TEMA 2

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

Las rocas sedimentarias se originan mediante los procesos diagenéticos (o diagénesis) que ocurren tras el enterramiento de los sedimentos.

Para clasificar las rocas tenemos en cuenta como se movilizan las partículas que las forman:

- Sólido: No cambian las propiedades de la roca, solo el tamaño. Son las llamadas rocas detríticas, terrígenas, siliciclásticas o clásticas. Son las más abundantes y vienen clasificadas por el tamaño de grano. Según la escala de Wentworth (1922), hecha en base a potencias de 2:

o Conglomerados: > 2 mm

o Arenas: 1/16 mm – 2 mm → Areniscas.

o Lutitas: Dividimos entre limos (1/56 – 1/16 mm) y arcillas (< 1/56 mm) → Limolitas y arcillitas (o pizarras).

En corrientes poco densas, los tamaños gruesos se transportan por arrastre de fondo y los finos en suspensión. En las arcillas es habitual el transporte coloidal.

Para predecir el origen de los sedimentos se usaban curvas granulométricas, a partir del –log2 (ψ)

También se hacen medidas de la esfericidad y la redondez para estimar la dureza de las esquinas. De forma práctica se usan tablas de estimación visual.

- Disolución: Se forman por meteorización, son rocas de origen químico.

o Carbonatos: Precipitación inducida por organismos (bioquímica). Habitualmente de restos inorgánicos, como esqueletos.

o Rocas silíceas: Precipitación inducida por disolución de restos orgánicos, como espiculitas (acúmulos de espículas de esponjas.

o Evaporitas: Por precipitación e iones en disolución. Dentro de este grupo están el yeso y la halita.

- Rocas fosfatadas y organógenas: Estas últimas se forman por acumulación de materia orgánica, como es el caso del petróleo, el carbón o el gas natural.

ROCAS DETRÍTICAS

Distinguimos entre conglomerados, arenas y lutitas:

CONGLOMERADOS

Son rocas detríticas muy gruesas, de tamaño de grano heterométrico y redondez variable según la distancia de transporte.. Los contextos de formación más habituales son los ríos, los abanicos fluviales (aluviales) y los periglaciares (brechas), donde la congelación del agua que se mete en las fisuras rompe la roca. También la podemos encontrar en paleoacantilados, donde es habitual la presencia de litofagas (cantos perforados por

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organismos que se protegen en zonas de alta energía); u originadas por pliegues rotos de slumpings en taludes submarinos que dan lugar a brechas intraformacionales, aunque este caso es menos habitual. Es importante distinguir los conglomerados de los aglomerados volcánicos, donde brecha y matriz son homogéneos.

ARENAS

La clasificación se hace según el porcentaje de matriz fina (Pettijohn, 1957):

- Arenas “limpias”: Menos del 15 % de matriz fina. Hacemos una distinción según la relación entre la concentración de feldespato y de fragmentos de rocas.

o Arenitas arcósicas: Fds > fragmentos rocas. Lo normal es que el feldespato se altere y descomponga si hay presencia de agua. Por tanto, solo las encontraremos en un clima tropical desértico. Su origen será la roca madre de esas zonas.

Arcosa: < 75 % cuarzo.

Subarcos: 75 – 95 % cuarzo.

o Arenitas lutíticas: Fds < fragmentos rocas. Son las arenas comunes.

Subgrauvaca: < 75 % cuarzo.

Protocuarcita: 75 – 95 % cuarzo.

o Ortocuarcita: > 95 % cuarzo. El cuarzo es el mineral más resistente, alterándose solo en climas ecuatoriales donde el pH suele ser muy básico. Los afloramientos de ortocuarcita se deben a varios ciclos de erosión y sedimentación de arenas, donde se destruyen el resto de minerales y queda una arena retrabajada donde el cuarzo es el componente casi exclusivo. En las ortocuarcitas también puede haber metales pesados, muy resistentes.

- Arenas “sucias” o grauvacas: Más del 15 %. Dentro de ellas distinguimos entre arenas feldespáticas (Fds > fragmentos rocas) y litíticas (Fds < fragmentos rocas). En ambos casos, el porcentaje de cuarzo es menor del 75 %. Las grauvacas se distinguen por estar más sucias. Esto es por su origen, asociado a depósitos rápidos generados por turbiditas (todas ellas grauvacas).

LUTITAS

Se concentran en zonas distales de lagos, desembocaduras de ríos, llanuras de inundación o en el interior del mar. Según el tamaño de grano distinguimos entre:

- Limos: Uno de sus orígenes está ligado a los depósitos sedimentarios, denominados loess, ocasionados por el viento del sur que arrastra polvo del desierto. A este fenómeno se le conoce como lluvia de barro. Pueden tener notables espesores.

- Arcillas: No las arrastra el viento (efecto Hjülstrom). Distinguimos entre:

o Heredadas: Generadas por procesos de meteorización, donde hay movilización y resedimentación de las partículas.

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o Neoformación: Se forman por flogulación de geles en suspensión. En este proceso se generan nuevos minerales de arcilla a partir de los minerales en suspensión.

o Transformación (diagénesis): Una vez enterrado el sedimento, el agua reacciona con los minerales de la arcilla y cambia su composición. Este proceso es posterior a la sedimentación.

Normalmente se da una mezcla de las tres.

Algunos tipos de arcillas son las sepiolitas (origen normalmente lacustre, en zonas ricas en magnesio, usadas como arena para gatos y perros), las arcillas negras (presencia materiales orgánicos, indicadoras de petróleo) y arcillas rojas (presencia de hierro, son las de menos velocidad de sedimentación: 1 cm ≈ 100000 años).

ROCAS CARBONATADAS

En este grupo tenemos caliza y dolomía. Ambos pueden ser tanto sedimento como roca, aunque es muy raro ver un sedimento de dolomía.

En la caliza, la mineralización como sedimento suele ser aragonito o calcita magnesiana, mientras que como roca es calcítica.

El mineral que forma las dolomías es la dolomita. La dolomía se forma generalmente a partir de sustituciones diagenéticas de calcio por magnesio. Son por tanto rocas secundarias.

Con el tiempo, las calizas se van dolomitizando. En el precámbrico, los carbonatos que se conservan son siempre dolomías.

CALIZAS

En las calizas tenemos granos heterométricos con matriz fina y, localmente, espacios abiertos o huecos que pueden estar rellenos de aire, agua, cemento o incluso petróleo. Tenemos dos tipos de granos de carbonato:

- Esqueletales: Tenemos a su vez tres filum diferentes:

o Cianobacterias: Organismos asociados en colonias muy simples y primitivos, de carácter oportunista. Son de tamaño submicroscópico y forma fibrosa. Se considera que son las primeras formas de vida. Forman unas estructuras de carbonato cálcico que se preservan muy bien en el registro fósil: los estromatolitos. Las cianobacterias atrapan sedimentos y forman montículos con estructuras laminares. Son las primeras formas fósiles (aunque no son fósiles en sí mismas) y las primeras que aparecen después de las extinciones.

o Reino animal: Tenemos granos de distinto tamaño según la erosión. Las diferentes especies son:

Formaniníferos: Benctónicos (pegados a las rocas, más densos y grandes) y planctónicos (en columnas de agua, más pequeños).

Esponjas: Esqueleto calcáreo.

Corales: Abundantes en arrecifes actuales. Se pueden preservar esqueletos completos. Típicos de climas tropicales.

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Briozoos: Organismos coloniales con formas diversas: esféricas, cilíndricas… Característicos de aguas tropicales.

Serpúlidos: Gusanos marinos. Se alojan en el interior de tubos calcáreos

Bálanidos: También se les conoce como “bellotas de mar”.

Equinodermos: Equinodermos (erizos, forman grandes cristales de calcita) y crinoideos.

o Vegetales (algas): Existen algas verdes y rojas.

Verdes:

Coriáceas: La que forma granos es la especie Halimeda. Su morfología es similar a la de una “microchumbera”, de altura centimétrica o decimétrica. Se encuentra en el fondo del mar y es típica de zonas tropicales.

Dasycladáceas: Especie de bastones con cubierta calcificada. Son escasas en la actualidad.

Rojas: Rodolitos, de forma subesférica o arborescente. Existen en todos los climas y se dan en la actualidad.

- No esqueletales: No tienen conexión directa con los organismos:

o Intraclastos: Son los sedimentos erosionados y vueltos a depositar, todo dentro de los ambientes marinos.

o Oolitos: Esferas de carbonato cálcico con estructuras aciculares.

o Pellets: Esferas de carbonato cálcico de origen fecal.

La micrita es el sedimento fino o barro de carbonato que se encuentra entre los granos. Tenemos dos tipos importantes:

- Ambientes marinos someros: A simple vista y al microscopio óptico parece barro. En microscopio electrónico vemos agujas de aragonito de algas coriáceas de unas tres μm de largo y ½ μm de ancho.

- Ambientes marinos profundos (pelágico): En microscopio electrónico vemos esqueletos de algas cocolitofoides (esféricas).

Diferenciamos entre varios tipos de calizas según la proporción grano-matriz. Para ello usamos la clasificación de Dunham, de 1962, utilizada para distinguir las rocas susceptibles de contener petróleo (grainstone y boundstone):

- Mudstone: < 10 % grano. Flotando en la matriz.

- Wackestone: > 10 % grano. Flotando en la matriz.

- Lime Packstone: Estructura granosportada. Matriz en los huecos.

- Lime Grainstone: Estructura granosportada. Huecos de aire, agua, cemento esparítico, petróleo o gas natural.

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- Lime Boundstone: Facies bioconstruidas. Arrecifes o bioconstrucciones.

DOLOMIAS

No se forman a partir de sedimentos, pero son muy habituales, especialmente conforme nos retrasamos en el tiempo.

Las dolomías conforman paisajes muy espectaculares. Al microscopio recuerda al entramado típico de las rocas ígneas, con cristales romboédricos bien formados.

Considerando que apenas existen dolomías actuales, tenemos dos explicaciones a su origen:

- Cambio de condiciones: No propicio para la formación de dolomías.

- Reemplazamiento de calizas: Hay evidencias de calizas "a medio desplazar" o de "fantasmas" de la estructura caliza original. En otras ocasiones tenemos reemplazamientos miméticos: construcciones fósiles típicas de calizas en paredes de dolomías. Esto demuestra que es el origen natural de la formación de dolomías.

Para que se dé el reemplazamiento necesitamos fluidos ricos en Mg, en este caso agua. Según la situación hablamos de dos tipos de dolomías:

- Singenéticos/Sedimentarios: En el propio contexto de los sedimentos. Reemplaza el sedimento, no la roca.

- Epigegenéticos: Reemplazamientos más tardíos, una vez formada la roca. Este proceso es habitual en líneas de fractura en paredes de caliza por donde circulan fluidos con Mg. En muchos niveles también hay desplazamiento lateral, o masas aisladas de caliza en bloques dolomíticos. El aspecto típico de la dolomita es como manchas que invaden las calizas, el "cáncer de las calizas". Mucho más habitual que las otras, que son casi anecdóticas.

Una característica normal de las dolomías es su porosidad. Sabemos que la densidad de la caliza es de 2.72 g/cm3, mientras que la de la dolomía es 2.86 g/cm3. Las dolomías por tanto ocupan menor volumen, con romboedros que no cierran totalmente el espacio que ocupan de las calizas, sino que dejan huecos entre ellos (porosidad de dolomitización). Tiene gran importancia económica como almacenamiento de petróleo en estos huecos. Con la meteorización, los romboedros se disgregan y se forma arena de romboedros (Sugar dolomite/dolomía azucarada/sucrosic).

El tamaño máximo de un cristal de dolomía está en torno a los 5 cm.

ROCAS EVAPORITICAS

Son sales de elementos alcalinos y alcalinotérreos, especialmente sulfatos, haluros y, en menor medida, carbonatos. Todas ellas se forman por precipitación química a partir de salmueras ricas en esos elementos. A diferencia de las anteriores, no intervienen los organismos, sino que es un proceso puramente químico.

Las evaporizas más comunes entre los sulfatos son el yeso y la anhidrita, mientras que en los haluros, la halita, la carnalita o la silvina

Los contextos habituales de formación de evaporizas son los marinos (por desecación de mares) y lacustres (salinos), típicos de medios tropicales desérticos. Mientras que en el mar hay una secuencia estándar de formación de evaporizas, en los lagos, los quimismos son

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variables, dando lugar a sales diversas, como las de litio o boro (Salt Lake City). En cualquier caso, son mucho más comunes las formaciones evaporíticas en mares.

Formación de evaporitas según la concentracion en aguas:

- Yeso: 4 veces la concentración estándar salina del mar. Lo más frecuente.

- Halita: 12 veces

- Otros haluros de K y Mg: 60 veces, ambientes prácticamente secos.

El yeso es el propio de las condiciones naturales, aunque cuando la temperatura exterior supera los 42º C se forma anhidrita. Tipos de yesos primarios

- Balatino: Microcristalino, generalmente blanco y laminado. Para su formación, primero se alcanza la concentración necesaria en la superficie, formando cristales muy pequeños en la superficie hasta caer al fondo cuando aumentan de tamaño.

- Selenita: Megacristales, de color variable y cristalización individual, verticales u oblicuos. Muy habitual que estén maclados en V, formando empalizadas (*4). El tamaño va de centimétrico a decimétrico, ocasionalmente métrico. Requiere una mayor evaporación. La concentración necesaria alcanza el fondo de la salmuera. El yeso cristaliza directamente en el fondo.

- Lenticular: Lentículas de caras curvas, aislados o interpenetrados, formando rosas del desierto. Tamaño generalmente centiimétrico. Situados en el seno de otros sedimentos no evaporíticos: estromatolíticos, arcilla o arena (rosa del desierto), a partir de aguas intersticiales. Se forma a partir del agua intersticial en el seno de un sedimento, que puede ser arcilla (si está recién depositada tiene la máxima porosidad).

Hay grandes extensiones de evaporizas (salinas gigantes) que se pueden formar por dos posibilidades, ambas relacionadas con mares que se secan:

- Cuencas desecadas: Mares interiores en los que se cierra la comunicación con otras aguas, secándose y precipitando evaporitas. Su estilo de planta (*4) recibe el nombre de "ojo de buey".

- Evaporizas de plataforma: Ligadas a grandes invasiones del mar. Si el nivel del mar baja más tarde pueden quedar zonas anegadas aisladas, dándose el mismo proceso que antes.

Ambos modelos pueden formar las llamadas salinas gigantes.

ROCAS SILICEAS

Los sedimentos silíceos son biogénicos (caparazones, esqueletos…), tienen todos origen bioquímico. Son fundamentalmente de organismos marinos y lacustres:

- Esponjas: Viven en el fondo del mar y se desintegran al morir, liberando espículas silíceas. Pueden tener formas de copa o plato y fueron muy abundantes en el Jurásico Superior. Forman rocas llamadas espiculitas o espongiolitas y pueden ser de origen tanto marino como lacustre.

- Radiolarios: Son organismos pelágicos submicroscópicos, que se acumulan en el fondo del mar y viven en columnas de agua en zonas tropicales. Forman rocas llamadas radiolaritas.

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- Diatomeas: Organismos submicroscópicos que viven en zonas relativamente superficiales marinas. Forman rocas llamadas diatomitas.

* La mineralogía de estos elementos es el ópaloROCAS FOSFATADAS

Se forman por acumulación de fosfatos. El mineral más común es el apatito, concretamente una forma similar, la colofana.

* 4: Distribución típica de zonas ecuatoriales y tropicales, Ocasionada por corrientes de agua en zonas polares, por la mayor densidad de aguas frías:

- En el talud, las aguas frías suelen ascender (Corrientes de Upwelling). Son aguas ricas en nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo. En las zonas de pesca se junta que hay oxígeno y nutrientes. Los pájaros que comen estos peces y depositan el guano más adentro son los responsables de acumulaciones de fosfatos (A) por la deposición de raspas de peces.

- Murcielaguina (B): Excrementos de murciélagos que se alimentan de insectos que tienen fósforo en sus partes duras.

- Fosfatos nodulares (C): Por reemplazamiento de sedimentos de caliza por fosfatos al reaccionar con aguas ricas en nutrientes.

- Si se rompe la estratificación por un aumento de temperatura, se mezclan las aguas y se produce un déficit de oxígeno, provocando la muerte masiva de peces y la acumulación de raspas en el fondo (Bone Beds).

ROCAS ORGANOGENAS

Lo que se acumula como sedimento es material orgánico:

SEDIMENTO CONTEXTO En

terramiento rápido (e

vitar contacto con

oxígeno)

Ba

cterias ana

eróbicas

PROCESOLOCALIZACI

ON

CARBÓNPlantas

superiores

Bordes lagos,

deltas de ríos

Turba (55%: fertilizantes) – Lignito (75%:

centrales térmicas) –

Hulla (85%) – Antracita (+90%)

En las rocas donde se entierra

PETROLEO/ GAS NATURAL

Zooplancton y fitoplancton

microscópico, tanto marino

como lacustre.

Fondo grandes mares o

lagos abiertos

Sapropel - Hidrocarburo

Se escapa a las rocas

almacén, de gran

porosidad. Necesidad de

trampas petrolíferas

*Si el petróleo sale a la superficie se producen asfaltos y betunes naturales.

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DIAGÉNESIS

Es el conjunto de procesos responsables de la transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias. Acontecen una vez que se forma el sedimento, y la inmensa mayoría son post-enterramiento:

ROCAS DETRÍTICAS

Distinguimos entre:

- Gruesas (conglomerados y arenas): El proceso que se da es la cementación, que consiste en una precipitación de sustancias químicas que traban los granos.

- Finas (limos y arcillas): Compactación → Pérdida del 90 % de volumen del sedimento (aire y agua) al compactarse.

CARBONATOS

Tenemos CaCO3 como punto de partida, generalmente marino. Los procesos más significativos son:

- Transformaciones mineralógicas: Sedimentos, normalmente de aragonito (conchas) o calcita magnesiana, se transforman en calcita.

- Cementación: Precipitación de cementos a partir de iones en disolución en el agua. Además de los huecos entre granos, tenemos los que están en el interior de los granos (conchas), huecos intercristalinos, porosidad de disolución (agua de lluvia disuelve aragonito, dejando huecos), poros de crecimiento (huecos entre ramas de corales)… Clasificamos los cementos en:

o Sinsedimentarios (singenéticos): Se produce directamente en el fondo del mar. Por ello, su mineralogía es de aragonito (fibroso) o calcita magnesiana (micrítico). Ambos son típicos de arrecifes.

o Tardíos o epigenéticos (post-sedimentarios): Por circulación de agua posteriormente. Todos son de calcita. Al ser originados por agua tenemos que considerar dos posibilidades (*4):

Zona de infiltración o vadosa: Zona que queda por encima del acuífero de la zona de saturación permanente. Los cementos típicos son el estalactítico (el agua filtra en la base de los granos, formando microestalactitas) y el menisco (en los pequeños espacios entre contactos de granos).

Zona de saturación: Entre el nivel impermeable y la zona vadosa. Forma acuíferos. Los cementos típicos son el mosaico (entre límites de cristales irregulares) y el sintaxial, más excepcional, típico de calizas con crinoides. Puede pasar que los artejos de los crinoides vayan depositando en el fondo del mar, formando una especie de “mosaico” de monocristales. El cemento sintaxial cristaliza en la misma dirección óptica que éstos, “recreciéndolos”, dando rocas de gran cristalinidad.

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- Reemplazamiento: Dos tipos.

o Sustitución de parte del calcio por magnesio, formando dolomías.

o Sustitución de parte del CaCO3 por SiO2, formando sílex (o pedernal/flinstone/chert). En el campo encontramos nódulos irregulares de sílex en el seno de calizas, alineados en el plano de estratificación de éstas (*4). Al microscopio vemos calizas porosas, cuyos huecos tienen forma de bastones dobles o triples (espículas de esponjas) o esféricos (radiolarios). Estos elementos se disuelven y la sílice migra a los planos de estratificación de la caliza.

EVAPORITAS (YESO)

El punto de partida es el yeso primario, en cualquiera de sus tres formas. Este yeso se entierra y, una vez superado cierto umbral, se transforma en anhidrita. Cuando ésta se exhuma (por erosión, levantamiento tectónico…) se vuelve a transformar en yeso, aunque ahora secundario, de distinto aspecto. Los tipos de yeso secundario son el alabastro, el fibroso y el especular (también llamado especuladita, laminado, espejo de asno o espejuelo).

Cuando el yeso se entierra y se exhuma, aumenta un 63 % su volumen, esto es por:

100 vol. Anhidr + 78 vol. Agua → 163 vol. Yeso sec.

El excedente de 63 vol. Suele ir destinado a grandes espacios subterráneos (cuevas).

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