiere al transporte de granos y no a la disgregación de las rocas. El material erosionado puede estar conformado por: •
•
Fragmentos de rocas creados por abrasión mecánica por la propia acción del viento, aguas superficiales, glaciares y expansión-contracción térmica por variaciones estacionales, diurnas o climáticas; Suelos, los cuales son creados por la descomposición química de las rocas mediante la acción combinada de ácidos débiles disueltos en agua superficial y meteórica, hidrólisis, ácidos orgánicos, bacterias, acción de plantas, etc.
EROSIÓN DEL AGUA La erosión, la sedimentación y el transporte pertenecen principalmente a dos factores: a.- Velocidad del agua (velocidad del flujo) b.- Tamaño de las partículas Sedimentación: Generalmente las partículas pequeñas necesitan velocidades pequeñas para sedimentarse. Limo por ejemplo se decanta entre 0,001 cm/ seg, hasta 0,1 cm/seg, gravas se sedimentan con velocidades menores de 10 cm/seg. La erosión: Partículas pequeñas y partículas grandes necesitan velocidades relativamente altas. Es decir una grava entra a la erosión en flujos de agua alrededores de 100 cm/seg. Partículas pequeñas como Limo fino (0,002 mm) también necesitan velocidades altas (también alrededor de 100 cm/seg.). Esta energía relativamente alta de erosión resulta por la alta fricción entre partículas muy pequeñas. Pero sí flotan una vez en el agua, solo velocidades muy bajas permiten una sedimentación. La arena se erosiona con las velocidades más bajas (entre 10 cm/seg. hasta 30 cm /seg.)
Fig. 18.- Tabla de Erosión, transporte y sedimentación
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AMBIENTE FLUVIAL (RÍOS) Y ALUVIONES El ambiente fluvial posiblemente es el ambiente más importante de la tierra firme. La vida de un río desde su manantial hasta la desembocadura es un sistema altamente complejo con un sinnúmero de fenómenos, factores y dependencias. El ambiente se define por la acción de agua en movimiento, por la energía del agua y por el conjunto de erosión, transporte y sedimentación en el mismo ambiente. Además los sistemas fluviales dependen fuertemente de las condiciones climáticas. Los ríos siempre están en cambios. No solamente cambios estaciónales como sequías y deshielos, también cambios del mediano y largo plazo. Por razones didácticas se incluye en el comienzo del ambiente fluvial los depósitos coluviales como el cono aluvial cual siempre está en relación con el sistema fluvial. Transporte Por gravitación: Cono aluvial (=aluvial fan). Las rocas destruidas por la erosión/meteorización se mueven cerró abajo en dos maneras: Lento: (poco centímetros cada año) Rápido: (en un derrumbe algunos 100 metros en un momento) La energía del movimiento proviene de la gravitación. El agua solamente mejora el deslizamiento. Los derrumbes tienen muchas veces como impulso una lluvia fuerte o una actividad sísmica. Los movimientos de masas provocan varios problemas para la población o obras infraestructurales. Taludes en movimiento lento muestran un crecimiento de árboles en una forma curvada, porque el árbol quiere mantener su posición. Este fenómeno se llama cabeceo y es un indicador muy importante para detectar deslizamientos lentos en las montañas. Grandes problemas provocan deslizamientos rápidos en el momento que tapan un valle en total. Se formará un embalse natural que se rompe por las presiones tremendas del agua acumulada.
Fig. 19.- Movimiento de masas
Transporte por Agua del Río La gran mayoría del transporte de materiales hace los ríos del mundo. Cada año todos los ríos del mundo transportan una cantidad de sedimentos de aprox. 10 km3 hacia al mar. Es decir cada segundo llegan 317.000 m3 al mar, sería equivalente que cada minuto 176.000 camiones grandes botan su carga al mar. Tipos de transporte: Principalmente existen cuatro diferentes modos de transportar partículas en el agua:
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a) b) c) d)
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En solución: como iónes Na+, Cl-, K+, Ca2+ En suspensión: Partículas pequeñas flotantes En saltación: Partículas medianas Tracción: Partículas grandes
Fig. 20 Tipos de Transporte
Tipos de ríos: Se puede diferenciar entre tres tipos de ríos principales: • • •
Un río del tipo braided con varios canales de agua y varios bancos de arena y gravas. El río del tipo braided se encuentra en las montañas o en regiones subpolares. La cantidad de agua puede ser muy variable entre primavera y otoño/invierno. Los ríos con meandros se encuentran en los sectores de colinas y llanuras. La inclinación mediana provoca, que el río por sí mismo produce curvas. Ríos rectos existen en las llanuras grandes con poca inclinación. Los ríos principalmente son grande con una velocidad del flujo lento.
Fig. 21.- Tipos de ríos
El ambiente fluvial: (ejemplo) Cada paisaje se formó por acción de agua y viento. Los ríos hacen erosión, transporte y sedimentación. El tipo de paisaje depende fuertemente del comportamiento del agua. Es decir los factores como inclinación, energía del agua, velocidad del agua, cantidad del agua, tipo de roca, cantidad de precipitación, tipo de vegetación manejan la morfología de un paisaje.
Fig. 22.- Ejemplo de Ambiente Fluvial
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En un río modelo (véase fig. 22) se conocen tres regiones: a. Sector de montañas, b. sector de colinas y c. sector de llanura. a.- Sector de montañas: En las montañas altas normalmente hay una buena cantidad de precipitaciones además los taludes tienen ángulos mayores y la vegetación no es tan densa. En estas regiones los ríos principalmente hacen erosión y transporte. Solo en algunos pocos lugares depositan su carga. Los factores físicos-geológicos: • • • • •
Alta velocidad (energía) del agua. Ríos de tipo braided. Corrientes fuertes con inclinación fuerte. Erosión fuerte. Carga de los clastos en saltación o tracción. • Grandes diferencias de la cantidad del agua entre los estaciones (primavera mucho agua; otoño poco agua). Rocas: Conglomerados con mala clasificación, clastos de todos los tipos, matriz de detritus, cemento de carbonatos. Tamaño de los clastos hasta 50 cm. Tal vez canales con clastos mas finos (areniscas gruesas)
Fig. 23.- Ordenación de granulometría - Montaña
b.- Sector de colinas: •
Energía de agua menor, pero cantidades más grandes. • Inclinación mediana. • Ríos de tipo con meandros, con erosión y sedimentación, con brazos del río cortados (antigua). • Carga de tipo suspensión y tracción. Tipos de clastos: Cuarzo como predominante, pero también otros minerales. Rocas: Areniscas gruesas de mejor clasificación.
Fig. 24.- Ordenación de granulometría - Colinas
c.- Sector de llanura: • •
Ríos grandes, tranquillas, de baja energía, pero con mucho agua. Carga en solución o suspensión.
Tipos de clastos: Tamaño arena de buena clasificación, casi solo cuarzo. Frecuentemente depósitos de inundación (= depósitos más finos como arcillas). Roca: Arenisca mediana Fig. 25.- Ordenación de granulometría - Llanuras
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d.- Desembocadura:
Tipo Delta o estuario Conjunto del ambiente fluvial y marino, con Areniscas Fósiles del mar, indicadores del corriente del mar (faltan partículas finas) Rocas: Areniscas con estratificación inclinada
Fig. 26.- Delta - Desembocadura
AMBIENTE EÓLICO Bajo de la palabra eólico se reconoce todos los fenómenos de la acción del viento. Existe Erosión-transportedeposición eólica es decir por el viento. El ambiente eólico no es tan abundante como el ambiente fluvial, pero en sectores sin vegetación (desiertos) juega un papel muy importante. Además los depósitos eólicos existentes se investigan como testigo y producto de un cambio climático. Lugares: Los fenómenos del viento, la erosión eólica, dunas hoy se puede observar en siguientes zonas: • • •
Zonas sin vegetación Zonas áridas: Desiertos, zonas subpolares Sectores con viento fuerte
Ejemplos: Norte de Chile, Sahara (África), Península antártica, Svalbard, Groenlandia
Foto 9.- Desierto de Atacama - Chile
Foto 10.- Desierto del Sahara - Africa
Erosión por el viento: En regiones sin vegetación y con mucho viento la atmósfera contiene una gran cantidad de polvo (de tamaño silt o arena). El choque de estas partículas contra una roca dura provoca una abrasión (erosión eólica).
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Una forma especial de erosión eólica son los tafoni. Son alvéolos grandes (1m) redondas como se puede observar en la foto.
Foto 11.- Tafoni - Uyuni
Transporte: El viento puede transportar partículas finas hasta partículas del tamaño arena. Más frecuentes son partículas del tamaño silt. En casos especiales las partículas pueden volar algunos miles de kilómetros para depositarse en regiones lejanos de su origen.
CUADRO 1.- VELOCIDADES DEL VIENTO CON RELACION AL TRANSPORTE DE PARTICULAS Velocidad del Velo. del viento en Partículas Diámetro (mm) viento (m/seg.) (km/hora) Limo 0,05-0,01 0,1-0,05 0,36-0,18 Arena fina 0,1 1-1,5 3,6-5,4 Arena mediana 0,5 5-6 16,5-21,6 Arena gruesa 1 10-12 36-43,2
Depósitos: Los depósitos eólicos más conocidos son las dunas. Existen dos tipos de dunas: Dunas transversales y dunas longitudinales. Las dunas pueden alcanzar una dimensión de algunos 200m.
Por las fuerzas del viento las dunas se pueden moverse. Las fuerzas del viento hacen erosión y al otro lado de la duna deposición, porque aquí el viento pierde un poquito de su energía, y la carga de arena tiene que bajarse.
Fig. 27.- Tipo de dunas y movimientos de dunas
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Fig. 28.- Dunas Transversales
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Foto 12.- Duna Longitudinal
Un otro depósito del viento se llama Loess:
Loess es un sedimento clástico no compactado (compactado = loessita) que se compone principalmente de granos de limo (0,002mm a 0,063mm) y preponderamente de granos de diámetros entre 0,02 y 0,05mm. Componente principal es cuarzo acompañado por feldespato, calcita y mica. El teñido típico café hasta amarillo se debe a los hidratos de óxido de hierro (limonita por ejemplo). El Loess es un producto del soplo del viento en las áreas con depósitos glaciáricos, que se forman después del retiro del glaciar. Foto 13.- Deposito tipo loess
AMBIENTE DE GLACIAR (HIELO) Glaciares son grandes cantidades de hielo en regiones polares o de altas montañas. Hoy existen este acumulaciones de hielo en la Antártica, Groenlandia y Chile (Campo hielo sur). La cantidad de hielo en el mundo pertenece a la temperatura global. En la historia terrestre se conocen épocas con una cantidad de glaciares mayor de hoy, y otras épocas sin glaciares. El ultimo máximo de glaciación (época glacial) era cerca 18.000 años atrás. Donde gran parte del mundo eran cubiertas con hielo.
Fig. 29.- Erosión en Glaciares
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En las regiones de altas montañas donde esta una temperatura promedia baja el nieve se acumula y se transforma a hielo. Por la gravitación el hielo se mueve hacia abajo. Durante este movimiento el glaciar erosiona las rocas del fondo. Estos trozos de rocas (hasta un tamaño de 10m) flotan con el hielo hacia abajo. En los sectores más bajas de las montañas, donde las temperaturas son más altas, el glaciar pierde grandes cantidades de hielo. Pero para un deshielo total se necesitan algunos años. Durante este tiempo las últimas partes del glaciar se mueven más hacia abajo. En el momento del deshielo total todos los clastos flotantes en el hielo se acumulan en un sector (porque falta el medio de transporte). Esta acumulación se llama morrena. 1.3.4. SEDIMENTACION La sedimentación es el proceso de acumulación de materiales después de haber sido erosionados y transportados. Es el último proceso de la morfogénesis. Las características de los depósitos dependen de la naturaleza del agente de transporte. • •
En el caso de los de los ríos, mares o viento el material se deposita cuando el movimiento en el medio se reduce por debajo de la velocidad de deposición de la carga. En el caso del hielo la deposición se produce cuando encuentra un obstáculo o cuando la masa de hielo alcanza su máxima extensión espacial.
En geomorfología consideramos dos tipos de sedimentación en virtud de las características de los materiales que se depositan la sedimentación continental y la sedimentación marina. A. Los sedimentos continentales se caracterizan por ser gruesos y angulosos. La fragmentación y la pérdida de ángulos depende la cantidad de golpes que recibe el fragmento, y este es menor en un medio continental que en un medio marino. Los procesos morfogenéticos que depositan derrubios continentales son: glaciar, fluvial, eólica y lacustre. B. Los sedimentos marinos se caracterizan por ser más finos y redondeados, producto de continuo golpeo entre los fragmentos, particularmente en las zonas del litoral. Distinguimos los procesos: litoral, nerítico, batial y abisal.
Foto 14.- Cuenca de sedimentación
Fig. 30.- proceso de sedimentación
Por otra parte los sedimentos pueden depositarse de manera concordante, en el mismo sentido o discordante, en diferente sentido, con las estructuras a las que cubre. 1.3.5. LITIFICACION Y DIAGENESIS. Litificación es el proceso, generalmente a través de cementación o compactación, de conversión de los sedimentos en rocas. Litificación es un proceso por el cual un sedimento depositado en un determinado medio se convierte lentamente en una roca sedimentaria de características estables, casi siempre más
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coherente (dura) que el sedimento de partida. Ocurre principalmente cuando los sedimentos se encuentran en las cuencas sedimentarias, por efecto de la presión y de la circulación de fluidos. La diagénesis es el proceso de formación de una roca a partir de sedimentos sueltos que sufren un proceso de compactación. La mayor parte de las veces la consolidación de los sedimentos se debe a la infiltración de las aguas que contienen materias disueltas. La diagénesis convierte así: • • •
La arena en arenisca, Los lodos calcáreos en caliza, Las cenizas volcánicas en cinerita, etc.
Fig. 31.- Procesos de litificación y diagénesis
Las reacciones y otros, fenómenos de oxidorreducción, deshidratación, recristaliación, cementación, litificación, mineralización y sustitución de un mineral preexistente por otro constituyen en su conjunto la autogénesis y los minerales resultantes de ésta son calificados de autogénicos. El principio u origen de las rocas sedimentarias es la diagénesis producto de presión y temperatura bajas. Consolidación de una roca sedimentaria tras la deposición sea por ejemplo por presión (deshidratación), por recristalización o por la cementación llevada a cabo por los aglutinantes contenidos en las soluciones químicas.
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UNIDAD I: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTRATIFICACION Y SEDIMENTOLOGIA TEMA 4: MEDIOS SEDIMENATRIOS Introducción 1.4.1 Importancia de los Medios Sedimentarios 1.4.2 Elementos y Factores del Medio 1.4.3 Clasificación de Medio Sedimentarios INTRODUCCION El medio sedimentario es el complejo de las condiciones fiscas, químicas y biológicas bajo las cuales se acumula un sedimento. Este complejo determina en gran parte las propiedades de los sedimentos depositados dentro el medio
Fig. 32.- Medios sedimentarios
1.4.1. IMPORTANCIA DE LOS MEDIOS SEDIMENTARIOS La comprensión de los medios sedimentarios se apoya fuertemente en problemas de correlación, como se mostrara en capítulos posteriores, los fósiles de las rocas tienen implicaciones climatológicas y ambientales. Para demostrar la equivalencia de los diversos depósitos se requiere hacer un cuidadoso análisis del significado de las rocas. La comprensión del medio sedimentario facilita el estudio de las unidades estratigráficas para la exploración por petróleo. Las condiciones ambientales adecuadas para la ocurrencia de los mantos de origen y depósito, y el entrecrecimiento o las relaciones de graduación de los depósitos, pueden ser importantes eb el control de la migración y la localización del petróleo. Los cambios bruscos laterales de arena a pizarra desarrollan cambios marcados en la permeabilidad que pueden atrapar petróleo en estructuras adecuadas, mientras que un cambio lateral gradual de arena a pizarra trae consigo un cambio gradual de la permeabilidad, mucho menos efectivo para el atrapamiento estratigráfico del petróleo.
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1.4.2. ELEMENTOS Y FACTORES DEL MEDIO En cualquier medio sedimentario, el sedimento se deriva de alguna fuente, es transportado desde la fuente hasta el punto de depositación por algún agente y el agente es energizado de alguna manera. Durante el proceso, se desarrollan formas erosiónales de los terrenos en el área de la fuente y asimismo formas depositacionales de los terrenos y depósito sedimentario en el medio sedimentario. En condiciones adecuadas, los organismos presentes en el medio pueden afectar seriamente a los sedimentos en acumulación El modelo de medio sedimentario Con los conceptos ambientales antes mencionados se debe formalizar un modelo de medio sedimentario. De esta forma se tiene un modelo de proceso – respuesta que indica las relaciones entre los atributos del medio y los atributos correspondientes de los sedimentos que se están formando. TABLA 1 Modelo Generalizado de Proceso – Respuesta de ambiente sedimentario
De acuerdo a la tabla, a la izquierda se encuentran la geometría del medio (su forma), los materiales disponibles (naturaleza de los materiales transportados), las fuentes de energía (por ejemplo el rompimiento de las olas) y cualesquiera elemento biológicos que pueden estar presentes (como fauna residente en el fondo). A la derecha están la geometría de los depósitos resultantes (láminas, lentes), su composición (textura, mineralogía) y las variaciones en el área de los depósitos formados dentro el medio. El lado de proceso del modelo de la tabla 1, implica que el estudio de cualquier medio sedimentario comprende la consideración de los cuatro elementos ambientales básicos: 1. Condiciones Limitantes. Las condiciones limitantes de los medios comprenden las características geométricas del medio (profundidad del Agua, forma de una Bahía, configuración de la superficie de
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depositación y otras). Las condiciones limitantes determinan el marco geológico o fisiográfico del medio 2. Material. Los materiales del medio incluyen el ambiente de sedimentación (aire, agua dulce, agua del mar, hielo glacial) y la textura y la composición del material que está en tránsito o que se está depositando. El agua de mar contiene sales y gases en disolución que quedan comprendidos entre los factores ambientales. Como se dijo antes el término geometría del medio es esencialmente sinónimo de condiciones limitantes. 3. Energía. La energía del sistema comprende factores tan diversos como la energía cinética del viento, la energía de la turbulencia de olas y corrientes o la energía térmica contenida en un cuerpo de agua. Una parte de la energía disponible no puede ser utilizada. Si no es perturbado el fondo, el efecto neto de la energía de las olas sobre el sedimento puede ser despreciable. Es la energía que actúa sobre el material, o que es disipada en el medio por rozamiento u otros factores, la que es importante en la sedimentación. 4. Caracteres biológicos. El cuarto elemento del medio sedimentario es el complejo biológico. En algunos medios los organismos son los principales agentes de la acumulación de sedimentos. El carbón mineral la coquina y la caliza crinoidal son ejemplos. En la sedimentación clástica los agentes biológicos tienen un efecto variable por su adición de miembros extremos no clásticos. Los materiales húmicos son aportados a los sedimentos clásticos por plantas maderosas y la materia bituminosa puede ser aportada por animales de las algas. Los organismos afectan también a los sedimentos de otra manera. Los animales barrenadores y los limpiadores vuelven a trabajar en el material depositado y pueden destruir la estratificación u otras peculiaridades de la depositación.
Foto 15.- Ambientes Sedimentarios
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1.4.3. CLASIFICACION DE MEDIOS SEDIMENTARIOS Los medio sedimentarios pueden clasificarse según varias bases, dependiendo de las peculiaridades que han de recibir énfasis. Una clasificación fisicoquímica puede estar basada en el predominio de ciertos factores o elementos ambientales. La naturaleza del medio de depositación, como el aire, el agua, el hielo glacial, puede usarse también como base. Una clasificación puede depender de agentes geológicos principal que dio origen al depósito, como los ríos, olas o corrientes. Una base común para clasificar los medios marinos es la profundidad del agua. Los modelos ambientales pueden utilizarse también como base, en la cual se usen para establecer la clasificación la presencia y la magnitud de los agentes en juego, así como los modelos de distribución de los sedimentos. Aunque puede predecirse que la clasificación ambiental ha de estar basada en último termino en modelos, hay ciertas ventajas en conservar el agrupamiento clásico: TABLA 2 Clasificación de los medio sedimentarios (Según Twehhofel)
Medios sedimentarios continentales Junto con los de transición, los medios continentales son los que mejor se conocen en la actualidad, debido a que son más accesibles al ser humano que los marinos. Sin embargo, en las series antiguas tienen menos importancia que aquellos; esto se debe, por una parte, a que no suelen acumularse en ellos grandes espesores de sedimentos, ya que algunos no se localizan en verdaderas cuencas de sedimentación. Por otra parte, y a excepción de los depósitos de medios fluviales o lacustres y pantanosos, la conservación de su registro es precaria, e incluso nula, debido a que son erosionados fácilmente. Dentro de los medios continentales se pueden diferenciar dos grandes grupos: uno, en el que el agua es un elemento subordinado, que comprende los medios eólicos, endorreico, glaciar y periglaciar; otro, cuyo agente principal de depósito es el agua, en el que se incluyen los medios fluvial, lacustre, pantanoso (palustre) y cavernoso.
DESERTICO Los depósitos típicos de los desiertos son los producidos por la acumulación de arenas Foto 16.- Dunas de arenas
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GLACIAL El hielo es el agente de transporte, entre los que operan en la superficie terrestre, con menor poder selectivo; por lo tanto, los sedimentos glaciares se caracterizarán por la presencia de partículas con una gran variedad de tamaños, que van desde bloques a la fracción arcilla
Foto 17.- Morrenas Glaciales
FLUVIAL Constituye uno de los medios continentales de mayor importancia estratigráfica, puesto que en ellos se han acumulado gran cantidad de sedimentos, a lo largo de toda la Historia de la Tierra, habiendo quedado conservados en la columna geológica. Por otra parte, dada la universalidad de las corrientes fluviales, sus depósitos tienen una amplia distribución geográfica. Foto 18.- Meandros
LACUSTRE Puede encontrarse en los medios lacustres cualquier tipo de sedimentos: detríticos (y biodetríticos), químicos, bioquímicos y orgánicos.
Foto 19.- Lagos
PANTANOSO Los cuales se desarrollan sobre depresiones someras. La escasa profundidad del agua permite la instalación de una vegetación, que puede en ocasiones extenderse por toda la superficie del pantano
Foto 20.- Pantano
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CAVERNOSO Los grandes sistemas de cavernas corresponden a regiones cuyo suelo está formado por rocas calcáreas. Durante miles de años, la ligera acidez natural del agua de lluvia disuelve la cal, formando grietas; éstas se ensanchan hasta convertirse en agujeros profundos que a su vez dan lugar a las cavernas, cuyos ríos subterráneos siguen erosionando la roca.
Foto 21.- Caverna
Medios sedimentarios de Transición
DELTAICO Un delta es un depósito sedimentario de transición alimentado por una corriente y distribuido por olas y corrientes de lago o de mar.
Foto 22.- Delta
LAGUNAL Una laguna es un cuerpo de agua poco profunda, relativamente tranquila, separada del mar por una playa de barrera, una cresta o una barra, que impide a la energía de las olas entrar a la laguna.
Foto 23.- Lagunal
DE LITORAL El ambiente de litoral es el medio de playa, que se extiende desde la región de alta marea hasta baja marea. Una característica importante del medio es su inmersión alternada y su exposición subaerea durante el ciclo de las mareas. Foto 24.- La Playa
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Medios sedimentarios Marinos
Fig. 33.- Medios sedimentarios marinos
Los medio sedimentarios marinos los constituyen la plataforma continental por un lado y el borde precontinental y la llanura abisal por el otro. A la plataforma continental van a parar gran cantidad de materiales detríticos transportados por los ríos y sedimentados en el mar dando lugar a las formas deltaicas. De ellos, los más finos se distribuyen por la plataforma. Además, como se ha dicho anteriormente, es aquí donde la sedimentación organógena alcanza mayor desarrollo (por ejemplo, arrecifes coralinos). En el borde precontinental y llanura abisal existen dos tipos de sedimentación. Una autóctona o sedimentación pelágica producto del acúmulo de caparazones de organismos planctónicos, ya calcáreos, ya silíceos. Y por otra, alóctona, o de tipo detrítico, a base de los materiales que desde el continente y pasando a través de la plataforma continental, van a parar al pie del talud. Este transporte de materiales detríticos se realiza ya por deslizamientos gravitacionales desde la plataforma, ya por corrientes de turbidez localizadas en los cañones submarinos que al llegar a su desembocadura son esparcidos sobre la llanura abisal, construyendo abanicos o «deltas» de sedimentación.
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UNIDAD II: METODOS DE ESTUDIO ESTRATIGRAFICOS Y SEDIMENTOLOGICOS TEMA 5.- PROPIEDADES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Introducción 2.5.1. Antecedentes Teóricos 2.5.2. Análisis Granulométrico de Sedimentos 2.5.3. Características Texturales de Sedimentos a) Forma, Redondeamiento y Esfericidad b) Rasgos Superficiales c) Tamaño de Grano d) Selección e) Fabrica f) Relaciones entre Granos g) Orientación h) Porosidad y Permeabilidad 2.5.4. Otras Características 2.5.5. Planteamiento Metodológico a. Fase de Reconocimiento y Planteamiento b. Fase de Observación, Descripción y Sistematización c. Fase de Interpretación INTRODUCCIÓN Una parte importante de la estratigrafía aplicada es la descripción, clasificación e interpretación de las rocas sedimentarias estudio conocido como Sedimentación o Sedimentología. El estudio en terreno de los sedimentos proporciona una cantidad considerable de datos y una amplia gama de muestras. Adicionalmente, el análisis de muestras en laboratorio permite obtener una mayor cantidad de información que complementa la recopilada en terreno. Los objetivos, tanto de los trabajos de terreno como los de laboratorio, corresponden a: • • • •
Determinación de la constitución física, química y mineralógica de los sedimentos. Visualización de las condiciones ambientales bajo las cuales se depositaron dichos sedimentos. Correlación de los sedimentos estudiados en una región particular con los de otras regiones. Determinación de las áreas de distribución y proveniencia de los sedimentos y las condiciones ambientales que permitieron su producción. • Determinación de los cambios que afectaron a los sedimentos antes y después de su litificación. • Aplicación de los resultados de los estudios al descubrimiento de depósitos minerales útiles al hombre. Para el mejor entendimiento de los acápites mencionados debemos adentrarnos en teorías sobre las propiedades de las rocas sedimentarias. 2.5.1 ANTECEDENTES TEÓRICOS
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Muestreo Muestreo superficial: se define como la obtención de una porción representativa de las unidades litológicas del área de estudio. Generalmente se establece una grilla de dimensiones variables según los propósitos del estudio y se toman las muestras en los puntos de intersección. Foto 25.- Obtención de una muestra
Existen diferentes tipos de muestreo superficial, los principales son: • •
Selectivo: Las muestras son tomadas en sólo un lugar; entrega una visión restringida del lugar. Mezclado: Entrega una composición promedio de una unidad o área.
•
Canalizado: Tipo de muestreo alongado efectuado en una zona relativamente estrecha de un afloramiento. Muestreo subsuperficial: Muestreo que se realiza sólo en los primeros centímetros de profundidad. Muestreo marino: Hasta el momento el método más eficiente es el de la grilla. Las muestras deben ser tomadas en una línea normal a las isóbatas (curvas de nivel bajo el nivel del mar) tanto en la plataforma como en el talud continental, considerando las estructuras dominantes del fondo.
• •
Los principales tipos de muestreos marinos son: • Superficial o con draga: Las muestras obtenidas en la superficie del fondo marino corresponden a una capa de no más de un par de centímetros de espesor. El muestreo puede realizarse con la embarcación en movimiento o cuando la nave está detenida. • Compuesto o con rastra: Corresponde a una recolección de muestras a través del arrastre de varios tipos de rastras. Realiza un muestreo más profundo y se pueden obtener grandes fragmentos de rocas no consolidadas. • Testigos (Cores): Se trata de secciones verticales obtenidas al hundir en el fondo un pistón core o core de gravedad. • Muestreo de sedimentos en suspensión: Se realiza a través de trampas de sedimentos que descansan en el fondo del mar. Preparación de los sedimentos (muestra) para análisis El método de preparación de los sedimentos depende de la consolidación (grado de cementación de las partículas), carácter físico y constitución mineralógica de la muestra. Sedimentos no consolidados no requieren trituración, en cambio, sedimentos consolidados y rocas ígneas y metamórficas deben ser triturados para liberar las partículas individuales o ser estudiados en sección transparentes Tratamiento preliminar a materiales no consolidados Como primer paso en el análisis de sedimentos no consolidados está el examen preliminar con lupa de mano o microscopio binocular. Luego la muestra se coloca en suspensión y se remoja hasta que los materiales están completamente desintegrados. A veces esta desintegración requiere del uso de hidróxido de sodio o potasio o hiposulfito de sodio, entre otros, los que permiten la desintegración de partículas arcillosas y minerales relacionados a ellas.
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Además es recomendable cuartear la muestra antes de realizar el proceso de desintegración. Tratamiento preliminar a materiales consolidadas Para el estudio de rocas consolidadas carbonatadas, se debe destinar una porción para secciones transparentes. El resto de muestra se tritura en fragmentos de 20 mm, los cuales se remojan en una solución de ácido clorhídrico cuya concentración depende de la existencia de fósiles y/o estructuras que se deseen preservar. Las rocas ígneas y metamórficas tienen un tratamiento diferente. Estas se trituran con un triturador mecánico hasta conseguir fragmentos menores a ½ mm. Si existen cristales o microfósiles, se debe triturar la muestra manualmente con un mortero de hierro o acero. La principal desventaja de estos métodos radica en la posible contaminación de la muestra con partículas derivadas del triturador o mortero. Otro método simple de disgregación consiste en saturar la muestra con agua y congelarla, de este modo la fuerza derivada del aumento de volumen del agua fracturará la roca. Sedimentos de grano fino Una muestra de sedimentos de grano fino debe ser preparada para análisis mecánicos por disgregación y dispersión tal que cada partícula actúe como una unidad independiente durante la decantación. La muestra debe mezclarse con agua destilada conteniendo una solución diluida de algún electrolito (e.g. carbonato de sodio, hidróxido de amonio, etc.), dejándola remojar por un período de tiempo que varía entre un par de horas a varias semanas, dependiendo del tipo de material. Después de este tiempo la muestra debe ser frotada con los dedos, un cepillo rígido o en un mortero hasta que todos los agregados grandes se destruyan. Postel (1933) descubrió que la agitación de los agregados en un jet de chorro bajo presión es el método que entrega resultados más satisfactorios y que las partículas gruesas son fácilmente separadas de la arcilla. Posteriormente la muestra se pone en suspensión en agua destilada mezclada con algún antifloculante (“anticoagulante”), preferentemente óxido de sodio, carbonato de sodio, citrato de sodio o hidróxido de amonio, en algún tipo de agitador mecánico hasta que la dispersión sea completa. El grado de dispersión puede testearse observando una gota de la muestra en suspensión al microscopio. Una vez que todos los agregados han sido destruidos y la dispersión se haya completado, los sedimentos son lavados en un tamiz de 1/16 mm para remover las partículas de diámetro mayor. La fracción más gruesa es secada, separada por tamaños y pesada. El material de diámetro menor a 1/16 mm está listo para los análisis mecánicos. Cuarteo Una muestra de sedimentos no consolidados o el producto de la trituración de sedimentos consolidados deben ser cuarteados con el fin de obtener una fracción representativa de la muestra. Un buen cuarteo se obtiene utilizando un cuarteador mecánico, sin embargo, si no se dispone de uno, puede realizarse manualmente. Para esto se coloca la muestra formando un cono que luego se aplasta en forma de disco. Este se divide en cuatro partes. Don cuartos opuestos se rechazan y los otros dos se conservan. Se repite el procedimiento hasta obtener la fracción para estudio deseada.
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Existe una modificación al método anterior (Pettijohn, 1931) que consiste en colocar cuatro rectángulos de papel suave iguales, de largo igual a dos veces al ancho, los cuales se traslapan la mitad del otro, formando una superficie cuadrada. La muestra se coloca en el centro del cuadrado, esparciéndola en forma circular. Luego se tiran los papeles dividiendo la muestra en cuatro cuartos de los cuales dos opuestos se desechan y los restantes, se vuelven a mezclar, repitiendo el procedimiento hasta obtener la cantidad de muestra necesaria. Foto 26.- Cuarte de la muestra
A pesar de ser un proceso simple, el cuarteo introduce un error especialmente cuando se analizan materiales gruesos, como gravas arenosas, con diámetros entre 1/8 y 8 mm. La relación entre el tamaño de grano y el error no es constante, pero, en general, el error aumenta con el tamaño del grano estudiado. La preparación previa de los sedimentos es fundamental para un buen desarrollo de los análisis posteriores, ya que facilitan el tratamiento y minimizan posibles errores. 2.5.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SEDIMENTOS Los análisis mecánicos de sedimentos requieren de la separación de la muestra en fracciones o grados de acuerdo a alguna razón de tamaño. La técnica depende de las dimensiones: sedimentos compuestos de partículas con diámetro superior a 1/16 mm son mejor separadas por tamices; las de tamaño inferior deben analizarse por métodos de elutriación, técnicas hidrométricas o decantación. La cantidad de muestra preparada para ser tamizada no debe ser tan grande para evitar dificultades mientras las partículas pasen por el tamiz. Los mejores resultados con tamices de 8” se obtienen usando cantidades de alrededor de 40 gramos. Una cantidad mayor dificulta el tamizado y requiere de mayor tiempo, mientras que una cantidad menor aumenta el error probable. Es recomendable cuartear los sedimentos preparados antes de realizar el análisis, para disminuir errores significativos. Una porción pesada se pone en suspensión, se deflocula (limpia de arcillas), se agita y las partículas más finas son decantadas y guardadas. El contenido fino es clasificado por diferencias de tamaño, según Tablas Para las partículas más gruesas se utilizan tamices. La técnica de tamización consiste en una separación mecánica en seco del material sedimentario que es pasado a través de sucesivas mallas con aberturas de distintos diámetros que permiten seleccionar partículas según tamaños.
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Es una de las técnicas más antiguas y utilizadas debido a sus ventajas: es relativamente rápido, fácil y barato, además de haber sido ampliamente testeado. Los tamices de la serie Tyler Standard Screen Scales utilizan la pantalla de rejilla N°200 con una abertura de 0.074 mm como base, que aumenta uniformemente con la razón 4√2. Si se desea límites de grado de diámetro más amplios se puede usar la razón √2.
Foto 27.- Tamices de Tyler
Los tamices deben ser agitados manualmente por un determinado intervalo de tiempo, pero esto introduce un factor personal obteniendo para distintas personas, resultados diferentes al analizar un mismo sedimento. Por lo tanto, estos datos no pueden ser comparados. Resultados comparables se obtienen si la agitación se realiza mediante un agitador mecánico como el “Ro-Tap” de Tyler, equipado con un reloj automático que controla el tamizado. Un tiempo de tamizado de 10 minutos es suficiente para obtener una separación por tamaños aceptable. Luego, el material de cada tamiz se pesa (preferentemente en una balanza de precisión 0.01 g, y los resultados son llevados a porcentajes. La suma de las fracciones generalmente no iguala la cantidad inicial debido a que parte del material fino pasa a la atmósfera como polvo y/o queda retenido en la rejilla. Si el material es muy fino, se debe asumir que la mayor parte de la pérdida corresponde a las partículas más finas y debe ser sumada a esta fracción. Sin embargo, si el material es de tamaño mayor, se considera que la fracción perdida se distribuye entre todos los tamaños menores a 1 mm. Una vez realizados los análisis granulométricos es posible profundizar en el conocimiento y caracterización de los sedimentos. A continuación se detallan las principales características texturales de las partículas componentes de los depósitos sedimentarios. 2.5.3 CARACTERISTICAS TEXTURALES DE SEDIMENTOS La textura se refiere a las características físicas de los sedimentos. El principal objetivo de su estudio es determinar el ambiente y las condiciones de depositación de los sedimentos, bajo el supuesto que los procesos físicos que afectan a las partículas, en el sitio de depositación, dejan su huella característica sobre los granos. Otros objetivos del estudio textural corresponden a: 1) Determinación de propiedades físicas útiles como porosidad, permeabilidad y resistencia. U N I V E
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2) El mapeo de patrones de dispersión mediante mediciones texturales. 3) Distinguir entre diferentes unidades estratigráficas. La textura o la forma final de una partícula detrítica depende de:
Forma inicial de la partícula Composición Dureza Planos de fragilidad heredados como fracturas, diaclasas, estratificación, esquistocidad o clivaje. Tamaño Agente de transporte Distancia y energía de transporte Otros efectos de transporte aleatorios.
a) Forma, Redondeamiento y Esfericidad Estas características tienen un importante significado para el estudio de los efectos de los procesos de transporte en los detritos desde el área fuente. Señalan la modificación de granos angulosos a diversas formas, por abrasión, solución y selección por corriente. La forma de un grano es definida por las razones entre los distintos ejes (Largo L, Intermedio I, Corto S) de las partículas. Zingg (1935) definió así cuatro clases (triaxial, prolato, oblato, equidimensional) basadas en las razones I/L y S/I. La determinación de la forma del cuerpo se realiza ploteando ambos valores en el siguiente gráfico:
Clase
b/a
c/b
I
> 2/3
< 2/3
Oblato (discoidal)
Forma
II
> 2/3
> 2/3
Equidimensional (esférica)
III IV
< 2/3 < 2/3
< 2/3 > 2/3
Triaxial (elipsoidal) Prolato (cilíndrico)
Fig. 34.- Clases de forma definidas por Zingg (1935)
El redondeamiento corresponde al grado de angulosidad de la partícula. Se estima en base a la curvatura de las esquinas y está definida cuantitativamente como:
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Donde ri es el radio de un círculo inscrito en la i-ésima esquina del grano, n el número de esquinas y R el radio más pequeño que circunscribirá el grano. R y ri pueden determinarse a partir de la silueta del plano de máxima proyección de la partícula. El redondeamiento de una partícula, también es posible estimarlo a través de la simple comparación con tablas estándar que presentan granos que varían desde muy anguloso hasta bien redondeado.
Fig. 35.- Tabla estándar para la comparación de grados de redondeamiento y esfericidad
Estudios de laboratorio han demostrado que, en general, el redondeamiento de un grano corresponde a un proceso muy lento (20000 km de transporte sólo disminuyen en un 1% el peso de una partícula angulosa de cuarzo de grano medio) y que su velocidad decrece con la disminución del tamaño del grano. Sin embargo, la tasa de redondeamiento varía dependiendo del ambiente de depositación. Por otro lado, las soluciones químicas juegan un rol secundario para la mayoría de los silicatos, pero son importantes para detritos carbonatados solubles. La esfericidad es un parámetro cuantitativo de medida de la equidimensionalidad (L ≈ I ≈ C) de un cuerpo. Se puede determinar mediante el Método de máxima proyección (Sneed and Folk, 1958) o esfericidad efectiva de decantación, como la razón entre el área longitudinal de una esfera del mismo volumen de la partícula dividida por su máxima área de proyección:
Existe, además, una forma gráfica de determinar la esfericidad de un cuerpo. Se determina ploteando en el siguiente triángulo la razón (S/L) versus la razón ((L-I)/(L-S)), obteniendo un punto que pertenecerá a una de las 10 clases de forma: C, compacta; CP, compacta escamosa; CB, compacta hojosa; CE, compacta elongada; P, escamosa; B, hojosa; E, elongada; VP, muy escamosa; VB, muy hojosa y VE, muy elongada.
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Fig. 36.- Triángulo de clasificación para determinar la esfericidad.
Igual que el redondeamiento, la esfericidad se puede estimar por comparación directa con tablas estándar b) Rasgos superficiales Son útiles para el estudio de los efectos de la erosión, transporte y el ambiente sedimentario, dado que los procesos químicos, principalmente, y físicos (efectos de agua o viento) involucrados pueden producir una variedad de texturas reconocibles (impresiones, estrías, facetas, etc).
Por ejemplo, granos de cuarzo de dunas presentan una superficie opaca, mientras que arenas fluviales o de playa tienen una apariencia brillante o pulida.
Fig. 37.- Rasgos superficiales de los clastos
c) Tamaño de grano Para partículas irregulares, como granos de arena, el tamaño de grano obtenido depende del método de medición, que a su vez es función del grado de consolidación del material y del objetivo de estudio. Dado que el tamaño de grano es una variable continua y se necesitan una gran cantidad de partículas para una buena estimación, es necesario establecer una escala de graduación (serie de intervalos que poseen una relación constante entre sí). Para tamices, el método más utilizado para sedimentos no consolidados, la escala de graduación fue determinada por Krumbein (1934) y definida como: U N I V E
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= -log2S Donde S corresponde al tamaño en milímetros. Graficando la escala (eje X) versus el porcentaje de material con ese tamaño (eje Y), sobre papel milimetrado es posible obtener la curva acumulativa (conocida también como ojiva; ver figura 38) que representa la distribución de los tamaños de las partículas y facilita la visualización del tipo de muestra representado y de sus características.
Fig. 38.- Curva de frecuencia acumulativa.
La forma de esta curva entrega información (estimaciones gráficas) sobre parámetros del tamaño de grano como: Promedio aritmético (media): Comúnmente utilizado, pero con poco significado físico para materiales heterogéneos, debido a que una pequeña cantidad de granos grandes tiene poca influencia en el promedio. Depende de la combinación de 2 factores: la competencia promedio del medio depositante y el tamaño inicial de los materiales fuente. Mediana: Corresponde al tamaño de grano asociado al 50% Moda: Peak más alto de la curva de frecuencia. Representa el tamaño de grano más abundante en %-peso Fig. 39.- Curva de frecuencia con moda, mediana y media.
La altura relativa y la forma en que las frecuencias están agrupadas a ambos lados de la moda son características de cada material.
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En una distribución normal coinciden promedio, media y moda. Bimodalidad: Corresponde a la presencia de dos poblaciones de tamaños dominantes dentro de la curva de frecuencia (Fig.8). La existencia de dos o más modalidades dificulta la interpretación de estimaciones estadísticas. Puede ser resultado de una combinación de sedimentos ya depositados y partículas transportadas en suspensión, infiltración, diagénesis post depositacional o falta de grados de tamaño en algunos materiales fuente.
Fig. 39.- Bimodalidad
d) Selección Corresponde a una dispersión alrededor de la tendencia central. Refleja el grado de variación entre los distintos tamaños de grano. Puede calcularse como la razón entre el tercer y primer cuartil, es decir:
S = 75 / 25 Donde valores de S < 2.5 indican buena selección (tamaños de grano poco variables); S ≈ 3.0 indica selección moderada y S > 4.5 mala selección asociada a una gran variabilidad de tamaños (ver figura), o de una forma más acuciosa según la fórmula planteada en Tablas. La selección también puede estimarse visualmente por comparación o ser medida semicuantitativamente en secciones transparentes.
Fig. 40.- Distintos grados de selección.
Variaciones en la selección pueden indicar fluctuaciones en la velocidad, contribuciones a una misma capa de partículas transportadas en suspensión y tracción o fuentes polimodales. La selección junto con el redondeamiento, definen el grado de madurez textural de los depósitos. Folk (1951) definió una arena madura como una arena libre de arcillas intersticiales (entre granos), con buena
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selección y partículas bien redondeadas. La determinación de distintos grados de madurez textural se basan en la idea de que durante el transporte el primer material removido corresponde a las arcillas, mejorando, por lo tanto, su selección y que muy posteriormente el resto de las partículas es redondeado por efecto de los procesos químicos y físicos. Sin embargo, es el ambiente de depositación final el que controla la madurez textural. Por ejemplo, durante una tormenta, arenas de plataforma marinas bien redondeadas y bien seleccionadas pueden mezclarse con arcillas pertenecientes a aguas mucho más profundas. Esta mezcla también puede ser consecuencia de bioturbación (efecto debido a la acción de organismos). Este caso, en que arenas bien redondeadas y con buena selección se encuentran junto a abundantes arcillas, se denomina inversión textural. Asimetría Corresponde al grado de asimetría de la curva. Se determina por la importancia relativa de los extremos en la distribución. Valor de SKI negativo indica que el extremo grueso está más ampliamente distribuido (mala selección), mientras que un valor positivo indica mala selección al lado fino. De una forma más cualitativa se tiene que: Rango asimetría
Indica
-1.00 a – 0.30 -0.30 a - 0.10 -0.10 a + 010 + 0.10 a + 0.30 + 0.30 a + 1.00
Alto exceso de gruesos Moderado exceso de gruesos Simetría Moderado exceso de finos Alto exceso de finos
Fig. 41.- Asimetría positiva, negativa y simetría.
Curtosis Es una medida de la altura del punto más alto (peak) de la distribución; si la distribución es más plana que una distribución normal se denomina platicurto, en cambio, si el peak es más acentuado se le llama leptocurto. La curtosis de una distribución normal se denomina mesocurto. Se he definido la siguiente escala cuantitativa para la curtosis:
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Rango Kg
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Tipo de curtosis
0.67 – 0.90 0.90 – 1.11 1.11 – 1.50 1.50 – 3.00 > 3.00
Platicurto Mesocurto Leptocurto Muy leptocurto Extremadamente leptocurto
Fig.42.- Tipos de curtosis.
Estos parámetros excepto, media y moda, pueden ser determinados también directamente del análisis de tamiz (estimaciones de momento). Para el cálculo gráfico de estos parámetros es necesario, primero, introducir el término percentil. Para esto, sea x es el tamaño de grano en unidades, entonces un percentil p cualquiera es el valor de x para el cual p% de la distribución es menor a p. Es decir, percentil es el porcentaje correspondiente a un determinado valor de Los valores de
225, 50 y 75 se denominan primer, segundo y tercer cuartil, respectivamente.
La Tablas contienen las fórmulas para el cálculo, gráfico y de momento, de los parámetros antes mencionados. a. Fábrica La fábrica de arenas y areniscas corresponde a la manera en que los granos se juntan para formar agregados. Se relaciona, en cierto modo, a las formas en que las corrientes depositan gran cantidad de partículas de distintos tamaños, formas y redondeamiento, y a las formas en que estos agregados son compactados por procesos químicos o físicos. f) Relaciones entre granos La distribución espacial de los tipos de fábricas en un cuerpo de arenisca favorece el entendimiento respecto del origen y edades relativas de sus agentes cementantes y procesos diagenéticos. El estudio de estas relaciones se realiza principalmente a través de la observación de secciones transparentes bajo microscopio óptico. g) Orientación Se determina en base a mediciones de los ejes mayores o ejes mayores aparentes de granos individuales
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en secciones transparentes. Se han distinguido dos tipos principales de orientación de granos: Paralelo al flujo de corriente e imbricado 15° a 18° corriente arriba. Perpendicular a la corriente, no siempre presente.
Fig. 43.- Ejemplos de orientación de granos con respecto a la dirección del flujo que los depositó.
d) Porosidad y permeabilidad La porosidad, desde un punto de vista cuantitativo, corresponde a la razón entre el volumen de espacios internos abiertos y el volumen total de la roca. Pt (%) = [(volumen total – volumen sólido) / (volumen total)] x 100 Los espacios internos, denominados poros, intersticios o vacíos, pueden estar aislados de otros o estar incomunicados (porosidad efectiva). Pe(%) = (volumen de poros interconectados / volumen total) x 100 En general, la porosidad efectiva es menor que la porosidad total. La compactación y cementación pueden reducir la porosidad de una arenisca, por ejemplo de un 50% o más a casi cero en una cuarcita (arenisca rica en cuarzo). El sistema de poros es el que permite a la arenisca almacenar y transmitir aguas subterráneas, petróleo, gas o soluciones mineralizadas. La permeabilidad o conductividad hidráulica, K, mide la capacidad de la roca de transmitir fluidos. Está controlada por el tamaño de grano, selección, orientación, y estructura de empaquetamiento de los granos, además de la cementación y estratificación. Experimentalmente se ha determinado que mientras menor es el tamaño de grano y peor es la selección, menor es la permeabilidad. La permeabilidad se define por la ecuación de Darcy como una constante de proporcionalidad por el flujo laminar de un fluido particular en una sustancia porosa determinada:
Q = KA dp/dl) Donde Q es el volumen de flujo transmitido por unidad de tiempo, A la sección areal y dp/dl el gradiente hidráulico adimensional (cambio de presión p en la dirección del flujo l). K es una constante cuyas dimensiones son [m/s]. U N I V E
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Esta medida de permeabilidad depende tanto del fluido como del sistema de poros del medio y la dirección de medida de permeabilidad del medio. K es, por lo tanto, un valor vectorial. 2.5.4 OTRAS CARACTERISTICAS Color La coloración presente en los sedimentos indica las características pasadas de los sedimentos, pudiendo reflejar el color del material original, representar el estado de oxidación o reducción del ambiente de depositación, cantidad de materia orgánica o simplemente puede estar relacionado con el tamaño de grano (grano más fino aparece más oscuro que los granos más gruesos de la misma composición). Composición mineralógica La composición mineralógica de las rocas sedimentarias es una propiedad física fundamental, ya que a partir de ésta, se puede determinar la clasificación específica de la muestra estudiada. Además puede dar una idea del área de origen y distancia a la fuente de aporte. En general, la composición mineralógica de las rocas sedimentarias depende de la litología del área fuente, la resistencia de los minerales a la meteorización, el tiempo y la distancia de transporte de los fragmentos, la resistencia del mineral a la abrasión y de las condiciones del ambiente de depositación en que los fragmentos son sedimentados. Reconocimiento de minerales El reconocimiento de diferentes minerales puede realizarse en base a sus propiedades físicas. Entre éstas están las propiedades ópticas que constituyen una herramienta útil y poderosa en la determinación de especies minerales y cuyo estudio es conocido como "mineralogía óptica". Para este tipo de estudios es necesaria la utilización del microscopio petrográfico, secciones transparentes, y la técnica de reconocimiento de minerales por este método. Otra técnica de reconocimiento es a través de la simple observación con la ayuda de una lupa de mano. Sin embargo, para sedimentos finos este equipo no es suficiente y es necesaria la utilización de una lupa binocular. El reconocimiento y descripción de minerales por este método es, básicamente, igual a la observación con lupa de mano, considerando el factor erosión que puede afectar la forma de los cristales. Propiedades físicas de los minerales Las propiedades físicas de los minerales son el reflejo de su composición química y estructura cristalina. Sin embargo, estas propiedades son variables dentro de ciertos parámetros dado que distintos individuos de una misma especie no son necesariamente idénticos. Por ejemplo: diferentes cristales de cuarzo pueden ser de distintos colores (incoloro, gris, azulado, violeta, rosado, blanco o negro) debido a la presencia de impurezas. Por lo tanto, el color no es una propiedad útil para diferenciar el cuarzo del resto de los minerales. Por otro lado, la biotita (mineral ferro-magnesiano del grupo de las micas) es sistemáticamente de color negro o marrón muy oscuro. En ese caso el color es un buen criterio para diferenciarla de otras especies similares. El reconocimiento de un mineral será entonces el resultado de la observación sistemática de un conjunto de propiedades. Las propiedades físicas útiles para el reconocimiento con lupa binocular son: Forma La forma externa de un cristal depende de su velocidad de crecimiento. Las caras de crecimiento más rápido presentan un desarrollo menor. En cambio, las más lentas se desarrollan más y muestran tendencia a hacer desaparecer a las otras. Cuando un mineral forma parte de una roca, la forma que desarrolla es función de diversos factores,
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algunos propios de su especie y otros que resultan del condicionamiento que determinan las especies minerales vecinas. Así, un cristal de cuarzo que crece a partir de la cristalización de un líquido silíceo en completa libertad (mucho espacio de crecimiento) desarrollará caras cristalinas, sin embargo, si cristaliza en último lugar en una roca granítica ocupará los intersticios entre los cristales de otras especies (principalmente feldespatos y mica) que cristalizaron antes y su forma se verá condicionada por los espacios vacantes. Hábito Corresponde al desarrollo relativo del conjunto de caras de un cristal bajo la influencia de los factores fisicoquímicos del medio (temperatura, presión, radiactividad, concentración, viscosidad, etc.), que actúan durante su génesis. Los principales tipos de hábito son:
Fig. 44.- Principales hábitos de los minerales.
Hábito hojoso: los cristales se desarrollan principalmente en dos direcciones, típicamente las micas y arcillas. Hábito fibroso: los cristales se desarrollan preferencialmente en una sola dirección, el mineral adquiere aspecto de fibras (algunos anfíboles, asbesto). Hábito prismático: los cristales se desarrollan moderadamente en dos direcciones y fuertemente en la otra. Adquieren formas prismáticas de base rectangular, triangular o hexagonal. Hábito tabular: caso particular de hábito prismático en el que las caras del cristal se desarrollan en forma de prisma muy corto o aplastado, el cristal adquiere forma de tabla o tableta. Clivaje Rotura de un mineral en caras planas paralelas a una cara real o posible del cristal. Cada cara corresponde a planos reticulares de mayor densidad de nodos, mientras que el conjunto de esos planos están unidos entre sí por enlaces más débiles. Por lo tanto el clivaje, depende de la resistencia a la ruptura (cohesión) y es una consecuencia de su organización interna. Según el grado de facilidad y perfección con que se manifiesta el clivaje, recibe calificativos como: excelente, muy bueno, bueno, manifiesto, pobre o imperfecto, etc. Un mineral puede tener más de un plano de debilidad por los que se rompe más fácilmente, por lo tanto tendrá más de un plano de clivaje. Las micas constituyen el ejemplo más evidente de mineral con un plano de clivaje perfecto, por el que se separa en hojas extremadamente delgadas.
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Fig. 45.- Uno, dos y tres planos de clivaje y los minerales respectivos que los presentan.
Otros minerales, como el cuarzo, tienen una estructura sin planos de debilidad preferente y se rompen tal como lo haría un trozo de vidrio. A este tipo de fractura se la conoce como fractura concoide. Fractura Rotura totalmente desordenada, sin ninguna dirección preferente de los enlaces estructurales de un cristal como consecuencia de un golpe. Se definen 4 tipos: irregular, concoidea (superficies curvas), astillosa (entrantes y salientes puntiagudos) y ganchosa (propia de los metales nativos). Brillo Es una propiedad compleja que describe la manera como la luz se reflejaen la superficie del cristal. Depende de varios factores como el índice de refracción y el grado de pulimento de la superficie observada. El brillo metálico lo presentan algunos minerales que como los metales no permiten el paso de la luz (sustancias opacas). Las diversas variedades de brillo no metálico son características de lassustancias transparentes o translúcidas y podemos distinguir diversas variedades: brillo adamantino, típico del diamante y de las sustancias con alto índice de refracción, brillo vítreo (el de la mayoría de los minerales) semejante al del vidrio, con variedades como el brillo graso (típico de las superficies de rotura del cuarzo) semejante al de un objeto engrasado, brillo nacarado en que se observa iridiscencia por difracción en las microfisuras de la superficie (similar al Nácar); brillo mate es el típico de las sustancias terrosas o de las superficies que dispersan la luz en todas direcciones. Color de los Minerales Es una propiedad que cuyo potencial de diagnóstico es muy limitado. Muchos minerales muestran colores diversos dependiendo de mínimas proporciones de impurezas en su estructura. Minerales de este tipo sin una coloración típica se llaman alocromáticos mientras que aquellos en que se verifica una cierta constancia en el color se denominan idiocromáticos (como la biotita). Otra característica importante en el reconocimiento de minerales es la presencia de maclas que consisten en agrupaciones homogéneas de uno o de varios individuos de la misma especie que poseen en común dos de sus tres direcciones cristalográficas principales. Muchas maclas se reconocen fácilmente debido a que en ellas existen ángulos entrantes dirigidos hacia el interior del cristal. 2.5.5 PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO. La investigación científica en Sedimentología debe necesariamente realizarse según las pautas del método científico, si se pretende que los resultados obtenidos posean un rigor y utilidad reales. Sin embargo, la aplicación del método científico en Sedimentología presenta una serie de dificultades y limitaciones, ya que en teoría la obtención de leyes está ligada tanto a la observación como a la experimentación y en el caso de las ciencias de la tierra ambos aspectos, pero sobre todo éste último, presentan unas dificultades obvias.
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Fig. 46.- Planteamiento Metológico
El ejemplo de estudio-trabajo que utilizaremos es el método fundamental clásica en Estratigrafía que consiste en tres fases principales: a.- Fase de reconocimiento y planteamiento: Se comienza con el planteamiento del problema geológico existente en la zona de estudio, que está en algunos casos relacionado con la falta de estudios de detalle en cuanto a la Sedimentología y a la falta de definición de las divisiones cronoestratigráficas. En esta fase previa es importante la exhaustiva revisión bibliográfica que nos ayuda a diseñar tanto la dimensión real del problema como las estrategias para abordarlo. La recopilación bibliográfica presenta varias dificultades, unas derivadas de la escala de la región en la que se ubica la zona de estudio y al poco detalle de los estudios previos. También durante esta fase tiene especial importancia la observación preliminar del terreno, tanto por métodos indirectos (fotografía aérea) como por reconocimiento directo sobre el terreno y la realización de una cartografía preliminar. b.- Fase de observación, descripción y sistematización: Una vez planteado el problema se realiza un diseño detallado de las campañas de observación, estas campañas formar parte de una estrategia o proyecto que es diseñado para conseguir los objetivos planteados. En esta fase se aplican técnicas de estudio en superficie y técnicas de laboratorio ordenadas de la siguiente forma: • • • •
Levantamiento de columnas litológicas. Sistematización de las facies y los cuerpos sedimentarios. Medición de paleocorrientes. Toma de muestras.
Estudios complementarios sobre petrología, paleontología y cronología radiométrica. Los datos deben ser ordenados sistemáticamente, en orden a facilitar su posterior estudio e interpretación. En esta misma etapa, el empleo de las técnicas de gabinete facilita el análisis de los datos: la elaboración de perfiles, gráficos y esquemas de trabajo. Es importante destacar que la informatización de datos, tratamiento estadístico y gráfico de los mismos mediante programas informáticos permiten ganar en rapidez, precisión y estética. c.- Fase de interpretación: Es la parte final de la metodología científica aplicada a estudios Estratigráfico-Sedimentológicos, consiste en la integración interpretativa del conjunto de datos, destinada a la elaboración de un modelo que pueda utilizarse como hipótesis de trabajo de estudios
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posteriores y ser sometido al proceso de verificación-falsación, avanzando en la elaboración de una interpretación final que puede llegar a tener el rango de conclusión regional y temática. Estos modelos son obtenidos mediante la realización previa de esquemas de correlación de los cuerpos sedimentarios y de la interpretación de las facies y su arquitectura, primero a nivel de cuerpos individuales y posteriormente en conjunto. Y utilizando los datos de paleocorrientes, composición litológica y contenido paleontológico como indicadores auxiliares de gran valor para la interpretación. Durante esta etapa se realiza además una cartografía definitiva de acuerdo con los criterios propuestos en este trabajo. Los modelos-hipótesis se plantean para intentar dar una explicación de la problemática planteada y a los hechos observados y datos recopilados en el campo y el laboratorio. Los realiza modelos preliminares previamente sometidos a verificación-falsación circular, mediante el análisis de los datos y en algunos casos es preciso la obtención otros nuevos para completar esta verificación.
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UNIDAD III: UNIDADES ESTRATIGRAFICAS TEMA 6.- CLASIFICACION DE UNIDADES ESTRATIGRAFICAS 3.6.1 Introducción 3.6.2. Clasificación de Unidades Estratigráficas. A. Unidades Observables A. 1. Unidades Litoestratigraficas A. 2. Unidades Bioestratigraficas B. Unidades Inferenciales B. 1. Unidades Geocronologicas B. 2. Unidades Cronoestratigraficas
3.6.1. INTRODUCCION Una unidad estratigráfica es el conjunto de estratos y de rocas asociadas cuyas propiedades permiten diferenciarlo de otras. Estas Unidades Estratigráficas a partir de las correlaciones entre varias series o secuencias estratigráficas, se pueden definir diversas unidades que sirvan para encuadrar en ellas las conclusiones e interpretaciones conseguidas. Según que se atienda preferentemente al carácter litológico, paleontológico o temporal, se establecen las unidades litoestratigráficas, bioestratigráficas y cronoestratigráficas respectivamente. Además, relacionadas con éstas últimas, aunque sin referirse a las series estratigráficas, se utilizan también las unidades geocronológicas, que sólo tienen en cuenta el tiempo absoluto. 3.6.2. CLASIFICACION La Clasificación estratigráfica tiene por objeto reunir a los estratos y las rocas asociadas a ellos, de una sucesión estratigráfica normal, en unidades estratigráficas. Las unidades estratigráficas se pueden identificar a partir de 2 factores:
A. Unidades Observables. A. 1. Unidades Litoestratigraficas.
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Son unidades establecidas a partir de los caracteres litológicos de la roca mediante una sucesión estratigráfica; teniendo un carácter eminentemente primario, ya que se pueden utilizar tanto en estudios de superficie como a la hora de hacer sondeos, siendo su principal limitación su relativa extensión lateral, haciendo difícil su posible correlación. Son las más utilizadas ya que muestran una gran objetividad. La principal limitación que presentan, es su relativa extensión lateral en el caso de correlaciones a grandes distancias. Como estas unidades están condicionadas por los ambientes sedimentarios, al variar éstos lateralmente, en un mismo período de tiempo, hacen que varíen las características litológicas y por ello, la extensión que abarca una misma unidad litoestratigráfica está siempre limitada en el espacio. La unidad litoestratigráfica principal es la: Formación Grupo Miembro Capa
Se define como el conjunto de rocas, estratos homogéneos y que se puedan cartografiar a una mayor escala 1:25000 Compuestas por 2 o más formaciones. De menor proporción que la formación. De menor proporción que la Miembro
En resumen se identifican de menor a mayor categoría estas unidades se denominan: capa, miembro, formación –unidad básica- y grupo, comprendiendo cada una de ellas a las anteriores. Unidades litoestratigráficas se definen a los cuerpos definidos de rocas sedimentarias, ígneas o metamórficas o la asociación de dos de ellas, distinguibles y delimitables, sobre la base de las características litológicas y de sus relaciones estratigráficas. Formación es la Unidad litoestratigrafica fundamental utilizada en la descripción e interpretación de la geología de la región. Debe ser mapeable en superficie o subsuelo. Las características que la diferencian de otra formación debe ser litología (mineralogía, química, textura, color, estructura, contenido fosilífero). Debe poseer límites: contactos. A. 2. Unidades Bioestratigraficas Una unidad bioestratigráfica es un cuerpo de roca que se caracteriza por su contenido fósil. Son unidades establecidas a partir de las características paleontológicas que presentan las rocas estratificadas. Son bastante objetivas, pues se fundamentan en la presencia física de los diferentes taxones. Las ventajas que ofrecen están ligadas a los parámetros tiempo y espacio, pues al basarse en la evolución, no son repetitivas y cubren un espacio que puede llegar a ser la totalidad de la superficie de la Tierra. La principal limitación consiste en que están subordinadas a la presencia de fósiles por lo que cubren bien sólo el Fanerozoico y aún así, existen materiales azoicos en los que no es posible realizar ninguna división bioestratigráfica. El término fundamental es la zona o biozona, pudiendo presentarse varios tipos como acrozona, cenozona, etc. Las unidades bioestratigraficas que representa las características paleontológicas de un conjunto de rocas, tiene ventajas que no son repetitivas dada la evolución de las especies. Ej. si se encuentra un fósil es de esa época. Inconveniente: no todas las rocas presentan fósiles. Una unidad bioestratigrafica puede englobar a varias litoestratigráficas y viceversa. La unidad fundamental es la biozona. BIOZONA U N I V E
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Cuerpo de roca caracterizado por la presencia de uno o varios elementos diagnósticos fósiles, del (o los) cual (es) recibe su nombre. Normas para definir Biozonas: • Seguir las consideraciones generales de Geologia • Especificación de la Biozona y sus límites • Base taxonómica • Facilidad de reconocimiento • Estratotipo • TIPOS DE BIOZONAS Biozona de Asociación: distribución geográfica y estratigráfica de uno o dos elementos de un conjunto de taxones. Biozona de Intervalo: Basada en un taxon Superposición de rangos de dos taxones Primeros registros Últimos registros Parte del rango de un taxon determinado por el de otros taxones Biozona de Apogeo: abundancia de un taxon o grupos de taxones
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B. Unidades Inferenciales. Ambas unidades son inferidas, ya que se deducen de observaciones previas realizadas. Son las unidades fundamentales, ya que a través de ellas se llega a la finalidad del trabajo puramente estratigráfico, es decir, al encaramiento de las observaciones dentro de la columna estratigráfica general y por lo tanto correlacionable en todo el mundo. Son las usadas para el establecimiento de la escala de tiempo geológico. Las unidades cronoestratigráficas se refieren a los estratos que se han depositado durante un tiempo determinado, por lo que son unidades materiales (estratos), mientras que las unidades geocronológicas son divisiones puramente temporales, intangibles (tiempo), aunque estén relacionadas con las primeras. B. 1. Unidades Geocronologicas Resultan de la división del registro geológico en unidades puramente temporales (unidades de tiempo), esta unidad no es una unidad estratigráfica (no es material). La escala del tiempo geológico que se mide en millones de años (M.a. o m.y.), ej: período Devónico. Unidades geocronológicas: Eón Era Período Época Edad Crono B. 2. Unidades Cronoestratigraficas Las unidades cronoestratigráficas dividen la Columna Estratigráfica basándose en el tiempo y se refieren a los estratos que se han depositado durante un tiempo determinado. Cuerpo de roca establecido para servir como el material de referencia, para todas aquellas rocas formadas durante el mismo intervalo de tiempo (ej. Sistema Devónico). En otras palabras, se refiere a la unidad de material depositado durante una determinada unidad de tiempo. Sus límites son isocrónicos y pueden definirse por un estrato tipo, sobre la base de las características físicas o paleontológicas observables de la roca. Jerarquía: Eontema
Eratema Sistema
Unidad estratigráfica de mayor jerarquía. El Eontema Fanerozoico comprende los Eratemas Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Eratema. Unidad Cronoestratigráfica inferior a la anterior y consiste en varios sistemas adyacentes. Las rocas contenidas en un Sistema representan un intervalo de tiempo suficiente para servir de unidad Cronoestratigráfica referencial de extensión mundial. Se considera el Sistema como la unidad primaria de rango mayor de extensión mundial. El Sistema es un cuerpo de roca depositado en un intervalo de tiempo. ... en el Jurásico (Sistema), unidad cronoestratigráfica y se mide en metros. ... durante el Jurásico (Periodo), unidad geocronológica y se mide en millones de años. U N I V E
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Los límites de los Sistemas son isócronos y pueden definirse por un estrato tipo, características físicas y observables de las rocas. Se usan los estratos tipos basándose en fósiles, dataciones radiométricas, magnetoestratigráfica. Unidad cronoestratigráfica convencional y es siempre la subdivisión de un Sistema. Unidad cronoestratigráfica más pequeña. En un principio solo se usaba como elemento de clasificación y correlación intracontinental pero tiene potencial para el reconocimiento mundial. Unidad cronoestratigráfica formal comúnmente pequeña pero no es jerárquica. Puede basarse en una unidad litoestratigráfica, una unidad magnetoestratigráfica o una unidad bioestratigráfica.
Serie Piso
Cronozona sin jerarquía
La equivalencia entre las divisiones estratigráficas y las cronológicas es la siguiente: Divisiones Cronoestratigráficas
Divisiones Geocronológicas
Eontema
Eón
Eratema
Era
Sistema
Período
Serie
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UNIDAD IV: ESTUDIO DE LAS DIFERENTES ROCAS SEDIMENTARIAS TEMA 7.- ROCAS SEDIMENTARIAS 4.7.1.- Introducción 4.7.2.- Clasificación de Rocas Sedimentarias 4.7.3.- Texturas Deposicionales 3.1.- Rocas Clásticas 3.2.- Rocas No clásticas 3.3.- Rocas de origen químico y orgánico 4.7.4.- El Petróleo 4.7.1.- INTRODUCCION Para una mejor interpretación de formación y el estudio de las diferentes rocas sedimentarias es imprescindible conocer la nuestro planeta está formado estructuralmente y su composición. • Estructura interna de la tierra El conocimiento de la estructura interna de la tierra es, en realidad, inferido ya que se parte de datos indirectos proporcionados por la geofísica. Debe tenerse en cuenta que las excavaciones más profundas (algunas minas de Africa del Sur) solo alcanzan 3 Km. de profundidad y las mayores perforaciones para explotación de petróleo no llegan a los 11 Kilómetros. Si recordamos que el radio terrestre ronda los 6.370 Km. vemos que la información directa es, en proporción, muy pequeña. La geofísica nos provee información a través del estudio de las ondas sísmicas. Estas ondas se desplazan con distinta velocidad según la densidad del medio que atraviesan. La génesis de estas manifestaciones energéticas tiene que ver con un terremoto o con algún sismo provocado. Entre estos últimos se cuentan las explosiones nucleares o, en menor escala, las detonaciones que se practican para estudiar mantos rocosos, yacimientos de hidrocarburos, etc. A partir de este punto de origen, foco o hipocentro, se propagan dos tipos de ondas: las "P" y las "S". Las primeras vibran en sentido paralelo a la dirección de propagación, son más rápidas y se transmiten tanto en medios sólidos como líquidos. Las segundas vibran en sentido transversal a la dirección de propagación, son más lentas y solo se transmiten a través de medios sólidos.
En el mundo existe hoy una sofisticada red de estaciones sismográficas. Con ella se ha estudiado en detalle las ondas que atraviesan el interior del planeta y se ha podido definir su velocidad, amplitud, reflexiones, retracciones y otras características. Integrando los resultados se deduce una estructura interna de capas concéntricas como muestra la gráfica.
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• Composición química de la tierra Tomando la teoría de la gran nube de gas como punto inicial y si aceptamos una edad aproximada de la tierra de 5.000 millones de años, podemos hablar de una era pregeológica y una era geológica. -
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La era pregeológica, algo así como una transición de masa gaseosa a cuerpo sólido que duró 1200 millones de años, produjo las primeras reacciones químicas y lo que llamamos el protoplaneta. La era geológica se inicia a partir de la existencia de un cuerpo celeste definido en cuya corteza diferenciamos rocas y agua. Aquí comenzamos a salir de lo estrictamente teórico al poder fechar en 3.800 millones de años la roca más antigua. Para el caso podemos decir que recién en el siglo veinte se desarrollaron métodos fehacientes para determinar la edad de formación de los materiales inorgánicos.
En cuanto a la atmósfera, estudios comparativos, describen a una primitiva capa circundante compuesta mayoritariamente por hidrógeno, helio, amoníaco y metano. Como vemos el hidrógeno, muy abundante, ya formaba compuestos con el nitrógeno y el carbono. Posteriormente, la gran temperatura de contracción del protoplaneta hizo emigrar a los gases más inestables, el helio y el hidrógeno, para dejar a los residuales, oxigeno y nitrógeno, como dominantes. A partir de este momento el oxígeno desarrolla un rol fundamental, ya que al reaccionar con el silicio, magnesio, calcio y algunos otros forma los silicatos que son los componentes mayoritarios de las rocas. En cuanto a la hidrósfera, si bien se infiere una combinación del oxígeno con el hidrógeno libre, no se descarta un origen intratelúrico, es decir agua con abundante contenido de sales proveniente del interior de la tierra. Estos son solo algunos de los procesos iníciales que intentan dar un bosquejo de la formación y evolución química de la atmósfera, hidrósfera y corteza terrestre. • Forma y dimensiones La tierra no es una esfera perfecta. Presenta una depresión o hundimiento en los polos que hace que un corte o perfil imaginario se asemeje más a una elipse que a una circunferencia. Algunos autores prefieren decir, o agregar, que existe un ensanchamiento en el centro debido al movimiento de rotación y a la plasticidad de los materiales. - Consecuentemente el diámetro ecuatorial de 12.753 km., Y el diametro polar de 12.710 km. - La circunferencia del ecuador tiene 40.077 km., y la de los Polos contra 40.000 km. - La densidad del planeta es de 5,5. - La masa es de 5.875 trillones de toneladas. - La superficie de la tierra es de 510 millones de kilómetros cuadrados de los cuales 199 corresponden a las tierras emergidas y los 361 restantes a los océanos y mares interiores. En cuanto al relieve la altura mayor es el monte Everest con 8.000 metros aproximadamente y la depresión más importante podría ser la fosa de Swire, cerca de Filipinas con algo más de 10.000 metros de profundidad. 4.7.2.- CLASIFICACION DE ROCAS SEDIMENTARIAS Para clasificar las rocas sedimentarias, se hace de suma importancia observar sus propiedades físicoquímicas y texturales, con ello lograremos una buena identificación e incluso indagar el origen de esta y los procesos que la convirtieron en la roca que observamos hoy. A partir de ello podemos a groso modo reconstruir su historia e interpretar sus posibles ambientes depositacionales. Para ello debemos: U N I V E
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a.- Observar Aspecto Externo. Describiendo color de la muestra (fresco y meteorizado), presencia de fósiles, arreglo geométrico de los constituyentes, tamaño de los granos, y si se puede determinar mediante observación, el contenido mineral. b.- Aplicar HCl al 10%. Para determinar el porcentaje de carbonato de calcio, a mayor efervescencia más calcárea la muestra estudiada. c.- Aquellas rocas que sean catalogadas como SILICICLÁSTICAS se deben clasificar texturalmente según el criterio el cual hace referencia al tamaño del grano. d.- Reportar el nombre de la roca según sus características practicas e investigar las características teóricas para cada familia estudiada. Nota: consultar libros de geología física, geología general, petrología, petrología de rocas sedimentarias, sedimentología, etc. Las Rocas Sedimentarias cubren aproximadamente un 70% de la superficie terrestre y la mayoría de los fondos oceánicos. En los continentes alcanzan espesores promedios de 1,8 Km; mientras en las cuencas oceánicas 0,3 Km. Dentro de las rocas sedimentarias, las más abundantes son las lutitas (65%), luego las areniscas (20%), rocas carboníferas (10%) y finalmente conglomerados, fosforitas, evaporitas, etc. (5%). El estudio de las rocas sedimentarias se hace a través de su TEXTURA, COMPOSICIÓN y ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS. 4.7.3.- TEXTURAS DEPOSITACIONALES Los sedimentos (que posteriormente originarán rocas sedimentarias) pueden tener dos tipos de texturas: CLÁSTICAS y NO CLÁSTICAS. La Textura Clástica caracteriza a aquellos sedimentos formados por la acumulación mecánica de partículas detrítica. Esta textura está influenciada por el tamaño y la forma de las partículas originales de minerales y rocas o por los tipos de organismos cuyos esqueletos o conchas se acumulen. Los sedimentos formados por la acumulación de partículas de minerales y rocas se denominan SILICICLÁSTICOS (debido al predominio de silicatos), incluyen las gravas, arenas, limos y arcillas. Aquellos sedimentos formados por la acumulación de restos orgánicos variados (como bivalvos, corales, plantas) se denominan BIOCLÁSTICOS. Las rocas clásticas son las que se componen por más de 50% de partículas detríticas.
La textura No Clástica es generalmente cristalina, se caracteriza por un intercrecimiento de cristales minerales depositados por precipitación química o por evaporación del agua en cuencas de circulación restringida. Entre los sedimentos químicos encontramos Precipitados (óxidos de Fe y Mn; carbonatos de CaMg-Fe; fosfatos de Ca, Fe) y Evaporitas (cloruros de Na, K, Mg; carbonatos de Ca, sulfatos, etc.). Como vimos, la Diagénesis es el conjunto de procesos que actúan sobre los sedimentos justo desde el momento en que son soterrados y que conllevan a su transformación gradual a roca sedimentaria (proceso conocido como litificación) debido al aumento en la presión y temperatura. La roca sedimentaria generada
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puede tener distintos grados de consolidación, desde muy friable a extremadamente dura y compacta. Debido a la gran cantidad de componentes que integran a los sedimentos, cada uno de ellos responde de modo distinto a la diagénesis, lo cual hace que el proceso sea de gran complejidad. 3.1.- Rocas Clásticas Sedimento. Materiales sin cohesión primaria formados por la depositación de partículas de minerales o de roca, conchas o esqueletos de animales, algas, corales y restos vegetales, o por la precipitación química de sales disueltas en el agua. Clasto. Fragmento de roca que ha sido transportado, por procesos volcánicos o sedimentarios Sedimentos clásticos. Son aquellos sedimentos depositados por sedimentación física, la cual ocurre cuando termina el transporte del material, debido a una disminución de la energía de los agentes de transporte, por ejemplo: disminución de la fuerza del viento, culminación del movimiento de una masa de hielo o disminución de la energía de un río. Esta sedimentación se puede considerar como un proceso gravitacional. Las sedimentitas detríticas o clásticas se componen de fragmentos de rocas y minerales, que se han formados a partir de rocas anteriores a causa de su erosión, han sido transportados por agua, viento o hielo y finalmente almacenadas mecánicamente. Las rocas clásticas entonces se puede definir como un conjunto de fragmentos. En el caso que los fragmentos son petrográficamente iguales se habla de una roca clástica monomicta, sí son diferentes se habla de una roca polimicta. El cemento y la matriz es el pegamento que junta los clastos. •
Tamaño.
Las rocas clásticas o detríticas se clasifican según el grano de los fragmentos que las componen. Se ha fijado un límite arbitrario (2 mm de diámetro), por debajo del cual los componentes se denominan arena y por encima grava. Cuando las arenas están cementadas se denominan areniscas. Cuando las gravas están cementadas se denominan conglomerados. Cuando las arenas o areniscas son de tamaño muy fino (diámetro inferior a 0,06 mm) se pasa a limos y arcillas –también llamadas lutitas– caracterizados por su composición mineralógica especial (mineral de arcilla) resultante de la alteración de los feldespatos. Cuando los productos de la erosión dejan de estar en suspensión en los medios de transporte (agua, hielo o aire) se depositan por la acción de la gravedad. Estos depósitos superficiales son llamados sedimentos clásticos. En la superficie de la Tierra existen zonas más apropiadas que otras para que se realice el proceso de sedimentación. Las primeras serían las zonas más elevadas, donde los agentes erosivos y de transporte desplazan rápidamente los residuos de la destrucción mineralógica. Las segundas serian las zonas deprimidas, donde los agentes transportadores pierden su energía y permiten la deposición de la carga que arrastran. Las rocas sedimentarias clásticas están hechas de fragmentos de otras rocas llamadas sedimentos. Cristales minerales llamados cemento, mantienen juntos a los sedimentos. Hay muchos tipos diferentes de rocas sedimentarias clásticas. Para identificar qué tipo de roca tienes, necesitarás formular las respuestas de estas preguntas: ¿Cuán grandes son los sedimentos? ¿Son todos los sedimentos, aproximadamente, del mismo tamaño? ¿Los sedimentos son de forma redondeada o angular? Probablemente necesites usar una lupa para poder ver a los pequeños granos de sedimentos. Diferentes tipos de rocas se forman en diferentes medio ambientes. Por ejemplo, la arenisca, una roca sedimentaria hecha de granos de arena, se puede formar en una playa, o desierto de dunas de arena. La U N I V E
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pizarra, una roca sedimentaria hecha de barro y arcilla, puede formarse en pantanos, en el fondo de los lagos y demás medio ambientes pantanosos. El conglomerado, una roca sedimentaria hecha de grava y arena, se puede formar del sedimento proveniente del fondo de corrientes. División textural microscópica de las rocas Sedimentarias clásticas dendríticas (según su tamaño)
La Catedral de Roca de Arizona está hecha de una roca clástica llamada arenisca. Esta rocas tienen más de 250 millones de años, y actualmente están siendo desgastadas y erosionadas por el clima y el agua.
En las depresiones continentales se acumulan los sedimentos clásticos resultantes de la erosión en los macizos montañosos, los cuales se distribuyen –según su tamaño – a distancias graduales de su origen en: (1) aluviones, (2) arenas y (3) limos y arcillas (véase Figura 5). Figura 5. Depósitos de sedimentos clásticos en depresiones continentales
Leyenda: 1) Aluviones, 2) Arenas, 3) Limos
En las costas, la naturaleza de los sedimentos clásticos depositados depende de su distancia al litoral de donde proceden y de la profundidad del mar. A medida que aumenta la profundidad del mar y a mayor distancia de la costa, los materiales son depositados de la manera siguiente: (1) bloques de rocas desprendidos del acantilado, (2) gravas. (3) arenas y (4) limos y arcillas (véase Figura 6). En los ríos, que son corrientes de agua estabilizadas, se realizan acciones de erosión, transporte y sedimentación de una forma regular.
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Figura 6. Distribución de los sedimentos en la región litoral
Leyenda: 1) Bloques desprendidos de los acantilados, 2) Gravas, 3) Arenas, 4) Limos y arcillas.
En las cabeceras de los ríos y en las faldas de las montañas, debido a la gran pendiente o gradiente que presentan sus cursos y a la gran cantidad agua, puede ocurrir en determinadas ocasiones la sedimentación de trozos de rocas muy grandes. La zona media, las faldas de montañas y la desembocadura son zonas en las cuales el gradiente de altura comienza a disminuir hasta extinguirse. El valle en estas zonas por lo general se amplía a medida que avanza hacia la desembocadura. Los ríos tienden a depositar su carga, debido a la disminución de la velocidad de la corriente, perdiendo su acción erosiva. A medida que el río avanza en el valle y éste se amplía en terrenos homogéneos, el río no sigue una línea recta, sino que presenta un cauce ondulado lateralmente formado meandros. (Véase Figura 7). Figura 7. Formas de deposición en el valle de un río.
Los cambios de las condiciones meteorológicas que regulan la carga de agua de los ríos y –por consiguiente– su poder erosivo y de transporte, modifican la pendiente de sus cauces y con ellos su poder, que se revela en la historia del valle en sus cursos altos en forma de secciones cerradas, en las bajas en forma de secciones abiertas y amplias. Cuando los ríos emergen plenamente, cargados de material y causando erosión en las amplias depresiones de pendiente suave, comienzan a depositar en la desembocadura parte de su carga en forma cónica o de banco. Al continuar su curso lineal ondulado (meandro) en la depresión, sigue depositando el material más U N I V E
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fino de su carga y rellenando la depresión, formándose de esta manera los yacimientos de gravas y arenas en los bordes de la depresión, y los yacimientos de arena y arcillas en la depresión. Las rocas sedimentarias clásticas son: a.- Arena Arena es una denominación que se refiere técnicamente a los granos de cuarzo con pocas impurezas de feldespato, mica y óxido de hierro. Existen también arenas negras (magnetita y titanífera), arenas coralinas, arenas selenitas y otras. Las dimensiones de los granos de arena oscilan entre 0,06 y 2 mm de diámetro, la arena gruesa oscila entre 0,6 y 2 mm y la arena fina entre 0,06 y mm. La grava está formada principalmente por guijarros y granos de cuarzo, aunque también comprende guijarros de otras rocas y minerales. Tanto la arena como la grava son de orígenes detríticos. La grava oscila entre 2 y 8 mm. En el Cuadro 3 se muestran los principales usos de la arena. Cuadro 3. Principales usos de la arena. Uso
Porcentaje (%)
Construcción
50
Pavimentación
30
Balasto
1
Vidrio
5
Arena para motores
3
Abrasivos
1
Modelado
7
Otros
3
Total
100
La arena y la grava se presentan en capas sedimentarias, en lentes y bolsas, en la superficie cercana e interestratificadas con otras capas sedimentarias. Se encuentran formando depósitos fluviales o de llanuras de inundación, depósitos de playa, depósitos por el viento, dunas de arena del desierto y en capas sedimentarias marinas o de agua dulce. Los sedimentos de arenas, gravas y arcillas ocurren principalmente en los siguientes medios ambientales de deposición y que pasemos ahora a detallar cada uno de ellos. a) Fluvial
b.- Litoral,
c.-
Eólico
d.-Glacial.
En el medio fluvial (a) el agente principal en la formación de los yacimientos de material clástico es el río, cuya pendiente rige el tipo de material que se forma y deposita. En las fuentes o cabeceras –parte alta de los valles– debido a la gran pendiente que presentan y la gran cantidad de agua que pueden llevar, en determinadas ocasiones los ríos serán capaces de arrancar y transportar fragmentos de roca de gran tamaño que depositarán sobre el lecho. A medida que la corriente de agua del río pierde impulso en este primer tramo, su acción es fundamentalmente erosiva. Al descender e ir perdiendo gradiente, por su carácter erosivo el río ensancha el valle, llegando a un punto en que el valle puede llegar a ser amplio y extenso. En esta zona el río deposita progresivamente con la disminución del gradiente un gran volumen de productos detríticos, ya que el agua que baja de la zona alta a gran velocidad tiene mucha carga y al experimentar una disminución en la velocidad proporcional a la disminución del gradiente, tiende a depositar su carga más aquella que añade la erosión del río en el trayecto. Cuando el río desemboca en una zona llana a otro valle desde un río colector, deposita el material clástico en forma de cono o abanico. Cuando el río llega a la zona baja, a las amplias depresiones o llanuras,
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generalmente no sigue un curso recto, sino que presenta un cauce ondulado letalmente, dando lugar a la formación de meandros con la deposición del detrito fino que transporta, como arena fina, arcilla y limo. En resumen, un río que posea un amplio valle ha sido lo suficientemente importante para erosionar, transportar y depositar gran cantidad de material clástico; así, es una zona ideal para investigar la presencia de yacimientos de grava y arena a lo largo de su curso, y de arena fina y arcilla en la zona llana (véase Figura 8). Figura 8. Perfiles transversales del valle
Figura 9. Formas de deposición en el litoral (arenas y gravas).
El medio litoral (b) o de playa se extiende desde la línea de pleamar hasta la de bajamar. Los sedimentos están sumergidos durante un cierto tiempo, alternando con una exposición subaérea debido al ciclo de mareas. La playa está formada por el rompimiento de las olas contra la costa. En una playa se pueden distinguir una serie de zonas a lo largo de su perfil normal en la costa: el acantilado, la plataforma de abrasión y la barra arenosa. En resumen, este medio posee un gran volumen de productos clásticos, cuyo tamaño puede variar desde cantos grandes y bloques hasta limos y arcillas, dependiendo de la intensidad del oleaje y la corriente marina en la zona. El medio eólico (c) ocurre en regiones desérticas con clima árido. El aire en movimiento es el agente de transporte de los materiales clásticos. Por consiguiente, el tamaño es el principal factor, es decir, el factor selectivo, ya que sólo los materiales muy finos son los transportes en suspensión y los gruesos por saltación. Las gravas no pueden ser movidas. La selección natural es el proceso de una serie de acumulaciones de materiales de gran uniformidad. En cuanto a tamaño, pueden distinguirse los siguientes: (a) dunas de granos tamaño arena, (b) zonas de cantos y fragmentos de gravas que el aire no ha podido arrastrar y (c) suelo rocoso que presenta la roca viva a la abrasión. La duna es la forma general que tiene una acumulación de materiales por este transporte (corrientes de aire). La zona de cantos es una especie de manto donde los fragmentos presentan un pulido especial por la acción que produce la arena en suspensión al chocar entre ellos. El volumen y la gran extensión de estos tipos de yacimientos eólicos son considerables, sobre todo en los tamaños finos.
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Los depósitos glaciales (d) son aquellos en que el hielo y el agua producida por una acción secundaria del hielo –es decir, por su deshielo– son los medios de transporte predominantes. Un glacial es capaz de llevar una gran cantidad de productos clásticos durante su viaje. La acumulación de los materiales transportados por un glacial recibe el nombre de morrena. Existen otras series de sedimentos asociados a los glaciares, que proceden del lavado de las morrenas por agua y producen el deshielo del glacial. Este fenómeno produce una selección en cuanto a tamaño se refiere, lavando los sedimentos más finos y dejando los sedimentos más gruesos. La extensión de los depósitos glaciales es grande y cubre amplios valles. En definitiva, en este medio abundan los sedimentos de material grueso y desaparecen por el lavado las arcillas y el limo. Figura 10. Serie estratigráfica
Leyenda: a) Conglomerados, b) Areniscas, c) Arcillas y margas
b.- Arcillas Se denominan arcillas aquellas substancias terrosas formadas principalmente por silicatos alumínicos con materia coloidal y trozos de fragmentos de rocas, que generalmente se hacen plásticas cuando están húmedas y pétreas por la acción del fuego. Estas propiedades dan a las arcillas su utilidad, puesto que se les puede moldear en casi todas las formas, las cuales conservan después de ser sometidas a la acción del fuego. La arcilla tiene muchos otros usos además de la cerámica, principalmente en la construcción y fabricación. El vocablo arcilla proviene del latín arguilla, palabra asignada a las materias arcillosas. La arcilla no es un mineral sino un agregado de minerales y de substancias coloidales que se han formado mediante la desintegración química de las rocas alumínicas. Está compuesta principalmente por sílice, alúmina y agua; conteniendo también otras substancias como fragmentos de rocas, de óxidos hidratados de hierro, álcalis y materiales coloidales. En esencia los minerales de la arcilla son silicatos de aluminio. En algunas arcillas los elementos alcalinos se presentan como constituyentes; en otras el magnesio, el hierro o ambos elementos sustituyen total o parcialmente al aluminio. La mayoría de las arcillas se han formado por la desintegración de rocas con un alto contenido de alúmina, a pesar de que algunas son producto del metamorfismo. Estas últimas aparecen sólo en pequeñas cantidades. Como roca, en geología una arcilla es un material fino, terroso, natural, compuesto por los minerales arcillosos. De esta forma se incluyen, además de las arcillas propiamente dichas, las lutitas y los suelos que tengan propiedades argiláceas. Los constituyentes químicos esenciales de los minerales de la arcilla varían no sólo en cantidad sino también en el modo en que se combina o se presentan en los diferentes minerales. Los minerales arcillosos más importantes se encuentran en el grupo de las caolinitas y de las montmorilonitas. Las arcillas esenciales de los sedimentos arcillosos son el resultado de la meteorización de rocas ígneas y metamórficas. En condiciones de escasa precipitación, el magnesio de las rocas ígneas máficas permanece en la zona de U N I V E
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meteorización y la arcilla producida es montmorilonita. Si la precipitación es considerable, se efectúa una lixiviación completa de la roca, el magnesio es separado y el producto de la meteorización es caolinita. A partir de una roca ígnea ácida se origina illita y montmorilonita en condición de meteorización, con tal que ocurra retención de potasio y magnesio, pero se formaría caolinita de prevalecer una lixiviación excesiva. A continuación presentamos una lista de los minerales arcillosos y sus composiciones. Mineral
Composición (%)
Caolinita
Si2O5Al2(OH)4
Montmorilonita Illita
Si24O60Mg2(OH)12(Na2Ca) (Si2Al2) (O5K) (Al Fe Mg) (OH)
Atapulgita
Si8O20Mg5(O2H) 4 H2O
Según el origen se puede distinguir dos categorías de arcillas: las residuales y las transportadoras, dentro de estas últimas se encuentran las: (a) marinas, (b) lacustres, (c) aluviales, (d) estuarias, (e) deltaicas, (f) glaciales y (g) eólicas Por consiguiente, desde el punto de vista geológico las arcillas tienen una distribución prácticamente en todo el planeta, a pesar de ello los yacimientos de alta calidad son difíciles de localizar. Las propiedades físicas más importantes de las arcillas son: (1) plasticidad, que permite que sea moldeada; (2) resistencia a compresión, tensión o cizallamiento; (3) retracción tanto en el secado como mientras está en el horno; (4) temperatura de cocción y vitrificación; y (5) color de calcinación, que se debe principalmente a los óxidos de hierro presentes. La composición y su naturaleza determinan el uso y el valor de la arcilla. El cuarzo disminuye la plasticidad y la retracción, y contribuye a hacerla refractaria. La sílice en forma coloidal aumenta la plasticidad. La alúmina la hace refractaria. El óxido de hierro, al igual que el feldespato, disminuye la temperatura de fusión, actúa como fundente y también es un poderoso agente colorante. Un poco de óxido de hierro colorea intensamente la arcilla tostada, pero una gran cantidad la convierte en un producto rojo o blanco si tiene 5% menos. Según sus propiedades, las arcillas se dividen en dos grupos: el grupo cerámico y el grupo no cerámico. El grupo cerámico comprende los siguientes productos: Productos estructurales. Las características de las arcillas de este grupo son básicamente: resistencia en crudo y en cocción, color de calcinación, plasticidad, temperatura de cocción y encogimiento. En los productos están incluidos ladrillos, tejas, bloques, tubos de cerámica, etc. Porcelana: Las características de este grupo de arcillas son color blanco de calcinación, que son refractarias y su alta temperatura de vitrificación. Dentro de este grupo se utilizan las arcillas denominadas caolines. Los depósitos más importantes y puros de caolines son aquellos de origen residual. Refractarias. Las arcillas refractarias son todas aquellas que tengan un cono pirométrico equivalente superior al 19 (1.541º C). Generalmente tienen un alto porcentaje de caolinita con algo de cuarzo libre de impureza. Se utiliza en la fábrica de ladrillos y en formas especiales refractarias. Son muy importantes para usos en calderas u hornos de temperaturas relativamente bajas. Potería. En este grupo se utilizan arcillas de cocción densa, con colores no necesariamente claros y con características aceptables de viscosidad. Agregados de arcillas. En la elaboración de agregados para concreto se utilizan arcillas con características expansibles.
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El grupo no cerámico comprende los siguientes tipos: arcillas decolorantes; arcillas absorbentes; arcillas como material de relleno en papel, caucho, linóleo, textiles fertilizantes y otros; arcillas como pigmentos en pinturas y plásticos; arcillas como matriz en fundiciones; arcillas como lodo en perforaciones en la industria petrolera; arcilla en cemento; y arcillas para infinidad de usos industriales de menor importancia tales como catalizadores, detergentes, relleno en medicinas impermeabilizadores de suelos, coagulantes, cohetería, etc. Las arcillas se clasifican en los tipos siguientes: Arcillas caolines. Son arcillas residuales, las más puras, de alto porcentaje de caolinita. Son de alto grado, grano fino. Cocción en blanco. Se emplean en la manufactura de loza, porcelana y papel. Arcillas grasas. Son arcillas muy plásticas y untuosas. Cocción en blanco. Se emplean en la manufactura de loza. Arcillas refractarias. Son arcillas que contienen poco óxido metálico y álcalis, y pueden resistir temperaturas elevadas sin desagregarse, por cuya razón se usan en la construcción de hornos, crisoles, estufas y obras similares. Arcillas de alfarería. Son arcillas semirefractarias de fuerte acción y muy semejantes a las arcillas refractarias. Se emplean en alfarería y cerámica. Arcillas para ladrillos y tejas. Constituyen el tipo más corriente. Son de bajo valor. Se emplean en todas partes para estos productos. Al ser sometidas a la acción del fuego adquieren un color rojo. Las arcillas comerciales o arcillas empleadas como material crudo en las construcciones están entre los más importantes recursos minerales no metálicos. El valor de estas arcillas está estrechamente relacionado con sus composiciones mineralógicas y químicas, especialmente las arcillas que contienen los minerales caolinita, montmorilonita, illita y atapulgita, La presencia de otros minerales o impurezas de sales solubles restringe sus usos. Las impurezas más comunes son cuarzo, carbonatos, óxido de hierro, sulfatos y feldespato. Las arcillas comerciales son: Arcillas caoliníticas. Las que contienen un gran porcentaje del mineral caolinita. Varias arcillas comerciales están compuestas predominantemente de caolinita; estas son: arcilla china, arcillas esferoidales, arcillas refractarias y arcillas duras que se emplean en la manufactura de cerámica (alfarería, porcelana, refractarios), papel, pintura, plásticos, insecticidas, catalizadores y tinta; en la industria eléctrica, etc. Arcilla china. Son caolines blancos de gran calidad. Se emplean en la manufactura de cerámica (alfarería, refractarias y porcelana), papeles, pintura, plásticos, insecticidas, catalizadores y tinta. Arcilla dura. Es una arcilla refractaria compuesta esencialmente de caolinita, pero es plástica. Arcilla diáspora. Es una arcilla compuesta de diáspora y caolinita. La diáspora es un óxido de aluminio hidratado con 85% de Al2O3 y 15% de agua. Es muy dura y muy refractaria. Se emplea casi exclusivamente en la industria refractaria. Arcillas esferoidales. Compuestas principalmente de caolinita pero de color más oscuro que el caolín. Se emplean en la manufactura de cerámica donde no prevalece el color blanco. Arcillas refractarias. Compuestas de caolinita, con pequeñas cantidades de impurezas como illita y cuarzo. Soportan temperaturas de 1500ºC o más. Se emplean en revestimientos de hornos, vasijas para productos químicos, crisoles, retortas, equipos para fundición, ladrillos refractarios, etc. Arcillas de atapulgita. Son silicato de aluminio y magnesio hidratados. Se emplean para descolorar y en el refinado de aceites minerales y vegetales y cera. Arcillas mixtas. La mayoría de las arcillas contienen mezclas en diferentes proporciones de caolinita, montmorilonita, illita y atapulgita, La industria de estructurales de arcilla es el mayor consumidor de este tipo de arcilla. Con ellas se fabrican ladrillos, tejas, conductos de agua, baldosas, desagües, albañales, bloques, etc. La arcilla y sus productos tienen tantos usos que es difícil hacer una lista completa de ellos. A manera general, podemos decir que la arcilla se usa en cerámica, porcelana, jarros, ornamentos, tejas, telas impermeables, linóleo, papel, jabón y ladrillos. En los diferentes edificios se emplean para ladrillo de
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construcción, tejas para techos, tubos para conducción de aguas limpias y negras, baldosas, revestimientos, etc. En la industria eléctrica se utiliza en cajas para enchufes, aisladores, conmutadores, etc. En refractarios para revestir hornos, vasijas para productos químicos, crisoles, retortas, etc. Otros usos son arenas de fundición, ruedas de esmeril, balastos cemento, filtrado de aceite, fabricación de papel y muchos otros de menor importancia. Características Texturales de Rocas Sedimentarias Clásticas. •
Componentes formadores de las rocas sedimentarias son los siguientes: Clastos fragmentos detritus minerales. Matriz es el detritus o es decir los fragmentos minerales y de rocas pequeñas, por ejemplo granos de cuarzo, de feldespato y de otros minerales y frecuentemente arcillas. Cemento se compone de los componentes formados por precipitación química mediante la solidificación de la roca sedimentaria y de los minerales arcillosos cristalizados mediante la solidificación de la roca como por ejemplo los grupos minerales de caolinita, de montmorillonita, la illita y los carbonatos. • Propiedades de los clastos: Muy importante en la sedimentología es la descripción de los clastos. Las propiedades de los clastos reflejan una gran cantidad de la historia, del ambiente de la roca. Generalmente se observa el tamaño, redondez, clasificación (distribución), relación entre los clastos, tipos de clastos y la orientación. -
Tamaño
La clasificación de las sedimentitas clásticas se basa en el tamaño de los granos de sus componentes y refleja las condiciones de sedimentación. El conglomerado requiere corrientes fuertes como aquellos de ríos fluyentes con alta velocidad en las montañas o las altas orillas en una playa rocosa para su transporte. La arena puede ser transportada por vientos fuertes formando dunas o por corrientes moderados como aquellos de ríos o aquellos cercanos de la costa. Las arcillas o su equivalente solidificado, indica áreas de sedimentación de aguas tranquilas. El área de sedimentación puede evidenciarse en las texturas superficiales de los granos como fracturas, hoyos y sectores superficiales suaves visibles por medio de un microscopio electrónico explorativo (scanning electron microscop).
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DIN: Deutsche Industrie Norm - Norma alemana industrial
Redondez de los granos:
La redondez de los clastos es representa la magnitud y el tipo del transporte.
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Un transporte gravitacional - coluvial corto (sin agua) produce clastos angulares. Con la entrada de los clastos al sistema fluvial empieza el desgaste y las partículas pierden su angularidad. Pero la rapidez para redondear los cantos depende de algunos factores: Tamaño del clasto y petrología del clasto. Clastos pequeños generalmente demoran más tiempo para redondearse como clastos grandes. Clastos de cuarzo son más resistentes como clastos de caliza. Forma de los componentes: En el caso de las rocas sedimentarias clásticas se determina el grado de redondez de los componentes clásticos: redondeado, subredondeado, subangular, angular. En el caso de los componentes de las rocas sedimentarias químicas a partir de la forma de los componentes se puede distinguir los componentes ortoquímicos, que son cristales formados por precipitación en el lugar de la deposición y los componentes aloquímicos, que fueron transportados al lugar de la deposición de la roca como los intraclastos, los oolites, los fósiles y los pelets
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Buena/mala clasificación:
En el caso de las rocas clásticas se habla de muy bien, bien, moderadamente, mal o muy mal distribuidas. Según (KLEIN & HURLBUT). La palabra "clasificación" se refiere a la variación a respeto del tamaño de los clastos. Una roca con clastos de un tamaño único se llama "muy bien clasificados". Una roca que contiene todos los tamaños de clastos es mal clasificada. La clasificación es un producto de las fuerzas del transporte. Fuerzas de energía poco variable producen una buena clasificación. Ejemplo: La fuerza del agua en el ambiente "río abajo".
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Relación de los clastos entre sí
Los clastos están juntos (se tocan) o los clastos flotan en la matriz. Clastos que están juntos se llama clast supported (soportadas por clastos), la textura de clastos que flotan completamente en la matriz se llama mud supported (soportadas por matriz). Los últimos están completamente rodeados por la matriz.
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Ejemplos: El ripio es clast suported como la mayoría de los depósitos fluviales. Depósitos del hielo morenas por ejemplo muestran una textura de mud suported. Precaución: Un conjunto de clastos redondos siempre tiene más de 30% espacio vacío. La superficie de la roca (el corte) no siempre coincide con el punto donde se tocan los clastos. Los clastos en rocas del tipo clast supported tal vez no aparecen juntos.
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Orientación de los componentes
La alineación de cuerpos cónicos con sus ejes longitudinales paralelos puede indicar la dirección del corriente de agua. La alineación se aprecia sobre todo con cuerpos cónicos o alargados en una dirección como por ej. Con clastos alargados, caparazones de caracolas cónicas o restos vegetales alargados. Los movimientos del medio de transporte (agua, sedimento, aire, hielo) se transfieren a los cuerpos incluidos en este medio o situados a la superficie de separación de este medio al otro. El movimiento dirigido del medio causa la alineación de los cuerpos.
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Tipos de clastos
Rocas sedimentarias con solo un tipo de clastos (puro cuarzo por ejemplo) se llama monomicto. Polimicto significa una variedad petrográfica de los clastos (conjunto de clastos diferentes como cuarzo, andesita, eclogita por ejemplo). Rocas sedimentarias monomictos se forman sí el sector de origen es muy homogéneo. La otra posibilidad es, que por selección solo se quedó un tipo como clasto (en la mayoría cuarzo). El contenido de clastos se puede usar en reconstruir (o determinar) el sector de origen. También se puede diferenciar diferentes tipos de conglomerados por su contenido en clastos. Al otro lado los clastos reflejan la historia del transporte. Trozos de rocas o minerales blandas no soportan grandes distancias en el transporte fluvial. La ausencia de minerales y rocas blandas entonces es un indicador de la distancia del transporte. -
Estratificación
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La estratificación surge por el depósito alternado de rocas de diferentes tamaños de grano, por ejemplo de areniscas de grano fino y de grano grueso o por el depósito alternado de sedimentos de diferente composición, por ejemplo de capas de hulla, de pizarra combustible y de sedimentos clásticos. La estratificación oblicua o cruzada puede formarse por ejemplo en los declives de aguas profundas de un delta, que se va introduciendo en el mar, en dunas, en sedimentos fluviales o en forma diminuta en ‘rippelmarcs’. Fining up (inglés): Disminución del tamaño de los granos de abajo hacia arriba (disminución de la energía durante el tiempo). El " fining up" es un tipo de estratificación frecuentemente observado. Origen: 1.- Disminución de la energía del agua en un río. 2.- A causa de una corriente de turbidez En ambientes con variaciones moderadas de energía (agua) es muy común. Ejemplos: Ríos con influencia de estaciones (cambios de las cantidades de agua). Pero también en el mar por la acción de corrientes de turbidez.
Estructuras sedimentarias
Bioturbación se refiere a una estructura irregular, que corta o perturba la estratificación y que se debe a la acción de organismos excavadores.
Trazas de organismos conservadas en el sedimento, por ej. trazas de trilobites en un sedimento arcilloso cubierto por un sedimento de silt.
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‘Rippelmarcs’ o ondulaciones se forman cuando la superficie de los estratos depositados en un río o en las orillas de la costa reproduce las ondas de agua, que la cubren. En una sección por un ‘rippelmarc’ se ve una estratificación oblicua en escala mínima. Si la roca se parte a lo largo de la superficie originaria de los estratos se puede encontrar los ‘rippelmarcs’. Grietas de resecamiento se forman, si la superficie de sedimentación se sitúa temporalmente por encima del agua y se las mantienen incluidas en la roca a causa del depósito rápido de una nueva capa de sedimentos.
Clasificación por tipo de clastos del tamaño arena: menor de 2mm de diámetro (Arenisca-ArcosaGrauvaca)
Clasificación por tipo de clastos para fragmentos entre 0,002mm hasta 2mm ("tamaño arena"). Una roca clástica con predominancia de feldespato y cuarzo como clasto se llama Arcosa. Fragmentos de rocas y cuarzo como clastos forman una Grauvaca. Precaución: La palabra arena tiene dos sentidos: 1º se entiende como "tamaño arena" por su diámetro. 2º se entiende por su composición de granos de cuarzo del tamaño arena.
Texturas comunes de rocas clásticas (ejemplos):
Brecha sedimentaria: Clastos angulares, bloques, mala clasificación, todos los tipos de clastos Ambientes: Aluviones, coluvial, cono aluvial, morenas.
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Conglomerado: Clastos subredondeados - redondeados, bloques y matriz, mala clasificación, todos tipos de clastos Ambientes: Río tipo braided, costa oceánica
Arenisca: Clastos redondos, mejor clasificación, tamaño arena gruesa o psamitica, predominancia de cuarzo como clasto Ambientes: Río, fluvial, playa, hemipelágico, dunas (eólica) Arenisca: Clastos redondos, buena clasificación, tamaño de clastos Arena media, casi solo cuarzo como clastos
Psefitas o rocas sedimentarias psefíticas Las rocas sedimentarias, que llevan más de 50% de componentes arrastrados de un diámetro mayor que 2 mm se llama psefitas o rocas sedimentarias psefíticas. A estos pertenecen: a) los bloques y las gravas según Wentworth como sedimentos sueltos b) las brechas c) los conglomerados Los conglomerados se constituyen de una cantidad mayor de 50% de componentes de un diámetro mayor de 2mm. Los componentes o fragmentos son redondeados. Los tipos de los fragmentos pueden variar mucho según cual fuese la composición de la zona de erosión suministradora, por ej. Conglomerados ricos en guijarros de cuarzo, conglomerados de componentes magmáticos y/o metamórficos, conglomerados de componentes de serpentinita o conglomerados de componentes de caliza. La masa básica amalgamadora igualmente puede variar, puede constituirse de componentes clásticos, pelíticos y arenosos (matriz) y de material de enlace carbonático o silícico (cemento) que es sustituido posteriormente por la roca al solidificares. Los componentes de los conglomerados son transportados por ríos y/o por el mar. Según la variación de los tipos de componentes se distingue: 1.- conglomerados monomictos de un solo tipo de componentes por ej. de caliza, de serpentinita 2.- conglomerados oligomictos de unos pocos tipos de componentes 3.- conglomerados polimictos de varios tipos de componentes.
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Las brechas se distinguen de los conglomerados en la forma de los componentes de un diámetro mayor de 2 mm. En las brechas los componentes son angulares a subangulares. Sus demás aspectos son iguales a los de los conglomerados. Teniendo en cuenta el aspecto genético se puede distinguir los tipos de brechas siguientes: 1) Brechas sedimentarias 2) Brechas piroclásticas, que pertenecen a las rocas piroclásticas y que se constituyen en gran parte de componentes piroclásticos. 3) Brechas tectónicas, que se forman en zonas de fallas. Psamitas o rocas sedimentarias psamíticas Las psamitas se constituyen esencialmente de componentes de diámetro desde 0,02 a 2 mm. Las rocas psamíticas se clasifica según su contenido en cuarzo, feldespato y fragmentos de rocas/matriz arcillosa. Además se puede distinguir las psamitas bien clasificadas, que se constituyen en su mayoría de granos con diámetros cerca del diámetro de grano medio de la roca (por ej. las arenas de dunas o de playas), y las psamitas mal clasificadas con un contenido alto en granos, cuyos diámetros varían altamente con respecto al diámetro de grano medio de la roca (por ej. una grauvaca). La forma de los granos también contiene informaciones acerca del origen de la roca. Los granos de arena sufren abrasión, si se tocan entre sí mediante el transporte en los corrientes, se pierden sus canteras destacadas y su aspecto angular, y se vuelven redondos. Simultáneamente tienden a formas más esféricas. Los granos de estas características fueron transportados largas distancias. Los granos angulares de varias formas indican distancias de transporte cortas. 3.2.- ROCAS NO CLÁSTICAS SEDIMENTOS NO CLÁSTICOS: Son el resultado de sedimentación química, pueden estar depositados por precipitación química (óxidos, carbonatos y fosfatos) o por evaporación de aguas en cuencas Rocas sedimentarias no clásticas La mayoría de las rocas sedimentarias no clásticas o depositadas bioquímicamente son monominerálicas. Entre las rocas no clásticas las de carbonatos son, con ventaja, las más abundantes. La caliza y la dolomita son las más importantes de las rocas sedimentarias de carbonatos, que son producidas por uno o más de varios modos de deposición, a saber: mecánica, química orgánica o por reemplazamiento. Las evaporitas son rocas sedimentarias formadas por precipitación de sales procedentes de cuerpos de disoluciones concentradas rodeadas de tierra. Las rocas sedimentarias silíceas se forman a profundidad y en ambiente físico – químico durante la deposición. El origen de los sedimentos fosfáticos no ha sido totalmente comprendido; pero la acumulación podría tener lugar en condiciones de sedimentación en áreas restringidas en las cuales prevalezcan circunstancias reductoras. Por ejemplo, cuando el agua de mar está saturada con una solución diluida de fosfato tricálcico. a.- Carbonatos Las rocas de carbonatos están compuestas esencialmente por minerales de carbonatos. El carbonato de calcio, principalmente en forma de calcita, y el carbonato cálcico magnesio, en forma de dolomita, son los constituyentes principales de las rocas sedimentarias carbonatadas, respectivamente calizas y dolomitas.
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a.1.- Calizas Las calizas han recibido este nombre por la cal que se extrae de ella. Al sustraerle el dióxido de carbono queda la cal como residuo, que es simplemente óxido de calcio. La caliza presenta en su composición como minerales fundamentales la calcita y la aragonito, ambos minerales están constituidos por carbonatos de calcio. Origen: La caliza generalmente es de origen marino, químico u orgánico. Por lo general, se encuentra formando estratos en zonas plegadas montañosas, los cuales son resistentes a la erosión y dan origen a formas montañosas. La caliza directa o indirecta está considerada como uno de los materiales más importantes para la vida humana. Se ha estimado que la corteza terrestre está constituida de entre 3,5 y 4 por ciento de calcio y de 2 por ciento de magnesia; lo cual indica que de todas las rocas explotadas en el mundo la caliza representa un porcentaje superior a 35 por ciento. Usos: Entre los materiales que sirven para abonar figura la caliza pulverizada, debido a su bajo costo de producción y por su abundancia, si bien su eficacia es menor y su control es tan sencillo como el de la cal, producto calcinado de la caliza. La caliza se emplea en las industrias metalúrgica, de la construcción y química, en litografía y en la fabricación de cemento, donde tiene mayor utilización. El cemento Portland fue descubierto en Inglaterra en 1824, dándosele ese nombre porque se perece a la famosa piedra Portland. El cemento Portland se hace tostando, hasta formar escoria, una mezcla finamente molida que contiene aproximadamente 75 por ciento de CaO y 25 por ciento de minerales arcillosos, se añade 3 por ciento del yeso antes del pulverizado final para impedir un fraguado demasiado rápido. La caliza es la roca más importante en la fabricación del cemento. Proporciona el óxido de calcio (CaO), la arcilla proporciona SiO2 y Al2O3; se puede agregar arenisca o arena, o mineral de hierro para compensar la diferencia en SiO2 y Al2O3. Existe una tendencia a fabricar cementos de diferentes clases, adaptados a usos determinados. a.2.- Dolomitas. El nombre de dolomitas se reserva para las rocas compuestas principalmente por el mineral dolomita, que consiste en doble carbonato de calcio y magnesia (54% CaCO3 y 46% MgCO3). Pero en las calizas dolomitícas la proporción de MgCO3 es inferior que en la dolomita. Origen: Tanto las dolomitas como las calizas son producidas por uno o más de varios modos de deposición, ya sea mecánica, química o reemplazamiento. Muchas dolomitas no son sedimentarias, sino substituciones epigenéticas de caliza. Usos: La dolomita se emplea como fundente en los altos hornos y como fundente y escorificante en la metalúrgica. Se emplea como refractarios básicos para la extracción del magnesio metálico. En la industria se utiliza para la preparación de las sales de magnesio. b.- Evaporitas Las evaporitas son depósitos sedimentarios formados por precipitación de sales procedentes de cuerpos de disoluciones concentradas rodeadas de tierra. Como la concentración es ocasionada por la evaporación, a
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este depósito se le llama colectivamente evaporitas. Las evaporitas más comunes son las de yeso y sal gema. b.1.- Yeso. El yeso es un sulfato hidratado con 20 por ciento de H2O. Ocurrencia: Ocurre en forma de bancos, lentejones y cavidades intercaladas en arcillas calcáreas y sales en varias series evaporíticas. El yeso ocurre en las variedades siguientes: (1) yesos en roca, (2) gipsita, forma impura, (3) alabastro, variedad traslúcida de grano fino y (4) selenita, forma cristalina. El yeso generalmente se presenta en capas lisas o suavemente inclinadas. Se extrae mayormente mediante procedimientos subterráneos. Usos: El yeso se emplea para retardar el cemento Portland y para fines agrícolas. Su propiedad más importante consiste en que después de calcinado, se le añade agua y se convierte en yeso de París y otros yesos de fraguado rápido. Aproximadamente 90 por ciento del yeso producido se emplea en la construcción en forma de mortero, cementos y enlucidos.
Monografía Rocas calcáreas
b.2.- Sal gema. Cloruro sódico (halita). La sal, frecuentemente de notable pureza, ocurre en mantos transparentes. La sal se denomina generalmente salmuera o sal gema.
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Origen: Las capas de sal se originan por la evaporación de las aguas salinas en forma de depósitos sedimentarios de tipo químico en los mares cerrados y bajo climas cálidos. Ocurrencia: Los depósitos de sal gema se encuentran generalmente en capas interestratificadas con estratos arcillosos. La sal comercial procede de fuentes distintas: (1) depósitos estratificados sedimentarios, (2) salmueras, (3) agua de mar, (4) depósitos superficiales de playa y (5) domo de sal. Usos: La sal gema es indispensable en la alimentación humana y animal, importantísima en la industria química y también se utiliza en aparatos científicos. Su explotación da como subproductos potasio, magnesio, cloro, bromo, yodo, etc. b.3.- Pedernal El pedernal es una roca química silícea compuesta de cuarzo, calcedonia y ópalo o una mezcla de estos materiales. Origen y ocurrencia: El origen del pedernal es discutible. Es indicador de profundidad y de ambiente físico– químico. El pedernal ocurre en forma de capas continuas interestratificadas con calizas y pizarras. El pedernal ocurre en frecuencia, y por sus cualidades físicas de dureza fue útil al hombre primitivo para comenzar a utilizar la piedra como utensilio, es decir, el pedernal abrió las puertas a la industrialización de las rocas. Usos: Por más de un millón de años el hombre paleolítico utilizó al pedernal para fabricar diferentes utensilios y herramientas, quizás fue de la más importante de las rocas en el desarrollo de la cultura del hombre paleolítico. En la actualidad el pedernal se utiliza para obtener sílice para la manufactura de la porcelana y otros utensilios. La presión: El aumento de la presión apoya levemente la disolución de CaCO3. La influencia de la presión se nota en profundidades altas. En el mar profundo, desde la llamativa profundidad de compensación de carbonato de aproximadamente 4500 - 5000m el carbonato se disuelve completamente. Los carbonatos son entre otros la caliza masiva, la caliza fosilífera, la caliza oolítica, la dolomía, el travertino, las estalactitas. La caliza masiva preponderantemente se constituye de calcita, con arcilla se forma la marga caliza y la marga, con arena de cuarzo se forma la arenisca caliza, con sílice se forma la caliza silícica, con restos orgánicos se forma la caliza bituminosa y con dolomita se forma la caliza dolomítica. La caliza masiva tiene una fractura concoide y puede tener varios colores: blanco, amarillo, rosado, rojo, gris o negro. En contacto con ácido clorhídrico frío diluido se produce efervescencia. Sin la influencia de seres vivos la precipitación de calcita está limitada a los 100 a 200 m superiores de los mares, puesto que solo en esta región el agua de mar está saturado de calcita. Pero la precipitación puramente química de la calcita en los 100 a 200 m superiores del mar no es muy frecuente. Normalmente las calizas marinas se producen a partir de diminutos esqueletos de seres vivos, que viven en las capas acuáticas superiores y que al morir caen al fondo de mar, donde constituyen los lodos de calcita. La caliza oolítica se compone de un cúmulo de granos compactados de caliza de forma redondeada y de diámetro entre 1 y 2 mm. Los granos crecen en el agua del mar supersaturado con CaCO3, de profundidad menor de 2 m, que está caracterizada por un cambio permanente de fases de movimiento y de reposo, alrededor de gérmenes como granos de cuarzo o pedazos diminutos de caparazones. Ejemplo, si el diámetro de los granos redondeados sobresale un cierto límite - aproximadamente 1 a 2 mm de diámetro de grano - los granos son demasiado pesados para seguir el movimiento del agua. Estos granos se acumulan en el fondo de mar y después su compactación forma la caliza oolítica. U N I V E
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b.4.- El travertino Es una caliza formada en el agua dulce en manantiales y fuentes termales. Aparte de calcita puede constituirse de aragonita, en cantidades menores puede participar limonita produciendo el color amarillento del travertino. La segregación de la calcita disuelta se produce cuando se retira dióxido de carbono (CO2) del agua por calentamiento o por liberación de la presión. Además los fuertes movimientos y la efervescencia del agua y la influencia de algunas plantas favorecen la segregación de calcita. Se puede hallar estas segregaciones, también llamadas sinterizaciones de cal en las salidas de las fuentes y en los obstáculos del discurrir del agua de una fuente. En las fuentes termales se precipita a menudo aragonita en vez de calcita. b.5.- Las estalactitas y las estalagmitas Son las segregaciones de calcita de las cuevas. Se componen esencialmente de calcita, ocasionalmente de aragonita. Se forman por la precipitación del carbonato de calcio disueltos en las aguas subterráneas al haber pasado por rocas carbonatadas. Si las aguas subterráneas saturadas de carbonato de calcio entran en una cueva de rocas carbonatadas y variaciones ligeras de la temperatura, de la presión o de la composición de los gases atmosféricos o una evaporación breve puede iniciar la precipitación de carbonato de calcio. Estalagmitas se llaman las formaciones pilares, que crecen desde el piso de una cueva hacia arriba, estalactitas se llaman las formaciones crecientes desde el techo de la cueva hacia abajo. Las estalactitas son porosas, normalmente cristalinas, gruesas y de color blanco o amarillo. c.- Evaporitas terrestres Aparte del contenido muy diferente en sales la composición de las aguas superficiales difiere de la composición del agua del mar en la proporción de sus iones. Los iones esenciales del agua dulce son HCO3-, Ca2+ y SO42-. Las evaporitas terrestres pueden formar incrustaciones de sal, salitrales y salares. Los minerales más importantes de las evaporitas terrestres son: aragonita CaCO3, (>>) calcita CaCO3, (>>) dolomita MgCa(CO3)2, (>>) soda Na2CO3×10H2O, trona Na2CO3×NaHCO3×2H2O, halita NaCl, (>>)
salitre sódico NaNO3, salitre potásico KNO3, yeso CaSO4×2H2O, (>>) anhidrita CaSO4, sal de Glauber Na2SO4×10H2O, thenardita Na2SO4, epsomita MgSO4×7H2O,
kernita Na2B4O7×4H2O, bórax Na2B4O7×10H2O, colemanita CaB3O4(OH)3×H2O, ulexita NaCaB5O9×8H2O.
El salitre o nitrato de Chile, se explota en el desierto de Atacama en la primera y segunda región, y puede estar concentrada hasta 60% en los primeros dos metros de la superficie. Además el yodo y el litio son de interés económico. Los boratos se han acumulados en cantidades explotables por ejemplo en California y en Turquía. d.- Evaporitas marinas En la superficie terrestre los océanos forman las reservas más grandes de cloruros, sulfatos de álcalis y alcalinotérrreos. Los cationes más importantes del agua del mar son Na+, K+, Mg2+ y Ca2+, los aniones más importantes son Cl-, SO42- y HCO3-. Aparte de estos componentes principales hay aproximadamente 70 componentes subordinadas en el agua del mar. Entre los elementos más raros especialmente bromo, estroncio y boro juegan un papel importante. Los minerales de sal levemente solubles solamente pueden precipitarse, cuando su concentración es extremadamente elevada por distintos procesos de evaporación. La precipitación de las sales de potasio y de magnesio por ejemplo inicia, cuando el volumen de agua se ha reducido a 1/60 con respecto a su volumen originario.
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En los depósitos de sal del mundo se han identificado más de 50 minerales principales y subordinados. Los minerales más importantes de las evaporitas marinas son dolomita CaMg(CO3)2 (>>), halita NaCl (>>), silvina KCl, carnalita KCl×MgCl2×6H2O, bischofita MgCl2×6H2O, andidrita CaSO4, yeso CaSO4×2H2O, kieserita MgSO4×H2O, polihalita K2SO4×MgSO4×2CaSO4×2H2O, cainita KCl×MgSO4×2,75H2O. Algunas rocas de sal son: Halitita, una roca monominerálica de halita, por intercalaciones de minerales arcillosos y de sulfatos puede apreciarse la estratificación. Silvinita de silvina como componente principal y halita, que pueden formar una estratificación. Carnalitita se compone esencialmente de carnalita y halita. e.- Formación de rocas ferruginosas Tienen un color rojizo cuando tienen keratites, amarillento cuando tienen limonita y verde cuando tienen glauconita. Para que la roca sea considerada ferruginosa tiene que tener más de un 15% de hierro, el cual forma óxidos carbonatados, sulfuros y silicatos. Se clasifican: Rocas ferruginosas con óxido de hierro: pueden tener cemento de hematites o limonita Hematites oolítica: Tiene oolitos y cada oolito está formado por láminas de óxidos, pueden tener interés económico Arenas con magnetita: yacimientos tipo placer 3.3.- ROCAS SEDIMENTARIAS ORGANÓGENAS Bajo la denominación colectiva de las rocas sedimentarias organógenas se presentan todas las rocas sedimentarias combustibles, como los depósitos carbonáceos respectivamente y los depósitos kerogenos. a.- Los depósitos carbonáceos Los depósitos carbonáceos se componen de la materia orgánica, generalmente vegetal o sus derivados subsecuentemente producidos y a menudo de minerales y componentes volátiles como agregados. A los depósitos carbonáceos pertenecen la turba, el lignito pardo, el lignito y el carbón o la hulla respectivamente. Las sustancias ricas en hidrocarburos producidos por destilación son los kerogenos. El material de partida para los depósitos carbonáceos son las plantas como los equisetos, los licopodios, los juncos, las cañas, los arbustos, los musgos pantanosos entre otros. Las plantas crecieron en pantanos y lagos de agua dulce, que en parte se inundaron ocasionalmente por mares llanos en un clima subtropical hasta tropical. Con la ausencia de aguas subterráneas circulantes la descomposición normal de los restos vegetales, que se basa en la presencia de oxígeno, termina enseguida bajo la cobertura de sedimentos y de otros restos vegetales y se forman gases como el dióxido de carbono y el metano. Bajo las condiciones no completamente anaeróbicas puede formarse la turba. a.1.- La turba La turba se constituye de fragmentos de madera en una matriz de trozos desintegrados vegetales pequeños típicos para las marismas y los pantanos. Los fragmentos vegetales están atacados por los residuos no completamente descompuestos de la vegetación muerta de las marismas o los pantanos, como por las bacterias, los hongos y otros organismos. Las aguas subterráneas estancadas protegen la materia vegetal residual a descomponerse completamente. La turba se caracteriza por la presencia de celulosa libre y por un contenido en agua mayor de 70%. La turba forma masas de color amarillo claro hasta café o negro de restos vegetales, que están impregnados con
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agua. a.2.- Los lignitos El lignito es una roca combustible con un contenido de agua menor de 75% del volumen y un contenido en restos vegetales, que fueron transformados debido a la carbonización. En el lignito se puede reconocer macroscópicamente algunos trozos de madera, de hojas y de frutos. Otros componentes adicionales en poca cantidad pueden ser minerales arcillosos, siderita, pirita, calcita y otros. Los lignitos sólo aparecen en sedimentos no compactados o muy poco compactados. El límite inferior hacia la turba se traza con un contenido de agua del 75% del volumen, el límite superior hacia la hulla o el carbón se muestra por la variación del color de la raya de café (lignito) a café-oscuro a negro (hulla). a. 3.- El carbón o la hulla El carbón o la hulla respectivamente es una roca sedimentaria orgánica combustible con un contenido menor de 40% en sustancias minerales en base del material seco y se compone de polímeras de hidrocarburos cíclicos. Se distingue los carbones húmicos (Humuskohle) y los carbones sapropélicos (Faulschlammkohle). La hulla se distingue del lignito en una primera aproximación y macroscópicamente por la variación del color de la raya: el lignito color de raya café y la hulla color de la raya café-oscuro a negro. En el sistema internacional se distingue entre el lignito y la hulla en base de su valor calorífico y de su contenido en volátiles: el lignito tiene un valor calorífico menor de 5700 kcal/kg, la hulla tiene un valor calorífico mayor de 5700 kcal/kg. En Alemania se emplea una clasificación en base del grado de carbonización. Se distingue con graduaciones de carbonización ascendentes y el contenido descendente en gas o volátiles respectivamente (indicado en paréntesis) como sigue: Nombre
% de gas (volátiles)
Carbón de llama
45-40%
carbón de llama para gas
40-35%
carbón para gas
35-28%
carbón graso
28-19%
carbón de fragua
19-14%
hulla magra
14-10%
antracita
menos de 10%
b. Las rocas de kerogeno El kerogeno se define como un complejo de materia vegetal y animal diagenéticamente transformada en el estado sólido y de origen sapropélico. Según BREYER se trata de los constituyentes de las rocas sedimentarias, que ni son solubles en soluciones acuosas alcalinas, ni en los solventes orgánicos comunes. Kerogenita se refiere a un depósito con un contenido suficientemente alto en kerogeno para poder producir petróleo mediante la destilación. b.1.- La Sapropelita La sapropelita es un sapropel solidificado (sapropel = barro o lodo con un contenido variable de materia orgánica no identificable en un ambiente acuático sin oxígeno), que por destilación destructiva genera petróleo. b.2- La arcilla bituminosa La arcilla bituminosa es una sapropelita con un contenido variable en materia orgánica (10 - 67%), que por destilación destructiva fue transformado a petróleo.
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b.3.- Esquisto bituminoso o pizarra negra Bajo los esquistos bituminosos se reúnen las rocas arcillosas, las arcillas esquistosas, las rocas de silt y también las calizas con un contenido elevado (mayor de 10%) en material orgánico de origen vegetal y animal. 4.7.4.- EL PETROLEO Es un combustible fósil líquido y negruzco formado principalmente por hidrocarburos, compuestos orgánicos. Tiene un indudable principio orgánico, se forma por la acumulación del plancton (zooplancton y fitoplancton). Estos restos, cuando se produce una muerte masiva se entierran y se transforman en petróleo El proceso es: Muerte masiva del plancton Decantación gravitatoria del plancton Actuación de las bacterias anaeróbicas (sin oxígeno) que degradan esa materia orgánica que
con el tiempo va transformando su composición y va perdiendo oxígeno y nitrógeno
Durante la diagénesis la materia orgánica acaba de transformarse en hidrocarburos, según
aumenta la presión y la temperatura. Los primeros hidrocarburos son sólidos, luego líquidos y finalmente gaseosos. Estos sólidos se llaman kerógenos.
La roca en la que se genera el petróleo mediante estos procesos se llama roca madre, ese petróleo va a escapar por los poros de la roca madre por zonas permeables hasta que encuentre una roca impermeable que no le deje subir más, esta roca se llama roca cobertura y la roca que está por debajo del petróleo se llama roca almacén (es una roca porosa: arenas, calizas arrecifales…). Las rocas coberturas suelen ser arcillas, sales, etc. la estructura estratigráfica o estructural que permite la acumulación del petróleo se llama trampa. Trampas Estratigráficas y Estructurales FALLAS Fallas son roturas en las rocas a lo largo de la cual ha tenido lugar movimiento. Este movimiento se llama desplazamiento. El Origen de estos movimientos son fuerzas tectónicas en la corteza terrestre, los cuales provocan rotura. En los laterales de falla es donde se acumula el petróleo. Fig. 55.- Fallas
PLIEGUES Los pliegues son ondulaciones u olas de la tierra que alcanzan su mayor desarrollo en formaciones estratificadas Estas pueden ser rocas sedimentarias y volcánicas. EL PETROLEO SE ACUMULA EN LA CRESTA DE LOS PLIEGUES Fig. 56.- Pliegues
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DIQUE Diques son estructuras tabulares de origen magmático. Las rocas de diques pertenecen al grupo de rocas intrusivas o hipabisales Fig. 57.- Dique
CABALGAMIENTOS Son grandes planos de fallas horizontales cuales muestran un movimiento horizontal. Generalmente no son tan fáciles de detectar estos tipos de estructuras grandes. Fig. 58.- Cabalgamiento
DISCORDANCIAS Disposición de estratos rocosos en sentido inverso de su lugar de deposición. Estratos planos y más recientes sobre otros antiguos y plegados.
Fig. 59.- Discordancia
DOMOS En el caso de los yacimientos hidrocarburiferos es de especial importancia los domos salinos, que son bóvedas de masa salina que se eleva en zonas débiles de la corteza terrestre.
Fig. 60.- Domos de Sal
Cuando se ordenan las cosas queda el gas arriba, el petróleo en medio y el agua abajo Para determinar la existencia del petróleo se hacen estudios previos geológicos, geofísicos (sísmicos, sondeos mecánicos)
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UNIDAD IV: ASOCIACIONES LITOLOGICAS TEMA 8.- ASOCIACIONES LITOLOGICAS NATURALES 4.8.1.- Introducción 4.8.2.- Observaciones esenciales 4.8.3.- Interpretaciones de las asociaciones litológicas 4.8.4.- Asociaciones clásticas 4.8.1.- INTRODUCCION La mayoría de los estratígrafos estarían de acuerdo en que hay asociaciones naturales de las rocas sedimentarias en las que cada asociación se caracteriza por una combinación de atributos de composición, estructurales y geométricos. Gran parte del desacuerdo respecto a la clasificación de estas asociaciones naturales nace de los intentos para avanzar directamente hacia una interpretación y a la categorización de asociaciones sobre la base de suposiciones tectónicas y ambientales. Aquí se hace un intento para reconocer las asociaciones naturales principales de los tipos de roca y para describir éstos en términos estrictamente observacionales antes de proceder el análisis e interpretación. En consecuencia, cada asociación litológica es una clase de modelo empírico natural definido sin recurrir a la interpretación abstracta. Para fines de referencia las asociaciones de modelo se identifican con un término litológico, modificado por un prefijo geométrico en ciertos casos. Debe notarse, sin embrago que la litología es sólo uno de los campos de observación que de integran en la descripción y definición. En efecto, la colocación dentro de la armazón de la clasificación de aquí se presenta, es posible sólo después de considerar un buen número de campos de contribución de datos de observación que varían desde la petrografía detallada de los ejemplares individuales hasta los mapas estratigráficos y diagramas de secciones transversales. 4.8.2.- OBSERVACIONES ESENCIALES En tablas se tiene una lista de algunas asociaciones empíricas que pueden ser reconocidas e indica la naturaleza de las observaciones esenciales sobre las que están basadas las identidades de las asociaciones. Litología.- Los tipos de roca, identificados por la clasificación estándar que se emplea, aparecen anotados según el orden de su prominencia relativa en cada asociación. La “prominencia relativa” no es estrictamente una medida de relaciones volumétricas, sino que se refiere más bien a la litología más característica. En la asociación de grauwaca, por ejemplo, la pizarra es comúnmente el tipo de roca más importante volumétricamente; pero, como las pizarras son difíciles de observar y clasificar, tienen menor importancia que las areniscas en la caracterización de la asociación. Dentro de una sola asociación importante, ciertas litologías ocupan posiciones particulares. Por tanto, es difícil describir las litologías involucradas sin hacer referencia a la geometría de los cuerpos rocosos en los que ocurren. A continuación se describe los términos geométricos aplicados. Geometría.- El espesor es uno de los parámetros más importantes de una asociación litológica. Expresando el espesor simplemente en pies o en metros es, sin embargo, conducente a error, en cuanto que una asociación dado puede representar depositación ocurrida durante un intervalo corto o un intervalo largo de tiempo. En un intento para llegar a una medida más significativa del espesor, se expresa este parámetro en función de metros o pies por millón de años. Es evidente que interviene un cierto grado de interpretación cuando se estima el valor de una sucesión de estratos. Afortunadamente, los errores en que se incurre en las estimaciones de tiempo, aun cuando se encuentren entre el 50 y el 100 por ciento del intervalo. Son insignificantes cuando se les compara con las variaciones de espesor encontradas. Los espesores usados son los que se han tomado del registro estratigráfico después de la compactación de los sedimentos, y no guardan ninguna relación sencilla respecto a los regímenes de sedimentación.
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No se ha desarrollado los términos adecuados para una definición de las posiciones puramente descriptiva dentro de las asociaciones litológicas. Para fines actuales se emplean términos que requieren inferencia e interpretación en interés de claridad. Los términos proximal y distal se refieren a posesiones próximas y alejadas de las áreas de origen supuestas o próximas o alejadas de márgenes de las cuencas de depósitos. En las sucesiones no perturbadas, los términos echado arriba y echado abajo servirían igualmente bien, pero esta acepción sería algo confuso en donde una estructura más joven ha afectado a la sucesión Efectos posteriores a la depositación.- A primera vista parece ilógico aplicar características que resultan episodios posteriores a la depositación, a la clasificación de las asociaciones litológicas y sin embargo, existe una clara relación entre algunas de las asociaciones y la historia estructural y metamórfica. Por ejemplo, la frecuencia en que se encuentra involucrada la asociación de grauwaca en el metamorfismo regional es tal que se reconocen efectos metafóricos como una de las marcas distintivas de la asociación de la grauwaca, pero indica que este y otros efectos posteriores a la depositación se encuentran entre las observaciones, que mediante la integración, contribuyen a la identidad de los modelos de asociación. Otras observaciones.- Bajo el encabezado estructuras sedimentarias no se hace intento alguno de anotar todas las estructuras internas que se pueden ocurrir, sino que se han anotado aquellas peculiaridades estructurales que ayudan a tipificar cada asociación. De modo semejante, el encabezado paleontológico no involucra el recuento de todos los tiempos fósiles que anduve observarse, los incisos de entrada están restringidos a los agrupamientos ambientales amplios que tienen alguna medida cualitativa de abundancia. Los ejemplos de las unidades de roca escogidos como representativos de las diversas asociaciones no llevan la intención de ser considerados como holotipos a los que se referían otros agrupamientos para comparación e identificación. Más bien como típicos. Los lectores individuales de otras regiones encontraran innumerables ejemplos igualmente buenos dentro de sus propias áreas. 4.8.3.- INTERPRETACIONES DE LAS ASOCIACIONES LITOLOGICAS Las interpretaciones que pueden sacarse de una integración sintética de las observaciones anotadas en tablas son los materiales de origen de las asociaciones clásticas, las áreas de origen y los medios de transporte son interpretados por las consideraciones de composiciones, texturas y estructuras de los sedimentos acumulados. Del hábito tectónico inferido de cada asociación es enunciado en función de la relación entre el régimen de suministro del sedimento y el régimen del hundimiento. Este valor es estimado en términos generales y aplicado, junto a los datos sobre la forma geométrica de los litódomos representados, la consideración de una clasificación tectónica involucrada. De modo semejante se integran todas las líneas de contribución de evidencia para llegar a un estado ambiental típico de cada asociación importante. Las tablas, pueden escasamente hacer justicia al valor del detalle descriptivo e interpretativo de que se dispone en las asociaciones litológicas, ni es posible dentro de las limitaciones de ese texto, presentar nada que se acerque a una cobertura completa del tema, Sin embargo, se requiere ampliar algo del trato de ese asunto, para permitir la introducción de ejemplos ilustrativos y una modesta cantidad de discusión. 4.8.4.- ASOCIACIONES CLASTICAS a.- La asociación de la grauvaca Grauvaca.- De color gris hasta verde es una roca fuertemente compactada. La grauvaca contiene principalmente granos de diámetros entre 0,02 y 2 mm. Se constituye de cantidades considerables de feldespato, fragmentos de cuarzo y fragmentos de roca de diferentes tipos como por ej. De vulcanitas básicas, de pizarra arcillosa o silícica o de filita. La matriz se forma por minerales arcillosos, de mica y de clorita. Los granos son mal redondeados. La grauvaca es una roca sedimentaria mal clasificada, es decir el tamaño de
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los granos de los distintos fragmentos puede ser muy variable, y la roca contiene una variedad grande de componentes minerales y rocosos. La mala clasificación de los tamaños de granos, su bajo grado de redondez y la variedad grande de sus componentes indican, que el camino de transporte de sus componentes clásticos es corto. El alto contenido en clorita, un filosilicato de Mg y Fe indica, que el campo de suministro y de erosión se compone principalmente de rocas intermedias a básicas, como por ej. De andesitas y basaltos. A partir de estas características muchas grauvacas se considera como sedimentación de corrientes de turbidez. Estas son mezclas de agua, limo, arena y arcilla, que se van deslizando desde los bordes continentales hacia las aguas profundas. Los corrientes de turbidez muy probablemente son iniciados por la actividad tectónica en el margen continental. La asociación de las Grauvacas, esta es una de las asociaciones que más fácilmente se reconocen y sin embargo, una de las difíciles de definir. Ningún tipo de roca sedimentaria solo, habito estructural grado metamórfico, forma geométrica o relación a la actividad ígnea está limitado a la asociación ni es únicamente característico de ella. Hasta la arenisca que da a su nombre a la asociación, es definida en forma diferente por diversos investigadores, tendiendo a ocasionar la inclusión o la exclusión de ciertas ocurrencias particulares sobre lo que son casi terrenos semánticas. No obstante, la asociación común de sedimentos detríticos inmaduros de tipo obviamente de turbidita, el gran espesor de los cinturones alargados, y por la adición volcánica, se combinan para presentar un cuadro identificable. En donde el cuadro de depositación ha sido afectado por fuerzas de comprensión conducentes a sobre empujes orientados importantes y metamorfismo regional y donde son evidentes granitos metasomáticos y las instrucciones ultra básicas, es clara e incontrovertible la relación respecto a las condiciones eugeosinclinales. Dadas estas observaciones y sus interpretaciones, la asignación a un modelo eugeosinclinal conceptual es casi menos difícil que el reconocimiento de la asociación de grauvaca por observación. Asociaciones de grauvaca de soterramiento profundo. Las marcas distintas estructurales, metamórficas e ígneas de la asociación eugeosinclinal de grauvaca son prominentes en las formaciones precambrianas más antiguas y en las paleozoicas y mesozoicas de ciertas áreas. En estas ocurrencias más antiguas y en las paleozoicas y mesozoicas, el alzamiento de la erosión subsecuentes han expuesto las porciones axilares de las depresiones de depositación que en un tiempo estuvieron sepultados a gran profundidad, mientras que ha sido removidos enormes volúmenes de sedimento emplazado a menor profundidad, junto con gran parte de la evidencia de las condiciones de transición prevalecientes entre la sedimentación eugeosinclinal y la cretonica. Como resultado, las rocas de la asociación de la grauvaca guardan la impresión característica del metamorfismo y de la actividad intrusita y son marcadamente delimitadas por discordancias y las fallas por asociaciones evidentemente distintas. Asociaciones de la grauvaca intermedia.- Hay muchas sucesiones sedimentarias que son fácilmente reconocibles como asociaciones de grauvaca, pero que no exhiben el grado de metamorfismo, metasomatismo y efecto ígneo intrusito de las asociaciones de soterramiento profundo. Las rocas de principios del Paleozoico de las áreas clásicas del norte de Gales, en donde constituyen la llamada facies de graptolites son ejemplos bien documentados. Otras formas representativas se encuentran en el ordovícico de la parte norte-central de Nevada y en los estratos Stanley-Jackfork de la región Guachita. Las rocas de la asociación de la grauvaca intermedia, aunque pueden haber sufrido cierta reorientación del grano, exhiben típicamente las estructuras primarias internas de la turbiditas y las prominentes marcas del suelo del plano de estratificación que permiten determinar la dirección de transporte. Los fósiles de organismos planctónicos y nectónicos, como las graptolites y los ammonoides, son relativamente comunes en las pizarras obscuras; en ciertas áreas, la asociación incluye gigantescos bloques exóticos “sin raíz” de estratos más antiguos evidentemente transportados por deslizamiento de gravedad.
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Asociaciones de la grauvaca de soterramiento poco profundo Las áreas de actividad orogénica de tipo eugeosinclinal de la ultima parte del mesozoico y del Cenozoico, y los cinturones adyacentes tales áreas, se caracterizan por sujeciones sedimentarías identificables con menos facilidad con el modelo de la grauvaca. Las areniscas carecen de abundante matriz clorítica y el consecuente color oscuro de las grauvacas típicas, y el contenido de feldespatos sobrepasa en algunos casos, a los valores admisibles para las grauvacas en algunos sistemas de clasificación de la arenisca. Estas son las wacas arcosicas de Gubert Williams, Turner y GILBERT, 1954. Las pizarras carecen de la hedibilidad altamente desarrollada del plano de estratificación, o crucero, pizarroso de las asociaciones de soterramiento profundo e intermedio, son extrañas las intercalaciones de carbonatos y clásticas maduras, siendo inalteradas. Los bloques exóticos olistolitos de derivación de deslizamiento por gravedad son relativamente comunes, como las asociaciones intermedias. Estas características, excepto por la presencia de los olistolitos, sugieren que los sedimentos no ha sido soterrados tan profundamente ni han estado sujetos a las consecuentes presiones y temperaturas elevadas de las asociaciones de la grauvaca mas típicas. Por tanto, carecen de efectos metamórficos y meta somáticos y no están comúnmente involucrados con los plutones ultra básicos. Parece probable. Sin embargo las asociaciones de soterramiento debajo de sedimentos más jóvenes y de orogénesis continuada. Si fuera posible examinar de nuevo las asociaciones poco profundas después del transcurso de cientos de millones de años y después de ciclos distróficos repetidos, podría esperarse que todas tuvieran las marcas distintivas de identificación de las que aquí hemos llamado asociaciones de soterramiento profundo. Pueden reconocerse dos tipos de asociaciones de grauvacas de poca profundidad Se puede demostrar que u8no de estos se han acumulado en depresiones agudamente alabeadas hacia abajo dentro de un complejo eugeosinclinal. Las fajas de de alzamiento activo que hay en uno o en ambos lados de las depresiones parecen ser fuentes de detritos muy inmaduros que han sido transportados por corrientes de turbidez hacia debajo de los flancos de las fajas y hasta los ejes de depresiones, alcanzando en algunos casos profundidades avísales. El transporte interior a lo largo de los ejes de las depreciaciones y hacia sus puntos de máxima depresión topográfica es indicado por cambios, casi a ángulos rectos, de la dirección de la corriente, como lo ilustran las propiedades vectoriales mensurables. Son comunes el reprocesado y la redepositación de los agrupamientos fósiles más antiguos, como lo son las ocurrencias de formas sublitorales con formas de aguas profundas o intercaladas con ellas. Se encuentran ejemplos en el terciario de las costas Ranges (Cordilleras costaneras) de California y sus cuencas intermedias Natland y Kuenen (1951) presentan una excelente discusión de ciertos ejemplos de California. Asociaciones de la Arenita Arenisca.- En las areniscas los tamaños granulares de sus componentes varían entre 0,02 y 2 mm. La arenisca se constituye en más de 75% de granos de cuarzo. Otros componentes son los feldespatos y la mica clara. El cemento puede constituirse de minerales arcillosos y de granos de cuarzo de diámetro de grano entre 0,002 - 0,063 mm (limo) o de cuarzo de formación nueva o de calcita. El cemento se sitúa en los intersticios entre los granos de cuarzo uniéndolos. A menudo las areniscas contienen minerales pesados de d > 2,85 g/cm3 como por ej. Circón, rutilo, turmalina, epidota, estaurolita, sillimanita, cianita, andalucita, apatito, granate, anfíbol, piroxeno y olivino. El estudio del espectro de los minerales pesados puede resultar en la reconstrucción del área fuente de los componentes de la arenisca. Cuanto más larga es la distancia de transporte de los granos, cuanto más madura es la arenisca. El predominio de cuarzo en las areniscas puede reflejar la composición de la roca de partida erosionada y la resistencia alta del cuarzo con respecto a la erosión (+ estable - cuarzo - chert - , mica clara - feldespato potásico - biotita - plagioclasas rica en Ab hornblenda - augita - plagioclasas rica en An - olivino - inestable+). Se ha establecido el punto de que las wacas fueron transportadas por agentes tales como corrientes de turbidez y corrientes ordinarias, que son incapaces de producir madurez significativa de textura o mineralógica en un solo ciclo de transporte y depositación. Además hay un acuerdo general de que estos sedimentos U N I V E
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fueron depositados en condiciones tectónicas conducentes a soterramiento antes de que las energías química y mecánica del ambiente de depositación pudieran alterar profundamente la textura y la mineralogía. No hay unanimidad de opinión, en cambio, respecto al origen de las arenas cuarzosas bien clasificadas y las asociaciones distintas de las que estás forman las partes más características es posible de que la pureza mineralógica de las areniscas resulte de estos efectos posteriores a la depositación, discutidos como la disolución interestratal por Pettijohn, una teoría muy refutada por Krynine, y van Andel. El punto de vista de más amplia aceptación considera que las arenas cuarzosas de gran extensión como el producto de la erosión y la reformación cíclica de areniscas más maduras, siendo necesarios dos o más ciclos antes de que se logre la pureza. Existe evidencia experimental de transporte muy largo, indicado por los granos de cuarzo bien redondeado típicos de las acumulaciones cuarzosas, y estos datos se han utilizado para sostener la hipótesis de los ciclos múltiples. Si pueden formarse areniscas de cuarzo maduras en un solo ciclo entonces se concluye que el grado de madurez alcanzado es función de la energía liberada en el ambiente de depositación y del tiempo del que están sujetos a esta energía los sedimentos en acumulación. El primer factor, la energía, esta mas abundantemente disponible en la zona del rompimiento de olas a lo largo de las línea de costa marinas, y puede demostrarse que la gran mayoría de las acumulaciones de arena cuarzosa, por sus estructuras internas y texturas y por relaciones respecto a los sedimentos marinos, de transición y continentales, representan playas, barras y colinas arenosas alejadas de la playa, o cadenas de dunas asociadas. El segundo factor, el tiempo en el ambiente de depositación, como ya se hizo resaltar antes, es regulado por el régimen de hundimiento en sitio de depositación. Con pocas excepciones las areniscas maduras dan toda evidencia de haberse acumulado en condiciones de estabilidad tectónica, en las que le lento hundimiento permite una larga exposición a la energía mecánica y química antes del soterramiento final. Estas condiciones son satisfechas en los bancos estables y en las márgenes de las cuencas de hundimiento. Las excepciones a esta regla están representadas por sedimentos que maduraron en condiciones de estabilidad y que fueron transportadas a un régimen tectónicamente negativa. En consecuencia, dados un suministro de detritos ricos en cuarzo y estado tectónico estable cualquier línea de esta costa marina es capaz de producir arenas cuarzosas. No obstante, la geometría y la distribución del cuerpo arenoso formado reflejan equilibrio sutil entre los regímenes de alimentación de sedimento y los regímenes de hundimiento. Asociaciones de la arcosa Arcosa. En principio la arcosa es una roca arenisca rica en feldespatos normalmente frescas, es una roca débilmente compactada, de color rojizo, rosáceo o gris. Su composición mineralógica es parecida a la de un granito Los granos son mal redondeados y de diámetro de 0,02 y 2mm. La roca se constituye de cuarzo, mas de 25% de los fragmentos de feldespato potásico de cantos vivos, de mica y de plagioclasas y en poca cantidad de matriz de grano fino y de cemento de cuarzo o de calcita. Los granos mal redondeados, la relativamente mala clasificación de los tamaños de granos y el contenido en fragmentos de rocas indican un camino de transporte corto de los componentes que constituyen la arcosa. Los feldespatos frescos son productos de la meteorización mecánica de la roca de partida, puesto que los feldespatos resisten poco a la meteorización química. La mayoría de las arcosas se forman a partir de rocas de composición granítica (magmatitas o gneises). En general los componentes de la arcosa fueron transportados brevemente por ríos. El color rojizo se debe a pieles delgadas de hematita alrededor de los granos y puede indicar una sedimentación continental.
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UNIDAD V: ANALISIS TECTONICO Y CUENCAS SEDIMENTARIAS TEMA 9.- ANÁLISIS TECTONICO DE CUENCAS SEDIMENTARIAS 5.9.1.- Introducción 5.9.2.- Metodología 5.9.3.- Análisis de facies 5.9.4.- Estratigrafía de secuencias 5.9.5.- Otras metodologías en el análisis de cuencas 5.9.6.- Importancia de análisis de cuencas 5.9.7.- Análisis de cuencas sedimentarias, una línea de investigación poco explorada 5.9.1.- INTRODUCCIÓN El Análisis Tectonoestratigráfico a manera de resumen, de Cuencas Sedimentarias es una línea de investigación poco desarrollada en el país; está basada en la aplicación de técnicas de análisis sedimentológico, de estratigrafía de secuencias y de procedencia de sedimentos, así como de bioestratigrafía y estratigrafía de eventos, así como el análisis de hundimientos y levantamientos tectónicos. Requiere por su importancia económica y científica de un impulso especial a través de la incorporación de especialistas en sedimentología, estratigrafía de secuencias y geoquímica de rocas sedimentarias. Con estos estudios se tendrá un conocimiento sistemático y detallado de la evolución de la corteza y del manto, tanto en las zonas de márgenes continentales como en el interior de los cratones. Con lo cual se contribuirá al conocimiento integral de la Geología y a la resolución de sus problemas con un enfoque crítico que incorpore nuevas metodologías de estudio y novedades tecnológicas. El registro estratigráfico está conformado en gran medida por rocas sedimentarias, las cuales son tradicionalmente producto de procesos de intemperismo y erosión, dentro de un modelo sedimentológico específico. Esta concepción ha llevado a los especialistas a proponer modelos simplistas que no permiten explicar en forma cabal y completa todas las variables involucradas en el proceso de sedimentación de una cuenca: procesos físicos como olas y corrientes de agua, flujos de gravedad, cambios en el nivel del mar y tectonismo; procesos biológicos como precipitación bioquímica, bioturbación y fotosíntesis; procesos químicos como solución y precipitación; y otros factores como la química y profundidad del agua, el aporte de sedimento, el clima y la topografía; no son tomados por lo general en cuenta en su conjunto. Es por eso que para realizar una interpretación adecuada de los cuerpos sedimentarios debemos utilizar todas las características y propiedades de los mismos, analizando sus variaciones tanto verticales como horizontales; tomando como premisa que los depósitos sedimentarios se comportan como variables continuas en espacio y tiempo, por lo que no podemos acotarlas como si tratáramos con variables finitas en sistemas cerrados. Este conocimiento nos permitirá comprender los procesos y orígenes de los ambientes en que un sedimento se puede depositar, conociendo los “microambientes” del mismo; de modo que podamos hacer reconstrucciones razonables acerca de los Sistemas de Depósito de una secuencia. Los estudios estratigráficos además de que permiten reconstruir la historia geológica de la Tierra, son utilizados para definir la distribución y geometría de materias primas que necesita la sociedad. A la estratigrafía atañe el estudio de las sucesiones rocosas, cuya clasificación facilita el entendimiento de la secuencia y geometría de los cuerpos de roca y los eventos geológicos que los originaron. Los viejos conceptos de cuencas sedimentarias, junto al poco entendimiento de los ambientes depositacionales y de las relaciones de facies permitió que las unidades estratigráficas iníciales fueran establecidas sin un entendimiento coherente de sus orígenes. De esta manera la correlación y la terminología estratigráfica se han hecho interminables. Así, la literatura geológica en México está abarrotada con gran
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cantidad de nombres estratigráficos que pretenden describir secuencias locales. Una de las grandes necesidades del país tiene que ver con la revisión de las unidades estratigráficas, ya que en algunas cuencas sedimentarias se presentan problemas estratigráficos graves que no permiten reconocer su evolución geológica y por ende sus recursos potenciales.
Evolución y relleno de las cuencas SEDIMENTARIAS - Eje topográfico: línea imaginaria de la cuenca que une los puntos más bajos en un momento de su evolución. - Eje de la cuenca: línea que une los puntos más bajos de la superficie estructural del basamento - Depocentro: punto donde se alcanza el mayor espesor de sedimentos
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ORIGEN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Medios Sedimentarios
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5.9.2.- METODOLOGÍA Se denomina Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas, al estudio integral de las cuencas sedimentarias como entidades geodinámicas; El análisis requiere de una gran cantidad de datos de muy diversa naturaleza, para poder realizar una interpretación adecuada y completa del origen y evolución de una cuenca. Utiliza diferentes técnicas y metodologías para el análisis de todas las variables involucradas en la formación de la misma: análisis de facies, métodos geofísicos, análisis de paleocorrientes, estratigrafía de secuencias, estratigrafía sísmica, análisis sedimentológico, geoquímica, estudios de procedencia, historia de su subsidencia y evolución térmica, la identificación de estructuras asociadas a su evolución y de el régimen de esfuerzos, procesos y ambientes tectónicos y la mecánica de la litosfera, pero sin dejar de lado los métodos geológicos tradicionales de observación, descripción y síntesis. La característica principal del Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas es que permite introducir métodos cuantitativos al estudio de las rocas sedimentarias, ya que se basa en el modelado numérico de los datos obtenidos a partir de la observación directa en el campo o de la información de pozos y líneas sísmicas. Para este modelado existe una gran cantidad de investigación realizada en diferentes países desde hace más de 30 años, información que se encuentra disponible en artículos, libros de texto y software desarrollado por compañías relacionadas con la industria petrolera. Las bases del Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas han sido establecidas formalmente en la última década (Miall, 2000). En los últimos años ha habido un especial avance en la investigación enfocada a describir y cuantificar los procesos físicos responsables del desarrollo de cuencas sedimentarias y como operan estos procesos a diferentes escalas temporales y espaciales; el establecimiento de Modelos de Facies se ha enriquecido a partir del Análisis de Facies en forma conjunta con el análisis de ambientes de depósito actuales. El surgimiento de la Estratigrafía de Secuencias para reforzar las interpretaciones litoestratigráficas y bioestratigráficas tradicionales, así como la modificación de los conceptos geológicos tradicionales por cartografiar, al introducir la elaboración de mapas de facies y de unidades aloestratigráficas. La aparición de nuevas tecnologías para el modelado tridimensional de una cuenca, a partir de la compilación de una gran cantidad de información y el uso de imágenes de satélite, que incluso permiten mostrar animaciones acerca de cómo evolucionó la cuenca en el tiempo. Uno de los elementos más importantes por considerar en este tipo de estudios, es su carácter multidisciplinario. El Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas se ha desarrollado a través de la colaboración de especialistas en una gran variedad de disciplinas, entre ellos geofísicos, geólogos estructurales, sedimentólogos, estratígrafos, tectónicos y geoquímicas; por lo cual es importante establecer grupos de trabajo con especialistas en cada una de las áreas de conocimiento antes mencionadas, lo cual nos permitirá avanzar en forma integral en el conocimiento del origen y evolución de una cuenca, así como en el tipo de recursos naturales que en un momento dado podrían encontrarse en la misma y así aprovechar todo su potencial. A continuación analizaremos algunas de las metodologías básicas para el Análisis de Cuencas. 5.9.3.- ANÁLISIS DE FACIES Estratigráficamente, el término facies en sentido estricto ha sido empleado para referirse a la apariencia de un cuerpo de roca, a la composición o naturaleza actual de un cuerpo de roca, al cuerpo de roca mismo identificado por la apariencia de su composición, o al ambiente documentado por un cuerpo de roca. En sí, el concepto de facies debe basarse en el aspecto físico de la roca pero definitivamente con una interpretación subsecuente del sistema de depósito representado por las facies.
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El análisis litoestratigráfico y el análisis de litofacies son dos aproximaciones contrastantes para el estudio de las rocas sedimentarias; la primera corresponde con una aproximación descriptiva tradicional; la segunda está basada en las descripciones detalladas de facies, la cual provee las bases para el estudio genético de sedimentos usando los modelos de facies. El análisis de litofacies y biofacies debe ser utilizado para apoyar los estudios estratigráficos, porque comprendiendo el ambiente de depósito y la paleogeografía para un tiempo determinado en el que se formó una unidad de roca, podremos realizar interpretaciones más completas y extrapolar la información para cambios laterales en composición y espesor. El análisis de facies se convierte en una herramienta invaluable en la elaboración de correlaciones y permite establecer unidades litoestratigráficas formales más lógicas. De este modo el análisis de facies y la litoestratigrafía son componentes esenciales para el estudio de estratigrafía de secuencias, el cual es un método de análisis estratigráfico regional basado en la subdivisión de sucesiones estratigráficas dentro de una unidad limitada por discordancias que son generadas por cambios globales o regionales en el nivel relativo del mar. Muchas de las técnicas de análisis de facies, se enfocan en las relaciones verticales prevalecientes entre facies, reconocidas en la medición de sucesiones estratigráficas. Medir una sección estratigráfica consiste esencialmente en convertir una aproximación unidimensional, en una interpretación tridimensional, esto se realiza a partir de extensas y detalladas descripciones de campo, de análisis de núcleos y registros geofísicos de pozos, así como de toda la información geofísica disponible. Idealmente se deben de medir secciones estratigráficas con poca perturbación estructural. Este concepto permite resaltar la geometría tridimensional de las Asociaciones de Facies. Es en este nivel en el que se define que hay elementos que son comunes para todos los Sistemas de Depósito, tanto recientes como antiguos, para cualquier ubicación geográfica. Los Modelos de Facies constituyen un concepto relativamente nuevo en sedimentología; si continuamos el análisis a partir del concepto de Asociación de facies, veremos que mientras este último es esencialmente descriptivo, el concepto de Modelo de Facies proporciona una interpretación particular de esa asociación de facies, con base en el ambiente de depósito, pero combinándolo con el estudio e incorporación de conceptos de medios ambientes actuales. Para Walker (1992) un Modelo de Facies debe satisfacer cuatro funciones: a) Debe actuar como norma para propósitos de comparación. b) Debe actuar como estructura y guía para futuras observaciones. c) Debe actuar como un mecanismo de predicción en situaciones geológicas nuevas y d) Debe actuar como una base para la interpretación ambiental. Por lo tanto, un modelo de facies constituye una poderosa herramienta en la interpretación de sedimentos pobremente expuestos, ya que proporciona algunas pistas que buscar o algunas observaciones que resultan críticas para el modelo. Es importante saber que los modelos de facies constituyen una herramienta dinámica, que se retroalimenta de cada una de las asociaciones de facies estudiadas, mejorando y complementando el modelo elegido, o en su caso replanteándolo y generando uno nuevo. ¿Qué necesita un Modelo de Facies para ser aceptado? Miall (2000) menciona que todo depende de cómo fue construido el modelo, de si contiene bosquejos paleogeográficos, bloques diagramáticos y columnas tipo; de si presentan detalles geomorfológicos (deltas, abanicos, etc.) procesos de transporte (turbiditas, flujos, modelos eólicos, etc.) o algunos procesos orgánicos (por ejemplo arrecifes); algunos están gobernados por el clima y otros por la tectónica; pero en muchos casos, estas variables no han sido estudiadas con detalle.
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Es importante considerar que el estudio de los medios ambientes actuales no pueden ser aplicados en forma lineal y como norma, porque en realidad no podemos saber a ciencia cierta, si la magnitud de los fenómenos (clima, tectónica, vulcanismo, etc.) se desarrollaron en el pasado geológico de la Tierra, con igual, mayor o menor intensidad; pero si constituyen una base para realizar interpretaciones ambientales. La cartografía de cuencas consiste en la reconstrucción paleogeográfica y geométrica del relleno de la misma a partir de una cantidad limitada de información. Los mapas geológicos tradicionales son insuficientes para construir una interpretación precisa tridimensional de una cuenca de depósito con todos sus detalles paleoambientales y paleogeográficos. Los datos que se utilizan con mayor frecuencia para la cartografía de cuencas pueden agruparse en dos clases: a) Datos de espesores de facies, tasas de sedimentación, información petrográfica; los cuales reflejan las características ambientales y paleogeográficas pero no permiten interpretar patrones de distribución hasta que se hayan medido numerosos puntos de control y sus resultados hayan sido configurados. Para esto podemos realizar mapas de isopacas, de contornos estructurales y de litofacies, entre otros. La elaboración conjunta de este tipo de mapas para intervalos de tiempo sucesivos es la herramienta básica para el conocimiento y expresión gráfica de la evolución de una cuenca. b) Un segundo grupo que corresponde con objetos o estructuras orientados que se encuentran dentro de las rocas. Cada una de estas direcciones tiene un significado paleogeográfico, aunque se requiere la aplicación de métodos estadísticos para obtener información local o regional significativa. El estudio de este tipo de datos es lo que se conoce como análisis de paleocorrientes. Por otro lado, dependiendo de la información disponible, se pueden utilizar métodos geofísicos y métodos computacionales para el modelado tridimensional de cuencas sedimentarias. El uso de las técnicas de teledetección (sensores remotos) comienza a utilizarse en forma experimental. Otro tipo de métodos que se utilizan son los métodos de síntesis regional y el uso de secciones estratigráficas transversales para elaborar correlaciones. Muchos de estos métodos se utilizan de manera simultánea y la selección de cuales utilizar dependerá de los objetivos por alcanzar y de los datos disponibles. 5.9.4.- ESTRATIGRAFÍA DE SECUENCIAS Peter Vail es considerado por todos como el padre de la estratigrafía de secuencias, concepto que desarrolla a partir del análisis de perfiles sísmicos y de la observación en campo de las relaciones geométricas de las secuencias sedimentarias. Constituye un método sintético desarrollado en los años 80’s por diferentes autores: Haq, Van Wagoner, Posamentier, James, Allen, entre otros, pero es Mitchum (1977) quien la describe y define con claridad los elementos que la componen, presentando las relaciones entre conjuntos de estratos genéticamente asociados, intentado establecer un diagrama lo mas detallado posible. Para muchos geólogos, la estratigrafía de secuencias representa la expresión en el registro estratigráfico de la historia de los cambios del nivel del mar, especialmente aquellos asociados a factores eustáticos, que pueden permitir correlaciones globales. En un sentido más completo, la Estratigrafía de secuencias pretende la diferenciación en el relleno sedimentario de una cuenca, de volúmenes de sedimentos separados por superficies reconocibles en el conjunto de la cuenca y que pueden corresponder con eventos tectónicos, eustáticos, etc. La Estratigrafía de secuencias puede estudiarse desde dos puntos de vista distintos pero complementarios: uno analítico y otro sintético; el primero se refiere a la interpretación y modelado estratigráfico de los
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conjuntos de facies, ya sea a partir de datos de subsuelo o de observaciones de campo, que permita reconocer diferentes ciclos y sus límites. El concepto sintético se basa en el análisis de los diferentes cambios globales que ha sufrido la Tierra a lo largo de su historia y que han quedado reflejados en las cuencas sedimentarias, para elaborar una escala temporal de dichos cambios. Se dice que la Estratigrafía de Secuencias es una rama de la estratigrafía que subdivide el registro sedimentario a lo largo de las márgenes continentales y de las cuencas interiores en secuencias de depósito que se correlacionan entre sí, limitadas por discordancias. Es utilizada para proporcionar una base cronoestratigráfica para la cartografía y correlación de facies sedimentarias; así como también realizar predicciones estratigráficas. La Estratigrafía de Secuencias utiliza conceptos de estratigrafía sísmica, bioestratigrafía, cronoestratigrafía y sedimentología. Es importante resaltar que la litoestratigrafía queda excluida debido a que ésta correlaciona litologías similares, mientras que la estratigrafía de secuencias correlaciona líneas de tiempo. Vincent et al. (1998) consideran que el Modelo de Estratigrafía de Secuencias es producto de la conjunción de cuatro modelos: • En su forma más simple, la Estratigrafía de Secuencias es una disciplina descriptiva, la cual utiliza las discordancias y sus correlaciones, para agrupar las sucesiones sedimentarias en secuencias limitadas por discordancias. • El conocimiento de la geometría completa de una secuencia, es utilizada para predecir la distribución de los diferentes tipos de sedimento dentro de la misma cuenca. Este modelo es muy esgrimido en la industria petrolera para la interpretación de secciones sísmicas. • En una segunda etapa, el desarrollo de una secuencia puede ser modelado matemáticamente en términos de cambio en el nivel eustático y subsidencia o levantamiento tectónico, utilizando Modelos de Acomodamiento. • Finalmente, el Modelo de Acomodamiento puede ser utilizado para generar curvas de nivel eustático, a partir de curvas de cubrimiento original de líneas de costa. El objetivo final de este modelo es generar un modelo global de cambios del nivel del mar. Los dos primeros modelos, enfocan la Estratigrafía de Secuencias desde el punto de vista analítico, interpretando y modelando la cuenca a partir del análisis de facies, ya sea que utilicemos datos de subsuelo (registros sísmicos y/o de pozos) o datos de geología de campo (medición de columnas y cartografía de facies). El objetivo básico de este análisis es el reconocimiento de unidades y sus límites, que marquen un cambio en las condiciones genéticas de la cuenca en conjunto. A estas unidades se les conoce como unidades genéticas y constituyen la base de todo el análisis. Este enfoque se contrapone de alguna manera al enfoque clásico de la Estratigrafía en el cual, a partir del Principio de superposición, los estratos son depositados en forma vertical de la base a la cima. Si lo vemos a gran escala, este se cumple; pero si realizamos el análisis del detalle, vemos que el incremento en el conocimiento detallado de los procesos depositacionales que formaron una cuenca así como la reconstrucción de su geometría y distribución, estos nos indican que la aplicación del Principio de Superposición no puede realizarse en forma lineal, que la superposición estratigráfica es un proceso complejo resultado de una inmensa diversidad de estilos de arquitectura estratigráfica. Si consideramos los otros dos modelos, estamos analizando a la Estratigrafía de Secuencias desde un punto de vista sintético, considerando que la Tierra ha sufrido a lo largo de su historia fenómenos globales que han quedado grabados en el registro estratigráfico, y que podemos “leerlos” en el relleno de las cuencas sedimentarias, no importando su posición geográfica o la distancia entre ellas. Bajo este enfoque se pretende elaborar una escala temporal de los cambios globales que ha sufrido la Tierra, los cuales complementen la escala cronoestratigráfica usual, en forma conjunta con los datos
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bioestratigráficos y magnetoestratigráficos; los resultados obtenidos hasta el momento han sido aceptados solo por una parte de la comunidad geológica, por lo que sigue abierta la discusión y aplicación del modelo. Actualmente la sedimentología ha evolucionado como una ciencia que es capaz de explicar el origen de las rocas sedimentarias a través de los estudios de facies y modelos de facies. De tal forma es posible interpretar y predecir la composición, geometría, y orientación de las unidades estratigráficas, basados en un amplio rango de estudios en ambientes modernos y unidades geológicas. Estos adelantos dieron lugar al método de los sistemas depositacionales, este concepto abarca todos los ambientes y productos sedimentarios, y permite predecir la sucesión estratigráfica de grandes conjuntos rocosos con base en interpretaciones paleoambientales y reconstrucciones paleogeográficas. Esta técnica ahora parte de la Estratigrafía de Secuencias, considera a las secuencias como paquetes de estratos correlacionables que registran cambios locales o regionales del nivel relativo del mar. Vincent et al. (1998) definen a la Estratigrafía de Secuencias como sucesiones sedimentarias que pueden ser divididas en unidades limitadas por discordancias (secuencias), las cuales se formaron durante un ciclo de cambio del nivel del mar. Mitchum y Van Wagoner (1991) definen un ciclo como un periodo de tiempo durante el cual el nivel del mar pasó de una posición elevada (highstand) a una posición baja (lowstand) y regreso a la posición inicial (highstand). Myers y Milton (1996) especifican que el término discordancia se debe aplicar a “superficies que separan estratos jóvenes de antiguos a lo largo de la cual es evidente un truncamiento o, erosión subaérea o submarina". La Estratigrafía de Secuencias debe de utilizarse como una herramienta de análisis, más que como un modelo. Constituye una herramienta muy poderosa si se sabe aplicar, para realizar correlaciones y análisis paleoambientales, así como en el estudio del análisis tectónico y sus efectos en la sedimentación de una cuenca. El estudio de las secuencias clásticas no marinas se encuentra en la frontera del conocimiento siendo un campo de aplicación para la Estratigrafía de Secuencias en la que queda todavía mucho por hacer. 5.9.5.- OTRAS MÉTODOLOGÍAS EN EL ANÁLISIS DE CUENCAS La tectónica constituye el factor principal en la creación y destrucción de cuencas (Myers y Milton, 1996), sin la subsidencia tectónica no habría cuencas sedimentarias. La tectónica y el eustatismo controlan la cantidad de espacio disponible para la acumulación de sedimentos (espacio de acomodamiento), mientras que la tectónica, eustatismo y clima interactúan para controlar el abastecimiento de sedimento y la forma en que es ocupado el espacio de acomodamiento. La geometría o arquitectura de un paquete depositacional o secuencia estratigráfica depende de la interrelación de tres procesos: La tasa de suministro de sedimento (clástico) o la generación de sedimento (químico); la tasa de subsidencia de la cuenca y la tasa de cambios del nivel eustático. En el análisis de una cuenca, el estudio de los sedimentos clásticos puede proporcionar mucha información para su correcta interpretación. La composición de una roca detrítica depende de varios factores, de la composición geológica de la fuente de la que proceden los sedimentos, del clima y del relieve tanto de la fuente original, como del área a través de la que fue transportado y finalmente del área de depósito; los patrones de dispersión y mezcla de los detritos, los procesos mecánicos y químicos sufridos durante el transporte y los cambios diagenéticos realizados durante el sepultamiento. Este tipo de análisis permite establecer algunos parámetros para caracterizar los ambientes tectónicos en los que se formaron esas rocas detríticas. A partir de esta identificación pueden elaborarse mapas que muestren las variables estudiadas (composición, tamaño, redondez, etc.) para establecer patrones de distribución
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El análisis de paleocorrientes es una técnica que proporciona información acerca de la dirección local o regional de la pendiente del terreno, la dirección de la que proceden los sedimentos; la geometría y orientación de las unidades litológicas y finalmente el ambiente de depósito. El análisis de paleocorrientes se realiza básicamente con información de afloramientos. Entre los indicadores de paleocorrientes más utilizados se encuentran: rizaduras y estratificación cruzada, canales y marcas de excavación, clastos imbricados, marcas de base, fósiles orientados y slumps. Las direcciones de estos son medidas en los afloramientos de manera sistemática para posteriormente analizarlos utilizando algún programa de cómputo. El uso de la tecnología de sensores remotos en geología ha repuntado en los últimos años, es importante recalcar que esta tecnología es una herramienta que apoya al análisis de cuencas, y que los resultados obtenidos dependen, como todas las metodologías mencionadas, del objetivo particular de cada análisis y de la información disponible. Actualmente el uso del término Sensores Remotos se ha generalizado para la cartografía producto del análisis de imágenes de satélite. Se están desarrollando numerosas herramientas para el análisis de los registros digitales de los diferentes satélites. En el área de Geología y específicamente en el Análisis de Cuencas, su mayor utilidad reside en el hecho de que podemos valorar regiones que por cuestiones de acceso, económicas o políticas no podemos visitar. Las técnicas y criterios interpretativos utilizados no difieren sustancialmente de aquellos utilizados en la fotointerpretación tradicional de fotografías aéreas; método que es comúnmente aceptado por la comunidad geológica y que también es considerada una técnica de percepción remota. Para fines de fotointerpretación geológica, el despliegue de imágenes de satélite en perspectiva, nos puede ayudar a inferir las relaciones geométricas que guardan diferentes elementos arquitectónicos, así como a discriminar la litología con ayuda de las características multiespectrales de las imágenes de satélite. La utilización de imágenes de satélite es una herramienta más a nuestra disposición que ayudan a realizar las tareas de exploración geológica de una manera más económica y eficiente al mostrar localidades clave para resolver problemas estratigráficos o medir secciones estratigráficas o estructurales. En la actualidad es posible elaborar mapas geológicos utilizando programas de cómputo a partir de datos obtenidos principalmente de registros geofísicos de pozos y secciones sísmicas. Estos programas de cómputo han sido desarrollados para el análisis de cuencas especialmente por las compañías de Exploración Petrolera. La elaboración de síntesis paleogeográficas es una habilidad que debe ser desarrollada por todos aquellos que se dedican al análisis de cuencas. Es la mejor manera de presentar los resultados del análisis de una cuenca en forma condensada. En ellos se muestra la reconstrucción de la geografía física de un lugar determinado en un momento concreto del pasado geológico. 5.9.6.- IMPORTANCIA DE ANALISIS DE CUENCAS Dentro de esta nueva visión de análisis estratigráfico sigue siendo fundamental la recopilación de información directamente en el campo para caracterizar y elaborar la cartografía de dichas secuencias bajo un enfoque integral de diversas disciplinas (Geología Estructural, Geomorfología, Sedimentología, Estratigrafía, Petrología, Paleontología, Tectónica) sobre todo en lugares donde los problemas de interpretación y vacíos de información persisten porque no se han realizado estudios sistemáticos detallados. Por lo anterior, consideramos que el estudio del origen y evolución de las cuencas sedimentarias, a partir de observaciones integrales sobre su entorno tectónico, petrológico y estratigráfico, es fundamental en la valoración de los recursos económicos del país, tanto petroleros, como minerales e hídricos. El Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas constituye una aproximación alternativa a la resolución de algunos paradigmas de la Estratigrafía Clásica; le ha dado un giro a la forma de interpretar el registro estratigráfico. La Estratigrafía de Secuencias se desarrolla a partir de la Estratigrafía sísmica, en el seno de la Exploración de Hidrocarburos, entorno en el que se desarrollan modelos más o menos bien definidos para
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explicar la geometría y sedimentación de las cuencas marinas, principalmente de siliciclastos. Es hasta la década pasada, que comienza a aplicarse la Estratigrafía de Secuencias en las secuencias carbonatadas y evaporíticas, con bastante éxito en algunos casos. El Análisis Tectonoestratigráfico visualiza al relleno de una cuenca como un Sistema Dinámico, en el que interactúan una gran cantidad de factores. Este puede aplicarse en muy diversas escalas y ambientes tectónicos, tanto para afloramientos como para subsuelo, con las limitaciones derivadas de la fuente de información, principalmente por la escala de aplicación. La mayor virtud del Análisis Tectonoestratigráfico de Cuencas, es su capacidad para explicar los patrones de depósito de una cuenca considerando en forma simultánea factores como la subsidencia, el cambio del nivel del mar y el abasto de sedimento; y todos ellos dentro de un mismo concepto cronoestratigráfico. Esto proporciona nuevos elementos a la sedimentología para el análisis e interpretación de facies. 5.9.7.- ANÁLISIS DE CUENCAS SEDIMENTARIAS, UNA LINEA DE INVESTIGACIÓN POCO EXPLORADA Los estudios estratigráficos además de que permiten reconstruir la historia geológica de la Tierra, son utilizados para definir la distribución y geometría de materias primas que necesita la sociedad. A la estratigrafía atañe el estudio de las sucesiones rocosas, cuya clasificación facilita el entendimiento de la secuencia y geometría de los cuerpos de roca y los eventos geológicos que los originaron. Los viejos conceptos de cuencas sedimentarias, junto al poco entendimiento de los ambientes depositacionales y de las relaciones de facies permitió que las unidades estratigráficas iníciales fueran establecidas sin un entendimiento coherente de sus orígenes. De esta manera la correlación y la terminología estratigráfica se han hecho interminables. Así, la literatura geológica en México está abarrotada con gran cantidad de nombres estratigráficos que pretenden describir secuencias locales. Una de las grandes necesidades del país tiene que ver con la revisión de las unidades estratigráficas, ya que en algunas cuencas sedimentarias se presentan problemas estratigráficos graves que no permiten reconocer su evolución geológica y por ende sus recursos potenciales. Actualmente la sedimentología ha evolucionado como una ciencia que es capaz de explicar el origen de las rocas sedimentarias a través de los estudios de facies y modelos de facies. De tal forma es posible interpretar y predecir la composición, geometría, y orientación de las unidades estratigráficas, basados en un amplio rango de estudios en ambientes modernos y unidades geológicas. Estos adelantos dieron lugar al método de los sistemas depositacionales, este concepto abarca todos los ambientes y productos sedimentarios, y permite predecir la sucesión estratigráfica de grandes conjuntos rocosos con base en interpretaciones paleoambientales y reconstrucciones paleogeográficas. Esta técnica ahora parte de la Estratigrafía de Secuencias, considera a las secuencias como paquetes de estratos correlacionables que registran cambios locales o regionales del nivel relativo del mar. Dentro de esta nueva visión de análisis estratigráfico sigue siendo fundamental la recopilación de información directamente en el campo para caracterizar y elaborar la cartografía de dichas secuencias bajo un enfoque integral de diversas disciplinas (Geología Estructural, Geomorfología, Sedimentología, Estratigrafía, Petrología, Paleontología, Tectónica) sobre todo en lugares donde los problemas de interpretación y vacíos de información persisten porque no se han realizado estudios sistemáticos detallados. Por lo anterior, consideramos que el estudio del origen y evolución de las cuencas sedimentarias de México, a partir de observaciones integrales sobre su entorno tectónico, petrológico y estratigráfico, es fundamental en la valoración de los recursos económicos del país, tanto petroleros, como minerales e hídricos.
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Esta línea de investigación poco desarrollada en el país basada en la aplicación de técnicas de análisis sedimentológico, de estratigrafía de secuencias y de procedencia de sedimentos, así como de bioestratigrafía y estratigrafía de eventos. Así como el análisis de hundimientos y levantamientos tectónicos, requiere, por su importancia económica y científica de un impulso especial a través de la incorporación de especialistas en sedimentología, estratigrafía de secuencias y geoquímica de rocas sedimentarias. Con estos estudios se tendrá un conocimiento sistemático y detallado de la evolución de la corteza y del manto, tanto en las zonas de márgenes continentales como en el interior de los cratones. Con lo cual se contribuirá al conocimiento integral de la Geología de México y a la resolución de sus problemas con un enfoque crítico que incorpore nuevas metodologías de estudio y novedades tecnológicas. En la División de Ingeniería en Ciencias de la Tierra estamos convencidos de la importancia y el potencial de esta línea de investigación, por lo cual se promueve la capacitación de parte de su personal académico en esta área de conocimiento y apoyando los proyectos de investigación correspondientes, de este modo se contribuye en forma decisiva a la formación de personal académico, con las características que nuestra Facultad demanda, y simultáneamente incorporar una línea de investigación relevante en nuestro país.
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