U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

MICROTERMOMETRÍA Y CRONOLOGÍA EN CUARZO DE ESTRUCTURAS POST-CARBONÍFERO EN EL BASAMENTO

METAMÓRFICO DE CHILE CENTRO-SUR

COLLAO S.1, GLODNY J.2, BASCUÑÁN S.1, ESPARZA E.1, PÉREZ S.1, AGUILAR G.1

1Departamento Ciencias de la Tierra, Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Concepción, Chile. 2GFZ Potsdam. Telegrafenberg C2 D-14473, Postdam, Alemania. RESUMEN En la faja costera de Chile Central-Sur dominan secuencias de rocas metamórficas paleozoicas, dispuestas según la foliación penetrativa regional (S2), diferenciadas en tres unidades que de oeste a este se denominan: Tirúa (UT), Nahuelbuta (UN) y Oriental (UO). Discordantemente a S2 de estas unidades, se emplazan estructuras tensionales con cuarzo, que en el área de Capitán Pastene, tiene una edad (Rb/Sr) de 270 Ma (Pérmico Inferior) y en las proximidades de la ciudad de Valdivia, entre 200 a 210 Ma (Triásico). Estudios microtermométricos, de inclusiones fluidas en los agregados de cuarzo de estas estructuras, indican medias de temperatura distintas, según sea su cronología. En el cuarzo, estabilizado en el Pérmico, se determinaron medias de temperatura de homogenización (Th) de 172º y 154ºC, en tanto que en las del Triásico, las medias de Th son de 226º, 229º y 232ºC. La composición del fluido de estas inclusiones (sólo del tipo bifásicas enriquecidas en líquido), varía entre 0.9% a 19%, para el cuarzo de edad Pérmico, y entre 0,4% a 10,5% en peso de NaCl equivalente, para el cuarzo de edad Triásico. Estas diferencias de temperatura y salinidad, en términos generales, pueden relacionarse con episodios de metamorfismo-deformación, regional y/o dinámico, producto de acreción basal en un margen continental activo, con evidencias en estructuras posteriores al Carbonífero. Hacia la base de la secuencia de la UT, el efecto de mayor presión de la secuencia, pudo generar mayor temperatura en las inclusiones fluidas del cuarzo estabilizado en el Triásico, sin descartar, la posible influencia del efecto calórico de digitaciones de cuerpos intrusivos menores, que particularmente se enmarcan en la geología de la zona de Valdivia (si en edad fueran post-carbonífero). En en el cuarzo estabilizado en el Pérmico, con estructuras emplazadas hacia el techo de la secuencia en la UN, la menor presión, pudo, a su vez, generar temperaturas más bajas, sin descartar la influencia del efecto dinámico-calórico de la falla Gastre, en la generación o reactivación de estructuras tensionales, cercanas a Capitán Pastene. INTRODUCCIÓN Aplicaciones de inclusiones fluidas con fines geotermométricos así como para el conocimiento composicional del fluido, en ámbitos metamórficos son numerosas (Touret, 1971; Hollister y Burrus, 1976; Crawford, 1981; Touret, 1981; Roedder, 1984, entre otros). Estudios de inclusiones fluidas en los terrenos metamórficos de las Cordilleras de Nahuelbuta-Queule (entre los 38º-39º30’ de Lat. Sur), para determinar principalmente los gradientes de temperatura y la composición de los fluidos actuantes en las mineralizaciones y rocas circundantes asociadas al Basamento Metamórfico de Chile han sido descritas por Collao, 1988 y Collao y Alfaro, 2000. Estudios anteriores en relación a la determinación de las condiciones de presión y temperatura en el proceso de metamorfismo han sido obtenidas para la Serie Oriental por Hervé, 1977. El estudio de inclusiones fluidas que se describe en este trabajo, constituye parte de un gran proyecto denominado “Proceso de Deformación de los Andes” (SFB-267), que se efectúa en el

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

marco de cooperación científica con geólogos y geofísicos alemanes y del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Concepción. En esta investigación, designada “Geocronology and Geothermobarometry of the Paleozoic Crystalline Basement”, participan el Dr. J. Glodny de la GeoForschungsZentrum Potsdam, Alemania, con el aporte de edades Rb/Sr en cuarzo y el autor principal de este trabajo, que contribuye con la información microtermométrica. Los datos de microtermometría, se obtuvieron en la parte práctica del curso “Seminario de Inclusiones Fluidas” en el Laboratorio de Microtermometría del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Concepción, con los demás coautores de este trabajo. MARCO GEOLÓGICO El Basamento en el Centro-Sur de Chile fue dividido por Aguirre et al., (1972) en dos series, sobre la base de sus características de metamorfismo, denominándolas Serie Oriental y Serie Occidental, nomenclatura que fue mantenida por Hervé (1977). La Serie Occidental en la región de estudio se subdividió en dos unidades (Fig. 1), designando como Unidad Tirua, a la extensa serie rocosa con dominio de esquistos verdes (cuyo protolito son basaltos oceánicos) y como Unidad Nahuelbuta a la potente serie, constituida principalmente de esquistos micáceos de tonalidades grises, cuyo protolito son rocas sedimentarias clásticas (Montecinos, en Collao et al., 1980), con intercalaciones menores de metacherts, metacherts ferruginosos (Formación Bandeada de Hierro) y cuerpos serpentiníticos con ocasionales depósitos podiformes de cromita (Fig. 1). La edad que diferentes autores han asignado al Basamento metamórfico, fundamentada en similitudes petrográficas y estructurales con otras series conocidas, ha variado desde precámbrica a paleozoica. Las determinaciones cronológicas mediante el método Rb/Sr expresan una edad paleozoica superior (González Bonorino, 1970). Esta misma edad, fue determinada por Nishimura (1971, en Hervé, 1976). Sobre la base de los antecedentes expuestos, puede asignarse el basamento metamórfico al Paleozoico Medio. El Basamento Paleozoico se encuentra sobreyacido en inconformidad por rocas marinas y continentales de edades mesozoicas y cenozoicas. Los eventos de metamorfismo y deformación que afectaron a estas unidades (Hervé, 1977; Montecinos en Collao et al., 1980; Oyarzún, 1985) comprenden: una etapa F1 entre el Paleozoico Inferior-Precarbonífero, responsable de generar una esquistocidad S1 (comúnmente visible bajo el microscopio, que enmascara a la estratificación inicial), una etapa F2 del Carbonífero, generadora de una esquistocidad penetrativa S2 (visible bajo el microscopio y en el terreno, Foto 1 y 2), y una etapa F3 del Triásico, que se sobreimpone a las anteriores, responsable de suaves pliegues y fracturas. A esta última etapa, se puede correlacionar el cuarzo que rellena fracturas de extensión (tension gashes), discordantes a la esquistocidad penetrativa S2, en la Unidad Tirua, cuya edad definida por Rb/Sr (en micromuestras de mineral) expresa 210 a 200 Ma (grupo de muestras ubicadas en localidades de Niebla, cerca de la ciudad de Valdivia, Fig. 3). Otro conjunto de muestras, localizadas cercanas a la zona de falla Gastre, en la localidad de Capitán Pastene, indican una edad de alrededor de 270 Ma para agregados de cuarzo, hospedados en fracturas de extensión, emplazadas discordantemente a la esquistocidad penetrativa S2 (Foto 1 y 2) en zona entre la Unidad Oriental y la Unidad Nahuelbuta (Figs. 1 y 3).

Cuaternario: 1. Sedimentos no consolidados. Incluye depósitos marinos. 2. Coladas, tobas y brechas andesíticas y basálticas, con intercalaciones de sedimentitas detrítica. Terciario: 3. Areniscas, areniscas calcáreas, coquinas, conglomerados y limolitas, con fósiles marinos (Ej.: Fm. Navidad) 4. Areniscas, conglomerados, brechas, tobas y lutitas calcáreas, (Ej.: Fm. Cura-Mallin). Localmente, mantos de carbón intercalados. 6. Gravas y arenas y limos subordinados 7. Areniscas, limolitas, lutitas y arcillolitas, con fósiles marinos (Ej.: Fm. Brush Lake). Localmente, con intercalaciones de carbón (Ej.: Fm. Cholchol). 8. Tobas riolíticas y daciticas, coladas andesíticas y daciticas, y aglomerados, asociados a antiguos volcanes: escasa intercalaciones de sedimentitas clásticas (Ej.: Fm. Trapa-Trapa). Cretácico: 5. Rocas plutónicas e hipabisales. 9. Coladas y brechas andesíticas y riolíticas, tobas e ignimbritas daciticas y riolíticas, con intercalaciones de lutitas, calizas, areniscas y conglomerados continentales. Jurásico: 10. Rocas plutónicas e hipabisales. 11. Areniscas, areniscas calcáreas, calizas, margas, lutitas, conglomerados y cherts, con fósiles marinos. Triásico: 12. Areniscas y lutitas. Paleozoico: 13. Rocas plutónicas e hipabisales. 14. Lutitas, pizarras, areniscas, conglomerados y calizas, con fósiles marinos; localmente,

con intercalaciones de volcanitas riolíticas (Ej.: Fm. Juan de Morales). 15. Metareniscas, pizarras, filitas, esquistos, metabasitas, serpentinitas, gneises y anfibolitas (serie occidental). 16. Metapelitas y metarenitas, esquistos micaceos y metachert (serie oriental). El emplazamiento de este cuarzo, ocurrido durante el Pérmico, expresa un proceso no bien definido en la etapa de metamorfismo-deformación, que ha sido expresado anteriormente. En este trabajo, los agregados de cuarzo, de las muestras de ambos períodos, en las fracturas de extensión, son las que fueron investigadas para su aplicación en microtermometría, lo cual se detalla a continuación. METODOLOGÍA Las mediciones microtermométricas requeridas por este estudio se realizaron en 10 secciones pulido-transparentes de las muestras obtenidas en las localidades cercanas a la zona de falla Gastre (VAL-63 y VAL-64) y en Niebla, sector cercano a la ciudad de Valdivia (VAL-68, VAL-70 y VAL-71) (Fig. 3). Estas secciones fueron observadas en un microscopio Nikon Optiphot-POL, acondicionado con objetivos de larga distancia de trabajo libre, que permiten magnificaciones de hasta 400X. Las mediciones microtermométricas, se efectuaron en una platina calentadora-enfriadora marca Linkam (descripción en Shepherd, 1981) modelo TP-92, para mediciones de temperatura con límite superior de calentamiento de hasta 600° C, la cual posee ventanas de vidrio doble, que aíslan totalmente la muestra del exterior y con mayor economía de nitrógeno líquido. Las mediciones se corrigieron en hasta +3.0°C, con estándares que presentan puntos de fusión conocidos entre –28.99 a +306.80°C y con agua bidestilada. Los parámetros termométricos considerados en inclusiones fluidas encapsuladas en cuarzo fueron: temperatura de homogenización (Th), temperatura de congelamiento (TC) y temperatura de depresión final del congelamiento de la fase fluida (Tfh). En las muestras analizadas se reconocieron cambios en fases líquidas y gaseosas, no encontrándose fases sólidas. En cuanto a la temperatura de homogenización, se observaron homogenizaciones del tipo fase gaseosa pasando a líquida, y sólo en un caso excepcional, se registró la homogenización del líquido pasando a fase gaseosa (Muestra VAL -68). Las concentraciones de salinidad se expresan en porcentaje en peso de NaCl equivalente, que fue determinada a partir de una tabla estándar que permite ligera corrección de valores obtenidos según las ecuaciones de Potter et al (1978), haciendo uso de los datos de medición de desaparición por fusión del congelamiento final del fluido. Todas las mediciones fueron realizadas en el Laboratorio de microtermometría perteneciente al Departamento de Ciencias de la Tierra, de la Universidad de Concepción. MINERALOGÍA ASOCIADA A LAS INCLUSIONES FLUIDAS Las inclusiones fluidas se encuentran en su totalidad en granos de cuarzo que conforman generalmente agregados granoblásticos masivos, con grado de transparencia translúcido más que transparentes, afectado por abundantes lineamientos de fracturas e inclusiones (Fotomicrografía 1). Los agregados de cuarzo se encuentran en algunas ocasiones entremezclados con micas y parcialmente teñidos por óxido de hierro, producto de alteración.

CARACTERÍSTICAS, OCURRENCIA Y PARAGÉNESIS Las inclusiones presentan un rango de tamaño, en su mayoría entre 5 a 20 micrones de diámetro, aunque también se observaron inclusiones de mayor tamaño, las que sobrepasan los 20 micrones de diámetro. Las formas dominantes son: subredondeadas, elipsoidales, subtriangulares, rectangulares e irregulares. (Fotomicrografías 1, 2, 3, 4). El modo de ocurrencia y paragénesisis, de las inclusiones fluidas, es preferentemente alineadas según un paralelismo a planos de esquistocidad o de microfracturas, predominante (Fotomicrografías 1, 2, 4) y en menor grado, dispuestas hacia el centro de los cristales de cuarzo (Fotomicrografías 1, 2, 3). Las inclusiones de tipo primario (con respecto al evento de metamorfismo-deformación que las originó), se encuentran en grupos y aisladas y son de mayor tamaño, en relación, a las secundarias y seudosecundarias. No se presentan inclusiones en bandas de zonación de crecimiento. Las inclusiones de tipo pseudosecundarias fueron reconocidas principalmente en lineamientos que no traspasan trangranularmente a los cristales de cuarzo (Fotomicrografías 1, 2, 4), en relación a las secundarias, que se extienden más allá de uno o dos cristales de cuarzo (Fotomicrografía 1), dispuestas habitualmente, según una dirección preferencial. Las medidas microtermométricas, fueron tomadas en inclusiones primarias, seudosecundarias y secundarias. No obstante, en los resultados generales, no se encontró diferencias significativas, entre los valores de temperaturas ni en su salinidad. Cabe destacar que en algunos casos, la temperatura de homogenización no pudo ser medida, debido al pequeño tamaño de las inclusiones, especialmente aquellas de paragénesis secundaria.

S2

S2 T

Fotografía 1 y 2: Disposición de minerales de cuarzo en estructuras de tensión (T) discordante foliación penetrativa regional (S2).

T

a la

Fotomicrografías: 1) Agregados de cuarzo con textura granonoblástica, mostrando paragénesis con lineamientos trangranulares (lineas de color gruesa) de inclusiones fluidas secundarias, e intragranulares (líneas negra fina) con inclusiones fluidas seudosecundarias. Aisladamente, se observan inclusiones fluidas primarias (indicadas con flechas), en relación, al proceso secundario de metamorfismo-deformación, que las generó. Muestra VAL- 63. Observación con microscopía de luz transmitida a nicoles cruzados. Magnificación, 33 X. 2) Inclusiones fluidas tipo I, enriquecidas en la fase líquida (indicadas con flechas), de formas irregulares y primarias, en relación, al lineamiento seudosecundario. Muestra VAL- 63 B. Observación con microscopía de luz transmitida a nicoles cruzados. Magnificación, 132 X. 3) Inclusiones fluidas tipo I, enriquecidas en la fase líquida (indicadas con flechas), de formas irregulares y primarias, acumuladas hacia el centro del cristal de cuarzo que las hospeda. Muestra VAL- 68 B. Observación con microscopía de luz transmitida a nicoles cruzados. Magnificación, 132 X. 4) Inclusiones fluidas tipo I, de formas más regulares, enriquecidas en la fase líquida y seudosecundarias, siguiendo lineamientos intragranulares (líneas negra fina), subparalelas a línea de micofractura en cuarzo, observada hacia el margen izquierdo de la foto. Muestra VAL- 70 A. Observación con microscopía de luz transmitida a nicoles cruzados. Magnificación, 132 X. TIPOS DE INCLUSIONES FLUIDAS Sobre la base de una clasificación de tipo composicional, que relaciona las fases observadas (Nash ,1976 y Roedder 1984), las inclusiones fluidas estudiadas, pertenecen al tipo I de inclusiones bifásicas ricas en líquido (L+V), donde la fase fluida ocupa más del 50% del volumen total, en relación a la fase gaseosa minoritaria. En la mayoría de los casos, las inclusiones tipo I, muestran característicamente, una fase gaseosa entre 10% y 15% en volumen, en relación, a la fase acuosa (Fotomicrografías 2, 3, 4). Sólo excepcionalmente, se reconoció, un caso de inclusión tipo II (V+L), en la muestra VAL-63, en que la fase gaseosa tiene un volumen de 60%, con relación a la fase fluida. Las inclusiones fluidas tipo L, medidas, homogenizan a líquida y no contienen sólidos no metálicos y metálicos. La densidad del fluido de estas inclusiones varía

comúnmente entre 0.8 a 1.0 g/cm3. La única inclusión tipo II, homogenizó a gas. La densidad del fluido de esta inclusión es de 0.42 g/cm3. RESULTADOS MICROTERMOMÉTRICOS Las temperaturas de homogenización obtenidas de mediciones realizadas en granos de cuarzo de la zona de falla Gastre, en el límite entre las unidades Nahuelbuta y Oriental con dos muestras (VAL –63 y VAL-64) son relativamente similares entre sí, en cuanto al rango, medias y modas de temperatura de homogenización y composición salina del fluido. En la muestra VAL-63, el rango varía entre 112°C a 387°C, con una media de 154.4 °C (Fig. 2A). En los histogramas de frecuencia realizados, se registra una sola moda (167°C), observándose una mayor concentración de los datos entre 100°C y 200°C.(Fig. 3). Las temperaturas de fusión del congelamiento de la fase fluida, medibles en la mayoría de los casos, presentan un rango entre –5.7°C a –0.5° C, expresando salinidades entre 5.3% a 11.8 % de NaCl equivalente (Fig. 4). En el caso de la muestra VAL-64, tomada cercana al sector anterior, las temperaturas de homogenización obtenidas presentan un rango entre 92.6°C a 253 °C con una media de 171.5°C. El histograma de frecuencia correspondiente a esta muestra es similar al de la muestra anterior, ya que también presenta una alta concentración de datos entre 100°C y 200°C.(Fig. 3), aunque, la dispersión de los datos es mayor (Fig 2B). En cuanto la composición de los fluidos, las temperaturas de fusión del congelamiento de la fase fluida arrojaron valores entre –14.1°C a –2.2 °C, las que corresponden a salinidades entre 5.3% a 18.3 % de NaCl equivalente. En la localidad de Niebla cercana a la ciudad de Valdivia, tres de las muestras estudiadas, también presentan características microtermométricas similares. La muestra VAL-68 presenta temperaturas de homogenización que varían entre 175°C a 264°C con una media 225.8°C (Fig. 2C). De acuerdo al histograma, se observa que existe una sola población de datos, con una mayor frecuencia de valores entre los 200°C y 240 °C, con una moda de 222°C (Fig. 3). Las salinidades del fluido, varían entre 0.4% a 8.6% de NaCl equivalente (Fig. 4). Las temperaturas de homogenización que fueron determinadas en agregados de cuarzo de la muestra VAL-70, alojados en fracturas de tensión de forma sigmoidal, fluctúan entre 199°C a 252 °C, con una media de 228.5°C (Fig. 2D) y una moda de 232°C (Fig. 3). La salinidad del fluido, presenta un rango entre 2.5% a 10.5 % en peso de NaCl equivalente (Fig. 4). La muestra VAL-71, con cuarzo en un sistema de fracturas extensionales, presenta un rango de temperatura entre los 208°C a 247.5°C, con una media de 232.1 °C (Fig. 2E) y dos modas. La principal está concentrada entre los 225°C a 260°C y otra de valores bajos entre 225°C a 260°C (Fig. 3). En cuanto a las mediciones de congelamiento fue posible medir solo tres inclusiones. Los valores obtenidos de salinidad, están en un rango entre 7.2% a 8.4% en peso de NaCl equivalente (Fig. 4). RESUMEN DE CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN Discordantemente a la foliación penetrativa de unidades litológicas del Basamento Metamórfico de Chile Centro-Sur, se emplazan estructuras tensionales con cuarzo, que en el área de Capitán Pastene, arrojan una edad (Rb/Sr) de alrededor de 270 Ma (Pérmico Inferior). En las proximidades de la ciudad de Valdivia, la edad del cuarzo oscila entre 200 a 210 Ma (Triásico).

B A

C D

E

Estudios microtermométricos preliminares, de inclusiestas estructuras, indican medias de temperatura distiestabilizado en el Pérmico, se determinaron medias 172º y 154ºC, en tanto que en las del Triásico, las Ninguna de estas medias de temperatura, reflejan deformación-metamorfismo acontecido en el Carbpenetrativa S2, con medias y modas de Th más altas (secundarios (270 º C a 290 º C) considerados como retrógrado, en cuarzo de los esquistos verdes de la UnChile Centro-Sur (Collao y Alfaro, 2000). O que sí efluidos de las inclusiones fluidas (2.9 % a 14.6 % cuarzo de estructuras post-carboníferas, se indican a c

Fig. 2. Diagramas de Caja para laTemperatura de Homogenización. A.Muestra VAL-63. B. Muestra VAL-64. C.Muestra VAL-68. D. Muestra VAL-70. E.

ones fluidas en los agregados de cuarzo de ntas, según sea su cronología. En el cuarzo, de temperatura de homogenización (Th) de medias de Th son de 226º, 229º y 232ºC. medias o modas del principal evento de

onífero, generadora de una esquistocidad entre 330º a 410ºC), ni con pulsos térmicos pulsos representativos de un metamorfismo idad Tirúa, del Basamento Metamórfico de stán en el rango, son las salinidades de los

en peso de NaCl equivalente), que para el ontinuación.

Fig. 3. Ubicación de las muestras, y sus respectivos histogramas de temperatura de homogenización.

Diagrama de dispersión

050

100150200250300350400450

0 5 10 15 20 25

% peso NaCl eq.

T° H

omog

eniz

ació

n (°

C)

VAL 71VAL 68VAL 63VAL 64VAL 70

Fig.4. Diagrama de dispersión. Temperatura de Homogenización v/s Salinidad.

La composición del fluido de estas inclusiones (sólo del tipo bifásicas enriquecidas en líquido, en relación, a la fase gaseosa) varía entre 0.9% a 19%, para el cuarzo con medias de menor temperatura en las de edad Pérmica, y entre 0,4% a 10,5% en peso de NaCl equivalente, para el cuarzo con medias de mayor temperatura, de edad Triásico. Las diferencias de temperatura y salinidad, en términos generales, pueden relacionarse con episodios de metamorfismo-deformación, regional y/o dinámico, producto de acreción basal en un margen continental activo, con evidencias en estructuras posteriores al Paleozoico. Hacia la base de la secuencia en la Unidad Tirúa, el efecto de mayor presión de la secuencia, pudo generar mayor temperatura en las inclusiones fluidas del cuarzo estabilizado en el Triásico. En estas variaciones, sin embargo, no es descartable en el sistema, la posible influencia del efecto calórico de digitaciones de cuerpos intrusivos menores, que particularmente se enmarcan en la geología de la zona de Valdivia, si en edad fueran post-carboníferos.

En el cuarzo estabilizado en el Pérmico, con estructuras emplazadas hacia el techo de la secuencia en la Unidad Nahuelbuta, la menor presión, pudo, a su vez, generar temperaturas más bajas, sin descartar la influencia del efecto dinámico-calórico de la falla Gastre, en la generación o reactivación de estructuras tensionales, cercanas a Capitán Pastene.

Conclusiones definitivas, pueden obtenerse, efectuando estudios de mayor detalle y ampliado la investigación geocronológica y microtermométrica, a otras zonas con fracturas de extensión similares a las analizadas. Sin embargo, con los datos hasta aquí obtenidos, se ha podido caracterizar dos eventos de distinta cronología, con dos diferentes pulsos térmicos.

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