TEXTURA, DENSIDAD Y POROSIDAD DE LOS SEDIMENTOS DE LA BAHÍA DE BANDERAS Y DEL ÁREA OCEANICA ADYACENTE

Trabajo recibido el 29 de febrero de 1988 y aceptado para su publicación el 14 de abril de 1988.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Este trabajo forma parte del proyecto de investigación titulado "Estudio batimétrico, morfológico y de la naturaleza del fondo oceánico de la Bahía de Banderas, Trinchera Meso-Americana y Zonas de Fracturas Tamayo", que ha sido llevado a cabo con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), y consiste en la descripción geotécnica de los sedimentos, analizando el carácter de la textura, de la densidad y de la porosidad en los materiales superficiales y subsuperficiales colectados en 15 estaciones oceanográficas selectas y ubicadas en la Bahía de Banderas y en el área oceánica adyacente (Fig.1, Tabla 1).

Las actividades oceanográficas se realizaron a bordo del B/O El Puma del 20 de marzo al 2 de abril de 1987. Durante el desarrollo de la investigación se hizo uso del Laboratorio de Geología Marina de la Estación Mazatlán, del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la Universidad Nacional Autónoma de México.

Figura 1. Localización del área de estudio y de las estaciones oceanográficas.

TABLA 1 POSICIÓN, PROFUNDIDAD Y LONGITUD DE LOS NÚCLEOS COLECTADOS DURANTE LA CAMPAÑA OCEANOGRÁFICA BANDERAS I

Las propiedades geotécnicas de los sedimentos de los márgenes continentales activos han sido estudiados como un intento para identificar la relación existente entre los procesos tectónicos y sedimentológicos. Taylor y Bryant (1985) han asociado tales propiedades con los procesos activos a lo largo del talud y de la trinchera mesoamericana y con los procesos de sedimentación. A su vez Shepard (1981) los relacionó con el patrón de subducción.

De acuerdo con Keller y Bennett (1970), el campo de la geotécnica marina concierne esencialmente a las propiedades físicas de masa y químicas de los sedimentos submarinos y a su correspondencia con la aplicación de fuerzas dinámicas o estáticas. Según este autor, los estudios realizados por Hamilton y Menard (1956), Moore y Shumway (1959) y Richards (1961,1962), son contribuciones importantes para el uso de las técnicas utilizadas en el análisis de las propiedades mecánicas de los suelos, para el estudio geotécnico de los depósitos marinos profundos. Este tópico de investigación aporta información útil para el entendimiento de problemas relacionados con la estabilidad de taludes, flujos de turbidez y diagénesis de sedimentos.

A la fecha aún es escasa la información geotécnica marina obtenida del análisis de sedimentos profundos. Importantes avances se han tenido con los estudios de Hamilton y Menard (1956), Fisk y McClelland (1959), Nafe y Drake (1957), Moore (1962), Keller (1967), Richards (1961,1962), Richards y Keller (1967), Morgenstern (1967), Keller y Bennett (1968), Hamilton (1969), Bennett, Keller y Busby (1970), Keller y Bennett (1970), Bennett y Lambert (1971), Boyce (1973), Booth (1979), Bryant, Bennett y Katherman (1981), Fass (1982), Gutiérrez-Estrada y Salisbury (1983), Taylor y Bryant (1985) y Gutiérrez- Estrada, Galavíz-Solís y Castro-del Río (1988).

La determinación de las relaciones texturales y de masa-volumen de los sedimentos superficiales del delta submarino del Río Balsas, fué el objetivo de esta investigación.

La fase oceanográfica de esta investigación se realizó del 20 de marzo al 2 de abril de 1987, durante la campaña BANDERAS I a bordo del B/O "El Puma". El equipo utilizado para la obtención de las muestras sedimentarias consistió de nucleadores de gravedad de media tonelada; el diámetro del tubo muestreador fue de 15 cm. Las maniobras se realizaron usando malacates hidrográficos de presión hidráulica y cuentámetros electrónicos.

La navegación y el posicionamiento del B/O "El Puma" se realizaron mediante el uso de los sistemas automáticos Plath y por satélite; se usaron, asímismo giroscópicas y radares integrados a un miniprocesador digital con pantalla e impresora y además, una corredera para determinar la distancia navegada. La información morfológica superficial y batimétrica se obtuvo usando un perfilador sísmico a frecuencias de 3.5 y 7.0 kh, con potencia variable de 0 a 10 Kw.

Las columnas sedimentarias obtenidas variaron en longitud de 61 a 282 cm de longitud (Tabla 1), con un valor promedio para esta magnitud de 170 cm. A los sedimentos se les analizó color, textura, estructura, propiedades geotécnicas, composición mineralógica y contenido de carbonato.

A bordo del B/O "El Puma", los sedimentos colectados fueron pre-procesados y conservados en refrigeración para su análisis posterior. Cada núcleo fue medido, sellado, etiquetado y cortado longitudinalmente; la superficie expuesta fue descrita y fotografiada y de ella se obtuvieron muestras inalteradas a intervalos de 20 cm. En esta investigación se presentan los resultados obtenidos del análisis de la densidad y porosidad de los sedimentos haciendo referencia a los obtenidos en las otras fases de la investigación.

La densidad húmeda total, también denominada como peso unitario de los sedimentos submarinos o peso unitario saturado (Bennett y Lambert, 1971), es función de la densidad específica de sólidos y del contenido del agua. El peso unitario es el peso por unidad de volumen, sin considerar el grado de saturación (ASTM, 1967). Usualmente los sedimentos marinos profundos están totalmente saturados.

Un método standard para medir el peso unitario es introducir un cilindro de volumen conocido en el sedimento y determinar el peso del material colectado. Así se obtiene el valor de la masa, en gramos, por unidad de volumen. Por la dificultad que se tiene para eliminar los espacios vacíos entre la pared interior del cilindro y el sedimento, así como por la influencia de gases presentes en el agua intersticial debido al cambio de presión hidrostática a la atmosférica, el valor del peso unitario o densidad húmeda total puede resultar afectado y ser diferente al determinado en el laboratorio.

Durante esta investigación, las mediciones se realizaron a bordo del buque a la temperatura y presión ambientales; a esta técnica se le estimó una precisión de ± 2% en base a las experiencias de Boyce (1973), aún cuando Bennett et al (1970) consideran únicamente al ± 1% del valor observado, como estimación de la reproductibilidad del método del cilindro.

La porosidad del sedimento, n, definida como la relación del volumen de vacíos al volumen total de la masa del sedimento se calculó a partir de la densidad húmeda total, de la densidad promedio de granos, del contenido de agua y del asumido para la densidad del agua intersticial.

Los resultados obtenidos para las mediciones de la densidad húmeda total (peso unitario) y de la porosidad, así como de la densidad de granos se han consignado en la Tabla 2.

La textura de los materiales se determinó en las submuestras colectadas, a intervalos de 20 cm a lo largo de la columna sedimentaria, inmediatamente después que el núcleo había sido cortado y descrito. La clasificación utilizada fue la sugerida por Shepard (1954) y los límites de clase son aquellos propuestos por Wentworth (1922).

Las fracciones de arena, limo y arcilla se consideraron formadas por partículas con diámetro promedio gráfico, Mz, comprendido entre 2.0 mm y 65 µm 62.5 y 3.91 µm y menores de 3.91 µm, respectivamente. Esta clasificación se utilizó independientemente del tipo de sedimento y de su origen, según lo propuesto por Bode (1974). Los métodos de laboratorio utilizados fueron los sugeridos por Krumbein y Pettijohn (1938), Emery (1938), American Society for Testing Materials (1963), Folk (1968), Ingram (1971) y Galehouse (1971). Los constituyentes individuales se determinaron siguiendo el criterio de Thayer et al (1974) y los parámetros estadísticos fueron calculados por computadora utilizando los criterios de Folk y Ward (1957), Inman (1952) y McBride (1971). El contenido porcentual de los constituyentes granulométricos, así como la clasificación litológica se muestran en la Tabla 2, la posición de estos materiales en el diagrama ternario de Shepard (1954), están señalados en las figuras 2 y 3.

Figura 2. Diagrama ternario de Shepard (1954), aplicado a los sedimentos de los núcleos 4, 5, 6, 8,10,12, 20 y 21.

Los sedimentos analizados corresponden con depósitos hemipelágicos y turbidíticos terrígenos: son mezclas sedimentarias no homogéneas formadas por, al menos, dos componentes; uno de los cuales, el limoso, es dominante.

Por su textura, los sedimentos variaron desde las arcillas muy escasas y muy mal clasificadas, y los limos, escasos y muy mal clasificados, hasta las arenas-limosas, escasas y de mal a muy mal clasificadas. La mayoría de los materiales investigados, 53%, fueron limos arcillosos, mal y muy mal clasificados (Figs. 2 y 3, Tabla 2).

Figura 3. Diagrama temario de Shepard (1954), aplicado a los sedimentos de los núcleos 30,39,43, 46,48,49 y 49'.

Al considerar el criterio del Joides Panel on Sedimentary Petrology and Physical Properties y del Joides Planning Committee (Lewis et al., 1983), el 93% de los sedimentos mostraron un contenido de arcilla comprendido entre 10 y 90%; en la mayoría de los limos arenosos y de las arenas limosas, de naturaleza turbidítica, el porcentaje de arcilla fue inferior al 10%. La relación arena/limo fue menor a la unidad en el 98% de las muestras.

El índice de clasificación varió de 1.15 a 2.44Ø por lo que los materiales analizados resultaron ser mal y muy mal clasificados. Se determinó la preferencia de los sedimentos por ser mesocúrticos, 40% y platicúrticos 29 %. Los materiales muy platicúrticos y muy leptocúrticos representan cada uno el 3 % del muestreo.

Los depósitos hemipelágicos estuvieron representados por secuencias sedimentarias arcillo-limosas y limo-arcillosas con intercalación de limo y, esporádicamente arcilla. Se les identificó preferentemente en las porciones noroeste (Núcleos 4, 5, 6 y 8), central (Núcleos 12, 20, 43) y sur (Núcleos 30 y 39) del área investigada a profundidades de 2,000 a 4,000 (Fig. 1, Tabla 1). Su característica textural más conspícua fue el escaso contenido de arena, comprendido entre 0.38 y 12 % (Tabla 2), con porcentajes máximos de hasta 31 % en los sedimentos del sector noroeste del área, y de 1.93 a 13.52 % en la porción central. El diámetro promedio gráfico, Mz, estuvo comprendido desde 6.25 hasta 8.88 Ø y de 6.30 a 7.70 Ø en las porciones noroeste y central del área respectivamente. Los porcentajes de limo y arcilla promediaron 57 y 36 % respectivamente; el primero mostró tendencia a incrementarse hacia el oeste y el segundo a disminuir en igual dirección. Este tipo sedimentario se caracterizó por ser de color gris olivo obscuro y negro.

Las secuencias tubidíticas son de grano fino, pudieron ser identificadas al W del área de estudio (Núcleo 10) a profundidades superiores a los 3,600 m y en el cañón submarino de Banderas a profundidades de 2,600 a 260 m (Núcleos 21, 46, 48 y 49). Se les reconoció inicialmente por su textura, estructura y coloración; posteriormente, se procuró caracterizarlos por sus propiedades geotécnicas.

Estos depósitos mostraron gradación normal con capas delgadas de 1.0 a 4.0 cm de espesor de naturaleza arenosa hacia la base de cada secuencia y sedimentos limosos o arcillosos hacia la cima. Los contactos están bien definidos, en la porción inferior de las arenas. El contenido de arena varió desde 16 hasta 48 % en las capas arenosas (limos arenosos o arenas limosas) y de 2 a 14 % en los arcillosos y limosos suprayacientes.

TABLA 2 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SEDIMENTOS COLECTADA DURANTE LA CAMPAÑA OCEANOGRÁFICA BANDERAS I

TABLA 2 (CONTINUACIÓN)

TABLA 2 (CONTINUACIÓN)

TABLA 2 (CONTINUACIÓN)

TABLA 2 (CONTINUACIÓN)

En aquellas el contenido máximo y mínimo de limo y de arcilla mostró valores de 70-45 % y 20-20 %, respectivamente. En los sedimentos finos tales límites fueron 79-31 % y 65-7 % respectivamente. En las capas superiores de algunos depósitos turbidíticos se observaron signos de bioturbación que, posiblemente indican baja tasa de sedimentación. Las secuencias constituidas por un número variable de capas muy delgadas o láminas, frecuentemente mas diferenciadas en sus contactos, presentaron espesores de 5 a 20 cm (incluida la capa basal); su coloración en general, comprendió tonos obscuros desde el café rojizo al negro, siendo ricas en materia orgánica.

En el análisis de las propiedades geotécnicas de los tipos sedimentarios descritos, se utilizaron términos y símbolos que concuerdan con los publicados en 1958 por la Joint Committee on Glosary of Terms and Definitions de la American Society of Civil Engineers y la American Society for Testing Materials.

Figura 4. Diagrama de correlación de la porosidad y del diámetro promedio gráfico de los sedimientos.

En la Tabla 2 se ha vertido la información numérica obtenida para las siguientes propiedades físicas de los sedimentos: 1) Densidad de granos o de los constituyentes sólidos, Gs; 2) Porosidad, n, y 3) Peso unitario, pero unitario saturado o densidad húmeda total del sedimento.

La densidad de los constituyentes sólidos es función directa de la calidad y cantidad de las particulas sólidas que constituyen a la masa sedimentaria. La porosidad de un sedimento es la relación entre el volumen de espacios intersticiales y el volumen total de la muestra sedimentaria.

Al correlacionar los valores de la porosidad de los sedimentos con el diámetro promedio gráfico de las partículas que los constituyen (Fig. 4), se vio que la porosidad es una función dependiente e inversa del tamaño de los granos. El incremento en el valor porcentual de la relación: volumen de vacios/volumen total de la muestra, fue uniforme, acentuándose hacia los sedimentos más finos (Mø7.5) como puede observarse en la disposición de la línea empírica de correlación, desarrollada de 8.0 ø a 85 % de porosidad (AB del límite generalizado).

Estos resultados son semejantes a los publicados por Hamilton y Menard (1956) y por Richards (1962) quien estimó, asimismo, que los sedimentos finos que no tienen porosidades muy bajas son aquellos cuyo diámetro medio es mayor a 7.5 ø. Gutiérrez Estrada y Salisbury (1983) observaron que son los sedimentos oceánicos profundos de diámetro medio mayor a 7.0 ø los que presentan mayor porosidad.

De la figura 4 se observó que el límite: a) inferior del diámetro promedio gráfico en la mayoría de los sedimentos arcillo-limosos se tuvo a 7.0 ø, con porosidades superiores a 70%; b) superior a las arcillas-limosas se localizó entre 7.5 y 8.0 ø; c) superior máximo de los limos se determinó a 7.5 ø con 84% de porosidad; y d) superior de los sedimentos turbidíticos, de mayor contenido de arena que los anteriores se alojó a MZ=7.0 ø, a 80% de porosidad y en su mayoría se alojaron próximos o por debajo de la línea de correlación.

La densidad específica de sólidos, Gs, fluctuó de 2.12 gr/cm³ (núcleo 8, z: 200-220 cm; arcilla-limosa) a 3.86 gr/cm³ (núcleo 49, z: 20-40 cm; limo-arcilloso) con la mayoría de los valores comprendidos entre 2.30 y 2.70 gr/cm³; el valor promedio para todas las muestras fue de 2.63 gr/cm³ y se observó la tendencia de la densidad específica de los sólidos a disminuir con el incremento en la profundidad de sepultamiento en las columnas sedimentarias homogéneas como, por ejemplo, en los sedimentos arcillo-limosos de los núcleos 12, 43 (Tabla 2); la mayor 3 variación de Gs, 1.43 gr/cm³, se observó en los sedimentos del núcleo 49, fluctuando de 2.40 gr/cm³, en un material con 86% de limo y ausencia casi total de arena, a 3.83 gr/cm³ en un limo-arcilloso con 10% de arena (Tabla 2).

Los valores de Gs > 3.0 gr/cm³ corresponden con los sedimentos limo-arcillosos, limosos y areno-limosos colectados en las estaciones 48,49 y 49', próximas al litoral y alojadas en el piso del cañon de Banderas a profundidades de 260 a 100m ( tabla 1, Fig. 5.).

Figura 5. Diagrama de correlación de la densidad específica de granos y de la porosidad de los sedimentos.

Los valores obtenidos para la densidad húmeda total o peso unitario fluctuaron desde un máximo de 1.78 gr/cm³ a 51 % de porosidad, hasta un mínimo de 1.13 gr/cm³ a 92 % de porosidad, (Fig. 6); correspondientes a los sedimentos turbidíticos del núcleo 21, el primero, y hemipelágicos limo-arcillosos del núcleo 8, el segundo (Tabla 2). La figura 6 muestra la relación lineal, ya indicada por Hamilton y Menard (1956), Nafe y Drake (1957) y Richards (1962) para la cual la densidad húmeda total disminuye con la porosidad entre los límites para el contenido de agua iguales a cero y 100%, para cualquier densidad de granos. De la figura 6, las líneas de igual densidad tienen por origen los siguientes valores: 1.025 gr/cm³, la densidad de agua del mar, y 100 % de porosidad.

En la mayoría de los sedimentos jovenes, la densidad húmeda total tiende a incrementarse con la profundidad de sepultamiento, Z, y la porosidad a disminuir en igual sentido (Gutiérrez-Estrada y. Salisbury, 1983). De los resultados obtenidos al analizar los sedimentos del proyecto Banderas, se tiene que, en gran medida, se cumple lo propuesto por esos autores, con excepción hecha para las capas arenosas basales de las turbiditas (Fig. 7)

Figura 6. Diagrama de correlación de la densidad húmeda total y la porosidad de los sedimentos.

Figura 7. Diagrama de correlación de la porosidad de los sedimentos y la profundidad de sepultamiento.

Los sedimentos marinos de plataforma y talud continentales así como de llanura abisal, colectados a profundidades de 215 a 4,10Om durante la campaña oceanográfica BANDERAS I (Fig. 1; Tabla 1), presentaron características texturales y geotécnicas acordes con las reportadas por diversos autores al analizar sedimentos oceanográficos.

La mayoría de los sedimentos, 81 %, son hemipelágicos con presencia de minerales autigénicos: Núcleos 4, 5, 6, 8, 12, 30, 39 y 43; de éstos las secuencias sedimentarias de los tres primeros se constituyó por la alternancia de sedimentos limo-arcillosos y limo-arenosos. En los núcleos restantes la característica dominante fue la homogeneidad litológica. Los sedimentos turbidíticos terrígenos, de grano fino con capas basales areno-lodosas fueron identificados en los Núcleos 10, 21, 46, 48, 49 y 49'.

De los seis grupos texturales identificados según el contenido de arena, limo y arcilla, así como por su posición en el diagrama ternario propuesto por Shepard (1954) (Figs. 2 y 3), el limo-arcilloso fue el de mayor distribución habiéndosele tenido en el 53 % de los análisis. Los grupos texturales de menor distribución fueron el arcilloso 1%, el limo-arcillo-arenoso 2 % y el limo-arenoso-arcilloso 2 % (Tabla 2).

La descripción que sigue, respecto a las variaciones verticales de las propiedades geotécnicas de los sedimentos, es acompañada e ilustrada con su representación en cinco núcleos seleccionados en función de: 1) la longitud total de la columna sedimentaria; 2) su porción en los rasgos geomórficos del piso oceánico; y 3) la relevancia de las variaciones o rango de variación. Las figuras 8 y 9 corresponden con los sedimentos hemipelágicos de la porción noroccidental del área (núcleos 4 y 5); las secuencias turbidíticas del Cañon de Banderas (núcleos 21 y 48), se muestran en las figuras 10 y 11; y la sedimentación hemipelágica homogénea, de la porción central del área (núcleo 12), se indica en la figura 12.

Figura 8. Diagrama de variación, con respecto a la profundidad de sepultamiento, de los parámetros estadísticos y de los porcentajes de arena, limo y arcilla en los sedimentos del núcleo 4.

La depositación de materiales limosos en el sector noroccidental del área (núcleos 4, 5, 6 y 8), es propia de la sedimentación oceánica alejada de la costa sin influencia de aportes terrígenos importantes. La fracción arenosa de estos materiales, inferior al 10 %, estuvo formada, principalmente, por foraminíferos u ostrácodos, con algunos granos de cuarzo. Además, la presencia de minerales autigénicos (zeolitas, barita, cuarzo), constituyó un elemento adicional para considerar a estos materiales como hemipelágicos. En la figura 8 se muestra la variación vertical del diámetro promedio gráfico, Mz y del porcentaje de arena, limo y arcilla, de los sedimentos del núcleo 4, manifestándose una acentuada inflexión a los 260-265 cm de profundidad por abajo del piso oceánico, como resultado del incremento de arena biógena de grano fino en los sedimentos limosos interestratificados con arcillas limosas. En el núcleo 5 (Fig. 9), la sección consistió de limos-arcillosos y arcillas limosas con capas ocasionales de arcilla y de limo, hacia la base del mismo, con incremento repentino de arena a 2.0 m de profundidad. Es una secuencia sedimentaria oceánica profunda que tiene, hacia la porción inferior, una capa de posible origen turbidítico.

Los sedimentos hemipelágicos inter-estratificados con secuencias turbidíticas de grano fino con capas basales arenosas, de procedencia terrígena, se les identificó a los 3,650 m de profundidad en los depósitos del talud oriental de la depresión desarrollada sensiblemente N-S al W del área.

El tercer tipo de depósito, identificado hacia el centro del área, (núcleos 12 y 20) y al S de ella (núcleos 30,39 y 43), (Fig. 1, Tabla 1), se caracterizó por su homogeneidad litológíca y la escasa variación vertical de los parámetros estadísticos y del contenido porcentual de arena-limo-arcilla. En la figura 12 se ilustra lo anterior para la sección limo-arcillosa del núcleo 12. El valor medio del diámetro promedio gráfico fue de 7.2 ø, habiendo variado entre 6.75 y 7.45 ø por lo que el rango de variación, fue de 0.7 ø; el porcentaje promedio de arena fue de 5% y su relación con el limo se indicó menor de 1.0. De acuerdo con la clasificación de Wentworth (1922), estos sedimentos son limos lodosos mal clasificados.

Figura 9. Diagrama de variación, con respecto a la profundidad de sepultamiento de los parámetros estadísticos y de los porcentajes de arena y limo en los sedimentos del núcleo 5.

Figura 10. Diagrama de variación, con respecto a la profundidad de sepultamiento, de los parámetros estadísticos y de los porcentajes de arena y limo en los sedimentos del núcleo 21.

Figura 11. Diagrama de variación, con respecto a la profundidad de sepultamiento de los parámetros estadísticos y de los porcentajes de arena y limo en los sedimentos del núcleo 48.

Figura 12. Diagrama de variación, con respecto a la profundidad de sepultamiento de los parámetros estadísticos y de los porcentajes de arena y limo en los sedimentos del núcleo 12.

TABLA 3 VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SEDIMENTOS SEGÚN EL AMBIENTE DE DEPÓSITO

Las propiedades geotécnicas de los sedimentos oceánicos y terrígenos descritos variaron considerablemente; los sedimentos con evidentes signos de alteración de su estructura fueron considerados únicamente para el análisis textural y no se les analizó en cuanto a su porosidad y densidad.

La información obtenida se analizó en función de las siguientes áreas de depósito: a) borde interior y exterior del talud continental; b) llanura abisal; y c) cañón submarino. En la Bahía de Banderas la plataforma continental es angosta y aún inexistente en su margen sur, siendo el cañón submarino (fosa tectónica) de Banderas el rasgo morfológico dominante (Fig. 1), que norma los procesos sedimentarios en gran parte de la zona investigada (Gutiérrez-Estrada, 1987).

Del análisis de la Tabla 3, destaca la existencia de variaciones significativas en los valores determinados para cada área de depósito. El mayor rango de variación de los valores del diámetro promedio, la porosidad y densidad húmeda total, se tuvo en los sedimentos oceánicos de la llanura abisal, (3.50 ø 31 % y 0.50 gr/cm³ respectivamente).

La variación máxima de la densidad de granos (1.61 gr/cm³) y en la cantidad de arena (52 %), se identificó en los materiales del cañón submarino.

Al analizar los valores máximos y mínimos de los parámetros medidos en los tipos sedimentarios identificados se observó que, en las secuencias turbidíticas, los valores promedio más significantes se tuvieron en la densidad húmeda total, en el contenido porcentual de arena y en la densidad de granos (1.46 gr/cm³ , 31 % y 2.63 gr/cm³ respectivamente) (Tabla 4).

TABLA 4 VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE MASA EN LOS SEDIMENTOS OCEÁNICOS

En los sedimentos hemipelágicos se identificaron las máximas diferencias en el diametro promedio (1.31 ø) y en la densidad de sólidos (0.85 gr/cm³ ), mientras que en las secuencias turbidíticas se observaron mayores fluctuaciones en la porosidad (19 %), en la densidad húmeda total o peso unitario húmedo (0.32 gr/cm³) y en el contenido de arena (17 %).

La densidad de una masa sedimentaria es una propiedad dependiente de la densidad de cada constituyente sólido o grano mineral, del agua intersticial, y del gas atrapado o formado en el sedimento, así como de la cantidad relativa de estos constituyentes.

Los valores promedio determinados para la densidad de granos en los sedimentos del borde interior del talud continental (Tabla 3), y de los turbidíticos (Tabla 4), corresponden con la densidad media de los minerales ligeros (cuarzo y feldespatos, principalmente), que constituyen en gran proporción a la mayoría de los sedimentos. Hamilton y Menard (1956) indicaron que valores superiores parecen corresponder con la presencia de minerales pesados que tienden a concentrarse en las fracciones finas del sedimento, elevando el valor de la densidad hasta 2.70 en arena fina, 2.74 en arena muy fina y 2.80 en una muestra de limos muy finos y arcillosos; y Richard (1962) reportó densidades de 2.78 a 2.83 en sedimentos arcillosos, valores de la densidad inferiores a 2.60 pudieran estar relacionados con la presencia de cantidades importantes de materia orgánica.

Estas apreciaciones concuerdan con los resultados obtenidos para la mayoría de los sedimentos, exceptuando a los limos y limos-arcillosos de los núcleos 49 y 49' en los cuales la densidad de sólidos fue de hasta 3.86 gr/cm3 a 71 % de porosidad (Fig. 5, Tabla 2). Valores excepcionalmente altos 3.00 a 3.30, han sido citados por Keller y Bennett (1970) para la densidad de granos en arcillas del Océano Pacífico, que además, presentaron amplia variación en la porosidad, densidad húmeda total, contenido de agua y relación de vacíos.

La variación de la porosidad de los sedimentos según la profundidad de sepultamiento no es una relación obvia en los sedimentos sub-superficiales. La porosidad de un sedimento natural tiende a incrementarse conforme el tamaño del grano disminuye. Esta relación se aprecia en la figura 7 en la cual se ilustran las variaciones de la porosidad según la profundidad de sepultamiento de los sedimentos de diferente granulometría. La medida del tamaño del grano, expresada según el diámetro medio no proporciona, según Hamilton y Menard (1956), una relación clara con la porosidad debido a la influencia de la forma del grano y del coeficiente de clasificación.

Las variaciones determinadas en el diámetro promedio gráfico, Mz, densidad de sólidos y humedad total, porosidad y constitución granulométrica de los sedimentos analizados (Tablas 2, 3 y 4), se han ilustrado gráficamente en las figuras 8 a 12, tomándose como ejemplo el de los núcleos 4, 5, 12, 21 y 48. La alternancia rítmica entre los materiales arcillo-imosos y limo-arcillosos propios de la sedimentación oceánica profunda de baja tasa de acumulación, se observa en la figura 8 correspondiente al Núcleo 4; las inflexiones que se tuvieron en los intervalos 40-60 cm, 140-160 cm y 260-265 cm fueron debidas, las dos primeras, a la disminución en el contenido de arena y arcilla y el consecuente incremento de limo; la tercera se relacionó con una capa delgada de material arenoso biogénico.

En el Núcleo 5 (Fig. 9), se aprecian nueve estratos definidos según el criterio de Shepard (1954); el contenido de arena tiende a ser homogéneo en la columna sedimentaria incrementándose a los 200 cm por debajo del piso oceánico. Al analizar el comportamiento del diámetro promedio gráfico y de la densidad de sólidos se definen tres unidades sedimentarias. Un aspecto interesante es el indicado por la disminución paulatina de la porosidad, de 84 a 77 %, hacia la porción inferior del Núcleo.

Las variaciones verticales en los parámetros granulométricos y en las propiedades físicas de masa en los núcleos 21 y 48 (Figs. 10 y 11), son el resultado de la ocurrencia de secuencias limo-arcillosas, mal y muy mal clasificadas, con limos hacia la cima de la sección y turbiditas de grano fino hacia la base de cada secuencia. Las turbiditas pudieron ser fácilmente reconocidas por el repentino incremento de arena y la disminución de arcilla (Tabla 2).

La sedimentación oceánica fina, homogénea, representada por los depósitos limo-arcillosos del Núcleo 12 (Fig. 12), mostró sin embargo, variaciones apreciables en cuanto a la densidad de sólidos en función del contenido del limo. La porosidad disminuyó uniformemente y la densidad húmeda total se incrementó pausadamente, ambas hacia la porción inferior del Núcleo.

El estudio geotécnico consistente en la determinación de las características texturales y las relaciones de masa volumen en los sedimentos de la Bahía de Banderas y del área oceánica aledaña puso de manifiesto la presencia de dos tipos de materiales que pudieran ser considerados como hemipelágicos, el primero, y turbidíticos, el segundo.

Diferencias importantes en el rango de variación de los diferentes parámetros investigados, se observaron en función del ambiente de depósito y del origen del material. En el cañón submarino o fosa tectónica de Banderas, son comunes las secuencias sedimentarias turbidíticas terrígenas; en la llanura abisal y talud continental lo son los depósitos hemipelágicos de textura homogénea limo-arcillosa, principalmente.

Las variaciones, tanto horizontales como verticales, de los valores extremos de las propiedades geotécnicas de los sedimentos se relacionaron con la morfoestructura y profundidad del piso marino, así como con la profundidad de sepultamiento y la actitud de los procesos hidrodinámicos, (floculación y corrientes de turbidez, por ejemplo).

Los autores desean hacer patente su agradecimiento a las siguientes personas e instituciones:

A Agustín Ayala-Castañares, ex-Director del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México y a Jaime Tacher, ex-Director de Proyectos Científicos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT).

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