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BLOQUE IV. PROCESOS PETROGENÉTICOS Y ROCAS -III
3. LA SEDIMENTACIÓN Y LAS ROCAS SEDIMENTARIAS. Sedimentos y rocas
sedimentarias. Los procesos sedimentarios: erosión, transporte, sedimentación y diagénesis.
Cuencas y ambientes sedimentarios. Texturas y estructuras sedimentarias. Clasificación de
las rocas sedimentarias: rocas detríticas, rocas químicas y bioquímicas y rocas organógenas.
Conceptos básicos: agentes (agua, hielo, viento, seres vivos), modalidades de transporte de
partículas (suspensión, saltación, reptación, rodamiento, disolución), procesos de
sedimentación (decantación, precipitación), procesos diagenéticos (compactación,
cementación, recristalización), estratificación, granoclasificación, bioturbación, grava, arena,
limo, arcilla, conglomerado, arenisca, limolita, lutita, caliza, dolomía, yeso, carbón,
hidrocarburos.
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1. SEDIMENTOS, ROCAS SEDIMENTARIAS Y CONCEPTOS RELACIONADOS
Incluimos entre las rocas sedimentarias a todas aquellas que se han originado a partir de
sedimentos. Asimismo, entendemos por sedimentos a los restos de otras rocas
preexistentes, producidos gracias a la acción de los agentes geológicos externos y que han
sido transportados a zonas de baja energía, llamadas cuencas sedimentarias, donde se
depositan acumulándose.
El proceso de transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias se conoce como
diagénesis e incluye, generalmente, una compactación y una cementación de los primeros.
2. PROCESOS SEDIMENTARIOS (PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS)
Sobre las rocas expuestas actúan los procesos geológicos externos como la meteorización, la
erosión, el transporte y la sedimentación, provocados por el medio ambiente o algún
organismo, y que causan la destrucción del relieve. Los dos primeros procesos degradan las
rocas y las rompen en fragmentos cada vez más pequeños, conocidos como clastos o
detritos, que son arrastrados por los ríos, el viento o los glaciares. Existe una relación inversa
entre el tamaño de los fragmentos y la distancia que recorren: a menor tamaño de clasto
más facilidad de transporte y recorrerá mayores distancias. Tras su transporte serán
depositados en las cuencas sedimentarias o zonas bajas y de poca energía, normalmente el
fondo de mares y lagos.
Aunque tanto la meteorización como la erosión son fenómenos de degradación de las rocas,
hay que saber diferenciarlos. Mientras que la erosión es el simple desgaste mecánico por
rozamiento que se produce en los materiales rocosos, la meteorización es la degradación
por debilitación de las rocas mediante diferentes procesos químicos y físicos, como la
ROCAS
Ígneas
Metamórficas
Sedimentarias
SEDIMENTOS
Detríticos
Precipitación
Orgánicos
ROCAS
SEDIMENTARIAS
Detríticas
Precipitación
Organógenas
1. Meteorización
y transporte
1 2
2. Diagénesis
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oxidación, la gelifracción, la rotura por presión de raíces vegetales, el deterioro por acción de
ácidos, la disolución o los ciclos de contracción dilatación producidos por las diferencias de
temperatura.
Los procesos geológicos externos son llevados a cabo por los llamados agentes geológicos
externos. Por ejemplo el agua (en sus tres estados), el viento, el oxígeno, el calor o los seres
vivos producen uno o varios de los procesos geológicos antes mencionados.
El principal factor es, sin duda, el agua ya que puede erosionar una roca (río, mar o glaciar),
romperla por gelifracción (agua líquida que rellena grietas y se congela) o debilitarla por
oxidación (humedad atmosférica), transportar los materiales resultantes y diferenciar por
decantación diferentes tamaños de clastos durante la sedimentación.
PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS
Roca fracturada por gelifracción
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La pérdida de agua supone una precipitación de parte de los minerales que tenían disueltos. El resto de
procesos diagenéticos como recristalización, sustitución o intercambio iónico, redox, etc. pueden ocurrir
durante todo el proceso y tras la litificación (una vez ya formada la roca sedimentaria).
La diagénesis es el conjunto de procesos de formación de una roca sedimentaria a partir de
sedimentos, tales como precipitación, compactación, recristalización, reacciones de
oxidorreducción, de sustitución de un elemento por otro o intercambio iónico (calizas a
dolomías por progresiva sustitución de calcio por magnesio), deshidratación, hidratación o
cementación. La diagénesis se produce en el interior de los primeros 5 o 6 km de la corteza
terrestre, a presiones variables pero no demasiado elevadas y a temperaturas inferiores a
150-200 °C; más allá se considera ya metamorfismo. La diagénesis a veces se denomina
litificación.
Veamos algunos de los PROCESOS DIAGENÉTICOS con algo más de detalle:
Compactación. Se debe al peso de los sedimentos suprayacentes. Tiene como
consecuencia una disminución del volumen del sedimento y una pérdida de
porosidad. En el caso de un fango calcáreo puede suponer la pérdida de hasta el 60%
del volumen original.
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Deshidratación. Al disminuir el volumen de poros el agua es expulsada hacia
zonas de menor presión. Generalmente los fluidos migrarán hacia zonas más
cercanas hacia la superficie. El sedimento se deseca. Cementación. Consiste en la precipitación de sales minerales en los pocos poros
que continúan existiendo. Actuarán dando cohesión y dureza al sedimento. Lo que
antes era un montón de granos sueltos, se transforma en un armazón de granos
cementados. Cambios REDOX. Como consecuencia del enterramiento, el sedimento va
introduciéndose en zonas con poca o nula cantidad de oxígeno libre, (condiciones
reductoras) y se producirán cambios en el estado de oxidación de los átomos. El Fe3+
pasará a Fe2+, los sulfatos se transformarán en sulfuros, etc.
Recristalización. Con el aumento de presión y temperatura los minerales de
pequeño tamaño tienden a soldarse unos con otros y sus redes cristalinas acaban por
solaparse formando nuevos minerales de mayor tamaño. Sustitución y Metasomatismo. Consiste en el reemplazamiento ión a ión entre
los minerales del sedimento y las disoluciones intersticiales: 2CaCO3 + Mg2+
CaMg(CO3)2 + Ca2+
(calcita + magnesio dolomita + calcio)
Neoformación. Es la reacción entre
minerales formados durante la
meteorización para dar lugar a otros
nuevos más estables con las nuevas
condiciones de presión y temperatura,
como el caso de la transformación de
arcillas, al reaccionar con la silice
circundante, de nuevo en feldespatos.
Por todos o por alguno de estos mecanismos, un sedimento que originalmente
era un conjunto poroso y húmedo de granos sueltos, con una composición en equilibrio
con la superficie, se transformará en un armazón compacto de granos soldados,
escasamente poroso y con una nueva composición en equilibrio con las condiciones
reinantes en zonas más profundas de las cuencas sedimentarias.
3. CUENCAS Y AMBIENTES SEDIMENTARIOS
Una cuenca sedimentaria es una zona deprimida de la corteza terrestre donde se acumulan
sedimentos.
Dichos sedimentos pueden depositarse por decantación (caída por gravedad de clastos en
suspensión) o por precipitación (formación de una fase sólida a partir de los iones disueltos
en un líquido. Dicha fase sólida decantará y formará un precipitado).
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Como ya sabemos, los sedimentos se van depositando en capas, conocidas como estratos,
originalmente horizontales y paralelas entre sí, aunque hay situaciones en las que no ocurre
exáctamente así, como en el caso de la existencia de corrientes en el ambiente
sedimentario, resultando entonces una disposición cruzada de los estratos.
En los estratos también pueden observarse estructuras ajenas al depósito en sí, como
galerías, huellas y otras marcas, debidas a alteraciones en el sedimento en depósito
realizadas por los seres vivos (bioturbación).
Los estratos se describen por sus aspectos geométricos (forma, espesor, etc) y
por sus aspectos genéticos (granoselección, laminación cruzada, etc.). La parte superior se
conoce como techo, la inferior como muro y a su espesor se le llama potencia.
Marcas dejadas por la acción
de los seres vivos sobre
sedimentos sin consolidar. En
realidad, la bioturbación
produce un tipo de fósiles.
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Los estratos, lateralmente, pueden terminar de manera definida o difusa.
La decantación en ambientes tranquilos resulta en una granoselección (o granuloselección),
es decir, una disposición degradada en la que los granos mayores decantan primero y los
más finos los últimos.
AMBIENTES SEDIMENTARIOS. CONCEPTO DE FACIES
Cada ambiente sedimentario está caracterizado por unas condiciones físicoquímicas
especiales y por una determinada fauna y flora. Por consiguiente, la sedimentación de una
zona se caracterizará por:
- Unos minerales determinados.
- Unas estructuras sedimentarias determinadas.
- Unos restos fósiles determinados.
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Con estas tres características que después quedarán impresas en la roca sedimentaria, se
define el concepto de facies: se denomina facies al conjunto de características sedimentarias
(en realidad también metamórficas, pero ahora no vamos a meternos en esos berenjenales)
ya sean paleontológicas (fósiles), mineralógicas o litológicas (estructuras sedimentarias,
geometría, etc.) que ayudan a reconocer los ambientes sedimentarios en los que se formó
la roca.
PRINCIPALES MEDIOS SEDIMENTARIOS Y SUS FACIES
A. MEDIOS CONTINENTALES
- Fluviales. Rocas detríticas con estratificaciones cruzadas. Sin fósiles o con
fósiles de organismos continentales.
- Lacustres. Arcillas y calizas laminadas, con fósiles de algas. En ambientes
anóxicos se forma turba.
- Glaciares. Conglomerados de grano grueso y poco redondeado, masivos y sin
orientaciones preferentes.
- Eólicos. Areniscas con estratificación cruzada. También son frecuentes los
yesos y otras evaporitas.
B. MEDIOS MARINOS
- Litorales. Areniscas con estratificación cruzada (oleaje) y laminaciones algales
(mareas)
- De plataforma. Calizas tableadas o alternancia de calizas y margas. Fósiles
marinos de ambiente poco profundo.
- De talud. Areniscas y lutitas formando secuencias de turbiditas. Fósiles de
ambiente profundo.
- Abisales. Arcillas laminadas con fósiles de caparazón silíceo.
C. MEDIOS DE TRANSICIÓN
- Deltas y estuarios. Lutitas laminadas o con estratificación cruzada. Restos
vegetales continentales junto con fósiles marinos.
EJEMPLOS DE SERIES ESTRATIGRÁFICAS TÍPICAS (representadas en columnas
estratigráficas)
Veamos algunas de las series más comunes, lo que nos servirá de ayuda al interpretar cortes
geológicos:
A. SERIES CONTINUAS. Indican procesos estables en el tiempo. Sus espesores pueden
ser de hasta cientos de metros.
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B. SERIES POSITIVAS. Indican una subida progresiva del nivel del mar (transgresión)
donde la sedimentación marina se va apoyando sobre la continental original. Sus
espesores también alcanzan los centenares de metros.
C. SERIES NEGATIVAS. Indican una retirada progresiva del mar (regresión) bien por una
bajada del nivel del mar, bien por una elevación progresiva del relieve. Sus espesores
también alcanzan los centenares de metros.
D. SERIES CONDENSADAS. Espesores sedimentarios reducidos que se correspondencon
largos periodos de tiempo. Responden a zonas con escasas tasas de sedimentación.
E. SERIES RÍTMICAS. Son secuencias de rocas que van repitiéndose monótonamente.
- Fluvial (meandros)
- Lacustres (varvas, que es como se llama a cada uno de cada una de las capas
sedimentarias de pequeño espesor formadas estacionalmente en el fondo de
lagos).
Series
continuas
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* NOTA: En las varvas lacustres, su acumulación presenta una típica estructura laminar,
alternando sedimentos arenosos o limosos claros, formados en verano, con sedimentos
arcillosos oscuros, formados en invierno. Cuando el lago es de tipo glaciar se denominan
varvas glaciolacustres y lo que se observa es una alternancia entre lutitas (lago congelado)
con areniscas (deshielo del lago), como en el caso de la imagen.
F. CICLOTEMAS DEL CARBÓN. Corresponden a una transgresión marina o lacustre en la
que se produce una muerte masiva de plantas y su posterior carbonización.
G. TURBIDITAS (FLYSCH). Compuestas por alternancia rítmica de capas de rocas duras
cohesivas (calizas, pizarras o areniscas) intercaladas con otras más blandas friables
(margas o lutitas). Esta disposición favorece la erosión diferencial, pues las capas
friables son desgastadas con mayor facilidad que las capas cohesivas.
* NOTA: El origen de los Flysch ha sido objeto de debate entre los geólogos, actualmente parece que se originan en zonas de talud continental (borde de gran pendiente de la litosfera continental, separándola de la oceánica). En ellos una corriente con carga de sedimentos se desliza por un talud sobre el fondo abisal del océano hasta el fondo oceánico. Al disminuir la velocidad comienza la sedimentación del material que arrastra la corriente en diferentes capas ordenadas por las densidades de los mismos (decantación granulométrica). Estas sedimentaciones son de forma laminar; cuando la corriente se calma se sedimentan los materiales más ligeros dando forma a las partes arcillosas del conjunto.
Capa arcillosa
Capa con
decantación
granulométrica
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4. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
En función de sus componentes, las rocas sedimentarias se clasifican en:
A. Detríticas o clásticas (más del 50% de clastos). Conglomerados o ruditas (pudingas y
brechas), areniscas, lutitas (limolitas y arcillitas). Cuando los clastos son restos de
esqueletos de organismos (como las conchas), reciben nombre específicos:
lumaquela o caliza conchífera cuando son conchas macroscópicas y creta cuando son
conchas microscópicas (de foraminíferos).
B. No detríticas (menos del 50% de clastos), que a su vez pueden subdividirse en:
- Precipitación química o biogeoquímica. Calizas (toba/travertino), dolomías,
evaporitas (yeso, halita, silvina), rocas silíceas (silex, chert). Dentro de este
grupo se incluyen las rocas residuales (rocas aluminosas o bauxitas y rocas
ferruginosas o lateritas).
- Orgánicas (depósito de fragmentos orgánicos de animales y/o vegetales).
Carbón, petróleo.
* NOTA: Algunos autores también consideran orgánicas las lumaquelas y la
creta, pero nosotros las clasificaremos como detríticas, ya que solo contienen
restos inorgánicos de los mismos (esqueletos).
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A. DETRÍTICAS
1. Las ruditas o conglomerados son rocas que presentan fragmentos con tamaños
mayores de 2 mm de diámetro ( tamaño de grava); cuando los cantos son redondeados
(ver más adelante) las ruditas se denominan pudinga, y cuando los cantos son
angulosos, brechas. En función de la composición de los clastos, las ruditas pueden ser
calcáreas, graníticas, cuarcíticas, etc.
2. Las areniscas presentan fragmentos con tamaños entre 2 y 0.0625 mm (tamaño de
arena); cuando tienen menos del 15% de matriz y están compuestas esencialmente por
granos de cuarzo se denominan cuarcitas, cuando lo están por fragmentos de
feldespatos se denominan arcosas, y cuando los fragmentos son esencialmente calizos,
se denominan calcarenitas.
3. Las lutitas presentan componentes con tamaños de grano menor de 62 micras (tamaño
de fango) en una proporción de más del 75%. Dentro de ellas se distinguen las limolitas,
que presentan tamaños de grano entre 0.0625 y 0.004 mm (4 micras), y que están
compuestas tanto por material detrítico fino como minerales de las arcillas que forman
parte del cemento. Y por último las arcillitas, que presentan tamaños de grano menores
de 0.004 mm (4 micras), estando compuestas por minerales de las arcillas (filosilicatos
de los que la caolinita y la illita son los más comunes), que son el producto de alteración
de otros minerales como los feldespatos, o el producto de procesos diagenéticos.
Cuando las lutitas se compactan y pierden agua, se transforman en rocas diagenéticas o
metamórficas de grado muy bajo denominadas de forma amplia pizarras (como vemos,
según el autor la pizarra se considera sedimentaria con potente diagénesis o
metamórfica de grado bajo. Nosotros la consideraremos metamórfica).
B. NO DETRÍTICAS
B.1. Rocas de precipitación (bio)química
Las rocas de precipitación química incluyen una variedad de tipos como rocas carbonatadas,
silex (rocas compuestas por sílice criptocristalina) y evaporitas (compuestas por sales
solubles como yeso o halita). De todas las rocas no detríticas, las más importantes son las
distintas variedades de rocas carbonatadas, las únicas de las que extenderemos algo su
estudio:
- ROCAS CARBONATADAS. Al contrario que las rocas detríticas, las rocas carbonatadas están
compuestas por materiales formados en su mayoría en, o muy cerca de, la cuenca de
sedimentación. No obstante, parte de sus componentes son materiales que pueden
considerarse como detríticos, por lo todos que los conceptos y características discutidas en
el apartado anterior les son aplicables, junto con los que a continuación veremos. Los
componentes minerales más importantes de las rocas carbonatadas son la calcita (carbonato
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de Ca) y la dolomita (carbonato de Ca y Mg). De hecho, gran parte de ellas constan casi
exclusivamente de calcita, denominándose la roca caliza, o de dolomita, denominándose la
roca dolomía. Cuando existen ambos minerales la roca puede denominarse caliza dolomítica
(calcita > dolomita) o dolomía calcárea (calcita < dolomita).
La dolomita suele formarse con posterioridad al sedimento carbonatado, generalmente por
sustitución de la calcita primaria. Este proceso se denomina dolomitización, y puede ocurrir
inmediatamente después del depósito del sedimento o mucho más tarde, afectando a rocas
calizas ya consolidadas. Las propiedades ópticas de la calcita y dolomita son muy similares
(incoloros, muy alta birrefringencia, lo que supone colores de interferencia blancos de alto
orden con iridiscencias, buenas exfoliaciones, y frecuente maclado), por lo que no pueden
ser distinguidos al microscopio ni, por supuesto, a simple vista. Es cierto que, en muchos
casos la dolomía suele tener colores más oscuros que la caliza, pero esto no siempre se
cumple, por lo que un modo sencillo de distinguirlas es mediante solución acuosa de HCl
diluida o vinagre: si se produce efervecencia, la roca es caliza, ya que la dolomita precisa de
una solución concentrada para producir la efervescencia.
A pesar de esta simplicidad mineralógica, las rocas carbonatadas presentan una gran
variedad de componentes de distinto origen (orgánico e inorgánico), así como una gran
variedad de texturas.
Sin entrar en muchos detalles, consideraremos sólo grupos amplios. Así, los tipos
constituidos esencialmente por micrita los denominaremos calizas micríticas, y los
constituidos esencialmente por esparita y/o cementos calcíticos de tamaño de grano
esparítico las denominaremos calizas esparíticas. Por otra parte, existen tipos casi
exclusivamente organógenos, tales como rocas arrecifales o estromatolíticas, en cuyo caso
se denominan ampliamente biolititas, pudiéndose especificar el tipo concreto de
componentes orgánicos (biolitita arrecifal). Otro tipo específico de calizas son los travertinos,
formados en ambientes de aguas continentales (ríos, lagos, charcas...) por precipitación de
calcita a partir del agua sobre juncos y arbustos. Debido a su específico modo de formación,
los travertinos son rocas muy porosas y permeables.
% Mg
% Ca
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NOTA: La esparita consiste en granos de calcita de tamaño de grano superior a las 5 micras. Este
material se encuentra rellenando poros, cavidades y fracturas, por lo que es un cemento formado
generalmente después del depósito del sedimento carbonatado.
La micrita es el sedimento carbonatado de tamaño de grano menor de 5 micrometros (micras), por lo
que no pueden observarse granos discretos al microscopio, sino una masa informe de tonos más o
menos oscuros. Su origen puede ser estrictamente debido a la precipitación directa a partir del agua
marina, o a la desintegración de partes duras carbonatadas de microorganismos, como algas verdes
(cocolitos cuyos caparazones forman la roca creta). La micrita es, por tanto, la fracción fina o matriz
de los carbonatos, y no un cemento de unión de otros materiales.
Existen rocas sedimentarias intermedias entre las detríticas y las de precipitación bio-geo-
química. Entre ellas, las más abundantes son las margas, en sentido general. Estas rocas
están compuestas por carbonatos y material detrítico arcilloso en proporciones variables,
pero en general en torno al 50 % respectivamente.
B.2. Rocas orgánicas
Las rocas orgánicas son rocas sedimentarias formadas por depósitos fundamentalmente de
origen orgánico, es decir los restos de los organismos vivos que, tras ser rápidamente
enterrados no sufren los procesos orgánicos típicos de putrefacción y se someten a otro
químico-geológico: la diagénesis. Rocas típicamente orgánicas son el petróleo y el carbón (en
cualquiera de sus formas: turba, lignito, hulla o antracita).
Como hemos indicado antes, la creta, los estromatolitos o el coral son como mucho
biolititas, pero no rocas orgánicas, ya que solamente la constituyen restos de esqueleto
unidos por cemento, y no el conjunto del organismo que resulta modificado por diagénesis.
CALIZA - CALIZA MARGOSA - MARGOCALIZA - MARGA
+ CALIZA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - > + ARCILLA/ARENA
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EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD
1. Sedimentos y rocas sedimentarias. Los procesos sedimentarios: meteorización, erosión,
transporte, sedimentación y diagénesis. (TEMA 2018)
2. ¿En qué se diferencia un sedimento de una roca sedimentaria? (PREGUNTA)
3. ¿Qué diferencias hay entre el transporte en el agua por suspensión y por disolución?
(PREGUNTA)
4. ¿En qué se diferencian los procesos de meteorización y de erosión? (PREGUNTA)
5. ¿Cuál es el criterio más común para la clasificación de las rocas sedimentarias detríticas?
De acuerdo con este criterio, indique los principales tipos. (PREGUNTA)
6. ¿Cómo se denomina las rocas que se describen a continuación? (PREGUNTA)
a) Roca sedimentaria compuesta por partículas del tamaño de la arcilla y del limo.
b) Roca sedimentaria, constituida por clastos de gran tamaño (grava mayor de 2 mm) y
una matriz (o cemento) que los engloba.
7. ¿Cómo se denomina una roca sedimentaria compuesta por partículas del tamaño de la
arcilla y del limo? (PREGUNTA)
8. Observe el siguiente corte geológico y responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (APLICACIÓN)
a) ¿Cómo se denominan los contactos geológicos identificados con los números 3 y 4? Explique qué procesos han podido originar dichos contactos.
b) Establezca y razone el orden cronológico de los elementos señalados con los
números 1, 2 y 3.
c) Tipo, edad relativa y régimen de esfuerzos de las fallas que aparecen en el corte.