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 delimitadas 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 representan líneas de tiempo (por ejemplo, discordancias subaéreas , superficies de inundación máxima), colocando así la estratigrafía en un 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 se basa 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 de erosión donde hay una clara brecha 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 del mar eustático y subsidencia regional causada por subsidencia tectónica , subsidencia térmica y subsidencia inducida por carga como el peso del sedimento acumulado y la causa del agua). hundimiento isostático a medida que se llena una cuenca sedimentaria). Los cambios netos resultantes de estas fuerzas verticales aumentan o reducen el espacio de alojamiento 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 cratones que representan cientos de millones de años de historia de la Tierra. [6] [7] [8] A finales 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 mar El nivel podría haber sido responsable 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 las capas y el empaquetamiento de las rocas sedimentarias en el subsuelo mediante imágenes acústicas. [9] [10] La llegada de la estratigrafía sísmica hizo posible identificar secuencias que representan períodos de tiempo más cortos, con una duración que va desde decenas de miles hasta unos pocos millones de años; y comparar la secuencia estratigráfica de la historia en todo el mundo. Esto, a su vez, llevó a que la estratigrafía secuencial se sistematizara y se entendiera que también tenía una aplicación generalizada al estudio estratigráfico de afloramientos rocosos en la superficie terrestre. 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 depósito 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 la secuencia. Los valles incisos de los límites de la secuencia se correlacionan lateralmente con interfluvios, paleosoles formados en los márgenes de los valles incisos. Los rellenos de los valles no están relacionados genéticamente 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 de erosión regional de alto relieve que está más extendida que las bases de erosión de canales individuales dentro del valle; las asociaciones de facies reflejan un cambio de facies hacia la cuenca en comparación con las unidades subyacentes; la base erosiva del valle elimina los 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 unidades de grano fino hacia arriba o cambios en el carácter de los sistemas fluviales que reflejan un mayor espacio de alojamiento. Los cuerpos de arenisca asociados con valles incisos pueden ser buenos reservorios de hidrocarburos . Ha habido problemas en la correlación y distribución de estos órganos. Los principios estratigráficos de secuencia y la identificación de superficies importantes han resuelto algunos problemas.
Se concede menos importancia a los límites de las parasecuencias; sin embargo, existe una sugerencia de que las superficies de inundación que representan los límites de las parasecuencias pueden ser más extensas lateralmente, dejando más evidencia que los límites de las secuencias porque la llanura costera tiene un gradiente más bajo que la plataforma continental interior . [14] Los límites de las parasecuencias se pueden distinguir por diferencias en las propiedades físicas y químicas a través de la superficie, tales como; salinidad del agua de formación, propiedades de los hidrocarburos, porosidad, velocidades de compresión y mineralogía. Los límites de la parasecuencia pueden no formar una barrera para la acumulación de hidrocarburos, pero pueden inhibir la comunicación vertical del yacimiento. Una vez 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 extensiones de sistemas evolucionó para vincular los sistemas deposicionales contemporáneos. Los tractos de sistemas forman subdivisiones en una secuencia. Se asignan diferentes tipos de tramos de sistemas según el patrón de apilamiento estratal, la posición en una secuencia y la curva del nivel del mar y los tipos de superficies delimitadoras. [15]
Una parasecuencia es una sucesión relativamente conformable y genéticamente relacionada de lechos y conjuntos de lechos 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 transgresiva regional que está asociada con un límite de secuencia.
Las parasecuencias se separan en patrones de apilamiento:
Cada patrón de apilamiento dará información diferente sobre el comportamiento del espacio de alojamiento, cuyo control principal es el nivel relativo. Por lo tanto, un patrón rápidamente progradacional será indicativo de una caída del nivel del mar, un patrón rápidamente retrogradacional es evidencia de una rápida transgresión del nivel del mar y un patrón agradacional será indicativo de un suave aumento del nivel del mar.
El nivel del mar cambia 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 está representada en el lado izquierdo, denominada N de 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 mundial era unos 320 pies (98 metros ) más bajo que el actual, debido a la gran cantidad de agua de mar que se había evaporado y depositado en forma de nieve y hielo en los glaciares del hemisferio norte . Cuando el nivel del mar en el mundo estaba en este "nivel bajo", los antiguos sedimentos del lecho marino fueron sometidos a erosión subaérea ( erosión por lluvia, heladas, ríos, etc.) y se estableció una nueva costa en el nuevo nivel, a veces a millas de la cuenca del mar. antigua costa si el fondo del mar estaba poco inclinado.
Hoy en día, el nivel del mar se encuentra en un nivel relativamente alto dentro de los ciclos glaciales del Cuaternario debido a la rápida desglaciación del final del Pleistoceno y principios del Holoceno . La antigua costa del último período glacial se encuentra ahora bajo aproximadamente 390 pies (120 metros) de agua. Aunque los científicos de la Tierra debaten si actualmente estamos experimentando un "alto nivel", en general se acepta que el nivel eustático del mar está aumentando.
En el pasado lejano, el nivel del mar era significativamente más alto que hoy. Durante el Cretácico (etiquetado 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 niveles alternos de alto y bajo nivel del mar se repiten en varias escalas de tiempo. El más pequeño de estos ciclos dura aproximadamente 20.000 años y corresponde a la tasa de precesión del eje de rotación de la Tierra (ver ciclos de Milankovitch ) y se los conoce comúnmente como ciclos de 'quinto orden'. El siguiente ciclo más largo ('cuarto orden') dura unos 40.000 años y coincide aproximadamente con la velocidad a la que varía la inclinación de la Tierra hacia el Sol (explicada nuevamente por Milankovitch). El siguiente ciclo más grande ('tercer orden') dura aproximadamente 110.000 años y corresponde a la velocidad 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 mediante la división de masas continentales.
A lo largo de la historia de la Tierra se han producido cientos de ciclos glaciales similares . Los científicos terrestres que estudian las posiciones de los depósitos de sedimentos costeros a lo largo del tiempo ("estratígrafos secuenciales") han notado docenas de desplazamientos similares de las costas hacia la cuenca asociados con una recuperación posterior. En algunos casos, el mayor de estos ciclos sedimentarios puede correlacionarse en todo el mundo con gran confianza.
Los tres controles sobre la arquitectura estratigráfica y el desarrollo del ciclo sedimentario son:
El nivel del mar eustático 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 ocurrir erosión y por debajo del cual puede ocurrir deposición. Tanto los cambios eustáticos del nivel 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 de sedimentos locales afectan el nivel local y relativo del mar, lo que provoca ciclos sedimentarios locales .
Los ciclos sedimentarios más pequeños y localizados no están relacionados con cambios en el 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 producía el desplazamiento hacia la cuenca (hacia el océano) con la progradación de las costas en el área 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 aporta menos sedimento que la tasa de aumento de la profundidad del agua y, por tanto, la costa migra hacia la tierra. En una regresión , si la profundidad del agua disminuye, 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 aporta más sedimento del que la costa puede erosionar, lo que provoca que la costa migre hacia el mar. A esto último se le llama progradación. El ciclo de estratos depositados durante repetidas transgresiones y regresiones 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 las secuencias tienen importancia económica porque estos cambios en el nivel del mar provocan grandes cambios laterales en los patrones de depósito de los sedimentos del fondo marino . Estos cambios 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 buscadores 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 los hidrocarburos se generen y migren hacia estas "trampas".