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Cuenca sedimentaria

Las cuencas sedimentarias son depresiones a escala regional de la corteza terrestre donde se ha producido una subsidencia y se ha acumulado una gruesa secuencia de sedimentos pa...

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Las cuencas sedimentarias son depresiones a escala regional de la corteza terrestre donde se ha producido una subsidencia y se ha acumulado una gruesa secuencia de sedimentos para formar un gran cuerpo tridimensional de roca sedimentaria . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Se forman cuando la subsidencia a largo plazo crea una depresión regional que proporciona espacio para la acumulación de sedimentos. [ 4 ] Durante millones, decenas o cientos de millones de años, la deposición de sedimentos, principalmente el transporte por gravedad de material erosionado transportado por el agua, actúa para llenar la depresión. A medida que los sedimentos se entierran, están sujetos a una presión creciente y comienzan los procesos de compactación y litificación que los transforman en roca sedimentaria. [ 5 ]

Diagramas esquemáticos simplificados de entornos tectónicos comunes donde se forman cuencas sedimentarias.

Las cuencas sedimentarias se crean por la deformación de la litosfera terrestre en diversos entornos geológicos, generalmente como resultado de la actividad tectónica de placas . Los mecanismos de deformación cortical que conducen a la subsidencia y la formación de cuencas sedimentarias incluyen el adelgazamiento de la corteza subyacente; la depresión de la corteza por carga sedimentaria, tectónica o volcánica; o cambios en el espesor o la densidad de la litosfera subyacente o adyacente . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Una vez que ha comenzado el proceso de formación de la cuenca, el peso de los sedimentos que se depositan en ella añade una carga adicional sobre la corteza subyacente que acentúa la subsidencia y, por lo tanto, amplifica el desarrollo de la cuenca como resultado de la isostasia . [ 4 ]

El registro geológico preservado a largo plazo de una cuenca sedimentaria es un paquete tridimensional contiguo a gran escala de rocas sedimentarias creado durante un período geológico particular, una "sucesión estratigráfica", que los geólogos siguen denominando cuenca sedimentaria incluso si ya no es una depresión batimétrica o topográfica. [ 6 ] La cuenca de Williston , la cuenca de Molasse y la cuenca de Magallanes son ejemplos de cuencas sedimentarias que ya no son depresiones. Las cuencas formadas en diferentes regímenes tectónicos varían en su potencial de preservación . [ 9 ] Las cuencas intracratónicas, que se forman en interiores continentales altamente estables, tienen una alta probabilidad de preservación. Por el contrario, es probable que las cuencas sedimentarias formadas en la corteza oceánica sean destruidas por la subducción . Los márgenes continentales formados cuando se crean nuevas cuencas oceánicas como el Atlántico a medida que los continentes se separan, probablemente tengan una vida útil de cientos de millones de años, pero pueden conservarse solo parcialmente cuando esas cuencas oceánicas se cierran al colisionar los continentes. [ 7 ]

Las cuencas sedimentarias son de gran importancia económica. Casi todo el gas natural y el petróleo del mundo , así como todo el carbón , se encuentran en rocas sedimentarias. Muchos minerales metálicos se hallan en rocas sedimentarias formadas en entornos sedimentarios específicos. [ 10 ] [ 6 ] Las cuencas sedimentarias también son importantes desde una perspectiva puramente científica, ya que su relleno sedimentario proporciona un registro de la historia de la Tierra durante el tiempo en que la cuenca recibía sedimentos activamente.

Se han identificado más de seiscientas cuencas sedimentarias en todo el mundo. Su tamaño superficial varía desde decenas de kilómetros cuadrados hasta más de un millón, y sus rellenos sedimentarios tienen un espesor que oscila entre uno y casi veinte kilómetros. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

Clasificación

Se reconocen ampliamente una docena de tipos comunes de cuencas sedimentarias y se proponen varios esquemas de clasificación; sin embargo, ningún esquema de clasificación se reconoce como el estándar. [ 6 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 11 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

La mayoría de los esquemas de clasificación de cuencas sedimentarias se basan en uno o más de estos criterios interrelacionados:

  • Contexto tectónico de placas : la proximidad a un límite tectónico de placas divergente, convergente o transformante y el tipo y origen de las fuerzas inducidas tectónicamente que causan la formación de una cuenca, específicamente aquellas activas en el momento de la sedimentación activa en la cuenca. [ 8 ] [ 16 ] [ 7 ] [ 6 ]
  • Naturaleza de la corteza subyacente : las cuencas formadas sobre corteza continental son bastante diferentes de las formadas sobre corteza oceánica , ya que los dos tipos de litosfera tienen características mecánicas ( reología ) y densidades muy diferentes, lo que significa que responden de manera diferente a la isostasia.
  • Geodinámica de la formación de cuencas : las fuerzas mecánicas y térmicas que provocan el hundimiento de la litosfera para formar una cuenca. [ 17 ]
  • Potencial petrolero/económico : características de la cuenca que influyen en la probabilidad de que la cuenca tenga acumulaciones de petróleo o en la forma en que se formaron. [ 20 ]

Tipos ampliamente reconocidos

Aunque no existe un sistema de clasificación de cuencas ampliamente adoptado, varios tipos comunes de cuencas sedimentarias son ampliamente aceptados y bien comprendidos como tipos distintos. A lo largo de su ciclo de vida, una misma cuenca sedimentaria puede atravesar múltiples fases y evolucionar de uno de estos tipos a otro, como por ejemplo, un proceso de rifting que culmina en la formación de un margen pasivo. En este caso, las rocas sedimentarias de la fase de cuenca de rifting quedan cubiertas por las rocas depositadas durante la fase de margen pasivo. También son posibles las cuencas híbridas, donde una única cuenca regional resulta de procesos característicos de varios de estos tipos.

Mecánica de formación

Las cuencas sedimentarias se forman como resultado del hundimiento regional de la litosfera, principalmente como consecuencia de unos pocos procesos geodinámicos.

Estiramiento litosférico

Ilustración del estiramiento litosférico

Si la litosfera se estira horizontalmente por mecanismos como la formación de rifts (asociada a límites de placas divergentes) o el empuje de dorsales o la tracción de fosas (asociada a límites convergentes), se cree que el efecto es doble. La parte inferior y más caliente de la litosfera se desplaza lentamente alejándose de la zona principal de estiramiento, mientras que la corteza superior, más fría y frágil , tiende a fracturarse. El efecto combinado de estos dos mecanismos provoca el hundimiento de la superficie terrestre en la zona de extensión, creando una depresión geográfica que suele rellenarse con agua o sedimentos. (Una analogía sería un trozo de goma que se adelgaza en el centro al estirarse).

Un ejemplo de cuenca causada por el estiramiento litosférico es el Mar del Norte , que también alberga importantes reservas de hidrocarburos . Otra característica similar es la provincia de Cuencas y Cordilleras, que abarca la mayor parte de Nevada y forma una serie de estructuras de horst y graben .

La extensión tectónica en límites divergentes donde se produce la fragmentación continental puede crear una cuenca oceánica incipiente que da lugar a un océano o al colapso de la zona de rift . Otra manifestación del estiramiento litosférico resulta en la formación de cuencas oceánicas con dorsales centrales. El Mar Rojo es, de hecho, un océano incipiente en el contexto de la tectónica de placas. La desembocadura del Mar Rojo es también una triple unión tectónica donde confluyen la Dorsal del Océano Índico, el Rift del Mar Rojo y el Rift de África Oriental . Este es el único lugar del planeta donde dicha triple unión en la corteza oceánica está expuesta subaéreamente . Esto se debe a una alta flotabilidad térmica ( subsidencia térmica ) de la unión, y también a una zona local de corteza del fondo marino plegada que actúa como una represa contra el Mar Rojo.

Flexión litosférica

Ilustración esquemática de la flexión litosférica viscoelástica

La flexión litosférica es otro mecanismo geodinámico que puede causar subsidencia regional, lo que resulta en la creación de una cuenca sedimentaria. Si se aplica una carga a la litosfera, esta tenderá a flexionarse como una placa elástica. La magnitud de la flexión litosférica depende de la carga aplicada y de la rigidez flexural de la litosfera, y la longitud de onda de la flexión depende de la rigidez flexural de la placa litosférica. La rigidez flexural, a su vez, depende de la composición mineral de la litosfera, del régimen térmico y del espesor elástico efectivo de la misma. [ 4 ]

Los procesos tectónicos de placas que pueden generar cargas suficientes en la litosfera para inducir procesos de formación de cuencas incluyen:

Una vez que comienza a formarse cualquier tipo de cuenca sedimentaria, la carga creada por el agua y los sedimentos que la llenan crea una carga adicional, lo que provoca una flexión litosférica adicional y amplifica la subsidencia original que creó la cuenca, independientemente de la causa original de su formación. [ 4 ]

Hundimiento térmico

El enfriamiento de una placa litosférica, especialmente la corteza oceánica joven o la corteza continental recientemente estirada, provoca subsidencia térmica . A medida que la placa se enfría, se contrae y se vuelve más densa mediante la contracción térmica . De forma análoga a un sólido flotando en un líquido, a medida que la placa litosférica se vuelve más densa, se hunde porque desplaza una mayor cantidad del manto subyacente mediante un proceso de equilibrio conocido como isostasia .

La subsidencia térmica es particularmente medible y observable en la corteza oceánica, ya que existe una correlación bien establecida entre la edad de la corteza subyacente y la profundidad del océano . Esto ocurre a medida que la corteza oceánica recién formada se enfría durante un período de decenas de millones de años. Este es un factor importante que contribuye a la subsidencia en las cuencas de rift, las cuencas de trasarco y los márgenes pasivos donde se asientan sobre corteza oceánica recién formada.

Deformación por deslizamiento lateral

Diagrama esquemático de un entorno tectónico de deslizamiento horizontal con curvaturas de falla que crean áreas de transtensión y transpresión.

En entornos tectónicos de deslizamiento horizontal , la deformación de la litosfera se produce principalmente en el plano terrestre como resultado de esfuerzos principales máximos y mínimos casi horizontales . Las fallas asociadas a estos límites de placas son principalmente verticales. Dondequiera que estos planos de falla verticales encuentren curvaturas, el movimiento a lo largo de la falla puede generar áreas locales de compresión o tensión.

Cuando la curva en el plano de falla se separa, se produce una región de transtensión que a veces es lo suficientemente grande y duradera como para crear una cuenca sedimentaria, a menudo llamada cuenca de extensión o cuenca de deslizamiento lateral. [ 7 ] Estas cuencas suelen tener una forma aproximadamente romboédrica y pueden denominarse rombochasmas . Un ejemplo clásico de rombochasma es el rift del Mar Muerto , donde el movimiento hacia el norte de la placa arábiga con respecto a la placa anatolia ha creado una cuenca de deslizamiento lateral.

El efecto opuesto es el de la transpresión , donde el movimiento convergente de un plano de falla curvo provoca la colisión de los lados opuestos de la falla. Un ejemplo son las montañas de San Bernardino, al norte de Los Ángeles, que resultan de la convergencia a lo largo de una curva en el sistema de fallas de San Andrés . El terremoto de Northridge fue causado por el movimiento vertical a lo largo de fallas inversas y de empuje locales que se acumularon contra la curva en un entorno de fallas de deslizamiento horizontal.

Estudiar

El estudio de las cuencas sedimentarias como entidades en sí mismas se denomina a menudo análisis de cuencas sedimentarias . [ 4 ] [ 73 ] El estudio que implica el modelado cuantitativo de los procesos geológicos dinámicos mediante los cuales evolucionaron se denomina modelado de cuencas . [ 74 ]

Las rocas sedimentarias que componen el relleno de las cuencas sedimentarias contienen el registro histórico más completo de la evolución de la superficie terrestre a lo largo del tiempo. El estudio regional de estas rocas puede utilizarse como registro primario para diversos tipos de investigación científica destinada a comprender y reconstruir la tectónica de placas (paleotectónica), la geografía ( paleogeografía ) , el clima ( paleoclimatología ), los océanos ( paleoceanografía ) y los hábitats ( paleoecología y paleobiogeografía ) del pasado terrestre. El análisis de las cuencas sedimentarias es, por lo tanto, un área de estudio importante por razones puramente científicas y académicas. Sin embargo, también existen importantes incentivos económicos para comprender los procesos de formación y evolución de las cuencas sedimentarias, ya que casi todas las reservas mundiales de combustibles fósiles se formaron en ellas.

Ejemplo de estudio geológico superficial del relleno de una cuenca sedimentaria mediante cartografía geológica de campo e interpretación de fotografías aéreas. Este ejemplo incluye una importante superficie de erosión (límite de secuencia) resultante de la erosión y el relleno de un gran cañón submarino.

Todas estas perspectivas sobre la historia de una región en particular se basan en el estudio de un gran cuerpo tridimensional de rocas sedimentarias, resultado del relleno de una o más cuencas sedimentarias a lo largo del tiempo. Los estudios científicos de estratigrafía , y en las últimas décadas de estratigrafía secuencial, se centran en comprender la arquitectura tridimensional, la disposición y la estratificación de este cuerpo de rocas sedimentarias como registro de procesos sedimentarios que actuaron a lo largo del tiempo, influenciados por los cambios globales del nivel del mar y la tectónica de placas regional.

Estudio geológico de superficie

Cuando las rocas sedimentarias que componen el relleno de una cuenca sedimentaria están expuestas en la superficie terrestre, se pueden utilizar técnicas tradicionales de geología de campo y fotografía aérea , así como imágenes satelitales, para el estudio de las cuencas sedimentarias.

Estudio geológico del subsuelo

Gran parte del relleno de una cuenca sedimentaria suele permanecer enterrado bajo la superficie, a menudo sumergido en el océano, por lo que no puede estudiarse directamente. La obtención de imágenes acústicas mediante reflexión sísmica, adquirida a través de datos sísmicos y estudiada mediante la subdisciplina específica de la estratigrafía sísmica, es el principal medio para comprender la arquitectura tridimensional del relleno de la cuenca mediante teledetección .

El muestreo directo de las rocas se realiza mediante la perforación de pozos y la obtención de muestras de roca en forma de testigos y detritos de perforación . Esto permite a los geólogos estudiar pequeñas muestras de las rocas directamente y, lo que es muy importante, también permite a los paleontólogos estudiar los microfósiles que contienen ( micropaleontología ).

Durante la perforación, los pozos también se inspeccionan mediante el uso de instrumentos electrónicos a lo largo de su longitud, en un proceso conocido como registro geofísico . Este registro, a veces denominado geofísica de pozos , utiliza las propiedades electromagnéticas y radiactivas de las rocas que rodean el pozo, así como su interacción con los fluidos utilizados en la perforación, para crear un registro continuo de las rocas a lo largo del pozo, representado mediante una serie de curvas. La comparación de las curvas de registro geofísico entre varios pozos permite comprender la estratigrafía de una cuenca sedimentaria, especialmente si se combina con la estratigrafía sísmica.

Véase también

Referencias

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