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Revista de la Asociación Geológica Argentina

versión impresa ISSN 0004-4822

Rev. Asoc. Geol. Argent. v.58 n.3 Buenos Aires jul./sept. 2003

 

Inclusiones fluidas en pegmatitas portadoras de estaño de la Sierra de San Luis, Argentina

Montenegro, T1 y Sosa, GM2

1Universidad de Buenos Aires CONICET, Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Buenos Aires. E-mail: mon@gl.fcen.uba.ar
2Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas y Naturales, Universidad Nacional de San Luis, Chacabuco y Pedernera, (5700) San Luis, Argentina. E-mail: akerkho@gwdg.de

Resumen
En la Sierra de San Luis, Argentina, las pegmatitas portadoras de Sn representarían los extremos de la cristalización fraccionada de granitos ordovícicos, sin-cinemáticos, meta- a peraluminosos de tipo S. Las pegmatitas están alojadas concordantemente en esquistos cuarzo-micáceos con rumbo general N-S y buzamiento vertical, que alcanzaron las facies entre esquistos verdes y anfibolita baja. Los contactos entre pegmatitas y roca de caja son netos y paralelos a la foliación metamórfica, sugiriendo un emplazamiento tardío-cinemático de los cuerpos pegmatíticos. Resultados microtermométricos de inclusiones fluidas en cuarzo revelan la presencia de un fluido temprano de composición compleja CO2-H2O-NaCl. Las inclusiones se distribuyen en grupos o trenes intragranulares y se interpretan como primarias o pseudosecundarias. La salinidad varía generalmente entre 0-7% equivalente en peso NaCl. Valores entre 29 y 32% equivalente en peso NaCl corresponderían a fluidos originados en una etapa magmática. Las temperaturas de homogeneización total (en líquido o vapor, ocasionalmente crítica) varían entre 227 y 346°C. La presión de las inclusiones en el punto de homogeneización (presión mínima de atrape) varía entre 1500 y 2700 bares. Otro fluido acuoso de baja salinidad es atrapado a temperaturas entre 210-264°C, con densidades entre 0,76-0,85 g/cm3. A más bajas temperaturas (103 a 183°C), una fracturación tardía produce inclusiones secundarias que contienen un fluido acuoso de salinidad entre 0-5% equivalente en peso NaCl. La variedad morfológica de las cavidades, la gran variación de contenidos de CO2 y las temperaturas de homogeneización total, reflejan la inmiscibilidad de un fluido temprano de composición compleja, con formación de inclusiones con 100% de CO2 por fuga del fluido acuoso a causa de la deformación que sufre la roca de caja. Ocasionalmente, un evento de recristalización captura parte del fluido acuoso.
Palabras clave: Pegmatitas. Estaño. Inclusiones fluidas. CO2.

Abstract
Fluid inclusions in Sn-bearing pegmatites of the Sierra de San Luis, Argentina. In the Sierra de San Luis, Argentina, Sn-enriched granitic pegmatites represent the extremes of fractional crystallization of Ordovician, syn-kinematic, meta- to peraluminous S-type granites. The pegmatites are concordantly emplaced in quartz-mica schist with N-S general strike and vertical dip. The metamorphic grade varies from green-schist facies to lower-amphibolite facies. Contacts between pegmatite and country rock are sharp and parallel to the metamorphic foliation, suggesting a late-kinematic emplacement. Microthermometric measurements of fluid inclusions in quartz reveal an early complex CO2-H2O-NaCl fluid. Inclusions are distributed in groups or in intragranular trails, and are interpreted as primary or pseudosecondary. The salinity is generally 0-7 wt% NaCl-eq., but rare high-salinity inclusions (29-32 wt% NaCl-eq.) were possibly originated in a magmatic stage. Homogenization temperatures (into liquid or vapor, occasionally critical) range from 227 to 346°C. The fluid inclusion pressures at the homogenization points (minimal trapping pressures) vary between 1500 and 2700 bars. A low salinity aqueous fluid was trapped in secondary inclusions with homogenization temperatures (into liquid) of 210-264°C, and densities of 0.76-0.85 g/cm3. At lower temperature (103 a 183°C), a late fracturing originated secondary fluid inclusions, which contain low salinity water (0-5wt% NaCl-eq.). The wide variation in cavity morphology, the large variation of CO2 proportion and the total homogenization temperatures indicate immiscibility of an early complex fluid, with fluid inclusions reaching up to 100% of CO2 due to the leakage of the aqueous fluid, induced by deformation of the country rock. Occasionally, a recrystallization event trapped part of the aqueous fluid.
Key words: Pegmatite. Tin. Fluid inclusions. CO2.

Introducción

La Sierra de San Luis forma la parte austral de las Sierras Pampeanas Orientales y está constituida por un basamento ígneo-metamórfico de edades que varían desde el Proterozoico superior al Paleozoico inferior. Dos fajas de pegmatitas graníticas de metales raros de la familia LCT (Li, Cs, Ta) se localizan en forma paralela a la elongación mayor de la sierra, con orientación NNE-SSO. En la faja occidental afloran pegmatitas portadoras de Sn (Fig. 1), en tanto que en la faja oriental se localizan las pegmatitas de Nb-Ta (Sosa 1992). Los cuerpos pegmatíticos enriquecidos en Sn fueron explotados durante la década del 40, con una producción de casiterita de 400 kilogramos a 1 tonelada. Las primeras investigaciones sobre los depósitos de estaño corresponden a menciones descriptivas preliminares realizadas por Catalano (1929) y Pagés (1947). Posteriormente las pegmatitas fueron estudiadas por Sosa (1990). Galliski (1994a y b) resumió las principales características geológicas de distritos pegmatíticos. En este trabajo se presentan los resultados de la investigación microtermométrico de inclusiones fluidas en cuarzos de las pegmatitas de Sn. El objetivo del mismo fue determinar las características físicoquímicas de los fluidos pegmatíticos y la evolución de los mismos durante la cristalización de las pegmatitas, además de esclarecer los cambios ocurridos debido a la deformación post-emplazamiento pegmatítico.

Figura 1: Mapa de la Sierra de San Luis mostrando la localización de las pegmatitas estudiadas en este trabajo (modificado de Urbina et al. 2000).

Marco geológico

Las pegmatitas portadoras de Sn, están alojadas concordantemente en esquistos cuarzo-micáceos de grano fino que alcanzaron las facies entre esquistos verdes y anfibolita baja. El rumbo general de los esquistos es N-S y el buzamiento es vertical a subvertical, con esquistosidad muy marcada. La roca está constituida por bandas de cuarzo con bajo porcentaje de plagioclasa y microclino, con textura granoblástica, alternantes con bandas muscovíticas-biotíticas con cantidades menores de cuarzo, con textura lepidoblástica. Los minerales accesorios son: granate, turmalina, circón, apatita y localmente (pegmatita Irene y 29 de Mayo), se observan sillimanita, cianita, estaurolita y escaso corindón. La presencia de polimorfos de alúmina, sumada a la existencia de granate y corindón, indica un alto contenido de aluminio que podría deberse a zonas localmente enriquecidas en ese elemento dentro de los esquistos, posiblemente en forma de lentes de moscovita casi pura (Ortiz Suárez y Sosa 1991). Los minerales secundarios son caolín, sericita y clorita (Sosa 1992). En base a la paragénesis encontrada y por comparación con áreas vecinas, Ortiz Suárez y Sosa (1991) estimaron presiones de 2-3 Kbares y temperaturas entre 400-500°C para la formación de los esquistos. Los contactos entre la roca de caja y las pegmatitas son netos y paralelos a la foliación metamórfica, indicando un emplazamiento tardío-cinemático de las pegmatitas (Sosa 1992). En algunos casos, el esquisto se deforma alrededor de los cuerpos pegmatíticos, lo que sugiere un comportamiento plástico de la caja durante la inyección pegmatítica, la cual se produjo simultáneamente o después del pico de metamorfismo y deformación ocurrido durante el Ordovícico. La deformación principal (Llambías et al. 1991; Ortiz Súarez et al. 1992) corresponde a la fase Oclóyica (Turner y Méndez 1975, 1979) del ciclo orogénico Famatiniano (Aceñolaza y Toselli 1973).

En el esquema de Cerný (1991), las pegmatitas portadoras de Sn corresponden a la clase elementos raros con signatura geoquímica LCT (Li, Cs, Ta), posiblemente del tipo albita. Los cuerpos pegmatíticos representan los extremos de la cristalización fraccionada de granitos ordovícicos, sin-cinemáticos, meta- a peraluminosos, de tipo S (Ortiz Suárez y Sosa 1991). Dataciones K-Ar en muscovita dan edades devónicas (398-411 ± 21 Ma) para las pegmatitas portadoras de Sn (Sosa et al. 2000). Poseen forma lenticular, con longitudes entre 10 y 70 metros, y potencias que varían entre pocos centímetros y 25 metros (Sosa 1992). La forma lenticular de los cuerpos sugiere un nivel de corteza transicional entre frágil y dúctil (8 a 13 km).

No se observa estructura interna en los cuerpos. Se trata de pegmatitas simples, con una distribución errática de los minerales. Los cuerpos pegmatíticos están esencialmente formados por cuarzo, plagioclasa y muscovita, con menor porcentaje de microclino, y biotita. Como minerales accesorios se encuentran turmalina, granate, berilo, apatito, circón, esfena, casiterita, rara columbita-tantalita, pirita y bajo porcentaje de óxidos de uranio. Escaso epidoto y tremolita-actinolita aparecen como minerales de alteración (Sosa 1992).

Inclusiones fluidas

Metodología de estudio

Se estudiaron muestras de cuarzo de las pegmatitas estanníferas tradicionalmente denominadas El Neutrón, Irene, Yolanda, El Cóndor, San Antonio y 29 de Mayo (Fig. 1). Los ensayos microtermométricos se llevaron a cabo con una platina de enfriamiento-calentamiento Chaixmeca con intervalo de temperatura -180 a +600°C, perteneciente al INGEOQUI (Instituto de Geoquímica, Dirección General de Sistemas, Fuerza Aérea Argentina), en el Departamento de Geología de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Se utilizaron 6 pastillas doblemente pulidas, sin montar, de las pegmatitas El Neutrón y Yolanda; 4 de Irene, 3 de San Antonio y 2 de El Cóndor y 29 de Mayo.

Los diferentes parámetros físicoquímicos obtenidos a partir de las temperaturas de cambios de fase se calcularon a través del programa Flincor (Brown 1989), excepto la salinidad de las soluciones acuosas que fue calculada con la fórmula de Potter et al. (1978) y la salinidad a partir de la temperatura de fusión del clathrato que se calculó con la fórmula de Bozzo et al. (1973).

Tipos de inclusiones fluidas y distribución

En todas las muestras se reconocieron tres tipos de inclusiones:

I- CO2 + H2O + (NaCl): son las inclusiones más comunes en todas las muestras. Son inclusiones bifásicas con CO2 líquido + H2O + NaCl o trifásicas cuando aparece una burbuja interna de CO2 vapor. La proporción volumétrica de la fase rica en CO2 varía entre 10 y más del 90% y por esta razón, las inclusiones se han subdividido en subtipos 1, 2, y 3 según tengan hasta 45-50%, entre 50 y 95%, o 100% de CO2, respectivamente (Cuadro 1). La morfología de las cavidades es regular, cristal negativo a irregular, y radial o con forma de estrella. Su tamaño no excede los 40 micrones. Están distribuidas en grupos o en trenes intragranulares (Fig. 2 y 3). Se interpretan como primarias o seudosecundarias. La solución acuosa aloja sólidos de reducido volumen. Se estudiaron un total de 221 inclusiones en todas las muestras En ocasiones, la fusión del CO2 se produce ligeramente por debajo del punto triple (-56,6°C), a pesar de lo cual se considera que es CO2 puro. En general, en inclusiones con elevada relación CO2/solución acuosa, la fusión del clathrato no es visible. La salinidad muestra una gran variación; para Yolanda y San Antonio, por ejemplo, se alcanzan niveles de saturación en NaCl mientras que en 29 de Mayo y algunas inclusiones de Yolanda la salinidad varía entre 0 y 6%. Con respecto a la homogeneización de las fases acuosa y carbónica, se produce en forma acuosa, crítica y carbónica, aunque frecuentemente la cavidad decrepita antes de alcanzar el cambio de fase debido al aumento en la presión interna que se genera durante el calentamiento.

Cuadro 1: Resultados del estudio microtermométrico de inclusiones fluidas en cuarzos de pegmatitas portadoras de Sn.

Figura 2: Inclusiones fluidas con CO2 (tipo I) distribuidas en trenes intragranulares. Pegmatita Yolanda.

Figura 3: Inclusiones fluidas con CO2 (tipo I) y acuosas (tipo II) siguiendo microfracturas. Pegmatita San Antonio.

En la mayoría de las muestras, particularmente en «Irene», son abundantes las inclusiones con 100% de CO2 (líquido+ vapor). Solamente en El Cóndor y 29 de Mayo son escasas. Son inclusiones mono o bifásicas asociadas a las inclusiones con solución acuosa y CO2 . La morfología y distribución espacial es la misma.

ll- H2O + NaCl: se estudiaron 7 inclusiones de este tipo en El Cóndor. Son inclusiones bifásicas con una burbuja de vapor que ocupa 10 a 60% de la capacidad volumétrica. Las cavidades son regulares o en forma de cristal negativo. Están distribuidas a lo largo de microfracturas dentro del cristal (Fig. 3). Se interpretan como de origen pseudosecundario.

lII- H2O + NaCl: están presentes en todas las muestras aunque debido al reducido tamaño de las cavidades (menos de 5 micrones y hasta 15 micrones) no siempre es posible observar los cambios de fase. Son bifásicas con 5 a 20% del volumen ocupado por una burbuja de vapor. Se disponen en trenes. Tienen morfología irregular a regular y a veces muestran procesos de estrangulamiento. Su origen es secundario. Son abundantes en El Neutrón y mucho menos frecuentes en Irene y San Antonio. Se estudiaron un total de 56 inclusiones en las tres muestras. La mayoría tienen comportamiento metaestable durante el enfriamiento, lo que no invalida la estimación de la salinidad de la solución (Shepherd et al. 1985).

Hay además, una fracturación tardía, sin sellar. En parte, el cuarzo es portador de agujas de rutilo en textura sagenítica.

Resultados

Los resultados de los ensayos microtermométricos se resumen en el Cuadro 1 y las temperaturas de homogeneización se representan en la figura 4. En el Cuadro 2 se presentan las desviaciones estándar de las temperaturas de homogeneización; en el Cuadro 3 se indican los parámetros de los fluidos, obtenidos a partir los datos de los ensayos microtermométricos. Las condiciones de miscibilidad se han determinado de acuerdo con los solvus de Bowers y Helgeson (1983).

Figura 4: Temperatura de homogeneización total (Tht) de las inclusiones acuosas y de las inclusiones con CO2 [Tht(a): en fase acuosa, Tht(c): en fase crítica, Tht(CO2): en fase CO2]; temperatura de decrepitación (Td); temperatura de homogeneización de fases líquida y vapor, en forma líquida (Th L-V-L) en cuarzos pegmatíticos; II: inclusiones acuosas tipo II (ver texto); III: inclusiones acuosas tipo III (ver texto).

Cuadro 2: Desviación estándar y número de datos de las temperaturas de homogeneización.

Cuadro 3: Composición, presión y temperatura de los fluidos pegmatíticos portadoras de Sn.

Discusión

El fluido pegmatítico temprano posee una composición compleja, mezcla de CO2, H2O y NaCl. Es notable la variación en los porcentajes de CO2, hecho que se explica teniendo en cuenta la deformación a la que han estado sometidas las pegmatitas. Este proceso produce la fuga (leakage) de la solución acuosa generando inclusiones con hasta 100% de CO2. Al respecto, Watson y Brenan (1987, en Schwartz et al. 1992) sostienen que si hay deformación, la solución acuosa se fuga de la cavidad produciendo un enriquecimiento relativo en CO2. Johnson y Hollister (1995) también han propuesto que la deformación favorece el atrape de inclusiones carbónicas. La fuga de la solución acuosa provoca un descenso brusco de presión que produce el "estallido" de la cavidad y las consecuentes formas radiales o estrelladas. En la evolución de las isocoras (Fig. 5) se pone de manifiesto un descenso de la presión al pasar del fluido con H2O-CO2-NaCl (tipo I) a inclusiones con H2O+NaCl (tipo II) y CO2 puro (tipo l) en el campo de inmiscibilidad o desmezcla. Las inclusiones acuosas de tipo II cuya homogeneización tiene lugar entre 210 y 264°C (promedio 252°C, desviación estándar 21,28; 5 datos) podría haber sido atrapada por recristalización durante la etapa de desmezcla. Una fracturación tardía ha producido inclusiones secundarias de baja salinidad (tipo III) a temperaturas entre 110 y 150°C (42 datos) con promedio en 128,70°C (desviación estándar 8,59).

Figura 5: Evolución de los fluidos pegmatíticos (flecha trazo grueso). El recuadro punteado representa la amplitud estimada de presiones y temperaturas de cristalización de las pegmatitas portadoras de Sn. Los números I, II y III corresponden a los tipos de inclusiones descriptos. Las líneas corresponden a: trazo corto (- - - -) isocora de 0,84 g/cm3 CO2-H2O-NaCl, trazo largo ( __ __ ) isocora de 0,91 g/cm3 H2O-CO2-NaCl y continuas ( ____ ) isocoras de H2O (de izquierda a derecha 0,95g/cm3; 0,92 g/cm3; 0,85 g/cm3; 0,77g/cm3). Los campos de estabilidad de los polimorfos de alúmina han sido extraidos de Miyashiro (1979).

Las temperaturas de homogeneización (Th) y las presiones de homogeneización (Ph) determinadas son valores mínimos ya que hay evidencias de que el fluido de composición compleja fue atrapado dentro del campo miscible o de una sola fase. Además, no hay evidencias de ebullición por lo que la presión externa fue mayor a la presión interna o presión de vapor del fluido, de manera que la Th es menor que la verdadera temperatura de atrape. Las Th varían entre 227 y 355°C (63 datos), con promedio en 293,86°C (desviación estándar 29,84) y concentración de los valores entre 250 y 330°C (54 datos). Las salinidades se determinaron entre 0 y 7% eq. NaCl. Los valores de salinidad más elevados (29 a 32%) pueden corresponder a relictos de soluciones de origen granítico. Las presiones determinadas para esas temperaturas y densidades, corresponden a un intervalo entre 1500 y 3000 bares (Brown 1989).

Conclusiones

El fluido temprano de la cristalización de las pegmatitas posee una composición compleja H2O-CO2-NaCl y fue atrapado dentro del campo miscible, por lo que las Th y las Ph obtenidas a partir del estudio de las inclusiones fluidas son valores mínimos, cuyos intervalos coinciden con los parámetros indicados por la paragénesis metamórfica. La deformación produce la fuga de la solución acuosa con enriquecimiento relativo en CO2 y un consecuente descenso isotérmico de la presión en la mayoría de los casos (a veces hay también un descenso de la temperatura), a través del cual se entra en el campo inmiscible. Las inclusiones fluidas sufren entonces cambios post-atrape tendientes a alcanzar el reequilibrio. Es comunmente aceptado (Thomas et al. 1988, London et al. 1989, London 1990, Cerný 1991, entre otros) que en los últimos estadios de la consolidación de las pegmatitas, los fluidos acuosos-carbónicos que se desmezclan en dos fases tienen un rol primordial. Si la intrusión pegmatítica tuvo lugar al final de la deformación y con una caja metamórfica en estado plástico tal como proponen Ortiz Suárez y Sosa (1991), es lógico el alto porcentaje de CO2 en los fluidos ya que éstos pueden ser residuos de procesos de deformación dúctil y recristalización (Johnson y Hollister 1995). También la inmiscibilidad fluida es posible y frecuente durante la deformación dúctil. Si bien regionalmente el patrón es compresional, en algún momento de la cristalización de las pegmatitas, las condiciones fueron de tipo tensional (Ortiz Suárez y Sosa 1991), estado que favorece la inmiscibilidad de tales fluidos.

Citas bibliográficas

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Recibido: 12 de diciembre, 2001
Aceptado: 13 de agosto, 2003