Alejandro Silva Arias¹; Luis Carlos Mantilla Figueroa¹; Roberto Terraza Melo²

¹Escuela de Geología. Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia. A.A. 678. alejosilvaarias@hotmail.com, lcmantil@uis.edu.co
²Instituto Colombiano de Geología y Minería (INGEOMINAS), Bogotá

El estudio de la composición química de las cloritas de las Formaciones Santa Rosa y Lutitas de Macanal en el Cinturón Esmeraldífero Oriental (Cordillera Oriental), es usado para estimar la temperatura de formación de estos minerales y de los fluidos hidrotermales asociados. Las cloritas analizadas fueron clasificadas según las propuestas de Hey (1954), Foster (1962), y Bailey (1980); y la temperatura de formación se calculó a partir de los geotermómetros empíricos de Kranidiotis and MacLean (1987), Cathelineau (1988), Jowett (1991) y Xie et al. (1997). Las cloritas en rocas con alteración hidrotermal asociadas a mineralizaciones esmeradíferas de la Formación Santa Rosa se clasifican como clinocloros y se forman a temperaturas de ~354°C, esta temperatura es consistente con la medida en inclusiones fluidas en esmeraldas de la misma Formación. Las cloritas de venas en la Formación Lutitas de Macanal se clasifican como chamositas y se forman a temperaturas menores de entre 210-225°C.

Palabras Claves: Cordillera Oriental, Cloritas, Cinturón Esmeraldífero Oriental, Geotermometría.

CHEMICAL CLASSIFICATION AND GEOTERMOMETRY OF CHLORITES
FROM THE CRETACEOUS SANTA ROSA AND LUTITAS DE MACANAL
FORMATIONS, EASTERN EMERALD BELT, EASTERN CORDILLERA,
COLOMBIA.

ABSTRACT

The study of the chemical composition of chlorites from the Santa Rosa and Lutitas de Macanal Formations in the Eastern Emerald Belt (Eastern Cordillera), are used to estimate the formation temperature of these minerals and the associated hydrothermal fluids. The chlorites were analyzed using the classification proposed by Hey (1954), Foster (1962), and Bailey (1980); and the formation temperature is calculated from empirical geothermometers from Kranidiotis and MacLean (1987), Cathelineau (1988), Jowett (1991) and Xie et al. (1997). Chlorites in hydrothermally altered rocks associated with emerald mineralization of the Santa Rosa Formation is classified as clinochlore and formed at temperatures of ~354°C, this temperature is consistent with the fluid inclusions in emeralds of the same formation. Chlorites in veins from Lutitas de Macanal Formation are classified as chamosites and formed at lower temperatures between 210-225°C.

Keywords: Eastern Cordillera, Chlorites, Eastern Emerald Belt, Geotermometry.

Las características composiciones de la clorita tienen el potencial de almacenar información valiosa de las condiciones físico-químicas bajo las cuales se forma. Por este motivo, la composición química y la clasificación de las cloritas de Formaciones con y sin mineralización esmeradífera, hace posible estimar la temperatura de formación de estos minerales que al ser comparada con otros métodos geotermométricos aporta nueva información de los procesos de condicionan la formación de las esmeraldas.

El área de estudio se localiza en el Cinturón Esmeraldífero Oriental (Cordillera Oriental, Colombia) (Figura 1) en donde afloran rocas sedimentarias de edad cretácico inferior agrupadas dentro del Grupo Cáqueza, más específicamente relacionadas con las Formaciones Santa Rosa y Lutitas de Macanal (Figura 2). Según estudios recientes del INGEOMINAS (Terraza et al., 2008), se define a la Formación (Fm.) Santa Rosa (de edad berriasiana) como una secuencia que inicia de base a techo con conglomerados basales de hasta 1 m de espesor, sobre el cual reposan unos 30 m de arenisca de grano fino a medio en capas medianas a gruesas y luego un paquete grueso de arcillolita (calcárea en su parte baja) de hasta 250 m de espesor que hospeda las mineralizaciones hidrotermales de esmeraldas. La Fm. Lutitas de Macanal (de edad valangoniana) está constituida hacia la base por arcillolitas grises en capas medias a delgadas, las cuales dan paso a un paquete intermedio de arcillolitas con frecuentes intercalaciones de areniscas y termina hacia el tope con un paquete de arcillolitas con intercalaciones de niveles de areniscas y limolitas. Información más detallada relacionada con la geología y estratigrafía del área de estudio se presenta en Terraza et al., (2008), Mantilla et al., (2008) y Ortegón (2008).

A partir de una intensiva actividad de campo en el Cinturón Esmeraldífero Oriental y de la elaboración de secciones delgadas pulidas de las muestras colectadas para su análisis petrográfico, se seleccionaron secciones con cloritas de dos sectores. Estos son: A) Sector minero de Gachalá (Municipio de Gachalá, Dpto. de Cundinamarca) en el área de las minas Las Cruces y El Diamante (X:1'013,030mN, Y:1'069,586mE) en donde la clorita aparece en rocas de la Fm. Santa Rosa y, B) Quebrada Trabajos (Municipio de Macanal, Dpto. de Boyacá) dentro del área de explotación de la empresa Aguablanca Grande (X:1'043,889mN, Y:1'090,633mE) en donde la clorita aparece en rocas de la Fm. Lutitas de Macanal (Figura 1). Con el objeto de determinar la composición química y establecer diferencias composicionales de las cloritas de las Formaciones seleccionadas, se realizaron análisis de microsonda electrónica que fueron realizados en el UCLEMA Laboratory (Laboratory for Electron Microbeam Analysis, Dept. of Geology and Geophysics, Calgary University, Alberta, Canadá), usando un analizador JEOLJXA-8200, el cual cuenta con cinco espectrómetros tipo WDS (wavelength-dispersive spectrometers) y un espectrómetro tipo EDS (energy dispersive spectrometer). Una vez obtenidos los análisis de química mineral de las cloritas, se realizó el recalculo de éstos sobre la base de 28 átomos de oxigeno equivalentes por unidad de formula (apfu, atoms per formula unit). Este recálculo se efectuó mediante el programa de ordenador MINPET Geological Software V.2.0. Para la clasificación de las cloritas se utilizaron las propuestas de Hey (1954), Foster (1962) y Bailey (1980). Finalmente se calculó la temperatura de formación de las cloritas por medio de geotermómetros empíricos, como los de Kranidiotis and MacLean (1987), Cathelineau (1988), Jowett (1991) y Xie et al. (1997).

En la Fm. Santa Rosa se muestreó un nivel de lodolita blanca alterada hidrotermalmente por procesos de albitización-dolomitización, en donde aparece clorita de aspecto tabular, diseminada o en agregados radiales (Figura 3). Este nivel, está asociado a la secuencia hospedadora de la mineralización esmeraldífera. En la Fm. Lutitas de Macanal, se muestreó un paquete de arcillolitas laminadas carbonosas que presentan: A) Venas de pirita+carbonatos (dolomita-calcita)+clorita (de aspecto vermicular y formando un agregado tabular en el contacto vena-roca caja) (Figura 4A), y B) Venas de carbonatos (dolomita-calcita-ankerita)+pirita+clorita (de aspecto vermicular, en agregados fibrosos hacia el contacto vena-roca caja (Figura 4B).

Análisis de química mineral
En la Tabla 1 se presentan los resultados de química mineral obtenidos mediante análisis de microsonda electrónica de las cloritas de las Formaciones Santa Rosa y Lutitas de Macanal. Todas las cloritas analizadas muestran una sumatoria 2Ca+Na+K<0,05apfu (14 átomos de oxigeno equivalentes), lo cual indica que se tratan de cloritas puras y libres de interestratificados (De Caritat et al., 1993).

Las clasificaciones de Hey (1954) y Foster (1962) se basan principalmente en dos parámetros, la tasa Fe²⁺/R²⁺ y la sustitución Si-Al en el sitio tetrahedral (Cathelineau and Nievas, 1985). Según Hey (1954) (relación Fe²⁺ vs. Si) las cloritas de la Fm. Santa Rosa y las cloritas de la vena de pirita+carbonato+clorita (vena I) de la Fm. Lutitas de Macanal se pueden clasificar como ripidolitas mientras que en la vena de carbonato+pirita+clorita (vena II) de la Fm. Lutitas de Macanal aparecen tres tipos de clorita: daphnita, seudo-thuringita y ripidolita. La clasificación de cloritas según Foster (1962) se basa en la relación Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg²⁺) vs. Si, según esta relación la mayoría de las cloritas se pueden clasificar como ripidolitas, excepto en dos cristales de la Fm. Lutitas de Macanal (vena II) que se clasifican como thuringitas y un cristal de clorita de la Fm. Santa Rosa que se clasifica como brunsvigita.

Bailey (1980) clasifica genéticamente las cloritas por medio del contenido de Al^IV vs. Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg²⁺), de acuerdo con esta clasificación las cloritas analizadas de las dos Formaciones se clasifican como cloritas metamórficas IIb que son cloritas de temperaturas elevadas similares a las presentadas durante procesos metamórficos de bajo grado (200-320°C), en el caso de las cloritas listonadas en rocas alteradas hidrotermalmente por procesos de albitización-dolomitización de la Fm. Santa Rosa pertenecen a la variedad clinocloro IIb y las cloritas de venas (I y II) de la Fm. Lutitas de Macanal son de la variedad chamosita IIb (Figura 5).

Consideraciones preliminares
En términos generales, la clorita es un filosilicato que muestra un amplio rango de composiciones y presenta una formula cristaloquímica general definida mediante la siguiente fórmula: (R_u²⁺ R_y³⁺ []_z)^VI (Si_4-x Al_x)^IV O_10+w (OH)_8-w; en donde u + y + z = 6, z = (y – w – x)/2, w generalmente es cero (0) o un numero pequeño, R²⁺ representa Mg²⁺ o Fe²⁺, R³⁺ generalmente representa Al3+ o Fe3+, y [] representa vacancias estructurales (De Caritat et al., 1993). Algunos de los geotermómetros propuestos se fundamentan en el número de vacancias octaédricas ( ), Al^IV y X_Fe, entre otros aspectos (Cathelineau and Nieva, 1985; Cathelineau, 1988; Kranidiotis and MacLean, 1987; Jowett, 1991; Zang and Fyfe, 1995, Xie et al., 1997). Sin embargo, la composición química de la clorita no sólo depende de la temperatura a la cual se forma, sino de otros factores como la composición química de la roca original, la paragénesis mineral e incluso la existencia de interestratificados que modifican las temperaturas obtenidas. El uso de la composición química de la clorita para estimar la temperatura de formación es un procedimiento efectivo, sobre la base de que algunos principios básicos sean observados, principalmente: a) Consistencia entre los datos químicos de las cloritas estudiadas y aquellos de las cloritas usadas en la calibración de los geotermómetros, b) Correlación entre la relación X_Fe y el contenido de Al^IV; y c) Los resultados sean comparados con estimaciones de temperatura independientes (a partir de otros métodos) (Klein et al., 2007).

Para el cálculo de la temperatura (T, °C) de formación de las cloritas, se utilizaron en el presente estudio los siguientes geotermómetros empíricos: Kranidiotis and MacLean (1987): T= 106[(Al^IV+0,7X_Fe)]+18 (mejores resultados cuando X_Fe >0,74); Cathelineau (1988): T= -61,92+321,98Al^IV; Jowett (1991): T= 319(Al^IV+0,1X_Fe)-69 (Si X_Fe <0,6); y Xie et al. (1997): T= 321,98[Al^IV-1,33(X_Fe-0,31)]-61,92 (Si X_Fe >0,31) o T= 321,98[Al^IV+1,33(0,31-X_Fe)]-61,92 (Si X_Fe <0,31).

Datos de temperatura obtenidos

Los parámetros que permiten calcular la temperatura de formación, junto con las temperaturas estimadas empleando los diversos geotermómetros se presentan en la Tabla 2. En el caso de la chamosita de la Fm. Lutitas de Macanal no se uso el geotermómetro de Jowett (1991) debido a que presentan valores de X_Fe >0,6.

Con el fin de procesar los datos de temperatura de las cloritas analizadas (Tabla 2) y reportar un rango más preciso para la temperatura de formación, se confrontó su composición química con las cloritas reportadas por De Caritat et al. (1993), quienes presentan una comparación entre la temperatura calculada mediante geotermómetros empíricos, con la temperatura medida directamente o estimada mediante otras técnicas, para cada una de las clorita usadas en la calibración de los geotermómetros empíricos. En la Tabla 3 se presenta la composición química, clasificación y temperatura de formación (medida y calculada por geotermómetros empíricos) de las cloritas analizadas por De Caritat et al. (1993).

Analizando la información de la Tabla 3, se establece que para el clinocloro (análisis LA9) los geotermómetros de Cathelineau (1988) y Jowett (1991) aportan las temperaturas más cercanas a la temperatura medida, para la chamosita (análisis ON5, VF4) el geotermómetro con temperaturas más cercanas a las medidas es el Xie et al. (1997). Al correlacionar la composición química de las cloritas analizadas por De Caritat et al. (1993), con las cloritas de las Formaciones Santa Rosa y Lutitas de Macanal presentadas en este articulo, se decidió emplear los geotermómetros con las temperaturas más cercanas a las medidas para cada tipo de clorita.

De esta manera, los clinocloros de la Fm. Santa Rosa diseminadas en rocas alteradas hidrotermalmente debieron formarse a temperaturas promedio de 353.7 o 354.1°C, tal como lo indican los geotermómetros de Cathelineau (1988) y Jowett (1991), respectivamente (Tabla 2). Este rango de temperatura es comparable con la temperatura de 334.9°C (Temperatura de fusión de halita, Tpf), obtenida mediante análisis de microtermometría en inclusiones fluidas (IF) polifásicas primarias en esmeraldas de la Fm. Santa Rosa (Mantilla et al., 2008).
En el caso de la Fm. Lutitas de Macanal la temperatura de formación promedio de las chamositas en venas de pirita+carbonato+clorita es de 208.6°C, mientras que la temperatura de formación promedio de las chamositas en venas de carbonato+pirita+clorita es de 224.4°C de acuerdo con el geotermómetro Xie et al. (1997) (Tabla 2). Los análisis de geotermometría en IF primarias polifásicas en calcita de esta Formación no fueron satisfactorios por decrepitación de las inclusiones. Las venas de carbonato+pirita+clorita se forman a una temperatura mayor que las venas de pirita+carbonato+clorita.

Las cloritas presentes en venas de la Fm. Lutitas de Macanal se clasifican como chamositas, mientras que aquellas cloritas de zonas de alteración hidrotermal (albitización-dolomitización) asociadas a mineralizaciones esmeraldíferas en la Fm. Santa Rosa se clasifican como clinocloros. Genéticamente ambos tipos de cloritas son de tipo metamórfico IIb (formadas en condiciones de muy bajo grado de metamorfismo) según la clasificación de Bailey (1980).

Los clinocloros diseminados en la zona de alteración hidrotermal (albitización-dolomitización) asociadas a mineralizaciones esmeraldíferas de la Fm. Santa Rosa se formaron a una temperatura de 353.7-354.1°C, tal como lo indican los geotermómetros de Cathelineau (1988) y Jowett (1991). Esta temperatura es cercana a la temperatura de 334.9°C (Tfh) obtenida mediante microtermometría de IF en esmeraldas de la Fm. Santa Rosa (Mantilla et al., 2008). Las chamositas de la Fm. Lutitas de Macanal en venas de pirita+carbonato+clorita se formaron a 208.6°C, mientras que la temperatura de formación de aquellas en venas de carbonato+pirita+clorita es de 224.4°C, de acuerdo con el geotermómetro Xie et al. (1997).

Las temperaturas obtenidas mediante la utilización de geotermómetros empíricos cuando se tiene en cuenta la composición y clasificación de las cloritas para las cuales fueron calibrados aportan temperaturas cercanas a las temperaturas medidas directamente o calculadas mediante otros métodos, tal es el caso de los clinocloros de la Fm. Santa Rosa cuya temperatura estimada mediante la composición de la clorita es muy cercana a la temperatura de las IF en esmeraldas de la misma formación. Teniendo en cuenta este comportamiento, la temperatura estimada para las chamositas de la Fm. Lutitas de Macanal pueden reflejar la temperatura de los fluidos hidrotermales que las formaron.

Los fluidos hidrotermales que generan zonas de alteración hidrotermal de tipo albitización-dolomitización asociados a las mineralizaciones esmeraldíferas en la Fm. Santa Rosa con clinocloros (IIb) tabulares diseminados o en agregados radiales son de mayor temperatura (~335-355°C), que aquellos fluidos hidrotermales formadores de venas estériles con chamosita (~210-225°C) en formaciones estratigráficamente superiores.

Especial agradecimiento al Instituto Colombiano de Geología y Minería (INGEOMINAS) y a la Universidad Industrial de Santander (UIS), por el apoyo técnico, económico y científico, a través del proyecto titulado "Estudio de los procesos de interacción fluido-roca en el Cinturón Esmeraldífero Oriental (Cordillera Oriental, Colombia) y su importancia en la exploración de nuevos yacimientos hidrotermales", el cual se enmarcó en el acuerdo interadministrativo 002 de 2006. Igualmente los autores agradecen a los evaluadores anónimos, cuyos comentarios y observaciones permitieron mejorar este artículo.

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Trabajo recibido: Junio 29 de 2010
Trabajo aceptado: Noviembre 9 de 2010