Sedimentología Clase Auxiliar 1: Rocas carbonatadas, componentes.

Roca Carbonatada es aquella que está formada por más del 50% de minerales carbonatados (aragonito, calcita alta en Mg, calcita baja en Mg, dolomita, otros).

Origen:

1. Rocas carbonatadas detríticas: formadas por fragmentos procedentes de laerosión de rocas carbonatadas preexistentes. Genéticamente son similaresa un sedimento terrígeno, pero con los granos de naturaleza carbonatada.

2. Calizas autóctonas o sensu estricto: constituidas por componentescarbonáticos originados primariamente, por procesos químicos obioquímicos, en un determinado ambiente de sedimentación (continental omarino). Estas constituyen la mayor parte de las rocas carbonatadas dentrodel registro estratigráfico.

Constituyentes:

1. Aloquemos (aloquímicos) o granos carbonatados: Cualquier tipo departícula carbonatada de origen bioquímico o químico, que denota un altogrado de organización y complejidad y que normalmente ha sufrido algúngrado de transporte.

2. Material intergranular (pasta) u ortoquímicos: Micrita y/o esparita.

a) Micrita: matriz o barro carbonatado compuesto por un agregado de cristalesfinos menores a 4 micras de aragonito a calcita rica en Mg. Por diagénesis se transforman en cristales de calcita baja en Mg. Al microscopio se ve como una masa homogénea criptocristalina y oscura, normalmente de color pardo.

Origen: -Precipitación química (lagoons hipersalinos) -Precipitación bioquímica por fotosíntesis de algas (lagoons y lagos de agua dulce) -Desintegración de algas verdes (halimeda, penicillus) -Actividad bioerosiva -Degradación mecánica de esqueletos bioclásticos -Actividad bacteriana -Caparazones de nanoplacton

La micrita es un material primario en la formación de la roca.

Ambientes de formación: medios protegidos, de baja energía, en caso contrario los pequeños cristales serían dispersados por las aguas cuando hay agitación. (lagoons continentales, lagoons, plataforma profunda, fondos abisales).

b) Esparita (ortoesparita): Término usado genéricamente para los cementoscarbonatados. El cemento esparítico es un agregado de cristales de carbonato (aragonito o calcita) de tamaños mayores a las 4 micras que precipitan en los huecos existentes entre los granos de un sedimento carbonatado, o en los huecos internos de estas partículas.

c) Pseudoesparita: se forma por procesos neomórficos de recristalización (adiferencia del cemento esparítico).

Aloquemos

1.- Bioclastos (granos esqueléticos, fósiles): Restos completos o fragmentados de los esqueletos construidos por organismos. Ej: moluscos (pelecípodos, gastrópodos, cefalópodos), braquiópodos, equinodermos, brioozos, foraminíferos, corales, algas calcáreas, etc.

Ambientes de formación: cualquier ambiente marino o continental. Los diferentes grupos, géneros o especies están restringidos a determinados subambientes.

2.- Granos agregados (grapestones, lumps): granos complejos que consisten en varias partículas (bioclastos, ooides, peloides) unidas entre sí por micrita o cemento esparítico. Normalmente tienen formas lobulares irregulares subredondeadas y botroidales.

Ambientes de formación: submareales o intermareales con circulación restringida.

3.- Peloides: granos no esqueléticos, de forma ovoidal, compuestos por micrita con una estructura interna masiva. Tamaños variables, aunque generalmente entre 0.1 y 0.5 mm de diámetro.

Origen: producto de la actividad fecal de organismos (pellets fecales), por destrucción y homogeneización de la estructura interna de partículas previas por abrasión mecánica o erosión biológica, retrabajo y redondeamiento de barros calcáreos (intraclastos finos).

Ambientes de formación: ambientes protegidos (lagoons y llanuras mareales), en cavidades dentro de arrecifes.

4.- Intraclastos: Fragmentos retrabajados de sedimento débilmente consolidado dentro de una cuenca de sedimentación por la acción de corrientes, oleaje, deslizamientos, etc. La morfología típica es de fragmentos generalmente angulosos, de tamaños variables compuestos de barro micrítico y/o fragmentos de bioclastos u otros granos.

Ambientes de formación: cualquier zona de plataforma, talud o llanura abisal, con aumentos bruscos de energía que retrabaja sedimentos previamente depositados. Areas intermareales o supramareales, canales mareales, taludes marinos, etc. Debido a su modo de formación, los depósitos de intraclastos muestran una fuerte homogeneidad en cuanto a las características externas e internas de estos fragmentos.

5.- Extraclastos: fragmentos redondeados o angulosos procedentes de la erosión de rocas carbonatadas más antiguas y externas al ambiente de sedimentación (fuera de la cuenca). La estructura interna corresponde a la de la roca carbonatada que ha sufrido procesos de diagénesis más o menos intensos.

Para la distinción entre intraclastos y extraclastos, un extraclasto posee: • Fósiles más antiguos al contenido fosilífero de la roca.• Partículas truncadas en el borde del clasto.• Evidencias de cementación bien desarrollada.• Presencia de vetillas rellenas por cementos o compactación interna.• Bordes desgastados.

6.- Oolitos (ooides): granos no esqueléticos, de forma esférica o subesférica (elipsoidal), que consisten en una o más láminas concéntricas regulares alrededor de un núcleo (grano de cuarzo, bioclasto,...). Tamaños menores a 2 mm,

frecuentemente entre 0.2 - 0.5 mm, con buena selección. Si su tamaño supera los 2 mm, reciben el nombre de pisolitos o pisoides.

- Oolitos superficiales: sólo una lámina alrededor del núcleo - Oolitos normales: varias láminas alrededor del núcleo - Oolitos compuestos: varios aloquemos menores envueltos en conjunto por láminas concéntricas.

Ambientes de formación: por precipitación inorgánica (química) en aguas marinas tropicales, en áreas de plataforma somera (menos de 5 metros de profundidad, a veces hasta 10-15 m.) de alta energía. También lagoons, ríos y lagos.

7.- Oncolitos (oncoides): granos no esqueléticos, con laminación micrítica irregular alrededor de un núcleo. La precipitación de las láminas es debido a la actividad de algas (a diferencia de los oolitos). Tamaño muy variable, hasta centímetros y decímetros, con mala selección (a diferencia de los oolitos).

Los estromatolitos también son construidos por la acción de algas, son matas de algas fosilizadas. Estas matas son formadas por filamentos de algas verde-azules. Las láminas, frecuentemente, tienen una forma irregular.

Granos no carbonatados tales como fragmento de roca, cuarzos, feldespatos, chert, o arcillas. Son partículas procedentes de la erosión de rocas externas al ambiente de sedimentación.

Partículas terrígenas

Dentro del total de las rocas sedimentarias : -Calizas 19-22% -Areniscas 22-37%

Importancia científica: -Registro geoquímico e isotópico de la atmósfera e hidrósfera de tiempos pasados ej. cambios seculares en el ciclo del carbono y otros ciclos biogeoquímicos, O, N, S, P, Fe, etc) , los factores que intervienen y su influencia en los cambios climáticos globales.

-Registro paleoclimático (paleotemperaturas, relación evaporación/precipitación, pCO2, etc).

-Registro paleobiológico, evolución de organismos formadores de rocas carbonáticas y su influencia en el sistema atmósfera-océano-litósfera. Evolución de sistemas depositacionales.

-Comprender los factores que controlan la sedimentación carbonática, las geometrías depositacionales resultantes y la distribución de facies y microfacies es de gran importancia en la prospección de hidrocarburos.

Importancia económica: -Entre 40-60% de la producción mundial de hidrocarburos proviene de rocas carbonáticas.

-Reservorios mas grandes del mundo están asociados a rocas carbonáticas, ej. Medio Oriente (Ghawar Field, Arabia Saudita) y Kazakhstan (Kazagan Field).

-Yacimientos minerales en rocas carbonáticas (mineralizaciones de Pb, Zn, Cu, Mn, Fe). Ej. Yacimientos de Pb-Zn epigenéticos (Mississippi Valley Type) y singenéticos (Bleiberg Type).

-Usos industriales, industria química, metalúrgica, construcción, rocas de aplicación y usos agrícolas.

Sedimentos Silicoclásticos -Su distribución no esta controlada por el clima.

-La granulometría refleja el régimen hidráulico del ambiente.

-La presencia de fango indica la decantación de material en suspensión.

-Cambios ambientales son inducidos por cambios en el régimen hidráulico.

-Los sedimentos permanecen inconsolidados en el ambiente de depositación.

-Exposición periódica generalmente no altera los sedimentos (comparativamente).

-Exposición periódica puede producir diagénesis intensa.

-Los sedimentos en general son tempranamente cementados in situ.

-Cambios ambientales pueden ser inducidos por el crecimiento localizado de un abultamiento carbonático, sin cambios en el régimen hidráulico.

-La presencia de fango puede indicar abundante presencia de organismos que producen pequeños cristales.

-La granulometría no siempre refleja el régimen hidráulico, solo refleja el tamaño de los esqueletos y granos precipitados.

-La mayoría se encuentran en climas cálidos.

en ambientes marinos someros

Sedimentos Carbonáticos

No Tan Distintos

Procesos Físicos

Procesos Químicos

Procesos Biológicos

Procesos y controles principales

Erosión y transporte/dispersión de sedimentos: Olas/vientos, Mareas, Tormentas Exposición subaérea, etc.

Ej. Grado de saturación del sistema, composición química de las fases minerales, etc.

Ej. Productividad de la fábrica carbonática Composición/textura de sedimentos carbonáticos

Tasa de sedimentación

Agradación potencial del sistema

Nivel del mar relativo Evolución de la plataforma

Tasa de precipitación

Estructuras sedimentarias

La producción carbonática está fuertemente controlada por los factores ambientales y por lo tanto restringida en el espacio (Schlager, 2003). Además la producción de sedimentos dentro de este espacio varia en función del la interacción entre organismos y ambiente. Estos condujo al concepto de Fábrica Carbonática (“Carbonate Factory”, James 1979) . Son areas submareales caracterizadas por una alta producción de carbonatos, abióticos y bióticos, predominantemente por organismos bentónicos.

Haciendo analogía con una fábrica industrial, el concepto de fábrica carbonática se refiere no solo al lugar donde son producidos los sedimentos carbonáticos, sino también

a los procesos que controlan la producción carbonática.

Schlager (2003), sobre la base del mecanismo de precipitación dominante, mineralogía, ambiente y arquitectura depositacional distingue 3 tipos:

-Tropical -Aguas frías (Cool-water) -Montículos de fango (Mud mounds)

La “Fábrica Carbonática”

Carbonatos Tropicales

Cool-carbonates

Tropical: -Precipitados bioticamente controlados y abióticos (cementos marinos, ooides y “whitings”). -Fotoautótrofos (algas y animales con algas simbióticas fotosintéticas como corales hermatípicos, ciertos foraminíferos y ciertos moluscos). -Heterótrofos sin foto-simbiontes son comunes pero no diagnósticos. -Construyen estructuras resistentes al oleaje por “organic frame-building” y rápida cementación.

-Aguas cálidas, bien iluminadas y oxigenadas y baja concentración de nutrientes. -Desde el ecuador hasta la línea donde la temperatura media del mes mas frío es de unos 20ºC (30º N y S). -Puede pasar a la fábrica de aguas frías a medida que se desciende en la columna de agua, por debajo de la termoclina, o en regiones de upwelling.

-Zonas con aguas disfóticas o afóticas, ricas en nutrientes, pobres en oxígenos pero no anóxicas. -En la termoclina, por ejemplo a profundidades intermedias, debajo de la capa mixta (mixed) del océano. -En el Proterozoico y durante extinciones severas dominaron tambien ambientes marinos someros, normal- mente ocupados por la fábrica tropical.

Mud Mound: -Carbonatos de grano fino precipitados in situ. -Cementos marinos abioticos son además comunes.

Cool-water: -Casi exclusivamente precipitados bioticamente controlados. -Dominan los organismos hetrotróficos. -Los sedimentos son predominantemente arenas esqueletales. -Carece de arrecifes de aguas someras y oolitas. -El fango carbonático y los cementos marinos abióticos son escasos.

-Se extiende hacia los polos, desde el límite con la fábrica tropical (30º) hacia latitudes polares. -Puede occurrir además en bajas latitudes, en la termoclina debajo de las aguas cálidas superficiales y en regiones de upwelling. -En aguas fóticas o afóticas lo suficiente frías para evitar la competencia con la fábrica tropical. -Los niveles de nutrientes son mas altos que en la fábrica tropical.

En resumen •Procesos Físicos: dinámica de transporte de sedimentos, clima, subsidencia de la cuenca, fluctuaciones relativas del nivel del mar, profundidad de la zona fótica, etc.

•Procesos Químicos: Química oceánica y su control en grado de saturación y mineralogía. Evolución del sistema océanico en el tiempo.

•Procesos Biológicos: productividad carbonática, procesos metabólicos, generación de bioconstrucciones, control sobre mineralogía, diagénesis, etc.

Fango calcáreo o micrita (lime mud or micrite)

Micrita: menos de 4 micras Microesparita: 5-30 (5-7) micras

Agujas de aragonita en placas de Halimeda

Componentes carbonáticos: La clave Peloides: Granos micro-criptocristalinos, carentes de estructura interna, de formas redondeadas a irregulares y tamaños entre <0.02 y 1 mm (generalmente 0.10-0.50 mm). El origen de los peloides puede ser muy variado: fecal (pellets), algal, bioerosional, por retrabajo de particulas micríticas, etc.

Peloide formándose a partir de la micritización de un foraminífero

Peloides

Fm. La Laja, Cámbrico de la Precordillera Argentina

Partículas carbonáticas (frecuentemente bioclastos) que presentan coberturas micríticas. Por micritización constructiva o destructiva por la acción de microbios, algas y hongos.

Cortoides

Early Carbonniferous, Cracow area, Polland, from Flugel (2004)

Modern sand beach, Trucial Coast, UAE (Tucker and Wright, 1990)

Tucker and Wright (1990)

Flugel 2004

Ooides: Partículas formadas por una corteza compuesta de capas que crecen de manera concéntrica alrededor de un núcleo de composición variable. Generalmente tienen formas esféricas a elipsoidales con el grado de esfericidad aumentando hacia la parte externa. Si son mayores a 2 mm de diámetro se denominan pisoides. Las capas internamente pueden tener estructura radial o tangencial dependiendo en gran medida de la energía del medio en que se forman.

Oncoides (onchos-Griego para nódulo): nodulos calcáreos redondeados que comúnmente tiene una corteza micrítica que consiste en capas mas o menos concéntricas y parcialmente superpuestas alrededor de un núcleo bio- o litoclástico.

Bioclastos o partículas esqueletales

Gastrópodo Trilobite

Braquópódos