Cuencas SedimentariasCuencas SedimentariasCuencas SedimentariasCuencas Sedimentariast tó it tó iy marco tectónicoy marco tectónico

Prof. Cecilia I. Caballero MirandaProf. Cecilia I. Caballero Miranda Clase Sedimentología y Estratigrafía, Clase Sedimentología y Estratigrafía, CciasCcias de la Tierra. Fac. Cienciasde la Tierra. Fac. Ciencias--UNAMUNAM

Grandes regiones de la corteza donde se acumulan di i d i il di il dsedimentos en sucesiones de cientos a miles de metros cientos a miles de metros 

de espesorde espesor durante largos periodos de tiempo  (Ma)ó ll d l ll d k 2Su extensión llega a ser de miles a millones de km2

A pequeña escala los sedimentos se pueden acumular p q ppor un cambio en el nivel base de erosión, pero a gran a gran escala debe haber subsidencia (tectónica) que permita escala debe haber subsidencia (tectónica) que permita el deposito continuadoel deposito continuado

Una cuenca es un espacio en el que la relación:p qAporte de sedimentos vs  Espacio de acomodo

provienen de área fuente en la cuenca sedimentariaprovienen de área fuente en la cuenca  sedimentaria(áreas de topografía positiva)(áreas de topografía positiva) (áreas de topografia negativa)(áreas de topografia negativa)

es tal que se favorece la acumulación por largos períodos22

Concepto de geosinclinalesConcepto de geosinclinalesEn el siglo 19 e inicios del 20, las cuencas sedimentarias reconocidas se referían como geosinclinales 18501850''ss 18701870''s James Hall y James D Danas James Hall y James D Dana18501850 ss--18701870 s James Hall y James D. Danas James Hall y James D. Dana

Se definían como amplias y alargadas cuencas marinas a lo largo de las márgenes continentales con sedimentos en grandes espesores en hundimientomárgenes continentales con sedimentos en grandes 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 montañasConcepto 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 pliega, (b) Teoría de Dana. La corteza se pliega, ( ) p g ,( ) p g ,en tanto que el interior de la tierra está en tanto que el interior de la tierra está

relativamente frío. Los pliegues levantados relativamente frío. Los pliegues levantados se erosionan para producir sedimento que se erosionan para producir sedimento que

se acumula en las cuencas Estasse acumula en las cuencas Estasse acumula en las cuencas. Estas se acumula en las cuencas. Estas condiciones continuadas producen condiciones continuadas producen

plegamiento y formación de montañasplegamiento y formación de montañas33

Las 6 etapas en el desarrollo de un geosinclinal constructor de montañas (Brice, 1962).

Whitmeyer S J et al. Geosphere 2007;3:511-526y p ;

(AA) MiogeosinclinalMiogeosinclinal preorogénicopreorogénico. Carbonatos someros; ars de Qz; sin volcánicos; tectónica estable

(BB) Arco volcánico hacia el oceáno + subsidencia: EugeoinclinalEugeoinclinal.Sedimentos inmaduros: grauvaca (flysch), flujos lava

(CC) 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 ‐‐ EE) Erosión de montañas formadas

(FF) Formación de sistemas de grabenes. Depósitos de piedemonte y planicie costerapiedemonte y planicie costera.

44

Controles para la formación de cuencas Controles para la formación de cuencas ddsedimentariassedimentarias

Los enfoques modernos consideran primeramente como controles:

Variables:óó

A. Espacio de acomodo A. Espacio de acomodo 

☐☐ subsidencia tectónica = Tsubsidencia tectónica = T☐☐ incremento eustatico del n-mar = Etasa de sedimentation = S i t d l f did d d l W incremento de la profundidad del agua = W

T + E = S + WTT

EE

Variables:Variables:Topografia

B. Fuente de aporte de sedimentosB. Fuente de aporte de sedimentos

TectónicaTectónicaTopografia Clima / Vegetación; Condiciones químicas / bioquímicas

TectónicaTectónica

llLos mecanismos en que ocurren estos  controles se enmarcan en Los mecanismos en que ocurren estos  controles se enmarcan en la dinámica de la Tectónica de Placasla dinámica de la Tectónica de Placas 55

66

Mecanismos de subsidenciaMecanismos de subsidenciaAdelgazamiento 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 tectónicop

Global Empirical AgeGlobal Empirical Age‐‐Depth Curve Depth Curve for Ocean Crustfor Ocean Crust 77

Mecanismos de subsidencia desglosadosMecanismos de subsidencia desglosadosMecanismos de subsidencia desglosadosMecanismos de subsidencia desglosados(tomado de: Principles of Sedimentology and Stratigraphy; Boggs, 2011)

88

Mecanismos en el marco de la dinámica de la Mecanismos en el marco de la dinámica de la 

Los movimientos de las placas, aunque con marcado 

Tectónica de PlacasTectónica de Placasp , q

desplazamiento lateral, tienen una componente vertical: regiones de engrosamiento y adelgazamiento cortical con incremento de topografía ( ti t l) y zonas de subsidenciaincremento de topografía (c. continental) y zonas de subsidencia

99

Apertura y cerrado de cuencas oceánicas y creación de corteza continental en loscorteza continental en los diferentes entornos /estadíos de la Tectónica de Placas

A - B

C - D

EE

EF

E

G - HG H

1010

Interrogantes en el estudio de cuencas Interrogantes en el estudio de cuencas di t idi t isedimentariassedimentarias

• ¿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?

Ritmos de depósito, Rocas fuente, Inferencias climáticas, p , f , f ,• ¿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? ¿

1111

Análisis de Cuencas sedimentarias en el marco de la dinámica de la Análisis de Cuencas sedimentarias en el marco de la dinámica de la Tectónica de PlacasTectónica de Placas

Cuencas Cuencas sedimentariassedimentariassedimentariassedimentarias

en el marco de lasde las 

diferentes etapas 

/d i i/dominios tectónicos 

identificados en la 

dinámica de la Tectónica de Placas 

1212

Cuencas intraCuencas intra‐‐placa (intracratónicas)placa (intracratónicas)Stage A / Etapa A del Ciclo Wilson

Cuencas Intra‐placa (S )(Sag) : Subsidencia Térmica/Isostática/???

Ej. Paleozoico Cuenca de Michigan; Cuenca gde Illinois

1313

CuencasCuencas de de riftrift: A lí té i

Cuencas de Cuencas de RiftRift y y protoproto‐‐oceánicasoceánicasAnomalía térmica, adelgazamiento y extensióncortical (grabens)

Ej moderno: provincia de

Etapa B

Ej. moderno: provincia de Pilares y cuencas ‐Basin and Range‐ (USA‐México) 

CuencasCuencas protoproto‐‐oceánicasoceánicasEj. moderno: Mar Rojo Ej. 

Proterozoico: Keweenawan Rift – (al S de Grandes Lagos, USA) 1414

Tipos de anomalías térmicas y Tipos de anomalías térmicas y riftingriftingDomos. - Formación de volcanes por una

pluma del manto

Triple Junctions

pluma del manto

Triple junction en la que 2 brazos de rift Triple Junction que 2 brazos de riftevolucionan en una corteza oceánica y

el 3º “aborta” su

pen la que los brazos desarrollan

B1 B2

el 3º aborta su desarrollo:

AulacógenoAulacógeno

océanos

1515

Segmentos de Segmentos de riftrift fallidosfallidos AulacogenosAulacogenosSubsidenciaSubsidenciatérmicatérmica//isostáticaisostáticatérmicatérmica//isostáticaisostáticaejej. . PaleozoicoPaleozoico Anadarko Anadarko Basin (en Texas/Oklahoma Basin (en Texas/Oklahoma USA)USA) ““E b h iE b h i ””USA); USA); ““EmbahamientoEmbahamiento””del Mississippi; del Mississippi; GolfoGolfo de de MéxicoMéxico

1616

Rifts oceánicosRifts oceánicos

Formación de nueva Formación de nueva cuenca oceánica y cuenca oceánica y margen continentalmargen continentalmargen continental margen continental divergente temprano divergente temprano Subsidencia térmica e i táti ( disostática (carga de sedimentos)Ej. El océano Atlántico 

Etapa C

Etapa D

p

p

1717

Rifts Rifts oceánicosoceánicos

A. Margen continental divergente

Depósitos de plataforma p ptransgresiva (modelo carbonatado con arrecifes de barrera), talud y pie de talud (turbiditas)

Etapa C ‐ D

Ej. margen E de Norteaméricapie de talud (turbiditas)

Basamento con depósitos de rift 

antiguo

1818

b id i té i

B. Cuenca oceánicaB. Cuenca oceánica..

subsidencia térmicaSecuencia de:ofiolitas, sedimentación pelágica.Se preserva por anomalías estructurales en trozos deestructurales en trozos de corteza cabalgantes sobre otras secuenciasSecuencia ofiolitica (de arriba hacia abajo):1. Sedimentos pelágicos1. Sedimentos pelágicos (carbonatados/silíceos) a clásticos

2. Basaltos almohadillados: piso oceánico 3a. Complejo de diques basálticos3a. Complejo de diques basálticos

3b. Gabro estratificado cristalizado en paredes de cámara magmática

4 Rs ultramáficas Dunita/ Peridotita4. Rs. ultramáficas Dunita/ Peridotita fracción residual  del fondo de 

cámara magmática1919

Márgenes Convergentes Márgenes Convergentes Cuencas deCuencas de PrePre‐‐arco Trasarco Tras‐‐arco Retroarco Retro‐‐arcoarcoCuencas deCuencas de PrePre arco, Trasarco, Tras arco, Retroarco, Retro arcoarco

OrógenosOrógenos (arcos) (arcos) porpor colisionescolisionesOceanoOceano // OceanoOceano ((EtapaEtapa E)E)

Trinchera

OceanoOceano / / OceanoOceano ((EtapaEtapa E)E)OceanoOceano / / ContinenteContinente ((EtapaEtapa F)F)ContinenteContinente / / ContinenteContinente ((EtapaEtapa H)H)

DiferenciasDiferencias: : OO‐‐O O cortezacorteza continentalcontinentalen en formaciónformación; ; OO‐‐C cc C cc gruesagruesa; ; CC‐‐C C cortezacorteza muymuy gruesagruesa..‐‐ DiferenciasDiferencias en en 

Prisma acreción

A tA t

yy ggcomportamientocomportamiento isostáticoisostático = = diferenciasdiferencias en en subsidenciasubsidencia

Aspectos comunesAspectos comunesSubsidencia mecánica Subsidencia mecánica (E(E‐‐F).F). Relleno Relleno de sedimento dependiendo del sitiode sedimento dependiendo del sitio

ElElElementos:Elementos:Trinchera Trinchera (E(E‐‐F)F)Prismas de AcreciónPrismas de AcreciónCuenca PreCuenca Pre‐‐ArcoArco

2020

Arco volcánico / Arco magmáticoArco volcánico / Arco magmáticoCuencas TrasCuencas Tras‐‐arco / Retroarco / Retro‐‐arcoarco

Márgenes Convergentes Márgenes Convergentes Cuencas deCuencas de PrePre‐‐arco Trasarco Tras‐‐arco Retroarco Retro‐‐arcoarcoCuencas deCuencas de PrePre arco, Trasarco, Tras arco, Retroarco, Retro arcoarco

OrógenosOrógenos (arcos) (arcos) porpor colisionescolisionesOceanoOceano // OceanoOceanoOceanoOceano / / OceanoOceanoOceanoOceano / / ContinenteContinente

AspectosAspectos comunescomunesSubsidenciaSubsidencia mecánicamecánica

Etapa E

cuenca Tras‐arco cuenca Pre‐arcoSubsidenciaSubsidencia mecánicamecánica..RellenoRelleno de de sedimentosedimentodependiendodependiendo del del sitiositio

Prisma ió

ElementosElementos::TrincheraTrinchera (E(E‐‐F)F)

acreción

TrincheraTrinchera (E(E F)F)PrismasPrismas de de AcreciónAcreciónCuenca PreCuenca Pre‐‐ArcoArcoArco Arco volcánicovolcánico / Arco / Arco magmáticomagmáticoCuencasCuencas TrasTras arcoarco / Retro/ Retro arcoarco

2121

CuencasCuencas TrasTras‐‐arcoarco / Retro/ Retro‐‐arcoarco

Etapa F

Márgenes Convergentes Márgenes Convergentes ArcosArcos VolcánicosVolcánicosArcos Arcos VolcánicosVolcánicosOceanoOceano / / OceanoOceanoTrincheraTrinchera:: muymuy profundaprofunda

cuenca Pre‐arco

cuenca Tras‐arco

EjEj. . modernomoderno Islas Marianas; Islas Marianas; 

TrincheraTrinchera: : muymuy profundaprofunda(>10Km),  y (>10Km),  y angostaangosta.  .  

EjEj. . PaleozoicoPaleozoico Antler Antler OrogenicOrogenicBelt???,  NevadaBelt???,  Nevada

Arco Arco VolcánicoVolcánico –– Cuenca PreCuenca Pre‐‐arcoarcoEl El arcoarco se se encuentraencuentra masmas cercacerca de la de la trincheratrinchera cuandocuando el slab de el slab de cortezacorteza oceánicaoceánicasubducesubduce con con fuertefuerte pendientependiente ((cortezascortezas masmas fríasfrías y y viejasviejas)) y y másmás lejoslejos cuandocuando subducesubduceconcon menormenor inclinacióninclinación ((cortezascortezas masmas calientescalientes yy jovenesjovenes).). LoLo queque influyeinfluye en laen la amplitudamplitud

líticos someros a profundos ricos en material volcánico; arrecifes locales (etapas tempranas), 

con con menormenor inclinacióninclinación ((cortezascortezas masmas calientescalientes y y jovenesjovenes). ).  Lo Lo queque influyeinfluye en la en la amplitudamplitudde la de la cuencacuenca PrePre‐‐arcoarco Composición 

de clásticosQz

CuencasCuencas trastras‐‐arcoarco: : Se Se formanforman cuandocuando la la subducciónsubducción eses másmás rápidarápidaqueque la la compresióncompresión, lo , lo queque hacehace se se ““estireestire”” la la cortezacorteza de la de la placaplaca de de arribaarriba y y se se formenformen ‐‐‐‐>  >  CuencasCuencas extensionalesextensionales EjEj.: .: sistemasistema de de arcoarco‐‐trincheratrinchera IzuIzu‐‐boninbonin

Q

2222

PacíficoPacífico del del oesteoesteLíticos ricos en material volcánico, intercalaciones con productos volcánicos; arrecifes locales (etapas tempranas), 

F L

Prismas de acreciónPrismas de acreciónSedimentos de la placa que subduce que quedan atrapados en el borde de la placa Sedimentos de la placa que subduce que quedan atrapados en el borde de la placa superior Aqui pueden quedar atrapadas secuencias ofiolíticas depósitos pelágicossuperior Aqui pueden quedar atrapadas secuencias ofiolíticas depósitos pelágicossuperior. Aqui pueden quedar atrapadas secuencias ofiolíticas, depósitos pelágicos, superior. Aqui pueden quedar atrapadas secuencias ofiolíticas, depósitos pelágicos, turbiditas de abanico abisalturbiditas de abanico abisal

2323

Márgenes Convergentes Márgenes Convergentes Orogenos por colisiones Oceano / ContinenteCuencas pre‐arco  Secuencia Great Valley, Mesozoico California; Puget Trough Neogeno Oregon/Washington

Cuencas retro‐arco ó de ante‐país.  Formadas por subsidencia  mecánica debido al peso de la carga sedimentaria .  

California; Puget Trough Neogeno, Oregon/Washington

Ej.  Rocky Mountain (Montañas Rocallosas) interior occidental de USA

Al principio son sedimentos fluviales, costeros y marinos someros provenientes de rocas diversas (arkosas y conglomerados; cuarzoarenitas, litarenitas). Carbonatos restringidos. La posterior subsidencia permite 

Trincheracuenca Pre‐ Arco

Zona Tras‐Arco de plegamiento con 

g ; , ) g p pdepósitos mas profundos hasta el relleno de la cuenca con sedimentos cada vez mas someros 

Trinchera arcocuenca Retro‐arco

cabalgamientos

2424

O li i C ti t / C ti t (S t )Márgenes Convergentes Márgenes Convergentes 

Orogenos por colisiones Continente / Continente (Suturas)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

Cca. de antepaísCca. marginal de tras‐arco

Qz

LF

2525

Secuencia de eventos en Secuencia de eventos en una colisiónuna colisiónuna colisión una colisión 

Continente Continente ‐‐ ContinenteContinente11

22

33

44

2626

Orogenos por colisiones Continente / ContinenteMárgenes Convergentes Márgenes Convergentes 

Orogenos por colisiones Continente / ContinenteRegistro Registro estratigráficoestratigráficoCon base al cual se construye la historia ó Con base al cual se construye la historia ó secuencia de eventos de una cuencasecuencia de eventos de una cuencasecuencia de eventos de una cuencasecuencia de eventos de una cuenca

Reconstrucción de la cuenca de depósitoReconstrucción de la cuenca de depósito

2727

Registro estratigráfico a Registro estratigráfico a semisemi‐‐detalle y respectivos modelos de detalle y respectivos modelos de reconstrucción de la cuenca sedimentariareconstrucción de la cuenca sedimentaria

**

2828

Registro estratigráfico y respectivo modelo de reconstrucciónRegistro estratigráfico y respectivo modelo de reconstrucción

2929

Registro estratigráfico a Registro estratigráfico a semisemi‐‐detalle detalle ((izqizq)) de los sedimentos de los sedimentos interpretados como de ambientes de aguas profundas y Log con interpretados como de ambientes de aguas profundas y Log con d ll d i i d f id ll d i i d f i f l if l idetalle de variaciones de facies detalle de variaciones de facies (der)(der) que fueron clave para interpretar que fueron clave para interpretar el ambienteel ambiente

**

3030

Márgenes TranscurrentesMárgenes TranscurrentesCuencas Transtensionales:

Márgenes Transcurrentes Márgenes Transcurrentes Cuencas Trans‐presionales : 

S b id i M á iSubsidencia mecánica y térmica / levantamiento

Salton Trough (Neogeno; So 

Subsidencia Mecánica /Levantamiento

Ridge Basin (Neogeno; So CA Sistema de Fallas SanCA, del sistema de fallas San 

Andres Fault, USA)CA, Sistema de Fallas San Andres, USA)

3131

SB = Suture BeltRMP = Rifted margin prismSC = Subduction complexFTB = Fold and thrust beltFTB = Fold and thrust beltRA = Remnant arc

3232

Análisis de cuencas sedimentarias en el marcosedimentarias en el marco de la tectónica de placas y mecanismos de subsidencia

f Bconforme a Boggs

3333

Descripción de cuencas sedimentarias conforme a Boggs

3434

3535

3636

C di t i T tó iC di t i T tó iCuencas sedimentarias y marco TectónicoCuencas sedimentarias y marco Tectónico

Enfoque predictivoEnfoque predictivoEnfoque predictivoEnfoque predictivo–– Tamaño y forma de los depósitos de la cuenca, Tamaño y forma de los depósitos de la cuenca,

incluyendo la naturaleza de su basamento y límitesincluyendo la naturaleza de su basamento y límitesincluyendo la naturaleza de su basamento y límitesincluyendo la naturaleza de su basamento y límites–– Tipo de relleno sedimentarioTipo de relleno sedimentario

Tasa de subsidencia / rellenoTasa de subsidencia / relleno Tasa de subsidencia / rellenoTasa de subsidencia / relleno Sistemas DeposicionalesSistemas Deposicionales ProvenienciaProveniencia Textura/Mineralogia madurez de estratosTextura/Mineralogia madurez de estratos

–– Estructura contemporánea y deformación singenéticaEstructura contemporánea y deformación singenética–– Flujo de calor, diagénesis e historia de subsidenciaFlujo de calor, diagénesis e historia de subsidencia

3737

Interrelaciones entre TectonicaInterrelaciones entre Tectonica --Interrelaciones entre Tectonica Interrelaciones entre Tectonica Paleoclimas Paleoclimas -- y Eustasiay Eustasia

Areas anorogenicasAreas anorogenicas >> Areas anorogenicas Areas anorogenicas ----------> > –– Dominadas por Clima y Eustasia DominateDominadas por Clima y Eustasia Dominate

Areas Orogenicas Areas Orogenicas ----------------> > –– La sedimentacion responde al TectonismoLa sedimentacion responde al Tectonismo

3838

3939