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Estratigrafía secuencial

La estratigrafía secuencial es una forma de estratigrafía que intenta discernir y comprender la geología histórica a lo largo del tiempo mediante la subdivisión y vinculación de...

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La estratigrafía secuencial es una forma de estratigrafía que intenta discernir y comprender la geología histórica a lo largo del tiempo mediante la subdivisión y vinculación de depósitos sedimentarios en unidades delimitadas por discordancias en diversas escalas. La esencia del método radica en el mapeo de estratos basado en la identificación de superficies que se consideran representativas de líneas de tiempo (por ejemplo, discordancias subaéreas , superficies de máxima inundación), lo que sitúa la estratigrafía en un marco cronoestratigráfico y permite comprender la evolución de la superficie terrestre en una región particular a lo largo del tiempo. La estratigrafía secuencial es una alternativa útil al enfoque puramente litoestratigráfico , que se centra únicamente en la similitud composicional de la litología de las unidades rocosas en lugar de en su relevancia temporal. Las discordancias son particularmente importantes para comprender la historia geológica, ya que representan superficies de erosión donde existe una clara discontinuidad en el registro. Por el contrario, dentro de una secuencia, el registro geológico debe ser relativamente continuo y completo, y estar genéticamente relacionado. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Los estratígrafos explican los límites de secuencia y las unidades estratigráficas principalmente en términos de cambios en el nivel relativo del mar (la combinación de cambios globales en el nivel eustático del mar y la subsidencia regional causada por la subsidencia tectónica , la subsidencia térmica y la subsidencia inducida por carga, ya que el peso de los sedimentos y el agua acumulados provoca una subsidencia isostática a medida que se llena una cuenca sedimentaria). Los cambios netos resultantes de estas fuerzas verticales aumentan o reducen el espacio de acomodación para que los sedimentos se acumulen en una cuenca sedimentaria . Una influencia secundaria es la tasa de suministro de sedimentos a la cuenca, que determina la tasa a la que se llena ese espacio. [ 5 ]

Desarrollo histórico

El origen de la estratigrafía secuencial se remonta al trabajo de L. L. Sloss sobre las discordancias interregionales del cratón norteamericano. Sloss identificó seis secuencias que abarcan todo el cratón y que representan cientos de millones de años de historia de la Tierra. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

A finales de la década de 1960, Sloss tuvo varios estudiantes, entre ellos Peter Vail, Robert Mitchum y John Sangree, quienes completaron tesis doctorales sobre las rocas sedimentarias del Pensilvánico del cratón norteamericano y se percataron de que los cambios globales en el nivel del mar podrían haber sido responsables de las numerosas discordancias generalizadas en dichas rocas. Durante sus posteriores carreras como científicos investigadores en la división de investigación de Exxon, Vail, Mitchum y otros fueron pioneros en la práctica de la estratigrafía sísmica , la interpretación estratigráfica de perfiles de reflexión sísmica para comprender la estratificación y el empaquetamiento de las rocas sedimentarias en el subsuelo mediante imágenes acústicas. [ 9 ] [ 10 ]

El advenimiento de la estratigrafía sísmica permitió identificar secuencias que representan periodos de tiempo más cortos, con duraciones que van desde decenas de miles hasta unos pocos millones de años, y comparar la historia estratigráfica secuencial en todo el mundo. Esto, a su vez, propició la sistematización de la estratigrafía secuencial y su amplia aplicación al estudio estratigráfico de afloramientos rocosos en la superficie terrestre.

Durante la década de 1980, esto dio paso a una revolución en la estratigrafía basada en la delimitación de superficies físicas regionales que separan la roca sedimentaria en paquetes que representan períodos de tiempo discretos y secuenciales y patrones predecibles de la historia de la deposición de sedimentos. [ 11 ] [ 12 ] [ 4 ] [ 3 ]

Superficies significativas

Límites de secuencia

Los límites de secuencia se consideran las superficies más significativas. [ 13 ] Los límites de secuencia se definen como discordancias o sus conformidades correlativas. Los límites de secuencia se forman debido a la caída del nivel del mar. Por ejemplo, los paquetes de arenisca fluvial de múltiples pisos a menudo rellenan valles incisos formados por la caída del nivel del mar asociada con los límites de secuencia. Los valles incisos de los límites de secuencia se correlacionan lateralmente con interfluvos, paleosuelos formados en los márgenes de los valles incisos. Los rellenos de valle no están genéticamente relacionados con los sistemas deposicionales subyacentes como pensaban las interpretaciones anteriores. Hay cuatro criterios que distinguen los rellenos de valles incisos de otros tipos de depósitos de arenisca de múltiples pisos: una correlación generalizada con una superficie erosiva regional de alto relieve que es más generalizada que las bases erosivas de los canales individuales dentro del valle; las asociaciones de facies reflejan un cambio hacia la cuenca en las facies cuando se compara con las unidades subyacentes; la base erosiva del valle elimina tractos de sistemas precedentes y bandas marinas produciendo una brecha de tiempo, las unidades eliminadas se conservarán debajo de los interfluvos; El aumento del relleno de los canales y de las unidades de grano fino hacia arriba, o los cambios en el carácter de los sistemas fluviales que reflejan un mayor espacio de acomodación, pueden indicar que los cuerpos de arenisca asociados a valles incisos son buenos yacimientos de hidrocarburos . Se han presentado problemas en la correlación y distribución de estos cuerpos. Los principios de la estratigrafía secuencial y la identificación de superficies significativas han resuelto algunos de estos problemas.

límites de parasecuencia

Se le da menor importancia a los límites de parasecuencia; sin embargo, se sugiere que las superficies de inundación que representan los límites de parasecuencia pueden ser más extensas lateralmente, dejando más evidencia que los límites de secuencia porque la llanura costera tiene un gradiente menor que la plataforma continental interna . [ 14 ] Los límites de parasecuencia pueden distinguirse por diferencias en las propiedades físicas y químicas a través de la superficie, tales como: salinidad del agua de formación, propiedades de hidrocarburos, porosidad, velocidades de compresión y mineralogía. Los límites de parasecuencia pueden no formar una barrera para la acumulación de hidrocarburos, pero pueden inhibir la comunicación vertical del yacimiento. Después de que comienza la producción, las parasecuencias actúan como unidades de drenaje separadas con las superficies de inundación, que están cubiertas por lutitas u horizontes cementados con carbonatos, formando una barrera para las comunicaciones verticales del yacimiento. Los principios de la estratigrafía secuencial han optimizado el potencial de producción una vez que se identifica la arquitectura a escala del yacimiento y se identifican las unidades de drenaje separadas.

Sistemas de tractos

El concepto de tractos de sistemas evolucionó para vincular los sistemas deposicionales contemporáneos. Los tractos de sistemas forman subdivisiones en una secuencia. Se asignan diferentes tipos de tractos de sistemas en función del patrón de apilamiento de estratos, la posición en una secuencia, la curva del nivel del mar y los tipos de superficies limitantes. [ 15 ]

  • Un tracto de sistemas de nivel bajo (LST, por sus siglas en inglés) se forma cuando la tasa de sedimentación supera la tasa de aumento del nivel del mar durante la etapa inicial de la curva del nivel del mar. Está delimitado por una discordancia subaérea o su conformidad correlativa en la base y una superficie de máxima regresión en la parte superior.
  • Un tracto de sistemas transgresivos (TST, por sus siglas en inglés) está delimitado por una superficie regresiva máxima en su base y una superficie de inundación máxima en su cima. Este tracto se forma cuando la tasa de sedimentación es superada por la tasa de aumento del nivel del mar en las curvas de nivel del mar.
  • Un sistema de elevación del nivel del mar (HST, por sus siglas en inglés) se produce durante la fase final del ascenso del nivel de base, cuando la tasa de ascenso del nivel del mar cae por debajo de la tasa de sedimentación. En este periodo se forma una elevación del nivel del mar, delimitada por una superficie de máxima inundación en la base y una superficie compuesta en la parte superior.
  • Durante el descenso del nivel de base de la cuenca, se forman sistemas regresivos en la parte marina de la misma. Simultáneamente, se forman discordancias subaéreas en la zona continental de la cuenca.

Parasecuencias y patrones de apilamiento

Una parasecuencia es una sucesión relativamente concordante y genéticamente relacionada de estratos y conjuntos de estratos delimitados por superficies de inundación marina y sus superficies correlativas. Las superficies de inundación que delimitan las parasecuencias no tienen la misma escala que la superficie transgresiva regional asociada a un límite de secuencia.

Las parasecuencias se separan en patrones de apilamiento:

Cada patrón de apilamiento proporcionará información diferente sobre el comportamiento del espacio de acomodación, cuyo principal factor de control es el nivel relativo. Así, un patrón de progradación rápida indicará un descenso del nivel del mar, uno de retrogradación rápida evidenciará un rápido ascenso del nivel del mar y uno de agradación indicará un ascenso gradual del nivel del mar.

Nivel del mar a lo largo del tiempo geológico

Comparación de dos reconstrucciones del nivel del mar durante los últimos 500 millones de años. La barra negra muestra la magnitud del cambio del nivel del mar durante las glaciaciones del Cuaternario; esto corresponde a los últimos millones de años, pero la barra se ha desplazado hacia el pasado para facilitar su lectura.

Cambios en el nivel del mar a lo largo del tiempo geológico . El gráfico de la derecha ilustra dos interpretaciones recientes de los cambios en el nivel del mar durante el Fanerozoico . La era moderna se muestra en el lado izquierdo, etiquetada con N de Neógeno . Los picos azules cerca de la fecha cero representan los cambios en el nivel del mar asociados con el período glacial más reciente , que alcanzó su máxima extensión hace unos 20 000 años antes del presente (AP). Durante este evento de glaciación, el nivel del mar mundial era aproximadamente 98 metros (320 pies ) más bajo que en la actualidad, debido a la gran cantidad de agua de mar que se había evaporado y depositado como nieve y hielo en los glaciares del hemisferio norte . Cuando el nivel del mar mundial estaba en este "nivel bajo", los antiguos sedimentos del lecho marino fueron sometidos a meteorización subaérea ( erosión por lluvia, hielo, ríos, etc.) y se estableció una nueva línea de costa al nuevo nivel, a veces kilómetros hacia la cuenca de la antigua línea de costa si el fondo marino tenía una ligera inclinación.

Actualmente, el nivel del mar se encuentra en un nivel relativamente alto dentro de los ciclos glaciares del Cuaternario debido a la rápida desglaciación del final del Pleistoceno y el principio del Holoceno . La antigua línea costera del último período glaciar se encuentra ahora bajo aproximadamente 120 metros de agua. Si bien existe un debate entre los geocientíficos sobre si actualmente estamos experimentando un nivel elevado del mar, generalmente se acepta que el nivel eustático del mar está aumentando.

En el pasado remoto, el nivel del mar fue significativamente más alto que en la actualidad. Durante el Cretácico (etiquetado como K en el gráfico), el nivel del mar era tan alto que un estrecho se extendía por el centro de América del Norte desde Texas hasta el Océano Ártico .

Estos niveles del mar, alternados entre altos y bajos, se repiten en varias escalas temporales. El más pequeño de estos ciclos es de aproximadamente 20 000 años y corresponde a la tasa de precesión del eje de rotación de la Tierra (véanse los ciclos de Milankovitch ), y se conocen comúnmente como ciclos de «quinto orden». El siguiente ciclo más grande («cuarto orden») es de unos 40 000 años y coincide aproximadamente con la tasa de variación de la inclinación de la Tierra respecto al Sol (explicado también por Milankovitch). El siguiente ciclo más grande («tercer orden») es de unos 110 000 años y corresponde a la tasa de oscilación de la órbita terrestre entre elíptica y circular. Se reconocen ciclos de orden inferior, que parecen ser el resultado de eventos tectónicos de placas, como la apertura de nuevas cuencas oceánicas por la división de masas continentales.

Cientos de ciclos glaciales similares han ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra . Los geocientíficos que estudian la posición de los depósitos de sedimentos costeros a lo largo del tiempo (los llamados estratígrafos secuenciales) han observado docenas de desplazamientos similares de las líneas de costa hacia las cuencas, asociados a una posterior recuperación. En algunos casos, los ciclos sedimentarios más extensos pueden correlacionarse con gran precisión en todo el mundo.

Los tres factores que controlan la arquitectura estratigráfica y el desarrollo del ciclo sedimentario son:

  • cambios eustáticos del nivel del mar
  • Tasa de subsidencia de la cuenca
  • Suministro de sedimentos.

El nivel eustático del mar es el nivel del mar con respecto a un punto fijo, el centro de la Tierra. El nivel relativo del mar se mide con respecto al nivel de base, por encima del cual puede ocurrir erosión y por debajo del cual puede ocurrir sedimentación. Tanto los cambios en el nivel eustático del mar como las tasas de subsidencia tienden a ser ciclos más largos. Se cree que el aporte de sedimentos está controlado principalmente por las condiciones climáticas locales y puede variar rápidamente. Estas variaciones en el aporte local de sedimentos afectan el nivel del mar local y relativo, lo que provoca ciclos sedimentarios locales .

Los ciclos sedimentarios más pequeños y localizados no están relacionados con los cambios del nivel del mar a nivel mundial (eustáticos), sino más bien con el aporte de sedimentos a las cuencas adyacentes . Por ejemplo, cuando en la zona de Book Cliffs , en Utah , se producía el desplazamiento hacia la cuenca (hacia el océano) con progradación de las líneas de costa, en Wyoming las líneas de costa retrocedían o se desplazaban hacia el norte . Estos ciclos sedimentarios son representativos de la cantidad de sedimentos que llegan a la cuenca. En una transgresión , el aporte de sedimentos es menor que la tasa de aumento de la profundidad del agua, por lo que la línea de costa se desplaza hacia tierra. En una regresión , si la profundidad del agua disminuye, la línea de costa se desplaza hacia el mar (hacia la cuenca) y la línea de costa anterior se erosiona. También se produce una regresión de la línea de costa si el aporte de sedimentos es mayor que la erosión, lo que provoca que la línea de costa se desplace hacia el mar. Esto último se denomina progradación. El ciclo de estratos depositados durante las repetidas transgresiones y regresiones crea una secuencia deposicional.

Importancia económica

La estratigrafía secuencial es una herramienta esencial de la geología del petróleo en la exploración de petróleo y gas. [ 3 ] [ 4 ]

Los límites de secuencia tienen importancia económica porque estos cambios en el nivel del mar provocan grandes desplazamientos laterales en los patrones de sedimentación del fondo marino . Estos desplazamientos laterales crean capas alternas de roca de buena calidad como yacimiento (arenas porosas y permeables) y lutitas de menor calidad (capaces de proporcionar un "sello" que impida la fuga de hidrocarburos acumulados que puedan haber migrado a las areniscas). Los exploradores de hidrocarburos buscan lugares en el mundo donde las arenas porosas y permeables estén cubiertas por rocas de baja permeabilidad, y donde existan las condiciones adecuadas para que los hidrocarburos se generen y migren a estas "trampas".

Véase también

Referencias

  1. ↑ Catuneanu, Octavian (2022). Principios de estratigrafía secuencial (2.ª  ed.). San Diego: Elsevier. ISBN 978-0-08-088513-1.
  2. ↑ Emery, Dominic; Myers, Keith (1996). Estratigrafía secuencial . Oxford: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-03706-3.
  3. 1 2 3 Van Wagoner, JC; Posamentier, HW; Mitchum, RM Jr.; Vail, PR; Sarg, JF; Loutit, TS; Hardenbol, J. (1988). "Una visión general de los fundamentos de la estratigrafía secuencial y definiciones clave". Publicación especial de la Sociedad de Paleontólogos y Mineralogistas Económicos . 42 : 39–45 .
  4. 1 2 3 Van Wagoner, JC; Mitchum, RM Jr.; Posamentier, HW; Vail, PR (1987). Interpretación de la estratigrafía sísmica mediante estratigrafía secuencial: Parte 2: Definiciones clave de la estratigrafía secuencial . Asociación Americana de Geólogos del Petróleo. págs. 11–14 . 
  5. ↑ "Guía en línea de estratigrafía secuencial" . strata.uga.edu . Archivado del original el 1 de abril de 2022. Consultado el 5 de agosto de 2018 .
  6. ↑ Sloss, LL; Krumbein, WC; Dapples, EC (1949). "Análisis integrado de facies". Memorias de la Sociedad Geológica de América . 39 : 91–124 . doi : 10.1130/MEM39-p91 .
  7. ↑ Sloss, LL (1950). "Estratigrafía paleozoica en el área de Montana". Boletín de la Asociación Estadounidense de Geólogos del Petróleo . 34 : 425–451 .
  8. ↑ Sloss, LL (1963). "Secuencias en el interior cratónico de América del Norte". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 74 (2): 93. doi : 10.1130/0016-7606(1963)74 [ 93:SITCIO ] 2.0.CO ; 2 .
  9. ↑ Vail, PR; Mitchum, RM; Thompson, S. (1977). «Estratigrafía sísmica y cambios globales del nivel del mar, parte 3: cambios relativos del nivel del mar por superposición costera». Estratigrafía sísmica: aplicaciones a la exploración de hidrocarburos . doi : 10.1306/M26490C5 . ISBN 978-1-6298-1205-2.
  10. ↑ Vail, PR; Hardenbol, J.; Todd, RG (1984). «Discordancias jurásicas, cronoestratigrafía y cambios del nivel del mar a partir de la estratigrafía sísmica y la bioestratigrafía». El Jurásico del Golfo Pérsico . doi : 10.5724/gcs.84.03.0347 . ISBN 978-1-944966-02-7.
  11. ↑ Berg, Orville Roger; Woolverton, Donald G. (1985). Estratigrafía sísmica II: Un enfoque integrado para la exploración de hidrocarburos . doi : 10.1306/M39449 . ISBN 0-89181-316-0.
  12. ↑ Cross, TA; Lessenger, MA (mayo de 1988). "Estratigrafía sísmica". Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 16 (1): 319– 354. Bibcode : 1988AREPS..16..319C . doi : 10.1146/annurev.ea.16.050188.001535 .
  13. ↑ Hampson, GJ, Davies, SJ, Elliott, T. , Flint, SS y Stollhofen, H. 1999. Cuerpos de arenisca de relleno de valle inciso en estratos fluvio-deltaicos del Carbonífero Superior: reconocimiento y caracterización de yacimientos análogos del sur del Mar del Norte. En: Geología del petróleo del noroeste de Europa: Actas de la 5.ª Conferencia. (Editado por Fleet, AJ y Boldy, SAR). The Geological Society, Londres. 771–788.
  14. ↑ Bryant, ID 1996. La aplicación de mediciones físicas para restringir modelos estratigráficos secuenciales a escala de yacimiento. En: Howell, JA y Aitken, JF (eds). Estratigrafía secuencial de alta resolución: innovaciones y aplicaciones. Publicación especial 104 de la Sociedad Geológica. 51–64
  15. ↑ Catuneanu, Octavian (2003). Estratigrafía secuencial de sistemas clásticos . St. John's, Terranova: Asociación Geológica de Canadá. ISBN 0-919216-90-0.

Lecturas adicionales

  • Coe, Angela L. (2002). El registro sedimentario del cambio del nivel del mar . Cambridge, Nueva York: Cambridge University Press. pp. 57–98 . ISBN  0-521-53842-4.
  • La enciclopedia en línea de referencia sobre estratigrafía secuencial pertenece a la SEPM, una sociedad científica cuyas publicaciones han sido fundamentales para definir la estratigrafía secuencial.
  • Guía en línea sobre estratigrafía secuencial, elaborada por el Laboratorio de Estratigrafía de la Universidad de Georgia.
  • El sitio web de estratigrafía secuencial de la USC es un recurso educativo en línea bastante extenso.
  • Un gráfico del nivel del mar de los últimos 140.000 años (Los diferentes órdenes de ciclicidad pueden verse como fluctuaciones de alta frecuencia en un ciclo asimétrico general. La fecha actual se encuentra en el lado derecho de este gráfico).