Diagénesis

Sedimentología

Año 2011

� Conjunto de cambios que le ocurren a los sedimentos una vez que se depositan en una cuenca y son enterrados

� Ocurren cambios en:

a) factores físicos ▼ geotérmico (30ºC/1km)(P y T)

b) factores químicos (pH, Eh y [quim])

� T < 250°C

� Profundidad (5 a 35 km)

� 2 procesos diagenéticos principales:

� Compactación (mecánico)

Litificación

� Cementación (químico)

� Más otros procesos…

� Afectan minerales y H2O intersticial

� Formación de nódulos y concreciones

Compactación

Etapas de la Diagénesis

� 1) Sindiagénesis:

� enseguida de la acumulación (profundidades rasas, hasta 100 m)

� condiciones oxidantes o reductoras� abundancia de agua intersticial� abundancia de materia orgánica� Litificación temprana y autigénesis� 2 subetapas profundidad / mo

profundidad condiciones reductoras

� 2) Anadiagénesis:

� Sedimento gana profundidad (1.000 a 10.000 m)

� Comienza compactación

� Expulsión de fluidos intersticiales

� Deshidratación de minerales

� Redistribución de materiales

� Precipitación de sustancias químicas (comienza cementación)

� 3) Epidiagénesis:

� Exhumación de materiales rocosos

� Eliminación de carga de rocas por tectónica

� Reinicio del ciclo diagenético

� La diagénesis involucra:

� Compactación� Cementación� Deshidratación� Diferenciación diagenética (Nódulos y Concreciones)� Disolución de granos minerales� Recristalización de minerales� Sustitución mineral

� Reacciones químicas entre granos, el agua intersticial y los iones disueltos en la misma (lentas y a bajas T)

Compactación

� Proceso mecánico� Ocurre por el propio peso de la

columna sedimentaria� Afecta porosidad primaria o

singenética (= depositacional)� Rearreglo de clastos ante un P � Efecto sobre capas horizontales-

reducción del espesor

Efectos de la Compactación

� Reducción de V

� Expulsión de agua intersticial

� Aumento de densidad

� Poca P – contactos tangenciales

� Mayor P – contactos rectos

----Disolución por P----

� Mayor P – contactos cóncavo-convexos

� P altas – contactos suturados

Cementación� Proceso químico

� Diferentes tipos de cementos:

� Eogenéticos interfases sed-agua o sed-aire Cementación

sin-sedimentarios Temprana

� Mesogenéticos en sedimentos enterrados

saturados con agua

Cementación

Tardía

� Telogenéticos durante la exhumación

Precipitación de Cementos

� Nucleación y crecimiento de cristales en los poros del sedimento

� Tipo depende de la disponibilidad de material en el agua intersticial, la T y el pH

� Tipos más comunes:� Sílice (Qz, calcedonia)� Carbonatos (calcita; aragonita, dolomita y

siderita)� Minerales del grupo de la arcilla

Autigénesis

� Formación de nuevos minerales in situ

� Comprende neoformación y crecimiento secundario sobre sedimentos

� Cristales autigénicos:

� Euhédricos

� Contorno anguloso en sección delgada

Causas de Cementación

� Precipitación inorgánica de iones disueltos en agua intersticial

� Precipitación orgánica de iones por actividad biológica

� Reprecipitación inorgánica de cemento primario disuelto por presión de enterramiento

Tipos de Crecimiento de Cemento

� Cemento por Sobrecrecimiento:“Preferencia” por granos de la misma composición

� Continuidad óptica entre cemento-grano

� Común en areniscas cuarzosas con cemento silíceo

� También en rocas carbonáticas biogénicas (calcita esparítica)

� Cemento Poiquilítico: rodea los granos; diferentes materiales

� Cemento Isópaco: crece en poros uniformemente, tipo revestimiento

� Cemento en Menisco: precipitación de sustancias a partir de gotas de agua uniendo granos

menisco

isópaco

Deshidratación

� Reacciones de deshidratación

� Ocurren durante la compactación

� Modifican V y hábito mineral de sedimentos

� Ejemplos:

gipsita anhidrita

hidróxidos de Fe goethita

Nódulos y Concreciones

� Diferenciación diagenética

� Heterogeneidad de sedimentos (tamaño de grano, composión mineral, flujo diferencial de agua, restos orgánicos) produce cementación diferencial

� Diferenciación bien marcada lleva a formación de nódulos y concreciones

� Nódulos = parches irregulares cementados � Concreciones = estructuras simétricas

(esféricas o discoidales) cementadas

� Sedimentos porosos y permeables

� Pueden originarse alrededor de una característica particular

� Carbonáticas, silíceas, férricas, fosfáticas

� Sin-depositacionales o post-depositacionales

Disolución

� Determinada por: composición química de granos minerales y química del agua intersticial

� Algunos ejemplos:

� Carbonatos mayor solubilidad a menor T y pHesqueletos calcáreos en sedimentos terrígenos de plataforma tienden a disolverse ante aguas ácidas

� Sílice solubilidad muy bajadifícil de disolver (muy bajo pH o baja T) disolución por Pprecipita en poros adyacentes

Recristalización de minerales

� Cambio en el tamaño, forma y orientación de los minerales

� Misma composición química básica

� Común en carbonatos biogénicos (aragonita a calcita)

� También en partes duras silíceas (ópalo a Qz microcristalino)

Sustitución Mineral

� Sustitución de un grano mineral por otro de diferente composición

� Ocurre tanto en granos minerales como bioclastos

� Piritización

� Feldespatos:� Minerales detríticos comunes� Alteración a minerales arcillosos durante la diagénesis (Pg-Ca

más que las Pg-Na; Fd-K más resistentes)

� Silicificación en Rocas Carbonáticas:� ≠ química entre bioclasto carbonático y roca � Aguas intersticiales ricas en sílice� Reemplazo parcial o total

Efectos de la Diagénesis

� Litificación de la roca

� Reducción de porosidad y permeabilidad

¡No son lo mismo!

Diagénesis de Sedimentos Detríticos

� Etapa temprana caracterizada principalmente por compactación por enterramiento

� Aumento de P litostática desaloja agua intersticial y reduce porosidad

� Poca cementación temprana� Excepciones:

� precipitación de calcita en playas gravillosas� “hardgrounds” carbonáticos en suelos marinos de

baja sedimentación

� Cementación tardía común

� Minerales autigénicos: Qz, Calcita y minerales arcillosos

� Cemento carbonático en areniscas y conglomerados de ambiente marino (esparítico y poiquilotópico)

� Cemento silíceo en areniscas cuarzosas de ambientes continentales (sobrecrecimiento)

� Alteración de fragmentos volcánicos en arenas provoca formación de arcillas

� Cementación temprana (rara) por precipitación directa a partir de aguas intersticiales

� Cementación tardía por recristalización de otros minerales arcillosos

� Arenas: � Porosidad varía de un 35%-40% a un 15%-

20%

� Pérdida gradual de agua (cementación > compactación)

� N°de contactos entre granos aumenta con la profundidad de enterramiento

� Contactos tangenciales curvos suturados

� Deformación plástica y cataclasis de granos minerales “débiles” (micas) o clastos pelíticos por P de granos “fuertes” (Qz)

� Depósito reduce V en 10%

� 3 etapas diagenéticas

� 1) Redoxomórfica:� inicio compactación y expulsión de fluidos� Óxido-red (mo y Fe, S, O2)

� 2) Locomórfica:� Inicio cementación� 2 fenómenos (fluidos; sin y con intervención de clastos)

� 3) Filomórfica:� Progresión diagénesis a metamorfismo� Porosidad primaria desaparece

� Disolución por Presión� Areniscas y Conglomerados� P litostática concentrada en

contactos inter - granos (concentración de esfuerzos)

� Difusión de agua con material del contacto disuelto

� Reprecipitación en superficies de clastos libres

� Formación de clastosentrelazados

� Litificación temprana

� Arcillas:

� Porosidad varía de un 50%-80% a un 15%-20%

� Disminuye en función de la profundidad de enterramiento según P = p (e-bx)

� Pérdida inicial por compactación

� Luego se acompaña de deshidratación y cementación

� Depósito disminuye V en 30%

� Cambios mineralógicos determinados por la composición química y la T alcanzada durante la diagénesis(caolinita y esmectita a illita) - ICI

� Alto contenido de moen pelitas marinas

� Niveles: oxidante

reductor

fermentación

bacteriana

� Compactación Diferencial � Cambio lateral en sedimentos produce que una

parte de la pila sedimentaria se compacte menos que el resto

� Fenómeno de escala variable

Diagénesis de Sedimentos Carbonáticos� Sedimentos carbonáticos: Ar y Ca (alto y bajo Mg)� Sedimentos antiguos: Ca bajo Mg (pueden estar

dolomitizados)

� Sedimentos carbonáticos muy susceptibles a las alteraciones diagenéticas

� Cemento carbonático derivado del propio sedimento

Principales alteraciones diagenéticas

� Cementación

� Compactación

� Disolución

� Neomorfismos agradacional y degradacional

� Sustitución

1) Cementación

� Sedimento carbonático recién depositado: porosidad del 70-80%

� Relleno de cavidades por cemento

� Sinsedimentario o post depositacional

Ambiente marino

� Cementación por disolución y precipitación (T) o asociada a actividad biológica

� “Hardgrounds”

Ambiente no marino

� Precipitación por aguas meteóricas cerca de superficie o dentro de una cuenca por fluidos intersticiales en profundidad (ambiente continental)

� Cementación en zona vadosa y freática (desgasificación de aguas)

� Cementación en suelos (rizolitos y calcretas)

Compactación

� Arenas carbonáticas – poca o ninguna compactación

� Sedimentos pelíticos carbonosos – a diferencia de las terrígenas, sufren poca compactación y cementación temprana

Disolución

� Bastante susceptibles a la disolución

� Puede ocurrir disolución cuando hay fluidos pobres en carbonato de calcio

� Compactación mecánica produce estilolitos y bordes de disolución (profundidades de 300 m)

� Superficies de disolución irregulares

� Producidos por disolución por presión

� Acumulación de arcillas, óxidos de Fe y otros componentes insolubles

Neomorfismo

� Reemplazo de minerales por recristalización

� Agradacional: aumento de la cristalinidad con el transcurso del tiempo

� Degradacional: micritización� Crecimiento de algunos cristales a

expensas de otros� Conversión de Ca a Ar

Sustitución

� Más frecuente: dolomitización

� Ocurre durante y después de la sedimentación

� Reducción de V

� Aumento de la porosidad

� También ocurre silicificación y fosfatización