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s Diagénesis
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Índice
• Definición y escuelas.
• Factores que influyen en la diagénesis.
• Procesos diagenéticos.
• Etapas diagenéticas.
• Ambientes diagenéticos.
• Indicadores diagenéticos.
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Definición y límites
• DIAGÉNESIS:– Todos los procesos (físicos, químicos o biológicos) o
cambios que se producen posteriormente a la formación del depósito sedimentario.
• LÍMITES:– Paso a condiciones metamórficas (T≈300ºC).
– Paso a condiciones de meteorización.
• Evolución diagenética condicionada por múltiples factores y procesos.
• Sistematización en etapas (ambientes):– Escuela Rusa
– Escuela anglosajona.
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sCiclo Petrogenético
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sFactores que influyen en la diagénesis
⎝Composición inicial del sedi-mento (factor fundamental)
⎝Textura: condiciona direcciónde flujo. Génesis de texturas diagenéticas
⎝Porosidad-permeabilidad:•Sistema abierto: circulación. Advección (etapas iniciales)
•Sistema cerrado: difusión
DIAGÉNESIS: adaptación del sedimento al entorno de enterramiento
Factores intrínsecos al sedimento o roca
Factores extrínsecoso ambientales
⎝Quimismo soluciones diagenéticas• aguas intersticiales: cuasi-equilibrio• aguas expulsadas: más reactivas
Favorecen:•transporte de materia•cementación (precipitación)•disolución
⎝Temperatura: gradiente geotérmico• Aumento de la tasa de reacción• Favorece la deshidratación
⎝Presión: distribución heterogénea depresiones en el sedimento. Consecuencias:
• migración de soluciones• disolución por presión• cementaciones• sellado final del sistema
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sGradiente geotérmico
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sGradiente de Presión
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Procesos diagenéticos
• El desarrollo e intensidad de los procesos diagenéticos dependen de:– la composición del sedimento y
– la composición del agua intersticial.
– Descripción específica en cada grupo litológico.
• Pero pueden definirse una serie de procesos generales (TERMINOLOGÍA):– CEMENTACIÓN
– DISOLUCIÓN
– TRANSFORMACIÓN (reemplazamiento y recristalización)
– COMPACTACIÓN
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sProcesos diagenéticos: Cementación (1)
• Precipitación mineral en los huecos del esqueleto (porosidad).
• Las aguas diagenéticas tienen que estar sobresaturadas respecto al mineral cementante.
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22)(23
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2)(3
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SiOHOHSiO
SiOHeqcuarzo
COMgCaCOMgCa
eqdolomita
COCaCaCO
COCaeqcalcita
aaa
aKSiOHOHSiO
aaaCOCaMg
aaaKCOMgCaCOCaMg
aaa
aaKCOCaCaCO
==←+
==++←
==+←
−++
−++
−+
−+
−++
−+ PAI
Condición: PAI > K(T) SOBRESATURACIÓNPAI = K(T) EQUILIBRIOPAI < K(T) SUBSATURACIÓN
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sProcesos diagenéticos: Cementación (2)
• Aspectos relevantes:– Tipo de cemento.
– Procedencia del “material cementante”.
– Forma de movilización de ese material (solutos).
– Momento de la cementación.
– Secuencias de cementación.
• Tipo de cemento:– Los más frecuentes son los de sílice, carbonato y
ferruginosos.
– Pero hay más de 20 minerales que pueden aparecer como cemento (incluyendo los minerales arcillosos).
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sProcesos diagenéticos: Cementación (3)
• Procedencia del cemento:– Los cementos pueden representar entre el 20 y el 40% del
volumen total.
– ¿Origen de los solutos?
• Movilización de los componentes cementantes:– Advección: movimiento del agua → gradiente de presión.
– Difusión: movimiento de los solutos → gradiente de concentración:
– El dominio de un tipo de movimiento u otro depende de:• La permeabilidad-porosidad del sistema
• La etapa diagenética.
• Secuencias de Cementación:– Etapas tempranas (rocas carbonatadas): aguas de la
cuenca.
– Etapas tardías: evolución aguas diagenéticas.
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sProcesos diagenéticos: Cementación (4)
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sProcesos diagenéticos: Cementación (5)
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sProcesos diagenéticos: Cementación (6)
• Procedencia del cemento:– Los cementos pueden representar entre el 20 y el 40% del
volumen total.
– ¿Origen de los solutos?
• Movilización de los componentes cementantes:– Advección: movimiento del agua → gradiente de presión.
– Difusión: movimiento de los solutos → gradiente de concentración:
– El dominio de un tipo de movimiento u otro depende de:• La permeabilidad-porosidad del sistema
• La etapa diagenética.
• Secuencias de Cementación:– Etapas tempranas (rocas carbonatadas): aguas de la
cuenca.
– Etapas tardías: evolución aguas diagenéticas.
USO DE LA CATODOLUMINISCENCIA
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sProcesos diagenéticos: Cementación (7)
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sProcesos diagenéticos: Cementación (8)
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sProcesos diagenéticos: Cementación (9)
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sProcesos diagenéticos: Disolución (1)
• Disolución de componentes de la roca o sedimento previamente formados (p. ej. componentes del esqueleto) por reacción con las aguas intersticiales (diagenéticas) subsaturadas.
• Estos procesos pueden producirse en cualquier etapa diagenética:– Ambientes superficiales (aguas meteóricas):
SINDIAGÉNESIS.
– Diagénesis avanzada (profunda): ANADIAGÉNESIS.
– Ambientes superficiales (aguas meteóricas): EPIDIAGÉNESIS.
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sProcesos diagenéticos: Disolución (2)
• Las aguas diagenéticas tienen que estar subsaturadas respecto al mineral que se va a disolver.
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SiOHOHSiO
SiOHeqcuarzo
COMgCaCOMgCa
eqdolomita
COCaCaCO
COCaeqcalcita
aaa
aKSiOHOHSiO
aaaCOCaMg
aaaKCOMgCaCOCaMg
aaa
aaKCOCaCaCO
==→+
==++→
==+→
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−+ PAI
Condición: PAI > K(T) SOBRESATURACIÓNPAI = K(T) EQUILIBRIOPAI < K(T) SUBSATURACIÓN
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sProcesos diagenéticos: Disolución (3)
• Procesos de disolución en la ANADIAGÉNESIS: Expulsión de aguas por compactación.– Procesos de “acidificación” de las aguas diagenéticas:
• Liberación de CO2 del kerógeno: – Aumento del CO2 en las aguas y descenso del pH.
• Procesos de illitización:– Esmectita + K+ → Illita + H+
– Caolinita + K+ → Illita + H+
– Expulsión del agua en posición intercapa de las arcillas.
• Porosidad SECUNDARIA:– La porosidad primaria: asociada a la sedimentación.
– La porosidad secundaria: origen diagenético.
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sProcesos diagenéticos: Procesos de transformación
• Cambio mineralógico o textural provocado por procesos de interacción:
agua(diagenética)- sólido
No polimórfico
TR
AN
SFO
RM
AC
IÓN
Recristalización(cambio textural
morfológico ode tamaño)
Polimórfico(aragonito→calcita)
NEOMORFISMO(rocas carbonatadas)
Reemplazamiento(cambio
mineralógico)
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sProcesos diagenéticos: Compactación (1)
• Disminución de volumen de sedimento producida por la presión de carga durante el enterramiento.
• Produce:
– Mayor empaquetamiento de los granos o los clastos.
– Reducción de la porosidad.
– Expulsión de los fluidos intersticiales:
• Distribución heterogénea de presiones en los contactos entre granos o clastos.
– En último término, procesos de disolución por PRESIÓN.
• Depende de:
– La textura: granulometría, clasificación, presencia de matriz.
– La composición mineralógica de los materiales.
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sProcesos diagenéticos: Compactación (2)
• La evolución del proceso al aumentar el enterramiento puede seguirse cualitativamente analizando los tipos (y número) de contactos entre los granos o clastos del sedimento.
• Estos contactos irán variando:– Al principio, debido a la “movilización” y reordenación
de los clastos (granos) cuando el sedimento no está consolidado.
– Finalmente, por deformación, disolución por presión y fracturación.
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sCompactación
COMPACTACIÓN
ContactosTangenciales
ContactosLargos
ContactosCóncavo-convexos
ContactosSuturados
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sContactos tangenciales, largos y cóncavo-convexos (1)
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sContactos largos y cóncavo-convexos (2)
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sContactos cóncavo-convexos y suturados
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sContactos suturados (1)
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sContactos suturados (2)
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sRelación: Porosidad, Profundidad, Contactos entre granos
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sEstilolitos (1)
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sEstilolitos (2)
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sEstilolitos (3)
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sDisolución por presión (1)
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sDisolución por presión (2)
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sEtapas Diagenéticas (1)
• Existen múltiples propuestas de sistematización.– Repaso de las más usadas o influyentes.
• Dos “escuelas”:– Escuela Rusa: Pionera. Concepto lineal
(enterramiento) STRAKHOV (1953).
– Escuela anglosajona: Concepto cíclico.
• FAIRBRIDGE (1967): Quimismo de las aguas diagenéticas.
• CHOQUETTE y PRAY (1970): Tipos y evolución de la porosidad.
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sEtapas Diagenéticas (2)
Clasificación de STRAKHOV (1953)
• Divide la evolución del material sedimentario en:– Sedimentogénesis: formación del sedimento.
– Diagénesis: formación de la roca.
– Catagénesis: cambios posteriores a la formación de la roca (mayor enterramiento).
• Diagénesis “restringida”. Etapas.– Ver
HO
Y
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sEtapas Diagenéticas (3)
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sEtapas Diagenéticas (4)
Clasificación de FAIRBRIDGE (1967)• Caracteres de las aguas diagenéticas
(especialmente pH y Eh)
• Parte de un medio marino típico, con aguas bien oxigenadas.
• Etapas:
- Sindiagénesis
- Anadiagénesis
- Epidiagénesis
– Ver
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• Criterio básico: tipos y evolución de la porosidad.
• Clasificación de tipos de porosidad:– Primaria: durante el proceso de sedimentación (intra e
interpartícula).
– Secundaria: durante la diagénesis: TERMINOLOGÍA:• Módica, fenestral, de abrigo, crecimiento orgánico, perforación,
grietas de retracción.
• Intercristalina
• De fractura y brechificación
• De disolución (canales, cavidades y cavernas)
• Etapas– Eogenética ≈ sindiagénesis Domina la reducción de porosidad.
– Mesogenética ≈ anadiagénesis Domina la reducción de porosidad (excepto dolomitización).
– Telogenética ≈ epidiagénesis Domina la génesis de porosidad (de disolución).
Clasificación de CHOQUETTE y PRAY(1970)
Porosidad Eogenética
PorosidadesMeso y
Telogenética
Etapas Diagenéticas (5)
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sEtapas Diagenéticas (6): RESUMEN
• Las sistemáticas más extendidas son las de Fairbridge (1967) y Choquette y Pray (1970).
– Se usan en todos los ámbitos y son “equivalentes”.
– Los criterios básicos se han “diluido”.
• La sistemática de Strakhov (1957):
– Origen de distintos términos de amplio uso.
– Concepto lineal: sistemáticas más específicas (evolución de materia orgánica, carbón):
• Otra sistemática de uso común (pero más “difusa”):
Diagénesis temprana o de enterramiento poco profundo.
Diagénesis tardía o de enterramiento profundo.
• Procesos relacionados con la interfase agua-sedimento o sedimento-aire.
• Aguas diagenéticas con quimismo similar al de la cuenca.
• Hidrodinámica “superficial” (lluvia, mareas, bombeo capilar).
• Mantenimiento de actividad bacteriana.
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sEtapas Diagenéticas (7)
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sEtapas Diagenéticas (8)
(*) Ambientes de Berner (1981)
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Filo
mór
fica
Loco
mór
.Re
doxo
DAP
LESSTRAKHOV
(1953)FAIRBRIDGE
(1967)CHOQUETTE Y PRAY (1970)
PROCESOS
SEDIMENTOGÉNESIS
DIAGÉNESIS
CATAGÉNESIS
METAGÉNESIS
(*)SINDIAGÉNESIS
ANADIAGÉNESIS MESOGÉNESIS
EOGÉNESIS
TELOGÉNESISEPIDIAGÉNESIS
Formación del sedimento
Porosidad abiertaCirculación de fluidosReducción de porosidad
Expulsión agua intersticialReducción porosidadLitificaciónDeshidrataciónTránsito al metamorfismo
Emersión y reacción con aguas freáticasCreación de porosidad
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sAmbientes Diagenéticos (1)
• Existen dos esquemas muy utilizados:– FOLK (1974):
• Criterio: caracteres químicos de las aguas intersticiales y modalidad de circulación.
• Cubre toda la diagénesis (concepto lineal).
– BERNER (1981):
• Criterio: relación entre actividad biológica, materia orgánica y mineralogía autigénica.
• “Matización” de la sindiagénesis o eogénesis.
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sAmbientes Diagenéticos (2)
•Sistemática de FOLK (1974):–Frecuentemente empleada en carbonatos.
–PERO: generalizable a la diagénesis de cualquier grupo litológico.
•Clasificación de ambientes:
–Ambiente continental:
–Ambiente marino:
–Ambiente de enterramiento
profundo
Freático
Vadoso
Freático (submareal)
Vadoso (intermareal)
Aguas meteóricas: cementos
Aguas marinas: cementos
Aguas “connatas”, termobáricas
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sAmbientes Diagenéticos (3)
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sAmbientes Diagenéticos (4)
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sAmbientes Diagenéticos (5)
•Sistemática de BERNER (1981):–Caracterización más detallada de sindiagénesis o
eogénesis.
–Relación entre la actividad biológica, la materia orgánica y la mineralogía autigénica.
•La secuencia de ambientes depende de la presencia de materia orgánica y de la “efectividad” biológica para consumirla (respiración-heterótrofos):
NO3-, Mn2+, Fe3+O2 SO4
2- CO2→CH4postóxico metánicoóxico sulfídico
Oxidación de materia orgánica- efectividad
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sAmbientes Diagenéticos (6)
AMBIENTE FASES CARACTERÍSTICAS
I. Óxico (CO2 ≥ 10-6) hematites, goethita, minerales tipo MnO2, no materia orgánica
II. Anóxico (CO2 < 10-6)A. Sulfídico (CH2S ≥ 10-6) pirita, marcasita, rodocrosita, materia orgánica
B. No sulfídico (CH2S < 10-6)
1. Post-óxico glauconita y otros silicatos de Fe2+ - Fe3+; no sulfuros; (siderita, vivianita, rodocrosita); menos mat. orgánica
2. Metánico siderita, vivianita, rodocrosita, sulfuros formados anteriormente, mat. orgánica
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sAmbientes Diagenéticos (7)
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sAmbientes Diagenéticos (8)
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sÍndices diagenéticos (1)
• Permiten deducir las condiciones de T (y P) máximas por las que han pasado los sedimentos en su evolución diagenética:– Marcar el límite diagénesis-metamorfismo.
• Tienen que ser procesos o propiedades que dependen de T (y/o P) y que no se vean modificadas por el paso a través de la epidiagénesis.
• Los indicadores más utilizados son:– Transformaciones de los minerales de la arcilla.
– Reflectividad de la vitrinita.
– Mineralogía de las ceolitas.
– Color de los conodontos.
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sÍndices diagenéticos (2)
• Transformaciones de los minerales de la arcilla.
– Cualitativas:
• Caolinita estable hasta 150 ºC (pasa a illita o clorita).
• Esmectitas hasta 100 ºC.
• Interestratificados hasta 150-200 ºC
• Illita a partir de los 200 ºC.
– Cristalinidad de la illita: Difractogramas.
• Anchura a mitad de la altura del pico a 10 Å (en mm).
• Diagrama de ESQUEVIN.
• Límite Diagénesis-Anquizona: Ic=5.5 (0.44 ∆2θ)
• Límite Anquizona-Epizona: Ic=3.5 (0.25 ∆2θ)
– Cuantitativas: cinética de transformación esmectita-illita:
[ ] [ ][ ]
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛⋅⋅⋅+
=⋅⋅=⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −⋅=
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+
teAKS
SSSKeASK
RTEa
AdtdS
RTEa
RTEa
0
022
1
exp
emperaturaTSiempotSt IS el en esmectita de %t esmectita de inicial %0
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sÍndices diagenéticos (3)
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sÍndices diagenéticos (4)
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sÍndices diagenéticos (5)
• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en un “maceral” de la materia orgánica
(junto con leptinita e inertita).
– Procede de la diagénesis de la madera y suele ser más abundante.
– Al aumentar la T los grupos de anillos aromáticos se condensan y forman “hojas”:
• Esta evolución se traduce en un aumento de la REFLECTIVIDAD, R0
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sÍndices diagenéticos (6)
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sÍndices diagenéticos (7)
• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en una “maceral” de la materia orgánica
(junto con leptinita e inertita).
– Procede de la diagénesis de la madera y suele ser más abundante.
– Al aumentar la T los grupos de anillos aromáticos se condensan y forman “hojas”:
• Esta evolución se traduce en un aumento de la REFLECTIVIDAD, R0
– PERO: aunque la T es un factor muy importante, el tiempo durante el que se mantiene también lo es.
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sÍndices diagenéticos (8)
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sÍndices diagenéticos (9)
• Reflectividad de la vitrinita:– La vitrinita en una “maceral” de la materia orgánica
(junto con leptinita e inertinita).
– Procede de la diagénesis de la madera y suele ser más abundante.
– Al aumentar la T los grupos de anillos aromáticos se condensan y forman “hojas”:
• Esta evolución se traduce en un aumento de la REFLECTIVIDAD, R0
– PERO: aunque la T es un factor muy importante, el tiempo durante el que se mantiene también lo es.
– En estudios detallados se tiene en cuenta este hecho.
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sÍndices diagenéticos (10)
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sÍndices diagenéticos (11)
• Color de los conodontos:– Microfósiles fosfáticos con trazas de materia orgánica
(Cámbrico-Triásico).
– Al aumentar T, la materia orgánica del fósil sufre cambios que modifican su color.
– Cambios:
• Ceolitas:– Aluminosilicatos hidratados de Ca, Na y K.
– Al aumentar la T: zonación mineral.
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sÍndices diagenéticos (12)
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