Regiones de hundimiento a largo plazo que crean espacio para el relleno de sedimentos
Las cuencas sedimentarias son depresiones a escala regional de la corteza terrestre donde se ha producido hundimiento y se ha acumulado una espesa secuencia de sedimentos para formar un gran cuerpo tridimensional de roca sedimentaria . [1] [2] [3] Se forman cuando el hundimiento a largo plazo crea una depresión regional que proporciona espacio de alojamiento 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 quedan enterrados, son sometidos a una presión creciente y comienzan los procesos de compactación y litificación que los transforman en roca sedimentaria . [5]
Diagramas esquemáticos simplificados de ambientes tectónicos comunes donde se forman cuencas sedimentarias.
Las cuencas sedimentarias se crean por la deformación de la litosfera de la Tierra en diversos entornos geológicos, generalmente como resultado de la actividad tectónica de placas . Los mecanismos de deformación de la corteza terrestre que conducen al hundimiento y la formación de cuencas sedimentarias incluyen el adelgazamiento de la corteza subyacente; depresión de la corteza por carga sedimentaria, tectónica o volcánica; o cambios en el espesor o densidad de la litosfera subyacente o adyacente . [6] [7] [8] Una vez que el proceso de formación de la cuenca ha comenzado, el peso de los sedimentos que se depositan en la cuenca agrega una carga adicional sobre la corteza subyacente que acentúa el hundimiento y, por lo tanto, amplifica el desarrollo de la cuenca como resultado de la isostasia . [4]
El registro geológico conservado a largo plazo de una cuenca sedimentaria es un paquete tridimensional contiguo de gran escala de rocas sedimentarias creado durante un período geológico particular, una "sucesión estratigráfica", al que los geólogos continúan refiriéndose como cuenca sedimentaria incluso si ya no es una depresión batimétrica o topográfica. [6] La cuenca Williston , la cuenca Molasse y la cuenca Magallanes son ejemplos de cuencas sedimentarias que ya no son depresiones. Las cuencas formadas en diferentes regímenes tectónicos varían en su potencial de conservación . [9] Las cuencas intracratónicas, que se forman en interiores continentales altamente estables, tienen una alta probabilidad de conservación. Por el contrario, es probable que las cuencas sedimentarias formadas en la corteza oceánica sean destruidas por 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 sólo parcialmente cuando esas cuencas oceánicas se cierran cuando los continentes chocan. [7]
Las cuencas sedimentarias son de gran importancia económica. Casi todo el gas natural y el petróleo del mundo y todo su carbón se encuentran en rocas sedimentarias. Muchos minerales metálicos se encuentran en rocas sedimentarias formadas en ambientes sedimentarios particulares. [10] [6] [2] Las cuencas sedimentarias también son importantes desde una perspectiva puramente científica porque su relleno sedimentario proporciona un registro de la historia de la Tierra durante el tiempo en que la cuenca recibía activamente sedimentos.
Se han identificado más de seiscientas cuencas sedimentarias en todo el mundo. Su tamaño varía desde decenas de kilómetros cuadrados hasta más de un millón, y sus rellenos sedimentarios varían de uno a casi veinte kilómetros de espesor. [11] [12] [13] [14]
Clasificación
Aproximadamente una docena de tipos comunes de cuencas sedimentarias están ampliamente reconocidos y se proponen varios esquemas de clasificación, sin embargo, ningún esquema de clasificación único se reconoce como 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:
Marco 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]
La naturaleza de la corteza subyacente : las cuencas formadas en la corteza continental son bastante diferentes de las formadas en la 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 hacen que la litosfera se hunda para formar una cuenca. [17]
Petróleo/potencial económico : características de la cuenca que influyen en la probabilidad de que la cuenca tenga acumulaciones de petróleo o la forma en que se formó. [20]
Tipos ampliamente reconocidos
Aunque no se ha adoptado ampliamente ningún esquema de clasificación de cuencas, varios tipos comunes de cuencas sedimentarias son ampliamente aceptados y bien entendidos como tipos distintos. A lo largo de su vida útil, una sola cuenca sedimentaria puede pasar por múltiples fases y evolucionar de uno de estos tipos a otro, como un proceso de rift que se completa para formar un margen pasivo. En este caso, las rocas sedimentarias de la fase de la cuenca del rift están superpuestas por aquellas rocas depositadas durante la fase del margen pasivo. También son posibles cuencas híbridas en las que una única cuenca regional resulta de los 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 resultado de algunos procesos geodinámicos.
Estiramiento litosférico
Ilustración del estiramiento litosférico
Si se hace que la litosfera se estire horizontalmente, mediante mecanismos como el rifting (que está asociado con límites de placas divergentes) o el empuje de crestas o la atracción de trincheras (asociados con límites convergentes), se cree que el efecto es doble. La parte inferior y más caliente de la litosfera "fluirá" lentamente alejándose del área principal que se está estirando, mientras que la corteza superior, más fría y más frágil , tenderá a fallar (agrietarse) y fracturarse. El efecto combinado de estos dos mecanismos es que la superficie de la Tierra en el área de extensión se hunde, creando una depresión geográfica que luego a menudo se llena de agua y/o sedimentos. (Una analogía es un trozo de goma, que se adelgaza en la mitad cuando se estira).
Un ejemplo de cuenca causada por el estiramiento de la litosfera es el Mar del Norte , que también es un lugar importante para importantes reservas de hidrocarburos . Otra característica de este tipo es la provincia de Cuenca y Cordillera , que cubre la mayor parte de Nevada, formando una serie de estructuras horst y graben .
La extensión tectónica en límites divergentes donde se está produciendo el rift continental puede crear una cuenca oceánica naciente que conduzca a un océano o al fracaso de la zona del rift . Otra expresión del estiramiento litosférico resulta en la formación de cuencas oceánicas con dorsales centrales. El Mar Rojo es en realidad un océano incipiente, en un contexto de placas tectónicas. La desembocadura del Mar Rojo es también una triple unión tectónica donde se unen la Cordillera del Océano Índico, el Rift del Mar Rojo y el Rift de África Oriental . Este es el único lugar del planeta donde una unión triple de este tipo en la corteza oceánica está expuesta subaéricamente . Esto se debe a una alta flotabilidad térmica ( hundimiento térmico ) de la unión, y también a una zona local arrugada de la corteza del fondo marino que actúa como una presa contra el Mar Rojo.
Flexión litosférica
Ilustración esquemática de la flexión litosférica viscoelástica.
La flexión litosférica es otro mecanismo geodinámico que puede provocar un hundimiento regional que resulte en la creación de una cuenca sedimentaria. Si se coloca una carga sobre la litosfera, ésta tenderá a flexionarse como una placa elástica. La magnitud de la flexión litosférica es función de la carga impuesta y la rigidez a la flexión de la litosfera, y la longitud de onda de la flexión es función de la rigidez a la flexión de la placa litosférica. La rigidez a la flexión es en sí misma una función de la composición mineral litosférica, el régimen térmico y el espesor elástico efectivo de la litosfera. [4]
Los procesos tectónicos de placas que pueden crear cargas suficientes en la litosfera para inducir procesos de formación de cuencas incluyen:
La formación de nuevos cinturones montañosos a través de la orogenia crea enormes alturas topográficas regionales que imponen cargas sobre la litosfera y pueden dar lugar a cuencas de antepaís .
El crecimiento de una cuña de acreción y su empuje sobre la placa tectónica superior puede contribuir a la formación de cuencas del antearco.
Después de que cualquier tipo de cuenca sedimentaria ha comenzado a formarse, la carga creada por el agua y los sedimentos que llenan la cuenca crea una carga adicional, causando así una flexión litosférica adicional y amplificando el hundimiento original que creó la cuenca, independientemente de la causa original de su creación. [4]
Hundimiento térmico
El enfriamiento de una placa litosférica, en particular de la corteza oceánica joven o de la corteza continental recientemente estirada, provoca un hundimiento térmico . A medida que la placa se enfría, se contrae y se vuelve más densa mediante la contracción térmica . De manera análoga a un sólido que flota en un líquido, a medida que la placa litosférica se vuelve más densa, se hunde porque desplaza una mayor parte del manto subyacente a través de un proceso de equilibrio conocido como isostasia .
El hundimiento térmico es particularmente mensurable 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 . A medida que la corteza oceánica recién formada se enfría durante un período de decenas de millones de años. Esta es una contribución importante a la subsidencia en cuencas de rift, cuencas de retroarco y márgenes pasivos donde están sustentados por una corteza oceánica recién formada.
Deformación por deslizamiento
Diagrama shemático de un entorno tectónico de deslizamiento con fallas que crean áreas de transtensión y transpresión.
En entornos tectónicos de deslizamiento , la deformación de la litosfera ocurre principalmente en el plano de la Tierra como resultado de tensiones principales máximas y mínimas casi horizontales . Las fallas asociadas con estos límites de placas son principalmente verticales. Dondequiera que estos planos de falla vertical encuentren curvaturas, el movimiento a lo largo de la falla puede crear áreas locales de compresión o tensión.
Cuando la curva en el plano de falla se separa, se produce una región de transtensión y, a veces, es lo suficientemente grande y duradera como para crear una cuenca sedimentaria a menudo llamada cuenca de separación o cuenca de deslizamiento. [7] Estas cuencas suelen tener una forma aproximadamente romboédrica y pueden denominarse rombochasm . Un rombocismo clásico lo ilustra la grieta del Mar Muerto , donde el movimiento hacia el norte de la Placa Arábiga en relación con la Placa de Anatolia ha creado una cuenca de deslizamiento.
El efecto opuesto es el de 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 del empuje local y fallas inversas que se "agruparon" contra la curva en el entorno de la falla que de otro modo sería de deslizamiento.
Estudio de cuencas sedimentarias
El estudio de las cuencas sedimentarias como entidades en sí mismas a menudo se denomina análisis de cuencas sedimentarias . [4] [73] El estudio que implica el modelado cuantitativo de los procesos geológicos dinámicos mediante los cuales evolucionaron se llama 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 diferentes tipos de investigaciones científicas destinadas a comprender y reconstruir el pasado de la tectónica de placas de la Tierra (paleotectónica), la geografía ( paleogeografía , el clima ( paleoclimatología ), los océanos ( paleoceanografía ), los hábitats ( paleoecología y La paleobiogeografía ) El análisis de las cuencas sedimentarias es, por 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 de combustibles fósiles del mundo se formaron en. cuencas sedimentarias.
Ejemplo de estudio geológico superficial de un relleno de cuenca sedimentaria mediante mapeo geológico de campo e interpretación de fotografías aéreas. Este ejemplo incluye una superficie de erosión importante (límite de secuencia) resultante de la erosión y el relleno de un gran cañón submarino.
Todas estas perspectivas sobre la historia de una región particular se basan en el estudio de un gran cuerpo tridimensional de rocas sedimentarias que resultó 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, empaquetamiento y estratificación de este cuerpo de rocas sedimentarias como un registro resultante de procesos sedimentarios que actúan en el tiempo, influenciados por el cambio global del nivel del mar y la placa regional. tectónica.
Estudio geológico superficial
Cuando las rocas sedimentarias que componen el relleno de una cuenca sedimentaria están expuestas en la superficie de la tierra, en el estudio de las cuencas sedimentarias se pueden utilizar técnicas tradicionales de geología de campo y fotografía aérea, así como imágenes de satélite.
Estudio geológico del subsuelo
Gran parte del relleno de una cuenca sedimentaria suele permanecer enterrado bajo la superficie, a menudo sumergido en el océano, y por tanto no puede estudiarse directamente. Las imágenes acústicas que utilizan la reflexión sísmica adquirida a través de la adquisición de datos sísmicos y estudiadas a través de la subdisciplina específica de la estratigrafía sísmica son el medio principal para comprender la arquitectura tridimensional del relleno de la cuenca a través de la teledetección .
El muestreo directo de las rocas mismas se logra mediante la perforación de pozos y la recuperación de muestras de rocas en forma de muestras de núcleos y recortes de perforación . Estos permiten a los geólogos estudiar pequeñas muestras de las rocas directamente y también, muy importante, permiten a los paleontólogos estudiar los microfósiles que contienen ( micropaleontología ).
En el momento en que se perforan, los pozos también se inspeccionan tirando de instrumentos electrónicos a lo largo del pozo en un proceso conocido como registro de pozos . El registro de pozos, que a veces se denomina apropiadamente geofísica del pozo , utiliza las propiedades electromagnéticas y radiactivas de las rocas que rodean el pozo, así como su interacción con los fluidos utilizados en el proceso de perforación del pozo, para crear un registro continuo de las rocas a lo largo del pozo. longitud del pozo, mostrada como una familia de curvas. La comparación de curvas de registros de pozos entre múltiples pozos se puede utilizar para comprender la estratigrafía de una cuenca sedimentaria, particularmente si se usa junto con la estratigrafía sísmica.
Ver también
Cuenca estructural : depresión geológica estructural a gran escala formada por deformación tectónica
Cuenca de drenaje : área de tierra donde el agua converge en una salida común.
Isostasia : estado de equilibrio gravitacional entre la corteza y el manto de la Tierra.
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