Evolución de las esmectitas e interestratificados i/s en la serie carbonatada del cretácico superior superior del bloque alavés. Implicaciones sobre el mecanismo de illitización durante la diagénesis

Resumen

La finalidad del trabajo expuesto en esta memoria, ha sido el estudio de la evolución diagenética de las esmectitas e interestratificados I/S de la serie carbonatada del Cretácico Superior del Bloque Alavés de la cuenca Vasco- Cantábrica. Los datos obtenidos se han utilizado para identificar las reacciones de transformación, principalmente la illitización, ligadas al aumento del grado de diagénesis, proponiéndose los mecanismos de reacción apropiados para cada una de ellas. Las muestras estudiadas se han recogido a lo largo de dos secciones lateralmente equivalentes, situadas en la zona centro y borde del Surco Alavés. Este dominio constituye un modelo inmejorable para el estudio de la evolución de la diagénesis, dada su elevada potencia, procedencia constante de los aportes detríticos, homogeneidad litológica y escasa tectónica en el área. La naturaleza carbonatada de la serie añade especial interés, dados los escasos trabajos realizados en litologías similares, sobre la evolución de la diagénesis. Dada la complejidad y escala del problema mineralógico planteado, las herramientas utilizadas para abordarlo han sido de alta resolución: difracción de rayos X (DRX) sobre complejos de arcilla-alquilamonio y microscopia electrónica (HRTEM, SAED y AEM) principalmente. La presente memoria incluye una descripción detallada de los protocolos de laboratorio a seguir para la correcta obtención de resultados con el método de los iones n-alquilamonio. Las litologías margosas son poco favorables para que los minerales de la arcilla evolucionen con el avance de la diagénesis. A pesar de ello, la illitización de la esmectita puede seguirse con claridad en los cortes superficiales de las dos secciones muestreadas. Estas series, presentan una mineralogía de arcillas particularmente variada: esmectita, interestratificados I/S con distintos tipos de orden, illita, mica, caolinita, clorita e interestratificados C/S, lo que raramente ocurre en este tipo de litologías. A lo largo de una profundidad de más de 4000 m, la evolución diagenética de los minerales de la arcilla puede dividirse en dos tramos bien diferenciados. El superior correspondiente al estadio R0 de illitización de la esmectita, está caracterizado por la presencia como minerales relevantes, de esmectita discreta (de naturaleza beidellítica) coexistiendo con interestratificados I/S R1. El inferior correspondiente al estadio R1 de illitización de la esmectita se caracteriza por la ausencia de esmectita y la presencia de interestratificados I/S R1 y R¿3 e interestratificados C/S. A lo largo de ambos estadios se observa a partir de métodos convencionales de DRX, el incremento continuo de capas illíticas en los interestratificados I/S. Utilizando el método de los iones n-alquilamonio se ha confirmado la naturaleza beidellítica de las láminas de esmectita, con valores de carga bajos y que aumentan de manera ligera y progresiva en el estadio R0, a medida que aumenta el grado de diagénesis. En el estadio R1 los valores de carga obtenidos son también bajos, aunque en este caso no se aprecia una evolución como la descrita para el estadio R0. En este trabajo, se han obtenido por primera vez valores para la carga de lámina de interestratificados C/S, mediante el método referido. Los datos de AEM obtenidos confirman la naturaleza y magnitud de las cargas de lámina calculadas mediante el tratamiento con alquilamonios, encontrándose diferencias inferiores al 15%. Los resultados obtenidos con la aplicación del método de los iones de nalquilamonio se han validado con las observaciones realizadas en el HRTEM sobre las mismas muestras tratadas también con alquilamonios. El estudio de microscopia ha permitido observar la realidad física de los complejos arcillaalquilamonio y con ello evaluar las interpretaciones realizadas en DRX. El TEM ha permitido observar en el estadio R0 microtexturas de roca dominadas por una elevada porosidad, desorientación de los granos y pequeños dominios coherentes, las cuales cambian notablemente en el estadio R1, en el que se observa una disminución considerable de la porosidad asociada, reorientación de granos y aumento considerable de los dominios coherentes. Los datos de TEM también han mostrado bordes de micas detríticas alterados a I/S, fenómeno que no se había descrito con anterioridad. La presencia de illita discreta, micas ricas en Na e intercrecimientos cloritamica, de origen heredado indican un área fuente con materiales de anquizona para toda la serie. La presencia y desaparición de los minerales de la serie esmectita illita y esmectita clorita ha sido explicada a partir de mecanismos de transformación distintos en relación a los estadios diagenéticos R0 y R1. De manera general se ha propuesto para el estadio R0, un mecanismo operante de illitización en estado sólido, que explicaría el aumento progresivo de la carga de lámina en las esmectitas y la conservación de las texturas originales. Sin embargo, en el estadio R1, marcado por la desaparición de la esmectita, se ha propuesto un mecanismo de disolución-precipitación, lo cual explicaría los cambios texturales y químicos observados entre ambos estadios. La transformación de mica a I/S en los bordes de grano se ha explicado mediante fenómenos que implican relaciones topotáticas, dada la continuidad cristalográfica observada entre ambas fases. Se ha propuesto denominar a este fenómeno como reacciones contracorriente dado que no habían sido descritas con anterioridad este tipo de reacciones en un contexto de progrado. La secuencia progradante de minerales de la arcilla encontrada en este trabajo está controlada por la regla de Ostwald, dada la frecuente observación de la coexistencia en una misma muestra, en distancias inferiores a 100 nm, de fases termodinámicamente incompatibles tales como la esmectita e interestratificados I/S R1 en el estadio R0, interestratificados I/S de tipo R1 y R>3 en el estadio R1 y micas alteradas a interestratificados I/S en ambos. Los interestratificados I/S R1 se consideran como la fase termodinámicamente más estable en las condiciones diagenéticas operantes en la zona de estudio.