La estratigrafía secuencial es una rama de la geología , específicamente una rama de la estratigrafía , que intenta discernir y comprender la geología histórica a través del tiempo subdividiendo y vinculando depósitos sedimentarios en unidades limitadas por discordancias en una variedad de escalas. La esencia del método es el mapeo de estratos basado en la identificación de superficies que se supone que representan líneas de tiempo (por ejemplo , discordancias subaéreas , superficies de inundación máxima), colocando así la estratigrafía en el marco cronoestratigráfico que permite comprender la evolución de la superficie de la Tierra en una región particular a través del tiempo. La estratigrafía secuencial es una alternativa útil a un enfoque puramente litoestratigráfico , que enfatiza únicamente en la similitud compositiva de la litología de las unidades de roca en lugar de la importancia temporal. Las discordancias son particularmente importantes para comprender la historia geológica porque representan superficies erosivas donde hay una brecha clara en el registro. Por el contrario, dentro de una secuencia, el registro geológico debe ser un registro relativamente continuo y completo que esté relacionado genéticamente. [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 subsidencia regional causada por subsidencia tectónica , subsidencia térmica y subsidencia inducida por carga a medida que el peso del sedimento acumulado y el agua causan 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]
El origen de la estratigrafía secuencial se remonta al trabajo de LL Sloss sobre las discordancias interregionales del cratón norteamericano. Sloss reconoció seis secuencias de todo el cratón que representan cientos de millones de años de historia de la Tierra. [6] [7] [8] A fines de la década de 1960, Sloss tuvo varios estudiantes, en particular Peter Vail, Robert Mitchum y John Sangree, quienes completaron disertaciones estudiando las rocas sedimentarias de Pensilvania del cratón norteamericano y se dieron cuenta de que los cambios globales en el nivel del mar podrían haber sido responsables de las numerosas discordancias generalizadas en esas rocas. Durante sus carreras posteriores 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 los perfiles de reflexión sísmica para comprender la estratificación y el empaquetamiento de las rocas sedimentarias en el subsuelo utilizando imágenes acústicas. [9] [10] La aparición de la estratigrafía sísmica hizo posible identificar secuencias que representan períodos de tiempo más cortos, cuya duración oscila entre decenas de miles y unos pocos millones de años, y comparar la historia estratigráfica secuencial en todo el mundo. Esto, a su vez, condujo a que la estratigrafía secuencial se sistematizara y se entendiera que también tenía una aplicación generalizada en el estudio estratigráfico de afloramientos rocosos en la superficie de la Tierra. Durante la década de 1980, esto marcó el comienzo de una revolución en la estratigrafía basada en la delineación 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]
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 varios 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 interfluvios, paleosuelos formados en los márgenes de los valles incisos. Los rellenos de valles no están genéticamente relacionados con los sistemas deposicionales subyacentes como se pensaba en interpretaciones anteriores. Hay cuatro criterios que distinguen los rellenos de valles incisos de otros tipos de depósitos de arenisca de varios pisos: una correlación generalizada con una superficie erosiva regional de alto relieve que es más generalizada que las bases erosivas de canales individuales dentro del valle; las asociaciones de facies reflejan un cambio hacia la cuenca en las facies en comparación con las unidades subyacentes; la base erosiva del valle elimina los tramos de sistemas anteriores y las bandas marinas produciendo un intervalo de tiempo, las unidades eliminadas se conservarán debajo de los interfluvios; Aumento del relleno del canal y de las unidades de grano fino hacia arriba o cambios en el carácter de los sistemas fluviales que reflejan un aumento del espacio de acomodación. Los cuerpos de arenisca asociados con valles incisos pueden ser buenos reservorios de hidrocarburos . Ha habido problemas en la correlación y distribución de estos cuerpos. Los principios estratigráficos secuenciales y la identificación de superficies significativas han resuelto algunos problemas.
Se le da menor importancia a los límites de parasecuencias, sin embargo, hay una sugerencia de que las superficies de inundación que representan límites de parasecuencias pueden ser más extensas lateralmente dejando más evidencia que los límites de secuencias porque la llanura costera tiene un gradiente menor que la plataforma continental interior . [14] Los límites de parasecuencias pueden distinguirse por diferencias en las propiedades físicas y químicas a lo largo de la superficie, tales como; salinidad del agua de formación, propiedades de hidrocarburos, porosidad, velocidades de compresión y mineralogía. Los límites de parasecuencias 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 carbonato, formando una barrera para las comunicaciones verticales del yacimiento. Los principios estratigráficos de secuencia han optimizado el potencial de producción una vez que se identifica la arquitectura a escala del yacimiento y se identifican unidades de drenaje separadas.
El concepto de tractos sistémicos evolucionó para vincular los sistemas deposicionales contemporáneos. Los tractos sistémicos forman subdivisiones en una secuencia. Se asignan diferentes tipos de tractos sistémicos en función del patrón de apilamiento de estratos, la posición en una secuencia y en la curva del nivel del mar y los tipos de superficies delimitantes. [15]
Una parasecuencia es una sucesión de estratos y conjuntos de estratos relativamente conformables y genéticamente relacionados, delimitados por superficies de inundación marina y sus superficies correlativas. Las superficies de inundación que delimitan las parasecuencias no son de la misma escala que la superficie transgresora regional asociada con 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 control es el nivel relativo. Por lo tanto, un patrón rápidamente progradacional será indicativo de una caída del nivel del mar, uno rápidamente retrogradacional es evidencia de una rápida transgresión del nivel del mar y uno agradacional será indicativo de un suave aumento del nivel del mar.
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 representa en el lado izquierdo, etiquetada como N por 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 extensión máxima unos 20.000 años antes del presente (BP). Durante este evento de glaciación, el nivel del mar del mundo era unos 320 pies (98 metros ) más bajo que hoy, debido a la gran cantidad de agua de mar que se había evaporado y se había depositado como nieve y hielo en los glaciares del hemisferio norte . Cuando el nivel del mar del mundo estaba en este "nivel bajo", los sedimentos del antiguo lecho marino estaban sujetos a la meteorización subaérea ( erosión por lluvia, heladas, ríos, etc.) y se estableció una nueva línea de costa en el nuevo nivel, a veces millas hacia la cuenca de la antigua línea de costa si el fondo marino estaba poco inclinado.
En la actualidad, el nivel del mar se encuentra en un nivel relativamente alto dentro de los ciclos glaciares del Cuaternario debido a la rápida desglaciación de finales del Pleistoceno y principios del Holoceno . La antigua línea costera del último período glaciar se encuentra ahora bajo aproximadamente 120 metros (390 pies) de agua. Aunque existe un debate entre los científicos de la Tierra sobre si actualmente estamos experimentando un "nivel alto", se acepta generalmente que el nivel eustático del mar está aumentando.
En el pasado lejano, el nivel del mar era significativamente más alto que en la actualidad. Durante el Cretácico (indicado como K en el gráfico), el nivel del mar era tan alto que una vía marítima se extendía a través del centro de América del Norte desde Texas hasta el océano Ártico .
Estos ciclos alternantes de niveles altos y bajos del mar se repiten en varias escalas de tiempo. 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 (ver 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 aproximadamente coincide con la tasa a la que varía la inclinación de la Tierra con respecto al Sol (de nuevo explicado por Milankovitch). El siguiente ciclo más grande ("tercer orden") es de unos 110.000 años y corresponde a la tasa a la que la órbita de la Tierra oscila de elíptica a circular. Se reconocen ciclos de orden inferior, que parecen ser el resultado de eventos tectónicos de placas como la apertura de nuevas cuencas oceánicas al dividir las masas continentales.
A lo largo de la historia de la Tierra se han producido cientos de ciclos glaciares similares . Los científicos que estudian las posiciones de los depósitos de sedimentos costeros a lo largo del tiempo (los "estratígrafos secuenciales") han observado docenas de desplazamientos similares de las líneas de costa hacia las cuencas costeras asociados a una recuperación posterior. En algunos casos, los ciclos sedimentarios más grandes pueden correlacionarse en todo el mundo con gran confianza.
Los tres controles sobre la arquitectura estratigráfica y el desarrollo del ciclo sedimentario son:
El nivel eustático del mar es el nivel del mar con referencia a un punto fijo, el centro de la Tierra. El nivel relativo del mar se mide con referencia al nivel base, por encima del cual puede producirse erosión y por debajo del cual puede producirse sedimentación. Tanto los cambios del nivel eustático del mar como las tasas de subsidencia tienden a ser ciclos más largos. Se cree que el suministro de sedimentos está controlado en gran medida por las condiciones climáticas locales y puede variar rápidamente. Estas variaciones en el suministro local de sedimentos afectan al nivel local y relativo del mar, 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 (eustático), sino más bien con el suministro de sedimentos a las cuencas adyacentes donde se suministran estos sedimentos. Por ejemplo, cuando se produjo el desplazamiento hacia la cuenca (hacia el océano) con progradación de las costas en la zona de Book Cliffs en Utah , las costas retrocedían o transgredían hacia el norte en Wyoming . Estos ciclos sedimentarios son representativos de la cantidad de suministro de sedimentos a la cuenca. En una transgresión , se suministran menos sedimentos que la tasa de aumento de la profundidad del agua y, por lo tanto, la costa migra hacia la tierra. En una regresión , si la profundidad del agua está disminuyendo, la costa migra hacia el mar (hacia la cuenca) y la costa anterior se erosiona. También se produce una regresión de la costa si se suministran más sedimentos de los que la costa puede erosionar, lo que hace que la costa migre hacia el mar. Esto último se denomina progradación. El ciclo de estratos depositados durante transgresiones y regresiones repetidas crea una secuencia deposicional.
La estratigrafía secuencial es una herramienta esencial en la aplicación de la geología a la exploración de petróleo y gas, como parte del campo de la geología del petróleo . Gran parte del desarrollo de esta disciplina científica se ha producido dentro de las corporaciones energéticas y sus laboratorios de investigación geológica o ha sido financiado por ellas. [3] [4]
Los límites de secuencia tienen importancia económica porque estos cambios en el nivel del mar causan grandes desplazamientos laterales en los patrones de sedimentación de los sedimentos del fondo marino . Estos desplazamientos laterales en la deposición crean capas alternas de roca de buena calidad de yacimiento (arenas porosas y permeables) y lutitas de peor calidad (capaces de proporcionar un "sello" de yacimiento para evitar la fuga de cualquier hidrocarburo acumulado que pueda haber migrado a las areniscas). Los prospectores de hidrocarburos buscan lugares en el mundo donde las arenas porosas y permeables estén cubiertas por rocas de baja permeabilidad y donde las condiciones sean adecuadas para que se generen hidrocarburos y migren a estas "trampas".