17Modelos de facies

Un testigo de un sondeo de un kilómetro de profundidad: un metro de arena gruesa con estratificación cruzada que descansa sobre una base neta y que se afina hacia arriba hasta limo con huellas de raíces, y luego de nuevo arena sobre otra base neta. El geólogo lee un río que serpenteó por su llanura, aunque ningún río corre allí ahora. La lectura se apoya en dos herramientas: un conjunto de modelos, cada uno un resumen de numerosos ejemplos modernos y antiguos de un mismo ambiente, y una ley que convierte una sucesión vertical de capas en un mapa de los ambientes vecinos.

Lo que ya sabes

Las facies sedimentarias, el ambiente de depósito, las formas de lecho y la estratificación cruzada, los deltas de los tres tipos, las corrientes de turbidez, las turbiditas y los estratos gradados se tratan en el volumen de primer año, en su capítulo sobre sedimentos clásticos y sus ambientes; la fábrica carbonatada, los arrecifes y las plataformas carbonatadas se tratan en su capítulo sobre sedimentos carbonatados, silíceos y evaporíticos; el registro de sondeo y la correlación de registros se tratan en su capítulo sobre cortes geológicos. La porosidad y la permeabilidad están en los libros de la escuela. Las parasecuencias, las superficies de inundación y los cortejos sedimentarios están en el capítulo 16. Las olas en aguas profundas, cuyo movimiento se atenúa con la profundidad, están en los libros de física.

17.1 Facies, sucesiones y ley de Walther

Una facies sedimentaria se describe a partir de lo que puede verse en un testigo o en un acantilado: tamaño de grano, selección, estructuras, fósiles, color. Una sola facies rara vez es diagnóstica: la arena con estratificación cruzada se forma en ríos, en playas, en canales mareales y en desiertos. Lo que identifica a un ambiente es el conjunto de facies con las que se asocia y el orden en que las facies se suceden unas a otras.

Definición 17.1 (Asociación de facies y sucesión de facies)

Una asociación de facies es un grupo de facies que aparecen juntas y se depositaron en un mismo ambiente, como arena de canal, limo de dique y lodo de llanura de inundación con raíces. Una sucesión de facies es una secuencia vertical de facies en la que alguna propiedad cambia de forma progresiva hacia arriba; en una sucesión granodecreciente el tamaño de grano disminuye hacia arriba, y en una sucesión granocreciente aumenta.

Definición 17.2 (Modelo de facies)

Un modelo de facies es un resumen general de un ambiente de depósito, extraído de numerosos ejemplos modernos y antiguos: las facies que produce, su geometría, sus relaciones laterales y las sucesiones que construye. Sirve como norma con la que comparar un nuevo ejemplo, como guía para observaciones posteriores, como predictor en situaciones nuevas y como base para interpretar el ambiente.

La relación entre lo lateral y lo vertical la establece una ley. Los ambientes vecinos se encuentran uno junto a otro en cualquier momento: la playa junto a la anteplaya, la anteplaya junto al lodo de plataforma externa. Cuando la línea de costa se desplaza, cada ambiente acaba situándose sobre su vecino.

Teorema 17.3 (Ley de Walther)

En una sucesión concordante, sin una interrupción significativa de la sedimentación ni una superficie erosiva, las facies que se superponen directamente se depositaron en ambientes que, en su momento, estaban situados uno junto a otro.

La ley funciona en ambos sentidos. Una regresión apila las franjas en su orden de mar adentro hacia arriba, y una transgresión lo hace en orden inverso; y una sucesión vertical leída en un testigo ofrece el mapa de los ambientes vecinos en aquel momento. La ley falla justo donde el capítulo 16 sitúa sus superficies clave: a través de un límite de secuencia, donde la exposición y la erosión depositan arena fluvial sobre lodo de plataforma, y en una superficie de inundación, donde el lodo de plataforma externa yace directamente sobre la llanura costera.

17.2 Ríos

Definición 17.4 (Ríos trenzados y meandriformes)

Un río trenzado discurre por varios canales someros que se dividen y se reúnen alrededor de barras, sobre una llanura empinada con abundante carga gruesa y caudal variable. Un río meandriforme discurre por un único canal sinuoso sobre una llanura más suave, y transporta más sedimento fino; migra erosionando la orilla externa de cada meandro y depositando en la interna. El depósito de la orilla interna es una barra de meandro. La avulsión es el abandono de un canal por un nuevo cauce a través de la llanura de inundación, por lo general tras una crecida que rompe un dique natural.

Una barra de meandro crece lateralmente a medida que migra el meandro, de modo que en cualquier punto registra la sección transversal del canal, de abajo arriba: un depósito residual de los clastos más gruesos sobre una base erosiva, arena con estratificación cruzada de las dunas del canal profundo, arena más fina con rizos del techo somero de la barra y, después, el limo y el lodo de la llanura de inundación con raíces y suelos. Según la ley de Walther, esta sucesión granodecreciente, de pocos metros de espesor, tiene el espesor de la profundidad del canal. Un río trenzado deja mantos apilados de arena con estratificación cruzada y grava con poco lodo, cuyo tamaño de grano apenas cambia hacia arriba; sus finos son arrastrados. La avulsión desplaza el cinturón de canales por la llanura, de modo que los cuerpos de canal se apilan al azar entre lodos de llanura de inundación, separados por bases erosivas netas.

17.3 Líneas de costa, deltas y plataformas

Los deltas del volumen de primer año, dominados por ríos, oleaje o mareas, todos progradan por el mismo mecanismo: la desembocadura deposita su carga donde la corriente se frena, y el frente deltaico progresa sobre sus propios lodos de prodelta. Un frente deltaico o de anteplaya progradante deja, según la ley de Walther, una sucesión granocreciente: lodo de plataforma externa, alternancias de lodo y arena de tormenta, arena de anteplaya y playa. Cada parasecuencia del capítulo anterior es una de estas sucesiones.

Definición 17.5 (Anteplaya y niveles de base del oleaje)

La anteplaya es la zona en pendiente situada mar adentro de la playa, donde el oleaje retrabaja de forma continua el fondo marino. Su base es el nivel de base del oleaje de buen tiempo, la profundidad por debajo de la cual el oleaje ordinario ya no mueve el sedimento del fondo. El nivel de base del oleaje de tormenta es el límite más profundo alcanzado por el oleaje de tormenta; entre ambos, el lodo se deposita con tiempo tranquilo y se retrabaja en capas de arena durante las tormentas. Por debajo del nivel de base del oleaje de tormenta, el fondo no se ve perturbado por el oleaje.

El movimiento orbital de una onda en aguas profundas se atenúa como $e^{-2\pi z/\lambda}$ con la profundidad $z$, para una longitud de onda $\lambda$: a media longitud de onda conserva el $4\,\%$ de su amplitud en superficie, lo que fija la escala de un nivel de base del oleaje. Los registros de boyas de más de dos millones de espectros de oleaje del Caribe, el golfo de México y el Atlántico occidental dan longitudes de onda modales de unos $75\,\mathrm{m}$ en los mares protegidos y de unos $110\,\mathrm{m}$ en el margen abierto, y muestran que, promediadas durante semanas o años, las longitudes de onda no se separan en una clase de buen tiempo y otra de tormenta: la probabilidad de que una onda remueva el fondo aumenta de forma continua a medida que el agua se hace más somera. Los dos niveles de base del oleaje siguen siendo términos útiles para zonas de un perfil, no profundidades precisas.

Definición 17.6 (Estratificación cruzada hummocky)

La estratificación cruzada hummocky es una estratificación de arena fina en láminas suavemente curvadas, cóncavas hacia arriba (surcos) y convexas hacia arriba (montículos), que se cortan entre sí con ángulos bajos y se engruesan y adelgazan lateralmente, con longitudes de onda de un metro a varios metros. Se forma por los flujos oscilatorios y combinados del oleaje de tormenta, entre el nivel de base del oleaje de buen tiempo y el nivel de base del oleaje de tormenta.

Sobre el terreno — Capas de tormenta en una plataforma silúrica

En la Formación Arisaig de Nueva Escocia, capas de arenisca fina separan lutitas más oscuras. Los geólogos que han estudiado estas capas reconocen las láminas bajas, curvadas, láminas que se cortan, propias de la estratificación cruzada hummocky: cada capa registra una tormenta que agitó la plataforma por debajo del alcance del oleaje cotidiano, y el lodo que la rodea, la larga calma entre tormentas.

Donde dominan las mareas, cambian las facies: las corrientes de flujo y reflujo construyen estratificaciones cruzadas de sentido opuesto, los recubrimientos de lodo se depositan en cada estoa y el espesor de los paquetes entre recubrimientos aumenta y disminuye con el ciclo de mareas vivas y muertas. Los canales mareales, las llanuras de marea y las crestas de arena tienen modelos propios, construidos de la misma manera.

17.4 Aguas profundas

Una corriente de turbidez que se frena deposita su carga según el orden de sedimentación: primero los granos más gruesos y por último los más finos. Una capa de turbidita completa muestra este orden en cinco divisiones.

Definición 17.7 (Secuencia de Bouma)

La secuencia de Bouma es la sucesión ideal de divisiones en una capa de turbidita, de la base a la cima: Ta, arena masiva o gradada sobre una base erosiva con marcas de corriente y de herramienta; Tb, arena con laminación paralela; Tc, arena fina con laminación cruzada de rizo y convoluta; Td, limo con laminación paralela; Te, lodo, en parte procedente de la corriente de turbidez y en parte del lento asentamiento entre flujos.

Pocas capas muestran las cinco: cerca de la fuente la corriente es rápida y deja divisiones Ta gruesas con las superiores erosionadas por el flujo siguiente; lejos de ella solo llegan las divisiones más finas, de Tc a Te. La secuencia registra así la pérdida de energía de un flujo, y el cambio de las capas a lo largo del abanico, la pérdida de energía de los flujos con la distancia.

Definición 17.8 (Abanico submarino)

Un abanico submarino es un cono de sedimento al pie de un talud continental, alimentado por un cañón: un abanico superior con un canal principal entre diques naturales, un abanico medio de canales distributarios que terminan en lóbulos de arena, y un abanico inferior de turbiditas delgadas que pasan a lodo de fondo de cuenca.

A lo largo del margen, las corrientes profundas impulsadas por la circulación oceánica retrabajan el sedimento fino del talud, dando lugar a contorritas, montículos y deriva de limo y lodo bioturbados que crecen a lo largo de las isobatas y no pendiente abajo talud.

17.5 Plataformas carbonatadas

El sedimento carbonatado se forma en el lugar donde se encuentra, por la acción de organismos en aguas cálidas, claras y poco profundas, y sus facies siguen el perfil de la plataforma que la fábrica carbonatada construye para sí misma.

Definición 17.9 (Rampa carbonatada y plataforma bordeada)

Una rampa carbonatada es una plataforma cuyo fondo desciende suave y uniformemente desde la línea de costa hacia la cuenca, sin ruptura: sus cinturones de facies, desde planicies de marea y arenas de barrera de playa hasta granos de bajío, arena bioclástica y lodo calcáreo de mar abierto, son amplios y pasan gradualmente unos a otros, clasificados por la energía del oleaje, que disminuye con la profundidad. Una plataforma bordeada es una plataforma de cima plana con una marcada ruptura de pendiente en su margen, donde arrecifes y bajíos arenosos construyen un borde que protege una laguna situada detrás; más allá del borde, una pendiente abrupta vierte bloques y granos hacia la cuenca.

Sobre la cima de una plataforma plana, una pequeña subida del nivel relativo del mar inunda las planicies de marea, y la fábrica, que trabaja más rápido en el agua más somera, rellena de nuevo el espacio hasta el nivel del mar en poco tiempo. El resultado es una sucesión de ciclos perimareales de un metro o pocos metros de espesor, cada uno una parasecuencia de somerización hacia arriba, desde lodo submareal hasta una planicie de marea con grietas de desecación o tapetes microbianos, coronada por la siguiente superficie de inundación.

17.6 Testigos y registros de pozo

La mayor parte de la roca situada bajo las cuencas sedimentarias se conoce a partir de sondeos. Unos pocos se testifican, y sus testigos se describen capa a capa como si fueran un acantilado; casi todos se registran.

Definición 17.10 (Registros de pozo)

Un registro de pozo es un registro continuo de una propiedad física de las rocas en función de la profundidad, medida por una sonda descendida mediante un cable en un sondeo. El registro de rayos gamma registra la radiación gamma natural de la roca, en unidades API: alta en lutita, cuyas arcillas retienen potasio, torio y uranio, y baja en arena cuarzosa limpia y en caliza. El registro de densidad registra la densidad aparente a partir de la dispersión de los rayos gamma emitidos por una fuente situada en la sonda. El registro sónico registra el tiempo de tránsito por intervalo de una onda compresional, en microsegundos por pie. El registro de neutrones registra la pérdida de velocidad de los neutrones por el hidrógeno, y por tanto el agua retenida en los poros y en las arcillas.

La unidad API de rayos gamma se define en una fosa de calibración: una doscientosava parte de la diferencia entre una zona de radiactividad despreciable y una zona con los radioisótopos de una lutita media a aproximadamente el doble de su concentración. El carbón, la caliza y la dolomía suelen ser menos radiactivos que la lutita; la arenisca cuarzosa es baja, y una arcosa rica en feldespato potásico, más alta; cualquier roca puede hacerse radiactiva por el uranio transportado por el agua subterránea.

Proposición 17.11 (Porosidad a partir de la densidad y el tiempo de tránsito)

Una roca de porosidad $\phi$, con granos de densidad $\rho_{\mathrm{ma}}$ y poros rellenos de un fluido de densidad $\rho_f$, tiene la densidad aparente $\rho_b = (1 - \phi)\rho_{\mathrm{ma}} + \phi\rho_f$, de modo que

$$\phi = \frac{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_b}{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_f}.$$

Si una onda compresional atraviesa los granos y el fluido en serie, en longitudes proporcionales a $1 - \phi$ y $\phi$, su tiempo de tránsito es $\Delta t = (1 - \phi)\Delta t_{\mathrm{ma}} + \phi\Delta t_f$ (la ecuación del promedio temporal), y $\phi = (\Delta t - \Delta t_{\mathrm{ma}})/(\Delta t_f - \Delta t_{\mathrm{ma}})$.

Las densidades de los granos son $2.65\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ para el cuarzo y $2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ para la caliza; el agua de poro tiene $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ cuando es dulce y hasta $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ como salmuera. Los tiempos de tránsito van de 42 a $48\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ en la dolomía, de 48 a 53 en la caliza, 53 en una arenisca consolidada, y 189 en salmuera. La ecuación de la densidad es exacta para una matriz conocida; la ecuación del promedio temporal es una regla empírica que funciona mejor en rocas consolidadas con poros intergranulares. Las lutitas incumplen ambas: las arcillas tienen sus propias densidades y retienen agua ligada.

Definición 17.12 (Razón neto–bruto)

La razón neto–bruto de un intervalo es el espesor de su roca de calidad de yacimiento, normalmente arena identificada en el registro de rayos gamma por debajo de un valor de corte, dividido entre el espesor total del intervalo.

La forma de la curva de rayos gamma a través de un cuerpo arenoso es una herramienta de facies. Una campana, limpia en la base y más arcillosa hacia arriba, es una sucesión granodecreciente, como en una barra de meandro o en el relleno de un canal; un embudo, arcilloso en la base y limpio en el techo, una sucesión granocreciente, como en una anteplaya progradante o frente deltaico; un cilindro, limpio en toda su extensión y con límites netos, una arena apilada de río trenzado, una duna eólica o un banco carbonatado. Las formas son indicios, no pruebas: un testigo, o al menos los registros vecinos, deben confirmarlas.

En el laboratorio — Registro de un testigo

En un almacén de testigos, los testigos de un pozo se disponen en bandejas, partidos longitudinalmente, en el orden de su profundidad. Un sedimentólogo describe el testigo capa a capa en una hoja de registro: tamaño de grano con una lupa de mano y una tabla de comparación, estructuras, contactos, fósiles, trazas de madrigueras y raíces, el color del lodo. La descripción se coloca después junto a los registros de pozo de las mismas profundidades, lo que calibra las formas de los registros frente a la roca y permite leer los pozos vecinos sin testigo.

17.7 Ejercicios

Ejercicio 17.1 ★

Un testigo muestra, desde la base hacia arriba: lodo de plataforma externa, lodo y arena fina intercalados, arena de anteplaya, arena de playa y, después, carbón con raíces. Utilícese la ley de Walther para dar el orden de los ambientes a lo largo de la costa en ese momento y la dirección en la que se desplazó la línea de costa. ¿Qué habría dejado una transgresión?

Solución

Solución de Ejercicio 17.1.

Desde el mar hacia tierra: mar abierto, transición de mar abierto con arenas de tormenta, anteplaya, playa, una llanura costera con pantanos. Cada ambiente quedó sobre su vecino situado hacia el mar: la línea de costa se desplazó mar adentro, una regresión. Una transgresión los habría apilado en orden inverso, con la llanura costera en la base y el lodo de mar abierto en el techo, a menudo con una superficie de erosión donde pasó la anteplaya.

Ejercicio 17.2 ★

Tres cuerpos de arena presentan formas de rayos gamma: (a) una campana de $8\,\mathrm{m}$ de espesor con una base neta; (b) un embudo de $20\,\mathrm{m}$ de espesor; (c) un cilindro de $30\,\mathrm{m}$ de espesor con techo y base netos. Propóngase un ambiente para cada uno y la observación en un testigo que lo confirmaría.

Solución

Solución de Ejercicio 17.2.

(a) Relleno de canal o barra de meandro: una base erosiva con cantos rodados, estratificación cruzada, después rizos y lodo con raíces. (b) Anteplaya o frente deltaico en progradación: lodo con capas de arena de tormenta y estratificación cruzada hummocky debajo, arena de anteplaya con estratificación cruzada y playa encima. (c) Arenas de río trenzado apiladas, una duna eólica o un banco carbonatado: conjuntos de estratificación cruzada de tamaño de grano constante, con grandes láminas frontales de duna en el caso eólico, o de granos esqueléticos y oolíticos en el banco.

Ejercicio 17.3 ★

Una arenisca da $\rho_b = 2.40\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$. Calcúlese su porosidad con matriz de cuarzo y agua dulce, y luego con salmuera de $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$.

Solución

Solución de Ejercicio 17.3.

$\phi = (2.65 - 2.40)/(2.65 - 1.0) = 0.152$; con salmuera, $0.25/1.55 = 0.161$.

Ejercicio 17.4 ★

Olas de longitud de onda modal $75\,\mathrm{m}$ y $110\,\mathrm{m}$ (el mar resguardado y el mar abierto del estudio con boyas). Estímese la profundidad a la que cada una conserva el $4\,\%$ de su movimiento superficial, y la fracción que queda a una profundidad de $20\,\mathrm{m}$.

Solución

Solución de Ejercicio 17.4.

$e^{-2\pi z/\lambda} = e^{-\pi} = 0.043$ en $z = \lambda/2$: unos $38\,\mathrm{m}$ y $55\,\mathrm{m}$. A $20\,\mathrm{m}$: $e^{-2\pi\times20/75} = 0.19$ y $e^{-2\pi\times20/110} = 0.32$ del movimiento en superficie.

Ejercicio 17.5 ★★

Una caliza da $\Delta t = 60\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. Calcúlese su porosidad con la ecuación del promedio temporal para una matriz de 47.6 y de $52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$, y salmuera a $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. ¿Qué enseña la diferencia?

Solución

Solución de Ejercicio 17.5.

$(60 - 47.6)/(189 - 47.6) = 0.088$; $(60 - 52.6)/(189 - 52.6) = 0.054$. Un valor de la matriz incierto en $5\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ modifica la porosidad en un tercio: la ecuación de tiempo medio necesita un valor de la matriz comprobado en testigos.

Ejercicio 17.6 ★★

Un intervalo de $40\,\mathrm{m}$ contiene capas de arena de 6.0, 3.5, 8.0 y $2.5\,\mathrm{m}$ por debajo del límite de corte; el resto es lodo. Calcúlese su razón neto–bruto. Con una porosidad de $22\,\%$ en la arena, ¿cuánto volumen de poros contiene un kilómetro cuadrado del intervalo?

Solución

Solución de Ejercicio 17.6.

$(6.0 + 3.5 + 8.0 + 2.5)/40 = 20/40 = 0.50$. Volumen de poros: $20\times0.22 \times10^6 = 4.4 \times 10^{6}\,\mathrm{m}^{3}$ por kilómetro cuadrado.

Ejercicio 17.7 ★★

Una capa de turbidita cerca de la desembocadura de un cañón tiene $1.2\,\mathrm{m}$ de arena masiva (Ta) erosionada en la parte superior por la capa siguiente; a $30\,\mathrm{km}$ aguas abajo del abanico, una capa del mismo flujo es $8\,\mathrm{cm}$ de arena fina y limo con laminación de rizos, bajo $3\,\mathrm{cm}$ de lodo. Nómbrense las divisiones de cada una y explíquese el cambio.

Solución

Solución de Ejercicio 17.7.

Cerca del cañón: solo Ta, con las divisiones superiores eliminadas por el flujo siguiente; hacia abajo por el abanico: Tc (rizos) y Td (limo) bajo Te (lodo). La corriente pierde velocidad y su carga gruesa con la distancia; solo la fracción fina recorre $30\,\mathrm{km}$, y se deposita por un flujo más lento que forma rizos, no por precipitación desde una suspensión densa.

Ejercicio 17.8 ★★

Una sucesión granodecreciente de $9\,\mathrm{m}$ de espesor tiene una base neta con guijarros, arena con estratificación cruzada, arena fina con rizos y lodo con raíces. Interprétese y estímese la profundidad del canal que la construyó. ¿Puede aplicarse la ley de Walther a través de su base? ¿Por qué?

Solución

Solución de Ejercicio 17.8.

Una barra de meandro de un río meandriforme: depósito residual sobre el fondo erosionado del canal, arena con estratificación cruzada del canal profundo, arena con rizos en la parte alta de la barra, lodo de llanura de inundación con raíces. La sucesión registra el canal desde el fondo hasta la orilla, de modo que el canal tuvo unos $9\,\mathrm{m}$ de profundidad (algo menos, tras la compactación del lodo). No a través de la base: es una superficie de erosión, y lo que yacía debajo pudo ser cualquier depósito más antiguo.

Ejercicio 17.9 ★★

Un fondo de plataforma desciende $60\,\mathrm{m}$ en $40\,\mathrm{km}$; otro mantiene una profundidad de $5\,\mathrm{m}$ durante $30\,\mathrm{km}$ y luego desciende $300\,\mathrm{m}$ en $1.5\,\mathrm{km}$. Calcúlense ambos gradientes, nómbrese cada plataforma y las facies esperadas en el borde de la segunda.

Solución

Solución de Ejercicio 17.9.

$60/40\,000 = 0.0015$, $0.09{}^{\circ}$: una rampa. $300/1500 = 0.20$, $11.3{}^{\circ}$, tras una cima plana de $5\,\mathrm{m}$ de profundidad: una plataforma bordeada, con granos de arrecife o de banco en el margen, y bloques y flujos granulares en la pendiente inferior.

Ejercicio 17.10 ★★★

Una línea de costa prograda a una velocidad $v$ mientras el nivel relativo del mar sube a una tasa $A$, y su cinturón de anteplaya tiene una anchura $w$. Muéstrese que la arena de anteplaya de la sucesión vertical tiene un espesor $h = wA/v$. Calcúlese para $w = 2\,\mathrm{km}$, $A = 0.2\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$ y $v = 20\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$, y dígase qué ocurre cuando $A = 0$. Compárese con la proposición sobre la trayectoria de la línea de costa del Capítulo 16.

Solución

Solución de Ejercicio 17.10.

La franja tarda un tiempo $w/v$ en pasar por un punto fijo, durante el cual el fondo se eleva respecto al nivel del mar a razón de $A$ bajo ella: la arena llena $h = A\,w/v$. $2000\times0.2/20 = 20\,\mathrm{m}$. Con $A = 0$ la anteplaya deja solo el espesor de su propio perfil, una capa delgada, pues las franjas se deslizan unas sobre otras sin agradar. La razón $A/v$ es la tangente del ángulo de trayectoria de la proposición del capítulo 16: el espesor de cada facies es su anchura multiplicada por esa tangente.

Ejercicio 17.11 ★★★

Una arenisca da $\rho_b = 2.30\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ y $\Delta t = 86\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. Calcúlese su porosidad a partir de cada registro con una matriz de arenisca de cuarzo (2.65, $52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$) y salmuera (1.0 para la densidad, $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$). Si la porosidad sónica es correcta, ¿qué densidad de grano implica el registro de densidad, y qué podría ser el cemento?

Solución

Solución de Ejercicio 17.11.

Densidad: $(2.65 - 2.30)/1.65 = 0.212$; sónico: $(86 - 52.6)/136.4 = 0.245$. Con $\phi = 0.245$, $\rho_{\mathrm{ma}} = (2.30 - 0.245)/(1 - 0.245) = 2.72\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: más denso que el cuarzo, como corresponde a una arenisca cementada por calcita (2.71) o con granos de calcita.

Ejercicio 17.12 ★★★

En un testigo, lodo marino negro descansa directamente sobre un carbón con raíces, con una delgada capa de restos de conchas en el contacto. Explíquese por qué la ley de Walther no se aplica a través de él, qué superficie es y cuánta parte de la sucesión costera puede faltar si el oleaje erosionó el fondo hasta un nivel de base del oleaje de buen tiempo de unos $10\,\mathrm{m}$ al pasar la línea de costa.

Solución

Solución de Ejercicio 17.12.

El lodo de mar abierto sobre un carbón pone en contacto ambientes no contiguos: una superficie de inundación, aquí una superficie transgresiva de erosión por oleaje, con los restos de conchas como depósito residual. Al desplazarse la línea de costa tierra adentro, el oleaje rebajó el fondo hasta aproximadamente el nivel de base del oleaje de buen tiempo: la playa, la parte alta de la anteplaya y el techo de la llanura costera, hasta unos $10\,\mathrm{m}$ de columna, pueden faltar.

17.8 Problema: Varden-2, un pozo a través de la cobertera

Problema 17.1

Problema de fin de semana — los registros, la porosidad, las facies y la arena neta de un pozo inventado en el sinclinal de Varden

El pozo Varden-2 se perfora en el sinclinal de las colinas de Varden, en (7500, 7000) de la cuadrícula regional, desde una cota del terreno de $441.0\,\mathrm{m}$, hasta una profundidad total de $1200\,\mathrm{m}$. Sus registros se dibujan en la figura de la última sección. Úsense densidades de grano de 2.65 (cuarzo) y $2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ (calcita), un agua de poro de $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$, tiempos de tránsito de la matriz, de 52.6 (arenisca) y $47.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ (caliza), y $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ para el agua.

Parte I — Lectura de los registros.

1. El registro de rayos gamma salta de 12 a $110\,\mathrm{API}$ a $766\,\mathrm{m}$, desciende a 18 a $866\,\mathrm{m}$, se vuelve irregular desde $1046\,\mathrm{m}$ y se estabiliza en $85\,\mathrm{API}$ desde $1166\,\mathrm{m}$. Nómbrense las unidades atravesadas, a partir de sus registros.
2. Calcúlese el espesor de cada unidad de la cobertera y la cota de la base de la cobertera.
3. La creta da $2.03\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ cerca de la superficie y $2.36\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ a $750\,\mathrm{m}$. Calcúlese su porosidad a ambas profundidades. ¿Qué le ocurre a la creta con la profundidad?
4. ¿Por qué no se asigna una porosidad a la lutita a partir de su densidad?
5. El esquisto da $2.75\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ y $50\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. ¿Qué le indica al perforador el basamento rápido, denso y no poroso?

Parte II — Porosidad.

6. La caliza da $2.573\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: calcúlese su porosidad por densidad.
7. Da $58.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$: calcúlese su porosidad sónica y compárese.
8. La arena limpia de los rellenos de canal da $2.32\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: calcúlese su porosidad.
9. Compruébese con su tiempo de tránsito, $79.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$.
10. Si el agua de poro fuera una salmuera de $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$, ¿en cuánto cambiaría la porosidad por densidad de la arena?
11. ¿Qué unidad sería el mejor acuífero o yacimiento, y cuál sería el sello situado encima de él?

Parte III — Facies. Un testigo extraído de 1108 a $1124\,\mathrm{m}$ muestra, desde la base: una superficie erosiva con clastos de lodo y cantos; $10.4\,\mathrm{m}$ de arena media con estratificación cruzada; $3.2\,\mathrm{m}$ de arena fina con rizos que pasa a limo; $2.4\,\mathrm{m}$ de lodo pardo rojizo con trazas de raíces.

12. Dibújese la forma del registro de rayos gamma esperada a lo largo del intervalo testificado.
13. Nómbrense la sucesión y el ambiente de depósito de cada parte.
14. Con la ley de Walther, descríbanse los ambientes que se disponían lado a lado.
15. Estímese la profundidad del canal.
16. La arenisca contiene once unidades de este tipo, cada una sobre una base neta. ¿Qué indica el apilamiento acerca del río y de su llanura de inundación?
17. ¿Puede aplicarse la ley de Walther para pasar de una unidad a la siguiente? ¿Por qué?

Parte IV — Arena neta. Los once rellenos de canal, desde la base de la arenisca, tienen espesores de 14, 9, 12, 7, 16, 10, 13, 8, 11, 12 y $8\,\mathrm{m}$. Cada uno empieza con arena limpia ($30\,\mathrm{API}$) sobre una fracción de su espesor de 0.60, 0.45, 0.55, 0.30, 0.65, 0.40, 0.55, 0.35, 0.50, 0.45 y 0.30, y luego se hace granodecreciente sobre una fracción de 0.25, 0.30, 0.25, 0.40, 0.20, 0.30, 0.25, 0.35, 0.25, 0.30 y 0.35, subiendo el registro de rayos gamma linealmente hasta $105\,\mathrm{API}$, y termina en lodo.

18. ¿Qué fracción de cada intervalo granodecreciente queda por debajo del corte de $60\,\mathrm{API}$?
19. Calcúlese la arena neta de la unidad más baja y de la más gruesa.
20. Calcúlense el total de arena limpia y el total de los intervalos granodecrecientes de la arenisca.
21. Calcúlese su razón neto–bruto.
22. ¿Cómo cambiaría la arena neta con un corte de 45 o de $75\,\mathrm{API}$?
23. Con la porosidad de la arena de la pregunta 8, calcúlese el volumen de poros de la arena neta bajo un kilómetro cuadrado.
24. Indíquese el espesor de arena neta de la arenisca triásica de Varden-2.

Solución

Solución de Problema 17.1.

1. Creta (fría, de baja densidad), lutita desde $766\,\mathrm{m}$ (caliente), caliza desde $866\,\mathrm{m}$ (fría, densa, rápida), arenisca desde $1046\,\mathrm{m}$ (formas acampanadas), esquisto desde $1166\,\mathrm{m}$.

2. Creta $766\,\mathrm{m}$, lutita 100, caliza 180, arenisca $120\,\mathrm{m}$; base de la cobertera en $441.0 - 1166 = -725\,\mathrm{m}$.

3. $(2.71 - 2.03)/1.71 = 0.40$ cerca de la superficie, $(2.71 - 2.36)/1.71 = 0.20$ a $750\,\mathrm{m}$: la creta pierde la mitad de su porosidad bajo el peso de la carga suprayacente, por compactación.

4. Sus granos son arcillas de densidad incierta, y su agua está en parte ligada a ellas: fallan las hipótesis de la ecuación.

5. Basamento cristalino: se atraviesa la cobertera y no se espera encontrar ningún yacimiento por debajo.

6. $(2.71 - 2.573)/1.71 = 0.080$.

7. $(58.9 - 47.6)/141.4 = 0.080$: lo mismo.

8. $(2.65 - 2.32)/1.65 = 0.200$.

9. $(79.9 - 52.6)/136.4 = 0.200$: lo mismo.

10. $0.33/1.55 = 0.213$, un punto y un tercio más.

11. La arenisca, con $20\,\%$ de porosidad en sus arenas; la lutita sobre la caliza la sella, y los lodos de llanura de inundación dividen la arenisca en compartimentos.

12. Una campana: rayos gamma bajos en la arena con estratificación cruzada, que ascienden a lo largo del intervalo granodecreciente hasta los valores altos del lodo con raíces, sobre una base neta.

13. Una sucesión granodecreciente: lag del fondo del canal sobre una base erosiva, dunas de canal (estratificación cruzada), techo de la barra de meandro (rizos), llanura de inundación (lodo con raíces).

14. El canal, su barra de meandro en la orilla interna, diques naturales y una llanura de inundación con suelos, uno junto a otro.

15. Aproximadamente el espesor de la arena y del intervalo granodecreciente, $10.4 + 3.2 = 13.6\,\mathrm{m}$, algo más antes de la compactación.

16. Un río meandriforme cuyo cinturón de canales se desplazó repetidamente por avulsión mientras la cuenca subsidía, cortando cada nuevo canal la llanura de inundación que dejó el anterior.

17. No: cada base es erosiva; el lodo de llanura de inundación situado debajo y la arena de canal situada encima no tienen por qué haber sido vecinos.

18. $(60 - 30)/(105 - 30) = 0.40$.

19. Mínimo: $14\times(0.60 + 0.40\times0.25) = 9.80\,\mathrm{m}$; máximo: $16\times(0.65 + 0.40\times0.20) = 11.68\,\mathrm{m}$.

20. Arena limpia $58.8\,\mathrm{m}$; intervalos granodecrecientes $33.4\,\mathrm{m}$; lodo $27.8\,\mathrm{m}$.

21. Neto $= 58.8 + 0.40\times33.4 = 72.2\,\mathrm{m}$; razón neto–bruto $72.2/120 = 0.60$.

22. Fracciones 0.20 y 0.60: $65.5\,\mathrm{m}$ y $78.8\,\mathrm{m}$, una dispersión de $13\,\mathrm{m}$ debida solo a la elección del límite de corte.

23. $72.2\times0.20\times10^6 = 1.44 \times 10^{7}\,\mathrm{m}^{3}$ por kilómetro cuadrado.

24. El espesor neto de la arenisca triásica en Varden-2 es $72.2\,\mathrm{m}$.