Análisis de Estimación de Espesores Erosionados

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espesores erosionados
La reconstrucción palogeológica de los modelos sedimentarios requiere necesariamente de un estimado razonable de espesores erosionados. Magara y posteriormente Heasker y Kharitanova presentaron modelos matemáticos sencillos demostrando que las secciones faltantes y sus espesores pueden ser identificados mediante análisis rigurosos de los perfiles de compactación existentes y su comparación contra los perfiles de compactación originales, los cuales bajo condiciones favorables, pueden ser reconstruidos razonablemente.

1. Secciones Erosionadas

En la mayoría de las secuencias sedimentarias, existe un gran número de discontinuidades que indican que en algún momento del período geológico, ha habido la presencia de espesores erosionados que han sido eliminados de la secuencia geológica. Esa sección que ha sido eliminada se conoce como sección erosionada.

En una sección estratigráfica normal donde dos unidades estén superpuestas y separadas por una discordancia, habrá un intervalo de tiempo no representado, el cual será más joven que la edad del tope de la unidad infrayacente y más antiguo que la edad de la base de la unidad suprayacente. Los procesos de erosión que generan dichas secciones erosionadas afectan fuertemente los procesos de compactación de la secuencia.
    

2. Erosión

La erosión se puede definir como el comienzo del transporte de las partículas en un proceso de sedimentación. A grandes rasgos, la erosión se puede definir como el desgaste que sufren las rocas debido a agentes geológicos externos. Para que la erosión se produzca, es necesario un agente de transporte que mueva los fragmentos arrancados una vez que la roca haya sido disgregada. El proceso de erosión se da principalmente en agua, aunque también se puede dar por viento o glaciares.

Los espesores erosionados por medio de agua lo llevan a cabo ríos y mares. La erosión por medio del viento generalmente se da en regiones sin vegetación y con mucho viento, donde la atmósfera contiene gran cantidad de polvo (de tamaño arena). El choque de estas partículas contra una roca dura provoca una abrasión (erosión eólica).

Por otro lado, en regiones de altas montañas donde existen temperaturas promedios bajas, la nieve se acumula y se transforma a hielo. Por gravedad el hielo se mueve hacia las partes bajas de las montañas. Durante ese movimiento el glaciar erosiona las rocas del fondo. Los trozos de roca, los cuales pueden llegar a tener inclusive 10m, flotan con el hielo hacia las partes bajas, hasta que llegan a decantar.

En la Figura 1 se puede observar una clara relación entre erosión – transporte – sedimentación, por lo que generalmente las partículas pequeñas necesitan velocidades pequeñas para sedimentarse. El limo por ejemplo se decanta entre 0,001 cm/seg. hasta 0,1 cm/seg., las gravas se sedimentan con velocidades menores de 10 cm/seg.

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Fig. 1. Relación entre Erosión - Transporte - Sedimentación.

Así mismo, las partículas pequeñas y partículas grandes necesitan velocidades relativamente altas. Es decir una grava entra a la erosión en flujos de agua alrededor de los 100 cm/seg. Partículas pequeñas como limo fino (0,002 mm) también necesitan velocidades altas (también alrededor de 100 cm/seg.). 

Esta energía relativamente alta de erosión resulta por la alta fricción entre las partículas muy pequeñas. Pero si flotan una vez en el agua, solo velocidades muy bajas permiten una sedimentación. La arena se erosiona con las velocidades más bajas (entre 10 cm/seg. hasta 30 cm/seg.).           

3. Discontinuidades

Las discontinuidades se definen como una relación genética entre dos materiales cuando existe entre ellos una interrupción sedimentaria medible.

En la Figura 2 se muestra que existen varios tipos de discontinuidades, tales como:

• Paraconformidad: es una discontinuidad estratigráfica en la que hay paralelismo entre los materiales inferiores y superiores, y la superficie de separación es plana.

• Disconformidad: es una discontinuidad donde se presenta paralelismo entre las unidades infrayacentes y suprayacentes, pero entre ambas existe una superficie erosiva.

• Discordancias angulares: son aquellas discontinuidades donde no se mantiene el paralelismo entre las unidades inferiores y superiores. La misma puede presentar una superficie erosiva o no.

• Inconformidad: es aquella discontinuidad que relaciona un conjunto de materiales estratificados con otros infrayacentes no estratificados (rocas ígneas o metamórficas). 

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Fig. 2. Relaciones de continuidad y discontinuidad (A: Continuidad, B: Paraconformidad, C: Disconformidad, D: Discordancias angulares, E: Discordancia angular erosiva, F: Discordancia sintectónica, G: Inconformidad). En todas las figuras, los números indican unidades de tiempo geológico relativo reconocibles.

4. Estimación de Espesores Erosionados

La reconstrucción palogeológica de los modelos sedimentarios requiere necesariamente de un estimado razonable de los espesores erosionados. Se han presentado modelos matemáticos sencillos demostrando que las secciones faltantes y sus espesores pueden ser identificados mediante análisis rigurosos de los perfiles de compactación existentes y su comparación contra los perfiles de compactación originales, los cuales bajo condiciones favorables, pueden ser reconstruidos razonablemente.

La compactación de lutitas es el resultado de los cambios físicos, químicos y mineralógicos que ocurren en el subsuelo. De igual modo, se conoce que el nivel de la compactación de lutitas está principalmente controlado por la profundidad de soterramiento (o la presión de la carga sedimentaria), si la presión de la formación es hidrostática.

Los espesores erosionados removidos de la roca sedimentaria en el pasado geológico pueden ser evaluados por el uso de datos de compactación, es decir, por medio de los valores del tiempo de tránsito de las lutitas que son registrados en perfiles sónicos.

La porosidad de las lutitas decrece con el incremento de profundidad (Figura 3). La tasa de reducción de porosidad es rápida en profundidades someras y más lentas a grandes profundidades. La porosidad también puede estar influenciada por la presión, debido a que si la presión es más alta que la presión hidrostática normal, las lutitas están subcompactadas, por lo que la porosidad será más alta.

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Fig. 3. Diagrama esquemático de porosidad vs. profundidad.

Los tiempos de tránsito son recogidos de registros de pozo, usualmente para una litología simple o una formación geológica. Una curva exponencial desplegada a través de la data sónica, es de la forma:

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(Ec. 1)

Donde:
Δt: Tiempo de tránsito [μseg/pie]
Δt₀: Valor en superficie del tiempo de tránsito [μseg/pie]
Z: Profundidad [pie]
b: Constante de decaimiento exponencial

Una razón válida de porque la Ecuación 1 no describe adecuadamente la relación tiempo de tránsito-profundidad, es porque la misma predice incorrectamente el tiempo de tránsito para una roca totalmente compactada (0% porosidad), ya que arroja el valor de cero. El tiempo de tránsito para una roca con porosidad igual a cero se aproxima a un valor constante.

La roca tiene tiempos de tránsito desde 39 μseg/pie (128 μseg/m) para dolomitas a 68 μseg/pie (223μseg/m) para lutitas. En consecuencia, una mejor relación para tiempo de tránsito – profundidad es la siguiente:

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(Ec. 2)

Donde:
C: representa la constante de velocidad de la matriz

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La reconstrucción palogeológica de los modelos sedimentarios requiere necesariamente de un estimado razonable de espesores erosionados.
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