ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE ESTAS ROCAS • Tres cuartas partes de la superficie están cubiertas por estas rocas. • Receptáculo en la mayoría de casos de petróleo, minerales, gas natural, carbón, etc. Además de numerosos materiales esenciales para la industria de la construcción. • Contenido de restos fósiles, esenciales para el estudio del pasado geológico. SEDIMENTOS • Son materiales residuales y fragmentos de rocas inconsolidadas, producidos por la alteración de rocas preexistentes. • Son materiales formados como consecuencia de la actividad química o mecánica ejercidas por los agentes de denudación sobre las rocas preexistentes, y se depositan en forma estratificada, capa por capa, en la superficie de la litosfera • Estos materiales (partículas solidas, en suspensión, y en solución) por acción de los agentes geológicos externos son transportados y depositados en cuencas sedimentarias. ORIGEN DE LOS COMPONENTES DEL SEDIMENTO Los materiales componentes de los sedimentos, de acuerdo a su origen se pueden clasificar: Terrígenos: Orgánicos: Volcánicos: Magmáticos: Meteóricos o extraterrestres TERRÍGENOS Productos de la denudación o erosión que ocurre en los continentes como las gravas, arenas, fangos, arcillas, además de sales, carbonatos, etc. ORGÁNICOS Son aquellos formados por constituyentes que fueron extraídos por la actividad de animales y plantas que usan la materia inorgánica para formar sus estructuras protectoras y de soporte: Caparazones, huesos, etc. VOLCÁNICOS Comprende los materiales arrojados por los volcanes y depositados en tierra o el mar, y constan de polvo fino, ceniza, escoria, arena, etc. Física Meteorización Química Erosión Aguas superficiales Glaciares Viento Transporte Depositación Procesos Gravitacionales Cuenca sedimentaria Ambiente sedimentario continentales transición marinos Compactación Cementación Litificación Diagénesis Recristalización Autogénesis Reemplazamient o METEORIZACIÓN Destrucción de las rocas que afloran en la superficie, por acción de los agentes atmosféricos, en condiciones de presión y temperatura ambiental. La gran masa de sedimentos es material formado como consecuencia de la descomposición química y de la desintegración mecánica que sufren las rocas preexistentes. METEORIZACIÓN FÍSICA Encargada de realizar la desintegración mecánica de las rocas que luego facilitaran su erosión: Mayor intensidad en zonas áridas y semiáridas, menor intensidad en zonas templadas. Principales procesos de meteorización física: Expansión térmica. Expansión por descompresión. Acción de las heladas. Actividad bilógica. EXPANSIÓN TÉRMICA Variación de temperatura que conlleva a la dilatación y contracción alternada Esfuerzos internos, debido a los diferentes coeficientes de dilatación de los constituyentes de las rocas. Generalmente se puede dar de tres tipos: • Escamacion concéntrica. • La disyunción esferoidal • La desintegración granular DESCOMPRESIÓN Efecto principalmente plutónicas. producido en rocas Se cree que esto ocurre cuando la roca que cubría el Plutón es erosionada, el cuerpo comienza a expandirse y separarse en lajas, se forma a su vez diaclasas que permiten la penetración del agua hasta ACCIÓN DE LAS HELADAS Este proceso se denomina gelifracción. Producido cuando el agua penetra las rocas sea por gravedad o por tensión superficial, la congelación del agua produce un aumento de volumen ensanchando las aberturas ocasionando fracturamiento y rompimiento de la roca ACCIÓN BIOLÓGICA El crecimiento de las plantas que va acompañado de un aumento en la longitud y diámetro de las raíces en busca de nutrientes y agua, penetran las aberturas de las rocas ejerciendo presiones sobre las paredes produciendo fracturas y resquebrajamiento en ellas. METEORIZACIÓN QUÍMICA Encargada de la descomposición de los componentes de las rocas y estructuras interna de los minerales, generando nuevos minerales o liberando a otros de su ambiente primitivo. Principales procesos de meteorización química: Oxidación Disolución Carbonatación Hidrolisis Hidratación OXIDACIÓN Es un proceso químico que se produce cuando el oxigeno se combina con el hierro para formar el oxido férrico. Las reacciones de oxidación son características de un ambiente con abundante oxigeno y si este ambiente es acuoso acelera el proceso oxidante. El oxigeno es el elemento químicamente mas acyivo de la atmosfera; su papel esta en los procesos biológicos y es esencial para la vida, pero es secundario en la meteorización. CARBONATACIÓN Este proceso se desarrolla al efectuarse la combinación de los iones carbonato o de bicarbonato con una material pétreo. El proceso de carbonatación en combinación con la disolución y la hidratación atacan fuertemente a las rocas preexistentes y en especial ciertos minerales existentes. Las rocas portadoras de calcio y magnesio son comúnmente meteorizadas por disolución. El agua se combina con el CO2 para formar acido carbónico. HIDRATACIÓN Proceso por el cual un mineral anhidro absorbe el agua y se combina con las moléculas de los minerales, para formar nuevos minerales hidratados. Es uno de los procesos considerado mas importante en la descomposición de rocas. Este proceso se expone mejor con la transformación de la anhidrita en yeso. EROSIÓN Los agentes geológicos externos como las aguas superficiales, glaciares, viento y la gravedad van destruyendo las rocas frescas y alteradas ,por medio de acciones erosivas y las arranca de su posición primitiva por medio de los procesos de transporte. TRANSPORTE Los mismos agentes geológicos transportan los materiales detríticos, insolubles y solubles hacia otros lugares principalmente a la cuenca de sedimentación. Los sedimentos pasan por una serie de procesos físico-químicos mediante los cuales van adquiriendo características de selección, de tamaño, redondeamiento, disolución y alteración hasta su depositación. • Aguas superficiales. • Glaciares • Viento • Procesos gravitacionales AGUAS SUPERFICIALES Ríos, torrentes y aguas salvajes La carga máxima es la capacidad de un rio. Si la carga es inferior a la capacidad el rio erosiona. Si la carga es mayor a la capacidad en el rio se produce sedimentación. Depositando primero los materiales mas grandes. GLACIARES El hielo transporta materiales sin seleccionarlos y erosiona su cauce VIENTO El viento transporta materiales finos por suspensión y los de tamaño medio por saltación. Selecciona el tamaño de los materiales. PROCESOS GRAVITACIONA LES Los desplazamientos se realizan directamente por acción de la gravedad. Son los desprendimientos, deslizamientos y coladas de barro DEPOSITACION El destino final del material erosionado y transportado es el mar u otra cuenca; dicho material puede temporalmente depositarse sobre tierra firme, esto conduce a una distinción entre los depósitos continentales y marinos. Áreas de sedimentación: • Cuenca de sedimentación: Gran área con sedimentos durante largos periodos. • Ambiente sedimentario: Área de menor extensión con características mas uniformes. La depositacion puede ser: • Mecánica: El material es transportado por suspensión, se deposita por medio de la decantación. • Química: El material es transportado en solución y se deposita por procesos fisicoquímicos como la evaporación y precipitación. Ambientes sedimentarios continentales Fluviales Valles y llanuras de inundación de los ríos y desembocadura de los torrentes Lacustres Lagos y lagunas Glaciares Cercano a glaciares, los sedimentos son las morrenas Eólicos En zonas desérticas y costeras Ambientes sedimentarios de transición Deltas Zonas de gran sedimentación en las bocas de los ríos Playas Acumulaciones de arena y grava en la línea de la costa Marismas y albuferas Lagunas costeras separadas parcial o totalmente del mar Ambientes sedimentarios marinos Arrecifes Se construyen por organismos coloniales en aguas someras, limpias y bien oxigenadas Plataforma continental Prolongación del continente bajo el mar, donde se acumula buena parte de los materiales arrastrados por loas ríos Talud Tienen gran pendiente, lo que hace que los sedimentos estén inestables produciendo corrientes de turbidez que depositan los submarinos en abanicos submarinos Fondo abisal Fondos oceánicos profundos con tasa de sedimentación muy LITIFICACIÓN Y DIAGÉNESIS • Litificación: Proceso que convierte a un sedimento de nueva depositacion en una roca endurecida. Puede ser incompleta, puede ocurrir poco después de la depositacion o simultanea a ella, o bien producirse mucho tiempo después de la depositacion. • Diagénesis: Termino general utilizado para los procesos durante la depositacion y el entierro de los sedimentos en cuencas sedimentarias tanto oceánicas, lagos y lagunas y se puede definir como aquellos cambios físico-químicos que tienen lugar en un sedimento a temperatura y presión baja, sin que intervenga el movimiento de la corteza directamente. Los mayores procesos diageneticos se pueden agrupar en cinco categorías: COMPACTACIÓN Conforme los sedimentos se acumulan a través del tiempo, el peso del material suprayacente comprime los sedimentos mas profundos y conlleva a la aproximación de los granos cada vez mas, produciendo una reducción considerable del espacio entre los granos expulsando el agua y el aire de los espacios de los poros CEMENTACIÓN Proceso mediante el cual los sedimentos se convierten en rocas sedimentarias. Los materiales cementantes son transportados en solución por el agua que percola y circula entre los espacios intersticiales, y en un tiempo el cemento precipita sobre los granos del sedimento llenando los espacios vacíos, uniendo las partículas RECRISTALIZACIÓN El agua de los sedimentos no puede ser expulsada completamente por la compactación. Parte del material original de los sedimentos es tomado en disolución durante la diagénesis. Si el material disuelto es redepositado, puede denominársele como material recristalizado. Este proceso puede cambiar el tamaño original de los cristales, su forma, su redondez y algunas veces su orientación. AUTIGÉNESIS Es el crecimiento de minerales en un sedimento e incluye tanto el crecimiento de los minerales como la formación de nuevos minerales. Minerales estables pueden cristalizar de nuevo en el ambiente diagenético del sedimento. Los minerales autigenéticos mas comunes son los carbonatos y la sílice,, incluyendo feldespatos. REEMPLAZA MIENTO Cambio de los minerales originales por varios minerales autigénicos sin cambio de volumen, es considerado como una forma de metasomatismo de baja temperatura. Puede alterar marcadamente la composición y la textura de una roca sedimentaria. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS ROCAS CLÁSTICAS: • Están formadas por sedimentos resultantes de la desintegración o destrucción mecánica de las rocas preexistentes, que estuvieron situadas en diferentes lugares, habiendo sido transportadas hasta el lugar en que se encuentran actualmente. 1.-PSEFITAS O ROCAS SEDIMENTARIAS PSEFÍTICAS • Las rocas sedimentarias, que llevan más de 50% de componentes arrastrados de un diámetro mayor que 2mm se llama psefitas o rocas sedimentarias psefíticas. • A estos pertenecen: a) los bloques y las gravas según Wentworth como sedimentos sueltos - Las ruditas: b) las brechas c) los conglomerados ELEMENTOS COMPONENTES DE UNA ROCA CLÁSTICA A) CONGLOMERADOS: Los conglomerados son guijas y gravas redondeadas consolidadas. Varian en composición con respecto a su tamaño, forma y clases de roca que constituye la porción mas gruesa y el tipo de matriz. Son rocas constituidas por la consolidación y cementación de fragmentos gruesos que pueden oscilar desde grandes cantos rodados y gravas hasta clastos muy pequeños de cualquier origen. Monomicto Oligomicto Polimicto Paraconglomerado B) BRECHAS: • La brecha se distingue del conglomerado por la presencia de una gran proporción de partículas de roca angulosas. • Brechas sedimentarias tienen su origen generalmente en el ambiente terrestre. Los clastos angulosos de gran tamaño muestran un transporte corto. Normalmente se forman en aluviones o conos aluviales transportada gravitacionalmente o glaciares (morrenas)transportada por el hielo. Generalmente los clastos son de mala clasificación (significa diferentes tamaños de los clastos) y de poca variedad (monomixta). 2.- PSAMITAS O ROCAS SEDIMENTARIAS PSAMÍTICAS • Las psamitas se constituyen esencialmente de componentes de diámetro desde 0,02 a 2mm. Las rocas psamíticas se clasifica según su contenido en cuarzo, feldespato y fragmentos de rocas/matriz arcillosa. A) ARENISCA: • En las areniscas los tamaños granulares de sus componentes varían entre 0,02 y 2mm. La arenisca se constituye en más de 75% de granos de cuarzo. Otros componentes son los feldespatos y la mica clara. El cemento puede constituirse de minerales arcillosos y de granos de cuarzo de diámetro de grano entre 0,002 - 0,063mm (limo) o de cuarzo de formación nueva o de calcita. B) GRAUVACA La grauvaca contiene principalmente granos de diámetros entre 0,02 y 2mm. Se constituye de cantidades considerables de feldespato, fragmentos de cuarzo y fragmentos de roca de diferentes tipos como por ej. de vulcanitas básicas, de pizarra arcillosa o silícica o de filita. C) ARCOSA En principio la arcosa es una roca arenisca rica en feldespatos normalmente frescas, es una roca débilmente compactada, de color rojizo, rosáceo o gris. Su composición mineralógica es parecida a la de un granito Los granos son mal redondeados y de diámetro de 0,02 y 2mm. 3.- ROCAS DE LIMO O DE SILT a) Piedra de silt / roca de silt (Siltstone): • Roca de silt se constituye de partículas clásticas con tamaño de granos entre 0,002 y 0,063mm. A estas partículas se llama silt o limo. Las piedras de silt ocupan una posición intermedia entre las rocas areniscas de grano más grueso y las rocas arcillosas de grano más fino. En general la piedra de silt se incorpora al grupo de las rocas arcillosas. B) LOESS • Componente principal es cuarzo acompañado por feldespato, calcita y mica. El teñido típico café hasta amarillo se debe a los hidratos de óxido de hierro (limonita por ej.). • Granos de limo de 0.002 a 0.063mm 4.- PELITAS O ROCAS SEDIMENTARIAS PELÍTICAS O ROCAS ARCILLOSAS Las rocas sedimentarias pelíticas se constituyen principalmente de granos de tamaño menor de 0,002mm. Las rocas arcillosas ocupan el 45-55% de todas las rocas sedimentarias. Pueden formarse prácticamente en cualquier zona de sedimentación. A) LUTITA, CLAYSTONE • La lutita es una roca masiva, terrosa, normalmente bien compactada, a menudo porta fósiles, por ejemplo foraminíferos, ostracodos, graptolites y trilobites. Muchas lutitas muestran bioturbación es decir una estructura sedimentaria irregular producida por la acción de organismos excavadores al fondo del mar. B) ARCILLA O LUTITA ESQUISTOSA La arcilla esquistosa es una roca arcillosa con textura de planchas finas, que se remite a la regulación de los minerales arcillosos formados como láminas o agujas. La regulación de los minerales arcillosos casi siempre es paralela a la estratificación sedimentaria. C) ARCILLA O LUTITA VARVADA Se forma debida a una sedimentación arcillosa estratificada rítmicamente, procedente de los grandes lagos durante las eras glaciares. Se caracteriza por un fino bandeamento de color gris-claro, blanco y una secuencia negra ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS Las rocas de sedimentación química, también llamadas rocas de precipitación se forman por precipitación de los productos disueltos de la erosión. Estas rocas se clasifican principalmente según su composición química o material. 1.- CARBONATOS • La caliza masiva Preponderantemente se constituye de calcita, con arcilla se forma la marga caliza y la marga, con arena de cuarzo se forma la arenisca caliza, con sílice se forma la caliza silícica, con restos orgánicos se forma la caliza bituminosa y con dolomita se forma la caliza dolomítica. Caliza Oolítica: La caliza oolítica se compone de un cúmulo de granos compactados de caliza de forma redondeada y de diámetro entre 1 y 2 mm. Los granos crecen en el agua del mar supersaturada con CaCO3, de profundidad menor de 2 m, que está caracterizada por un cambio permanente de fases de movimiento y de reposo, alrededor de gérmenes como granos de cuarzo o pedazos diminutos de caparazones por ejemplo. • El travertino: Es una caliza formada en el agua dulce en manantiales y fuentes termales. Aparte de calcita puede constituirse de aragonito, en cantidades menores puede participar limonita produciendo el color amarillento del travertino. 2.- ROCAS SEDIMENTARIAS DE SÍLICE • Llamada sílex se trata de rocas muy compactas y duras compuestas de sílice microcristalina, son raras y pueden deberse a una precipitación de geles silíceos en estado coloidal también se obtienen rocas silíceas por acumulación de esqueletos de conchas silíceas como son los radiolarios. 3.- ROCAS EVAPORITAS • Son todos aquellos sedimentos de precipitación química cuyo proceso de formación es por evaporación del agua del mar sobresaturada de sustancias solubles. ELTETRAEDROFUNDAMENTAL La mayoría de las rocas sedimentarias son mezclas de componentes clásticos y no clásticos. Por ejemplo, la mayoría de las areniscas contiene arcilla y material calcáreo mezclados; la mayoría de calizas y dolomitas contienen fracciones arcillosas o arenosas, y la mayoría de las pizarras contienen carbonato, arena y elementos de fango. Es importante recordar que las bien marcadas especies de las clasificaciones hechas por el hombre solo raras veces son adoptadas por las rocas representativas naturales. En las rocas sedimentarias son comunes las gradaciones, y muchas rocas están comprendidas entre dos o más miembros extremos. Por esta razón, es conveniente señalar la relación entre los elementos constitutivos principales de los sedimentos por medio de diagramas triangulares. Las rocas son cuatro componentes que pueden representarse por medio de un tetraedro, en el que cada una de las cuatro caras triangulares representa mezclas de tres componentes. Las mezclas mas simples de dos componentes se representan por las aristas del tetraedro y los sedimentos casi puros se representan por los cuatro vértices. El tetraedro fundamental de Pettijohn muestra los principales elementos constitutivos clásticos y no clásticos de los sedimentos. Los cuatro componentes mas comunes, cuarzo, arcilla, carbonato y pedernal , ocupan los cuatro vértices del tetraedro, representando a la arenisca, la pizarra (Shale), la caliza y los sedimentos silíceos formados químicamente. CARBONATO CARBONATO CALIZA CALIZA Caliza arenácea Caliza arcillosa Caliza arenácea 50 50 Arenisca calcárea Pizarra (shale) calcárea ARENISCA CUARZO Arenisca arcillosa 50 Pizarra (shale) arenácea PIZARR A (SHALE) 50 50 Arenisca calcárea Porcelanita ARENISCA PEDERNAL Arenisca pedernalosa ARCILLA CUARZO CARBONATO Caliza pedernalosa PEDERNAL L CUARZO ARCILLA 50 Pedernal arenáceo PEDERNAL CARBONATO ARCILLA CALIZA PIZARRA (SHALE) Caliza arcillosa Caliza pedernalosa Pizarra (shale) arenácea 50 50 Pizarra (shale) calcárea Pizarra (shale) silícea 50 50 Arenisca arcillosa Porcelanita PEDERNAL PIZARRA (SHALE) ARCILLA PEDERNAL ARENISCA Pizarra (shale) silïcea 50 PEDERNAL CUARZO Arenisca pedernalosa 50 CARBONATO Fig. 7.1 las cuatro caras del tetraedro fundamental. (a la derecha inferior) para la clasificación de las rocas sedimentarias, se muestran en detalle. (según W. C. Krumbein y L. L. Sloss, “Stratigraphy and Sedimentation”, W. H. Freeman Co., san Francisco, California, 1955) Pedernal arenáceo PEDERNAL PEDERNA L CUARZO ARCILLA ROCAS SEDIMENTARIAS NO CLÁSTICAS (BIOQUÍMICAS) CALIZAS • Lumaquelas y coquina: Están formadas por acumulación de conchas y caparazones de animales marinos que viven en las zonas de las plataformas continentales. CRETA • También llamada tiza, es la caliza blanda y porosa formada esencialmente por restos microscópicos de equinoideos y foraminíferos. CALIZAS BIOHERMALES • Son calizas arrecifales, pueden estar formadas por colonias de algas o restos de moluscos ROCAS SILÍCEAS • Diatomita :La diatomita es una roca silícica, sedimentaria de origen biogénico, compuesta por esqueletos fosilizados de las frústulas de las diatomeas. FOSFORITICAS • Solo en algunos estratos el fosfato de calcio esta suficientemente concentrado, para formar lo que se llama fosforitas, la forma mas común de fosfato sedimentario es la colafana. CARBÓN MINERAL • Es de origen vegetal , uniformemente estratificada , formado por la compactación o endurecimiento de restos de plantas alterados de diversos modos, tendremos distintas clases de carbón mineral, las cuales se clasificaran según las diferencias en las clases de material vegetal(tipo), en el grado de metamorfismo(clase) y en el contenido de impurezas(calidad). • Turba • Lignito • Carbón cannel • Carbón bituminoso o blando • Antracita PIZARRA ORGÁNICA • Muchas pizarras orgánicas están formadas por lodos, limos y fangos blandos que tienen un alto contenido de elementos bituminosos y que se conocen como depósitos sapropel , o simplemente sapropel. • Existen depósitos sapropel libres de substancias inorgánicas y con cantidades considerables de sedimentos inorgánicos. • Pizarra negra : Son de 2 clases la bituminosa y la petrolífera. • Pizarras petrolíferas mas ricas son llamadas BODHEADS (cabeza de pantano) ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS Las estructuras sedimentarias pueden ser primarias cuando son formadas en el momento de deposición de sedimentos, o estructuras secundarias desarrolladas después de la deposición. Estructuras primarias : Estratificación, los sedimentos serán llamados estratificados cuando ellos están en capas, realmente separados por planos de estratificación paralelos a lo largo de los cuales las rocas tienden a separarse o romperse. • ESTRATIFICACIÓN GRADUAL : • Tiene partículas cuyo tamaño va pasando gradualmente de abajo hacia arriba, de gruesas a finas . • Ambientes geológicos inestables asociados casi siempre a una corriente de turbidez • ESTRATIFICACION CRUZADA O SESGADA: • Es una característica común en las areniscas, en las calizas y en las lutitas en menor grado, consiste en la disposición de laminas transversales al plano de estratificación transversal en líneas rectas inclinadas o en formas cóncavas. • Esta estratificación es producida por la rápida deposición de los sedimentos , tanto de la acción del viento , como de los ríos y del mar • Estratificación hundida: • Ocurre por efecto de algunas corrientes que afectan violentamente una sedimentación relativamente tranquila y reciente. Los estratos de sedimentos, medianos o gruesos se hunden o contorsionan en las capas de sedimentos finos que se encuentran debajo. • GRIETAS DE DESECACIÓN: • Estructuras causadas por la contracción del barro al perder agua por evaporación. FOSILES : Son restos de estructuras orgánicas de antiguos organismos principalmente las partes esqueléticas duras como caparazones , huesos o dientes , pero en condiciones excepcionales , elementos muy importantes para la interpretación de la edad de una formación de roca y de sus condiciones de deposición. • Estructuras secundarias: Conglomerados : Son masas de composiciones diferentes y generalmente mas resistentes al intemperismo que sus rocas encajonantes, de origen inorgánico , están formadas por sílice calcita, sulfuros y una variedad de minerales, algunas concreciones poseen en su centro un fósil. • SEPTARIAS : Son concreciones de composición pizarrosa que se caracterizan por la presencia de grietas irregulares, resultantes de la deshidratación de material en un estado coloidal que posteriormente son rellenadas por material que difiere a ellas en su composición. RELACIONES ESTRATIGRAFICAS DE LOS SEDIMENTOS • FACIES : Son diferentes tipos de sedimentos que fueron depositados simultáneamente en áreas adyacentes, los diferentes tipos de rocas sedimentarias varían dentro de cada una de ellas, por lo cual es conocida como un cambio de facies, frecuentemente un cambio de fases es una serie de estratos interdigitados que se consideran de edad contemporánea. • CONFORMIDAD Y DISCONFORMIDAD: • Si la deposición de un estrato ha sido mas o menos continuo , a través del tiempo, se dice que un estrato yace sobre otro con conformidad. • Cuando hay una superficie de erosión entre dos estratos, ello indica que hubo una gran interrupción en la deposición, tal hecho se conoce como disconformidad o discordancia, la cual tiene 3 tipo: Discordancia angular : Cuando los estratos por debajo de la discordancia están inclinados y los estratos por encima están en forma paralela. Discordancia litológica: Cuando las rocas por debajo de esta superficie son del tipo ígneo o metamórfico y las de encima son sedimentarias. Discordancia erosional: Cuando los estratos por encima y por debajo de esta superficie están paralelos.