Procesos diagenéticos en diferentes tipos de Rocas y
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- Lourdes Guzmán Lucero
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1 Procesos diagenéticos en diferentes tipos de Rocas y estructuras/aspectos de interés relacionados Rocas clásticas, arcillosas, carbonatadas, evaporíticas, volcanoclásticas y carbonosas (hidrocarburos) Cecilia Caballero Miranda I-Geofísica UNAM Clase Sedimentología a y Estratigrafía, a, Lic. en Ciencias de la Tierra, Fac.. Ciencias UNAM
2 Diagénesis Conjunto de procesos ocurridos en sedimento enterrado, durante Litificación Compactación Cementación
3 Cementación Eogenética Temprana, interfase sedimento-agua y sedimento-aire TIPOSIPOS Mesogenética La dominante. Sedimento enterrado y saturado con agua PROCESOS Telogenética Rara y tardía. Durante levantamiento. A bajas T y lentamente Disolución Precipitación Recristalización Reemplazamiento de granos. Determinada por: composición del grano y química de agua de saturación (ph, acidez, CO 2 ) de cemento. Sílice microcristalino, calcedonia; calcita, aragonita, dolomita, siderita, óxidos de Fe. Sobrecrecimientos de cristales con nuevas estructuras y misma composición química básica. Ej. calcita por aragonita. Se conservan formas externas, cambia microestructura interna de granos de un mineral por otro. Ej. silicificación de granos calcáreos, argilitización de plagioclasas cementación
4 Diagénesis en terrígenos clásticos Diagénesis temprana: compactación, pérdida de agua, reducción de porosidad, escasa cementación eogenética (ambtes. selectos). C-eogenética: Playas: (a) con cementación de calcita a partir del agua de lavado de granos de playa o de suelos con calcreta (silcreta, ferricreta), (b) con bajos ritmos de sedimentación, cemento de yeso C-mesogenética: Minerales autigénicos: calcita, Qz, arcilla. Crecen a partir de: conchas (cemento poikilotopico). Disolución-presión en contacto de granos; aguas ricas en sílice (en disolución por activ. volcánica); esponjas, diatomeas y radiolarios. Siempre en ausencia de carbonatos de Ca. Descomposición de líticos o de material volcánico C-tardía: Principalmente arcilla precipitada en intersticios proveniente de otros minerales arcillosos Diag.. terrígenos
5 Diag.. terrígenos Diagénesis en terrígenos clásticos Técnicas para identificación: Microscopía óptica y electrónica Petrografía (en areniscas) para identificar espacios porosos, cemento, matriz y observar efectos de compactación en contacto entre granos. Para identificar poros: rellenarlos con resina coloreada (azul) Para tipo cemento: técnicas de mineralogía óptica. Atención a la continuidad óptica de granos y cemento Para identificación de cementación temprana o tardía de calcita. Tintura de ferrocianuro de potasio: no se tiñe calcita temprana por formarse en condiciones oxidantes, si tiñe calcita tardía (de azul) formada en condiciones reductoras. Microscopía a electrónica para identificación de minerales arcillosos Objetivo: diferenciar cemento arcilloso (illita y esmectita) de detritos arcillosos. El cemento de illita muestra estructura filamentosa, los detritos arcillosos estructura laminar. Difracción de Rayos X
6 Diagénesis de minerales arcillosos Compactación reducción de volumen Enterramiento incremento de T cambios mineralógicos Caolinita común como producto de intemperismo por agua de percolación en rocas y sedimentos, se transforma a Illita. Esmectita (incluida Montmorillonita y Bentonita) se forma a T < 50 C por intemperismo o diagénesis a partir de vidrio volcánico, feldespato y otros silicatos. Es inestable a más alta T Illita es en su mayoría diagenética formada a partir de caolinita y esmectita a T > 70 C Clorita formada por alteración de máficos y micas (ej biotita); es poco común como diagenético, se transforma a Illita. En diagénesis indica alta T, inhibe a otros cementantes, preservando poros para hidrocarburos. Puede ser autigénica, y presente en metamorfismo bajo grado (facies esquistos) Diag.. terrígenos
7 Diagénesis de materia orgánica en lodos marinos En regiones marinas con alta productividad orgánica (ej. somero), los sedimentos, Una zona superficial (pocos cm) sujeta a oxidación bacterial (bioturbación, oxigenación) Eh alto Debajo: zona de reducción con sulfatos (hasta 10m). Bacterias reducen iones de sulfatos a sulfuros. El Fe férrico +3 se reduce a ferroso +2. La calcita precipitada reacciona con el Fe +2 y sulfuros y forma pirita A > profundidad ya no hay sulfatos y la actividad bacterial es de fermentación. La MO decae a CO 2 y metano, se forma siderita. A > prof (> 1000m) la MO decae a materiales inorgánicos nicos. Eh bajo ph bajo poco O Diag.. terrígenos
8 Diagénesis en sedimentos carbonatados Diagénesis temprana: cementación eogénica es frecuente. Es > cuando hay abundante agua marina circulando en sedimentos de un lento ritmo depositación. En mares tropicales se pueden formar capas endurecidas de CaCO 3. La cementación se asocia a actividad microbiana. Si hay agua fría hay disolución En ambientes no marinos, cementación ocurre en zonas saturada (freática) y no saturada. Ej. z.-freática de cuevas y cavernas: espeleotemas (estalactitas y stalagmitas) y otros depósitos de travertino. En suelos calcreta y rizolitos (por evaporación del CaCO 3 ). En pantanos costeros (mezcla de condic. reductoras y agua dulce): siderita Diag.. Carbonatos
9 Diagénesis en sedimentos carbonatados Diagénesis durante enterramiento: enterramiento cementación mesogenética se da por disolución de granos calcáreos con calcita baja en Mg: sobrecrecimiento de granos y relleno de poros (poikilotopico y microcristalino) Efectos de compactación: Estilolitas, son superficies de disolución por presión. Paralelas a estratificación (presión por compactación) o diagonales a estratificación (presión por esfuerzos tectónicos). Pueden contener residuos insolubles ej. arcillas, óxidos de Fe Diag. Carbonatos
10 Dolomitización Dolomita: mineral de CaMg (CO 3 ) 2 Dolomía roca constituida por dolomita > 75% Dolomita es poco común actualmente, solo en z.costeras áridas, relacionado a actividad microbial. Dolomitización: proceso diagenético, altamente debatido, c/ varios puntos en común. Roca original: Cz Agua marina o intersticial de origen marino Largo tiempo Alta T Aumento o reducción de salinidad Diag.. Carbonatos
11 Diagénesis en sedimentos carbonatados Técnicas para identificación Petrografía para identificar espacios porosos (inyección de resina coloreada azul); y granos, cemento, matriz con frecuencia difíciles de diferenciar. Dolomita en cristales rómbicos y se tiñe con rojo alizarina, Neomorfismo (reemplazamto por recristalización) de lodos calcáreos por calcita espática microcristalina. Aragonita por calcita Cemento, diferenciar si es eogenético o mesogenético. El microcristalino isópaco o de menisco en cristales aciculares es mayor como eogenético Fábricas más frecuentes en mesogenético Diag.. Carbonatos
12 Diagénesis en evaporitas Pueden ser inyectadas (halita) en diapiros en capas superiores Pueden disolverse y formar brechas de disolución El yeso puede deshidratarse y ser reemplazado por anhidrita o volverse a hidratar cerca de superficie Pueden sufrir cambios de volumen y deformación La halita, yeso y anhidrita pueden ser reemplazados por calcita y sílice microcristalino o calcedonia. Se pueden preservar como psudomorfos (ej. calcos rellenos de sedimento fino con forma cúbica de la sal)
13 Diagénesis en sedimentos volcaniclásticos El vidrio cambia a formas minerales: desvitrificación se disuelve sílice, disponible para cementante. Cristales de y liticos con: Hornblenda, px, feldespto K, ante la interacción con agua intersticial decaen rápidamente a minerales arcillosos, disponibles como cementante o, en forma de granos detríticos argilitizados (ó sericitizados). Minerales arcillosos comunes son: (a) kaolinita derivada de rocas silíceas y cenizas. (b) esmectita, grupo que incluye montmorillonita y bentonitas, derivadas de rocas basálticas. Un tipo peculiar de lutitas es: Tonsteins Tonsteins (de caol caolín cementado por óxidos que alternan con capas de carbón denotando un ambiente peculiar de depósito de cenizas en ph bajo con alta productividad orgánica). Zeolita: mineral de alteración de silicatos de rocas volcániclasticas que ocurre como reeemplazamiento del cementante original de estas rocas.
14 Carbón, Petróleo y Gas Combustibles fósiles formados por diagénesis de sedimentos de materia orgánica MO (humus, turba y sapropel) depositados originalmente en diferentes ambientes Humus: MO en suelos; Turba MO húmica en cienágas; Sapropel MO derivada de algas acumuladas en fondo de lagos y cuencas marinas El carbón sapropélico puede originar hidrocarburos y la turba carbón. Sapropel y carbón húmico (turba) pueden generar gas. El Humus suele oxidarse y no preservarse. MO en rocas diversas Promedio Gral. en Sedimentarias: 1-5%. Areniscas: 0.05%; Calizas: 0.29%; Lutitas: 2.1%, Lutitas bituminosas: 3-10%. Lutitas sapropélicas: 25%. Carbón: >70% MO = C H O N S
15 Ambientes formadores de carbón El carbón se deriva de grandes y rápidas acumulaciones de plantas en ambientes poco oxigenados (ciénagas, mires) con lenta descomposición microbiana Pantanos cienagosos Lodazal Humedal, pantano ciénagas ombotróficas (alimentadas por agua de lluvia) Manglar, pantano de marisma ciénagas reotróficas (alimentadas por agua de lluvia y subterránea) Temperatura: alta > productividad pero > actividad microbiana (<reducción)
16 de turba a carbón n bituminoso
17 Formación n de hidrocarburos (petróleo y gas) La acumulación de MO [fitoplancton, zooplancton, esporas, fragmentos macerados de plantas] en cuencas oceánicas da lugar a: 3 tipos de kerógeno Tipo I. Derivado de algas planctónicas y MO amorfa. El más importante generador de petróleo Tipo II. Derivado de fito y zooplancton, bacterias y MO continental [algas, esporas, cutículas]. Genera gas y petróleo resinoso Tipo III. Derivado de MO continental [plantas maceradas]. Bajo valor de H/C (<H y >C) y alto O/C (>O). Solo genera gas Alto H/C Bajo O/C
18 Eogenesis Se elimina O del kerógeno (~40 C, prof de hasta 1000 m) Catagenesis Se forma Tipo I ( C, prof m). Metagenesis (>150 C prof > 4000 m). Se produce metano
19 Almacenamiento y trampas de hidrocarburos (petróleo y gas) Los hidrocarburos son inmiscibles en agua y de < densidad que el agua. Tienden a subir a la superficie como burbujas a través de rocas permeables, pero diversas capas o zonas impermeables forman barreras que los atrapan. Nunca se encuentran en la roca que los originó.
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