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www.ingenieriageofisica.com UNMSM/IRD INTRODUCCIÓN A LA ESTRATIGRAFÍA SECUENCIAL Texto del curso dictado en abril-mayo del 2008 en el IRD de Lima por René Marocco IRD 20/01/2009 La finalidad del curso es presentar los conceptos básicos de la Estratigrafía Secuencial a personas no vertidas en este mé...

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UNMSM/IRD

INTRODUCCIÓN A LA ESTRATIGRAFÍA SECUENCIAL Texto del curso dictado en abril-mayo del 2008 en el IRD de Lima por René Marocco IRD 20/01/2009

La finalidad del curso es presentar los conceptos básicos de la Estratigrafía Secuencial a personas no vertidas en este método, para que puedan leer, sin mayor problema de conceptos teóricos y de vocabulario, publicaciones especializadas.

Curso dictado en el IRD de Lima en Mayo del 2008

CONTENIDO

Tema

página

Contenido……………………………………………………………………………………………….

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Nota liminar……………………………………………………………………………………………

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Introducción…………………………………………………………………………………………..

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1- Los cambios de nivel de base. Transgresión y regresión……………………. • 1.1. Fluctuaciones del nivel de base…………………………………………….. • 1.2. Transgresiones y regresiones…………………………………………………

8 9 10

2- Las terminaciones estratales y los principales tipos de superficies en estratigrafía secuencial………………………………………………………………………… • 2.1 Los tipos de terminaciones estratales…………………………………….. • 2.2. Las superficies en estratigrafía secuencial……………………………

15 15 15

3- Los cortejos sedimentarios o Cortejos de sistemas (systems tracts)… • 3.1. Cortejo de bajo nivel (lowstand systems tract)……………………… • 3.2. Cortejo transgresivo (transgressive systems tract)………………… • 3.3. Cortejo de alto nivel (High systems tract)……………………………… • 3.4. Cortejo de caída del nivel de base (Falling stage systems tract) • 3.5 Cortejo regresivo (Regressive systems tract)………………………….

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4- Los modelos de secuencias………………………………………………………………… • 4.1. La secuencia de depósito………………………………………………………… • 4.2. La secuencia genética………………………………………………………………… • 4.3. La secuencia transgresiva-regresiva…………………………………………… • 4.4. Las parasecuencias…………………………………………………………………

35 36 37 37 37

5- Conclusiones………………………………………………………………………………………….. 41 Bibliografía……………………………………………………………………………………………….. 42

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NOTA LIMINAR

Desde los años 90 la estratigrafía secuencial se ha vuelto una herramienta indispensable para todo estudio litoestratigráfico cuya finalidad es reconstruir la evolución de una cuenca sedimentaria: determinación de la extensión espacial de los cuerpos sedimentarios principales, previsión de la arquitectura del relleno sedimentario a partir de observaciones de campo puntuales y de documentos de subsuelo, determinación de los fenómenos responsables del control de la sedimentación (eustatismo, tectónica, clima, etc.). Los problemas mayores encontrados por los no especialistas que tratan de analizar una serie sedimentaria en términos de estratigrafía secuencial vienen del vocabulario y de las nociones de relación entre fluctuación del nivel del mar-tasa de sedimentaciónmigración de la costa. Si uno no ha estudiado los aspectos teóricos de la estratigrafía secuencial tendrá dificultad por entender porque podemos tener una sedimentación progradante (es decir “regresiva”) mientras se produce un levantamiento del nivel del mar (caso de una regresión normal). También el no especialista puede tener problemas en el manejo de los nombres de los diferentes cortejos sedimentarios (systems tracts).

una introducción a esta disciplina para que los geólogos interesados en leer textos tratando de series sedimentarias analizadas secuencialmente, lo puedan hacer sin tener necesariamente un conocimiento teórico completo del tema. Esta “Introducción a la Estratigrafía Secuencial” se inspiró principalmente de las publicaciones de O. Catuneanu cuyas referencias podrán encontrar en la bibliografía que daremos al final del texto. Finalmente, debo indicar que este texto utiliza muchas ilustraciones extraídas de libros publicados y para las cuales no pedí autorizaciones de reproducción a las editoras; por esta razón, este texto es de uso exclusivamente interno a los estudiantes en Geología que llevaron el curso “Introducción a la Estratigrafía Secuencial” que dicté en abril-mayo del 2008 en el auditórium de la representación del IRD en el Perú. Se les ruega tener mucho cuidado en la eventual reproducción y utilización de esta introducción a la estratigrafía secuencial.

El texto que sigue debe ser considerado, no como un tratado de Estratigrafía Secuencial, pero simplemente como www.ingenieriageofisica.com

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INTRODUCCIÓN Definición de la Estratigrafía Secuencial La definición de la Estratigrafía Secuencial que ha dado O. Catuneanu en su artículo publicado en 2002 (ver “Bibliografía”) me parece excelente; es la que usaremos para redactar esta introducción. La estratigrafía secuencial es el paradigma más reciente y, tal vez, el más revolucionario en geología sedimentaria. Ha renovado los métodos del análisis estratigráfico. A la diferencia de los otros tipos más convencionales de análisis estratigráficos, tales como la bioestratigrafía, la litoestratigrafía o la magneto- estratigrafía que consisten esencialmente en la colección de datos, la estratigrafía secuencial se construye tomando en cuenta: •

La reconstrucción de los parámetros de controles alógenos al momento de la sedimentación y,

•

La predicción de las arquitecturas de facies en las zonas no todavía estudiadas.

El primer aspecto suscitó (y sigue suscitando) un gran debate entre los partidarios del control eustático vs los del control tectónico de la sedimentación. El segundo aspecto proporciona a la industria petrolera una excelente herramienta de correlación para la exploración y el análisis de las cuencas. Sin embargo, esto no quiere decir que la estratigrafía secuencial es el triunfo de la interpretación sobre los datos, o que la estratigrafía secuencial se ha desarrollado independientemente de las otras disciplinas de la geología. De hecho, la estratigrafía secuencial se construye a partir de los datos existentes; ella necesita un buen conocimiento de la sedimentología y del análisis de las facies. La estratigrafía secuencial establece las relaciones entre la sedimentología, el análisis de las cuencas y los diferentes tipos de análisis estratigráficos convencionales.

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Aspectos históricos La estratigrafía secuencial es a menudo considerada como una mera extensión de la estratigrafía sísmica de los años 70. Sin embargo, ya a principios del Siglo XX, ciertos autores escribieron sobre las relaciones existentes entre sedimentación, discontinuidades y variación del nivel de base - que son la base de la estratigrafía secuencial (Grabau, 1913; Barrel, 1917; Sloss et al., 1949; Sloss, 1962; etc.). El término de “secuencia”, también básico en estratigrafía secuencial, fue introducido por Sloss et al. (1949) para definir una unidad estratigráfica limitada por dos discontinuidades subaéreas. Sloss subrayó la importancia de estas discontinuidades y subrayó también la importancia de la tectónica en su génesis, ignorada por los partidarios de la estratigrafía sísmica. La estratigrafía sísmica, cuando apareció en los años 1970 (Vail, 1975 ; Vail et al, 1977), provocó una revolución en la estratigrafía. Conjuntamente con el concepto de estratigrafía sísmica se publicó la carta de los ciclos globales (Vail et al., 1977), basada sobre el postulado que el eustatismo es el motor principal de la formación de las secuencias y de la ciclicidad estratigráfica. Cuando se incorporaron a la estratigrafía sísmica los datos de campo y de perforaciones, se pasó a la estratigrafía secuencial ; esto fue en los años 1980 (ver por ejemplo Posamentier et al., 1988 ; Posamentier y Vail, 1988 ; Van Wagoner et al., 1990). Pero, en su comienzo, la estratigrafía secuencial presentaba el eustatismo global como el principal (y para muchos autores el único) motor de la génesis de las secuencias ; la carta de los ciclos eustáticos globales (la carta de Vail) constituía con la estratigrafía secuencial un conjunto inseparable. El paso, en los años 1990, de la noción de variación del nivel del mar (es decir de la noción de eustatismo global) a la de variación relativa del nivel del mar constituyó un avance mayor en la estratigrafía secuencial. Con esta nueva noción de variación relativa del nivel del mar (o del nivel de base), no intervienen las consideraciones relativas a las fluctuaciones del nivel eustático o de la tectónica en la determinación de las secuencias o de los otros elementos (cortejos sedimentarios, superficies estratigráficas) de la estratigrafía secuencial. Por el contrario, la naturaleza de las superficies y la de la relación de las unidades estratigráficas entre ellas, son consideradas como elaboradas según una curva de los cambios relativos del nivel del mar que toma en cuenta tanto lo que corresponde al eustatismo, a la tectónica y a los otros controles alógenos de la sedimentación.

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Algunas definiciones 1En primer lugar veremos algunas definiciones de la estratigrafía secuencial que dieron diferentes autores en diferentes épocas. Para Posamentier et al. (1988) y Van Wagoner (1995), la estratigrafía secuencial es el estudio de las relaciones entre las rocas sedimentarias de un conjunto de estratos ligados genéticamente y limitado (este conjunto) por superficies de erosión, de no-sedimentación o por sus concordancias correlativas (ver a continuación el significado de “concordancia correlativa”). Concordancia correlativa En la figura la linea xx' representa el límite superior de una secuencia. A es el punto donde el nivel del mar intercepta al continente (en otras palabras A es la línea de costa). En la parte por encima del nivel del mar (la parte ubicada a la izquierda del punto A) reina la erosión subaérea; en esta porción, el límite entre la dos secuencias es una superficie de erosión subaérea. Entre A y B , zona submarina, actúa la erosión marina (olas, tormentas, etc.). Aquí también la superficie limitan-do las dos secuencia será una superficie de erosión, menos espectacular que la erosión subaérea. La parte de la cuenca ubicada a la derecha del punto B corresponde a una zona submarina alejada de los efectos de la erosión de las olas o de las tormentas. Es decir que no hay interrupción de la sedimentación marina entre la secuencia anterior y la actual. El límite entre las dos secuencias es teórico y se llama « concordancia correlativa » (i. e. correlativa de la superficie de erosión).

Para Galloway (1989), la estratigrafía secuencial es el análisis de los conjuntos de sedimentación cíclicos presentes en las sucesiones estratigráficas, así que de su desarrollo en respuesta a las fluctuaciones de la alimentación sedimentaria y del espacio disponible para la sedimentación. Embry (2001) piensa que el reconocimiento y la correlación de las superficies estratigráficas subrayan cambios en los sistemas de depósito de las series sedimentarias. Tales cambios se deben a la interacción de la sedimentación, de la erosión y de la fluctuaciones del nivel de base; se los puede determinar por el análisis sedimentológico y el estudio de las relacione geométricas. Notamos que la noción de sedimentación y la de fluctuación del nivel de base son distintas. Algunas palabras-clave:


Ciclicidad. Una secuencia es un ciclotema, i.e. corresponde a un ciclo estratigráfico.

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Estructura temporal: Al comienzo de la estratigrafía secuencial, las superficies limitando las secuencias, debido al modelo eustático global, se consideraban como línea de tiempo. Actualmente, para las correlacione a gran escala, es necesario un control temporal independiente.




Estratos ligados genéticamente: No existe hiato mayor en el seno de una secuencia.

2- En estratigrafía secuencial se usan algunos conceptos que vale la pena definir. .Sistema de depósito: Conjunto tridimensional de facies cuyos procesos de formación son ligados y que registran los principales elementos de la paleogeografía. Ejemplos de sistemas de depósito son el sistema fluvial el sistema deltáico, o el sistema de abanico profundo (deep sea fan). Un sistema de depósito evoluciona lateralmente hacia el sistema adyacente, constituyendo asociaciones lógicas de elementos paleo-geomorfológicos (ver más abajo “cortejo sedimentario” o system tracts¨). Por ejemplo, el sistema fluvial pasa lateralmente al sistema deltáico. .Los cortejos sedimentarios (system tracts): Asociación de sistemas de depósitos contemporáneos, formando la subdivisión de una secuencia. El cortejo sedimentario se interpreta en base al patrón de apilamiento de ls capas, sobre su posición en l secuencia y sobre el tipo de superficies limitándolo. El timing del cortejo sedimentario se deduce de una curva que describe las fluctuaciones del nivel de base. . Secuencias: Sucesión relativamente concordante de estratos ligados genéticamente y limitados por discontinuidades o sus concordancias correlativas. Las secuencias y lo cortejos sedimentarios están limitados por superficies estratigráficas que marcan un evento específico en la historia sedimentaria de la cuenca. Tales superficies pueden ser concordantes o discordantes; indican un cambio en el régimen de la sedimentación de una y otra parte del límite. La secuencia corresponde a un ciclo estratigráfico completo de evolución progresiva del régimen de sedimentación. El carácter concordante o discordante de las superficies límites no es importante para delimitar la secuencia. Los conceptos de secuencia, de cortejo sedimentario y de superficie estratigráfica son independientes de la escala (es decir del tiempo de formación), del espesor o de la extensión lateral.

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1 LOS CAMBIOS DEL NIVEL DE BASE TRANSGRESIONES Y REGRESIONES La noción de nivel de base ha sido el objeto (y sigue siéndolo) de debate en el seno de la comunidad de los geólogos que se interesan a las relaciones existentes entre la sedimentación y las fluctuaciones del nivel del mar. Para ciertos autores el nivel de base es el nivel del mar, es decir el punto del continente interceptado por el mar (o sea la línea de costa); para estos autores, el nivel de base es el punto donde los ríos penetran en el mar. Para otros, el nivel de base es una superficie de equilibrio entre la erosión y la sedimentación; tomando en cuenta que la erosión no deja de actuar cuando el río llega al mar, pues la erosión por las olas y las corrientes costeras es efectiva, y también la erosión submarina provocada por la corriente fluvial sobre el fondo del mar al nivel de la desembocadura.

Figura 1: El concepto de nivel de base, según Plummer y McGeary (1996). El perfil de equilibrio se ajusta constantemente a la altura de las zonas de aportes medida que actúan la erosión y/o la tectónica.

No entraremos en esta discusión (a veces al límite del bizantinismo) que ha sido muy bien desarrollada en Catuneanu (2002 y 2006), solo nos interesaremos a las fluctuaciones de este nivel de base y sus influencias sobre la sedi-

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mentación. La figura 1 ilustra el concepto de nivel de base según Plummer y McGeary (1996). Sólo indicaremos que los perfiles de equilibrios de los ríos son muy importantes para entender los procesos de sedimentación en las zonas continentales. Cuando las zonas alimenticias de la sedimentación se levantan, los ríos tienden a desarrollar un equilibrio dinámico bajo forma de un perfil longitudinal regular. El perfil de equilibrio ha sido alcanzado cuando el río transporta su carga sin agradación ni degradación de los canales.

1.1. Fluctuaciones del nivel de base El concepto de espacio disponible para la sedimentación, concepto definido por Jervey (1988), es uno de los conceptos de base de la estratigrafía secuencial. Este espacio se crea o se destruye con las fluctuaciones del nivel de base. Hay que tomar en cuenta que el espacio disponible se reduce gradualmente debido a la acumulación sedimentaria. La figura 2 muestra la influencia de la acumulación sedimentaria y de la fluctuación del nivel de base sobre el espacio disponible para la sedimentación. A la diferencia del espacio disponible que depende, en parte, de la sedimentación, las fluctuaciones del nivel de base, ellas, son completamente independientes de la acumulación sedimentaria. Estas fluctuaciones reflejan modificaciones de numerosos factores de control: • externos (eustatismo, tectónica, clima) Figura 2: Creación o desaparición de espacio disponible

Figura 2: Creación o desaparición de espacio disponible

• diagenéticos (compactación de los sedimentos) • ambientales (energía de las olas, corrientes

marinas)

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1.2. Transgresiones y regresiones El balance entre los cambios del nivel de base y la sedimentación controla las fluctuaciones del espesor de la capa de agua, así como las modificaciones transgresivas y regresivas de la línea de costa (figura 3).

Figura 3: Transgresión y regresión. 1: estado inicial; 2: Transgresión = migración de las facies hacia el continente; 3: Regresión = migración de las facies hacia el mar; 4: ciclo transgresión-regresión, la línea roja representa la superficie de máxima inundación.

Una transgresión es la migración hacia el continente de la línea de costa. Dicha migración provoca un movimiento de las facies hacia el continente, y una profundización del mar en la proximidad de la línea de costa. La retrogradación

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(migración de las facies hacia el continente) es el patrón característico de la transgresión. Una regresión se traduce por una migración de la línea de costa hacia el mar y, por consiguiente, la migración de las facies hacia el mar. La progradación es el patrón característico de la regresión. La relación directa entre el hecho que el mar profundiza (en caso de transgresión) y disminuye de profundidad (en caso de regresión) es válida únicamente en las zonas cercanas a la costa. Mar adentro, los cambios de profundidad del mar no afectan a la sedimentación. En un mar profundo de 30 metros, una fluctuación de 15 metros del nivel del mar va a provocar un cambio en la litología y la organización de las facies. En cambio, en un mar profundo de 200 metros, la fluctuación de 15 metros no tendrá influencia en la sedimentación.

Subida relativa=Subsidencia+subida eustática

Subida relativa= Subida eustática (0 subsidencia)

Subida relativa=Subsidencia-caída eust. (subsidencia>caída eust.)

Subida relativa=Subsidencia (0 caída eust.)

Subida relativa=sub. eust.-levantamiento tectónico (sub. eust.>levantamiento tectónico)

Figura 4: Varios escenarios de subida del nivel relativo del mar, es decir de creación de espacio disponible para la sedimentación (= “transgresión”).

En función de la variación de los diferentes parámetros (fluctuaciones del nivel relativo del mar, subsidencia, levantamiento tectónico) se creará o desaparecerá espacio disponible para la sedimentación. La materialización de una transgresión o de una regresión será ilustrada por la creación (transgresión) o la desaparición (regresión) de espacio disponible para la sedimentación. Las figuras 4 y 5 ilustran varios escenarios para explicar la subida del...