análisis estructural y petrográfico del contacto entre las series

UNIVER SIDAD
DE
CONCEPCIÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003
ANÁLISIS ESTRUCTURAL Y PETROGRÁFICO DEL CONTACTO
ENTRE LAS SERIES ORIENTAL Y OCCIDENTAL DEL BASAMENTO
PALEOZOICO, ZONA DE FALLA GASTRE A LOS 38º15’S,
CORDILLERA DE NAHUELBUTA, CHILE.
BURÓN P.1, ARDILES M.1, ECHTLER H.2, FIGUEROA O.1 Y GLODNY, J.2
1
Universidad de Concepción. Departamento de Ciencias de la Tierra. Casilla 160-C Concepción. Chile. (e-mail:
[email protected], [email protected], [email protected])
2
GeoForschungsZentrum Potsdam.Telegrafenberg C2, D-14473 Potsdam, Alemania. (e-mail: helle@gfz-potsdam.
de, [email protected])
Las Series Oriental y Occidental del basamento metamórfico, se ponen en contacto en la parte sur de la Cordillera de
Nahuelbuta (38º15’S) por medio de una prominente estructura denominada Zona de Falla Gastre (ZFG). El
reconocimiento mediante imágenes satelitales y fotografías aéreas ha permitido identificar en el área de estudio,
lineamientos de dirección NW de carácter regional. El estudio de campo permitió reconocer que esta zona de falla
posee una dirección NW-SE y una vergencia al este, y que ella se manifiesta por: una intensa milonitización;
sobrecorrimientos de rumbo NW y manteo al este; lineaciones de estiramiento en sentido NW; desarrollo de una
foliación S2 de manteo al este; y por la presencia de afloramientos de cuarzo hidrotermal a lo largo de la traza de
falla. El estudio de las microfábricas muestra que los principales mecanismos de deformación en estas rocas son el
flujo cristaloplástico y la recristalización dinámica.
Al pasar de una Serie a la otra se observan contrastantes variaciones mineralógicas y petrográficas, evidenciándose
un metamorfismo regional de facies esquistos verdes al oeste y un metamorfismo de contacto de facies anfibolita
inmediatamente al este de la zona de falla.
INTRODUCCIÓN
El basamento de la Cordillera de la Costa en el centro sur de Chile está caracterizado por la
presencia de una Serie de alto P/T conocida como Serie Occidental, con metamorfismo en facies
esquistos verdes y localmente manifestaciones de mayor presión, y una Serie de bajo P/T llamada
Serie Oriental, con metamorfismo en facies esquistos verdes a anfibolita superior o granulita. La
Serie Occidental está compuesta de micaesquistos, metabasitas, metacherts y serpentinitas
mientras que la Serie Oriental contiene metagrauvacas, filitas, rocas córneas y gneiss asociados
con granitoides de dimensiones batolíticas (Hervé, 1977; Hervé, 1988; Muñoz y Hervé, 2000).
Entre Concepción (36º45’S) y Cañete (37º50’S), las dos Series están en contacto por una falla de
dirección N-S y gran desplazamiento vertical (Hervé, 1977). Inmediatamente al sur, en el área de
Purén-Contulmo (38ºS), dicho contacto ha sido descrito como transicional NW (Alvarez, 1970;
Hervé, 1977; Kato, 1985; Martin et al. 1999). Por otro lado, en las Montañas de Nahuelbuta, se
ha sugerido la presencia de una zona de cizallamiento inclinada al este como posible contacto
para las unidades Lleulleu y Colcura, equivalentes a la Serie Occidental y Oriental
respectivamente (Oyarzún, 1982; Oyarzún y Clemmey, 1986).
Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.
Este trabajo pretende exponer los elementos estructurales y petrográficos que permiten establecer
la naturaleza y disposición del contacto entre ambas series metamórficas a los 38º15’S, en las
cercanías de Capitán Pastene, parte sur de la Cordillera de Nahuelbuta. Para ello se presentan
observaciones efectuadas en terreno y análisis microtectónicos.
GEOLOGÍA LOCAL
La zona estudiada se encuentra ubicada en la Cordillera de Nahuelbuta, entre los 38º09’ y
38º21’S. (Fig. 1). Dentro de esta zona afloran fundamentalmente rocas metamórficas de edad
Paleozoico-Triásico correspondientes a la Serie Occidental y a la Serie Oriental del Basamento
Metamórfico (Kato, 1985; Glodny et al. 2002). Estas dos series se ponen en contacto por medio
de la Zona de Falla Gastre (ZFG) la cual se reconoce en el área de estudio como una franja de
disposición NW-SE de 3 a 4 km de ancho, limitada por dos grandes estructuras subparalelas de
carácter regional reconocibles en imágenes LANDSAT y fotografías aéreas. Dentro de esta zona
afloran rocas milonitizadas y numerosos afloramientos de cuarzo hidrotermal. La ZFG
corresponde a la proyección noroccidental del Sistema de Fallas de Gastre, definido en la
Patagonia como un prominente sistema de fallas anastomosadas subparalelas de varios kilómetros
de ancho, constituido por zonas de cizallamiento dúctil y afloramientos de rocas miloníticas
distribuidas en forma heterogénea (Rapela y Pankhurst, 1992; Bohm et al. 2002).
Figura 1: Mapa de ubicación del área de estudio.
PETROGRAFÍA
En el área de estudio, la Serie Occidental está constituida principalmente por esquistos pelíticos a
semipelíticos (EPS), que incluyen en forma local lentes de metabasitas y horizontes de
metacherts ricos en hierro. Los EPS se componen de dominios lepidoblásticos que alternan con
lentes y bandas de cuarzo. En estos dominios son abundantes los porfiroblastos de albita y
granate con estructuras sigmoidales y apéndices de clorita. La asociación mineralógica para estas
rocas es cuarzo, mica blanca, albita, clorita, biotita y granate. Como accesorios se reconoce
esfeno, epidota, óxidos de hierro y grafito. Las metabasitas están compuestas principalmente por
anfibola, clorita y albita porfiroblástica, con esfeno y epidota como accesorios. Los metacherts
corresponden a rocas cuarcíferas bandeadas compuestas fundamentalmente por cuarzo y
magnetita.
La Serie Oriental se compone fundamentalmente de metapelitas con intercalaciones decimétricas
de metapsammitas. Estas metapelitas se clasifican de acuerdo a su granulometría en filitas y
pizarras. Las filitas se componen fundamentalmente de filosilicatos y su asociación mineralógica
es: cuarzo + mica blanca + biotita + estaurolita + granate + feldespato (oligoclasa). Localmente
se observan porfiroblastos de biotita que alcanzan tamaños de hasta 1,5 mm y grandes
porfiroblastos prismáticos de estaurolita que superan los 30 mm. El granate se presenta en forma
de cristales euhedrales de hasta 10 mm de diámetro. Las pizarras presentan un menor contenido
de cuarzo y una matriz más fina. Algunas de ellas presentan spots de andalusita (quiastolita) con
halos rojizos producto de alteración. Las metapsammitas están compuestas fundamentalmente de
cuarzo y muestran una apariencia masiva. Su asociación mineralógica contiene cuarzo, feldespato
y mica blanca, con menor proporción de biotita y clorita.
Dentro de la ZFG se reconocen afloramientos de filonitas compuestas casi exclusivamente por
sericita y cuarzo. Estas rocas están caracterizadas por una intensa deformación milonítica y su
asociación mineralógica consta de sericita y cuarzo, con cantidades menores de feldespato y
clorita. También es muy común la presencia de bloques y afloramientos de cuarzo hidrotermal de
varias decenas de metros de extensión. Desde el punto de vista petrográfico corresponden a
cuarzo monomineral, con algunas trazas de limonita, sericita y clorita (Fig. 2b). También se
encuentran a lo largo del márgen occidental de la ZFG algunos afloramientos de esquistos
pelíticos finamente granulados y ricos en material grafítico, los cuales exhiben una fuerte
milonitización y porfiroblastos de granate de hasta 7 mm de diámetro.
MESOESTRUCTURAS
Dentro de la Serie Occidental se puede distinguir una foliación principal de tipo milonítico, que
es reconocida en terreno como una esquistosidad S1 penetrativa. Dicha esquistosidad presenta
rumbos muy variables y manteos relativamente suaves cuya tendencia general es SSE a SSW
(Fig. 3a). En el área de estudio S1 es afectada por una foliación S2 de manteo hacia el este y
rumbos variables entre NW y NE (Fig. 3b). Localmente es desarrollada una foliación compuesta
S1-2 de bajo ángulo hacia el oeste, con pliegues isoclinales de plano axial paralelo a la foliación
principal (Ardiles et al. 2003). La mayoría de las rocas de esta Serie corresponden a tectonitas
S-L, cuyas lineaciones de estiramiento, representadas por ejes de crenulación y varillas (rods) de
cuarzo, presentan direcciones generales N-S, con una menor proporción NW y NE (Fig. 3c).
Figura 2: a) Estructuras de sobrecorrimiento en la ruta entre Capitán Pastene y Lumaco. Se
observan rocas más deformadas sobre litologías con menor grado de deformación que conservan
S0. b) Rodados de cuarzo hidrotermal en afloramiento ubicado en la traza de la ZFG. c) Detalle
de clivaje de crenulación S2 sobreimpuesto a foliación S0-1 en rocas de la Serie Oriental.
La Serie Oriental se caracteriza por desarrollar en muchos sectores una foliación compuesta S0-1
de bajo ángulo, a la cual se le sobreimpone una foliación secundaria S2 (Fig. 2c). En términos
generales S1 se identifica como un clivaje continuo fuertemente plegado, cuyos pliegues abiertos
a cerrados presentan longitudes de onda del orden de 100 a 102 m (Fig. 3d). Por otra parte, la
foliación secundaria S2 exhibe una actitud mucho menos variable presentando rumbos
principalmente NW con pequeñas fluctuaciones hacia el NE. Los manteos, en su mayoría de gran
ángulo, también muestran una disposición constante al NE con algunas variaciones hacia el SE
(Fig. 3e). Las rocas de la Serie Oriental corresponden en su mayoría a tectonitas de grano fino a
muy fino que muestran un fuerte desarrollo de estructuras lineares sobre los planos de foliación
principal. Estas estructuras corresponden a lineaciones de estiramiento cuyas direcciones
generales varían entre NW y WNW, buzando al SE y NW (Fig. 3f).
Dentro de la Serie Oriental se observan abundantes estructuras de sobrecorrimiento en la ruta
entre Capitán Pastene y Lumaco (Fig. 2a). Estas estructuras mantean con bajo ángulo en
dirección NE y son concordantes con la orientación de la traza de la ZFG. Por medio de estas
estructuras se ponen en contacto litologías de menor grado de deformación y metamorfismo (en
las cuales se puede reconocer aún la foliación primaria) con capas más profundas fuertemente
deformadas en las que se desarrolla tanto S1 como S2, junto con abundante cuarzo de segregación.
En el estudio de campo de la Serie Oriental y de la ZFG se reconocieron fracturas de tensión
(tension gashes) subverticales discordantes respecto de la foliación principal S1 y alineadas en
dirección N-S. Ellas se encuentran rellenas principalmente por cuarzo monomineral, con trazas
de feldespato, mica blanca y clorita. Estas estructuras corresponden a fracturas extensionales
desarrolladas en una etapa póstuma de solevantamiento.
Además de las estructuras anteriores, dentro de ambas Series metamórficas se han observado
cuerpos lenticulares de simetría monoclínica (boudins). Ellos han sido identificados en los
sectores de Lumaco, Pinulmapu, Relún y Mahuilque, y corresponden a estructuras elongadas de
forma romboidal constituidas por litologías más competentes.
Figura 3: a, b y c representan a los diagramas de polos para S1 (534 datos), S2 (140 datos) y
lineaciones de estiramiento (103 datos) en la Serie Occidental. d, e y f corresponden a los
diagramas de polos para S1 (263 datos), S2 (27 datos) y lineaciones de estiramiento (92 datos) en
la ZFG y la Serie Oriental.
MICROFÁBRICA
Este estudio se ha efectuado en secciones transparentes orientadas paralelas a la lineación de
estiramiento y en secciones perpendiculares a lineación de intersección entre S1 y S2. Su finalidad
fue caracterizar las microestructuras para poder determinar los mecanismos de deformación y el
metamorfismo.
Las microfábricas observadas tanto dentro de la ZFG como en la Serie Oriental conciernen al
cuarzo, mica blanca, biotita, clorita, feldespato, minerales opacos, andalusita, granate y
estaurolita.
El cuarzo ocurre en la matriz como agregados policristalinos de fábrica equigranular
interlobulada, mostrando deformación lamelar, extinción ondulosa y desarrollo de subgranos
dispuestos en ángulos de 20º a 90º con respecto a la foliación principal. Además se observa
localmente en fracturas de tensión, como agregados de fábrica inequigranular interlobulada con
extinción ondulosa.
La mica blanca se encuentra en la matriz como finos cristales tabulares orientados según la
foliación principal, junto con biotita y clorita.
La biotita se encuentra formando parte de dos generaciones, la más antigua está representada por
cristales anhedrales con abundantes halos pleocroicos, orientados paralelamente a S0-1. La
segunda generación presenta porfiroblastos euhedrales a subhedrales discordantes a la foliación
principal, orientados según el clivaje de crenulación zonal S2.
La clorita se encuentra en la matriz como reemplazo de biotita o como cristales anhedrales
orientados concordantemente con la foliación principal. También ocurre como porfiroblastos
prismáticos maclados con abundantes halos pleocroicos orientados en disposición aleatoria.
El feldespato se encuentra como granos anhedrales finamente dispersos en la matriz, o bien como
cristales fuertemente elongados asociados a material grafítico en rocas de la ZFG (Fig. 4a).
Los minerales opacos se encuentran formando parte de estructuras sigmoidales cuyos apéndices
contienen cuarzo, mica blanca y clorita. Además se pueden reconocer en torno a ellos strain
fringes rellenos por mica blanca (Fig. 4b).
La andalusita corresponde a porfiroblastos de la variedad quiastolita postectónicos a S1. Ellos se
encuentran dispersos en la matriz alcanzando tamaños de hasta 1 mm.
El granate se encuentra en la ZFG formando estructuras sigmoidales con apéndices de cuarzo,
mica y clorita, y están dispuestos en bandas paralelas a la foliación principal. Localmente se
reconocen cristales euhedrales de hasta 4 mm de diámetro con fracturas y bordes levemente
limonitizados asociados espacialmente a biotita porfiroblástica.
La estaurolita ocurre como porfiroblastos euhedrales prismáticos de hasta 30 mm de largo con
bordes reemplazados por mica blanca y clorita. Ellos son postectónicos a la foliación principal y
en parte se orientan según un clivaje de crenulación S2 (Fig. 4c).
Las microfábricas observadas en la Serie Occidental se reconocen en cuarzo, mica blanca, biotita,
clorita, granate y albita.
El cuarzo se desarrolla en bandas de fábrica interlobulada inequigranular a seriada, mostrando
migración de los límites de grano, extinción ondulosa y deformación lamelar. También se
presenta en cintas (ribbons) de cuarzo elongadas según la foliación principal. Localmente se
distingue la presencia de subgranos paralelos e inclinados respecto a la foliación.
La mica blanca ocurre como cristales tabulares euhedrales paralelos a la foliación principal.
La biotita se encuentra principalmente en forma de cristales anhedrales asociados a mica blanca.
La clorita se desarrolla principalmente dentro de la matriz en forma de cristales anhedrales
paralelos a la foliación principal, o como reemplazo de biotita.
El granate ocurre en dos familias: como pequeños cristales euhedrales dispuestos en bandas
paralelas a la foliación o dispersos en la matriz, o como porfiroblastos de granate en parte
esqueléticos o casi totalmente pseudomorfizados por clorita, constituyendo estructuras
sigmoidales con apéndices de cuarzo y clorita.
La albita se presenta en porfiroblastos euhedrales a subhedrales, con apéndices de clorita y biotita
que generan estructuras sigmoidales y deltoides. Algunas se muestran muy elongadas por efecto
de cizallamiento, y frecuentemente contiene inclusiones grafíticas alineadas, oblicuas a paralelas
a la foliación externa.
Figura 4: a) Filonita de la ZFG mostrando intenso cizallamiento sinestral en feldespato elongado. b) Strain fringe de
mica blanca en torno a un mineral opaco, en muestra de la ZFG. c) Porfiroblasto de estaurolita en filita de la Serie
Oriental. Notar la retrogresión a clorita y sericita en los bordes, y la disposición respecto al clivaje de crenulación S2
subvertical. Ancho de la fotos a) y c) 3 mm, b) 1,5 mm.
CONCLUSIONES
Al sur de la Cordillera de Nahuelbuta el contacto entre la Serie Occidental y Oriental se ha
descrito como transicional (Alvarez, 1970; Hervé, 1977; Kato, 1985). Sin embargo, el estudio
detallado en el área de Capitán Pastene (38º15’S) permite evidenciar que dicho contacto es
estructural y se realiza mediante la ZFG. Esta estructura se reconoció en imágenes satelitales,
fotografías aéreas y en el mismo trabajo de terreno. En el área de estudio la ZFG corresponde a
una zona de falla de 3 a 4 km de ancho limitada por estructuras de varios km de largo, de
probable manteo al este. Ella se reconoce por: una intensa milonitización; sobrecorrimientos de
rumbo NW y manteo al este; lineaciones de estiramiento en sentido NW; el desarrollo de una
foliación S2 de manteo al este; y la presencia de afloramientos de cuarzo hidrotermal a lo largo de
la traza de falla.
Las microfábricas deformacionales en la Serie Occidental y en la ZFG muestran en general los
siguientes procesos deformativos: flujo cristaloplástico, recristalización dinámica, deformación
intracristalina y disolución por presión. En tanto para la Serie Oriental se reconocen
recristalización dinámica, disolución por presión y precipitación en sitios de dilatación; no se
observan evidencias de flujo cristaloplástico. Estas características sumadas a las descritas
anteriormente permiten establecer que los estilos deformativos a ambos lados del contacto son
diferentes.
Las rocas de la Serie Occidental al noroeste de la ZFG corresponden a EPS, cuya mineralogía es
cuarzo, mica blanca, albita, clorita, biotita y granate, y a metabasitas de actinolita, clorita, cuarzo,
albita, epidota y esfeno. Esto indica que han sido afectadas por un metamorfismo regional de la
facies Esquistos verdes. Al pasar a través del contacto hacia el este las rocas de la Serie Oriental
muestran claras evidencias de haber sido afectadas por un metamorfismo de contacto, el cual se
manifiesta por la presencia de porfiroblastos de biotita, andalusita y estaurolita. Esta asociación
principalmente es función de la composición química de la roca. Una posible reacción para la
formación de estaurolita en asociación con biotita puede ser: clorita + muscovita + cuarzo =
biotita + estaurolita + agua. Por otro lado, es sabido que elevadas cantidades de Zn y Mn
expanden el campo de estabilidad de estaurolita permitiendo su desarrollo a temperaturas más
bajas que las requeridas normalmente. El grado metamórfico alcanzado corresponde a la facies
Anfibolita y estaría relacionado a una etapa posterior al desarrollo de la foliación principal como
lo demuestran las microfábricas en andalusita, biotita y estaurolita.
AGRADECIMIENTOS
El desarrollo de este trabajo ha sido posible gracias a una cooperación científica establecida entre
el Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Concepción (Chile) y el
GeoForschungsZentrum Potsdam (Alemania) en el marco del Megaproyecto SFB-267 “Procesos
de deformación en los Andes”. Se agradece el apoyo logístico prestado por dichas instituciones
durante el desarrollo de este estudio y en particular a GFZ Potsdam por el financiamiento y la
autorización para esta publicación.
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