MÓDULO 1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 ANÁLISIS DE PROCEDENCIA: ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS EN UNA SECUENCIA

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1 MÓDULO 1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 ANÁLISIS DE PROCEDENCIA: ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS EN UNA SECUENCIA Objetivos Aprender a observar, describir, diagramar, medir e interpretar datos de procedencia. El principal objetivo será familiarizarse con las estructuras que indican sentido de flujo, aprender a observarlas tridimencionalemente y medirlas con brújula; para luego representarlas gráficamente e interpretarlas en un contexto estratigráfico. El segundo objetivo está centrado en aprender a recolectar datos composicionales, como tomarlos en el campo (generalmente los conglomerados) y como sustentarlos con análisis de laboratorio en el microscopio (estudios matrices de conglomerados y en areniscas) o geoquímicos (principalmente en pelitas). Habilidades que se pretende desarrollar con las actividades Observar y entender la disposición espacial de estructuras vectoriales, aprender a medirlas, manipularlas e interpretarlas. Utilizar la brújula, como anotar datos en la libreta. Análisis de estructuras a escala satelital (campo de dunas de Médano Grande, San Juan) Utilización de programas de computación para la representación de datos vectoriales. Análisis estadístico de datos vectoriales. Relacionar datos vectoriales con datos composicionales de rocas: una base fundamental en el estudio de cuencas. Elementos y bibliografía Lápiz, goma, regla, transportador, papel, cinta métrica y brújula Vera Torres, J.A., Estratigrafía: Principios y métodos, libro de texto, Editorial Rueda. Arche, A., Sedimentología, vol. I y II. Libro de texto. Editorial SCIC. Perillo, G.M., Dinámica del Transporte de sedimentos. Publicación Especial 2 de la AAS, 201 p. Scasso R. y Limarino, C., Petrología y Diagénesis de Rocas Clásticas. Publicación Especial Nº 1 de la AAS. Zavala y García (pdf adjunto en lecturas complementarias) Ingersoll et al. (1984). (pdf adjunto en lecturas complementarias) DeCelles (1988). (pdf adjunto en lecturas complementarias) El análisis de procedencia de sedimentos

2 El análisis de procedencia de materiales sedimentarios consiste en determinar el origen de los materiales que constituyen a una roca sedimentaria. El estudio se base en análisis composicionales complementados con estudios de paleocorrientes, que permiten interpretar la dirección y sentido del transporte sedimentario y a su vez deducir las paleopendientes regionales. Las estructuras sedimentarias son excelentes indicadores del tipo y régimen de flujo, y además proporcionan información sobre los procesos depositacionales que le dieron origen. Es importante considerar que un mismo proceso puede ocurrir en distintos ambientes sedimentarios. Por lo tanto, son verdaderamente pocas las estructuras diagnósticas de un ambiente. Por ello, es necesario analizar asociaciones de estructuras, su distribución espacial y ciclicidad. Por todo esto es necesario aprender a visualizar las unidades estratigráficas tridimensionalmente, como todos sus rasgos geológicos asociados. La mayoría de las estructuras nos ayudan a ubicar la polaridad de los estratos, determinar la dirección y en ocasiones el vector del flujo (dirección y sentido). Este análisis es importante para la determinación de paleocorrientes y paleopendientes, análisis que sustentan las reconstrucciones paleogeográficas y estudios de cuencas. Dado que cada ambiente sedimentario se caracteriza por ciertos diseños de paleocorrientes particulares, su determinación constituye un elemento más para la definición de medios sedimentarios antiguos. El análisis de procedencia tiene como objetivo sustentar los estudios estratigráficos, proveyendo información sobre la ubicación y naturaleza de las áreas fuente. Constituyen la base fundamental en la determinación de historias de exhumación y asimismo asisten en reconstrucciones paleogeográficas y construcción de modelos tectónicos (ej. Haughton et al., 1991). Por lo tanto, su implicancia mayor se vincula con la evolución de las escamas tectónicas y cronología de la deformación de las áreas fuente, sustentando a los análisis e historia de alzamiento de las escamas tectónicas involucradas en la formación de los depósitos sinorogénicos. El origen de una roca sedimentaria se puede hacer a través de su composición, como sus componentes clásticos, su geoquímica o a partir de estudios geocronológicos de sus componentes detríticos, como en circones o apatitas.

3 Edades detríticas de circones en rocas sedimentarias. La composición de un sedimento es otro elemento de juicio importante para estudios estratigráficos, paleogeográficos y de cuencas. Este refleja la composición de las áreas fuentes desde donde fueron proporcionados los materiales. El área fuente puede ser primaria o bien secundaria, por reciclado de otro sedimento. Este análisis nos permite reconstruir la evolución de las áreas fuentes, comprender la historia de exhumación y deformación y el marco tectónico de una región. La colección y análisis de las estructuras direccionales se realizo conforme al detallado estudio de Graham (1988). Un detallado tratamiento sobre mediciones de clastos imbricados puede verse en Graham (1988), mientras que la resultante de conjuntos con estratificaciones cruzada se determinó mediante la técnica de DeCelles et al. (1983). Los efectos tectónicos fueron removidos a través de la rotación de los datos en redes estereográficas, equiareales, hemisferio inferior (por más detalles véase Tucker, 1988: 41-42). Potter y Pettijhon (1977) han estudiado en detalle los distintos diseños y patrones geométricos de paleocorrientes. En bancos de origen eólico, el análisis de paleoflujos permite deducir la dirección de los vientos durante la sedimentación. Para minimizar errores de medición que puedan localmente afectar a los depósitos, las megaestratificaciones cruzadas se restituyen a la horizontal considerando como eje de rotación la orientación de las unidades infra o suprayacentes a las eolianitas. Las mediciones se realizan sobre las capas frontales interpretadas como caras de avalancha, en en las secciones medias, para eliminar márgenes

4 de error en las medidas que son frecuentes en los tramos basales. Cabe aclarar que la metodología de representación gráfica en eolianitas es la propuesta por Glennie (1970), que consiste en la representación en redes estereográficas equiareal. Paleocorrientes Los atributos sedimentarios utilizados para la determinación de paleocorrientes pueden ser de dos tipos: escalares y vectoriales. Los atributos escalares se expresan como magnitudes (tamaño de grano, selección, espesor de estratos, etc.) y con ellos se pueden construir mapas isopléticos de tendencias. Estos son mapas que muestran la distribución espacial de algún atributo escalar, ayudando a determinar la componente vectorial. Por ejemplo, en un mapa donde se han volcado datos de granulometría, la dirección de decrecimiento del tamaño puede ser indicativa de la dirección del vector transporte. Los atributos vectoriales resultan de la determinación de la orientación y sentido de las estructuras sedimentarias mecánicas. Del tratamiento estadístico de estos datos se obtiene directamente la dirección de las paleocorrientes. Algunas estructuras indican sólo la dirección en que actuaron los agentes, como por ejemplo los calcos de roce, de arrastre, canales, óndulas simétricas, paredes de canales, etc. Otros por el contrario, indican dirección y sentido (vector), como la imbricación de los clastos de un conglomerado, las laminaciones y las estratificaciones entrecruzadas, las ondulitas asimétricas, los calcos de flujo, de impacto, etc. Los datos que deben tomarse dependen de la estructura utilizada. En las estratificaciones entrecruzadas de tipo tabular, planar o tangencial se mide el rumbo del buzamiento y el buzamiento de la capa frontal. En el caso de la estratificación entrecruzada en artesa conviene medir el rumbo del eje de la estructura y, de ser posible, su inclinación; del mismo modo se operará con estructuras estratales y subestratales de tipo lineal (ej. calcos de flujo), en las ondulitas simétricas se tomará el rumbo de las crestas que suponemos transversales a las paleocorrientes, mientras que en las variedades asimétricas se toma directamente la dirección de la paleocorriente inferida (dirección perpendicular al rumbo de las crestas y mirando en dirección de la lámina o estrato frontal más pendiente). En todos los casos se deben utilizar correcciones cuando se aprecia buzamiento de los estratos de origen tectónico. Por lo tanto, en el campo debemos registrar además de datos vectorial de la estructura sedimentaria el rumbo y buzamiento del estrato que contiene a la estructura. Siempre es conveniente medir la estructura directamente, y luego realizar las correcciones en gabinete, para evitar introducir errores de interpretación. Por ejemplo, conviene medir el Rb y Bz del plano ab de una clasto imbricado y luego la estratificación que contiene a ese clasto, antes que asumir una dirección y medirla en el campo. Para tener una mayor seguridad en los datos deben efectuarse varias medidas del mismo valor en cada estrato, debiendo luego procesarse estadísticamente la media de todas esas orientaciones. El procedimiento se pude repetir para varios estratos sucesivos de la litofacies cuya paleocorriente se desea determinar. Representación gráfica Hay dos tipos básicos: las representaciones bidimensionales y las tridimensionales.

5 Las representaciones bidimensionales son las más utilizadas y consisten en distintos tipos de histogramas generalmente construidos sobre una rosa cardinal: son los histogramas circulares. Para ello hay que dividir la rosa en intervalos de clase (generalmente en 30º, aunque pueden elegirse intervalos menores) y asignándole un radio arbitrario para las unidades de frecuencia (ej. % de lecturas para cada intervalo). Ej: 40% de lecturas comprendidas entre 300º y 330º. El método tridimensional consiste en la proyección estereográfica (red de Schmidt) de elementos lineales o planares. Este se utiliza preferente mente para ilustrar la distribución espacial de estratos entrecruzados, o para la construcción de diagramas petrofábricos (por ej. para poner en evidencia si existe imbricación de clastos y determinar paleocorrientes). Diagrama de rosa

6 Tratamiento estadístico y cálculo de medidas Red de Schmidt A fin de utilizar los datos obtenidos en el análisis de paleocorrientes es necesario procesar los datos individuales. En cuanto a las pruebas de significación que hay que realizar aquí sólo diremos que primero es necesario determinar que no exista correlación entre las muestras individuales a través de una prueba de independencia de datos, y luego determinar la normalidad de distribución de datos mediante el Test de Pearson. Los valores de las medias de paleocorrientes pueden ser calculados de distintas formas. La más elemental, el cálculo de la media aritmética, no refleja la situación real ya que podría dar un valor que no coincide con la interpretación geológica. Un método sencillo de determinación de la media es el método gráfico: cosiste en construir un polígono funicular con los vectores de las paleocorrientes medidas, usando un valor de módulo de los vectores igual para todos y uniendo los extremos del polígono para hallar la resultante. Cuando trabajamos con histogramas, se utiliza la ecuación: Σ i=1 n i sen x i X v = arc tg Σ i=1 n i cos x i Donde X v es el rumbo del vector medio, n i el número de datos del intervalo y x i es el valor medio del intervalo considerado.

7 El método de Steinmetz es especialmente utilizado en proyecciones estereográficas de capas frontales de estratos entrecruzados. Diseño de paleocorrientes y su interpretación Existen tres tipos principales de diseños: Unimodal, Bimodal y Polimodal. En el diseño Unimodal, la distribución de frecuencia muestra una clase predominante, la que coincide con la dirección y el sentido de la paleocorriente. En el diseño Bimodal hay dos clases predominantes, pudiéndose reconocer tres variedades: bipolar (de modas opuestas), transversal (de modas dispuestas más o menos perpendiculares entre sí) y oblicua. Cuando hay de dos modas se denomina Polimodal. Unimodal Polimodal Bimodal Bimodal Bimodal oblicuo bipolar transversal Análisis de composición Los análisis de procedencia pueden realizarse sobre la base del análisis composicional de gravas en conglomerados, sustentados por estudios en matriz de las psefitas, de sucesiones arenosas donde, aplicando la metodología Gazzi-Dickinson, y a partir de estudios geoquímicos en sucesiones pelíticas. La ubicación de las potenciales áreas fuentes es luego corroborada o sustentada a partir del estudio de paleocorrientes. La utilización de granulometrías gravosas en los estudios de procedencia tiene cierta virtudes: los conglomerados constituyen los detritos menos reciclados y más representativos de la composición del área fuente, ya que proveen la muestra más grande comparativamente con las areniscas y pelitas (Graham et al., 1991). Por esta razón, su estudio representa una importante herramienta en estos análisis en especial en secuencias sinorogénicas, ya que las areniscas y pelitas son rocas demasiado cosmopolitas para ser usadas en este sentido. La metodología más usada en conglomerados se basa en la sumatoria de longitudes de clastos de composiciones similares, con grillas confeccionadas durante el trabajo de campo. Se pueden utilizar distintos tamaños de grillas: (a) 1 metro cuadrado cuando las gravas son mayores a 256 mm, (b) de 1 metro cuadrado para guijarros (entre 64 y 256 mm) y (c) de 0,25 metros cuadrados para guijas (entre 2-64 mm). Los clastos pueden discriminarse inicialmente por tipo de rocas y por sus caracteres texturales y composicionales. Asimismo, se pueden tomar muestras para estudio en laboratorio. Cada una de las litologías registradas debe tener un representante en el área fuente. Ocasionalmente, se puede estudiar la matriz

8 de los conglomerados con el objeto de determinar posibles mezclas en unidades aparentemente oligomícticas. En sucesiones que presentan escaso registro de conglomerados, principalmente en los paquetes eolianíticos terciarios, la composición se determinó a partir del estudio de niveles arenosos. El análisis se realizó a partir de: (1) material suelto con lupa binocular y (2) secciones delgadas con microscopio petrográfico. En el primer caso, las muestras fueron desagregadas, lavadas con HCl para eliminar el cemento carbonático y tamizadas en húmedo para eliminar todo el limo y arcilla residual. Las secciones delgadas se realizaron según las técnicas descriptas en Tucker (1988) y las areniscas pobremente cementadas fueron además aglutinadas para mantener su consistencia durante la realización de las secciones. Tanto al microscopio como en estudios con lupa binocular, los porcentajes de los componentes (cuarzo, feldespatos y fragmentos líticos) se obtuvo mediante cuadros porcentuales comparativos (e.g., Terry y Chinlingar, 1955). Asimismo, algunas secciones se tiñeron con solución de cobalto nitrito de sodio (cf. metodología de Houghton, 1980) para discriminar entre feldespato potásico y plagioclasa. Por su parte, los fragmentos líticos se diferenciaron entre volcánicos, ígneos, metamórficos y sedimentarios. La composición de areniscas se realizó según la clasificación de Dott modificada (Pettijhon et al., 1987).

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10 Ejercicios y tareas complementarias (1) A) Para cada punto del mapa anexo construir un histograma circular utilizando un intervalo de clase de 30º. El diámetro de la circunferencia no debe ser mayor a 5 cm (escala aproximada: 10% = 0.5 cm) B) Ubicar cada diseño en el punto correspondiente dentro del mapa, haciendo coincidir el Norte con el Norte de la rosa. C) Interprete los datos sobre la base de paleocorrientes y realice una reconstrucción paleogeográfica básica del área.

11 N D C B A F E G H Datos PUNTO A: Areniscas con buena selección y estratificación cruzada en artesa que suprayacen cíclicamente a conglomerados y areniscas gruesas. Datos correspondientes al rumbo del eje de las artesas (medido en la dirección de Buzamiento de las capas frontales, en grados) PUNTO B: Areniscas finas entrecruzadas con ondulitas asimétricas. Datos tomados perpendicularmente a las crestas de ondulitas PUNTO C: Areniscas finas con estratificación cruzada tangencial en capas tabulares de hasta 2,5 metros de espesor. Datos tomados perpendicularmente a la cara de avalancha de las dunas PUNTO D: Limolitas bioturbadas con restos vegetales y niveles con coquinas. Datos perpendiculares al rumbo de las crestas de ondulitas simétricas (paralelos al rumbo del flujo) PUNTO E: Igual litología punto D. Datos de ondulitas simétricas PUNTO F: Secuencia alternante de areniscas finas con estratificación gradada y pelitas. Contactos netos en la base de las areniscas. Datos correspondientes a marcas de objetos en la base de los estratos arenosos PUNTO G: Alternancia de areniscas finas con pelitas. Contactos netos en la base de las areniscas. Datos correspondientes a calcos de flujos

12 PUNTO H: Igual litología punto G. Datos correspondientes a calcos de flujo (2) Realice el ejercicio anterior utilizando la red de Schmidt. (3) Luego usando el software Stereonet, realice el ejercicio anterior, cambiando los intervalos de clase. Explique porque varía la configuración de la rosa. (4) En la columna sedimentaria del Cenozoico de Famatina se tomaron datos composicionales en delgados lentes de conglomerados a partir de grillas de 1 m 2. Realice diagramas composicionales para cada sección o unidad. Los diagramas pueden ser tortas o curvas. Utilice para su comodidad el programa Excel. Que conclusiones puede sacar de los datos obtenidos.

13 Cenozoico de Famatina (5) Analice el fotograma y determine a criterio la dirección del flujo. Según la estratofábrica, que tipo de ambiente interpreta y el tipo de flujo?

14 N Lectura complementaria y discusión de trabajos científicos a) Horton et al Altiplano (JSR). b) Graham et al (libro de Foreland basins). c) DeCelles, 1988 (Geology). d) Ingersoll et al (método de Gazzi-Dickinson modificado, JSR). e) Dickinson, f) McLennan et al (Geoquímica de rocas sedimentarias).