TRABAJO PRÁCTICO Nº 9 Y 10 PETROGRAFÍA DE ARENISCAS

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1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 9 Y 10 PETROGRAFÍA DE ARENISCAS Introducción Las areniscas son las rocas sedimentarias más conocidas y constituyen entre el 10% y 20% del registro de las rocas sedimentarias de la Tierra. Los geólogos las encuentran particularmente intrigantes debido a que proveen indicios únicos y fascinantes acerca del origen y evolución de la Tierra. Junto a los conglomerados son los indicadores más confiables de procedencia sedimentaria. Las texturas y estructuras sedimentarias revelan los ambientes depositacionales, los mecanismos de dispersión y transporte. Las areniscas son los mayores reservorios de agua y petróleo, son útiles como piedras de construcción y pueden ser fuentes valorables de menas metalíferas. Debido a que resisten la meteorización y la erosión son el control dominante de la topografía. Composición La composición de la arenisca es analizada utilizando el microscopio petrográfico y cortes delgados. La identificación y descripción preliminar se pueden hacer en el campo o muestras de mano. La discriminación de las especies minerales individuales y los fragmentos de roca usando el microscopio petrográfico puede ser tediosa y dificultosa, pero es altamente superior al método de descripción de muestras de mano. El procedimiento es directo y eficiente, aunque requiera mayor tiempo, esfuerzo y dinero. Las partículas tamaño arenas o limos gruesos en las areniscas constituyen el entramado. Las areniscas pueden contener también variables cantidades de matriz (material <0,03 mm) y cemento, los cuales están presentes dentro del espacio intersticial de los poros entre los granos del entramado. Los minerales autigénicos que reemplazan algunos granos del entramado, matriz, o cemento están también presentes en las areniscas, así como también el espacio vacío porosidad o espacio poral. Las areniscas están compuestas por un conjunto muy restringido de los principales minerales detríticos y fragmentos de roca, más una variedad de minerales que pueden estar presentes en cantidades accesorias y cementos de origen químico: 1. Minerales principales (abundancia mayor de 1-2%) Minerales estables (los más resistentes a la descomposición química): Cuarzo (Q): constituye aproximadamente el 65% de las areniscas promedio, 30% de las pelitas promedio; 5% de las rocas carbonáticas promedio. Minerales menos estables: Feldespatos (F): incluye a los potásicos (ortoclasa, microclino, sanidina, anortoclasa) y calcosódicos (albita, oligoclasa, andesina, labradorita, bytownita y anortita). Constituyen entre 10 y 15% de las areniscas, 5% de las pelitas y <1% de las rocas carbonáticas. Minerales arcillosos y micas de grano fino: incluyen al grupo de la caolinita, illita, esmectita (montomorillonita, beidellita) y clorita. Constituyen aproximadamente entre 25 y 35% del total de minerales siliciclásticos pero pueden comprender hasta un 60% de los minerales de las pelitas. 2. Fragmentos de roca o líticos (constituyen cerca del 10 a 15% de los granos siliciclásticos en las areniscas y la mayoría de las partículas tamaño grava en conglomerados; las pelitas contienen pocos fragmentos líticos). Fragmentos de rocas ígneas (Li): pueden incluir clastos de cualquier roca ígnea; los fragmentos más comunes en las areniscas son de rocas volcánicas de grano fino o vidrio volcánico (Lv). Fragmentos de rocas metamórficas (Lm): incluyen metacuarcitas, esquistos, filitas, pizarras y gneises (en menor proporción). Fragmentos de rocas sedimentarias (Ls): cualquier tipo de roca sedimentaria, granos de areniscas finas, pelitas y chert son los más comunes en las areniscas, los granos de calizas son comparativamente raros en areniscas. 3. Minerales accesorios (abundancia < 1-2%) Micas de grano grueso: principalmente moscovita y biotita. Minerales pesados (gravedad específica > 2,9): Minerales monopacos estables: zircón, turmalina, anatasa. 66

2 Minerales monopacos metaestables: anfíboles, piroxenos, clorita, granate, apatita, estaurolita, epidoto, olivino, esfena, zoicita, clinozoicita, topacio, monacita y otras 100 especies de menor importancia. Minerales opacos estables: hematita, limonita. Minerales opacos metaestables: magnetita, ilmenita, leucoxeno. 4. Cementos químicos (abundancia variable) Minerales silíceos: predominantemente cuarzo, calcedonia, ópalo, feldespatos y zeolitas. Minerales carbonáticos: principalmente calcita, menos comúnmente dragonita, dolomita y siderita. Minerales de óxidos de hierro: hematita, limonita y goethita. Minerales de sulfatos: anhidrita, yeso y baritina. Los cementos son minerales autigénicos que rellenan las áreas intersticiales y que fueron originalmente espacios porales abiertos. Los cristales de cemento pueden ser de cualquier tamaño o mayores a los poros individuales que ellos rellenan. El cemento visible bajo microscopio petrográfico rara vez constituye más del 30% del volumen total de las areniscas y comúnmente es mucho menos abundante. El reconocimiento de los cementos arcillosos y la matriz autigénicos puede ser extremadamente difícil mediante la petrografía convencional. Dickinson (1979) atacó este problema agrupando los constituyentes intersticiales en 6 categorías: 1. Cemento: calcita autigénica fácilmente reconocible, calcedonia, zeolitas y otros minerales no comunes en el entramado. 2. Cemento de filosilicatos: minerales arcillosos o cementos de mica mostrando patrones de crecimiento en poros abiertos. Dickinson sugiere 5 características texturales de cementos arcillosos que permiten su distinción de la matriz inhomogénea: 2.1. Transparencia clara de los cementos arcillosos, indicando ausencia de detritos diminutos e impurezas Dominancia de un tipo mineral simple Arreglo radial de los cristales, proyectándose hacia adentro del espacio entre los granos del entramado circundante Suturas dentro de las arcillas intersticiales, indicando líneas de unión de los cristales radiales Zonación concéntrica de color, indicando cambios composicionales sucesivos en el crecimiento de minerales en las cavidades a partir de fluidos intersticiales como películas que recubren los granos del entramado. 5. Matriz La matriz es el material clástico de grano más fino que rellena los espacios intersticiales entre los granos del entramado. Los minerales de la matriz más comunes en las areniscas son los minerales silicatados finos: feldespatos, micas, minerales arcillosos y clorita. Pueden estar presentes en proporciones variables, desde trazas (< 1%) a decenas de % respecto al volumen total de la roca. Los primeros petrógrafos asumieron que la mayor parte de la matriz era detrítica y fue sedimentada junto a los granos del entramado en el momento de la depositación. Este concepto ha sido revisado y actualmente se sugiere que mucho, sino la mayoría de la matriz en las areniscas se originan por: 1. infiltración postdepositacional de arcilla en los espacios intersticiales, particularmente en los depósitos fluviales, ó 2. como relleno autigénico debido a la alteración diagenética de los fragmentos inestables de rocas, feldespatos y minerales ferromagnesianos. Tipos de matriz Protomatriz: matriz primaria o depositacional, compuesta por arcilla detrítica no recristalizada en rocas débilmente consolidadas. Ortomatriz: arcilla detrítica o protomatriz recristalizada, reconocida por las texturas detríticas relíctica y la inhomogeneidad, en contraste con la homogeneidad de los cementos arcillosos. Epimatriz: materiales intersticiales autigénicos crecidos en intersticios originalmente abiertos pero que carecen de la homogeneidad de los cementos arcillosos. Incluye a la matriz formada diagenéticamente por alteración de granos inestables. 67

3 Índice de Madurez Pseudomatriz: material discontinuo similar a la matriz formado por aplastamiento y fluidez de granos detríticos débiles, tales como fragmentos de pelitas o filitas, en los espacios porales adyacentes. Dickinson sugiere que la pseudomatriz puede reconocerse por: Flecos de fragmentos de roca apretados que se extienden en los espacios porales entre los granos rígidos del entramado. Deformación de la fábrica interna de los fragmentos líticos, formando líneas concéntricas que rodean a los márgenes de los granos rígidos. Distribución irregular de la matriz, formando grandes parches rellenos de matriz en el entramado (los cuales están separados por áreas casi libres de matriz). La matriz original debería rellenar más o menos todos los espacios porales. Esta clasificación es valorable en el sentido de ayudarnos a entender los posibles y variados orígenes de los materiales intersticiales. Clasificación Existen un sin fin de clasificaciones pero a fines prácticos se describirán las mas usadas. La mayoría de los autores reconocen que las areniscas mejor descriptas y clasificadas son en base a su textura y composición mineralógica, siendo esta última la más usada. Los compuestos más importantes son el cuarzo, feldespatos y fragmentos líticos (entramado) representándose éstos en diagramas triangulares con sus respectivas proporciones. De la relación entre estos tres componentes surgen otros parámetros figura 1: 1. Índice de madurez = Qz / F + R 2. Índice de proveniencia = F / R 3. Índice de fluidez = Qz + F + R / Matriz Q Las clasificaciones más conocidas y que tienen mayor ímpetu son la de Krynine (1940, 1948) y Pettijohn (1943, 1957). Ambos reconocen la composición mineralógica para poder explicar la composición de la roca madre y tectonismo del área fuente. F R La clasificación de Krynine (1948) fue una de las primeras en relacionar la composición con la proveniencia y Índice de Proveniencia el tectonísmo. Nótese en la figura 2 que el término Figura 1: Triangulo composicional mostrando el Grauvaca es aplicado desde el punto de vista composicional Índice de Madurez e Índice de Proveniência. y no refleja necesariamente una elevada proporción de matriz en las areniscas. Este aspecto fue mejorado por Pettijohn (1949) (Fig. 2) quien en una de las primeras clasificaciones ubicó al contenido de arcillas en uno de los vértices del triangulo, de esta manera las Grauvacas, en el concepto de Pettijohn, quedan definidas por el porcentaje de matriz presente en la roca. Figura 2: Diagramas ternarios de clasificación propuestos por Krynine (1948) y Pettijohn (1949). Observe que el termino Grauvaca es empleado en un sentido composicional por Krynine y textural por Pettijohn. 68

4 Con los diagramas propuestos por Gilbert (1954) Dott (1964) y Dott modificado por Pettijohn et al. (1972, 1987) surgen las clasificaciones compuestas por dos triángulos, siendo cada uno para areniscas con alto y bajo contenido de matriz. Estas clasificaciones dan importancia y significado hidrodinámico que en la mayoría de los casos se las asigna al material intersticial. Dott propuso llamar Arenitas a las areniscas con porcentajes de matriz menor al 10%, Wackes a las que tienen más del 10% de matriz. El limite entre Wackes y Fangolitas esta dado por el 75% de matriz. El concepto de Wackes es equivalente al concepto de Grauvacas de Pettijohn (1949) pero no al de Krynine (1948). En cada triángulo hay tres campos (Fig. 3). La clasificación de Dott, fue modificada por Pettijohn et al (1987) en cinco aspectos principales: 1. El límite entre Arenita y Wackes es con 15% de Matriz. 2. El término Arcosa es incorporado nuevamente. 3. El término Grauvaca es incorporado nuevamente en las arenitas con más de 15% de matriz. 4. El triángulo de Arenitas tiene cinco divisiones y el de Wackes tres. 5. Triángulos auxiliares para una mejor descripción de Arenitas Líticas. Figura 3. Clasificación petrográfica de areniscas. a. propuesta de Dott (1964) y b. las modificaciones propuestas por Pettijohn y otros (1972, 1987). 69

5 Gilbert (1982) modificó su clasificación original, siendo las Arenitas y Wackes separadas por un 5% de matriz y entre Wackes y Pelitas arenosas llevadas a 50%. Un buen número de clasificaciones pusieron acento en la composición de los clastos y en segundo plano la propiedad de la matriz teniendo fundamento en que ésta, en muchas arenitas es producto de alteración postdeposicional de fragmentos lábiles por lo tanto carecía de sentido hidrodinámico. Folk et al. (1970) separa a la composición de los clastos de la caracterización textural del sedimento tratándolas como clasificaciones independientes. (Fig. 4) Figura 4: esquema de clasificación propuesta por Folk (1970). Observe que la clasificación tiene en cuenta el tamaño de grano (a) y la composición de los clastos (b). De esta forma se acepta el control que ejerce la granulometría sobre la composición de los clastos. Referencias: A= arena, AR=arcilla, F= fangolita, a= arenosa, l= limosa, ar= arcillosa, f= fangosa Procedencia Principalmente cuando se habla de procedencia es necesario hacer un estudio previo de las modas detríticas de la arenisca a analizar. Existen diferentes metodologías para realizar los mismos. Dickinson y Suczek (1979) fueron los primeros autores en intentar caracterizar, mediante diagramas triangulares de uso general, la naturaleza de las áreas de aporte en términos de su ubicación en las placas tectónicas, llegando finalmente a elaborar los triángulos de la figura 5. Estos autores, para realizar estos triángulos, recopilaron datos composicionales de areniscas marinas y continentales y los recalcularon para tres componentes básicos para ser usados en los mismos: 1. Fragmentos de cuarzo, incluyendo cuarzo total (Qt), monocristalino (Qm), y policristalino (QP). 2. Feldespatos, referidos como feldespatos totales (F), plagioclasas (P), y feldespatos potásicos (K). 3. Fragmentos líticos, divididos líticos totales inestables (Li), de vulcanitas o metavulcanitas (Lv), y de sedimentitas o metasedimentitas (Ls), líticos totales (Lt) Estos triángulos cuentan con otros triángulos secundarios, pero no serán tomados en cuenta para la realización de este TP. Cabe destacar que a estos triángulos se ingresa solamente areniscas con un contenido inferior al 25% de matriz más cemento, con el fin de excluir areniscas que sufrieron diagénesis y puedan tener pseudomatriz. 70

6 Figura 5: Triángulos de caracterización de áreas tectónicas de aporte propuestas por Dickinson y Suczek (1979). Referencias: Qt= cuarzo total, F= feldespatos, L= fragmentos líticos inestables, Qm= cuarzo monocristalino y Lt= fragmentos líticos totales. Los diagramas construidos por Dickinson y Suczek (1979), fueron reelaborados por Dickinson et. al. (1983) (Fig. 6). Figura 6: Diagramas de discriminación de áreas de aporte propuestos por Dickinson et. al.(1983) BIBLIOGRAFÍA Dickinson, W.R. y Suczek, C.A. (1979). Plate tectonics and sandstone cornpositions. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 63: Dickinson, W.R., L.S. Beard, G.R. Brakenridge, J.L. Erjavec, R.C. Ferguson, K.F. Inman, R.A. Kneep, F.A. Lindberg y Ryberg Provenance of North America Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting. AmAssoc.Petroleum Geologist Bulletin, 94: Dott, R,H., Wacke, graywacke and matrix-what approach to irrunature sandstone classification?. Journal of Sedimentary Petrology 34: Folk, R.L.; Andrews, P.B. y Lewis, D.W., Detrital sedimentary rock classification and nomenclature for use in New Zeland. New Zeland Journal of Geology and Geophysics 13: Gilbert, C.M., Sedimentary rocks. En Williams, H, ; Turner, F.J. y Gilbert C.M., 1954, Girty, G, H. y Armitage, A., Composition of Holocene river sands: An example of mixed-provenance sand derived from multiple tectonic elements of the Cordilleran continental margin. Journal of Sedimentary Petrology 59: Krumbein, W.C Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles. J.Sediment. Petrol. 11(2):

7 Krynine, P.D., 1940, Petrology and genesis of the Third Bradford Sand: Pennsylvania State Mineral Industries Bulletin 29: 134 pags. Krynine, P,D., The megascopic study and field clas- sification of sedimentary rocks. Journal of Geology Pettijohn, F.J., Sedimentary rocks, Segunda edición. Harper, New York, 718 pags. Pettijohn, F.J., P.E. Potter y R. Siever, Sand and sandstone. 2ª Edición. Spriger-Verlag, New Cork: 553. Powers, M.C A new roundness scale for sedimentary particles. Journal of Sedimentary Petrology 23: Spalletti, L.A., J.C. Merodio, S.D. Matheos, Composición, procedencia y marco tectónico de sedimentitas eojurásicas (Formación Nestares) del sudeste de la Cuenca Neuquina. Rev.Asoc.Geol.Arg. 47 (3): BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA Adams, AE., W.S. MacKenzie y C. Guilford, Atlas of sedimentary rocks under the microscope. Longman Scientific & Techinical: 104. Boggs, S, Jr Petrology of Sedimentary Rocks. Macmillan Publishing Company. Kerr, P.F Optical Mineralogy. McGraw-Hill Book Company, Inc.: 442. Lewis,.W. y D. McConchie, Practical Sedimentology. Chapman &Hall. MacKenzie, W.S. y A.E. Adams, A Colour Atlas of Rocks and Minerals in Thin Section. Manson Publishing: 192. Prothero, D.R. & F. Schwab, Sedimentary Geology. W.H. Freeman and Co.: 575. Scasso, R. y C.O. Limarino, Petrología y diagénesis de Rocas Clásticas. Asoc.Arg. Sedimentol. Publicación especial, pp. Scasso, R. y C.O. Limarino, Petrología y diagénesis de Rocas Clásticas. Asoc.Arg. Sedimentol. Publicación especial, 1:259. Tucker, M.E Sedimentary Petrology, An introduction to the Origin of Sedimentary Rocks, 2º Edition. Oxford, Blackwell Scientific Publication:

8 TRABAJO PRÁCTICO N 9 PETROGRAFÍA DE ARENISCAS: IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS Objetivos Introducción a la descripción de rocas sedimentarias clásticas mediante microscopía. Reconocimiento de los componentes principales, matriz y cemento. Manejo de la clasificación de areniscas. Cátedra Cortes petrográficos resinados Microscopio petrográfico Láminas de comparación, estimación y clasificación Diagramas ternarios para clasificación Materiales Alumnos Calculadora Actividades: Descripción de areniscas I- Observe y describa en dos cortes delgados dados por la cátedra: a. Tamaño de grano. Determine la textura de la arenisca del corte. 1. Utilice el objetivo 10x y el ocular micrométrico. 2. Mida al menos 10 granos de cada componente del entramado de acuerdo a la composición (cuarzo, feldespatos y líticos). b. Forma de los granos. Determine cualitativa y cuantitativamente la forma de los granos. 1. Utilice los diagramas de Powers (1953) y Krumbein (1941) (Figs. 1.2 y 2.3). 2. Realice las determinaciones para cada componente del entramado. c. Entramado. 1. Defina el tipo de entramado y los contactos entre los componentes. 2. Describa el tipo de poros y la interconectividad entre ellos. d. Selección. 1. Teniendo en cuenta las mediciones del punto a.2. e. Madurez. 1. Estime la madurez de la roca. 2. Realice comparaciones de madurez entre los componentes. f. Composición de los granos visibles. Debe realizar las siguientes tareas: 1. Identificar los diferentes componentes del entramado 2. Identificar matriz y cemento 3. Estimar los porcentajes. Realice la estimación en cuatro campos diferentes en el corte delgado y haga un promedio de las estimaciones. II- Usando los diagramas ternarios, grafique sus estimaciones, identifique la roca y proponga un nombre para la misma. 73

9 TRABAJO PRÁCTICO N 10 PETROGRAFÍA DE ARENISCAS: PROCEDENCIA. Actividades 1. Moda detrítica. Realice la estimación porcentual de cada componente petrográfico en los dos cortes delgados. Recalcule a 100% aquellos componentes que serán utilizados para los diagramas de procedencia. 2. Grafique los resultados en los diagramas de procedencia de Dickinson et al. (1983) y en los triángulos secundarios de Dickinson y Suczek (1979). 3. Realice una comparación entre las modas detríticas de los cortes descriptos y las areniscas eojurásicas de la Formación Nestares (Spalleti et al. 1997) Muestras Cuarzo Feldespatos L Op alt mi ma cem Moda detrítica % Qm Qp FK Plag. Qm F L AL AL AL AL AL AL AL Datos composicionales de las areniscas de la Fm. Nestares (Spallleti et al. 1997). Qm: cuarzo monocristalino, Qp: cuarzo policristalino, FK: feldespato potásico, Plag: plagioclasa, L: granos líticos, Op:opacos, alt: minerales alerados, mi: micas, ma: matriz, cem: cemento. Folk et al. (1970) 74

10 Dott (1964) modificado por Pettijohn et al. (1972) 75

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12 Dickinson et al. (1983) 77