tema 2 diagenesis

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s Diagénesis

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s

Índice

• Definición y escuelas.

• Factores que influyen en la diagénesis.

• Procesos diagenéticos.

• Etapas diagenéticas.

• Ambientes diagenéticos.

• Indicadores diagenéticos.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s

Definición y límites

• DIAGÉNESIS:– Todos los procesos (físicos, químicos o biológicos) o

cambios que se producen posteriormente a la formación del depósito sedimentario.

• LÍMITES:– Paso a condiciones metamórficas (T≈300ºC).

– Paso a condiciones de meteorización.

• Evolución diagenética condicionada por múltiples factores y procesos.

• Sistematización en etapas (ambientes):– Escuela Rusa

– Escuela anglosajona.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sCiclo Petrogenético

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sFactores que influyen en la diagénesis

⎝Composición inicial del sedi-mento (factor fundamental)

⎝Textura: condiciona direcciónde flujo. Génesis de texturas diagenéticas

⎝Porosidad-permeabilidad:•Sistema abierto: circulación. Advección (etapas iniciales)

•Sistema cerrado: difusión

DIAGÉNESIS: adaptación del sedimento al entorno de enterramiento

Factores intrínsecos al sedimento o roca

Factores extrínsecoso ambientales

⎝Quimismo soluciones diagenéticas• aguas intersticiales: cuasi-equilibrio• aguas expulsadas: más reactivas

Favorecen:•transporte de materia•cementación (precipitación)•disolución

⎝Temperatura: gradiente geotérmico• Aumento de la tasa de reacción• Favorece la deshidratación

⎝Presión: distribución heterogénea depresiones en el sedimento. Consecuencias:

• migración de soluciones• disolución por presión• cementaciones• sellado final del sistema

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sGradiente geotérmico

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sGradiente de Presión

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s

Procesos diagenéticos

• El desarrollo e intensidad de los procesos diagenéticos dependen de:– la composición del sedimento y

– la composición del agua intersticial.

– Descripción específica en cada grupo litológico.

• Pero pueden definirse una serie de procesos generales (TERMINOLOGÍA):– CEMENTACIÓN

– DISOLUCIÓN

– TRANSFORMACIÓN (reemplazamiento y recristalización)

– COMPACTACIÓN

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sProcesos diagenéticos: Cementación (1)

• Precipitación mineral en los huecos del esqueleto (porosidad).

• Las aguas diagenéticas tienen que estar sobresaturadas respecto al mineral cementante.

( ) ( )

44

22

44

23

22

23

22

23

2

3

23

2

2442)(2

2

23

223

22)(23

23

2)(3

2

2

SiOHOHSiO

SiOHeqcuarzo

COMgCaCOMgCa

eqdolomita

COCaCaCO

COCaeqcalcita

aaa

aKSiOHOHSiO

aaaCOCaMg

aaaKCOMgCaCOCaMg

aaa

aaKCOCaCaCO

==←+

==++←

==+←

−++

−++

−+

−+

−++

−+ PAI

Condición: PAI > K(T) SOBRESATURACIÓNPAI = K(T) EQUILIBRIOPAI < K(T) SUBSATURACIÓN

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Aspectos relevantes:– Tipo de cemento.

– Procedencia del “material cementante”.

– Forma de movilización de ese material (solutos).

– Momento de la cementación.

– Secuencias de cementación.

• Tipo de cemento:– Los más frecuentes son los de sílice, carbonato y

ferruginosos.

– Pero hay más de 20 minerales que pueden aparecer como cemento (incluyendo los minerales arcillosos).

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Procedencia del cemento:– Los cementos pueden representar entre el 20 y el 40% del

volumen total.

– ¿Origen de los solutos?

• Movilización de los componentes cementantes:– Advección: movimiento del agua → gradiente de presión.

– Difusión: movimiento de los solutos → gradiente de concentración:

– El dominio de un tipo de movimiento u otro depende de:• La permeabilidad-porosidad del sistema

• La etapa diagenética.

• Secuencias de Cementación:– Etapas tempranas (rocas carbonatadas): aguas de la

cuenca.

– Etapas tardías: evolución aguas diagenéticas.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Procedencia del cemento:– Los cementos pueden representar entre el 20 y el 40% del

volumen total.

– ¿Origen de los solutos?

• Movilización de los componentes cementantes:– Advección: movimiento del agua → gradiente de presión.

– Difusión: movimiento de los solutos → gradiente de concentración:

– El dominio de un tipo de movimiento u otro depende de:• La permeabilidad-porosidad del sistema

• La etapa diagenética.

• Secuencias de Cementación:– Etapas tempranas (rocas carbonatadas): aguas de la

cuenca.

– Etapas tardías: evolución aguas diagenéticas.

USO DE LA CATODOLUMINISCENCIA

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sProcesos diagenéticos: Disolución (1)

• Disolución de componentes de la roca o sedimento previamente formados (p. ej. componentes del esqueleto) por reacción con las aguas intersticiales (diagenéticas) subsaturadas.

• Estos procesos pueden producirse en cualquier etapa diagenética:– Ambientes superficiales (aguas meteóricas):

SINDIAGÉNESIS.

– Diagénesis avanzada (profunda): ANADIAGÉNESIS.

– Ambientes superficiales (aguas meteóricas): EPIDIAGÉNESIS.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Las aguas diagenéticas tienen que estar subsaturadas respecto al mineral que se va a disolver.

( ) ( )

44

22

44

23

22

23

22

23

2

3

23

2

2442)(2

2

23

223

22)(23

23

2)(3

2

2

SiOHOHSiO

SiOHeqcuarzo

COMgCaCOMgCa

eqdolomita

COCaCaCO

COCaeqcalcita

aaa

aKSiOHOHSiO

aaaCOCaMg

aaaKCOMgCaCOCaMg

aaa

aaKCOCaCaCO

==→+

==++→

==+→

−++

−++

−+

−+

−++

−+ PAI

Condición: PAI > K(T) SOBRESATURACIÓNPAI = K(T) EQUILIBRIOPAI < K(T) SUBSATURACIÓN

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Procesos de disolución en la ANADIAGÉNESIS: Expulsión de aguas por compactación.– Procesos de “acidificación” de las aguas diagenéticas:

• Liberación de CO2 del kerógeno: – Aumento del CO2 en las aguas y descenso del pH.

• Procesos de illitización:– Esmectita + K+ → Illita + H+

– Caolinita + K+ → Illita + H+

– Expulsión del agua en posición intercapa de las arcillas.

• Porosidad SECUNDARIA:– La porosidad primaria: asociada a la sedimentación.

– La porosidad secundaria: origen diagenético.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sProcesos diagenéticos: Procesos de transformación

• Cambio mineralógico o textural provocado por procesos de interacción:

agua(diagenética)- sólido

No polimórfico

TR

AN

SFO

RM

AC

IÓN

Recristalización(cambio textural

morfológico ode tamaño)

Polimórfico(aragonito→calcita)

NEOMORFISMO(rocas carbonatadas)

Reemplazamiento(cambio

mineralógico)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sProcesos diagenéticos: Compactación (1)

• Disminución de volumen de sedimento producida por la presión de carga durante el enterramiento.

• Produce:

– Mayor empaquetamiento de los granos o los clastos.

– Reducción de la porosidad.

– Expulsión de los fluidos intersticiales:

• Distribución heterogénea de presiones en los contactos entre granos o clastos.

– En último término, procesos de disolución por PRESIÓN.

• Depende de:

– La textura: granulometría, clasificación, presencia de matriz.

– La composición mineralógica de los materiales.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sProcesos diagenéticos: Compactación (2)

• La evolución del proceso al aumentar el enterramiento puede seguirse cualitativamente analizando los tipos (y número) de contactos entre los granos o clastos del sedimento.

• Estos contactos irán variando:– Al principio, debido a la “movilización” y reordenación

de los clastos (granos) cuando el sedimento no está consolidado.

– Finalmente, por deformación, disolución por presión y fracturación.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sCompactación

COMPACTACIÓN

ContactosTangenciales

ContactosLargos

ContactosCóncavo-convexos

ContactosSuturados

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sContactos tangenciales, largos y cóncavo-convexos (1)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sContactos largos y cóncavo-convexos (2)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sContactos cóncavo-convexos y suturados

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sContactos suturados (1)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sContactos suturados (2)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sRelación: Porosidad, Profundidad, Contactos entre granos

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sEstilolitos (1)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sEstilolitos (2)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sEstilolitos (3)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sDisolución por presión (1)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sDisolución por presión (2)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sEtapas Diagenéticas (1)

• Existen múltiples propuestas de sistematización.– Repaso de las más usadas o influyentes.

• Dos “escuelas”:– Escuela Rusa: Pionera. Concepto lineal

(enterramiento) STRAKHOV (1953).

– Escuela anglosajona: Concepto cíclico.

• FAIRBRIDGE (1967): Quimismo de las aguas diagenéticas.

• CHOQUETTE y PRAY (1970): Tipos y evolución de la porosidad.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Clasificación de STRAKHOV (1953)

• Divide la evolución del material sedimentario en:– Sedimentogénesis: formación del sedimento.

– Diagénesis: formación de la roca.

– Catagénesis: cambios posteriores a la formación de la roca (mayor enterramiento).

• Diagénesis “restringida”. Etapas.– Ver

HO

Y

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Clasificación de FAIRBRIDGE (1967)• Caracteres de las aguas diagenéticas

(especialmente pH y Eh)

• Parte de un medio marino típico, con aguas bien oxigenadas.

• Etapas:

- Sindiagénesis

- Anadiagénesis

- Epidiagénesis

– Ver

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s

• Criterio básico: tipos y evolución de la porosidad.

• Clasificación de tipos de porosidad:– Primaria: durante el proceso de sedimentación (intra e

interpartícula).

– Secundaria: durante la diagénesis: TERMINOLOGÍA:• Módica, fenestral, de abrigo, crecimiento orgánico, perforación,

grietas de retracción.

• Intercristalina

• De fractura y brechificación

• De disolución (canales, cavidades y cavernas)

• Etapas– Eogenética ≈ sindiagénesis Domina la reducción de porosidad.

– Mesogenética ≈ anadiagénesis Domina la reducción de porosidad (excepto dolomitización).

– Telogenética ≈ epidiagénesis Domina la génesis de porosidad (de disolución).

Clasificación de CHOQUETTE y PRAY(1970)

Porosidad Eogenética

PorosidadesMeso y

Telogenética

Etapas Diagenéticas (5)

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sEtapas Diagenéticas (6): RESUMEN

• Las sistemáticas más extendidas son las de Fairbridge (1967) y Choquette y Pray (1970).

– Se usan en todos los ámbitos y son “equivalentes”.

– Los criterios básicos se han “diluido”.

• La sistemática de Strakhov (1957):

– Origen de distintos términos de amplio uso.

– Concepto lineal: sistemáticas más específicas (evolución de materia orgánica, carbón):

• Otra sistemática de uso común (pero más “difusa”):

Diagénesis temprana o de enterramiento poco profundo.

Diagénesis tardía o de enterramiento profundo.

• Procesos relacionados con la interfase agua-sedimento o sedimento-aire.

• Aguas diagenéticas con quimismo similar al de la cuenca.

• Hidrodinámica “superficial” (lluvia, mareas, bombeo capilar).

• Mantenimiento de actividad bacteriana.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


(*) Ambientes de Berner (1981)

12

34

Filo

mór

fica

Loco

mór

.Re

doxo

DAP

LESSTRAKHOV

(1953)FAIRBRIDGE

(1967)CHOQUETTE Y PRAY (1970)

PROCESOS

SEDIMENTOGÉNESIS

DIAGÉNESIS

CATAGÉNESIS

METAGÉNESIS

(*)SINDIAGÉNESIS

ANADIAGÉNESIS MESOGÉNESIS

EOGÉNESIS

TELOGÉNESISEPIDIAGÉNESIS

Formación del sedimento

Porosidad abiertaCirculación de fluidosReducción de porosidad

Expulsión agua intersticialReducción porosidadLitificaciónDeshidrataciónTránsito al metamorfismo

Emersión y reacción con aguas freáticasCreación de porosidad

Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sAmbientes Diagenéticos (1)

• Existen dos esquemas muy utilizados:– FOLK (1974):

• Criterio: caracteres químicos de las aguas intersticiales y modalidad de circulación.

• Cubre toda la diagénesis (concepto lineal).

– BERNER (1981):

• Criterio: relación entre actividad biológica, materia orgánica y mineralogía autigénica.

• “Matización” de la sindiagénesis o eogénesis.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


•Sistemática de FOLK (1974):–Frecuentemente empleada en carbonatos.

–PERO: generalizable a la diagénesis de cualquier grupo litológico.

•Clasificación de ambientes:

–Ambiente continental:

–Ambiente marino:

–Ambiente de enterramiento

profundo

Freático

Vadoso

Freático (submareal)

Vadoso (intermareal)

Aguas meteóricas: cementos

Aguas marinas: cementos

Aguas “connatas”, termobáricas

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


•Sistemática de BERNER (1981):–Caracterización más detallada de sindiagénesis o

eogénesis.

–Relación entre la actividad biológica, la materia orgánica y la mineralogía autigénica.

•La secuencia de ambientes depende de la presencia de materia orgánica y de la “efectividad” biológica para consumirla (respiración-heterótrofos):

NO3-, Mn2+, Fe3+O2 SO4

2- CO2→CH4postóxico metánicoóxico sulfídico

Oxidación de materia orgánica- efectividad

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


AMBIENTE FASES CARACTERÍSTICAS

I. Óxico (CO2 ≥ 10-6) hematites, goethita, minerales tipo MnO2, no materia orgánica

II. Anóxico (CO2 < 10-6)A. Sulfídico (CH2S ≥ 10-6) pirita, marcasita, rodocrosita, materia orgánica

B. No sulfídico (CH2S < 10-6)

1. Post-óxico glauconita y otros silicatos de Fe2+ - Fe3+; no sulfuros; (siderita, vivianita, rodocrosita); menos mat. orgánica

2. Metánico siderita, vivianita, rodocrosita, sulfuros formados anteriormente, mat. orgánica

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi

sÍndices diagenéticos (1)

• Permiten deducir las condiciones de T (y P) máximas por las que han pasado los sedimentos en su evolución diagenética:– Marcar el límite diagénesis-metamorfismo.

• Tienen que ser procesos o propiedades que dependen de T (y/o P) y que no se vean modificadas por el paso a través de la epidiagénesis.

• Los indicadores más utilizados son:– Transformaciones de los minerales de la arcilla.

– Reflectividad de la vitrinita.

– Mineralogía de las ceolitas.

– Color de los conodontos.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Transformaciones de los minerales de la arcilla.

– Cualitativas:

• Caolinita estable hasta 150 ºC (pasa a illita o clorita).

• Esmectitas hasta 100 ºC.

• Interestratificados hasta 150-200 ºC

• Illita a partir de los 200 ºC.

– Cristalinidad de la illita: Difractogramas.

• Anchura a mitad de la altura del pico a 10 Å (en mm).

• Diagrama de ESQUEVIN.

• Límite Diagénesis-Anquizona: Ic=5.5 (0.44 ∆2θ)

• Límite Anquizona-Epizona: Ic=3.5 (0.25 ∆2θ)

– Cuantitativas: cinética de transformación esmectita-illita:

[ ] [ ][ ]

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛⋅⋅⋅+

=⋅⋅=⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⋅=

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+

teAKS

SSSKeASK

RTEa

AdtdS

RTEa

RTEa

0

022

1

exp

emperaturaTSiempotSt IS el en esmectita de %t esmectita de inicial %0

====

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en un “maceral” de la materia orgánica

(junto con leptinita e inertita).

– Procede de la diagénesis de la madera y suele ser más abundante.

– Al aumentar la T los grupos de anillos aromáticos se condensan y forman “hojas”:

• Esta evolución se traduce en un aumento de la REFLECTIVIDAD, R0

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en una “maceral” de la materia orgánica

(junto con leptinita e inertita).




– PERO: aunque la T es un factor muy importante, el tiempo durante el que se mantiene también lo es.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en una “maceral” de la materia orgánica

(junto con leptinita e inertinita).




– PERO: aunque la T es un factor muy importante, el tiempo durante el que se mantiene también lo es.

– En estudios detallados se tiene en cuenta este hecho.

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi


• Color de los conodontos:– Microfósiles fosfáticos con trazas de materia orgánica

(Cámbrico-Triásico).

– Al aumentar T, la materia orgánica del fósil sufre cambios que modifican su color.

– Cambios:

• Ceolitas:– Aluminosilicatos hidratados de Ca, Na y K.

– Al aumentar la T: zonación mineral.

2 31 4 5

Tem

a 2

. D

iag

én

esi


Tem

a 2

. D

iag

én

esi

s

tema 2 diagenesis

Documents