Cuencas Sedimentarias

Cuencas Sedimentarias
y marco tectónico
t tó i
Prof. Cecilia I. Caballero Miranda
Clase Sedimentología y Estratigrafía, Ccias de la Tierra. Fac. Ciencias
Ciencias--UNAM
Grandes regiones de la corteza donde se acumulan sedimentos en sucesiones de cientos a miles de metros di
i
d cientos a miles de metros i
il d
de espesor durante largos periodos de tiempo (Ma)
Su extensión llega a ser de miles a millones de km
ó ll
d
l
ll
d k 2
A pequeña escala los sedimentos se pueden acumular p q
p
por un cambio en el nivel base de erosión, pero a gran escala debe haber subsidencia (tectónica) que permita el deposito continuado
Una cuenca es un espacio en el que la relación:
p
q
Aporte de sedimentos vs Espacio de acomodo
provienen de área fuente
provienen de área fuente
(áreas de topografía positiva)
en la cuenca sedimentaria
en la cuenca sedimentaria
(áreas de topografia negativa)
es tal que se favorece la acumulación por largos períodos
2
Concepto de geosinclinales
En el siglo 19 e inicios del 20, las cuencas sedimentarias
reconocidas se referían como geosinclinales
1850''s-1870
1850
1870''s James Hall y James D.
D Dana
Se definían como amplias y alargadas cuencas marinas a lo largo de las
márgenes continentales con sedimentos en grandes espesores
espesores, en hundimiento
progresivo y plegados hacia abajo y que eran subsecuentemente deformados
debido a los efectos de la isostasia por el peso de la carga sedimentaria.
Concepto mediante el cual se explicaba la construcción de montañas
(a) Teoría de Hall. Los gruesos
espesores de sedimentos empujan hacia
abajo a la corteza, la cual se estira y
rompe, con resultado de plegar y afallar
a los sedimentos y producir montañas
((b)) Teoría de Dana. La corteza se ppliega,
g ,
en tanto que el interior de la tierra está
relativamente frío. Los pliegues levantados
se erosionan para producir sedimento que
se acumula en las cuencas.
cuencas Estas
condiciones continuadas producen
plegamiento y formación de montañas
3
Las 6 etapas en el desarrollo de un geosinclinal
constructor de montañas (Brice, 1962).
Whitmeyer
y S J et al. Geosphere
p
2007;3:511-526
;
(A
A) Miogeosinclinal
Miogeosinclinal preorogénico
preorogénico. Carbonatos someros; ars de Qz; sin volcánicos; tectónica estable
(B
B) Arco volcánico hacia el oceáno + subsidencia: Eugeoinclinal
Eugeoinclinal.
Sedimentos inmaduros: grauvaca (flysch), flujos lava
(C
C) Emplazamiento de granitos, metamorfismo regional; compresión y plegamiento, fallamiento y levantamiento de montañas. Subgrauvacas (molasa) en planicies costeras de deltas, ambientes marinos someros.
(D D ‐‐ E) Erosión de montañas formadas
(FF) Formación de sistemas de grabenes. Depósitos de piedemonte y planicie costera
piedemonte y planicie costera.
4
Controles para la formación de cuencas
sedimentarias
d
Los enfoques modernos consideran primeramente como controles:
A. Espacio de acomodo Variables:
☐ subsidencia tectónica
ó
=T
☐ incremento eustatico del n-mar = E
tasa de sedimentation = S
 incremento
i
t de
d la
l profundidad
f did d del
d l agua = W
T+E=S+W
B. Fuente de aporte de sedimentos
E
T
Variables:
Tectónica
Topografia
Clima / Vegetación;
Condiciones químicas / bioquímicas
Los mecanismos en que ocurren estos controles se enmarcan en l
la dinámica de la Tectónica de Placas
5
6
Mecanismos de subsidencia
Adelgazamiento cortical (extensión). Anomalía térmica del manto, fallamiento normal (grabenes)
Subsidencia térmica. aprox de 1-10cm/1ka vs
levantamiento
(puntos calientes) 20cm/1ka
Efecto de carga (sedimentaria, volcánica, hielo/agua)
Apilamiento tectónico
p
Global Empirical Age
Global Empirical Age‐‐Depth Curve for Ocean Crust
7
Mecanismos de subsidencia desglosados
(tomado de: Principles of Sedimentology and Stratigraphy; Boggs, 2011)
8
Mecanismos en el marco de la dinámica de la Tectónica de Placas
Los movimientos de las placas, aunque con marcado p
,
q
desplazamiento lateral, tienen una componente vertical: regiones de engrosamiento y adelgazamiento cortical con incremento de topografía (c. continental)
incremento de topografía (
ti
t l) y zonas de subsidencia
y zonas de subsidencia
9
Apertura y cerrado de cuencas oceánicas y creación de corteza continental en los
corteza continental en los diferentes entornos /estadíos de la Tectónica de Placas
A-B
C-D
E
F
E
E
G-H
10
Interrogantes en el estudio de cuencas
sedimentarias
di
t i
• ¿Cuál era la clase y proporciones de los sedimentos que rellenaron la cuenca? • ¿Cuáles eran las fuentes de sedimento y cuáles los medios de transporte para llenar los diferentes sitios de la cuenca?
transporte para llenar los diferentes sitios de la cuenca? • ¿Cuál fue la historia del llenado de la cuenca?
p
,
f
, f
,
Ritmos de depósito, Rocas fuente, Inferencias climáticas, • ¿Cómo era el tamaño y forma de la cuenca? y cómo se modificaron estas dimensiones conforme la cuenca se fue llenando? • ¿Cómo puede ser identificada la geometría original de la cuenca considerando la deformación subsecuente?
• ¿Cuál era o el tipo de corteza: oceánica o continental sobre el que se
• ¿Cuál era o el tipo de corteza: oceánica o continental, sobre el que se desarrollo la cuenca? • ¿Cuál era el marco tectónico de la cuenca? ¿
11
Análisis de Cuencas sedimentarias en el marco de la dinámica de la Tectónica de Placas
Cuencas sedimentarias
en el marco de las
de las diferentes etapas /d i i
/dominios tectónicos identificados en la dinámica de la Tectónica de Placas 12
Cuencas intra‐
Cuencas intra‐placa (intracratónicas)
Stage A / Etapa A del Ciclo Wilson
Cuencas Intra‐placa (S ) : (Sag)
Subsidencia Térmica/Isostática/???
Ej. Paleozoico Cuenca de Michigan; Cuenca g
de Illinois
13
Cuencas de de rift
rift: Cuencas de Cuencas de Rift
Rift y y proto
proto‐‐oceánicas
Anomalía
A
lí térmica, té i
adelgazamiento y extensión
cortical (grabens)
Ej moderno: provincia de Ej. moderno: provincia
de
Pilares y cuencas ‐Basin and Range‐ (USA‐México) Composición y dirección de maduración (flecha) del relleno de sedimentos del graben a través del tiempo Etapa B
Cuencas proto
proto‐‐oceánicas
Ej. moderno: Mar Rojo Ej. Proterozoico: Keweenawan Rift – (al S de Grandes Lagos, USA)
14
Tipos de anomalías térmicas y rifting
Domos. - Formación
de volcanes por una
pluma del manto
Triple junction en la
que 2 brazos de rift
evolucionan en una
corteza oceánica y
el 3º “aborta”
aborta su
desarrollo:
Triple Junctions
B1
B2
Triple
p Junction
en la que los
brazos
desarrollan
océanos
Aulacógeno
15
Segmentos de rift fallidos
Aulacogenos
Subsidencia
térmica//isostática
térmica
ej. . Paleozoico
ej
Paleozoico Anadarko Basin (en Texas/Oklahoma USA) “Embahamiento
USA); “
USA); E b h i
Embahamiento”
”
del Mississippi; Golfo
del Mississippi; Golfo de México
16
Rifts oceánicos
Formación de nueva cuenca oceánica y margen continental
margen continental divergente temprano Subsidencia térmica e i táti (
isostática (carga de d
sedimentos)
Ej. El océano Atlántico Etapa C
p
Etapa D
p
17
Rifts oceánicos
A. Margen continental divergente
Depósitos de plataforma p
p
transgresiva (modelo carbonatado con arrecifes de barrera), talud y pie de talud (turbiditas)
pie de talud (turbiditas)
Etapa C ‐ D
Ej. margen E de Norteamérica
Basamento con depósitos de rift antiguo
18
B. Cuenca oceánica
B. Cuenca oceánica..
subsidencia térmica
b id i té i
Secuencia de:
ofiolitas, sedimentación pelágica.
Se preserva por anomalías estructurales en trozos de
estructurales en trozos de corteza cabalgantes sobre otras secuencias
Secuencia ofiolitica (de arriba hacia abajo):
1. Sedimentos pelágicos 1.
Sedimentos pelágicos
(carbonatados/silíceos) a clásticos
2. Basaltos almohadillados: piso oceánico 3a. Complejo de diques basálticos
3a. Complejo de diques basálticos
3b. Gabro estratificado cristalizado en paredes de cámara magmática
4. Rs. ultramáficas Dunita/ Peridotita 4
Rs ultramáficas Dunita/ Peridotita
fracción residual del fondo de cámara magmática
19
Márgenes Convergentes Cuencas de
Cuencas de Pre
Pre‐‐arco, Tras
arco Tras‐
Tras‐arco, Retro
arco Retro‐
Retro‐arco
Orógenos (arcos) por colisiones
Oceano / / Oceano (Etapa E)
/ Oceano
Oceano / / Continente
Continente (Etapa F)
Continente / Continente
/ Continente (Etapa H)
Diferencias: O
Diferencias: O‐O O corteza
corteza continental
en formación
en formación; ; O
O‐C cc C cc gruesa
gruesa; ; C
C‐C corteza muyy ggruesa
gruesa..‐ Diferencias en comportamiento isostático = diferencias en en subsidencia
subsidencia
A
Aspectos comunes
t
(E‐‐F). Relleno Subsidencia mecánica (E
de sedimento dependiendo del sitio
El
Elementos:
Trinchera (E
(E‐‐F)
Prismas de Acreción
Cuenca Pre‐
Cuenca Pre‐Arco
Arco volcánico / Arco magmático
Cuencas Tras‐
Cuencas Tras‐arco / Retro‐
arco / Retro‐arco
Trinchera
Prisma acreción
20
Márgenes Convergentes Cuencas de
Cuencas de Pre
Pre‐‐arco, Tras
arco Tras‐
Tras‐arco, Retro
arco Retro‐
Retro‐arco
Orógenos (arcos) por colisiones
Oceano / / Oceano
/ Oceano
Oceano / / Continente
Continente
Aspectos comunes
Subsidencia mecánica.
Relleno de de sedimento
sedimento
dependiendo del del sitio
sitio
Etapa E
cuenca Tras‐arco
cuenca Pre‐arco
Prisma acreción
ió
Elementos:
Elementos:
Trinchera (E
(E‐‐F)
Prismas de Acreción
de Acreción
Cuenca Pre‐
Cuenca Pre‐Arco
Arco volcánico
Arco volcánico / Arco / Arco magmático
magmático
Cuencas Tras
Tras‐‐arco / Retro‐
/ Retro‐arco
/ Retro
Etapa F
21
Márgenes Convergentes Arcos Volcánicos
Arcos
Arcos Volcánicos
Oceano / / Oceano
Oceano
cuenca Tras‐arco
Trinchera:: : muy profunda
Trinchera: Trinchera
cuenca Pre‐arco
(>10Km), y (>10Km), y angosta
angosta. . Ej. moderno
Ej. moderno Islas Marianas; Ej. . Paleozoico
Ej
Paleozoico Antler Antler Orogenic
Orogenic
Belt???, Nevada
Arco Volcánico
Arco Volcánico – Cuenca Pre
Cuenca Pre‐‐arco
El arco se El arco
se encuentra
encuentra mas cerca de la trinchera
de la trinchera cuando el slab de el slab de corteza
corteza oceánica
subduce con fuerte
con fuerte pendiente (cortezas mas frías y y viejas
viejas)) y y más
más lejos cuando subduce
con menor inclinación (cortezas mas calientes y con menor
con y jovenes). y jovenes
jovenes).
jovenes
). Lo ). Lo que influye en la Lo que
en la amplitud
en la amplitud
de la de la cuenca
cuenca Pre‐
Pre‐arco
líticos someros a profundos ricos en material volcánico; arrecifes locales (etapas tempranas), Composición de clásticos
Cuencas tras
tras‐‐arco
arco: : Se Se forman
forman cuando la la subducción
subducción es más
rápida
que la la compresión
compresión, lo , lo que
que hace se se ““estire
estire”” la la corteza
corteza de la placa
de la placa de de arriba
arriba y se formen
se formen ‐‐
‐‐> > Cuencas extensionales Ej
Ej.: .: sistema
sistema de de arco
arco‐‐trinchera Izu‐
Izu‐bonin
Pacífico del del oeste
oeste
Líticos ricos en material volcánico, intercalaciones con productos volcánicos; arrecifes locales (etapas tempranas), 22
tipos de de cuenca
cuenca pre
pre‐‐arco
Las cuencas fore
fore‐‐arc son de poco espesor y subsidencia
si el prisma de acresión es pequeño;
pequeño; si este prisma es
mayor la subsidencia de la cuenca pre
pre..arco y espesor de
sedimentos son mayores
Prismas de acreción
de acreción
Sedimentos de la placa que subduce que quedan
atrapados en el borde de la placa superior
superior.. Aqui
pueden
d
quedar
d atrapadas
t
d secuencias
i ofiolíticas
ofiolíticas,
fi líti ,
depósitos pelágicos
pelágicos,, turbiditas de abanico abisal
[“melanges
[“
melanges”]
”]
23
Márgenes Convergentes Orogenos por colisiones
Orogenos por colisiones
Cuencas retro‐arco
Cuencas retro
arco ó de ante
ó de ante‐país
país. Formadas por
Formadas por
Cuencas pre‐arco Secuencia Great Valley, Mesozoico California; Puget Trough Neogeno, Oregon/Washington
Trinchera
cuenca Pre‐
arco
Oceano / Continente
Arco
subsidencia mecánica debido al peso de la carga sedimentaria . Ej. Rocky Mountain (Montañas Rocallosas) interior occidental de USA
Zona Tras‐Arco de plegamiento con cabalgamientos
g
cuenca Retro‐arco
Al principio son sedimentos fluviales, costeros y marinos someros provenientes de rocas diversas (arkosas y conglomerados; cuarzoarenitas, litarenitas). Carbonatos restringidos. La posterior subsidencia permite depósitos mas profundos hasta el relleno de la cuenca con sedimentos cada vez mas someros 24
Márgenes Convergentes O
Orogenos por colisiones Continente / Continente
li i
C ti
t / C ti
t (Suturas)
(S t
)
Cuencas periféricas de antepais [foreland basins]; formadas por subsidencia debido a apilamiento tectónico y carga sedimentaria
Depósitos de Molasa (“Molasse“). Ej. depósitos de Deltas Catskill (Devónico). En Néogeno, los Himalaya, colinas Siwalik
Qz
Cca. marginal de tras‐arco
Cca. de antepaís
F
L
(arrow shows changes through time)
g
)
through time
25
Secuencia de eventos en una colisión
una colisión Continente ‐‐ Continente
Continente 1
2
3
4
26
Márgenes Convergentes Orogenos por colisiones Continente / Continente
Orogenos
por colisiones Continente / Continente
Registro estratigráfico
Con base al cual se construye la historia ó secuencia
secuencia de eventos de una cuenca
de eventos de una cuenca
Reconstrucción de la cuenca de depósito
27
Registro estratigráfico a Registro estratigráfico a semi
semi‐‐detalle y respectivos modelos de reconstrucción de la cuenca sedimentaria
*
28
Registro estratigráfico y respectivo modelo de reconstrucción
29
Registro estratigráfico a Registro estratigráfico a semi
semi‐‐detalle (izq
izq)) de los sedimentos interpretados como de ambientes de aguas profundas y Log con d ll d
detalle de variaciones de facies i i
d f i (der) que fueron clave para interpretar f
l
i
el ambiente
*
30
Márgenes Transcurrentes
Márgenes Transcurrentes Cuencas Transtensionales:
Subsidencia mecánica y térmica / levantamiento
Salton Trough (Neogeno; So CA, del sistema de fallas San Andres Fault, USA)
Cuencas Trans‐presionales : SSubsidencia Mecánica b id i M á i
/Levantamiento
Ridge Basin (Neogeno; So CA Sistema de Fallas San
CA, Sistema de Fallas San Andres, USA)
31
(long system deposition)
(
(initially short system evolving long)
y
y
g g)
(short system deposition)
(short
system deposition)
(short system deposition)
32
SB = Suture Belt
RMP = Rifted margin prism
SC = Subduction complex
FTB = Fold and thrust belt
RA = Remnant arc
33
Análisis de cuencas
sedimentarias en el marco
de la tectónica de placas y
mecanismos de subsidencia
conforme
f
aB
Boggs
34
Descripción de cuencas sedimentarias conforme a Boggs
35
36
37
C
Cuencas
sedimentarias
di
t i y marco Tectónico
T tó i
Enfoque predictivo
– Tamaño y forma de los depósitos de la cuenca,
incluyendo la naturaleza de su basamento y límites
– Tipo de relleno sedimentario




Tasa de subsidencia / relleno
Sistemas Deposicionales
Proveniencia
Textura/Mineralogia madurez de estratos
– Estructura contemporánea y deformación singenética
– Flujo de calor, diagénesis e historia de subsidencia
38
Interrelaciones entre Tectonica Paleoclimas - y Eustasia

Areas anorogenicas ----->
----->
– Dominadas por Clima y Eustasia Dominate

Areas Orogenicas --------------->
>
– La sedimentacion responde al Tectonismo
39
40