ARTÍCULOS

Composición de biotitas y anfíboles del Batolito de Las Chacras - Potrerillos: Implicancias geoquímicas para el magmatismo Devónico Medio de la Sierra de San Luis

 

Noelia F. Iannizzotto¹ y Mónica G. López De Luchi¹

¹ Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS). Pabellón INGEIS, Ciudad Universitaria, Ciudad Autónoma de Buenos Aires (C1428EHA). E-mail: deluchi@ingeis.uba.ar (Dra. Mónica G. Lopez de Luchi)

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Resumen: El Batolito de Las Chacras - Potrerillos representa el extenso magmatismo de edad devónica y conforma uno de los principales representantes ígneos aflorantes en las sierras de San Luis. Geoquímicamente se ha dividido a las unidades de este batolito de acuerdo a su contenido de sílice en dos grandes suites: Monzonítica (< 65% SiO2) y Granítica (> 65% SiO2). En el presente trabajo se dan a conocer datos de geoquímica mineral obtenidos mediante microsonda electrónica sobre biotitas y anfíboles de ambas suites. El análisis de biotitas indica composiciones intermedias entre Annita y Flogopita con términos más ricos en Mg para la suite Monzonítica y una tipología magmática calcoalcalina, metaluminosa a levemente peraluminosa. El análisis de los anfíboles permite asignar una presión de emplazamiento que se halla entre 3,3 y 4,6 Kbar para la Suite Monzonítica y entre 4,2 y 4,7 Kbar para la Suite Granítica.

Palabras clave: Magmatismo; Devónico; Biotita; Anfíbol.

Abstract: Composition of biotites and amphiboles from the Las Chacras - Potrerillos batholith: Geochemical implications for the mid-devonian mafmatism of the Sierra de San Luis. The Las Chacras - Potrerillos Batholith is the largest Devonian igneous unit that crops out in Sierra de San Luis. According to its silica content it is divided into two suites: Monzonitic (< 65% SiO2) and Granitic (> 65% SiO2). New mineral chemical data obtained by electronic microprobe on biotites and amphiboles of both suites are presented. The analysis of biotite composition indicates that Mg/(Mg + Fe) is higher for the Monzonitic Suites and the calc-alkaline, metaluminous to peraluminous magmatic signature. Emplacement pressure calculated from the amphibole data are bracketed between 3,3 - 4,6 Kbar (Monzonitic Suite) and 4,2 - 4,7 Kbar (Granitic Suite).

Key words: Magmatism; Devonian; Biotite; Amphibole.

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Introducción

El Batolito de Las Chacras - Potrerillos (BLCHP) (Brogioni, 1993; López de Luchi et al., 2001) es un representante del extenso magmatismo devónico de la Sierra de San Luis (López de Luchi et al., 2007) (Figura 1). Su roca de caja corresponde a un basamento metamórfico conformado por los Complejos Pringles (contacto occidental) y Conlara (contactos norte, sur y oriental del batolito). Junto con el batolito de Renca (López de Luchi, 1993), ubicado hacia el sudeste, han sido descriptos como elipsoidales, zonados y discordantes, asociados a un ambiente sin - tectónico con respecto a la orogenia Achaliana y cuyo emplazamiento habría sido favorecido por ubicarse en el cross - over de zonas de cizalla sinistral (López de Luchi, et al., 2004).

Figura 1. Ubicación del área de estudio y mapa geológico del batolito de Las Chacras - Potrerillos, aflorante en el noreste de la provincia de San Luis.

El BLCHP está integrado por dos suites denominadas Monzonítica y Granítica, separadas entre sí por el valor de SiO2 de 65% (López de Luchi et al., 2011). La presencia de enclaves de BPG en GPG (Figura 1) indica que la granodiorita porfírica biotítica ha sido intruida por la monzonita cuarzosa (López de Luchi et al., 2001). El objetivo de este trabajo es presentar los resultados obtenidos a partir de análisis de microsonda electrónica realizados sobre biotitas y anfíboles de cada suite. Las biotitas son indicadas para analizar la geoquímica de los magmas en los cuales cristalizaron debido a que reflejan la naturaleza de los mismos como así lo describió Abdel-Rahman (1994). Los anfíboles son adecuados para establecer rangos de presión como así lo propusieron Hammarstron y Zen (1986); Hollister et al. (1987); Johnson y Rutherford (1989) y Schmidt (1992).

Metodología

Los minerales seleccionados para su caracterización han sido analizados mediante microsonda JEOL 8900 JXA SuperProbe RL, en la Universidad de Göettingen, con un Voltaje de aceleración de 15 kV, la muestra actual de 15 nA y un diámetro del haz l mm. Los standards de sílice utilizados fueron: jadeíta para Na, wollastonita para Ca, feldespato alcalino para K y Al, enstatita para Mg, fayalita para Fe y Mn y apatita para P. La precisión de los análisis es de 1% para los mayores y 10% para los elementos menores.

Petrografía/Mineralogía

SUITE MONZONÍTICA. Está representada por la unidad GPG (Giant Porphyritic Granite), que es una Monzonita Cuarzosa ubicada en el centro del cuerpo batolítico (Figura 1), y por los enclaves de la Suite Granítica. Estas rocas corresponden mayormente a una secuencia magnesiana metaluminosa (Figura 2A y B) que sobre la base del contenido de álcalis totales es alcali-cálcica (López de Luchi et al., 2007, 2011). En diagramas petrotectónicos (Figura 3) mayormente se ubicarían en ambientes de intraplaca pero muy cercanos al límite con el campo de las rocas de arco y las sincolisionales.

Figura 2. Diagramas de clasificación para muestras seleccionadas del BLCHP. (A) Las suites analizadas son magnesianas a ferrosas de acuerdo al diagrama de Frost et al., (2001) y (B) metaluminosas a peraluminosas de acuerdo al valor de ASI (Aluminium Saturation Index) (Shand, 1997). Modificado de López de Luchi et al., (2011).

Figura 3. Diagrama petrotectónico para muestras seleccionadas del BLCHP. Tanto las facies de la Suite Monzonítica como aquellas de la Suite Granítica muestran una transición entre las áreas correspondientes a granitos de arco sincolisional y de intraplaca, de acuerdo a Pearce et al., (1984). Modificado de López de Luchi et al., (2011).

La unidad GPG está integrada por rocas de grano muy grueso, foliadas, que presentan megacristales de microclino de hasta 10 cm en una matriz porfírica conformada por plagioclasa de hasta 4 cm, feldespato potásico intersticial, anfíbol, biotita y cuarzo. Los minerales accesorios son apatita, circón, titanita y magnetita. Su moda es: plagioclasa, 34%; microclino, 20%; cuarzo, 5%; anfíboles, 28%; biotita, 9%; titanita, 2%; magnetita, 1%; apatita, 0.5% y circón, 0.5%.

La plagioclasa se presenta como megacristales de hasta 4 cm con zonación oscilatoria. En algunos cristales se observa alteración sericítica en el núcleo. El microclino es euhedral, pertítico, con mirmequitas e inclusiones de plagioclasa y cuarzo. El cuarzo es anhedral, exhibe texturas tipo "chess-board" o subgranos paralelos. El anfíbol se presenta en cristales euhedrales a subhedrales, con inclusiones de titanita, magnetita, apatita y escamas de biotita, se hallan en cristales individuales o asociados a biotita, titanita y magnetita. La biotita es subhedral, de color verde a castaño verdoso, con inclusiones de apatita y circón. Aparece en cristales en general de tamaño menor que los de anfíbol y se dispone en la periferia de los mismos o bien conformando agregados. Algunos cristales exhiben bordes cloritizados. Se halla aislada o conformando glomérulos, asociada a hornblenda, magnetita, titanita y escasa apatita. Algunos kink desarrollados en las biotitas se continúan en los anfíboles como fracturas.

SUITE GRANÍTICA. Está representada por las unidades BPG (Granodiorita Porfírica Biotítica), RG (Granito Rojo), PG (Granito Porfírico) y EG (Granito Equigranular) (Figura 1). Estas rocas varían de magnesianas a ferrosas y de metaluminosas a peraluminosas (Figura 2A y B). En diagramas petrotéctonicos (Figura 3) se ubican en campos de las rocas de arco y las sincolisionales excepto por los Granitos Rojos que se localizan en el campo de los granitos de intraplaca.

La unidad BPG es la de mayor extensión areal. Se halla bordeando a la unidad GPG en su totalidad, extendiéndose desde el noreste del batolito hasta el sur, alcanzando el Cerro Colorado (Figura 1), donde comienzan los afloramientos de granitoides rojizos (Unidad RG). Las rocas de la unidad BPG presentan la siguiente moda: plagioclasa, 31%; feldespato potásico (microclino), 29%; cuarzo, 25%; biotita, 10%; anfíbol, 2%; titanita, 0.9%; magnetita, 0.6%; apatita, 0.5%; circón, 0.5% y allanita, 0.5%. Son rocas de textura porfírica con una matriz de fábrica foliada, con imbricación de cristales. La plagioclasa es anhedral a subhedral, alcanza 1,5 cm, presenta maclas polisintéticas y zonación, difusa en algunos cristales, su composición varía entre oligoclasa y andesina. Los cristales mayores exhiben subgranos junto a mosaicos de grano fino y a lo largo de microfracturas. El microclino es pertítico, poiquilítico, exhibe inclusiones de pequeños cristales de biotita y plagioclasa, algunos cristales se hallan rodeados por mirmequitas y microfracturas rellenas por cuarzo o por un agregado poligonal de plagioclasa. Localmente se observan subgranos. El cuarzo varía desde anhedral, intersticial con extinción flash hasta agregados de cuarzo que desarrollan subgranos irregulares hasta "chess-board". La biotita forma folias discontinuas asociada con escaso anfíbol, titanita, magnetita y apatita. Los cristales de biotita se hallan bordeando a los de plagioclasa y cuarzo, presentan estiramiento entre los megacristales de feldespatos o se hallan en zonas de sombras de presión. Y el anfíbol es muy subordinado, se encuentra en pequeños cristales anhedrales.

La unidad RG aflora en el sector sudeste del BLCHP, está conformada por dos facies, una muscovítica y una biotítica (Figura 1). Las rocas son de textura granosa, alotriomorfa, inequigranular, están compuestas por cuarzo y microclino de mayor tamaño que las plagioclasas. El microclino es anhedral, se presenta como megacristales con inclusiones de plagioclasa o en intersticios, en general no presenta pertitas, se lo puede ver también rellenando microfracturas. La plagioclasa es anhedral a euhedral, presenta maclas polisintéticas, mirmequitas en el contacto con microclino y microfracturas. El cuarzo es anhedral, se observan subgranos y extinción fragmentosa, presenta inclusiones de microclino anhedral y se halla afectado por fracturas irregulares. La biotita es anhedral a subhedral, de color castaño, se halla parcialmente cloritizada y se observan algunos intercrecimientos con muscovita. Los minerales accesorios son apatita, muscovita y minerales opacos. La unidad PG es un granito porfírico compuesto por cuarzo, plagioclasa, feldespato potásico (microclino), biotita, minerales opacos y apatita, con abundantes enclaves microgranulares máficos. La unidad EG es un monzogranito con microclino, biotita y apatita como mineral accesorio. El cuarzo es anhedral y presenta extinción fragmentosa, con inclusiones de biotita anhedral, plagioclasa anhedral y apatita acicular. La plagioclasa es anhedral y subhedral, presenta maclas polisintéticas y zonación, alteración sericítica y muscovítica. El microclino es anhedral, con inclusiones de biotita, plagioclasa y cuarzo anhedral con extinción flash.

Química mineral

Se han analizado mediante microsonda electrónica cristales de biotita (36 análisis de la Suite Granítica y 8 análisis de la Suite Monzonítica) y anfíboles (13 análisis de la Suite Granítica y 23 análisis de la Suite Monzonítica). Las biotitas de la unidad GPG y los enclaves microgranulares máficos representan a la Suite Monzonítica. Las biotitas de las unidades BPG, RG, PG y EG representan a la Suite Granítica (Figura 2, 3; Tabla 1). Los anfíboles analizados corresponden a las unidades BPG (muestra SM39) y GPG (muestra H49) extraídas del sector sudoeste del batolito (Figura 1; Tabla 2).

Tabla 1. Análisis de microsonda de biotitas de las suites Granítica (Unidades BPG, RG, PG, EG) y Monzonítica (Unidad GPG) que conforman el BLCHP.

Tabla 2. Análisis de microsonda de los anfíboles que caracterizan las unidades BPG (Suite Granítica) y GPG (Suite Monzonítica) del BLCHP y valores de presión obtenidos de acuerdo a distintos geobarómetros. P Kbar (Referencias): (1) Hammarstron & Zen (1986); (2) Hollister et al. (1987); (3) Johnson & Rutherford (1989); (4) Schmidt (1992).

SUITE MONZONÍTICA. La biotita de la monzonita cuarzosa - granodiorítica, porfírica, de la Suite Monzonítica (GPG) posee SiO2 (%): 36,96 - 37,99; AlIV: 2,2153 - 2,3039, Mg/ Mg+Fe (Mg#): 0,54 - 0,57. Se ubica en el área de flogopita pero cerca del límite con annita (Figura 4; Tabla 1). Los enclaves microgranulares máficos de los granitos biotíticos porfíricos de la Suite Granítica tienen un contenido semejante de SiO2 (%): 37,07 - 37,59 y el Mg# algo más bajo 0,47 - 0,52.

Figura 4. Composición de biotitas a partir de los análisis de microsonda. Las biotitas analizadas se hallan en las áreas correspondientes al rango de annita (RG, BPG-1) y flogopita (GPG, PG, BPG-2) muy cerca de la transición entre ambas.

El anfíbol de la Suite Monzonítica es un anfíbol cálcico, posee SiO2 (%): 43,38 - 45,33; Si (a.p.f.u): 6,568 - 6,778, Mg#: 0,540 - 0,640; AlIV: 1,222 - 1,432; AlVI: 0,093 - 0,201; composicionalmente se halla dentro de los valores correspondientes a anfíboles edeníticos y a anfíboles magnesio - hornbléndicos (Figura 5A y B; Tabla 2).

Figura 5A y B. Composición de anfíboles a partir de los análisis de microsonda. Los anfíboles analizados se hallan en las áreas composicionales correspondientes a edenita (GPG, BPG) y a magnesio - hornblenda (GPG, BPG) presentando la facies GPG una mayor dispersión composicional.

SUITE GRANÍTICA. La biotita de la Suite Granítica presenta una mayor dispersión composicional respecto de la biotita de la Suite Monzonítica lo cual responde al mayor número de unidades reconocidas. Los granitos porfíricos del sector sudoriental (BPG) son los que muestran una mayor dispersión (Figura 4). Esta facies posee dos tipos de mica que se diferencian en su valor de Mg#, Bt1: Mg# 0,51 - 0,53 y Bt2: Mg# 0,36 - 0,41 con SiO2 (%): 32,07 - 36,73 y AlIV: 2,2934 - 2,6712. Las biotitas de los granitos rojos (RG) (Granito Rojo Dragón de Brogioni, 1997) poseen: SiO2 (%): 35,06 - 38,60; AlIV: 1,9059 - 2,4125, Mg# 0,37 - 0,41. Los Granitos Equigranulares (EG) poseen: SiO2 (%): 37,86 - 38,43; AlIV: 2,1855 - 2,2314; Mg# = 0,49 - 0,53. Los granitos porfíricos del sector noroccidental (PG) poseen: SiO2 (%): 37,34 - 37,76; AlIV: 2,2080 - 2,2489; Mg# 0,56 - 0,57.

Como puede observarse en el gráfico composicional (Figura 4), la biotita analizada se ubica en el centro y presenta dispersiones dentro de las composiciones extremas annita y flogopita, siendo las biotitas de las facies EG y PG más afines con la biotita de la Suite Monzonítica dado que presentan valores menores de AlIV que el resto de las rocas de la Suite Granítica.

El anfíbol de la Suite Granítica posee SiO2 (%): 43,26 - 44,29; Si (a.p.f.u): 6,555 - 6,676, Mg#: 0,532 - 0,592; AlIV: 1,324 - 1,445; AlVI: 0,136 - 0,242. Composicionalmente se hallan dentro de los valores correspondientes a anfíboles edeníticos y magnesio - hornbléndicos (Figura 5A y B; Tabla 2).

BIOTITAS COMO INDICADORES GEOQUÍMICOS. Abdel-Rahman (1994) propone que los contenidos de MgO, FeO* y Al2O3 de biotita permiten separar a los granitoides biotíticos en tres tipos: A) De complejos alcalinos anorogénicos, mayormente suites Tipo A (Área A de Suites Alcalinas); P) De suites peraluminosas incluyendo granitos colisionales y Tipo S (Área P); 3) Complejos calcoalcalinos orogénicos, mayormente suites Tipo I formadas en ambientes tectónicos asociados a subducción (Área C).

En los diagramas de MgO vs. FeO (Figura 6) y Al2O3 vs. MgO (Figura 7) la mayoría de las muestras estudiadas se ubican en el área C y sólo las que poseen valores más bajos de MgO se hallan en el área P. La mayoría de las muestras se ubican en el campo calcoalcalino y sólo un grupo de biotitas de los granitos BPG y de RG se ubican en el campo peraluminoso mayormente por la disminución del contenido de MgO.

Figura 6. Diagrama discriminador de biotitas, MgO vs. FeO, con los campos definidos por Abdel- Rahman (1994). Las muestras con MgO más bajo se hallan dentro del área P y las muestras con alto MgO se hallan en el área C.

Figura 7. Diagrama discriminador de biotitas, Al2O3 vs. MgO, con los campos definidos por Abdel-Rahman (1994). El contenido de Al2O3 mantiene la composición mineralógica ligada a los campos calcoalcalino y peraluminoso.

ANFÍBOLES COMO INDICADORES BAROMÉTRICOS. Hammarstron y Zen (1986) presentaron un geobarómetro que se basa en la relación que presenta el Altotal en la Hornblenda con la presión de cristalización. Este geobarómetro es aplicable a rocas calcoalcalinas cuya asociación mineral incluye plagioclasa, hornblenda, biotita, feldespato potásico, cuarzo, titanita, epidoto y magnetita. La relación se presenta mediante la ecuación: P (± 3 Kbar) = 5,03. Altotal - 3,92. A partir de esta ecuación Hollister et al. (1987) presentaron modificaciones reduciendo el error a ± 1 Kbar. Asimismo, Johnson y Rutherford (1989) partiendo de la ecuación inicial presentaron una ecuación con un error de ± 0,5 Kbar. El valor 3,92 Kbar ± 0,5 Kbar equivale a una profundidad de 14 Km ± 2 Km. En comparación con este geobarómetro, Schmidt (1992) presenta una ecuación con un error de cálculo similar aplicable a plutones intruidos entre 2,5 y 13 Kbar con una presición de ± 0,6 Kbar.

Los resultados obtenidos con los distintos geobarómetros indican presiones diferentes. Los valores más bajos de presión son los obtenidos mediante el geobarómero de Johnson y Rutherford (1989) y los más altos los obtenidos mediante el geobarómetro de Schmidt (1992) (Figura 8A, B, C y D) siendo éstos los que debido a su menor error analítico se acercarían a las presiones de cristalización de los anfíboles para los plutones analizados. El gráfico de P (Kbar) vs. Si (a.p.f.u.) muestra los distintos comportamientos de los anfíboles de cada unidad: en el caso de la unidad BPG se observa que con un aumento en el contenido de Si la presión permanece casi constante (Figura 8A y C; Tabla 2), en el caso de los anfíboles de la unidad GPG se observa una disminución gradual de la presión con el aumento en el contenido de Si (Figura 8B y D), coincidiendo con lo observado por Brogioni (1997) (Figura 9).

Figura 8. Variación de presión (Kbar) en función del contenido de Si (apfu) relacionada con los cambios composicionales de los anfíboles de ambas suites, tomando como referencia distintos geobarómetros. Datos de la Tabla 2.

Figura 9. Variación de presión (Kbar) en función del contenido de Si (apfu) relacionada con los cambios composicionales de los anfíboles. Las áreas representan los datos de Brogioni (1997) y muestran la misma disminución gradual de la presión con el aumento del contenido de Si, coincidiendo con los resultados presentados en este trabajo.

Discusión

El rango de valores de Mg# entre 0,33 y 0,57 obtenido del análisis de las biotitas de las distintas unidades del BLCHP las ubican entre los valores composicionales extremos annita (K2Fe6Al2Si6O20(OH)4) - flogopita (K2Mg6Al2Si6O20(OH)4). En lo que respecta a su contenido de AlIV se hallan entre 2,19 y 2,50 con una sola excepción en 2,67. Estas biotitas denotan una afinidad con magmas más enriquecidos en magnesio como lo son los metaluminosos y peraluminosos respecto de los alcalinos (Figuras 2, 3, 4, 6, 7) dominando el área C de suites calcoalcalinas con transición al área P de suites peraluminosas (Figura 6, 7). Estas composiciones de biotita son distintas a las que caracterizan a los granitos tipo A2 carboníferos (Dalhquist et al., 2010), si bien la caracterización petrológica indica que los batolitos devónicos definen una serie álcali-cálcica (López de Luchi et al., 2007) y se ajustan en parte al tipo A2, es decir, a los granitoides alcalinos orogénicos.

El rango de valores de Mg# entre 0,530 - 0,640 determinado a partir del análisis de anfíboles los ubica entre las composiciones edeníticas y magnesio - hornbléndicas denotando una afinidad calcoalcalina. Los datos de campo indican que BPG es intruido por GPG (López de Luchi et al., 2001). Los anfíboles de la facies BPG poseen un rango composicional limitado mientras que los de la facies GPG muestran mayor variación de Si (a.p.f.u.) asociada al mayor contenido modal de anfíbol de esta facies. Asimismo, el análisis de la variación de presión con el contenido de Si y Al a partir de distintos geobarómetros demuestra que una de las facies analizadas, la BPG, ha cristalizado dentro de un rango de presión constante (4,2 - 4,7 Kbar) mientras que en el caso de la facies GPG se observa un descenso de la presión desde 4,6 hasta 3,3 Kbar que se relacionaría con el hecho de que esta unidad es tardía con respecto a BPG y podría haberse emplazado durante un período de ascenso durante el cual se reequilibrarían las composiciones de los anfíboles.

Conclusiones

Los datos de química mineral sobre biotita indican que su variación composicional se halla restringida a términos intermedios (Mg/Mg + Fe entre 0,3 - 0,6) entre flogopita y annita con predominio de biotita más rica en #Mg para la Suite Monzonítica y se corresponden con el carácter metaluminoso a levemente peraluminoso de las distintas facies del Batolito de Las Chacras - Potrerillos. Los análisis realizados sobre los anfíboles indican una variación composicional entre edenita y magnesio - hornblenda. Los valores de presión obtenidos a partir de los anfíboles edeníticos indican un rango entre 4,2 y 4,7 Kbar. En el caso de los anfíboles magnesio - hornbléndicos el rango de presiones de cristalización varía entre 3,3 y 4,6 Kbar. Es importante destacar que el mayor rango de variación composicional y de presión se observa en la unidad GPG. Los cálculos geobarométricos sugieren una mayor profundidad de emplazamiento para la facies BPG mientras que para la facies GPG estos valores indicarían ambientes corticales algo más someros. Dado que la facies GPG intruye a la facies BPG la disminución de presión sugiere que durante la construcción del batolito habría un proceso de ascenso cortical.

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