Procesos diagenéticos en rocas sedimentarias: Factores, etapas y efectos

1. Importancia de las ceolitas en la interpretación diagenética de rocas sedimentarias

Las ceolitas son minerales clave en la interpretación de la diagénesis de las rocas sedimentarias. Aunque la laumontita se ha considerado un mineral de alta temperatura de formación (300 °C), también puede encontrarse como cemento o reemplazamiento en areniscas cuyas temperaturas diagenéticas no han superado los 50 °C. Esto se debe a que, además de la temperatura y la presión, otros factores controlan su formación, como:

• Composición original de las rocas.
• Permeabilidad.
• Velocidad de reacción y cinética de la nucleación.
• Actividad del Na, Ca, K y SiO₂ en los fluidos de los poros.
• Presión parcial de CO₂.
• pH.
• Salinidad.

La arenisca tobácea es susceptible a la neoformación de laumontita, pero esta también puede formarse en arcosas marinas en ausencia de detritos volcanogénicos. Las ceolitas pueden formarse en etapas muy tempranas de la diagénesis como resultado de la transformación de vidrios volcánicos y feldespatos. Esto contribuye a la destrucción de la porosidad inicial de las areniscas tobáceas, ya que, al ser reacciones de hidratación, las ceolitas ocupan un volumen mayor que los reactantes.

2. Tamización salina: Efectos y características del depósito

La tamización salina es un proceso diagenético que ocurre en ciertos depósitos sedimentarios. A continuación, se describen sus efectos y las características necesarias para que se produzca:

a. Efectos de la tamización salina

A cierta profundidad, la lutita se compacta de tal manera que las rendijas se estrechan y no permiten la libre circulación de fluidos. En consecuencia, se selecciona la salida de los iones. Primero salen fácilmente los iones de una carga (+), luego con dificultad los iones de dos cargas (++). El desequilibrio selectivo se compensa con la entrada de H⁺, lo que produce un cambio en el pH. Este fenómeno permite explicar la alta salinidad en determinados niveles de arenisca limitados por lutita. También la cementación de calcita en areniscas, por debajo de niveles de arcilla, se debe precisamente a la tamización salina.

b. Características del depósito

Debe ser un depósito de arenas, donde intervienen no solamente sus granos, sino también los fluidos expelidos en la compactación de las lutitas adyacentes. Estos fluidos son causantes de muchos procesos diagenéticos que afectan a las areniscas suprayacentes, como la tamización salina.

3. Fuente de sílice para el cemento de una arcosa

Las fuentes de sílice para el cemento de una arcosa son:

• Diagénesis de minerales de arcilla.
• Reemplazamiento de silicatos por carbonatos y alteración de feldespatos.
• Disolución por presión.

4. Formación de micrita, microesparita y esparita

La micrita, microesparita y esparita se forman principalmente por neomorfismo:

• Micrita: Se forma por transformación polimórfica (inversión), en la que un mineral es sustituido por su polimorfo. De esta forma, el fango aragonítico se transforma en micrita (mosaico de calcita). Fango aragonítico → Mosaico de calcita (Micrita).

• Microesparita: Se forma por recristalización, que es un cambio en la cristalinidad sin variación en la composición mineralógica de un determinado espécimen. Fango calcáreo (micrita) → Microesparita.

• Esparita: Se forma también por recristalización.

5. Grauvaquización: Procesos y definición

La grauvaquización es el conjunto de procesos de transformación de arenitas en grauvacas, debido a la formación de un cemento filosilicático durante la diagénesis. Es una consecuencia de la inestabilidad de los componentes detríticos.

Los procesos que conducen a la grauvaquización son:

1. La alteración diagenética o deformación de fragmentos de rocas volcánicas que originan una epimatriz y de rocas metamórficas originando una pseudomatriz.
2. Autigénesis de minerales de arcilla que forman un cemento filosilicático (pore lining y pore filling).
3. Cristalización del chert intercreciendo entre la pseudomatriz y el cemento filosilicático.

6. Diagénesis y su relación con el ambiente de sedimentación

En el caso de las areniscas, se puede relacionar el tipo de cemento con el ambiente deposicional. En ambientes paralíticos, cementos de: anhidrita, calcita, dolomita ferrosa, albita, analcima y baritinacelestina. En depósitos fluviales, los principales minerales cementantes son feldespato-K y dolomita. En depósitos de estuarios, cementos de clorita y vermiculita. Los cementos de SiO₂ y de illita se desarrollan por igual en todos los ambientes. En ambientes marinos y evaporíticos, los cementos típicos son: la clorita más temprana, analcima y albita. Cementos característicos de agua dulce pueden considerarse a la caolinita, sudoíta (clorita dioctaédrica) y feldespato-K.

7. Grauvaquización de una arenita arcósica

En una arenita arcósica carente de matriz, inicialmente se tendrían: Feldespato-K, Plagioclasa, Cuarzo y Biotita. Estos minerales se alterarían originando una epimatriz (Feldespato-K a illita; Plagioclasa a caolinita). Posteriormente, se origina la pseudomatriz generada a partir de los granos originales deformados.

8. Fenómenos característicos de la grauvaquización y sus efectos

Los fenómenos más característicos de la grauvaquización son:

• La alteración diagenética o deformación de fragmentos de rocas volcánicas que originan una epimatriz y de rocas metamórficas originando una pseudomatriz.
• La autigénesis de minerales de arcilla que forman un cemento filosilicático (pore lining y pore filling).
• La cristalización de chert intercreciendo entre la pseudomatriz y el cemento filosilicático.

Los efectos más importantes de la grauvaquización son: una reducción importante de la porosidad y de la permeabilidad, y una alteración drástica de la textura y composición.

9. Estadios diagenéticos de Fairbridge (1967)

Sindiagénesis

• Asentamiento de los clastos en el fondo.
• Expulsión de aguas muy lentamente.
• Aguas intersticiales modificadas químicamente por organismos (bacterias).

Anadiagénesis

• Se lleva a cabo la litificación de los sedimentos.
• Reducción de la porosidad.
• Expulsión progresiva de H₂O intersticial.

Epidiagénesis

• Se produce la reincorporación y percolación de aguas meteóricas.
• Oxidación intensa.
• Mineralizaciones autigénicas.

10. Compactación química

La compactación química es un tipo de compactación que ocurre a profundidades mayores, donde los procesos químicos se incrementan. Se manifiesta por presión-disolución: granos suturados, estilolitos y películas de materiales insolubles. Los contactos suturados de grano con grano se desarrollan preferentemente en los grainstones. Los estilolitos se forman fundamentalmente en mudstone y wackestone. Las películas de residuos insolubles en margas.

11. Generación de porosidad secundaria

La porosidad secundaria se genera en los siguientes casos:

• Debido al flujo de las aguas meteóricas (ácidas) subsaturadas, durante la diagénesis temprana.
• Por la acidificación de las aguas intersticiales debido a la descarboxilación (maduración del kerógeno) de la materia orgánica, durante la maduración de esta en los estratos pelíticos adyacentes.
• Por la reacción de los minerales de arcilla. La transformación de caolinita en illita libera protones, rebajando el pH y disuelve el feldespato-K que suministra el K⁺.

12. Definiciones

• Recristalización: Es un cambio en la cristalinidad sin variación en la mineralogía de un determinado espécimen. La recristalización procede mayoritariamente de la disolución de un precursor y la subsiguiente precipitación del compuesto resultante.

• Epidiagénesis: Es uno de los estadios diagenéticos de Fairbridge (1967). Es una fase emergente post-diastrófica; en ella se produce la reincorporación y percolación de aguas meteóricas, que ocasionan una intensa oxidación y mineralizaciones autigénicas características de esta zona. La epidiagénesis puede llegar hasta los 500 m de profundidad y su duración es casi ilimitada (hasta su erosión).

• Pseudomatriz: Es una de las variedades de matriz reconocidas por Dickinson (1970) respecto a la grauvaquización. Es la matriz que se genera a partir de los granos originales deformados.

13. Procesos diagenéticos que contribuyen o desfavorecen la porosidad secundaria

Contribuyen a la porosidad secundaria:

• El flujo de las aguas meteóricas (ácidas) subsaturadas, durante la diagénesis temprana, particularmente en areniscas deltaicas y fluviales.
• La acidificación de las aguas intersticiales debido a la descarboxilación (maduración del kerógeno) de la materia orgánica, durante la maduración de esta en los estratos pelíticos adyacentes.
• La reacción de los minerales de arcilla. La transformación de caolinita en illita libera protones, rebajando el pH y disuelve el feldespato-K que suministra el K⁺.

Desfavorecen la porosidad secundaria:

• La grauvaquización, que genera una reducción importante de la porosidad.
• La compactación, que reduce el volumen de los poros.

14. Procesos diagenéticos en areniscas tobáceas

La arenisca tobácea es particularmente susceptible a la neoformación de laumontita. Esto contribuye a la destrucción de la porosidad inicial de las areniscas tobáceas, ya que, por ser reacciones de hidratación, las ceolitas ocupan un volumen mayor que los reactantes.