TEMA 3. PETROLOGÍA, ROCAS. PROPIEDADES Y USOS. La corteza (litosfera) está formada por rocas que engloban a los minerales. Petrología: es la ciencia que estudia las rocas: su origen, su composición, propiedades,… Petrografía: es la parte de la petrología, que se encarga de la descripción y clasificación de las rocas. Minerales petrográficos: son los que forman las rocas existen miles, pero los más abundantes son: o Silicatos: más del 95% o Carbonatos o Sulfatos Se clasifican según la presencia que tengan dentro de la roca en: o Esenciales: con más de un 5% de presencia en la roca. o Accesorios: con menos de un 5% de presencia. o Accidentales Criterios de clasificación de las rocas:  Origen:  Ígneas: formadas directamente por cristalización o solidificación del magma.  Sedimentarias: formadas a partir de otras rocas por erosión, sedimentación,…  Metamórficas: formadas a partir de otras rocas, pero en condiciones complejas de temperatura y presión.  Volumen:  95% Rocas Ígneas y Metamórficas.  5% Rocas Sedimentarias.  En la superficie:  25% Rocas Ígneas y Metamórficas.  75% Rocas Sedimentarias.  Composición química:  Ácidas: contiene Sílice (+65%).  Neutras: tienen menos Sílice (65-52%).  Básicas: apenas tienen Sílice (52-10%).  Ultrabásicas: proporciones mínimas de Sílice (-10%).  Composición mineralógica: según los niveles de proporción de cada mineral. Existe una base llamada los minerales cardinales: cuarzo, feldespatoide, ortosa y feldespato alcalino.  Yacimiento: Masas, filones, coladas y estratos.  Textura: forma, tamaño, distribución, cristalización,…  Estructura: orden o distribución del macizo rocoso. Ciclo Petrológico: las rocas sufren transformaciones a lo largo del tiempo debido a los procesos geodinámicos internos y externos.

1. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS EN LA INGENIERÍA: En ingeniería, no podremos analizar simplemente una roca, sino que la analizaremos a partir de toda la matriz rocosa. La I.S.R.M. (sistema internacional de mecánica de rocas) recomienda estudiar para cada matriz rocoso una serie de parámetros:  Resistencia:  Módulo elástico (división entre la carga ejercida sobre la superficie y el espesor que se ha deformado). E= 1/e1; Siendo: 1 carga/superficie; e1=espesor vertical deformado.  Coeficiente Poysson: (coeficiente entre el espesor deformado horizontal y el vertical) = e1/e2 ; Siendo e2 el espesor deformado horizontalmente.  Deformabilidad.  Alterabilidad de una roca. Factores de meteorización. Dependerá de:  Los componentes de la roca o matriz rocoso, su forma y su tamaño.  Fracturación: si tiene fallas, fracturas, diaclasas (son como las fracturas pero aquí si están separadas una roca de otra).  De su estructura, si esta en masas, plegadas,…  De la actividad biológica a la que esté sometida (el hombre o los animales).  Las condiciones topográficas del terreno (pendientes, drenaje,…).  Climatología (grado de insolación, lluvia,…).  Tiempo (antigüedad de la roca). Podemos establecer una clasificación de las matrices rocosas según su grado de meteorización (cambios y alteraciones que se han producido en ella). I. Fresco (la roca pura, por ejemplo si acabamos de partir un granito). II. Ligeramente meteorizado. Grado de III. Moderadamente meteorizado. meteorización. IV. Altamente meteorizado. V. Completamente meteorizado. VI. Suelo residual (totalmente meteorizado, pero ya no conserva su estructura y volumen).  Análisis del comportamiento de un macizo rocoso ante:  Agua (permeabilidad, porosidad,…).  Excavaciones (desgaste herramientas, explosivos,…).  Sostenimiento (taludes, trincheras, túneles, presas,…).  Terraplenes.  Pedraplenes (Capa de piedras colocadas sobre un talud para prevenir de la erosión) y escolleras.  Estabilidad.  Paisaje y morfología.  Capacidad portante.

2. TIPOS DE ROCAS:

2.1.

ROCAS ÍNGNEAS

Se han formado por cristalización o solidificación del magma (que puede ser ácido con SiO2 o básico sin SiO2) debido a su enfriamiento. Plutónicas Endógenas o intrusivas Filonianas

Enfriamiento lento a gran profundidad. Enfriamiento más rápido. En fisuras o grietas cerca de la superficie Hipovolcánicas (Ofitas)

Exógenas o efosivas

Volcánicas

Submarinas

Subaérea

La mineralogía de estas rocas: son silicatos luego las clasificaremos en función de su color.  Leucocratos (claro): rocas ácidas con SiO2; Cuarzo, feldespato, Moscovita, Apatita,…  Melanocratos (oscuros): rocas básicas sin SiO2; Piroxenos, Olivino, Magnetita, Pirita,… El enfriamiento más o menos lento de estas rocas provoca la cristalización de mayor o menor cantidad de los minerales, el tamaño y grado de estos dependerá de ello. Esta velocidad provocara una mayor o menor cristalización (a mayor velocidad menor tamaño de los cristales) que determinara la textura de la roca.  Cristales visibles: fenocristales.  Cristales microscópicos: microcristales. Clasificación según la textura:  Según el grado de cristalización:  Holohialinas: sin apenas cristales.  Hialocristalinas: con cristales.  Holocristalinas: con más de un 90% de cristales.  Según el tamaño de los cristales:  Fanerítica: cristales visibles a simple vista.  Afanítica: no visibles a simple vista.  Distribución de los cristales:  Equigranular (granos con el mismo tamaño).  Inequigranular (granos de distinto tamaño).  Porfídica (los granos están metidos en una pasta vítrea, debida a una solidificación brusca del magma).

2.1.1. ROCAS ÍGNEAS: ENDÓGENAS O INTRUSIVAS. 2.1.1.1 Plutónicas: Rocas formadas por la cristalización lenta del magma silicatado que se introduce en la corteza (a profundidad). o Textura:  Holocristalinas: totalmente cristalizadas.  Pegmatita: cristales de gran tamaño.  Graníticas: cristales visibles y homogéneos.  Porfídica: fenocristales englobados en una masa vítrea de microcristales.  Aplítica: microcristales (apenas visibles).  Fanerítica: grano fino-grueso (2-30 mm). o Estructura:  Batolito o Plutón: grandes masas.  Cúpulas: de menor extensión.  Lacolitos:  Lopolitos:  Falcolitos:  Filón o Dique:  Filón o capa Still: o Clasificación:  Nockold: basada en los minerales dominantes (cuarzo, feldespato, feldespatoides).  Streckeisen: Ácidas o básicas.  Rocas plutónicas Ácidas: tienen cuarzo (feldespato, mica, anfíboles,…). Son impermeables, buenas para taludes, trincheras y canales,… Es muy estable. Ejemplos: Granito, granito alterado, rosado,…  Rocas plutónicas Básicas: sin cuarzo (feldespato, olivino, anfíboles,…). Son menos comunes que las ácidas, fácil pulimiento, coloridas (verdes, grisáceas, rosas,…). Mimas funciones y usos. Ejemplos: Sienita, Monzonita,… o Aplicaciones y usos: Afloramientos en España. 2.1.1.2 Filonianas: formadas por la cristalización o enfriamiento del magma más rápidamente en fisuras o grietas de la corteza.  Aplita: holocristalina, granos finos.  Pegmatita: holocristalina, grandes cristales.  Pórfidos: ácidos (con cuarzo), básicos (sin cuarzo). Tienen la misma composición que las plutónicas, son menos abundantes y mas difíciles de explotar (no se pueden obtener grandes bloques). Se usan para adoquines, sillares, filtros, hormigones,…

2.1.2. ROCAS ÍGNEAS: EXÓGENAS O EFUSIVAS. Rocas volcánicas. Volcán: montaña formada por materiales fundidos, procedentes del interior de la tierra (magma), que salen por conductos en forma de lava, gases o piroclastos.  Lava: magma que se enfría y contiene materiales fundidos y gases. La hay ácida (con sílice) más viscosa, no fluye, y forma explosiones; y básica (sin sílice) es más fluida.  Gases: H2O, SO2, CO2,… en temperaturas superiores a los 100 grados.  Piroclastos: trozos de lava sólida (bombas y lapilli: ceniza + lava). Existen distintos tipos de volcanes:  Extravolcán: erupciones tranquilas y explosivas (lava ácida y básica).  En escudo: lava fluida (lava básica).  Cono piroplasto: erupciones muy explosivas con muchas bombas y lapilli (lava básica).  Cono basáltico: lava muy fluida (lava básica). Tipos de erupciones:  Hawaiano: lava muy básica, sin explosiones, muy fluida.  Stromboliano: lava básica pero con algo de Sílice (pocas explosiones).  Vesubiano: lava ácida, provoca explosiones y nubes de lapilli y bombas.  Peleano: lava muy ácida, lo que provoca grandes explosiones. Clasificación de los volcanes:  Freático: (isla) la lava se mezcla con el agua provocando grandes presiones y fuertes explosiones. Isla de Krakatoa.  Submarinos: en dorsales oceánicas, la lava se enfría muy rápido y sale despacio. Manifestaciones póstumas: se producen tras acabar la erupción.  Fumarolas: expulsión de materiales tras la erupción.  Geiseres: salida de agua y vapor de agua a grandes temperaturas. ROCAS VOLCÁNICAS: o Ácidas: duras y holocristalinas, color claro. Riodacita, Dacita,… (usos como el grafito). o Básicas: duras, compactas, color oscuro. Latita, Ofita, Basalto,… (para adoquines). o Básicas con feldespatoides: oscuras, duras. Fonolita, Terrifita,…

2.2.

ROCAS SEDIMENTARIAS.

Procedentes de otras rocas preexistentes debido a la alteración/disgregación, erosión, transporte y sedimentación. Sedimentología: es la ciencia que estudia los sedimentos y los fenómenos que influyen en su sedimentación. Sedimento: es el material que se deposita cuando cesa el proceso de sedimentación. Estos sedimentos se acumulan en zonas de la corteza como mares, océanos, lagos, ríos; formados por los componentes:  Detríticos: gravas, arenas, limos y arcillas.  Químicos: Sílice, Carbonatos, Sulfatos,…  Biológicos: fósiles y restos orgánicos. Los factores de la sedimentación son: o Procedencia: situación y naturaleza de la roca madre. o Modalidad de transporte: agua (buena sedimentación y redondeados, abundantes choques); hielo (mala sedimentación y angulosos, sin choques); y viento (buena sedimentación, partículas uniformes y muy finas, muchos choques). o Duración: si dura poco tiempo no se sedimenta bien, no se redondea ni desgasta; por lo que apenas podría clasificarse. Ambientes sedimentarios:  Continental: glaciar (anguloso y poco clasificados), desérticos (tamaño fino y uniformes), fluvial, lacustre, pantanoso (limos orgánicos y fangos), albufera (agua dulce-agua salada), deltaico (agua dulce, agua salada y agua salobre).  Marinos: Netrítica (200m profundidad, cantos arenas y conchas, sin precipitación química), Batial (200-4.000m, limos y arenas finas, conchas y placton, con precipitación de carbonatos), Abisal (4.000-8.000m, muy finos microorganismos, precipitación carbonatos). Tipos de litificación de los sedimentos: (los sedimentos blandos y esponjosos se endurecen)  Compactación: por aumento de presión litostática, es sedimento asienta expulsando el H2O y reduciendo su volumen y espesor.  Cementación: los elementos sueltos se unen con un cemento, arcilla u otro ligante.  Diagénesis: los minerales sedimentarios se unen con otros y se relacionan entre sí formando nuevos minerales.  Metasomatismo: se remplazan unos elementos por otros originando nuevos minerales. COMPOSICIÓN MINERALÓGICA: minerales esenciales.  Resistatos: SiO2, cuarzo; en Arenas y Areniscas.  Hidrolisatos: hidróxidos de Fe Y Al; en Arcilla y Margas.  Oxidatos: óxidos de Fe y Na.  Reductatos: sulfuros de Fe, Pirita.  Precipitatos: por precipitación, Calcita y Dolomita. En calizas y Dolomitas. TEXTURA:  Clásica o detrítica: gravas, arenas, limos y arcillas.

 No detríticas: menos del 50% en detritos. ESTRUCTURA: estratos horizontales, inclinados, plegados, fallados,… 2.1.1. DETRÍTICAS:  Grava: diámetro > 2mm; grava + cemento = conglomerado. Hormigón.  Arena: diámetro 2-1/16mm; arena + cemento = arenisca. Hormigón, mortero,… mal árido.  Limo: diámetro 1/16-1/256mm; limo + cemento= limonita. Muy erosivo, mal material.  Arcilla: diámetro 90%).  Inorgánicas: Sílex.  Organógenas  Rocas Alumino-ferruginosas: se forman por precipitación de Aluminio y Hierro.  Rocas Fosfatadas: formadas por Fosfatos con impurezas orgánicas o inorgánicas.  Fosfatos primarios: Fosforita y Apatito.  Fosfatos secundarios: acumulación de huesos.  Abonos: acumulación de excrementos de ave.  Rocas Organógenas: combustibles fósiles.  Carbón: componente principal el carbono que se origina a expensas de la materia orgánica vegetal.



2.3.

Petróleo: acumulación natural de hidrocarburos procedentes de la evolución de la materia orgánica (acumulación de seres vivos muertos en el fondo del mar).

ROCAS METAMÓRFICAS

Metamorfismo: proceso mediante el cual las rocas sólidas modifican su textura, estructura y composición mineralógica; por grandes cambios de presión y temperatura, que dan lugar a la formación de nuevas rocas. FACTORES DE METAMORFISMO:  La presión llamada presión litostática aumenta con la profundidad, dependiendo de la densidad y espesor de los elementos que tengamos debajo cuando midamos.  La temperatura, es un gradiente de temperatura que aumenta conforme nos acercamos al centro de la Tierra (profundidad), y también provoca calor el choque entre placas, y las intrusiones magmáticas (grietas en la corteza).  Duración (millones de años).  Aporte de materiales.  Pérdida de gases y elementos volátiles. Estos factores afectan a la roca:  Hacen a la roca más plástica, produciendo plegamientos.  Deforman la red cristalina.  Pueden afectar a la roca más de una vez.  Duración de millones de años, en continuo cambio.  Hay aportaciones y pérdidas de iones (Migmatitas).  Aparente hojosidad, esquistosidad o foliaciones. TIPOS DE METAMORFISMO: o De contacto: mayor temperatura que presión (Corneanas, se intercambia un mineral por otro de grano fino). o Dinámicas: mayor presión que temperatura (provocan pizarrosidad, brechas, fallas,…). o Regional: tanto la temperatura como la presión muy altas. (Metamorfismo muy alto). TEXTURAS: se forman nuevos cristales llamados cristaloblastos que dan lugar a nuevas texturas. o Granoblásticas: granos simétricos (Cuarcita, Mármol,…). o Lepidoblásticas: en forma de escamas (Micacitas). o Nematoblásticas: hilos (Gneis). o Diablásticas: cristales interpenetrados por otros (feldespatos). o Porfidoblásticas: cristales grandes entre otros más pequeños (Gneis granular). o Poiquioblasticas: cristales variados. o Helicíticas: cristales con giros helicoidales (Granate). MINERALES: esenciales los de las rocas ígneas y adicionales o específicos los de las metamórficas.  Leucocratos (ácidos, claros): cuarzo, feldespato, moscovita,…  Melanocratos (básicos, oscuros): piroxenos, anfíboles, olivinos, magnetita, pirita,…  Metamórficos (minerales termómetro): Andalucita, Silimalita, Distena, Granate,… FACIES: una serie de rocas formadas en unas mismas condiciones de temperatura y presión.

EPIZONA

MESOZONA

CATAZONA

ULTRAZONA

+ Tª SECUENCIA DE METAMORFISMO:  Parectinitas: proceden de una roca sedimentaria sin aportes de fluidos mineralizadores.  Ortoectinitas: proceden de una roca ígnea sin aportes de fluidos mineralizadores.  Migmatitas: rocas formadas a muy altas presiones y temperaturas, y con aportes de fluidos mineralizadores. APLICACIONES DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS: Son ó muy duras (Cuarcita, Corneana, Migmatitas) ó blandas (Pizarras, esquistos, filitas).  Cuarcita y Corneanas: rocas duras (lo cual puede ser un inconveniente para explotarlas), granoblásticas. Dan excelentes gravas para hormigones.  Gneis y Migmatitas: duras, orientados en bandas, se rompen con facilidad. Son buenas para cimentación, pero no sirven para cementos o basaltos.  Pizarras: se caracterizan por su fisibilidad (se abren en láminas). Se usan para tejados.  Filitas y esquistos: son muy plásticas. Poco utilizadas.  Mármoles: formados por Calcita y Dolomita. De textura granoblástica, son duros pero frágiles. Son decorativas, ornamentales.  Serpentinas: color verde, procede de la Peridotita. Roca ornamental.  Milonitas: Roca triturada. Se usan para áridos, excelentes hormigones.