5.- Rocas sedimentarias

1
TEMA 5º.- ROCAS SEDIMENTARIAS
1º.- INTRODUCCIÓN:
Son rocas que se originan en condiciones
superficiales (exógenas) como consecuencia de la compactación y cementación
de los sedimentos que se acumulan en las cuencas sedimentarias.
Se originan a presiones y temperaturas bajas (condiciones superficiales)
Roca
Sedimentos
Transporte
Suelo
Meteorización
Cuenca sedimentaria
Compactación
Cementación
Diagénesis
Roca sedimentaria
Los sedimentos están formados por: fragmentos de rocas preexistente,
sustancias nuevas o minerales neoformados y materia orgánica.
2º.- METEORIZACIÓN:
Es la desintegración física o la descomposición
química que sufre la roca al entrar en contacto con la: atmósfera, hidrosfera o
biosfera. Es la respuesta de la roca al aire, agua y seres vivos.
Hay dos tipos:
FÍSICA O MECÁNICA:
No hay cambio en la composición química de la roca.
Origina fragmentos más pequeños de la roca inicial.
La roca se rompe por fracturas, diaclasas ....
2
Tipos:
Gelivación o gelifracción:
Es la acción del hielo al aumentar su volumen.
Se da en altitudes y latitudes altas.
Haloclasticidad:
Cristalización de sales en grietas que la fracturan.
Originan tafonis. En climas cálidos y litorales.
Termoclasticidad:
Variaciones bruscas de temperatura. En zonas desérticas.
Es poco importante y casi despreciable.
Bioclasticidad:
Es la ruptura de la roca por acción de seres vivos: raíces.
Descompresión:
Se da en rocas que alcanzan zonas superficiales al ser liberadas de
la carga superior originándose grietas o fracturas.
Abrasión:
Desgaste de una roca por choques o fricciones al ser arrastradas
por aire o agua. Los granos se redondean generando cantos rodados. Este tipo
de meteorización asociada al transporte se denomina erosión.
QUÍMICA
Hay alteración en los minerales que forman la roca.
Al final la roca sufre descomposición. No hay fuerzas.
Es necesario la presencia de agua ya que actúa como
reactivo, lleva sustancias disueltas y transporta los productos.
Aparecen nuevos minerales.
Importante la atmósfera en estos procesos (con sus gases:
N2, O2, CO2, Ar ... y el H2O en ella presente) .
Un obelisco de Egipto durante 20 siglos no se alteró nada. En 1879 fue
trasladado a New York y al día de hoy está prácticamente pulido.
Las lápidas de pizarra o granito son más estables que las de mármol.
3
Tipos:
Disolución:
Se da en minerales solubles: yesos, sales ...
Ca2+ + SO42- + 2H2O
CaSO4 — 2H2O
En el agua
Llevados por el agua en disolución.
Carbonatación:
Es el proceso de disolución de los carbonatos por acción de ácidos
CO2 + H2O
H2CO3
En zonas con material orgánica muerta.
H+
+ CaCO3
H+ + HCO3-
pH ácido = 5,6
Ca2+ + HCO3- (Iones solubles en agua)
Tª altas
Presión alta
Concentración CO2
La contaminación actual (SO2, NO2 + H2O origina H2SO4, HNO3 ...)
genera pH= 3,5 – 4, que favorecen una mayor meteorización química.
Hidrólisis:
Reacción de descomposición de un mineral por acción de agua.
El agua actúa como reactivo al disociarse.
H2O
H+ + OHLa concentración de H+ es el pH.
El proceso genera minerales arcillosos (si se alteran silicatos) que cuando
se acumulan originan rocas tipo arcillas o lutitas (tamaño coloidal < 0,==1 mm,
silicatos laminares y proceden de silicatos presentes en rocas ígneas).
2 KAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H20
Ortosa
2 K+ + Al2SiO5(OH)4 + 4 H4SiO4
Caolinita
El H+ sustituye al K+ provocando la ruptura de la estructura cristalina.
3 KAlSi3O8 + 2 H+ + 12 H2O
2 K+ + KAl3Si3O10(OH)2 + 6 H4SiO4
Illita
4
3 Si2Al2O8Ca + 6 H2O
Anortita
2 ((Si3Al)Al2 O(OH)2)H + 3 Ca(OH)2
Montmorillonita
Si2Al2O8Ca + 2 H2O
Biotita + 8 H2O
Vermiculita + H2O
Al2Si2O5(OH)4 + CaO
Vermiculita
Caolinita + Fe2O3 — 3H2O
Minerales arcillosos:
Grupo del caolín:
Caolinita fundamentalmente: barro de porcelana.
Kaulin en china. Para hacer porcelana fina.
No hinchable. 1 de octaedros y 1 de tetraedros.
Grupo de la illita:
Illita de Illinois en EE.UU.
Minerales no hinchables.
2 tetraedros por 1 octaedro.
Grupo de la montmorillonita:
Montmorillón en Francia.
2 tetraedros y 1 octaedros.
El agua entra entre las capas y se hincha.
Mal material para cimientos: arcillas expansivas.
5
Oxidación:
El O2 atmosférico ataca algunos elementos: Fe, Mg ...
generando óxidos e hidróxidos.
Se pasa de Fe 2+ (ferroso color verde azulado) a Fe 3+ (férrico rojizo)
4 FeO + 2 H2O + O2
Fe2O3 Hematites + H2O
Si2Al2O5(OH)4 + n H2O
CaO + H2CO3
4 FeO OH (Goethyta)
2 FeO OH + H2O
FeO(OH)H2O
Limonita
2 SiO2 + Al2O3 — n H2O (lateritas)
CaCO3 (calcita) + H2O Precipita y forma costras.
Los minerales son más estables a oxidaciones, hidrólisis o disoluciones,
cuando su cristalización en la serie de Bowen ocurre a temperaturas inferiores.
El cuarzo es más estable que el FK y éste más que la mica ....
Arcillas, óxidos, hidróxidos, carbonatos .... junto con fragmentos no
alterados de la roca madre son transportados y se convierten en sedimento que
llega a la cuenca sedimentaria y allí se produce la roca sedimentaria.
6
2º.- TRANSPORTE
Es el traslado del sedimento desde la roca madre a la
cuenca sedimentaria. Es realizado por los agentes geológicos externos: agua
(llegan al mar al año 2,5 — 1016 gr de los cuales 0,42 son disueltos y 0,48 por
aguas subterráneas), viento (0,006 . 1016 gramos al año) y seres vivos.
Actúan a favor de gravedad y junto con la energía solar son los motores
de los mismos.
La clasificación de las partículas por tamaño son: arena, limo y arcilla
(que constituyen la fracción fina).
7
Viento:
Agente geológico de transporte más importante en regiones áridas
Tamaño menor de arena y el transporte es por: rodadura,
saltación, suspensión, flotación ... (constituyen los loess: limos y arcillas)
periglaciar o desértico.
Agua:
Es el agente de transporte más importante.
Sólido:
Constituye los glaciares: transporte no selectivo, gran
lentitud, origina bloques erráticos, morrenas, tillitas ....
Líquido:
Dulces o continentales:
Transportan en suspensión, saltación, flotación ... y
disolución (sobre todo las subterráneas). Transporte selectivo.
Hay selección de materiales a lo largo del transporte: química (unos son
más estables que otros) y física (se redondean: menor diámetro).
Salado o marino:
Aquí llegan productos de pequeño tamaño y solubles
Oleaje, mareas, corrientes marinas ... actúan en el
proceso de transporte.
Seres vivos:
Intervienen en el ciclo del P (fósforo), que llega al mar
disuelto y es incorporado por la cadena trófica:
fitoplancton
zooplancton
peces
aves (isla donde
excretan y depositan sus huesos ....) originando guano (rico en apatito).
3º.- DIAGÉNESIS
Es el conjunto de procesos físicos, químicos y
biológicos que sufren los sedimentos hasta convertise en roca sedimentaria.
a.- Compactación:
Al depositarse nuevos sedimentos: presión litostática.
Se reduce la porosidad (eliminan agua y gases) y la
permeabilidad junto con el volumen de sedimento.
Aumenta la densidad de la roca.
La compactación es más efectiva con grano fino
(limos y arcillas) que con grano grueso (gravas, arenas ...).
Las arcillas se compactan cerca de un 80 %, las
arenas un 20 % y las calizas muy poco.
b.- Cementación:
Es la precipitación de sustancias solubles (CaCO3,
sílice, Fe2O3, CaSO4 — 2H20) recubriendo los poros.
No es lo mismo cemento que matriz (grano fino entre el grueso)
8
c.- Recristalización – autigénesis:
Formación
de
nuevos
estables ante las nuevas condiciones de presión y temperatura.
Arcilla + Fe2O3
Matriz
minerales
Silicoaluminatos de hierro.
Cemento
d.- Metasomatismo:
Cambio de un mineral por otro de distinta composición.
Ejemplos:
Dolomitización de calizas:
CaCO3 + Mg
CaMg(CO3)2
Siderita:
CaCO3 + Fe
FeCO3
Petrificación de fósiles
El C es sustituido por Si.
El resultado final es la formación de una roca sedimentaria, que ocupan
un 75 % de la superficie y un 5 % en volumen de la corteza.
9
4º.- TEXTURA Y ESTRUCTURA DE UNA ROCA SEDIMENTARIA
Textura: es la forma (redondez: esférico, alargado, arriñonado ...),
tamaño (diámetro del clasto: arcilla, limo, arena, canto, grava ....) y modo
(manera de unirse: denso, abierto ...) de empaquetamiento de las partículas
que constituyen una roca sedimentaria.
Hay texturas de rocas de cristalización de soluciones en las que no
aparecen clastos y sí material inicialmente disuelto: oolitos, pisolitos ...
En los sedimentos se hacen histogramas, con polígonos de barras
dependiendo del tipo de roca.
Estructura: son las formas geométricas, huellas o impresiones que
aparecen en la roca o en el sedimento. Muchas de ellas definen criterios de
polaridad (definen el muro y techo del estrato).
Cada estrato corresponde a un periodo de sedimentación limitado por
planos de estratificación definidos por el muro y el techo.
10
5º.- CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS
Según su origen hay 4 tipos:
1º.- DETRÍTICAS:
Se originan por fragmentos o minerales preexistentes
en la roca madre.
Según su tamaño de grano, éstas pueden ser:
CONGLOMERADOS: Tamaño de grano mayor de 2 mm.
a.- Pudingas: fragmentos redondeados (cantos rodados).
b.- Brechas: fragmentos angulosos (tillitas), canchales ....
ARENISCAS: Tamaño de grano entre 2 y 0,06 mm de diámetro.
a.- Ortocuarcitas: o areniscas silíceas. Compuestas por cuarzo.
b.- Grauwacas o arenisca lítica: cuarzo 70 %, algo FK ...
c.- Arcosas o areniscas feldespáticas: cuarzo, feldesp y cem. Cal
ARCILLAS, LUTITAS ó PELITAS: Las más abundantes.
Tamaño de grano menor de 0,06 mm. Compuestas por minerales
arcillosos o arcillas provenientes de la meteorización de feldespatos y que
forman más del 50 % de la superficie terrestre. Son blandas y se rayan con la
uña. Se endurecen al calentarlas.
Se originan en medios tranquilos, donde son depositas.
Tipos: limonitas, arcillas, loess (viento), margas (arcilla y caliza),
pizarras .....
11
2º.- QUÍMICAS
Son rocas que se originan por la precipitación de
aniones o cationes disueltos en el agua de ríos, lagos y océanos. No intervienen
los seres vivos.
CARBONATOS:
Se originan por precipitación de carbonatos: calcita,
aragonito, dolomita ....
a.- Calizas:
Constituidas por CaCO3 : oceánica o continental.
Oolítica: oolitos: marino de aguas cálidas.
Pisolítica: pisolito (tamaño guisante)
Estalactítica o estalagmítica.
Litográfica: grano fino.
Tobas y travertinos: en manantiales. Intervienen plantas.
b.- Dolomías:
Ricas en dolomita: CaMg(CO3)2
Se originan por procesos metasomáticos. El Mg
sustituye al Ca o por precipitación directa del mineral en el fondo
del mar.
EVAPORÍTICAS:
Se dan al evaporarse el agua y precipitar disueltos
en mares restringidos o lagos interiores de zonas áridas (salmueras).
Salinidad media 35 ppm (78 % NaCl).
El orden de depósito en la cuenca es:
CaCO3, CaSO4 x 2H20, NaCl, Mg SO4 x 7H2O, KCl, KMgCl3 x 6H20
Son minerales plásticos y originan domos o diapiros salinos al ser menos
densos que las rocas superiores coberteras.
12
3º.- BIOQUÍMICAS
Intervienen los seres vivos en la precipitación de
sustancias: caparazones, esqueletos ... Dependiendo del mineral las rocas son:
Calizas: Precipita CO3Ca por la formación de partes duras de plantas o
de esqueletos en animales, pudiendo ser:
Calizas
arrecifales:
algas,
moluscos o corales ....
Calizas nummulíticas: foraminíferos (nummulites).
Calizas lumaquélicas: bivalvos y gasterópodos.
Estromatolitos: algas azules (Cyanophyceae)
Creta: foraminíferos ...
Silíceas:
Precipitan compuestos de sílice.
Diatomitas: diatomeas (Trípoli en dinamita).
Radiolaritas: radiolarios.
Espongiolaritas: espículas de esponjas ....
Fosfatadas: Ricas en fosfatos (apatito o fosforita): guano.
13
4º.- ORGÁNICAS:
Formadas por materia orgánica y resto de seres
vivos que han sido transformados.
CARBONES:
Rocas originadas por la acumulación de materia
vegetal, en ambientes anaerobios (pantanos, deltas ...) sometidos a un
enriquecimiento en carbono y una pérdida de gases y agua tras un lento
periodo próximo a condiciones metamórficas.
Debe producirse un hundimiento lento de la cuenca: subsidencia.
Se forma a partir de celulosa y lignina. Intervienen microorganismo.
Proceso resumen: (C6H10O5)2n
5nCO2 + 5nCH4 + 2nC
Este proceso es de carbonización y en él intervienen numerosos factores:
m.o., presión litostática, ausencia de oxígeno, gradiente geotérmico, tiempo ....
El carbón se encuentra acumulado en estratos entre rocas sedimentarias
diversas que se repiten formando ciclotemas en los cuales las capas son:
conglomerados, arenisca, arcilla, carbón, pizarra, calizas y vuelta otra vez:
conglomerados, areniscas ... (el tamaño disminuye a techo)
Los tipos de carbones más comunes: turba, lignito, hulla y antracita.
PETRÓLEO:
Aceite de piedra. Es una mezcla de hidrocarburos
sólidos (asfaltos, betunes ...). líquidos (petróleo crudo) y gaseosos (gas
natural, metano ...) que se forman a partir de materia orgánica animal
generalmente y que se acumula en cuencas sedimentarias marinas de escasa
profundidad. Origina hidrocarburos de tipo: CnH2n o aromáticos CnH2n-6 que con
el tiempo se va enriqueciendo en C e H esencialmente.
El origen es orgánico (ya Engler consiguió petróleo a partir de hígado)
Densidad entre 0,73 y 0,93 gr/cc por lo que flota en el agua.
14
El acúmulo de materia orgánica con arenas y arcillas constituye los
barros sapropélicos. Intervienen en el proceso bacterias anaerobias y el campo
de estabilidad es entre los 60 ºC y 150 ºC (o entre los 2 y 8 km de
profundidad). Migra por poros y grietas desde la roca madre a la roca almacén
donde se acumula constituyendo distintos tipos de trampas petrolíferas.
6º.- MEDIOS SEDIMENTARIOS – FACIES
Los medios sedimentarios son zonas de la superficie terrestre situados
por encima o debajo del nivel del mar, que se distinguen por unas
características físicas, químicas y biológicas donde se acumulan sedimentos.
Se distinguen tres tipos (ver fotocopia):
- Continental:
En zonas emergidas.
Erosión y meteorización dominan sobre el depósito.
Sedimentos de tipo detrítico.
- Marino:
Domina la sedimentación.
Desde la plataforma hasta la llanura abisal.
- Transición:
Zonas intermedias: deltas, albuferas, marisma
Facies: es el conjunto de caracteres litológicos y paleontológicos que
caracterizan a un estrato. Indica las condiciones de formación del mismo.
El cambio d litología en un estrato se denomina cambio lateral de facies.