Cuenca sedimentaria
Regiones de hundimiento a largo plazo que crean espacio para el relleno por sedimentos

Las cuencas sedimentarias son depresiones a escala regional de la corteza terrestre donde se ha producido un hundimiento y se ha acumulado una gruesa secuencia de sedimentos para formar un gran cuerpo tridimensional de roca sedimentaria . [1] [2] [3] Se forman cuando un 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 impulsado por la gravedad de material erosionado transportado por el agua, actúa para llenar la depresión. A medida que los sedimentos se entierran, están sujetos a una presión cada vez mayor y comienzan los procesos de compactación y litificación que los transforman en roca sedimentaria . [5]

Diagramas esquemáticos simplificados de entornos 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 que conducen a la subsidencia y la formación de cuencas sedimentarias incluyen el adelgazamiento de la corteza subyacente; la depresión de la corteza por carga sedimentaria, tectónica o volcánica; o cambios en el espesor o la 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 la subsidencia y, por lo tanto, amplifica el desarrollo de la cuenca como resultado de la isostasia . [4]

El registro geológico preservado a largo plazo de una cuenca sedimentaria es un paquete tridimensional contiguo a gran escala de rocas sedimentarias creadas durante un período particular de tiempo geológico, una "sucesión estratigráfica", a la que los geólogos continúan refiriéndose como una 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 preservación . [9] Las cuencas intracratónicas, que se forman en interiores continentales altamente estables, tienen una alta probabilidad de preservación. Por el contrario, las cuencas sedimentarias formadas en la corteza oceánica probablemente 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 preservarse solo parcialmente cuando esas cuencas oceánicas se cierran cuando los continentes chocan. [7]

Las cuencas sedimentarias tienen una gran importancia económica. Casi todo el gas natural y el petróleo del mundo , así como todo el carbón , se encuentran en rocas sedimentarias. Muchos minerales metálicos se encuentran en rocas sedimentarias formadas en entornos 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 sedimentos de forma activa.

Se han identificado más de seiscientas cuencas sedimentarias en todo el mundo. Su superficie varía de decenas de kilómetros cuadrados a más de un millón, y sus rellenos sedimentarios tienen un espesor que va de uno a casi veinte kilómetros. [11] [12] [13] [14]

Clasificación

Se reconocen ampliamente alrededor de una docena de tipos comunes de cuencas sedimentarias y se proponen varios esquemas de clasificación, sin embargo, ningún esquema de clasificación único se reconoce como el 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:

  • Entorno tectónico de placas : la proximidad a un límite tectónico de placas divergente, convergente o transformante y el tipo y origen de las fuerzas tectónicamente inducidas que hacen que se forme una cuenca, específicamente aquellas activas en el momento de sedimentación activa en la cuenca. [8] [16] [7] [6]
  • 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 muy diferentes ( reología ) y densidades 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]
  • Potencial petrolero/económico : características de la cuenca que influyen en la probabilidad de que la cuenca tenga acumulaciones de petróleo o la manera en que se formó. [20]

Tipos ampliamente reconocidos

Aunque no se ha adoptado ampliamente un único esquema de clasificación de cuencas, varios tipos comunes de cuencas sedimentarias son ampliamente aceptados y bien comprendidos como tipos distintos. A lo largo de su vida útil, una única cuenca sedimentaria puede atravesar múltiples fases y evolucionar de uno de estos tipos a otro, como un proceso de rift que llega a su finalización para formar un margen pasivo. En este caso, las rocas sedimentarias de la fase de cuenca de rift están superpuestas por las rocas depositadas durante la fase de margen pasivo. También son posibles las cuencas híbridas en las que una única cuenca regional resulta de los procesos característicos de varios de estos tipos.

Tipos de cuencas sedimentarias ampliamente reconocidos
Tipo de cuenca sedimentariaTipo asociado de límite de placaDescripción y FormaciónEjemplos modernos y activosEjemplos antiguos (ya no activos)
Cuenca del RiftDivergenteLas cuencas de rift son cuencas sedimentarias alargadas formadas en depresiones creadas por el adelgazamiento (estiramiento) inducido tectónicamente de la corteza continental, generalmente delimitadas por fallas normales que crean fosas y semifosas . [21] [22] Algunos autores reconocen dos subtipos: [4]
  • Valles de Rift terrestres : valles principalmente subaéreos que son grietas en la corteza continental, comúnmente con vulcanismo bimodal.
  • Fosas de rift protooceánicas : cuencas oceánicas incipientes donde se está formando nueva corteza oceánica, flanqueadas a ambos lados por márgenes continentales jóvenes fracturados.
Formación típica de rift en sección transversal
Formación típica de rift en sección transversal

Valles de rift terrestres

Fosas de rift protooceánicas

Margen pasivoDivergenteLos márgenes pasivos generalmente tienen cuencas sedimentarias profundas que se forman a lo largo del margen de un continente después de que dos continentes se han separado completamente para quedar separados por un océano. [26] [27] El enfriamiento y la densificación de la litosfera subyacente durante decenas de millones de años impulsa el hundimiento que permite acumulaciones gruesas de sedimentos erosionados del continente adyacente. [28] [29] [30] Algunos autores distinguen dos subtipos basados ​​en el vulcanismo durante las primeras fases del desarrollo del margen, los márgenes pasivos no volcánicos y los márgenes pasivos volcánicos .
Sección transversal típica del margen pasivo
Sección transversal típica del margen pasivo

Los márgenes pasivos tienen una larga vida útil y, por lo general, se vuelven inactivos solo como resultado del cierre de un océano importante a través de una colisión continental resultante de la tectónica de placas. Como resultado, el registro sedimentario de los márgenes pasivos inactivos a menudo se encuentra como gruesas secuencias sedimentarias en los cinturones montañosos. Por ejemplo, los márgenes pasivos del antiguo océano de Tetis se encuentran en los cinturones montañosos de los Alpes y el Himalaya que se formaron cuando se cerró el océano de Tetis.

Distribución global de márgenes pasivos
  • Secuencia sedimentaria de Tetis del Himalaya de Tetis (Tíbet, Nepal) [31] [32] [33]
  • Secuencia sedimentaria del Jurásico tardío y Triásico de los Alpes del Sur (norte de Italia) [34] [35] [36]
  • Secuencia sedimentaria paleozoica de las Montañas Rocosas del sur de Canadá [37] [38]
  • Rocas sedimentarias paleozoicas del Gran Cañón [39]
Cuenca del antepaísConvergenteUna cuenca alargada que se desarrolla adyacente y paralela a un cinturón montañoso en crecimiento activo cuando el inmenso peso creado por las montañas en crecimiento sobre la litosfera continental hace que la placa se doble hacia abajo. [40] [41]

Muchos autores reconocen dos subtipos de cuencas de antepaís:

  • Cuencas periféricas de antepaís : donde la carga topográfica de un gran cinturón montañoso que se forma y se empuja sobre una placa, generalmente como resultado de la orogenia debida a una colisión continental, hace que la litosfera continental se doble hacia abajo a lo largo del frente montañoso.
  • Cuencas de antepaís de retroarco : que se forman detrás (hacia la tierra) de un arco volcánico activo asociado con un límite de placa convergente.
Cuencas de antepaís periféricas y de retroarco
Cuencas de antepaís periféricas y de retroarco

Cuencas periféricas de antepaís

Cuencas de antepaís de retroarco

Cuenca de arco posteriorConvergenteLas cuencas de retroarco son el resultado del estiramiento y adelgazamiento de la corteza detrás de los arcos volcánicos que se produce cuando las fuerzas de tensión creadas en el límite de la placa empujan la placa superior hacia la placa oceánica en subducción en un proceso conocido como retroceso de la fosa oceánica . Esto solo ocurre cuando la corteza oceánica en subducción es más antigua (>55 millones de años), y por lo tanto más fría y densa, y se subduce en un ángulo mayor a 30 grados. [42] [43] [44]
Sección transversal esquemática de un límite de placa convergente típico que muestra la formación de cuencas de arco posterior y arco anterior
Sección transversal esquemática de un límite de placa convergente típico que muestra la formación de cuencas de arco posterior y arco anterior
Cuenca del antearcoConvergente

Cuenca sedimentaria formada en asociación con un límite tectónico de placas convergentes en el espacio entre un arco volcánico activo y la fosa asociada , por lo tanto por encima de la placa oceánica en subducción. La formación de una cuenca de antearco se crea a menudo por el crecimiento vertical de una cuña de acreción que actúa como una presa lineal, paralela al arco volcánico, creando una depresión en la que los sedimentos pueden acumularse. [45] [46] [47]

Diagrama esquemático del margen continental de California durante el Cretácico, que muestra la deposición de la Secuencia del Gran Valle en una cuenca de antearco entre la cuña de acreción franciscana y el arco volcánico de Sierra Nevada.
Fosa oceánicaConvergente

Las cuencas de trinchera son depresiones lineales profundas que se forman cuando una placa oceánica en subducción desciende hacia el manto, debajo de la placa continental (tipo andino) u oceánica (tipo mariana) que la recubre. Las trincheras se forman en las profundidades del océano pero, en particular cuando la placa que la recubre es la corteza continental, pueden acumular secuencias gruesas de sedimentos provenientes de la erosión de las montañas costeras. Se pueden formar "cuencas de pendiente de trinchera" más pequeñas en asociación con una trinchera que puede formarse directamente sobre el prisma de acreción asociado a medida que crece y cambia de forma, creando cuencas estancadas. [53] [54]

Cuenca sedimentaria de relleno de trinchera en el contexto de un límite de placa convergente
Cuenca sedimentaria de relleno de trinchera en el contexto de un límite de placa convergente
Lavabo desmontableTransformar
Diagrama esquemático de la formación de una cuenca de separación

Las cuencas de separación se crean a lo largo de fallas de rumbo importantes donde una curva en la geometría de la falla o la división de la falla en dos o más fallas crea fuerzas de tensión que causan adelgazamiento o estiramiento de la corteza debido a la extensión, creando una depresión regional. [57] [58] [59] Con frecuencia, las cuencas tienen forma rómbica, en forma de S o de Z. [60]

Cuenca cratónica (Cuenca intracratónica)Ninguno

Cuenca amplia y relativamente poco profunda formada lejos del borde de un cratón continental como resultado de un hundimiento prolongado, ampliamente distribuido pero lento de la litosfera continental en relación con el área circundante. A veces se las denomina cuencas de hundimiento intracratónico. Suelen tener forma subcircular y suelen estar llenas de rocas sedimentarias marinas o terrestres de aguas poco profundas que permanecen planas y relativamente sin deformar durante largos períodos de tiempo debido a la estabilidad tectónica de larga duración del cratón subyacente. Las fuerzas geodinámicas que las crean siguen siendo poco conocidas. [1] [65] [66] [67] [68] [69] [70]

Mecánica de la formación

Las cuencas sedimentarias se forman como resultado del hundimiento regional de la litosfera, principalmente como resultado de unos pocos procesos geodinámicos.

Estiramiento litosférico

Ilustración del estiramiento de la litosfera

Si la litosfera se estira horizontalmente, por mecanismos como el rifting (que se asocia a los límites de placas divergentes) o el empuje de las dorsales o el tirón de las trincheras (asociados a los 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 estira, mientras que la corteza superior, más fría y más frágil , tenderá a fallarse (agrietarse) y fracturarse. El efecto combinado de estos dos mecanismos es que la superficie de la Tierra en el área de extensión se hunda, creando una depresión geográfica que luego a menudo se rellena con agua y/o sedimentos. (Una analogía es un trozo de caucho, que se adelgaza en el medio cuando se estira.)

Un ejemplo de cuenca causada por el estiramiento litosférico es el Mar del Norte , también un lugar importante por sus importantes reservas de hidrocarburos . Otra característica similar es la provincia de cuencas y cordilleras , que cubre la mayor parte de Nevada y forma una serie de estructuras de horst y fosas tectónicas .

La extensión tectónica en los límites divergentes donde se está produciendo el rifting continental puede crear una cuenca oceánica naciente que conduce a un océano o a la falla de la zona de rift . Otra expresión del estiramiento litosférico resulta en la formación de cuencas oceánicas con dorsales centrales. El Mar Rojo es de hecho un océano incipiente, en un contexto de tectónica de placas. La desembocadura del Mar Rojo es también una triple unión tectónica donde se encuentran la dorsal del Océano Índico, el Rift del Mar Rojo y el Rift de África Oriental . Este es el único lugar del planeta donde una triple unión de este tipo en la corteza oceánica está expuesta subaéreamente . Esto se debe a una alta flotabilidad térmica ( subsidencia térmica ) de la unión, y también a una zona arrugada local de corteza del fondo marino que actúa como una presa contra el Mar Rojo.

Flexura litosférica

Ilustración esquemática de la flexión litosférica viscoelástica

La flexión litosférica es otro mecanismo geodinámico que puede causar hundimiento regional que dé como resultado la creación de una cuenca sedimentaria. Si se coloca una carga sobre la litosfera, tenderá a flexionarse como una placa elástica. La magnitud de la flexión litosférica es una función de la carga impuesta y la rigidez flexural de la litosfera, y la longitud de onda de la flexión es una función de la rigidez flexural de la placa litosférica. La rigidez flexural 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:

Una vez que se ha comenzado a formar cualquier tipo de cuenca sedimentaria, la carga creada por el agua y los sedimentos que llenan la cuenca crea una carga adicional, lo que causa una flexión litosférica adicional y amplifica el hundimiento original que creó la cuenca, independientemente de la causa original del inicio de la cuenca. [4]

Subsidencia térmica

El enfriamiento de una placa litosférica, en particular de una corteza oceánica joven o de una corteza continental recientemente estirada, provoca un hundimiento térmico . A medida que la placa se enfría, se encoge y se vuelve más densa a través de 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 .

La subsidencia térmica es particularmente medible 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, esto es una contribución importante a la subsidencia en cuencas de rift, cuencas de trasarco y márgenes pasivos donde están subyacentes a una corteza oceánica recién formada.

Deformación por deslizamiento

Diagrama esquemático de un entorno tectónico de desgarre con curvas de falla que crean áreas de transtensión y transpresión.

En los entornos tectónicos de deslizamiento , la deformación de la litosfera se produce 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 verticales encuentren curvas, 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 rombochasmas . Un rombochasma clásico se ilustra con la falla del Mar Muerto , donde el movimiento hacia el norte de la placa árabe en relación con la placa de Anatolia ha creado una cuenca de deslizamiento.

El efecto opuesto es el de la transpresión , en el que el movimiento convergente de un plano de falla curvado provoca la colisión de los lados opuestos de la falla. Un ejemplo son las montañas de San Bernardino al norte de Los Ángeles, que son el resultado 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 de fallas inversas y de empuje locales que se "amontonaron" contra la curva en un entorno de fallas de desgarre.

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 denomina 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 de la Tierra a lo largo del tiempo. El estudio regional de estas rocas puede utilizarse como registro primario para diferentes tipos de investigación científica destinada a comprender y reconstruir la tectónica de placas (paleotectónica), la geografía ( paleogeografía ), el clima ( paleoclimatología ), los océanos ( paleooceanografía ) y los hábitats ( paleoecología y paleobiogeografía ) del pasado de la Tierra. El análisis de 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 porque casi todas las reservas de combustibles fósiles del mundo se formaron en cuencas sedimentarias.

Ejemplo de estudio geológico de superficie de un relleno de cuenca sedimentaria mediante mapeo geológico de campo e interpretación de fotografías aéreas. Este ejemplo incluye una importante superficie erosiva (límite de secuencia) resultante de la erosión y el relleno de un gran cañón submarino.

Todas estas perspectivas sobre la historia de una región en 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 la estratigrafía y, en las últimas décadas, de la estratigrafía secuencial se centran en comprender la arquitectura tridimensional, el empaquetamiento y la estratificación de este cuerpo de rocas sedimentarias como un registro resultante de los procesos sedimentarios que actúan a lo largo del tiempo, influenciados por el cambio global del nivel del mar y la tectónica de placas regional.

Estudio geológico de superficie

Cuando las rocas sedimentarias que componen el relleno de una cuenca sedimentaria están expuestas en la superficie de la tierra, se pueden utilizar técnicas tradicionales de geología de campo y fotografía aérea , así como imágenes satelitales, en el estudio de cuencas sedimentarias.

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 lo tanto no se puede estudiar directamente. La obtención de imágenes acústicas mediante reflexión sísmica mediante adquisición de datos sísmicos y el estudio a través de la subdisciplina específica de la estratigrafía sísmica es el principal medio para comprender la arquitectura tridimensional del relleno de la cuenca mediante teledetección .

El muestreo directo de las rocas se logra mediante la perforación de pozos y la recuperación de muestras de rocas en forma de núcleos y detritos de perforación . Esto permite a los geólogos estudiar directamente pequeñas muestras de las rocas y, lo que es muy importante, también permite a los paleontólogos estudiar los microfósiles que contienen ( micropaleontología ).

Al mismo tiempo que se perforan, los pozos también se inspeccionan tirando de instrumentos electrónicos a lo largo de la longitud del pozo en un proceso conocido como registro de pozos . El registro de pozos, que a veces se denomina apropiadamente geofísica de pozos , 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 de la longitud del pozo, que se muestra como una familia de curvas. La comparación de las curvas de registro de pozos entre múltiples pozos se puede utilizar para comprender la estratigrafía de una cuenca sedimentaria, en particular si se utiliza junto con la estratigrafía sísmica.

Véase también

  • Cuenca estructural  : depresión geológica estructural a gran escala formada por deformación tectónica
  • Cuenca de drenaje  : Área de tierra donde el agua converge hacia una salida común.
  • Cuenca endorreica  : cuenca de drenaje cerrada que no tiene salida
  • Tectónica de placas  : movimiento de la litosfera terrestre
  • Isostasia  : Estado de equilibrio gravitacional entre la corteza y el manto terrestre.

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