diferencias entre granates de rocas ígneas y metamórficas de edad
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DIFERENCIAS ENTRE GRANATES DE ROCAS ÍGNEAS Y METAMÓRFICAS DE EDAD FAMATINIANA (ORDOVÍCICO), EN LAS SIERRAS PAMPEANAS (ARGENTINA)
J.A. DAHLQUIST ( 1 ) , P.H . ALASINO ( 1 ) , C. CALINDO (2) y C. CASQUET (2)
(] ) CRILAR, En tre R íos y Mendoza S/Nº, c . P. 503 1 , An i l laco, La Rioja, Argen t ina . jdah l qu is t@cri lar-con icet . com. ar; palas ino@crilar-conicet . com.ar
(2) Departamento de Petro logía y Geoquímica. Fac . de ce. Geológicas, Universidad Complu tense, (28040) Madrid, España. cgalindo@geo . ucm.es; casquet@geo . ucm.es
RE SUMEN
Los granates metamórficos de los e squistos de la zona de la biotita de la sierra de Chepes son r i cos en Mn y tienen composiciones muy parecidas a la de los granates ígneos de diferentes rocas graníti cas de edad Famatiniana (Ordovícico) de la misma región . Por tanto, e l contenido de Mn, por sí mismo, no es suficiente para discriminar el origen de estos minerales, que pueden presentarse como cristales ígneos o como xenocristales en el granito . Por el contrario, el t ipo de zonación del Mn permite distinguir entre amb as situaciones, al menos en el caso de granitoides cristalizados por encima de 700ºC .
Palabras Claves : granitos peralumínicos, granate, zonalid a d
INTRODUCCIÓN
La presencia de granate ígneo en rocas graníticas es poco frecuente, pero de gran relevancia para establecer modelos petrogenéticos, así como para definir las condiciones de emplazamiento (presión y temperatura) del magma (e .g . , Dahlquist et a l . , 2006 ) . Debido a la posibilidad de que el granate, en algunos granitos, sea también de origen xenolítico, se hace necesario fij ar c r i t e r i o s p a r a p o d e r d i s t inguir entre g r a n a t e s ígneos y metamórfi c o s . Aunque las caracter ísti c a s texturales pueden ser útiles p a r a realizar esa discri-
minación, la química mineral resulta ser más determinante para definir e l origen del granate . No obstante, la simple composi ción química, sin el conocimiento de la zonación, tampoco basta para distinguir los granates manganesíferos metamórficos crecidos en condiciones de baj o grado, de los ígneos, ya que su química mineral es semej ante . En estos casos, el tipo de zonación composicional del granate resulta ser muy útil . Este trabaj o es una contribución para distinguir granates manganesíferos de origen ígneo de aquellos de origen metamórfico . Para ello se establecen comparaciones petrográficas y de química mineral entre granates de orígenes comprob ados a partir de estudios previos .
QUÍMICA MINERAL Y PATRÓN DE ZONACIÓN DE LOS GRANATES ÍGNEOS Y METAMÓRFICOS
Se han seleccionado una roca metamórfica y un peq u e ñ o p l u t ó n g r a n í t i c o c o n g r a n a t e s . La r o c a metamórfica procede d e l a Sierra d e Chepes, pertenece a una suces ión de metamorf ismo progres ivo de e d a d Fam atiniana (Ordovíc ico Medio) en la que se han reconocido cuatro zonas principales (Dahlquist y B aldo 1 996; Pankhurst et a l . 1 998; Dahlquist et a l . 2005 ) : 1 ) zona de biotita , 2 ) zona de cordierita, 3 ) zona de andalucita + feldespato alcalino y 4) zona de anatexis . Las cuatro corresponden a un evento meta-
Figura 1: Fotomicrografías de granates magmáticos y metamórficos: (a) granate de un esquisto de la zona de la biotita y (b) granate ígneo (facies 1 del plu tón Peñón Rosado) . Grt = granate; Bt = biotita; Ms = muscovita. Luz polarizada sin analizador.
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Mn
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Figura 2 : Composición de granates (Mn, Fe, Mg) del granito Peñón Rosado (Dahlquist et al. 2006) y de esquis tos de la zona de la b iotita (Dahlquist, 2 000) . El campo gris corresponde a la compilación de composiciones de granates de Miller y S toddard (1981) . Según estos autores la gran mayoría de los granates ígneos supera el 10% de Mn.
mórfico de baja presión y alta temperatura que culmina en la zona de más alto grado con la fusión de los metasedimentos (Dahlquist e t al . 2005 ) . L a muestra con granate seleccionada (MA-226) es un esquisto de la zona de biot i ta con la siguiente asociación mineral : Bt-Ms-Qtz ± Grt ± Crd ± Chl . El cálculo de la presión y de la temperatura, usando el programa TWEEQU de Berman ( 1 99 1 ) , arroj a valores de ca . 430 ºC y 2 . 1 0 kbar, respectivamente (Dahlquist 2000) . Los granates son de grano fino ( - 0 . 02 a 0 . 0 6 mm d e d i á m e t r o ) euhedrales a subhedrales, c o n escasas inclusiones de minerales opacos (Fig . la ) . Llamativamente, sus característ icas petrográficas generales son similares a las de algunos granates magmáticos citados en la literatura ( e . g . Miller y Stoddard 1 9 8 1 , Fig. 2c ; Hogan 1996 ) . En consecuencia, en base a una simple inspección textura!, los granates metamórficos incorporados a un magma granítico como xenocristales pueden ser confundidos con los de origen ígneo y conducir a in-
Facies ígnea ó roca GPR1 GPR1 metamórfica
GPR1
terpretaciones erróne a s . Como ya ha s ido sugerido por otros autores, la estabilidad del granate en el baj o grado a baj a presión se debe a su elevado contenido de Mn (Spear 1 993, D ahlquist 2000) , resultando así g r a n a t e s r i c o s e n l o s c o m p o n e n t e s e s p e s a r t i n a almandino .
L a unidad ígnea cons iderada en es te es tudio es conocida como Granito Peñón Rosado (GPR) . Se trata de un granito l igeramente per alumino s o (ISA = 1 ,02 -1 . 1 2, D ahlquis t e t a l . , 2 0 0 6 ) der ivado d e la fu sión parcial de metagrauvacas, emplazado a una presión aproximada de 4,4 kb a r y en un rango de temperaturas comprend i d a s entre los 785 ºC y los ca . 640 ºC (D ahlquist e t al . , 2 0 0 6 ) . E l G P R está formado por tres facies principales (Dahlquist e t a l . , 2006) : la facies 1 , tonalita/trondhj emita (Si02 = 65 . 70%) ; la fac i e s 2 , gran o d i o r i t a ( S i 02 = 7 0 . 6 0 % ) Y l a fac ies 3, monzogranito (S i02 = 74 . 5 7 % ) . N o t ablemente, l a s t res facies contienen granate, b ioti ta enriquecida en APv y MnO, junto con mica b lanca r i ca en FeO de origen magmático (Dahlquist e t al . , 2006 ) . Los granates se presentan en cristales individuales euhe drales a s u b h e d r a l e s c o n s e c c i o n e s a p r o x i m a d a m e n t e hexagonales (F ig . l b ) Y tamaños comprendidos entre 0 ,6 y 2 ,2 mm. A menudo muestran fracturas rellenas de hemat i te s y o c a s i o n a l e s inc lus iones d e c lor i ta (transformación de biotita ) . Para el estudio químico se s e l e c c ionaron granates d e las fac ies 1 (muestra VCA-7079) y 3 (muestra ASP-l l 1 ) . Los resultados a n a l í t i c o s r e s u m i d o s , de g r a n a t e s í g n e o s y metamórficos, figuran en la Tabl a 1 .
L o s g r a n a t e s c r i s t a l i z a d o s a p a r t i r d e m a g m a s p e r a lu m i n o s o s e s tán c o n s t i tu í d o s pr inc ip almente por e s p e s a r t i n a y a l m a n d i n o (Sps + A l m = 8 2 . 1 -86 . 7%, Tabla 1 ) , d e manera semej ante a los granates formados en condiciones de b aj o grado metamórfico ( 8 8 . 8 - 9 0 . 5 %, Tab l a 1 ) , r e s u l t a n d o c o m p o s i c i o n e s glob ales similar e s . Las composiciones de l o s granates ígneos y metamórficos proyectadas en el diagram a discriminatorio de Miller y Stoddard ( 1 9 8 1 ) son práct icamente indistinguibles (Fig. 2) . Sin embargo, l a distribución del MnO, que se traduce en el patrón de zonación de los granates, resulta ser muy diferent e . C o m o ha s i d o s u g e r i d o p o r v a r i o s a u t o r e s
GPR3 Esquisto
Muestra VCA-7079 VCA-7079 VCA-7079 ASP- 1 1 1 Ma-226 Ma-226 Número análisis Pro (n = 7) Pr. (n = 2) Pro (n = 4) Pro (n = 9) Pro (n = 3) Pro (n = 2)
ZC ZCI ZBM ZC-B ZC B Mineral Granates magmáticos Granates metamórficos
Miembros finales calculados siguiendo a Deer et al. (1992) Almandino 53,32 51,24 47,78 44,2 45,71 41,74 Grosularia 4,13 3,81 4,22 1,52 2,51 3,93 Piropo 1 3,65 1 1,23 9,04 14,79 6,87 7,15 Espesartina 28,80 33,67 38,91 38,82 44,75 47,08 Referencias: ZC = Zona Central; ZCI = Zona de composición intermedia; ZBM = Zona de borde marginal; ZC-B = Zona central y borde. B = Borde. Pro = Promedio. GPR1,3 = Granito Peñón Rosado facies 1 y 3 respectivamente. Datos a partir de Dahlquist (2000) y Dahlquist et al. (2006).
Tabla 1: Composiciones representativas de los granates en el Granito Peñón Rosado y en un esquisto en la zona de biotita
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Muestra Ma-226, esqll islo biotilico
�Ba,a dln'51ón (Mn)----l
a Muestra A5P- 11 1 , facies 3 del grani lo Pe,ión Hosado
Muestra VCA-7079, facies 1 dd granito Peñón Rosado tf Oi(u:"lon B..,¡it gill'" Difusión
49 < 43 e LB Le LB
48 E I--l I !-f 41 '" .. <:
39 47 '2 '. - - - .-.., 46 � ,
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AII" difusión ( �tn) I * 'O E
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Alta difU!lión (Mn)
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difusión dcspredable (Mn) (Mrl , lel I ZlIM
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ol4 I 35 Temperatura de
ctislahzanon sobre =- � Tcmpc�a de I , T{'m�ril de
cri.stahzaclón TemperahlT3 de cristalización cnslah2.ildón TCOlfkr",ura ¡¡ 433<1(', aproxlm,;¡diltí:lCnre ronsl.mtl' b. o � 700'C sobre � 700'C ba o • 700'C
1---0.06 mm ------j 1- 2.00 mm --1 � 1 .7S mm -------"'¡ Figura 3 : Perfiles de zonación mineral (granates) usando el contenido de espesartina obtenido con m icrosonda de electrones . En (a), el granate metamórfico muestra una clásica forma de campana. En (b), el granate se presen ta esencialmente sin zonación. En (c) el con tenido de espesartina define una forma de campana inversa, con una amplia zona cen tral de composición homogénea (Sps - 28 . 8%), una zona de composición in termedia (Sps - 3 3 . 7%) Y una zona de borde marginal muy enriquecido en Mn (Sps - 38 . 9%) . ZC = Zona cen tral, ZCI = Zona de composición in termedia; ZBM = Zona de borde marginal; ZC-B = Zona cen tral y borde; B = Borde, Sps = Espesartina. Datos represen tativos en Tabla 1. Cada punto en la Fig. 3c representa un promedio de 3 anális is .
( Ya r d l e y, 1 9 7 7 ; S p e a r, 1 9 9 3 ) l o s g r a n a t e s metamórfi cos de bajo grado presentan una zonación normal de l Mn « en campana» (Fig . 3a ) , s imilar a la de granates cr i s tal iz a d o s en magmas muy féls i c o s (Si02 = 73-76%) a temperaturas inferiores a - 7 0 0 º C (Le ake, 1 9 6 7; Miller a n d Sto ddard, 1 9 8 1 ; M anning, 1 983) , debido a que por debaj o de esta temperatura, l a v e l o c i d a d d e d i fus ión int racr i s ta l ina s e r e d u c e drásti camente (Yardley, 1 9 77; Spe ar, 1 993 ; Manning 1 9 8 3 ) . P o r e l contrar io , los granates m a g m á t i c o s cristalizados por encima de - 7 0 0 º C , (veloci dad de difusión intracristalina elevada) no tienen zonación ( e . g . , muestra ASP-1 1 1 ; F ig . 3b ) , o b ien pre sentan una zonación del Mn en form a de « campana inversa» , con una extensa región central sin zonación y un marcado enrique cimiento de Mn en los bordes marginales (muestra VCA-7079; F ig . 3c ) . En este último caso, e l enriquecimiento de Mn en el borde m arginal del granate habría tenido lugar en las etapas p óstumas de la cristal ización, a temperaturas y a por debajo d e los - 7 0 0 º C ( p r o b ablemente en c o n d i c i o n e s sub sól idas , c o n m u y b a j a veloc idad de difusión) .
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Recientemente, Dahlquist et aL (2006) constatan que la zonación en granates es fuertemente dependiente de la temperatura, concluyendo que zonaciones normales del Mn con forma de « campana» son esperables en granates metamórficos de baj o grado o en granates formados en rocas muy félsicas (Si02 = 73 a 76%), cristalizados a temperaturas inferiores a - 700ºC, donde la difusión es muy baj a (e .g . , aplitas y pegmatitas como las mencionadas por Leake, 1967 o Manning, 1983 ) . Por el c o n t r a r i o , a u s e n c i a de z o n a c i ó n ( A S P - 1 1 1 ) o zonaciones de Mn con forma de « campana inversa» (VCA-7079) son esperables en granates cristalizados esencialmente por encima de los - 700 ºc . L a zonación en forma de « campana inversa», con una extensa región central sin zonación, revela que la mayor parte del granate cristalizó por encima de - 700 ºC (alta difusión y consecuente homogenización del Mn) y, sólo su borde m arginal, lo hizo por debaj o de esta temperatura . Aunque granates sin zonación son también característicos en las rocas metamórficas del alto grado, su contenid o global de espesartina es mucho más baj o
que el de cualquier granate ígneo, siendo e n estos casos la distinción relativamente sencilla .
A partir de la comparación entre granates de origen previamente conocido (metamórficos e ígneos) se demuestra que el t ipo de zonación del Mn y, en su caso el contenido global de Mn (granates metamórficos de alto grado), resulta ser muy útil para distinguir entre cristales de origen ígneo y cristales xenolíticos en granitos .
AGRADECIMIENTO S
El trab aj o fue financiado por los subsidios IM-40 2000 (ANPCyT), PIP-02082 CONICET (Argentina) y BTE2001 -1486 (España) .
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