porosidad y permeabilidad

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Tema 5.- Partículas sedimentarias y Poros: Textura: Tamaño. Forma. Orientación. 
Empaquetamiento.- Porosidad: Origen, tipos y significado.- Permeabilidad.- Coeficiente de 
almacenamiento.- Comportamiento. 
 
PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS PARTÍCULAS SEDIMENTARIAS 
 
 
Al estar formado el sedimento y la roca sedimentaria 
por una asociación de fases minerales (partículas), es 
evidente que muchas de sus propiedades dependerán de 
las características de las partículas aisladas, del nivel de 
asociación y de la interrelación entre sus componentes 
(granos, matriz y cemento). 
 
Una roca sedimentaria está formada por granos y 
matriz de orígen sindeposicional y un cemento de orígen 
postdeposicional. Los poros son los “huecos” no 
ocupados por cualquiera de los otros componentes 
sólidos. 
 
La textura se define como: las condiciones de interrelación entre los componentes de un 
sedimento o roca sedimentaria. Con frecuencia se da a la textura un significado estático (organización 
elemental, generalmente microscópica del sedimento); sin embargo la textura tiene significado 
dinámico, puesto que sus componentes se modifican a lo largo de la evolución del sedimento. Se 
denomina madurez textural el grado de diferenciación que alcanza un sedimento comparado con el 
material del procede. 
En sedimentos terrígenos aparecen : texturas no cementadas, formadas por granos (esqueleto 
principal de la textura clástica) y matriz (detríticos finos que rellenan espacios entre granos) y texturas 
cementadas que se originan al transformarse el sedimento en roca sedimentaria a través de la 
compactación y la diagénesis (disolución, precipitación, cementación), el cemento puede rellenar 
totalmente los espacios vacios. 
En sedimentos no terrígenos pueden aparecer: texturas orgánicas (incluyen tanto las texturas 
clásticas con partículas orgánicas, como las de organismos constructores) y texturas de cristalización 
(formadas por precipitación directa del material disuelto). 
Los principales factores que condicionan la textura son el tamaño, la forma, la orientación y el 
empaquetamiento de los granos. 
 
1.- Tamaño de grano: Definido por el diámetro de la partícula, medido directa o indirectamente 
(tamizado, balanza de sedimentación, microscopio). Se utiliza para designar los distintos tipos de 
sedimentos terrígenos en función del tamaño de las partículas (escalas granulométricas). Para estudiar y 
comparar sedimentos se usan los parámetros granulométricos (centil, media, clasificación, etc.) que 
expresan los niveles y oscilaciones en energia del sistema. 
2.- Morfología de las partículas: Se define bajo diferentes conceptos : forma, expresada 
cualitativamente (referencia a cuerpos geométricos) o cuantitativamente (diámetro de grano), redondez 
(grado de suavidad de contornos, medidas 
cuantitativas y visuales en gráficas) y textura 
superficial, que se relaciona con el medio de 
transporte y sedimentación (brillante, mate, 
barnizado, etc.). 
3.- Orientación: Las partículas tienden a 
ordenarse bajo la acción de la gravedad o de la 
dinámica del flujo que las deposita, en función del 
tamaño, forma y densidad. Esta ordenación no es 
uniforme, debido a la existencia de flujos que 
pueden provocar una orientación preferente de los 
granos (alineación e inclinación). 
 Orientación de partículas en relación al flujo de una corriente: A. 
Partículas orientadas paralelamente al flujo. B. Orientación 
perpendicular al flujo. C. Partículas imbricadas. D. Orientación no 
preferente, en ausencia de flujo (Boggs, 1995). 
4.-Empaquetamiento: Es la ordenación de las partículas bajo el campo gravitacional y aparecen 
distintos tipos de empaquetamientos (figura siguiente), en función del tamaño, forma y orientación de las 
partículas y de la energía del medio. Primariamente, el empaquetamiento en ambientes de alta energía 
es denso (apretado), mientras que en ambientes de baja energía es poco apretado. Posteriormente, el 
enterramiento y la compactación van apretando el empaquetamiento. 
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La orientación y el empaquetamiento 
de las partículas determinan la “fábrica” o 
microestructura del sedimento. 
El aumento de la densidad de 
empaquetamiento se traduce en una 
disminución progresiva de la porosidad. 
 
 
Los parámetros texturales: tamaño, morfología, orientación y empaquetamiento de granos, 
ejercen un gran control en el comportamiento de los sedimentos y rocas sedimentarias frente a 
los fluidos, este comportamiento se expresa a través de los conceptos de porosidad y 
permeabilidad. 
 
POROSIDAD 
 
La porosidad, se define como: “la 
relación entre el volumen de poros o 
huecos de una roca y el volumen total 
de la misma”: p =VP / VT , se expresa 
normalmente en porcentajes. 
En relación al tamaño de los poros, 
se habla de porosidad macroscópica 
(tamaño de poro superior a 2 mm.), capilar 
(diámetro de poro entre 0,1 y 2mm.), 
microporosidad (0,1mm-0,1µ) y 
porosidad coloidal (diámetro de poro< 
0,1µ). 
 
En referencia al tiempo de formación de la porosidad se distinguen: Porosidad primaria es la 
que se origina durante la sedimentación y depende del tamaño y características de los granos y de la 
distribución granulométrica; en granos bien clasificados la porosidad depende de la forma y grado del 
empaquetamiento. Porosidad secundaria, se origina por la evolución postsedimentaria del sedimento o 
roca sedimentaria; la diagénesis, mediante la compactación y cementación, disminuye la porosidad; los 
procesos de fracturación y disolución la aumentan . Una recristalización puede aumentar o disiminuir la 
porosidad, según la extensión del proceso y la posibilidad de sustitución mineral; así, la dolomitización en 
facies arrecifales aumenta la porosidad, mientras que en calizas estratificadas la reduce. 
 
 
POROSIDAD PRIMARIA 
Intergranular (la más frecuente). 
Intragranular (rara, pero posible con fragmentos de roca,fósiles, 
etc.). 
Intercristalina (rara, en minerales arcillosos). 
 
 
POROSIDAD SECUNDARIA 
 
Disolución de granos (común en CO3
=,SO4
=, Cl-, fósiles-móldica-). 
Disolución de cemento autígeno (común en calcita, dolomita,etc). 
Disolución de minerales de reemplazamiento autígeno(CO3
=, 
SO4
=) 
Fractura (aunque rara, localmente muy importante). 
Tipos básicos de porosidad en areniscas (Schmidt, McDonald&Platt, 1977 y Choquette&Pray, 1970) 
 
En los carbonatos, la porosidad tiene otros orígenes además de los intergranulares, de orígen 
sedimentario similar al de rocas detríticas. Se habla de porosidad arrecifal (crecimiento orgánico), 
porosidad oolítica, porosidad móldica (cavidades de fósiles), porosidad fenestral, protegida, etc. 
La técnica de medida de la porosidad, también influye sobre la forma de expresar la misma. En 
general se determina, no midiendo un volúmen, sino mediante relaciones entre el peso específico de una 
muestra seca y el fluido que rellena los poros.Las expresiones más utilizadas son: Porosidad total : 
Representa el porcentaje de volumen de poros en la roca; se basa en medidas de peso específico o 
densidad. Su inverso es el índice de compacidad. Índice de poros : Relación entre el volumen de poros 
y el volúmen de sólido. 
La determinación de la porosidad usando el agua como fluido que rellena los poros, introduce conceptos 
como el de porosidad eficaz (volumen de agua que circula en la roca frente al volumen de la roca), 
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el de porosidad efectiva (volúmen de agua que se extrae de una roca saturada por la acción 
de la gravedad) y el concepto de retención específica (volumen de agua que una vez 
sometida a saturación queda retenida en los poros de la roca frente al volúmen de la roca. 
 
Relaciones entre porosidad total, retención específica y porosidad efectiva. Tipos morfológicos de porosidad 
(Meinzer, 1932): a).Depósitos detríticos bien clasificados con alta porosidad. b).Depósitos bien clasificados con 
cantos porosos, máxima permeabilidad. c).Porosidad por disolución.d).Depósitos detríticos mal clasificados, baja 
porosidad. e).Depósitos bien clasificados, con fuerte cementación, que disminuye la porosidad. f).Porosidad por 
fracturaión. 
 
La capacidad de una 
roca para almacenar un 
fluido, se puede definir a 
través de la porosidad 
efectiva, utilizándose los 
términos de porosidad muy 
alta (> 25%), porosidad alta 
(25-15%), porosidad media 
(15-8%), baja porosidad (8-
5%) y muy baja porosidad 
(<5%). 
Valores de éste 
parámetro, para diferentes 
tipos de materiales se recogen 
en el cuadro adjunto. 
 
PERMEABILIDAD 
 
La permeabilidad es una medida de la facilidad con que un fluido atraviesa un material 
poroso. Está controlada por el tamaño, forma de los poros y su grado de conexión. Se determina a partir 
de la cantidad de fluido que atraviesa una longitud de roca porosa de sección constante en un tiempo 
determinado. La Ley de DARCY que expresa el movimiento del agua en un medio poroso, es en su 
expresión más general : 
Si
Q
k
γ
µ
= 
Siendo: “k” el coeficiente de permeabilidad, y Q el volumen de fluido que por unidad de tiempo atraviesa 
una sección S, con un gradiente hidráulico de i (diferencia de presión dividido por la longitud atravesada, i = h/l); µµ es 
la viscosidad y γγ el peso específico del fluido. 
 
Es uno de los parámetros 
físicos de las rocas que 
presenta mayor variabilidad, su 
unidad es el darcy que equivale 
a 0,987x10-8cm2/s. Si no se 
tienen en cuenta las 
propiedades del fluido, caso del 
agua, la permeabilidad o 
conductividad hidráulica tiene 
las dimensiones de una 
velocidad y se expresa en m/dia 
o cm/s. 
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Valor de la permeabilidad en relación al tamaño de grano Orientación de granos y direcciones de la máxima 
de sedimentos de algunos ambientes sedimentarios. permeabilidad en un canal y una barra arenosos. 
 
COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO 
 
En la práctica interesa, no sólo la cantidad de fluido almacenado en una roca almacén o en un 
acuífero, sino también el volumen de fluido que se puede extraer. El coeficiente de almacenamiento ( s 
), concepto utilizado en Hidrogeología, se define como: “volumen de agua que puede ser liberado de 
un prisma vertical del acuífero de sección igual a la unidad y altura igual a la de acuífero saturado 
, si se produce un descenso unidad del nivel piezométrico o de carga hidráulica”. 
En un acuífero libre, existe una superficie libre del agua (nivel freático), cuando es perforado 
parcial o totalmente por pozos, la superficie obtenida por los niveles de agua de cada pozo forma una 
superficie real (superficie freática). El volumen de agua obtenida por bombeo, coincidira con la prosidad 
eficaz de la zona saturada (s = pe ). El valor del coeficiente de almacenamiento (s), que es adimensional, 
oscila entre 0,05 y 0,30. 
En un acuífero confinado, el agua contenida está sometida a una cierta presión, superior a la 
atmosférica y ocupa la totalidad de poros o huecos de la formación saturándola totalmente. Por ello 
cuando su techo es cortado por un pozo, hay un rápido ascenso del nivel del agua hasta estabilizarse en 
una determinada posición; si relacionamos los niveles alcanzados por el agua en distintos pozos, la 
superficie piezométrica obtenida es ideal. En éste caso al bombear un pozo, el agua extraida de los 
poros o huecos se dilata, por descompresión, proporcionando una cierta cantidad de agua; por otra parte 
la presión intersticial del agua en el medio poroso disminuye, lo que ocasiona más expulsión de agua 
para hacer frente a la presión constante del terreno sobre el acuífero, con lo que és disminuye su 
espesor saturado, gracias a los efectos elásticos del acuífero. La cantidad de agua total extraida será : s 
= λ λ b ( pt.β + α ) ; β + α ) ; (siendo: λλ=peso específico del agua, b = espesor del acuífero, pt = porosidad total, ββ = 
coeficiente de comprensibilidad dinámica del agua, y αα = coeficiente de comprensibilidad dinámica 
vertical del terreno El valor del coeficiente de almacenamiento para acuíferos confinados oscila de 10-3 a 
10-5. 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA: 
• BOGGS, S. (1995). “Principles of Sedimentology and Stratigraphy”, 2ª edición, Prentice 
Halls, Inc. 
• CORRALES, I., ROSSELL, J., SANCHEZ DE LA TORRE, L., VERA, J. y VILAS, L.(1977). 
“Estratigrafía”, Ed. Rueda 
• SELLEY, R. C. (1976). “An introductión to Sedimentology”Academic Press.