Análisis geoquímico
Curso: Petrología Ígnea y Metamórfica Autor: B. Morales Docente: Elisa Ramírez & Pablo Moreno.
Introducción
La geoquímica en el área de la petrología es una herramienta fundamental, permitiendo estudiar y clasificar las rocas, determinando su composición química, edades y condiciones en las que estas se formaron y evolucionaron en el tiempo. La geoquímica se basa en todos los procesos químicos y físicos que llevan a la distribución de los elementos en la tierra a través del tiempo geológico [6]. Los diferentes elementos existentes son separados en mayores, menores y trazas, teniendo diferentes límites para cada grupo, considerándose los siguientes como los más aceptados por la comunidad científica, donde los elementos elemen tos mayores son superiores al 1% en peso, los menores entre el 0.1 al 1% en peso y los elementos trazas menos al 0.1% en peso [3]. Los denominados elementos mayores son los que están presentes en altas concentraciones y son los encargados de controlar la cristalización de los minerales en las rocas a partir de magmas. Los elementos menores generalmente remplazan a algunos elementos en los minerales principales, como por ejemplo el Mn que remplaza al Fe en los minerales máficos. En algunas ocasiones cuando las concentraciones son lo suficientemente altas pueden llegar a formar minerales independientes, denominados minerales accesorios. En el caso de los elementos trazas, estos actúan estrictamente sustituyendo a elementos mayores y trazas en las estructuras minerales [3]. La gran importancia de los elementos trazas es que su concentración y distribución pueden ser utilizados para estudiar la evolución de los magmas, ayudando a establecer el origen, permitiendo además discriminar procesos magmáticos [3]. Los elementos traza se clasifican con base a su comportamiento geoquímico [5]. Durante procesos de fusión y cristalización aquellos que tiene más afinidad por las fases minerales se denominan compatibles, mientras que los que tienen mayor afinidad por la fase liquida reciben el nombre de incompatibles [5]. Los elementos compatibles a moderadamente incompatible son el Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Ni, Zn, Ga, Sn, Tl, Sb (el cual es un semi-volátil). En relación a los incompatibles estos estas subdivididos en diferentes grupos, uno de ellos son los elementos con radio iónico grande (LILE) como el Li, Be, Rb, Sr, Cs, Ba y Pb (altamente incompatibles), los actínidos U y Th (altamente incompatibles); los de alto potencial iónico (HFSE) como el Zr, Nb, Hf, Ta (moderadamente incompatibles) incompatibles) y las tierras raras (REE) La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Ho , Er, Yb, Lu, en los cuales su compatibilidad va en aumento a medida que su radio iónico disminuye y aumenta su masa atómica [5]. Para la clasificación de las rocas existen diferentes conceptos, siendo uno de ellos la saturación, el cual es una clasificación química, que relaciona el contenido de sílice y el de alúmina, clasificándose en rocas peraluminosas, metaluminosas y peralcalinas, además existen diagramas de clasificación como las proyecciones bivariantes donde se compara cualquier componente químico, ya sea un elemento mayor o menor, donde generalmente se proyecta el SiO2 sobre el eje e je de la abscisa, siendo el diagrama Harker el más aplicado en petrología. Otro diagrama es el AFM, siendo uno de los más utilizados, el cual representa las tendencias calco-alcalina y toleitica, los cuales evidencian diferentes procesos de evolución magmática [3].
El diagrama TAS permite definir rocas volcánicas relacionando los álcalis (Na2O y K2O) y el sílice (SiO2), permitiendo definir diferentes series, tales como la subalcalina, alcalina y la fuertemente alcalina. Los elementos trazas son graficados en los diagramas spider, un amplio rango de elementos trazas incompatibles son normalizados o estimada su abundancia a un reservorio primitivo, tal como la tierra primordial. La abundancia absoluta de estos elementos en la Tierra se aproxima al valor de los condritos, que deben haber sido más abundantes en el manto primordial, estos elementos son ordenados en el eje x de tal manera que el incremento de incompatibilidad aumenta de derecha a izquierda, común co mún para el manto que ha sufrido fusión fus ión parcial [3]. Resultados
A continuación, se presentan los resultados obtenidos a partir de la realización de diferentes gráficos geoquímicos mediante GCDkit 4.1 basado en el lenguaje R de programación, estos gráficos representan diferentes procesos ígneos ocurridos en las distintas muestras estudiadas.
Figura 1. Diagrama TAS (Le Bas et al.1986)
La figura 1 muestra una clasificación de rocas volcánicas, relacionando el contenido de álcalis y sílice presente en las muestras, en este sentido, las muestras estudiadas se encuentran en la serie subalcalina/toleitica, en el campo de las rocas de composición básica e intermedia , donde el porcentaje de sílice varía entre el 50% a 55% aproximadamente y un total de Na2O+K2O que varía entre el 3% y el 4%.
Muestra
Clasificacion
19-003
basalt
19-004
basaltic an andesite desite
19-001
basalt
19-002
basaltic an andesite desite
21-004
basalt
21-003
basalt
21-005
basaltic an andesite desite
21-013
basaltic an andesite desite
21-002
basalt
21-006
basalt
21-007
basalt
20-005
basalt
20-006
basaltic andesi te
20-007
basalt
20-008
basalt
20-009
basalt
20-012
basaltic an andesite desite
21-008
basaltic andesi te
21-001
basalt
Tabla 1. Clasificación de las muestras, obtenido a partir del diagrama TAS.
Figura 2. Diagrama AFM (Irvine and Baragar 1971).
En la figura 2 se proyectan sobre el vértice A (álcalis: Na2O+K2O), F (FeO+Fe2O3), y M (MgO), puede observase la tendencia de Bowen en el vértice de MgO a los álcalis, evidenciando la evolución del magma, el cual no es completamente parental, sino que evidencia un proceso de diferenciación. Las muestras analizadas en base a la tendencia de Skaergard muestra un enriquecimiento en hierro en los estadios intermedios de evolución magmática, presentando una tendencia toleitica, como así también algunas muestras que presentan una tendencia calcoalcalina.
Figura 3. Diagrama Harker de variación de elementos mayores respecto al sílice.
La figura 4 representa la evolución magmática, donde el magma con mayor contenido de MgO es perteneciente a magmas primarios, es decir las rocas que cristalizaron con altos contenidos de MgO son rocas más máficas, existen en particular dos muestras que destacan por ser más félsicas, en la relación CaO y MgO donde sus relaciones son bastante b astante bajas, así también la cantidad de Al2O3 es bastante baja en la mayoría de las muestras, sin embargo existen algunas donde existe un incremento claramente diferenciable de los demás, donde además la cantidad de MgO es bastante baja, esto está asociado a magmas que sufrieron contaminación cortical.
Figura 4. Diagrama Spider representando los elementos traza, normalizado en relación al
manto primitivo. La figura 5 representa el comportamiento geoquímico de los elementos trazas, estrechamente relacionados con los procesos de fusión y cristalización, presentan anomalías negativas de Rb y positiva de Ba, también el Nb presenta en la mayoría de las muestras anomalías negativas, mientras que el Sr en la totalidad de las muestras evidencia anomalías positivas, también el Ti presenta anomalías negativas en la todas las muestras, finalmente el Cs un elemento altamente incompatible presenta anomalías positivas en todas las muestras, con algunas variaciones evidentes en las concentraciones.
Figura 6. Diagrama geotectónico Al2O3, FeO, y MgO, propuesto por Pearce P earce et al (1977) para análisis geotectónico. En la figura 6 se proyectan sobre el vértice Al2O3, FeO, y MgO, donde casi en su totalidad las muestras están cercanos al campo de ridge oceánico-orogenia, sin embargo, algunas muestras presentan una alta concentración de Al2O3 entrando al campo de orogenia, donde además se produce una disminución de MgO. Discusión La clasificación química que relaciona el contenido de álcalis y sílice en las rocas volcánicas en función de la abundancia de SiO2 y el contenido de álcalis que esta presenta, muestra rangos que abarcan la serie subalcalina/toleitica en la totalidad de las muestras estudiadas , en relación a esto, el magmatismo magmatismo que origina estos magmas presenta bajos valores en álcalis, siendo típico en zonas de dorsales oceánicas, como asi también en los basaltos de inundación, y en aros de islas como Japón donde se produce subducción en placas oceánicaoceánica, estos magmas se generan a poca profundidad (20 Km), asociados también a volcanismo intraplaca [2], estas rocas presentan la particularidad de que son sobresaturadas en sílice, y presentan una paragénesis constituida por plagioclasa cálcica, augita y pigeonita, con vidrio intersticial o una matriz de grano fino f ino constituida por intercrecimientos de cuarzocu arzofeldespato[1], la totalidad de las muestras presento porcentaje de sílice entre el 50% a 55%, entrando en el campo de composición basalto a basalto/andesita (Figura 1).
La remoción del sólido por cristalización fraccionada, deprime el contenido de MgO en el fundido y se enriquece en FeO, esto se describe en la tendencia de Skaergard. Los álcalis típicamente se enriquecen en el líquido y solo entran en la fase sólida durante los estadios finales de cristalización en el diagrama AFM [3]. Los magmas primarios, si están presentes, se acercan mucho al vértice del MgO y los más evolucionados al vértice de los álcalis [3]. Las muestras analizadas en base a la tendencia de Skaergard muestra un enriquecimiento en hierro en los estadios intermedios de evolución magmática, presentando una tendencia toleitica, sin embargo, algunas muestras presentan una tendencia calcoalcalina, la cual está asociado a magmas de subducción (figura 2). Con la finalidad de revelar relaciones genéticas o de otra índole entre las rocas estudiadas se utilizó el diagrama Harker, representando la tendencia evolutiva de los magmas, si las rocas caen sobre una tendencia clara, se dice que estas rocas están relacionadas. En este caso se utilizó el MgO para trazar las concentraciones y estudiarlo en relación los demás óxidos principales, las mayores concentraciones de MgO son indicadores de magmas magmas primarios, este patrón puede verse en casi la mayoría de las las muestras, sin embargo, dos de estas destacan por tener un menor contenido de MgO completamente diferenciable de las demás muestras, indicando una mayor evolución del magma, el contenido de CaO y MgO en estas muestras también son bastante bajas esto porque el CaO posee una mayor compatibilidad en magmas básicos, esto porque el CaO, la concentración de Al2O3 es baja en la mayoría mayoría de las muestras, muestras, sin embargo, en algunas existe un aumento claramente diferenciable, siendo inversamente proporcional al contenido de MgO, esto puede asociarse a magmas diferenciados contaminados corticamente (figura 3). Los basaltos de arco de isla se caracterizan por el enriquecimiento de elementos de bajo potencial iónico (Sr, K, Rb, Ba, Th) y baja concentración de elementos de alto potencial iónico (Ta, Nb, Ce, P, Zr, Hf, Sm, Ti, Y, Yb, Sc, Cr) en comparación con los MORB-N [3]. La figura 4 representa el comportamiento geoquímico de los elementos traza, estrechamente relacionados con los procesos de fusión y cristalización, presentan anomalías negativas de Rb y positiva de Ba, también el Nb presenta en la mayoría de las muestras anomalías negativas, mientras que el Sr en la totalidad de las muestras evidencia anomalías positivas, también el Ti presenta anomalías negativas en la todas las muestras, finalmente el Cs (LILE) con variaciones en las concentraciones presenta anomalías positivas en todas las muestras, este es un elemento de gran radio iónico altamente incompatible, asociado a contaminación por fluidos hidrotermales [4]. El enriquecimiento en elementos de bajo potencial iónico se atribuye a metaso matismo en la fuente de los basaltos, por fluidos relacionados a la loza subductada. Mientras que la depresión de los elementos de alto potencial iónico, se debería a la alta fusión parcial y a la estabilidad de las fases residuales del manto [3]. En general la concentración de elementos traza refleja anomalías similares a las que pres entan los basaltos de arco de isla, sin embargo, existe la presencia de anomalías positivas como la del Cs que es ajena a este tipo de ambiente magmático.
Conclusiones y recomendaciones Las rocas estudiadas mediante la implementación de gráficos geoquímicos en base a los resultados de análisis composicional, permitieron clasificar, construir la historia y evolución que sufrió el magma que dio origen a estas rocas, en este sentido y en base a los resultados obtenidos, en el diagrama TAS clasifico las rocas composicionalmente como basalto a basalto/andesita perteneciente a la serie toleitica. Se observó además en los diagramas Harker altas concentraciones de MgO en la mayoría de las muestras, sin embargo, dos de estas destacan por tener un menor contenido de MgO completamente diferenciable, esto es indicador de magmas que sufrieron diferenciación, la concentración de Al2O3 es baja en la mayoría de las muestras, sin embargo, en algunas existe un aumento claramente diferenciable, siendo inversamente proporcional al contenido de MgO, esta diferencia ocurre en las mismas muestras que poseen un contenido de CaO baja. En relación a los elementos traza en el diagrama spider, se presentaron anomalías negativas de Rb y positiva de Ba, también el Nb presenta en la mayoría de las muestras anomalías negativas como así también el Ti, mientras que qu e el Sr en la totalidad de las muestras evidencia anomalías positivas, lo anterior es característico de magmatismo de arco de isla, sin embargo existe la presencia de anomalías positivas de elementos incompatibles como el Cs, lo cual podría atribuirse a metasomatismo en la fuente de los basaltos, por fluidos relacionados a la loza subductada Finalmente, a partir de todo lo anterior, se concluye que el origen de las muestras analizadas podría estar asociado a un ambiente magmático como el generado en una zona de arco de isla, sin embargo, existen al menos dos muestras que no se correlacionan completamente con las demás, esto puede deberse a algún tipo de alteración lo cual afectaría el correcto análisis de las muestras o posiblemente a una zona distinta de extracción, es por eso que es necesario verificar estos detalles mediante un análisis de terreno. Bibliografía [1] Higueras, P. L. H. (1995). Procesos petrogenéticos p etrogenéticos y de alteración a lteración de las rocas magmáticas asociadas a las mineralizaciones de mercurio del distrito de Almadén (No. 33). Univ de Castilla La Mancha. [2] Universidad de Castilla la mancha. (2010). Magma. diciembre 09, 2016, de Universidad de Castilla la mancha Sitio web: https://www.uclm.es/profesorado/egcardenas/magma.htm [3] Toselli, A. J. (2012). Elementos básicos de petrología p etrología ígnea. Instituto Superior de Correlación Geológica (INSUGEO). [5] Ricardo Ramírez. (2015). Clasificación geoquímica de los elementos. diciembre d iciembre 09, 2016.
[6] UNAM. (2016). Geoquímica. diciembre 09, 2016, de UNAM Sitio web: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/125/A8.pdf?s equence=8 [7] Faure, G. (1991). Principles and applications of inorganic geochemistry: a comprehensive textbook for geology students. Macmillan Publ. [8] Rollinson, H. R. (2014). Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Routledge.
