Cementación

Diagénesis
Sedimentología
Año 2011
Conjunto de cambios que le ocurren a los
sedimentos una vez que se depositan en una cuenca
y son enterrados
Ocurren cambios en:
a) factores físicos
(P y T)
▼ geotérmico (30ºC/1km)
b) factores químicos (pH, Eh y [quim])
T < 250°C
Profundidad (5 a 35 km)
2 procesos diagenéticos principales:
Compactación (mecánico)
Litificación
Cementación (químico)
Más otros procesos…
Afectan minerales y H2O intersticial
Formación de nódulos y concreciones
Compactación
Etapas de la Diagénesis
1) Sindiagénesis:
enseguida de la acumulación (profundidades
rasas, hasta 100 m)
condiciones oxidantes o reductoras
abundancia de agua intersticial
abundancia de materia orgánica
Litificación temprana y autigénesis
2 subetapas
profundidad / mo
profundidad
condiciones reductoras
2) Anadiagénesis:
Sedimento gana profundidad (1.000 a
10.000 m)
Comienza compactación
Expulsión de fluidos intersticiales
Deshidratación de minerales
Redistribución de materiales
Precipitación de sustancias químicas
(comienza cementación)
3) Epidiagénesis:
Exhumación de materiales rocosos
Eliminación de carga de rocas por
tectónica
Reinicio del ciclo diagenético
La diagénesis involucra:
Compactación
Cementación
Deshidratación
Diferenciación diagenética (Nódulos y Concreciones)
Disolución de granos minerales
Recristalización de minerales
Sustitución mineral
Reacciones químicas entre granos, el agua intersticial y los
iones disueltos en la misma (lentas y a bajas T)
Compactación
Proceso mecánico
Ocurre por el propio peso de la
columna sedimentaria
Afecta porosidad primaria o
singenética (= depositacional)
Rearreglo de clastos ante un
P
Efecto sobre capas horizontalesreducción del espesor
Efectos de la Compactación
Reducción de V
Expulsión de agua
intersticial
Aumento de
densidad
Poca P – contactos
tangenciales
Mayor P – contactos
rectos
----Disolución por P--- Mayor P – contactos
cóncavo-convexos
P altas – contactos
suturados
Cementación
Proceso químico
Diferentes tipos de cementos:
Eogenéticos
Mesogenéticos
interfases sed-agua o sed-aire
sin-sedimentarios
Cementación
Temprana
en sedimentos enterrados
saturados con agua
Cementación
Tardía
Telogenéticos
durante la exhumación
Precipitación de Cementos
Nucleación y crecimiento de cristales en los
poros del sedimento
Tipo depende de la disponibilidad de
material en el agua intersticial, la T y el pH
Tipos más comunes:
Sílice (Qz, calcedonia)
Carbonatos (calcita; aragonita, dolomita y
siderita)
Minerales del grupo de la arcilla
Autigénesis
Formación de nuevos minerales in situ
Comprende neoformación y
crecimiento secundario sobre
sedimentos
Cristales autigénicos:
Euhédricos
Contorno anguloso en sección delgada
Causas de Cementación
Precipitación inorgánica de iones
disueltos en agua intersticial
Precipitación orgánica de iones por
actividad biológica
Reprecipitación inorgánica de cemento
primario disuelto por presión de
enterramiento
Tipos de Crecimiento de
Cemento
Cemento por Sobrecrecimiento:
“Preferencia” por granos de la misma
composición
Continuidad óptica entre cemento-grano
Común en areniscas cuarzosas con cemento
silíceo
También en rocas carbonáticas biogénicas
(calcita esparítica)
Cemento Poiquilítico: rodea los
granos; diferentes materiales
Cemento Isópaco: crece en poros
uniformemente, tipo revestimiento
Cemento en Menisco: precipitación
de sustancias a partir de gotas de agua
uniendo granos
menisco
isópaco
Deshidratación
Reacciones de deshidratación
Ocurren durante la compactación
Modifican V y hábito mineral de
sedimentos
Ejemplos:
gipsita
anhidrita
hidróxidos de Fe
goethita
Nódulos y Concreciones
Diferenciación diagenética
Heterogeneidad de sedimentos (tamaño de
grano, composión mineral, flujo diferencial
de agua, restos orgánicos) produce
cementación diferencial
Diferenciación bien marcada lleva a
formación de nódulos y concreciones
Nódulos = parches irregulares cementados
Concreciones = estructuras simétricas
(esféricas o discoidales) cementadas
Sedimentos porosos y permeables
Pueden originarse alrededor de una
característica particular
Carbonáticas, silíceas, férricas,
fosfáticas
Sin-depositacionales o postdepositacionales
Disolución
Determinada por: composición química de granos
minerales y química del agua intersticial
Algunos ejemplos:
Carbonatos
Sílice
mayor solubilidad a menor T y pH
esqueletos calcáreos en sedimentos
terrígenos de plataforma
tienden a disolverse ante aguas ácidas
solubilidad muy baja
difícil de disolver (muy bajo pH o baja T)
disolución por P
precipita en poros adyacentes
Recristalización de minerales
Cambio en el tamaño, forma y
orientación de los minerales
Misma composición química básica
Común en carbonatos biogénicos
(aragonita a calcita)
También en partes duras silíceas
(ópalo a Qz microcristalino)
Sustitución Mineral
Sustitución de un grano mineral por otro de diferente
composición
Ocurre tanto en granos minerales como bioclastos
Piritización
Feldespatos:
Minerales detríticos comunes
Alteración a minerales arcillosos durante la diagénesis (Pg-Ca
más que las Pg-Na; Fd-K más resistentes)
Silicificación en Rocas Carbonáticas:
≠ química entre bioclasto carbonático y roca
Aguas intersticiales ricas en sílice
Reemplazo parcial o total
Efectos de la Diagénesis
Litificación de la roca
Reducción de porosidad y
permeabilidad
¡No son lo mismo!
Diagénesis de Sedimentos Detríticos
Etapa temprana caracterizada principalmente por
compactación por enterramiento
Aumento de P litostática desaloja agua intersticial y
reduce porosidad
Poca cementación temprana
Excepciones:
precipitación de calcita en playas gravillosas
“hardgrounds” carbonáticos en suelos marinos de
baja sedimentación
Cementación tardía común
Minerales autigénicos: Qz, Calcita y
minerales arcillosos
Cemento carbonático en areniscas y
conglomerados de ambiente marino
(esparítico y poiquilotópico)
Cemento silíceo en areniscas cuarzosas de
ambientes continentales (sobrecrecimiento)
Alteración de fragmentos volcánicos en
arenas provoca formación de arcillas
Cementación temprana (rara) por
precipitación directa a partir de aguas
intersticiales
Cementación tardía por recristalización de
otros minerales arcillosos
Arenas:
Porosidad varía de un 35%-40% a un 15%20%
Pérdida gradual de agua (cementación >
compactación)
N°de contactos entre granos aumenta con la
profundidad de enterramiento
Contactos tangenciales curvos suturados
Deformación plástica y cataclasis de
granos minerales “débiles” (micas) o
clastos pelíticos por P de granos
“fuertes” (Qz)
Depósito reduce V en 10%
3 etapas diagenéticas
1) Redoxomórfica:
inicio compactación y expulsión de fluidos
Óxido-red (mo y Fe, S, O2)
2) Locomórfica:
Inicio cementación
2 fenómenos (fluidos; sin y con intervención de clastos)
3) Filomórfica:
Progresión diagénesis a metamorfismo
Porosidad primaria desaparece
Disolución por Presión
Areniscas y Conglomerados
P litostática concentrada en
contactos inter - granos
(concentración de
esfuerzos)
Difusión de agua con
material del contacto
disuelto
Reprecipitación en
superficies de clastos libres
Formación de clastos
entrelazados
Litificación temprana
Arcillas:
Porosidad varía de un 50%-80% a un 15%20%
Disminuye en función de la profundidad de
enterramiento según P = p (e-bx)
Pérdida inicial por compactación
Luego se acompaña de deshidratación y
cementación
Depósito disminuye V en 30%
Cambios mineralógicos determinados
por la composición química y la T
alcanzada durante la diagénesis
(caolinita y esmectita a illita) - ICI
Alto contenido de mo
en pelitas marinas
Niveles: oxidante
reductor
fermentación
bacteriana
Compactación Diferencial
Cambio lateral en sedimentos produce que una
parte de la pila sedimentaria se compacte menos
que el resto
Fenómeno de escala variable
Diagénesis de Sedimentos
Carbonáticos
Sedimentos carbonáticos: Ar y Ca (alto y bajo Mg)
Sedimentos antiguos: Ca bajo Mg (pueden estar
dolomitizados)
Sedimentos carbonáticos muy
susceptibles a las alteraciones
diagenéticas
Cemento carbonático derivado del
propio sedimento
Principales alteraciones
diagenéticas
Cementación
Compactación
Disolución
Neomorfismos agradacional y
degradacional
Sustitución
1) Cementación
Sedimento carbonático recién
depositado: porosidad del 70-80%
Relleno de cavidades por cemento
Sinsedimentario o post depositacional
Ambiente marino
Cementación por disolución y precipitación (T) o
asociada a actividad biológica
“Hardgrounds”
Ambiente no marino
Precipitación por aguas
meteóricas cerca de
superficie o dentro de una
cuenca por fluidos
intersticiales en
profundidad (ambiente
continental)
Cementación en zona
vadosa y freática
(desgasificación de aguas)
Cementación en suelos
(rizolitos y calcretas)
Compactación
Arenas carbonáticas – poca o ninguna
compactación
Sedimentos pelíticos carbonosos – a
diferencia de las terrígenas, sufren
poca compactación y cementación
temprana
Disolución
Bastante susceptibles a la disolución
Puede ocurrir disolución cuando hay
fluidos pobres en carbonato de calcio
Compactación mecánica produce
estilolitos y bordes de disolución
(profundidades de 300 m)
Superficies de
disolución irregulares
Producidos por
disolución por presión
Acumulación de
arcillas, óxidos de Fe y
otros componentes
insolubles
Neomorfismo
Reemplazo de minerales por
recristalización
Agradacional: aumento de la
cristalinidad con el transcurso del
tiempo
Degradacional: micritización
Crecimiento de algunos cristales a
expensas de otros
Conversión de Ca a Ar
Sustitución
Más frecuente: dolomitización
Ocurre durante y después de la
sedimentación
Reducción de V
Aumento de la porosidad
También ocurre silicificación y
fosfatización