Monografa

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Ctedra de Sedimentologa

CONCRECIONESNoelia Hurtado

Universidad Nacional de La Pampa

RESUMEN

El presente trabajo explica el origen de los cuerpos concrecionarios, intentando relacionarlo con su morfologia y contenido fosil. Aborda sus diferentes clasificaciones tomando en cuenta distintos factores para ello. Se centra detenidamente en las morfologias que presentan los cuerpos, haciendo un recorrido por las formas ms reconocidas. Asimismo se realiza un analisis sobre los estudios geoquimicos que pueden ser aplicados a las concreciones para inferir su mecanismo de formacion. Finalmente se explica su significado diagenetico y paleoambiental.

Palabras claves: Cuerpos concrecionarios (CC) , roca encajante, roca huesped, morfologiaINTRODUCCIN

En las rocas sedimentarias es muy comn la aparicin de cuerpos con formas irregulares, los que pueden ser concreciones o ndulos. En este trabajo nos concentraremos en las concreciones que difieren diagenticamente de los ndulos. Las concreciones son cuerpos postdepositacionales, resultantes de la movilizacin de elementos y cambios de PH que generan precipitacin o segregacin de minerales. Presentan una gran variedad de formas , as como de composicin. El estudio de como se movilizaron los elementos y/ o minerales que son parte de estos cuerpos, del emplazamiento, de su composicin y sus formas nos dar amplia informacin sobre el paleoambiente, las condiciones diagenticas, datos hidrogeolgicos e hidrocarburiferos.

ORIGEN DE LAS CONCRECIONES

Para poder estudiar el origen de las concreciones nos podemos basar, por ejemplo en la morfologia, segn esta sea esferica, esferoidal, aplanada, irregular o cilindrica. La forma que han desarrollado los cuerpos concrecionales se los asocia a factores fisicos quimicos que han influido en su crecimiento.En algunos afloramientos se puede llegar a obsservar direcciones preferentes que tienen los ejes mayores de los cuerpos, a esto se lo conoce como anisotropia morfologica. Esto se puede relacionar a las condiciones del deposito y los parametros hidraulicos. Otro factor que influye en el origen de las concreciones es la relacion que existe en la roca huesped y estas, este factor es importante ya que ayuda a distinguir el mecanismo de crecimiento,tambin determinando el modo de emplazamiento de los cuerpos concrecionales.Las concreciones pueden ser encontradas en ambientes marinos y continentales. Las condiciones no marinas pueden dar lugar a formas como oolitas pisolitas, nodulos (segn Sellz Martinez 1996).Si bien hay cuerpos concrecionales que pueden crecer alrededor de organismos, la mayora de los mismos tienen un origen inorganico a partir de la precipitacion de salmueras saturadas que pueden ser influenciadas por la descomposicin de materia orgnica.No obstante, que los cuerpos concrecionales presenten fosiles puede ser tomado como un aspecto relacionado a la precipitacion (ya que estos en un principio son envueltos en el material que luego formar las concreciones, es decir, actuan como iniciadores de una nucleacin), las concreciones no siempre estan relacionado con la presencia de fosiles. Inclusive no se los puede asociar tampoco a una litologia definida, si no a condiciones fisico-quimicas que tienen lugar en la cuenca sedimentaria. Puede que algunos CC comiencen su crecimiento en la interfase agua- sedimento , o enterrados bajo varios cientos de metros de profundidad. La mayoria de las concreciones se componen de carbonato las cuales pueden ser ( no siempre) asociadas a horizontes arcillosos, pero tambin, pueden presentar otra mineralogia para hospedarse en otros horizontes de composicin areniticos, volcaniclasticos o limolitico.

Para descifrar el medio de crecimiento de los cuerpos concrecionarios se acude a los estudios de relaciones isotopicas que se realizan sobre minerales que forman los CC. Analisis de relaciones isotopicas realizados a minerales que forman los CC han demostrado ser bastante complejos. Muchos autores explican estos resultados a los patrones de circulacion de fluidos. Por ejemplo las relaciones isotopicas de muchos cuerpos concrecionales fueron adjudicados a un origen singenetico lo que demuestra la influencia de aguas parentales con composiciones muy distintas a los de los oceanos actuales. Esto estaria evidenciando que hay reacciones que ocurren a cientos de metros de profundidad adems de los patrones de circulacion de fluidos.

Las formas que tienen las concreciones se relacionan con los sucesos fisicos quimicos durante la etapa del crecimiento.

En cuanto al tiempo de formacin, este parece ser impredecible, ya que son muchos parametros los que intervienen durante el proceso. Se han realizado algunos experimentos con el fin de determinar edades en ciertos cuerpos concrecionales, pero a su vez estos fueron criticados por las metodologias usadas.

Por otra parte la presencia de sellos hidraulicos, los que estan relacionados con estucructuras de escape de fluidos , como diques de inyeccin y brechas o fracturas hidraulicas, a su vez estan asociadas a la existencia de cuerpos precipitados.

Sellos Hidraulicos: Estos son capas sedimentarias que producen una capa de baja permeabilidad con respecto a los estratos vecinos permitiendo que se acumulen las presiones de los fluidos, es decir divide o aisla la cuenca sedimentaria.

Fracturas Hidraulicas: Son el resultado de la influencia de las presiones de los fluidos en el campo de las tensiones, pero dejando la tension de cizallamiento sin cambio. Esta asociada a ambientes tanto recientes como antiguos.

Diques de inyeccin y otras estructuras de escape de fluidos: Llenura de fracturas ( clastica) en horizontes sedimentarios que actualmente esta rellena de material elastico. Estas se denominan, diques elasticos, y no hace diferenciacion en cuanto al origen de las llenuras. Cuando el sello hidraulico coxiste con altas presiones de fluidos, la porosidad se preserva, pero a la vez nuevas propiedades mecanicas se desarrollan en las capas sedimentarias ( del sello hidraulico). Los materiales se comportan de manera fragil a pesar de la compactacin ( incompresibles), presentando fracturas hidraulicas que seran rellenadas generando diques de inyeccin. . Ahora bien , si el horizonte no es fluidizado y hay una fuente de sedimento disponible para llenar la fractura hidraulica, resultara en la precipitacion de salmueras solubles, en direccion normal a los estratos.

Entonces, este modelo de crecimiento intenta explicar el crecimento de cuerpos concrecionarios en areas donde coexiste presiones anormalmente altas ( sobrepresiones) y que esta controlado por la profundidad.

En la Fig I se observa la representacin de las condiciones iniciales de como una capa suave se superpone a otra. b se comporta como un medio de particulas cuando la presin del fluido iguala al estrs. En la transicin de I a II, la fractura hidraulica permite la inyeccin de material b fluidizado en los espacios abiertos produciendo diques elasticos. Dicho proceso terminaria cuando la presion se disipa y b pierde su comportamiento fluido.

Fig I ( Segn Sellez Martinez, 1996 Concretion Clasification)

Crecimiento Desplazativo: El concepto de fuerza de cristalizacin lo acuo Weyl (1959) , como idea opuesta a la de presion de solucin. El trato de evaluar el balance de energia que tiene cierto mineral cuando se disuelve en condiciones especificas ambientales. Otros autores ampliaron dicho concepto a los casos de sustitucion de un mineral por otro, comparando la fuerza de cristalizacion de distintas fases minerales. Tambin se enfatizo en la misma idea asumiendo que es posible que el crecimiento de cristales ( que dara lugar a la concrecion) se desarrolle desplazando material encajante. El hecho es que se consideraba al cuerpo concrecionario como extrao al lugar ignorando que este se cementa y se incorpora al sedimento, hecho que llevo a tratar de descubrir el mecanismo para explicar como se puede llevar a cabo este tipo de crecimiento. Caracteristicas texturales y estructurales previamente llevaron a postular que los CC crecen tarde en la historia diagenetica de los sedimentos, en contra del confinamiento de la roca huesped. En tal caso, es necesario la fuerza de la cristalizacin para vencer la fortaleza de las rocas ya endurecidas. Cuando la tension de cizallamiento supera la resistencia al corte del material, se deforma.

Autores como Dewers y Ortoleva (1990) explican que el crecimiento por desplazamiento se puede llevar a cabo por las fuerzas de cristalizacion solo si el material encajante no es muy viscoso. Si la viscocidad es suficientemente alta como su rigidez, entonces el crecimiento se restringe a regiones de disolucion de un mineral pre existente , no habiendo posibilidad de crecimiento desplazativo.

Crecimiento reemplazante:

Los cuerpos concrecionarios son respuestas al reemplazo de cementos mediante reacciones. quimicas entre la solucion madre y la roca encajante

El desarrollo de nodulos o cuerpos nodulares se da principalmente por el crecimiento desplazativo, cuando las salmueras se sobresaturan, lo cual se da a poca profundidad, o por sobrepresin temprana de capas de sellado. Si las condiciones estan dadas para la precipitacin pero no para que suceda crecimiento desplazativo, entonces un nuevo mineral llenara el poro disponible. Pero si por el contraario no se produce el llenado de fluido en espacios libres , las salmueras permanecera sobresaturada hasta que se convierta en reactivo con fases solidas. El crecimiento reemplazante seria posible ya sea por sustitucion de cemento o por la corrosion y sustitucion temprana de cemento.

Fig II: Cuerpo nodular de yeso intercaladas entre niveles margoevaporitico. La deformacin de las capas superiores e inferiores demuestan que hubo crecimiento desplazante.

Fig III: se observa un cuerpo nodular de yeso reemplazado parcialmente por silex.

CLASIFICACINSegn Sellez Martinez los cuerpos concrecionarios se clasifican en :

Fig V: Cuadro de clasificacin de los cuerpos concrecionales. Segn Sellez Martinez (1996)Clasificaciones descriptivas: Se basa en observaciones objetivasClasificacin segn su forma:Desde este punto de vista, los cuerpos concrecionales se pueden agrupar en irregular, brotoidal, esferica, eliptica, lensoidal, tabular y sin forma.

La diferencia cuerpos elipticos y lensoidales es que los primeros no estan controlados por estrucuras huesed. Los cuerpos tabulares estan haciendo referencia a a venas y concreciones en que dos dimensiones son mas grandes que la tercera. Y los cuerpos sin forma se refiere a cuerpos cuyas fronteras ( no bien definidas) estan limitados por contactos.

Clasificacin segn su cristalindad: Esta clasificacin esta asociada a ndulos, ya sea, euhedral, de transicin, anhedral, policristalino. Las formas de transicin son el resultado de la incorporacin de impurezas dandole una textura poiquilitca, aunque las formas cristalinas son distinguibles todavia. Esta estructura puede ser considerada nodulo y concrecin a la vez ya que cumpliria con el requisito de ser el resultado de la cristalizacion de un individuo cristalino y a su vez, la cementacin se dio dentro del marco elastico. Formas anhedrales provienen son el resultado de reemplazo de mineral pre- existente dando como producto formas pseudomorficas. Un ejemplo de esto es el yeso que puede ser encontrado de dirvesos modos, como por ejemplo como nodulos o venas, tambin como cristales ( anhedrales) traslucido o encerrado en sedimentos arcillosos.Relacin con el material huesped o relaciones estructurales: La relacin existente entre el cuerpo concrecionario y el material huesped hace posible la clasificacin en parasedimentari, el cual ocurre cuando el CC creci fuera de la roca huesped, sinsedimentaria, cuando el cuerpo creci durante la deposicin en la capa huesped, precompaccional, cuando el CC ha crecido despues de la deposicion, sincompaccional, cuando una importante parte del crecimiento se lleva a cabo en el mismo momento de la compactacin.Composicin mineral: Esta clasificacin se realiza en relacion a su quimica y se divide en dos subgrupos el primero correspondiente a individuos monomineralicos, y los otros individuos polimineralicos. La mayoria de los nodulos entrar en la primera clasificacion , mientras que las concreciones caen en la segunda. Clasificacin interpretativa: La finalidad de esta clasificacion es la reconstruccion del medio ambiente donde el cuerpo concrecionario se formo y el mecanismo de crecimiento.Modo de emplazamiento: Se divide segn el mecanismo de emplazamiento. El concepto coplacivo evidencia que los clastos como el CC entran en el sistema sedimentario contemporaneamente.Clasificacin ambiental: Clasificacion que se realiza para tratar de describir escenarios de crecimiento.Clasificacin morfolofica: Esta clasificacin agrupa los siguientes tipos de cuerpos: venas, cementos, nodulos y concreciones. En el siguiente apartado se desarrolla con profundidad este tema .

MORFOLOGIASiguiendo con la clasificacin que plantea Sellez Martinez, podemos decir que las concreciones se clasifican en : cemento, nodulo, concrecion y vena.Cemento : Es un precipitado que rellena los poros ( espacios abiertos) entre los clastos. La composicion de los mismos suele variar. Los factores que pueden afectar la precipitacion de los cementos son los cambios de tempertura y la presion de fluido que esta relacionada con la profundidad, la filtracion de sustancias volatiles la oxidacion o reduccion de materiales organicos o inorganicos. Distintos autores realizaron estudios sobre como el cemento influye en la evolucion de cuencas sedimentarias. La cementacion puede ocurrir en cualquier momento despues de la deposicion.Vena: Estas poseen forma tabular, con diversos tamaos, que pueden variar desde milimetros hasta metros. La composicion usual de las misma es de calcita, yeso, cuarzo y no suelen contener clastos. Son resultados de crecimiento de relleno de un espacio que se crea por el efecto de empuje. Las venas pueden aparecer como indiviuos aislados o de forma paralela. El material contenido en las mismas puede tener diferentes formas cristalinasNodulos: Estos se diferencian de los cuerpos concrecionarios y de los cementos en que no incorpora material elastico durante el crecimiento. Tambin se diferencian de las venas ya que no rellenan grietas preexistentes, si no que van adquiriendo su forma conforme se van desarrollando. Pueden poseer diferentes tamaos y formas, como por ejemplo ser perfectamente esfericas como las oolitas calcicas o bastante irregular como las pedologicas. Tienen asignado un origen singenetico lo que se debe a que no posee granos elasticos y se sabe que rueda sobre el fondo del mar. Son monomineralicos y son homogeneos, pero tambien pueden ser polimineralico con la presencia de zonaciones concentricas.Segn Seilacher, para entender la morfologia de cuerpos los cuerpos concrecionarios, existen dos grandes tipos, por un lado las dendritas y por el otro anillos o bandas de Liesegang. Las primeras estan restringidas a los planos de estratificacion mientras que las segundas se los puede encontrar dentro de los estratos. Las dendritas posee un aspecto musgoso, cuya estetica es muy interesante ya que describe patrones identicos a diferente escalas ( fractales), sin embargo esto no brinda informacin sobre procesos morfogeneticos.Los anillos de Liesegang se utilizan para conocer la morfologia de las concreciones reales, en cambio las dentritas son raras excepciones. Su composicion puede ser variada: calcita, siderita y slice, y puede ser singenetico o diagenetico. Hay que recalcar que la geometria refleja la permeabilidad que tenia la roca encajante.Cuando las concreciones tienen formas esfericas se sabe que las mismas crecieron en sedimentos como arena o fango ( barro fresco). Como el barro sufre compactacion, la permeabilidad se reduce, haciendo que los cuerpos concrecionarios crezcan dentro de elipsoides deprimidas verticalmente. Las concreciones llamadas corteza de pan ( debido a su aspecto) o las concreciones rabano reflejan una sedimentacion lenta. Si existe una interferencia en el crecimiento concrecional hace que se desarrollen formas lenticualares . En la figura VI se puede observar lo explicado anteriormente, adems de observar como la anisotropia de las lutitas generan las formas ms aplanadas

Fig VI: Concreciones Calcareas, segn Seilacher (2001)Algunos tipos de concreciones :Concreciones glomerulo: Cuerpos epigeneticos constituido por agua subterranea. Suelen mostrar conjuntos de cuerpos esfericos. Se entiende que estos cuerpos fueron formado por fusion secundaria de los cuerpos esfericos separados originalmente. Posee estructura interna concentrica en el nucleo y excentrica hacia los extremos.Concreciones de momia: Segn Seilacher en lodos limosos que fueron depositados en aguas profundas de mares alrededor de glaciares cuaternarios en Noruega se forman concreciones alrededor de concillas. Se alargan en los planos de estratificacin desarrollando limites irregulares. Concreciones en sandwich

Concreciones de pirita: La pirita no encierra particulas sedimentarias. Esta se desarrolla como cristales puros o agregados que empujan el sedimento. Cuando la pirita se presenta en forma de disco, (cuerpos en forma de petalos encierran un nucleo) evidencia que este cuerpo cuando se compacto , volvio al lodo impermeable cohesivo y anisotropico.Trilobites acolchados: Es un homologia a las concreciones de pirita. El caparazon de los trilobites se ve endurecido por una corteza de calcita que se forma en su lado ventral. Y si la costra es lo suficientemente gruesa la superficie muestra la replica del caparazon del organismo. Presenta relleno cono en cono del lado del caparazon del trilobiteEsta a diferencia del disco de pirita posee una sola cubierta acompaado de un margen exterior empinado, ya que la grieta de generacion no permitio que se propagara mas alla de la circunferencia del trilobite.Capas de calcita cono en cono: Se presentan en esquistos bituminosos. Posee uno a dos pisos de capas de marga o calcita de cono en cono, que pueden extenderse varios metros. A pesar de que no existe un nucleo, el mecanismo de crecimiento es el mismo que los trilobites acolchados. Presentan crestas, en sus interfacies, que evidencia movimiento de los conos interiores con respecto a los exteriores.

Concreciones agrietadas: Podemos agrupar concreciones o capas concrecionales en las cuales la morfologia fue modificada secundariamente por grietas causadas por la contraccin.Septaria: Concreciones en donde la suavidad y la falta de homogeneidad se debe al agrietamiento interno. Lo cual tambien evidencia una concrecion de silex elipsoidal. No se conoce como se origina pero es de interes debido a sus grietas radiales.GEOQUIMICA

Para poder inferir los mecanismos de crecimiento, u origen de los cuerpos concrecionarios se pueden hacer estudios texturales, morfologicos, composicionales , pero para tener un resultado concreto, se le pueden sumar los estudios geoquimicos.

Sabiendo que la concrecion posee una composicion distinta a la roca encajante, se pueden realizar estudios geoquimicos de la composicion del interior de un cuerpo concrecionario comparandolo con el de su roca encajante ya que esta estaria inalterada.

Otros estudio geoquimico bastante utilizado es el de las variaciones de elementos mayoritarios y minoritarios existentes en los cuerpos concrecionarios. Asi como estudios termodinamicos y fisico quimico en que tuvo lugar la formacion el CC. Para inferir sobre el mecanismo de solubilidad y precipitacin se pueden realizar estudios geoquimicos en cuanto a la composicion de las aguas salinas o aguas sobresaturadas. Tambien se estudia los cambios que puede haber sufrido mineralogicamente hablando, adems de los indicios de las estructuras concentricas. Otros estudio que ayuda es el de las relaciones isotopicas de los minerales constituyentes. Cabe aclarar que muchos resultados son dificiles de interpretar debido a la mezclas de fluidos y a su compleja circulacion. SIGNIFICADO DIAGENETICO Y PALEOAMBIENTAL

Los cuerpos concrecionarios pueden ser utilizados para hacer una caracterizacion paleoambiental de ciertos lugares. En la formacion de Los Chaares ubicada en el Noroeste Argentino podemos ver como se aplica el conocimiento de las concreciones con respecto a su significado paleo ambiental. Esta formacin representa una zona fundamental para el estudio de fosiles, ms precisamente el estudio de tetrapodos. Contiene una excelente coleccin de la evolucion de los mismos.La edad de la fauna de tetrapodos de Los Chaares corresponde al Trisico Medio. La formacion Chaares es una de las pequeas cuencuas extesionales que se formaron a lo largo del margen occidental de America del Sur durante la desintegracion de Gondwana.Haciendo hincapie en su sedimentologia Romer y Jensen se puede decir que en La formacion Chaares existen estratos rojos de la formacion Los Tardajos que subyacen a la primera. La unidad esta comprendida por grano de arenisca ( fino a grueso). Las capas de areniscas son generalmente tabulares y a gran escala conforman estructuras primarias. ( estratificacion entrecruzadas). La unidad inferior esta compuesto por areniscas de grano grueso hacia la base cubriendo la paleotopografia de la superficie que se encuentra silicificada, y en contraste areniscas de Tarjadas rojas, mal induradas y muy calcareas. Consevando localmene pequeas huellas de raices y planos de estratificacion que exhiben madrigueras horizontales.Se distinguen dos unidades litoloficas informales en la Formacion Chaares sobre la base de color y contenido fosil. Se describe una unidad inferior que posee color azulado y la presencia de concreciones y abundante fosiles de tetrapodos y una unidad concrecionada superior que es de color blanco y que carece de contenido fosil. Los datos obtenidos a traves del estudio de las concreciones proporcionan informacion sobre las condiciones que existieron durante la deposicion de las formaciones Los Tarjados y Los Rastros. Estudios de la mano de Romer y Jensen (1996) indican que la Formacion Los Tardajos consiste en depositos aluviales con facies reflejando la deposicion en canales fuviales de gran energia y en zonas inundables adyacentes. Segn Roger (2001) La Region del Caon del Gualo evidencia que se produjeron al menos seis episodios de sedimentacion lacustre, cada uno de los cuales esta cubierto por un registro de sedimentacion fluvial. Micro facies de esquisto arcillosos se pueden interpretar para reflejar condiciones de lago. Los estratos de arcillosa limosa y limolita, evidencian llenado progresivo del lago. Depositos del delta son recubiertos por granos gruesos marcados depositos fluviales, y asociados a estratos de planicies inundadas. La formacion Los Rastos es interpretada por reflejar pulsos de cuenca de subsistencia relacionada con movimientos episodicos en fallas de delimitacion. Tambien se evidencia episodios contemporaneios de volcanismo explosivo, evidenciado en numerosos horizontes de ceniza intercalada. La historia deposicional de la formacion Los Chaares es ms complicado de reconstruir debido a que posee una litologia mas masiva. Algunos autores concluyeron que esta unidad representa una acumulacion fina de cenizas volcanicas que fueron depositadas en contextos eolicos o lacustres. Se estima de que la deposicion en el agua fue poco probable denido a la falta de estratificacion. Estas conclusiones son comprensibles dando la general aparicion de componente. Un reciente analisis de Lopez Gamundi ( 1989) concluye que la formacion incluia depositos de corrientes lodosas transportando abundantes restos volcanicos. Los resultados actuales de Lopez Gamuldi explica que las facies que contienen fosiles se interpreta como depositos aluviales y llanuras de inundacion de un ajuste aluvial, el cual es consistente con la abundancia de tetrapodos terrestres presentes. Otra consideracion que se hace con respecto a la caracterizacion paleoambiental refiere a la deposicion de al menos parte de la unidad litologica superior. Los lagos son ideales para la preservacion de unidades delgadas.Es probable que la sobreimpresion diagenetica tiene facies lacustres oscurecidos en la unidad litologica superior. Para finalizar con este estudio paleoambiental en la naturaleza piroclastica de la Formacion Los Chaares todos los autores estan de acuerdo. Muchas de las formaciones que la componen estan compuestas de material volcanico, pero el tipo de emplazamiento sigue estando en discusion.CONCLUSINEl origen de los cuerpos concrecionarios puede ser inferido en cierta manera a traves de la morfologia que estos poseen, ya que estas evidencian los factores fisicos-quimicos que han influido en su crecimiento. Que un cuerpo concrecional presente fosiles ( indicando precipitacion), no significa que la presencia de estos cuerpos este relacionada con el contenido fosil.

Por otra parte se puede inferir 3 modelos de crecimiento de los cuerpos concrecionales siendo estos: crecimiento por sello hidraulico, crecimiento desplazativo, y crecimiento reemplazativo. A su vez, existe un sistema de clasificacion para las concreciones segn sea: su forma, su cristalinidad, su minerologia, su morfologia, la relacion con la roca huesped, el modo de emplazamiento y su ambiente de crecimiento.

Los estudios geoquimicos son fundamentales a la hora de inferir el origen de las concreciones y los factores o mecanismos que han influido en su desarrollo.

Finalmente los cuerpos concrecionarios muestran ser muy utiles para reconstruir el paleoambiente y observar la evolucion de una cuenca sedimentaria a traves de la histora geologica.BIBLIOGRAFIALibros: Parry. 2011. Iron Concretions, p.7 Seilacher.2001. Concretion Morphology, p. 42-55

Sellez Martinez.1996.Concretion classification, p. 179-190

Roger et al. 2001. Chaares Formation concretion,p. 461-472