Morfologia De Las Rocas Metamorficas.pdf 125i6

BIBLIOGRAFIA *: Abarca parcialmente el tema, C: Capítulo, p: páginas

Fyfe, 1981

S. González Bonorino, F, 1972

C:4*,p:37 Definiciones Condiciones del Metamorfismo Clasificación de las rocas metamórficas Relaciones de Equilibrio. La Regla de las Fases Mineralógica, Sistemas cerrados y abiertos Diagramas ACF C:7,p:79-90 Zona y facies metamórficas.

Rollinson Henderson Krauskopf Turner, F. H., (3) , P., 1982 , K. 1979 J. y 1993 Verhoogen , J. 1978.

C:12,p:80-81

C:5,p:98

C:19p: 432 C:19 C:19

C:16 p: 475 C:17 C:16

C:8,p:212

C:19

C:18

C:19

C:16 C:18

C:12,p:85-86 C:3,p:71

ROCAS METAMÓRFICAS

CONCEPTOS BÁSICOS Las rocas metamórficas son el resultado de la transformación de una roca (protolito) como resultado de la adaptación a unas nuevas condiciones ambientales que son diferentes de las existentes durante el periodo de formación de la roca premetamórfica. La modificación del protolito tiene lugar esencialmente en estado sólido (s.l.), y consiste en recristalizaciones, reacciones entre minerales, cambios estructurales, transformaciones polimórficas, etc., asistidas por una fase fluida intergranular. Los factores que desencadenan el proceso metamórfico son los cambios de temperatura y presión, así como la presencia de fluidos químicamente activos. La clasificación de las rocas metamórficas se basa, fundamentalmente, en la composición mineralógica, en la textura (el factor más importante es el tamaño de grano y la presencia o ausencia de foliación) y en el tipo de roca inicial antes del producirse el proceso metamórfico.

Definición El metamorfismo consiste, en el acomodamiento mineralógico y estructural de las rocas sólidas a las condiciones físicas y químicas, reinantes a profundidades inferiores a las zonas superficiales de meteorización y cementación y que son distintas de las condiciones bajo las cuales se formaron estas rocas.

Clasificación de las rocas metamórficas

Con respecto a esto necesitamos algunos pocos términos que son útiles en la discusión de la química de los procesos metamórficos. Hay tres grandes divisiones en las rocas metamórficas, basadas en extensas observaciones de campo. Estas son: a) b) c)

Rocas de metamorfismo regional Rocas de metamorfismo térmico o de o. Rocas de metamorfismo de impacto.

a) Las rocas metamorfizadas regionalmente, son aquellas que se presentan en grandes áreas y no tienen una aparente relación a rocas intrusivas. b) Las rocas metamorfizadas termalmente, son aquellas formadas localmente cerca de los os de cuerpos intrusivos

a)

Metamorfismo Local 1. Metamorfismo de o 2. Metamorfismo dinámico 3. Metamorfismo de choque (impacto)

b)

Metamorfismo Regional 1. Metamorfismo dinamotérmico 2. Metamorfismo de soterramiento

FÁBRICA Y TEXTURA DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS

FABRICA CRISTALO BLASTICO ESTRUCTURA ANISOTROPA

ISOTROPA

PLANAR

Clivaje Esquistosidad Foliación

LINEAL

Prismolineación

Maciza

DOMINIO RELICTICO

Blastoestratificada Blastogradada Blasto-fluidal

CATACLAST

Lenticular Catacintada

Estrías de fricción

Maciza

GRADO DE CRISTALINIDAD (TAMAÑO DE GRANO) En el caso de las rocas metamórficas se considera el tamaño medio de los cristales, esta propiedad es (s.l.) indicativa del grado metamórfico

Maciza

alcanzado; un mayor grado de cristalinidad indica que las rocas alcanzaron mayor grado metamórfico.: •

BAJO. Son rocas en las cuales los cristales no son identificables a simple vista (p.ej. algunas pizarras). • MEDIO. Son rocas en las cuales los cristales son identificables a simple vista o con una lupa (p.ej. un esquisto). • ALTO. Son rocas en las cuales los cristales han alcanzado un tamaño notable.

FORMA y DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS DE LOS CRISTALES En este apartado se describen los principales tipos de texturas de las rocas metamórficas, que, habitualmente, deben establecerse con la ayuda de un microscopio, no obstante el alumno deberá de tratar de identificarlas, en la medida de lo posible, mediante la observación de las muestras de mano. •

GRANOBLÁSTICA. El tamaño de todos los cristales es parecido y forman un mosaico de granos con tendencia al empaquetado hexagonal, suele ser característica de las rocas metamórficas monominerales (cuarcitas, mármoles, etc.) y de las corneanas, es decir, de rocas metamórficas que se formaron bajo condiciones estáticas. • LEPIDOBLÁSTICA. Esta definida un apilamiento de minerales planares (micas), los cuales están orientados de forma que sus caras planares son paralelas entre sí. Suele ser característica de las rocas metamórficas micaceas (esquisitos, micacitas, algunos gneises, etc.). • NEMATOBLÁSTICA. Es similar a la lepidoblástica, sólo que en este caso el apilamiento no es de minerales con hábito planar sino acicular. Suele ser característica de las anfibolitas. • PORFIDOBLÁSTICA. Cuando se observa una serie de cristales de gran tamaño (porfidoblastos) englobados en una matriz compuesta por granos de un tamaño sensiblemente menor, es decir, existen dos poblaciones distintas de cristales. Generalmente, los porfidoblastos son minerales índice que nos indican las condiciones que se alcanzaron durante el metamorfismo. Por consiguiente, es importante su identificación. MICROESTRUCTURAS Cuando el proceso metamórfico se produce bajo condiciones de presiones dirigidas y existen minerales que puedan desarrollar un hábito planar o prismático, éstos suelen crecer orientados, disponiéndose perpendiculares a la dirección desde la que se ejercen las presiones máximas.

Desarrollándose en este caso una fábrica planar en la roca denominada foliación (las rocas suelen fracturarse siguiendo los planos de foliación). Existen diferentes tipos de foliación, dependiendo del grado de metamórfico alcanzado y de la mineralogía de la roca inicial: •

PIZARROSIDAD. Este tipo de foliación está definida por la cristalización orientada de minerales planares muy pequeños, no visibles a simple vista (fundamentalmente micas). La pizarrosidad es característica de condiciones de bajo grado metamórfico (baja P y T). • ESQUISTOSIDAD. Cuando aumenta el grado metamórfico los minerales planares aumentan de tamaño y son visibles a simple vista. En algunos casos en las superficies de foliación se observan grandes placas de micas, que le dan un aspecto escamoso. La esquistosidad es característica de condiciones de grado metamórfico medio - alto. • BANDEADO GNÉISICO. Durante el metamorfismo en grado alto las migraciones iónicas pueden ser lo suficiente grandes como para causar, además de la orientación de los minerales con hábito planar, la segregación de minerales en capas. Estas segregaciones producen bandas de minerales claros y oscuros, que confieren a las rocas metamórficas un aspecto bandeado muy característico. A este conjunto lea denominamos bandeado gnesico, y es propio del metamorfismo de alto grado. • ESQUISTOSIDAD de CRENULACIÓN. Cuando la roca ha sido sometida a dos procesos de deformación diferentes separados en el tiempo, es decir, a dos direcciones de compresión diferentes es posible observar dos sistemas de foliaciones que se cortan entre sí. Generalmente una de ellas está plegada, definiendo una serie de pequeños arcos poligonales. El tipo de foliación está también relacionado con el tamaño de grano y, por tanto, con el grado de metamorfismo que ha sufrido la roca. Las rocas que presentan pizarrosidad tienen el grano muy fino o fino, las que presentan esquistosidad tienen el grano grueso y, por último, las que tienen bandeado gnéisico definido tienen el grano grueso o muy grueso.

LA COMPOSICIÓN MINERALÓGICA DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS La composición química de la rocas metamórficas es muy variada, debido a que el metamorfismo es un proceso en el que no varía de forma apreciable la composición química premetamórfica y, por tanto, tenemos tantas posibles composiciones como diferentes tipos de rocas sedimentarias e ígneas. Generalmente, se establecen cuatro series composicionales en función del grupo litológico - geoquímico de rocas de las que procede la roca metamórfica. Serie

Rocas preexistentes

Ultramáficas

R. ígneas ultramáficas

Máficas Pelítico grauváquicas Calcolsilicatadas

R. ígneas máficas R. sedimentarias ricas en Si y Al. R. seddimentarias carbonatadas

No obstante, durante el proceso metamórfico sí se producen importantes cambios en la mineralogía entre la roca inicial premetamórfica y el producto final. Muchos de los minerales que se forman durante el metamorfismo sólo pueden formarse en unos intervalos presión, temperatura o P/T muy restringidos. A estos minerales que pueden darnos información sobre las condiciones de presión y temperatura que alcanzó una roca durante el metamorfismo, se les denominan minerales índices. Por lo tanto, podemos concluir que la composición mineralógica de una roca metamórfica va a depender de la composición de la roca inicial, y del grado de metamorfismo que haya alcanzado. Siendo el objetivo del estudio de las rocas metamórficas establecer con precisión esos dos parámetros: tipo de protolito y condiciones metamórficas desarrolladas.

MINERALES ÍNDICE METAMÓRFICOS Según el orden de temperatura creciente, los minerales índices de metamorfismo más comunes son: clorita, biotita, andalucita y sillimanita. Por ejemplo, en condiciones de metamorfismo de bajo grado, cristalizan principalmente filosilicatos del grupo de las micas como clorita, biotita y moscovita.

Minerales índice

Clorita (grupo de las cloritas) A4-6Z4O10(OH,O)2 A = Al, Fe2+, Fe3+, Li, Mg, Mn2+, Ni, Zn Z = Al, B, Fe3+, Si Granate A3B2(SiO4)3 o A3B2(SiO4)3 - x(OH)4X A = Ca, Fe2+, Mg, Mn2+ B = Al, Cr3+, Fe3+, Mn3+, Si, Ti, V3+, Zr Si es parcialmente reemplazado por Al y Fe3+ Feldespatos KAlSi3O8 XZ4O8 X: Ba, Ca, K, Na, NH4, Sr Z: Al, B, Si

Biotita K(Mg,Fe2+)(Al,Fe3+) Si3O10(OH,F)2

Muestra de mano

Microscopio

Moscovita KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

Sillimanita Al2SiO5

Distena o Cianita Al2SiO5

Andalucita Al2SiO5

Estaurolita (Fe2+)2 Al9O6(SiO4)4(O,OH)2

Cloritoide

Anfíboles (glaucofana)

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS La clasificación de las rocas metamórficas es muy compleja, aunque de una manera muy simplificada podemos basarla en la presencia o ausencia de foliación y en la composición mineralógica. De esta forma podemos establecer dos grandes grupos: las rocas foliadas y las no foliadas. •

ROCAS FOLIADAS. A su vez, las rocas foliadas pueden subdividirse, en función del tipo de foliación, tamaño de grano, y minerales índice. • PIZARRA. Roca de grano muy fino, con minerales planares abundantes. Las pizarras son propias de metamorfismo de bajo grado (protolito: rocas detríticas de grano fino). • ESQUISTO. Roca de grano grueso que contiene más de un 20% de minerales planares. Es una roca característica del metamorfismo de grado medio (protolito: varios tipos de rocas detríticas y volcánicas). En función del mineral índice que presente, podemos establecer: esquistos biotíticos, esquistos con cloritoide, esquistos con estaurolita, esquistos anfíbólicos (esquistos verdes), esquistos granatíferos, etc... • GNEIS. Roca de grano grueso, que presenta minerales alargados y granulares en las bandas claras y planares en las oscuras. Es propia del metamorfismo de alto grado (protolito: granitos --> ortogneis, ortogneise glandularres; rocas sedimentarias -- paragneis).

• ROCAS NO FOLIADAS. Generalmente están compuestas por un solo mineral (monominerales) cuyos cristales se caracterizan por tener un hábito equidimensional. Las rocas metamórficas no foliadas más características son: •

MÁRMOL. Roca metamórfica de grano grueso, compuesta por granos de calcita. Esta roca proviene del metamorfismo de calizas o dolomías. Las impurezas pueden darle diferentes coloraciones. • CUARCITA. Roca metamórfica compuesta por granos de cuarzo, que proviene del metamorfismo de areniscas ricas en cuarzo. En algunos casos, las estructuras sedimentarias de las areniscas (estratificaciones cruzadas,...) se conservan dando lugar a bandeados. • CORNEANAS. Son rocas que han sufrido metamorfismo de o y no tienen fábrica planar, pero si minerales índice desarrollados en mayor o menor grado.

•

Existen otros tipos importantes de rocas metamórficas, que pueden aparecer foliadas o no, entre las que se encuentran eclogitas, anfibolitas y las granulitas, que no se describirán en esta introducción a la Geología.

•

Metamorfismo de o o Térmico: es cuando se produce reacciones térmicas en las rocas por o con un intrusivo debido a la gran diferencia de temperatura entre este último y la roca de caja. La temperatura vara entre 300 -650 C a temperaturas de fusión. Si la roca es reactiva (por ejemplo calizas) puede haber metasomatismo; esto significa que hay intercambio entre el material ígneo y la roca de caja.

•

Metamorfismo Dinámico o de Dislocación: corresponde a fenómenos de destrucción mecánica bajo la acción de la presión estrés, de rocas existentes en zona de fractura, o plegamiento intenso, en rocas de baja plasticidad. En este tipo de metamorfismo, dominan los procesos de deformación denominados cataclasis (dominio cataclástico). Temperatura variable entre 100 a 700^C, presión estrés de 1000 a 3000 bars (1 km de profundidad = 300 bars).

• Metamorfismo Regional dinamotérmico: abarca grandes reas, de centenares de kilómetros. Influye a veces en forma importante la presión estrés. Temperatura entre 300 a 800º C - presión litost.:3000 a 10000 bars Profundidad entre 10 y 35 km.

RELACIONES DE EQUILIBRIO El metamorfismo es un ajuste progresivo de las rocas a las temperaturas y presiones cambiantes. Idealmente una roca de una composición inicial las reacciones metamórficas podrían dar una secuencia de arreglos minerales, cada uno representando un conjunto en equilibrio estable para un cierto rango de temperatura y presión. Algunas reacciones lentas pueden evitar lograr algún equilibrio y la impregnación de las rocas por los fluidos puede cambiar la composición de su masa y por lo tanto alterar los arreglos. Pero de todas formas es importarte considerar los procesos metamórficos en términos de un equilibrio ideal. La Regla de las Fases Mineralógica, Sistemas cerrados y abiertos La regla de las Fases puede ayudar a conocer el número máximo de minerales que pueden existir en equilibrio para una determinada composición. w=c+2-ϕ donde: w: es la varianza del sistema (número de grados de libertad) c: componentes ϕ: números de fases Nº 2 de la ecuación: este número está determinado suponiendo que las variables intensivas que se requieren para escribir el estado del sistema consisten únicamente en presión y temperatura Variables intensivas: Presión, Temperatura y fracciones molares de los componentes en las fases. Variables extensivas (o de capacidad): masa, volumen

Como un simple ejemplo, se puede considerar el sistema de tres componentes CaO - MgO - SiO2. A diferentes temperaturas y composiciones metamórficas pueden dar arreglos tales como: a. Enstatita, wolastonita y cuarzo. (MgSiO3 - CaSiO3 - SiO2) b. Enstatita, diopsido y cuarzo. (MgSiO3 - Ca(Mg, Fe)Si2O6 - SiO2) c. Diopsido, forsterita y periclasa. (Ca(Mg, Fe)Si2O6 - Mg2SiO4 - )

Pero el número de minerales coexistiendo o componentes jamas podría ser mayor de 3.

En una lutita ordinaria, arcosa o lava, el número de componentes principales es mayor, generalmente 7 u 8 y el posible número de minerales coexistentes podría ser correspondientemente más grande. Una sustancia volátil podría contarse como un componente si estuviera presente en cantidades limitadas y si estuviera confinada dentro de un “Sistema Cerrado”. Supongamos que agregamos al sistema de tres componentes (CaO - MgO - SiO2) el CO2. Se presume que CO2 está determinado por el equilibrio en la reacción siguiente: CaCO3 + SiO2 ⇔ CaSiO3 + CO2 Entonces la Calcita o dolomita podrían aparecer como una cuarta fase sólida junto con los minerales silicáticos. Ej.: Enstatita, wolastonita, cuarzo y calcita.

DIAGRAMA ACF Es importante tener algunos métodos rápidos para representar posibles grupos minerales obtenidos de diferentes proporciones de algunas rocas metamórficas. El problema es el que hemos encontrado antes: cómo representamos variaciones en 7 u 8 componentes en un diagrama de dos dimensiones?. Una solución conveniente es reducir el número de variables significativas a través de la combinación de los componentes en grupos y seleccionar los más importantes. Se han intentado varias vías, las más útil ha sido la de los Diagramas ACF (Eskola, 1939). Para construir un diagrama ACF de un análisis químico involucra los siguientes pasos: • Recalcular los porcentajes en peso de los óxidos a porcentajes moleculares. • No prestar atención a los constituyentes de los minerales rios y Al2O3 en los feldespatos alcalinos (en otras palabras, sustraer de los porcentajes de Al2O3 una cantidad equivalente a la que se combina con Na2O y K2O en Na2O.Al2O3.6SiO2 y K2O.Al2O3.6SiO2) • Sumar el Al2O3 restante al Fe2O3 para obtener una cantidad denominada A. • Ubicar el CaO en C. • Ubicar en F la suma de MgO + FeO + MnO. • Recalcular A + C + F al 100% y graficar en un diagrama triangular. Ej.: Expresión Óxidos Porcentajes Recálculo A Al2O3 + Fe2O3 12 19 C CaO 20 32 F MgO + FeO + MnO 30 48 Total 62 100

El cálculo asume que el Sílice y los Feldespatos alcalinos están presentes en exceso. Por lo tanto no son significante como fases diferenciadoras entre grupos de minerales.

ZONA Y FACIES METAMÓRFICAS. Como la presión y temperatura, las principales condiciones físicoquímicas que rigen el metamorfismo, están sujetas a variaciones al ir aumentado la profundidad, es de esperar alguna conexión general, entre la profundidad y la paragénesis mineral. La clasificación de Grubernmann, adoptada por Niggli, se basa en la composición química y en la profundidad del metamorfismo. Se definen tres zona de profundidad: 1. Zona Superior o Epizona: metamorfismo mecánico y químico que origina principalmente silicatos hidratados. Temperatura baja a moderada. Presión hidrostática baja en general. Tensión no hidrostática (estrés) alta con frecuencia, pero que falta a veces. Minerales típicos son Sericita, clorita, calcita, etc. 2. Zona Intermedia o Mesozona: metamorfismo químico principalmente, temperatura y presión más elevada que en la zona anterior. Tensión no hidrostática (estrés) muy elevada con frecuencia. Minerales típicos son biotita, muscovita, estaurolita, hornblenda, epidoto, calcita, plagioclasas sódicas. 3. Zona Inferior o Catazona: recristalización química de larga duración acompañada generalmente de deformación. Principalmente Temperatura muy elevada y presión hidrostática muy alta por lo general. Tensión no hidrostática (estrés) menos intensa que en las otras dos zonas, faltando a veces por completo. Minerales típicos son biotita, feldespato potásico, silimanita, hornblenda, epidoto, granates (almandino, piropo, grosularia, andradita), plagioclasas cálcicas.

La clasificación fue ampliada por Niggli para los productos del metamorfismo de o. Lo hizo de la siguiente forma: •Incluyó en la epizona, independiente de su profundidad real, el metamorfismo de o de baja temperatura, es decir el que está en la zona externa de la aureola. •Incluyó en la catazona, independiente de su profundidad real, el metamorfismo de o de alta temperatura, es decir el que está en la zona interna de la aureola. Barrow en estudios realizados en Escocia sobre una zona de esquistos, determinó una serie de zonas de metamorfismo regional progresivo, basado en las transformaciones mineralógicas de derivados de sedimentos pelíticos (arcillosos). Relacionó estas zonas con la temperatura y presión crecientes. Las variaciones mineralógicas en los pelíticos, es correlativa de las variaciones de temperatura y en menor grado de la presión. Esta variación refleja el cambio continuo en el grado de

metamorfismo que corresponde a un gradiente de temperatura-presión. Cada zona de metamorfismo progresivo está definida por un mineral índice, cuya primera aparición (al pasar de un grado inferior a otro superior) marca la isograda que define el límite exterior de la zona en cuestión. La secuencia de minerales índices, en grado de orden creciente de metamorfismo, es la siguiente: Clorita, biotita, almandino, estaurolita, distena y silimanita. La Escuela sa establece un esquema de zonas basado en la estructura y en la mineralogía de los esquistos pelíticos y de los gneis. Estas zonas estás correlacionadas con la profundidad estimada. 1. 2. 3.

4. 5.

1.Zona no metamórfica: Pizarras. Profundidad de 0 a 4000 m. 2.Zona de las micacitas superiores: Esquistos sericíticos. Profundidad de 4000 a 7000 m. 3.Zona de las micacitas inferiores: Esquistos de biotita y muscovita. Pueden estar presentes granates estaurolita y distena. Profundidad de 7000 a 10000 m. 4.Zona de los gneis superiores: mineralogía similar a la zona anterior, pero con estructura gnéisica. Profundidad de 10000 a 14000 m. 5.Zona de los gneis inferiores: gneis de biotita-silimanita-granate, sin muscovita. Profundidad de 14000 a 20000 m. Zonas en rocas no pelíticas: Han sido cartografiadas zonas de metamorfismo regional progresivo para otras rocas que no son sedimentos pelíticos. La correlación de estas zonas con las zonas isográdicas en los esquistos pelíticos esta representada en el siguiente cuadro. Interpretación de zonas Zonas de metamorfismo de o Facies Metamórficas Se ha definido una Facies Metamórficas, en términos puramente geológicos, como una serie de asociaciones minerales metamórficas ajustada a las siguientes especificaciones:

1.

2. 3.

4.

Alguna o todas las asociaciones están por lo común asociadas en el espacio y en el tiempo. Toda la asociación tiende a repetirse en otras regiones y en rocas de diferentes edades. La composición mineral de cada asociación es estrictamente función de la composición global. El número total de fases minerales esenciales en las rocas comunes de la facies, es en conjunto, relativamente pequeño, una docena tal vez. Cada asociación consiste en un número limitado de estas fases (de a 6). No hay testimonios texturales u otros, de sustitución mutua entre minerales de la misma facies.

Una facies metamórfica está definida por el conjunto de asociaciones minerales. Muchas de estas asociaciones son comunes a dos o más facies. Interpretación •Cada facies corresponde a un metamorfismo que ha tenido lugar en un campo particular de condiciones físicas. •Las asociaciones minerales ideales que constituyen una facies, representan sistemas que alcanzaron el equilibrio durante el metamorfismo. Representación Gráfica Los tres componentes en que Eskola basó sus diagramas triangulares ACF son: Al2O3, CaO y (Mg, Fe)O Para rocas con exceso de SiO2 y deficitaria en el se han construido diagramas especiales, lo mismo que para otros óxidos.