PROPIEDADES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

(1)

Departamento de Geología (Petrología y Geoquímica). Universidad de Oviedo. - 17 -

PROPIEDADES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

• COMPOSICIÓN QUÍMICA

ELEMENTOS QUÍMICOS

COMPONENTES

MINERALES

- COMPOSICIÓN

COMPONENTES

• CARACTERÍSTICAS

PETROGRÁFICOS

PETROGRÁFICAS

- TEXTURA

(LITOLOGÍA)

MODELOS (=

TIPOS)

- POROSIDAD

ELEMENTOS:

tamaño, forma...

• OTRAS CARACTERÍSTICAS DE

- GEOMETRÍA

LOS CUERPOS ROCOSOS

- ESTRATIFICACIÓN

- ESTRUCTURAS

- FÓSILES

• PROPIEDADES FÍSICAS

- COLOR

- DENSIDAD / POROSIDAD

- DUREZA / RESISTENCIA

...

(PASADO)

(PRESENTE)

(FUTURO)

explicar

Î

Roca madre

Î

Meteorización

Î

Transporte

Î

Sedimentación

Î

Diagénesis

observar

determinar

PETROGRAFÍA

predecir

Î

Ambiente

Î

Procesos

Î

Durabilidad

SEDIMENTOLOGÍA PETROLOGÍA APLICADA

PROPIEDADES

DE LAS

ROCAS

PROCESOS FORMADORES

⇒ GÉNESIS

COMPORTAMIENTO

(2)

COMPOSICIÓN QUÍMICA

♦

Relación con la MINERALOGÍA

ELEMENTOS MAYORES

Rocas:

(% en peso)

SiO

2

Al

2

O

3

Fe

X

O

Y

CaO MgO Na

2

O K

2

O CO

2

H

2

O

- de la corteza

60% 16%

7%

4%

3%

2,5%

-

- sed. continentales

50% 13%

6%

12%

3%

1,5%

2%

8%

3%

- sed. oceánicas

40% 11% 5,5% 17%

3%

1%

2%

13%

5%

Destacar: Ca

↑

, H

2

O

↑

, CO

2

↑

, C

↑

, S

↑

; K > Na, Fe

3+

> Fe

2+

ELEMENTOS MENORES-TRAZAS

B, V, Sr, Mn ....

ISÓTOPOS ESTABLES

C

13

, O

18

, S

34

....

POR TIPOS DE ROCAS SEDIMENTARIAS:

ELEMENTOS MAYORES

ELEMENTOS MENORES

ARENISCAS

SiO

2

Zr, tierras raras

LUTITAS

Todos

V, Co, Cr, Ni, Ba ...

CALIZAS

CO

3

Ca (Mg)

Sr, Mn

TÉCNICAS DE ESTUDIO

MUESTRA

ANÁLISIS

• Fluorescencia de rayos X (XRF)

• Espectroscopía de emisión (OES)

• Espec. de absorción atómica (AAS)

*

• Plasma acoplado de inducción (ICP)

*

• Cromatografía iónica (IC)

*

• Espectrometría de masas (MS)

*

• Microscopio + análisis (SEM-EDX)

• Microsonda electrónica (EPMA)

*

análisis cuantitativos

(QUÍMICA; GEOQUÍMICA: Browlow, Krauskopf)

Bibliografía: MINGARRO Y ORDONEZ (370-380); PETTIJOHN (106-114)

Interés:

en el estudio

de ambientes

sedimentarios

RANOV & YAROSHESKY

elementos

“in situ”

cationes

aniones

isótopos

elementos

en solución

sólida

(3)

COMPOSICIÓN MINERAL

en el conjunto de las rocas:

VARIACIÓN

♦

Nº de minerales

en cada tipo de roca:

POCA VARIACIÓN

Diferenciación Sedimentaria

GRUESOS MEDIOS FINOS Pdo. ORGAN. Pdo. INORG.

ROCA ÍGNEA

Frg. Roca Cuarzo Arcillas Carbonatos Yesos

R. SEDIMENTARIA

♦

Minerales:

±

estables

±

inertes

⇐

en Rocas Detríticas

⇒

escala de estabilidad mineral GOLDICH (1938)

Minerales en equilibrio químico

⇐

en Rocas Químicas

COMPONENTES MINERALES

¾

CUARZO

→

mono - policristalino, plutónico, volcánico....

20 - 40 %

¾

CHERT = SILEX

→

cuarzo policristalino (<4

µ

m)

1 - 5 %

¾

FELDESPATOS

: microclina, ortosa, plagioclasa

5 -15 %

¾

MICAS

: moscovita > biotita, clorita...

5 -10 %

¾

ARCILLAS

: caolinita, montmorillonita, illita, glauconita...

10 -15 %

¾

CARBONATOS

: calcita, dolomita...

10 -20 %

¾

SULFATOS

: yeso, anhidrita...

; SALES:

halita...

¾

MINERALES ACCESORIOS = PESADOS

(densidad > 2,9)

< 1 %

-

ultraestables: circón, turmalina, rutilo

FRAGMENTOS DE ROCA

→

(componente poliminerálico)

3 -15 %

COMPONENTES AMORFOS

:

óxidos de Fe; materia orgánica;

vidrios, compuestos de Si0

2

:

ópalo, calcedonia

TÉCNICAS DE ESTUDIO

• Difracción de rayos X (DRX)

• Microscopía óptica polarización (MOP)

→

Tinciones

• Análisis mecánico: Minerales pesados

(MINERALOGÍA)

Bib: CORRALES et al. (205-225); FOLK (62-99); MINGARRO y ORDOÑEZ (360-370);

PETTIJOHN (115-166)

MADUREZ MINERALÓGICA

Minerales inestables

→

Minerales estables

(4)

COMPONENTES PETROGRÁFICOS

Constituyentes elementales que confieren a las

rocas sedimentarias sus texturas características.

COMPONENTES PETROGRÁFICOS

Æ

f (tipo de textura

⇐

génesis)

a) en TEXTURA DETRÍTICA:

areniscas, calizas…

SILÍCEOS

- ARMAZÓN

GRANOS = CLASTOS

CARBONATADOS

(

⊃

bioclastos)

- FASE INTERSTICIAL

FINOS: MATRIZ

= FASE DE UNIÓN

CEMENTO

(Pdo.)

- Cristales dispersos

sobreimpuestos

CRISTALES AUTÍGENOS

ORIGEN

DEPOSICIONAL

DIAGENÉTICO

b) en TEXTURA BIOCONSTRUIDA:

calizas arrecifales…

- ARMAZÓN

ESTRUCTURA ORGÁNICA

±

MATRIZ,

±

CEMENTO,

±

CRIST. AUTÍGENO

DEPOSICIONAL

c) en TEXTURA CRISTALINA:

calizas, evaporitas…

- CRISTALES

formando un mosaico continuo

CRISTALES

DEPOSICIONAL

_DIAGENÉTICO

¾

RELACIÓN CON LA MINERALOGÍA

INFORMAN DE

Æ

en rocas detríticas siliciclásticas

CLASTOS: fragmentos de roca, cuarzo, feldespato

MATRIZ: arcillas, (cuarzo, feldespatos.

→

tamaño limo)

CEMENTO: sílice, carbonatos, óxidos de Fe...

ROCA MADRE

AMBIENTE

SEDIMENTARIO

TÉCNICAS DE ESTUDIO

• Microscopía óptica de polarización (MOP)

• Microscopía electrónica de barrido (MEB / SEM)

(5)

TEXTURA

Distribución de los componentes en la roca:

sus relaciones de tamaño, forma, orden...

♦

Variabilidad

♦

Significado genético

MODELOS = TIPOS TEXTURALES

Æ

f (componentes petrográficos)

¾

TEXTURA DETRÍTICA = CLÁSTICA

- armazón:

→

GRANOS (clastos, aloquímicos)

- espacios

intergranulares:

→

MATRIZ, CEMENTO, POROS

soporte de granos soporte de lodo

TEXTURAS

GRANUDAS

LODOSAS

(ej: areniscas,

(ej: lutitas,

calizas)

GRANOS + GRANOS +

MATRIZ + MATRIZ

calizas)

CEMENTO MATRIZ

GRANOS

¾

TEXTURA CRISTALINA

- mosaico de cristales

(sin fase de unión)

TEXTURA

SECUENCIAL

GRANOBLÁSTICA

(ej: evaporitas)

(ej: calizas cristalinas)

¾

TEXTURA BIOCONSTRUIDA

(= ORGÁNICA)

- estructuras orgánicas:

→

organismos con esqueleto

→

organismos incrustantes

→

organismos que atrapan

(6)

TEXTURA

ELEMENTOS TEXTURALES

Æ

f (tipo de textura)

a)

en TEXTURAS CLÁSTICAS:

¾

TAMAÑO DEL GRANO:

media / moda

calibrado = selección...

¾

FORMA DE GRANO:

esfericidad

redondez

¾

CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES

¾

EMPAQUETAMIENTO

b)

en TEXTURAS CRISTALINAS:

¾

TAMAÑO DE CRISTAL:

media / moda; equi / heterogranular

¾

FORMA DE CRISTAL:

hábito; idiomorfismo

¾

BORDES Y CONTACTOS ENTRE CRISTALES

c)

en AMBAS TEXTURAS:

→

distribución de los componentes y elementos en el espacio

¾

HOMOGENEIDAD

→

agrupación (depende de la escala)

¾

ISOTROPÍA

→

orientación (en relación con la forma)

TÉCNICAS DE ESTUDIO

- en relación con el MODELO DE TEXTURA:

• Microscopía óptica de polarización (MOP)

• Microscopía electrónica de barrido (MEB / SEM)

- en relación con los ELEMENTOS TEXTURALES:

• Microscopía (MOP)

Granulometrías (cartas visuales, tamizaje...) ⇐ Tamaño

• Análisis mecánico

Morfometrías (cartas visuales...)

⇐ Forma

Bibliografía: CORRALES et al. (63-95); MINGARRO y ORDOÑEZ (195-274); FOLK (3-14);

PETTIJOHN (14-105)

MADUREZ TEXTURAL

Pérdida de matriz

→

Calibrado de los granos

→

Redondez

–

+

baja REDONDEZ alta

ba

(7)

POROSIDAD

Conjunto de los espacios vacíos contenidos en la roca

ROCAS

·

fases minerales

→

fases sólidas

·

espacios vacíos

→

fases fluidas

VACÍOS

·

es un componente:

VOLUMEN

·

tiene una textura:

CONFIGURACIÓN

♦

Complejidad

♦

Interés

MODELOS = TIPOS DE CONFIGURACIÓN DE VACÍOS

¾

SISTEMA POROSO

⇐

en TEX. CLÁSTICAS

-

con poros + acceso de poro

• porosidad ↑

• comunicación ↑↓

¾

RED DE FISURAS

⇐ en TEX. CRISTALINAS

-

con fisuras (planares)

• porosidad ↓

• comunicación ↑

ELEMENTOS DE LA POROSIDAD

¾

VOLUMEN DE VACÍOS

⇒

POROSIDAD (%)

¾

TAMAÑO Y FORMA

⇒

TIPOS DE POROS / FISURAS

¾

GRADO DE COMUNICACIÓN

¾

DISTRIBUCIÓN:

HOMOGENEIDAD, ISOTROPÍA

TÉCNICAS DE ESTUDIO

MÉTODOS DIRECTOS

(Observación)

• Simple vista

• Microscopía óptica (MOP)

• Microscopía electrónica

TÉCNICAS INDIRECTAS

(Cuantificación)

• Pesada hidrostática

• Inyección de Hg

⇐

Volumen

• Inyección de Hg

• Absorción de N

2

⇐

Tamaño

(8)

ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS

Variación sistemática de componentes o elementos texturales

♦

Escala mayor que la TEXTURA

♦

Significado genético

¾

GEOMETRÍA

→

tamaño y forma del cuerpo rocoso

¾

ESTRATIFICACIÓN

→

tamaño, forma y sucesión de estratos: cambios de facies

→ relación entre estratos: acuñamiento, truncación…

PRIMARIAS (= SINGENÉTICAS)

--

en el interior del estrato:

¾

EST. MASIVA

¾

EST. CRUZADA

¾

BIOESTRATIFICACIÓN

¾

IMBRICACIÓN DE CANTOS

¾

EST. LAMINADA

¾

EST. GRADADA

¾

BIOTURBACIÓN

¾

CAVIDADES EN CALIZAS:

--

en la superficie del estrato:

¾

MARCA:

corriente,objetos

¾

RIPPLE

(

⇒

est. cruzada)

¾

GRIETA DESECACIÓN

¾

TRAZAS FÓSILES

SECUNDARIAS = DIAGENÉTICAS

--

procesos mecánicos (deformación en sedimentos no consolidados):

¾

DESLIZAMIENTO

¾

MARCA DE CARGA

--

procesos químicos:

¾

NÓDULO / CONCRECIÓN

¾

BANDAS (LIESEGANG)

¾

ESTRUCTURA ENTEROLÍTICA

¾

CAVIDAD / GEODA

¾

ESTILOLITO

¾

VETA / DIACLASA

Bibliografía: CORRALES et al. (105-204); PETTIJOHN (167-234); TUCKER (19-37);

BLATT (50-64); GREENSMITH (14-36); MINGARRO y ORDOÑEZ (285-354)

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-PROPIEDADES FÍSICAS

♦

Relación con la PETROGRAFÍA

♦

Interés aplicado

-- Elementales:

¾

COLOR

→

f (composición: Fe

2+/3+

_{, materia orgánica…)}

¾

DENSIDAD / POROSIDAD

→

f (textura >> composición)

-- Comportamiento frente a fluidos:

¾

ABSORCIÓN DE AGUA

¾

EVAPORACIÓN

→

f (textura: tamaño y forma de vacíos)

¾

PERMEABILIDAD

¾

HINCHAMIENTO

→

f (composición: arcillas)

-- Propiedades mecánicas:

¾

DUREZA AL RAYADO, A LA PENETRACIÓN...

¾

RESISTENCIA A LA ABRASIÓN, AL CHOQUE...

¾

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN, A LA TRACCIÓN...

-- Propiedades dinámicas:

¾

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE ONDAS

-- Propiedades térmicas:

¾

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

¾

EXPANSIÓN TÉRMICA

TÉCNICAS DE ESTUDIO

• Normas de ensayo: UNE-EN, ASTM, ISRM, RILEM...

(10)

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