DIAGENESIS - Definición - Controles

DIAGENESIS
- Definición
- Controles
- Zonas, procesos y productos
- Porosidad
- Indicadores
DEFINICIÓN
• Cambios físicos y quimicos que ocurren en el
sedimento o en una roca sedimentaria desde la
depositación final y:
a) el metamorfismo,
b) exposición y meteorización
• Procesos que eventualmente convierten un
sedimento en roca sedimentaria
• Procesos que ocurren a baja temperatura cerca
de la superficie hasta aquellos de mayor
temperatura en profundidad en el rango de
<300C y 1-2 kb
Diagénesis vs Metamorfismo
Controles de la Diagénesis
• Movimiento de fluídos porales
• Aguas meteóricas/superficiales en cuencas
sedimentarias
• Presión
• Convección térmica
• Flujo calórico
• Compactación
• Materia orgánica
• Tiempo
• Composición del sedimento
ETAPAS DE LA DIAGÉNESIS: según
Pettijohn, Potter y Siever (1987)
Inmediatamente después de la
depositación, sistema abierto, baja P y
T.
Hasta algunas decenas de metros, sistema
abierto, baja T, compactación
mecánica, sólo cementación temprana.
Hasta 1000 m, sistema parcialmente
abierto a cerrado, aumento de T y P
domina todavía compactación
mecánica, procesos de cementación
comunes.
Estado mesodiagenético, sistema cerrado,
domina compactación química, regimen
termobárico de fluidos.
Anquimetamorfismo
Telodiagénsis, procesos de
decementación y desarrollo de
porosidad secundaria frecuentes
GRADIENTE GEOTÉRMICO, PRESIÓN LITOSTÁTICA E
HIDROSTÁTICA
Gradiente geotérmico normal: 1ºC cada 33 m,
Presión litostática (o geostática): 244 bars/km
Presión hidrostática: 104 bars/Km
IMPORTANCIA DE LOS FLUIDOS PORALES
1. Bajo condiciones de régimen meteórico (sistema abierto) transporta
sustancias disueltas a través de los sedimentos y rocas.
2. Pueden generar zonas de sobrepresión.
3. Resultan un elemento indispensable en casi todas las reacciones
diagenéticas.
4. Durante la diagénesis temprana las aguas porales son en volumen casi
tan importantes como las fases sólidas.
5. Los fluidos porales resultan mucho más sensibles a los cambios en las
condiciones del sistema que las fases sólidas (minerales).
REGIMENES DE LOS FLUIDOS PORALES
Régimen
meteórico
“Libre” circulación de agua
meteórica lo que origina
interacción entre niveles
freátiocos y fluidos porales
connatos
Varias decenas a
algunos centenares
de metros.
Excepcionalmente
1200 m.
Régimen
Expulsión del fluido poral
conpactacional durante la compactación.
Pueden generarse zonas de
sobrepresión que pueden
compensar y hasta exceder
los valores de carga
litostática.
Desde pocas
decenas de metros
hasta
profundidades entre
3800 y 4300 m
Régimen
termobárico
Más allá de los 4000
m de profundidad
Liberación de agua por
deshidratación de minerales
de arcilla u otras especies
hidratadas
CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS PORALES
1. Por su contenido de oxígeno disuelto.
a. Aguas óxicas: más de 2 ml/l de O2 disuelto
b. Aguas subóxicas: entre 0,2 y 2ml/l
c. Aguas anóxicas: menos de 0,2 ml/l
2. Por su salinidad.
a. Salmueras: más de 3,5 por mil de sales disueltas
b. Salinas: entre 1 y 3,5 por mil
C. Salobres: entre 0,1 y 1 por mil
d. Dulces: menor a 0,1 por mil
Zonas y productos
• Tres zonas:
• Eogenesis – diagénesis temprana/somera
• Mesogenesis – sepultamiento profundo
• Teleogenesis – levantamiento
• Productos principales:
•
•
•
•
Compactación
Disolución
Precipitación
Reemplazo
Eogénesis
•
•
•
•
Sistema abierto
Acción aguas meteóricas (ambiente sedimentario)
Baja T y P
Sedimentos continentales
Disolución de silicatos para formar caolinita,
esmectitas o calcretes
• Sedimentos marinos
Precipitación de carbonato, ópalo y microcuarzo
• Silicatos de Fe (glauconita, berthierina), sulfuros y ceolitas
Eogénesis en sedimentos continentales
• Fuertemente influenciados por:
clima
Flujos de aguas subterránea
Facies y ambientes depositacionales
Eogénesis en sedimentos marinos y
transicionales
• Fuertemente influenciados por:
Cambios del nivel del mar
Facies y ambientes depositacionales
Extensión de la mezcla de aguas marinas y
meteóricas
• Magnitud de las alteraciones por aguas meteóricas
en ambientes transicionales controlada por:
Clima
Permeabilidad
Extensión de la cuña de agua dulce
Primeras transformaciones en sedimentos
marinos y transicionales
• Precipitación de silicatos de Fe
Bertherina (arcilla, Fe2:3 =4) marino somero,
deltaico, subóxico, aguas ricas en materia
orgánica y Fe
Glauconita se forma en la plataforma externa,
aguas porales subóxicas con reducción de
nitratos en la interfase agua-sedimentos, baja
tasa de sedimentación y presencia de materia
orgánica reduce el oxígeno disuelto y
aumenta el Fe2+
• Diagénesis de fosfatos como concreciones o
cementos
Sulfuros como cementos
• Sedimentos marinos y transicionales con aguas
porales sulfurosas
• Mayor en sedimentos costeros y de plataforma
ricos en materia orgánica
• Pirita framboidal y microcristalina aparece en los
sedimentos, rápido cambio a pirita durante la
eodiagénesis somera
Cementos carbonáticos
• Dominados por calcita en ambientes marinos y
transicionales
• Procesos muy rápidos en climas tropicales/subtropicales
• En areniscas marinas y deltaicas puede haber coalescencia
de concreciones formando horizontes concrecionales
• Marino somero y deltas, cementos carbonáticos producidos
por mezcla de fluidos
• Dolomita, siderita, rodocrosita, magnesita: comunes en
sedimentos de plataforma y marinos profundos
• Dolomita eodiagenética puede formarse por mezcla de
aguas en poros anóxicos donde S es reducido por bacterias
a pirita
• Siderita somera = rica en Ca y Mg; Siderita marina profunda
= rica en Mn (comunmente fuente hidrotermal)
Mesogénesis
•
•
•
•
Somera (2-3km, 70-100°C); Profunda (>3km,>100°C)
Aislamiento de aguas meteóricas
Sistema ¨cerrado¨
Aumento de P, T y salinidad de las aguas porales (efecto
filtro de las pelitas)
• Inicio de la compactación química, transformaciones de
arcillas, cemento de cuarzo, alteración termal de materia
orgánica
• Fuertemente influenciada por los procesos eogenéticos,
temperatura, presión, soluciones porales cuencales
• Tiempo de residencia de los sedimentos bajo condiciones
de P y T constantes es un elemento clave para determinar
tiempos, caminos e influencia de las alteraciones
diagenéticas
Luego de la fase principal de compactación
mecánica y del inicio de la compactación química
>2km >70C
Temperatura y composición de las aguas
porales de la cuenca controlan la
distribución de los procesos diagenéticos
Soluciones porales cambian durante el
enterramiento
Deformación plástica acompaña fractura
frágil de granos
Cementación, disolución, compactación
química, sobre-presión
Procesos más importantes (mesogénesis)
•
•
•
•
•
Albitización de feldespatos
Ilitización y cloritización de esmectitas y caolinitas
Compactación química
Cementación por cuarzo
Cementación carbonática
Mesogénesis somera
•
•
•
•
2-3km, 70-100C
Cementación carbonática (calcita, ankerita,
Siderita magnesiana siderita, magnesita ferrosa)
Cementación carbonática elimina exceso de
CO2 de la maduración de OM en pelitas:
precipitación cercana a bancos pelíticos.
• Posición de los cementos carbonáticos muy
influenciado por el contacto agua-petróleo
Mesogénesis somera en pelitas
• Transformación progresiva con el soterramiento:
Esmectita detrítica o eodiagenética
pasa a capas bien organizadas de
illita/esmectita o clorita/esmectita
Illitización de esmectitas consume K y
entrega Si, Mg, Fe, Na, C utilizado en
cementar areniscas cercanas. Se requiere
una fuente externa de K
Cloritización
• Sedimentos ricos en biotita:
Actúan como fuente de Fe y Mg
Esta generalmente asociada espacial y
temporalmente con la formación y migración
de hidrocarburos
Más común en areniscas permeables
Mesogénesis profunda
• Domina la compactación química (solución por
presión) y cementación por cuarzo
• Compactación de pelitas provee sílice a las
areniscas suprayacentes
Telogénesis
• Luego de un levantamiento
• La presencia de fangolitas limita el intercambio de
aguas meteóricas
• Más pronunciada en areniscas mineralogicamente
maduras
• Exhumación o levantamiento pueden permitir que
ocurran procesos relacionados con el influjo de
aguas meteóricas tales como:
Caolinitización,
Disolución de cemento carbonático (pocos
cientos de metros de la superficie).
-Disolución de clastos inestables
-Aumento de la porosidad
-Precipitación de silicatos y caolinita
-Disolución de calcita y dolomita
-Oxidación de carbonatos férricos, clorita y pirita
-Infiltración de arcillas y pedogénesis
Efectos de la materia orgánica (MO)
• Eogénesis. Fermentación bacteriana hasta 75º-80º
C (prof < 2km).
• Mesogénesis: abiótica
MO pasa a kerógeno (geopolímero
complejo) con grupos funcionales carboxílicos
y fenólicos
Estos grupos sufren craqueos desde los 80º C
para formar acidos orgánicos solubles:
cambios en la solubilidad de los carbonatos
Luego de la depositación de la MO, se produce
la secuencia diagenética de degradación por
reacciones redox:
Ambiente óxico: CH2O + O2 = CO2 + H20
Ambiente post-oxico: Nitrato- reduccion
Mn- reduccion
Fe- reduccion
Ambiente sulfídrico: Sulfato-reduccion
Ambiente metagénico: Formación de metano
PRINCIPALES MECANISMOS DURANTE LA
COMPACTACIÓN
LA SOBREPRESIÓN DE FLUIDOS
Pe = (Pl – Pf) 100/k
donde k = a/A
“si k aumenta la presión efectiva sobre un
punto disminuye”
“si Pe disminuye la posibilidad de generar
presión solución también”
LA PRESIÓN CONFINANTE Y LOS TIPOS DE
CONTACTOS ENTRE CLASTOS EN FUNCIÓN DE SU
DUCTILIDAD
Tipo de clasto
Frágil – Fragil (Q-Q): rectos, concavo-convexos y disolución por
presión
Frágil – Dúctil (Q-Ls): interpenetración del clasto ductil favorece la
formación de pseudomatriz.
Dúctil-Dúctil (Lmb-Lmb): “amalgamación” de clastos, favorece la
formación de matriz secundaria.
TIPOS DE CONTACTOS
1. FLOTANTES
2. TANGENCIALES
3. RECTOS
4. CONCAVO-CONVEXOS
5. SUTURADOS
FÁBRICA POSTDEPOSITACIONALES DE
ALTERACIÓN QUÍMICA: TIPOS