Apuntes de Petrologia Metamorfica

Resumen metamórfica

1. 1. Petrología Metamórfica Memoria del curso UABCS. Geología 5to semestre. Gabriel Camacho Olachea
2. 2. Introducción El conocimiento científico es, simplemente, una mezcla de conceptos, historia y filosofía que le permite a uno entender los temas críticos científicos de nuestro tiempo. El conocimiento científico está enraizado en los principios científicos generales y en los conocimientos básicos sobre la ciencia. El ciudadano con conocimiento científico posee suficientes datos y vocabulario como para poder comprender el contexto de las noticias o de los sucesos diarios. La petrología es la ciencia dedicada al estudio de las rocas, que son el material sólido que compone la capa externa de la Tierra. Estudia las propiedades físicas, químicas, espaciales, mineralógicas y cronológicas de las rocas y de los procesos que las forman. Es considerada una de las principales ramas de la geología y, a su vez, se divide en dos ramas: la petrología exógena, que estudia las rocas surgidas cerca de la superficie terrestre y, la petrología endógena, que estudia las rocas originadas en las capas profundas de la Tierra. La petrología divide las rocas en tres grandes grupos: las rocas ígneas, las rocas metamórficas y las rocas sedimentarias, cada grupo dividido, a su vez, e varias familias. La petrología endógena se ocupa del estudio de los dos primeros grupos, mientras que el tercero es parte del campo de la petrología exógena.
3. 3. Antecedentes El geólogo James Hutton fue el primero que trató sobre el concepto del metamorfismo en su libro «Theory of the Earth», en 1795. Él concebía, como defensor del uniformismo, que la parte superficial de la Tierra era como una gran «máquina recicladora», donde las rocas ni se creaban ni se destruían, sino que un tipo de roca se acababa transformando en otro, y así sucesivamente. A esta corriente de pensamiento se oponían los defensores del neptunismo, como Georges Louis Leclerc, que consideraban que cada tipo de roca se había formado durante una «época», estando la historia de la Tierra dividida en varias «épocas». El primer geólogo en usar el término «roca metamórfica» para referirse a aquellas rocas afectadas por un magma fue Charles Lyell en el tercer volumen de su obra «Principles of geology», publicado en 1833. A finales del siglo XIX, George Barrow se dio cuenta de que ciertos minerales eran bastante abundantes en ciertos tipos de rocas metamórficas. Eso le permitió definir el grado de metamorfismo, que permitía conocer la magnitud de las condiciones de presión y temperatura que sufrían las rocas en función de los cambios en su mineralogía. En 1920, Pentti Elias Eskola desarrolló el concepto de facies metamórficas, al observar que para ciertos intervalos de temperatura y presión las asociaciones de minerales eran iguales, y que al variar aquellas, estas también variaban. Propuso cinco facies metamórficas para definir cinco condiciones de presión y temperatura, y en 1939 añadió tres más.
4. 4. Justificación En la presente recopilación de ideas del curso de petrología metamórfica se atiene la integración de datos a lo largo del quinto semestre de la carrera de geología para acreditar la asignatura del año de 2013, aunado a la acreditación se sitúa de forma indirecta retomar apuntes del curso, consulta de bibliografía de libros de texto, páginas de internet para reafirmar y sentar conocimientos de la petrología metamórfica así también aclarar dudas y resolver posteriores dudas previo y posterior a la elaboración de está memoria del curso de petrología metamórfica.
5. 5. Unidad 1 PETROLOGÍA METAMÓRFICA Introducción, definición, conceptos, r ocas metamórficas como sistema.
6. 6. Abierto T, P, Profundidad; composición, elementos traza, Móvil Permeable Roca Metamórfica Facies minerales: Zeolitas, prehenitapumpellyta, esquistos azules, esquistos verdes, Hornfels Ab-Ep, H Prx, anfibolitas, glaucolitas, eclogitas. Cadenas de rocas metamórficas, muestra de mano, lamina delgada Minerales, texturas, Química, estructura, geoquímica Margenes convergentes, divergentes, intrusiones plutonicas, zonas de fallas, superficies (crateres) Ultramafico, mafico, pelítico, carbonat os, silicio, cuarzo-feldespatico T isótropas, T anisótropas
7. 7. Enfoque de Sistema Tipo Abierto Fronteras Moviles, permeables Componentes: Minerales, texturas, química, estructuras, geoquímica Entorno Ambiente geológico, laboratorio Nivel de Resolución Macro, micro, meso Estado Permeable Propiedades Físicas, químicas
8. 8. CAPITULO 2 PETROLOGÍA Y METAMÓRFISMO • Conceptos, condiciones, factores y tipos de metamorfismo
9. 9. Conceptos y factores del metamórfismo
10. 10. Temperatura Definida como la medida de la energía térmica. Una de los agentes más importantes que propician el metamórfismo de las rocas. Promueve la recristalización, incremento del tamaño de grano. Reacciones endotermicas Presión En el interior de la tierra mide la fuerza por unidad de superficie a la que una roca ésta sometida, dependiente del peso por el tipo de material soportado y la profundidad. Medida en Pascales (Pa). Factores del metamórfismo Como factores principales del metamórfismo las mas importantes incluye: – – – – Temperatura Presión (presión litostática, dirigida y de fluidos) Composición Fase fluida
11. 11. Presión litostática: presión total ejercida sobre un punto en el interior de la corteza terrestre por el peso del material suprayacente, y es producto de la densidad media (ᵨ de las rocas situadas por encima, la profundidad (km) y la ) aceleración de la gravedad (g). Esfuerzo desviatorio: es aquel esfuerzo que actúa en diferentes direcciones. Presión de fluidos: es la presión ejercida por fluidos dentro de los poros, límites de grano y fracturas de la roca. De faces de hydruros o carbonatos; volatiles, presencia de líquidos críticos.
12. 12. Estimación del rango geotérmico de la corteza oceánica-continental de diversos autores (Winter, 2000).
13. 13. Campo del gradiente metamórfico, relación de T-P (Winter, 2000)
14. 14. Metamórfismo El metamórfismo es un proceso subsólido dando lugar a cambios en la mineralogía y/o textura y otra en la composición química de la roca. Los cambios que se deben a cambios en las condiciones físicas y/o químicas. El proceso puede coexistir con la fusión parcial (Winter, 2000). Tipo de metamórfismo 1.-Relación entre la composición química (inicial, protolito) y el resultado del metamorfismo (roca metamórfica): Isóquimico Alóquimico 2.- Según el factor dominante: M. Térmico M. Dinámico M. Dinamotérmico 3.- Según el proceso dominante: M. Regional M. de Contacto M. Hidrotermal M. Cataclástico M. de impacto, meteórico o de choque
15. 15. Tipos de metamórfismo 1.-Relación entre la 2.-Según el factor composición química y el dominante resultado del M. Térmico metamórfismo Factor dominante temperatura. Isóquimico Si la composición química total se mantiene constante. Aloquímico Si la composición química total cambia significativamente , perdida o ganancia (cambio) de elementos. M. Dinámico Factor dominante presión esfuerzo desviatorio. o M. Dinamotérmico Los factores dominantes son la presión y la temperatura.
16. 16. 3.-según el proceso dominante M. Regional.- efecta a lo largo una cadena de rocas asociados a cinturones oregenicos. M. de orogenico.- asociado con margenes de placas convergentes. Cinturones orogenicos. M. Dinamotérmico. Presencia de rocas foliadas por esfuerzo desviatorio. Seguido de un metamórfismo de contacto en la formación de intrusiones. M. de enterramiento.- deformación moderada, temperatura baja, efectos de metamórfismo de incremento en la T y P por enterramiento. Diagénesis en la formación de las faces Zeolitas, prehenitapumpellyta, laumonita. M. de fondo oceánico.- ocurre en los centros de las dorsales. Alteración metasomática. Asociado con actividad hidrotermal.
17. 17. Metamórfismo de contacto Se asocia con aureolas de intrusiones ígneas (plutones, batolitos) y esta controlado por la forma y tamaño de la aureola. Naturaleza del plutón, naturaleza de la roca encajonante. Plutones puede elevarse y transmitir calor a la corteza superficial, por lo que puede ocurrir en un amplio intervalo de presiones
18. 18. Metamórfismo Hidrotermal Sueles estar presente en actividad ígnea. Tipo de M. aloquímico, fracción dominante de fluidos. Rica en H2O caliente. Usualmente envuelta en metasomatismo. Tiene un elevado gradiente geotérmico y fluidos ricos en elementos importantes. Metamórfismo Cataclástico Por fracturamiento de fallas frágiles de la corteza y más profunda de cizalla dúctil de la corteza terrestre. Las altas tasas de deformación y la tensión con la menor recristalización (a) Zona de falla superficial con brecha de falla (b) Zona de falla más profunda (expuesta por erosión) con fluido dúctil y milonita. (Winter, 2000).
19. 19. Relación con el resto de los temas Claasificación de la rocas metamórficas daran paso a conocer la texturas logrando clasificar la roca en textura, mineralogía, estructura o páragenesis, la relación geometrica dara los eventos y condiciones que fue objeto la roca para poder hacer una descripción acertada o aproximada. Petrología y Metamórfismo Ubicando la roca en una roca origen y el ambiente de formación dara los factores implicados para dar origen al tipo(os) de metamórfismo en que resulto. Característica de las rocas metamórficas: contribuye a la petrología conocer la fabrica y estructura, mineralogía para el estudio a micro, macro y meso escala conociendo la génesis de la roca ubicándolo en un estadio del tipo de metamórfismo
20. 20. Unidad 3 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS Ocurrencia y distribución, estructura y fabrica, composición mineralógicas, y textura metamórficas.
21. 21. Metamórfismo progradante Aumento del grado metamórfico al transcurso del tiempo, como una roca se somete a condiciones gradualmente más intensas. Cambios en una roca que acompaña el aumento del grado metamórfico. Reacciones progradantes son endotérmicas y influenciadas por aumento de T. Una roca de alto grado metamórfico avanzo a través de una seccuencia de asociaciones minerales. Retrogrado .- grado decreciente a medida que la roca se enfría y recupera de un evento metamórfico y/o ígneo. Reacciones de desvolatización son más comunes que la reintroducción de volátiles. Geotérmometros son indicativos de la composición mineral que conserva la temperaturas máxima.
22. 22. Estructura y fabrica de rocas metamórfica – Estructura.- rasgos que adquiere la roca a nivel macroscópico. Refiere a a escala regional, usando el termino «TEXTURA» para referirse a una orientación preferente. – Fabrica.- para la descripción de estructuras lineales y foliares. Lineación.- fabrica de elementos lineales. Foliación.- fabrica de elementos planares. Foliación-Clivaje.- propiedad de una roca para dividirse a lo largo de planos subparalelos regulares. -Esquistosidad.- por una orientación preferente de los granos minerales inequigranulares o agregados de granos. Minerales alineados de grano grueso suficiente para ver a simple vista. La orientación es generalmente plana, pero orientaciones lineales no están excluidas. -Estructura Gneissosa.- con un poco de desarrollo de esquistocidad o separados en capas claras y oscuras. Son generalmente de grano grueso.
23. 23. Rocas derivadas de las texturas: Pizarra.- roca metamórfica de grano muy fino compacto con clivaje bien desarrollado. Superficie bien exfoliada (a). Filita.- roca con esquistocidad en el que los filisilicatos en capas finas (sericita, fengita y/o clorita), raramente grano grueso suficiente para ver a simple vista, tiene un brillo sedoso en la superficie de la exfoliación, son comunes tanto con foliación y lineación (b). a: Slate b: Phyllite
24. 24. Esquistos-. Roca que presenta esquistocidad. Tanto pizarras y filitas la presentan. Termino en que los minerales foliados son los suficientemente gruesos para ver fácilmente en muestra de mano. Gneis.- una roca que muestra estructura gneissosa con capas (bandas) de minerales oscuros y minerales félsicos alternados. Gneis puede ser delineada, pero también debe mostrar segregaciones de con concentraciones ricas en minerales oscuros y félsicos.
25. 25. Rocas no foliadas Aplica para rocas que son producto del metamórfismo de alta tensión Granofels.- caracterizada por la falta de orientación preferencial de los granos. Puede contener foliación y no. A veces es sinónimo de granulita. Hornfels.- tipo de granofels típicamente de grano muy fino y compacto, producida en aureolas de contacto, y tienden a dividirse en cuando se rompen. Tipo de rocas metamórficas especificas Mármol.- roca compuesta predominantemente de calcita o dolomía. Protolito es caliza o dolomía. Cuarzita.- roca compuesta principalmente de cuarzo. Protolito arenisca, ó pelítico. Esquisto verde.- roca de grado bajo, contiene clorita, actinolita, epidota y albita, los que los tres primeros dan el color verde a la roca. Protolito roca ígnea máfica o grauvaca. Anfibolita.- roca dominada por hornblenda+plagioclasa. Anfibolita puede ser foliada o no foliada. Protolito roca ígnea mafica o grauvaca.
26. 26. Serpentinita.- roca de bajo grado, contiene principalmente serpentinita. Esquisto azul.- roca con amfibol azul metamórfico procedente de rocas ígneas máficas o grauvacas máficas. Eclogita.- roca de color verde y rojo que contiene clinopiroxeno y granate (omfacita+piropo). Protolito basáltico. Skarn.- roca de metamórfismo de contactoque contiene minerales calcosilicatos como grasularia, epidota, tremolita, vesubianita. Granulita.- roca pelitica, máficas o cuarzo-feldespatica de alto grado que se compone de minerales de libres de OH. Moscovita está ausente, plagioclasa y ortopiroxeno son comunes. Migmatita.- roca silicatada composición heterogénea, normalmente tiene una matriz oscura gnéisica (melanosomas) y porciones félsicas ligeras (leucosomas).
27. 27. Rocas de alta deformación (tectonitas) Asociadas a zonas de fallas. Se divide en rocas cohesivas y no cohesivas. Una roca no cohesiva se atribuyen a niveles corticales superficiales, se ve alterado por agua subterránea o una matriz rica en arcilla. Rocas cohesivas se distinguen por ser foliadas o no foliadas pero más fina que la variedad no cohesiva. Clasificación de las rocas de alto deformación, tomado de Winter (2000). Clasificación de rocas de alta deformación (tectonitas), tomado de PDF «metamórfismo_todo (2006)».
28. 28. Esquema de una sección transversal en una zona de cizalla. Muestra los tipos de rocas formadas en el transepto de la profundidad hacia la superficie, de una la zona dúctil hacia la zona quebradiza respectivamente.
29. 29. Esquema de rocas asociadas de alta tensión relacionadas con zonas de cizalla.
30. 30. El nombre para una roca metamórfica consiste en un termino raíz y una serie de sufijos, calificativos o ambos. El nombre de la roca puede ser característico, textura de la roca o implícita la presencia de un mineral o minerales partículares. Prefijos especiales mayormente utilizados: Meta.- para referirse a rocas de origen ígneo o sedimentario. Orto.- prefijo para roca de origen ígneo. Para.-prefijo para una roca de origen sedimentario.
31. 31. Texturas metamórficas Para designar características penetrativas a escala micro. Termino blasto es indicativo de que el mineral es de origen metamórfico. Termino clasto es indicativo de mineral pre-extinte o relicto levemente rompido de los extremos. Procesos de deformación, recuperación y recristalización. La deformación de sólidos cristalinos implica una serie de procesos, los procesos dominantes dependen de las propiedades de la roca (mineralogía, tamaño de grano y orientación, composición, movilidad de los fluisos intergranulares) y los factores exteriores (t, p, tensión desviatoria, presión de fluidos y tasa de deformación). Flujo Cataclástico Fragmentación mecánica y deslizamiento, rotación de los fracmentos. Truturar, romper, doblar, torcer, extinción ondulante, trituración, ojos, morteros, etc.
32. 32. Presión de fluidos a. Tensión mayor en la zona de contacto entre los grano y difilmente la disoloción en ausencia de fluidos. b. mayor deformación, las áreas se disuelven y material de precipitación en zonas de baja deformación adyacentes. Evidencia de presión de fluidos entre granos de cuarzo en una deformación de cuarzolita.
33. 33. Deformación intracristalina del tipo dúctil No involucra perdida de cohesión en la roca. Varios procesos pueden estar implicados, a menudo simultáneamente. Torsión simple y flexión en los enlaces de un cristal es elástica y rápidamente enrejado. En la deformación intracristalina esto sucede más fácilmente por el movimiento de defectos en la red. Recristalización Es otra manera de reducir la energía de deformación almacenada. Implica el movimiento de los límites de los granos o el desarrollo de nuevos límites, lo cual produce una configuración nueva de los granos.
34. 34. Típicas texturas de metamórfismo de contacto.
35. 35. Halos de deflexión Depletion halo around garnet porphyroblast. Boehls Butte area, Idaho Representación grafica de los halos de deflexión, figura a la izquierda.
36. 36. Tectónica de placas para conocer el ambiente de formación y las condiciones de la corteza. Conocer las asociación mineralogía mediante la presencia de facies y grados se reforzara las condiciones a las que estuvo sujeta la roca para clasificar. Característica de las rocas metamórficas Teniendo las características dará paso a la clasificación y al tipo de metamórfismo que fue objeto.
37. 37. Unidad 4 Clasificación, nomenclatura y descripción tanto megascopica como microscopica, de rocas metamórficas Clasificación, descripción micro y macroscopica de las rocas metamórficas
38. 38. Clasificación de la rocas metamórficas base en criterios: Texturas Química o composición Grados metamórfico Facies metamórfico Textura Criterios básicos: Gneiss. -Roca metamórfica con esquistosidad gneísica. Este término se usa para rocas que contienen feldespato (± cuarzo) abundante, pero excepcionalmente se puede usar para otras composiciones (por ejemplo, gneiss cordierítico sin feldespato). Ejemplos: gneiss con biotita y granate, gneiss granítico, ortogneiss, gneiss migmatítico, gneiss bandeado, gneiss máfico. Esquisto. Roca metamórfica con una esquistosidad bien desarrollada en muestra de mano, definida por una orientación común de abundantes granos minerales inequidimensionales. En las rocas ricas en filosilicatos se reserva el término esquisto para las variedades de tamaño de grano medio y grueso, mientras que las variedades de grano fino se denominan filitas. Ejemplos: esquisto con actinolita, clorita y epidota1 (= esquisto verde), esquisto con biotita y granate, micaesquisto, micaesquisto calcáreo, esquisto con antigorita (= serpentinita), esquisto con talco y distena. Pizarra. Roca de grano muy fino y de metamorfismo de grado muy bajo que presenta esquistosidad pizarrosa. Filita. Roca metamórfica de grano fino de metamorfismo de grado bajo con esquistosidad perfecta debida a la disposición paralela de sus filosilicatos. Las superficies de esquistosidad suelen mostrar un brillo satinado característico.
39. 39. Por deformación intensa Brecha de falla. no cohesiva, sin foliación, formada por cataclasis (fragmentación frágil y rotación de granos) que consiste en fragmentos de tamaño de grano variable inmersos en una matriz más fina. El porcentaje de fragmentos visibles es mayor del 30% Harina de falla. no cohesiva, sin foliación, con menos del 30 % de fragmentos visibles. Pseudotaquilita. Cataclasita compuesta por fragmentos de tamaño de grano fino inmersos en un matriz vítrea de color oscuro. Milonita. Roca producida por reducción mecánica de su tamaño de grano como resultado de una deformación dúctil, no cataclástica, en zonas de falla o de cizalla, que genera una foliación penetrativa a pequeña escala y a menudo una lineación mineral asociada. Los cristales que hanresistido la reducción de tamaño de grano reciben el nombre de porfidoclastos y en estas rocas están en una proporción entre el 10 y el 90% del total; el resto es una matriz de grano fino.
40. 40. Facies metamórficas Anfibolita. Roca metamórfica máfica, foliada, compuesta predominantemente por anfíbol (>40%, casi siempre de tipo hornblenda) y plagioclasa. Corneana. Roca sin esquistosidad, de tamaño de grano fino a muy fino, compuesta por silicatos ± óxidos, que muestra rasgos de recristalización importantes por metamorfismo de contacto. Las corneanas (hornfels) suelen retener alguna característica heredada de la roca original, como laminación gradada o cruzada en las corneanas metasedimentarias. Ejemplos: corneana con andalucita,, corneana básica, corneana con epidota y anfíbol, corneana calcárea con diopsido, vesubianita y wollastonita. Eclogita. Roca máfica sin feldespatos compuesta fundamentalmente por onfacita (piroxeno sódico) y granate, ambos en proporciones importantes. Esquisto azul. Roca metamórfica con esquistosidad y una tonalidad azulada debida a la presencia de anfíbol sódico (glaucofana, riebeckita, crossita). Esquisto verde. Rocas metamórficas con esquistosidad (esquisto verde) o sin ella, de color verde debido a la presencia de minerales como clorita, actinolita (un anfíbol cálcico) y epidota. Granulita. Roca metamórfica con una asociación mineral de alta temperatura dominada por minerales anhidros máficos. La moscovita está siempre ausente. Es característica la presencia de ortopiroxeno. Texturalmente se caracteriza por poseer un mosaico granoblástico poligonal, normalmente equidimensional aunque también hay variedades con una cierta orientación preferente. Mármol. Roca metamórfica compuesta fundamentalmente por calcita y/o dolomita (por ejemplo, mármol dolomítico).
41. 41. Grado metamórfico Y facies metamórficas
42. 42. a. capas de composición b. Orientación preferencial de minerales micáceos c. Forma de granos deformados d. Variación en el tamaño de grano e. Orientación preferencial de minerales micáceos en una matriz sin orientación preferencial f. Orientación preferida de los agregados minerales lenticulares g. Orientación preferida de las fracturas h. Combinaciones de las anteriores Tipos de fabrica. Elementos Que definen una foliación.
43. 43. clasificación morfológica de la foliación. Presencia de micro-listones en muestra a lamina delgada en ambas figuras.
44. 44. Deformación progresiva de clivaje por Crenulación situaciones asimetricas y Simetricas (tomado de Winter, 2000)
45. 45. Tipos de lineación aOrientación preferida de los agregados minerales alargados b. Orientación preferencial de los minerales alargados c. Lineación definido por minerales laminares d. Eje de plegamiento (especialmente de crenulaciones) e. La intersección de elementos planos. Tipos de fabrica que define una lineación.
46. 46. A partir de un plano o linea orientadas al azar Comenzando con cristales equidimensionales Comenzando con foliación preexistente Las cifras sombreadas representan una esfera inicial y el elipsoide capa resultante El desarrollo de foliación por cizalla simple y cizalla pura (aplanamiento).
47. 47. Diagrama que muestra que los elementos estructurales y de fabrica consisten generalmente en el estilo y la orientación en todas las escalas meso, macro y micro.
48. 48. Tipo de metamórfismo sufrido dará las pautas para esperar lo que podra observar a escala macro y micro El ambiente de formación, tectónica de placas dara las pautas de posibles rocas involucradas, estructuras posibles a ver a escala macro y micro Clasificación, nomenclatura y descripción megascopica y microscopica de rocas metamórficas Ajentes físico y químicos que intervienen en la formación de las rocas dará las condiciones aproximadas de formación, páragenesis mineral, y reacciónes para la formación de minerales Clasificación de la roca base a la mineralogía, textura, fabrica y estructura
49. 49. Unidad 5 GRADO METAMÓRFICO Y FACIES METAMÓRFICAS Grado metamórfico, facies metamórficas, isógrada de reacción y paragénesis mineral UABCS. Geológia 5to Semestre. Gabriel Camacho Olachea
50. 50. Grado metamórfico El grado metamórfico refiere a la intensidad del metamórfismo que ha influido en la roca. El avance del grado metamórfico. Refiere a la intensidad del metamórfismo con base a las condiciones de temperatura; definido en base a las reacciones químicas y a las diferentes paragénesis minerales que se suceden con la variación de los parámetros de P, T. Dado que la clasificación de las facies metamórficas son muy complejas y los límites de los minerales en una facies no están bien definidos es más simple ubicarlos dentro de grados metamórficos [sentido relativo].
51. 51. Los límites de los grados pueden ser correlacionados con las facies metamórficas: Grado metamórfico Facies metamórficas Muy bajo grado Zeolitas, Prehenita-Pumpellyta y esquistos azules Grado bajo Esquistos verdes y hornfels de Ab-Ep Grado medio Anfibolita y hornfels de hornblenda Alto grado Graulita, hornfels de piroxeno, y sanidinita
52. 52. Diagramas comparativos de grado metamórfico vs facies metamórficas. (1 figura a la izquierda) Diagrama de la división aproximada de grado metamórfico, así como la división de la presión y de fondo las posición de la diferentes facies metamórficas. (2 Figura a la derecha) Diagrama temperatura-presión mostrando los límites aceptados de las distintas facies metamórficas.
53. 53. Facies metamórficas Designan un grupo de rocas caracterizadas por un determinado conjunto de minerales formados bajo condiciones particulares. Las facies se basan en dos conceptos: Descriptivo.- relación entre la X y la mineralogía Una Facies M. es un conjunto metamórfico de asociación a un ensamble mineralógico. Si nos encontramos con un conjunto especifico (mejor aún, un conjunto de grupos compatibles que cubren una gama de composiciones) en campo, ciertas facies pueden ser asignadas a una zona. Interpretativo.- rango de condiciones de T-P representada por cada facies Deduce las implicaciones de T y P relativa para cada facies, aun que no este bien definidos sus límites.
54. 54. No puede asignar límites de T y P precisos a cada facies individuales. Eskola consiente de las implicaciones de T-P y correctamente deduce la T y P relativa de facies que propuso. Diagrama de temperatura-presión donde muestra en general lo límites aceptados de la varias facies metamórficas.
55. 55. Ensambles minerales que caracterizan las facies (para rocas máficas).
56. 56. Sección esquemático de un arco de isla que ilustra un ambiente de formación y las facies asociadas al margen convergente.
57. 57. Isograda e Isograda de reacción Tulley, 1924., acuña el termino «isograda» para designar un grado definido de metamórfismo con la primera aparición de un mineral índice, es una línea producto de unir puntos en un mapa de la primera parición de cierto mineral índice. Donde a tenido lugar un cambio especifico en asociación mineral que refleja una reacción metamórfica. Desde una reacción metamórfica depende de T, P, y X, una isograda representará, en general, conjunto de condiciones de P, T, X que satisfagan la reacción en equilibrio y no los puntos de igual condiciones (T, P, X). Cada que se conoce la reacción, se debe reemplazar el termino por isograda de reacción.
58. 58. Mapas metamórficos típicamente incluye isogradas que define zonas y unas que definen facies. Las isogradas limitaran las zonas metamórficas y definirán las regiones de iguales condiciones de T-P. Las zonas minerales se distinguen en case a un mineral determinado o de un grupo. Por la aparición de cierto mineral. El mineral índice es el nuevo mineral que aparece y caracteriza a cada zona. El principio de facies esta basado en la observación de la paragenesis mineral de rocas metamórficas, en en casos se ajustan a las leyes de equilibrio quimico, pero no es esencial de la definición de facies metamórficas Grados, zonas y facies conceptos basicos para describir y clasificar los procesos metamórficos Zonas minerales en el este de E. U. A.
59. 59. Páragenesis mineral La ocurrencia regular, combinado en la corteza terrestre, o en una roca, de minerales que están relacionados por las condiciones comunes de la formación. La formación de minerales en asociaciones parageneticas ocurre bajo condiciones físicoquímicas y termodinámicas. Para la determinación paragénetica mineral es considerar la química e historia geológica del medio ambiente, y esta estrechamente relacionado con la paragénesis de los elementos que participan en la formación de los minerales.
60. 60. La descripción mineral apoyara en la identificación de la mineralogía vinculada por las asociaciones minerales que caracteríza cada facies Facies y grado metamófico La tectónica de placas dara el tipo de metamórfismo y las rocas asociadas a él para intuir las condiciones de T-P y el agente dominante Estrechamente ligado con la termodinamica para conocer la páragenesis mineral, asociaciones y ensambles del estado de esquilibrio dado por las facies y grados
61. 61. Unidad 6 Metamórfismo de rocas sedimentarias, ígneas y metamórfica Diagramas AFM, AKF, ACF
62. 62. Diagramas quimográficos refiere a representaciones gráficas de las asociaciones químicas de ensambles de minerales. Por medio de la naturaleza de la roca y el desarrollo mineral permite que haya asociaciones que los permitan clasificar. Los diagramas de fase sirven para conocer las asociaciones minerales en una roca de composición dada con asociaciones compatibles. En estos diagramas se puede representar la composición de la roca en fracciones molares de los diferentes óxidos mayores. Una sucesión de diagramas para diferentes P-T nos permite, conocer las reacciones de los minerales. Los Diagramas Quimográficos de tales componentes también pueden ser representados en un triangulo equilátero donde se tenga sílice, Fe, Mg. Un ejemplo simple es el sistema de la plagioclasa, un sistema lineal de C=2 = 100 An/(An+Ab)
63. 63. Supongamos que en una roca encontramos 6 minerales de composición diferente: Composiciones minerales 3-C se representan en un diagrama de quimografico triangular como se muestra: x, y, z, xz, xyz, and yz2 las rocas en nuestra área tienen los siguientes 5 ensamblajes: x - xy - x2z xy - xyz - x2z xy - xyz - y xyz - z - x2z y - z - xyz
64. 64. Punto común corresponde a 3 fases, por lo tanto f = C El principio de la palanca funciona también para las proporciones de los minerales Diagramas de compatibilidad explican claramente por qué las rocas, a pesar de que se equilibró con el mismo grado metamórfico, a menudo desarrollan diferentes asociaciones minerales Un cambio en la composición global, aunque sólo sea un poco, se puede variar la composición mineral Si el movimiento de (E) a (D) una roca contendrá el x2z mineral (junto con z y xyz) y ya no el mineral y que se produjo en (E) Diagrama anterior se refiere a un rango de PT en las que los minerales ficticios x, y, z, xy, xyz, y x2z son estables y se producen en los grupos mostrados En diferentes grados de cambio de la diagramas Otros minerales se estabilizan Los diferentes arreglos de los mismos minerales (diferentes a las interconexiones conectan diferentes fases coexistentes)
65. 65. Diagramas quimografico ACF Este diagrama composicional fue propuesto por Eskola (1915) para ilustrar de forma simplificada, Mediante un diagrama triangular, las asociaciones minerales metamórficas. Quería prestar atención sólo a los minerales que aparecían y desaparecían durante el metamorfismo, es decir, aquellos que eran indicativos del grado metamórfico. Este diagrama sirve únicamente para conocer la posición de los minerales sobre el diagrama, pero no tiene ninguna utilidad termodinámica. Algunos autores reservan el nombre de quimografico para este tipo de representación Los tres componentes A, C y F que marcan los vértices del diagrama ACF se definen de la siguiente manera: A: [Al2O3]+[Fe2O3]−[Na2O+K2O] C: [CaO]−3.3[P2O5] F: [FeO]+[MgO]+[MnO]
66. 66. Para calcular A, hay que combinar primero las proporciones moleculares de Al2O3 y Fe2O3 (hierro trivalente) en la fórmula del mineral y luego restar Na2O y K2O (Winter, 2000).
67. 67. Diagramas quimográfico AKF Como los sedimentos pelíticos son ricos en Al2O3 y K2O y pobres en CaO, Eskola (1915) propuso un diagrama distinto que incluye explícitamente el componente K2O para representar las asociaciones minerales de las metapelitas. En este diagrama AKF, los vértices se definen de la siguiente forma: A:[Al2O3]+[Fe2O3]−[Na2O+K2O+CaO] K: [K2O] F: [FeO]+[MgO]+[MnO] Este diagrama se usa para rocas que tienen exceso de sílice y alúmina que mineralógicamente cuentan con moscovita, cuarzo y plagioclasa (metapelitas).
68. 68. Este diagrama se basa en el hecho de que la mayor parte de las metapelitas contienen moscovita y se construye proyectando los minerales del sistema K2O-FeOMgO-Al2O3 desde el polo de la moscovita (Ms en la figura) sobre la cara Al2O3-FeOMgO del tetraedro. Dos son las sustituciones más importantes que afectan a los minerales de las rocas pelíticas: (a) la sustitución Fe↔Mg (b) la sustitución 2Al↔SiMg o sustitución de Tshermack. La primera es paralela a la línea FM del diagrama y la segunda paralela a la línea AM.
69. 69. Diagramas quimográficos CMS Este diagrama es muy utilizado en el estudio del metamorfismo de las rocas calcáreas y calcosilicatadas y, en menor medida para las rocas ultramáficas carbonatadas. Se trata de un diagrama proyectado a partir del sistema CMSH-CO2, que asume exceso de H2O y CO2 Así pueden incluir las soluciones sólidas entre Ca y Mg que se dan entre los carbonatos, pero se asume que los ferromagnesianos que se forman son los miembros extremos con Mg. ejemplo, tremolita (anfíbol), diopsido (ortopiroxeno), o forsterita (olivino). En las ultramáficas carbonatadas, los ferromagnesianos suelen ser magnésicos, con poco hierro. La definición de sus vértices es muy simple: C: [CaO] M: [MgO] S: [SiO2 Los campos grises marcan calizas y dolomías que forman metacarbonatos y rocas calcosilicatadas. El subtriángulo izquierdo es el área de rocas calcosilicatadas El de la derecha para rocas ultramáficas carbonatadas
70. 70. Diagramas quimográficos Dadas rocas tienen un protolito que da la importancia para la formación de ensambles de componentes Termodinamica dando las condicones de reacciones, y equilibrio químico para poder asociar los componente conociendo los agentes estables en que puede darse tales fases Conociendo el tipo de mineralogía en que se da cierto componente asociado con otros y la representación grafica de el grupo de componentes
71. 71. Unidad 7 Fisicoquímica y termodinámica aplicada a las rocas metamórficas Equilibrio químico, reacciones reversibles e irreversibles, condiciones de equilibrio, sistema cerrado y abierto, regla de las facies
72. 72. Equilibrio químico 1.- un sistema (punto de vista químico): estudio de un determinado volumen de roca en el cual se quiera conocer el comportamiento de los átomos. Compuesto de una serie de minerales, y tal vez, de un fluido intergranular. Cada uno de estos constituyentes recibe el nombre de fase. 2.- de una fase: las faces son los constituyentes separados fácilmente de un sistema y pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Plagioclasa y cuarzo son dos fases distintas en un esquisto, pero si la plagioclasa tiene comomposición andesitica, los miembros extremos (an y ab) no son faces por que los cristales de plagioclasa no pueden ser separados por medios físicos en partículas de ab y an. 3.- de un equilibrio: si sometemos el sistema a unas condiciones específicas de P y T y mantenemos esas condiciones constantes durante un tiempo suficientemente largo, los átomos del sistema se agruparán en la configuración más estable posible.
73. 73. Se dice que el sistema esta en equilibrio. Esta configuración de máxima estabilidad (y mínima energía) estará sometida por un número determinado de fases sólidas, líquidas y/o gaseosas, cuya composición y estructura específicas dependen de los átomos presentes y de las condiciones a las que se haya sometido el sistema. El estado en equilibrio se da cuando los átomos están en perpetuo movimiento y se pueden intercambiar entre unas y otras fases. Pero, en promedio, no hay cambio en el sistema y el número y la cantidad de fases es constante a lo largo del tiempo. Como consecuencia de ello algunas fases pueden crecer a expensas de otras, o pueden aparecer fases completamente nuevas. Tales cambios en las rocas reciben el nombre de reaaciones metamórficas y dan lugar a la formación de uan nueva asociación de fases, en equilibrio con las nuevas condiciones. Estados de estabilidad
74. 74. Regla de las faces La regla de las fases se expresa mediante la ecuación: F=C−P+2 P: es el número de fases en el sistema C: el número de componentes F: el número de grados de libertad del sistema. Goldschmidt fue el primero en reconocer la relación entre la composición química de la roca y la asociación de minerales que desarrolla. Plagioclase Liquid plus Plagioclase Liquid plus Liquid Plagioclase Plagioclase
75. 75. Sistemas metamórficos (abierto) En sistemas naturales complejos como las rocas metamórficas, además de las variables P y T suele haber una serie de variables composicionales (la composición de muchos minerales no es fija sino que puede cambiar dentro de unos límites), por lo que el número de grados de libertad suele ser mayor de dos (F>2). Como ya Goldschmidt puso de manifiesto, la presencia de determinadas asociaciones de minerales que se repiten en muchos terrenos metamórficos de todo el mundo apoya la tesis de que F>2, ya que tales asociaciones es mucho más probable que representen condiciones donde la presión P, la temperatura T y la composición X pueden variar independientemente (áreas en el campo) que puntos sobre un límite de zona mineral (líneas en el campo).
76. 76. Reacciones metamórficas Son reacciones químicas entre las diferentes faces presentes en una roca. Se producen cuando la Y, P, X de una fase fluida u otra variable ambiental cambia y la roca se reestructura para alcanzar un nuevo estado de equilibrio termodinámico. En este transito hay fases que desaparecen, otras que aparecen y otras que simplemente alteran su composición o el estado de valencia de alguno de sus elementos. Son importantes para conocer el ambiente a las que ha estado sometida la roca. Son de gran importancia en todos los estudios del metamórfismo. Reacciones metamórficas Discontinuas o univariantes Continuas o divariantes Fase fluida: reacciones de desvolatización Oxidación y reducción Mecanismos Diagramas composicionales y reacciones
77. 77. Discontinuas o univariantes Reacciones que se producen a una T y P determinadas. Hasta que la reacción no termina, ni la presión ni la temperatura del sistema puedan variar: antes de alcanzarse valores precisos de P yT, en la roca existe una asociación mineral; una vez rebasados, la roca contiene otra asociación mineral. Univariante indica que en un diagrama P-T las reacciones están en equilibrio a lo largo de curvas univariantes (1 grado de libertad). Se da cuando reaccionan fases de composición fija e incluyen, entre otras, las reacciones polimórficas (ej. Reacción Ky↔Sil). Las curvas univariantes marcan la posición de las diferentes reacciones discontinuas.
78. 78. Diagrama P-T del sistema Al2O3-SiO2-H2O (sistema ASH) Muestra los campos de estabilidad de la caolinita(Kln: Al4Si4O10(OH)8)), pirofilita (Prl:Al4Si8O20(OH)4), y el sistema alimunosilicato (Andalucita, And; Sillimanita, Sil; Distena, Ky: Al2SiO5)
79. 79. Continuas o divariantes Reacciones que pueden cambiar la composición de las fases involucradas. El número de grados de libertad aumenta y los reactantes y los productos coexisten sobre un rango de T y P (campo divariante) El grado de libertad extra lo proporciona la posibilidad de variar la composición de las fases. La reacción progresa por variación tanto de la composición como las cantidades de las fases presentes, hasta que finalmente uno de los reactantes se agota. Puede cambiar su composición (sin desaparecer) por intercambio de elementos, fundamentalmente cationes con otras fases en el sistema. Cambiar de composición por intercambio catiónico Na-K durante el progreso de la reacción.
80. 80. Reacción continua en el sistema K2O-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O (sistema KNASH) Reacción de la mica blanca con cuarzo para dar feldespato alcalino, andalucita y agua es continua en el sistema KNASH, ya que la mica blanca es una solución sólido de los miembros extremos paragonita y moscovita.
81. 81. Fase fluida: reacciones de desvolitización Son reacciones metamórficas que consumen o liberan un fluido. Este fluido suele ser agua, pero tampoco es infrecuente que sea CO2 y, en el metamorfismo de grado bajo, metano. Su progreso depende no sólo de la presión y la temperatura, sino también de la presión del fluido. Las reacciones de desvolatilización más importantes son las que liberan agua (reacciones de deshidratación) y las que liberan CO2 (reacciones de descarbonatación)
82. 82. Su progreso depende, no sólo de la presión y la temperatura, sino también de la presión parcial de los componentes volátiles Diagrama de fases P-T para la reacción Ms + Qtz ↔ Kfs + Al2SiO5 + H2O en el que se muestra como se desplaza la curva de reacción al variar la presión parcial de H2O (PH2O) y hacerse menor que la presión litostática. La temperatura de una isograda basada en una reacción de desvolatilización es muy sensible a la presión parcial de la especie volátil que interviene.
83. 83. Oxido-Reducción Las reacciones redox suponen cambios en el estado de oxidación de alguno de los elementos de las fases que intervienen en la reacción. El elemento multivalente más importante en los procesos geológicos es el hierro, que puede encontrarse en: Estado nativo (Fe0). Estado divalente Fe2+ (hierro ferroso o reducido). Estado trivalente Fe3+ (hierro férrico u oxidado). Como tanto la magnetita como la hematites son fases puras (no admiten cambios de composición), sólo pueden variar la : Presión litostática Temperatura Presión parcial de O2, PO2. La asociación hematites+magnetita se comporta como un tampón de oxígeno. Estos tampones de oxígeno sirven para conocer el rango de valores de PO2 en las rocas metamórficas ya que el Fe en los silicatos raramente está tan oxidado como en la hematites y también es muy raro encontrar el Fe en estado metálico (Fe0). Como los valores de PO2 varían mucho de unas condiciones a otras, es conveniente usar una escala logarítmica para representarla.
84. 84. El grado de reducción del hierro aumenta de la parte superior izquierda del diagrama, donde todo el hierro está en forma oxidada. En la parte inferior izquierda, donde todo el hierro está en forma nativa Fe0.
85. 85. Mecanismos En los sistemas naturales las reacciones metamórficas son muy complejas y suelen consistir en el desarrollo conjunto de varios de los tipos de reacciones con la participación simultánea de las fases minerales. Esta complejidad lo proporciona la aparentemente simple reacción de transformación polimórfica de la Distena en Sillimanita al aumentar la temperatura. Carmichael (1969) explicó los mecanismos de estás reacciones. Propuso la participación conjunta de tres reacciones metamórficas simultáneas en puntos diferentes dentro de la matriz de la roca, facilitadas por la presencia de una fase fluida que transporta especies iónicas en disolución de un punto de la roca a otro. Reacciones iónicas que relacionan la desestabilización de la distena con el crecimiento de sillimanita.
86. 86. Diagramas composicionales y reacciones Los diagramas de fase composicionales sirven para conocer las asociaciones minerales que podemos esperar encontrar en una roca de composición dada en unas condiciones P-T especificadas (asociaciones compatibles) Una sucesión de diagramas composicionales para diferentes P-T nos permite conocer las reacciones metamórficas responsables de la aparición y desaparición de los minerales al variar la presión y la temperatura θ Se generan sobre los diagramas composicionales ternarios, los cuales son los que más se utilizan en metamorfismo, son posibles tres tipos genéricos de reacciones : (1) Reacciones de tipo A+C ↔ D (2) Reacciones de tipo A+B+C ↔ D; y (3) Reacciones de tipo A+C ↔ B+D. En estas expresiones A, B, C y D son cuatro fases cualesquiera (sólidas, líquidas o gaseosas) y como se trata de reacciones en sistemas ternarios, en un lado de la reacción no puede haber más de tres fases.
87. 87. Termodinamica y fisicoquímico Facies y grados metamórficos Tectónica de placas Petrología y metamórfismo
88. 88. Unidad 8 Rocas metamórficas y tectónicas de placas Metamórfismo en zonas convergentes, divergentes, intraplacas, ambiente tectónico de rocas metamórficas.
89. 89. Diagrama de margen convergente mostrando los tipos de metamórfismo presentes que involucra un margen activo.
90. 90. Diagrama de margen divergente y asociación de metamórfismo
91. 91. Diagrama de ambiente de intraplacas y la relación con el metamórfismo
92. 92. Metamórfismo de rocas sediemtarias, ígneas y metamórficas Clasificación de rocas metamórficas Rocas metamórficas y tectónica de placas Termodinamica y fisicoquímica Facies y grados metamórficos
93. 93. Discusión La petrología metamórfica constituye una rama de la geología relativamente joven de la cual se tiene pocos avances e investigaciones, las cuales hasta la actualidad contribuyen significativamente con el conocimiento científico y el hacer de los geólogos y la sociedad, propone un amplio campo de estudio en los aspectos de conocimientos ya expuestos y los aun no conocidos por la ciencia, ya que precisan de ser comprobados, analizados y tal vez sustituidos por conocimiento que carezcan de dudas por los que conocen y los que no conocen del proceso metamórfico y su resultados. El metamórfismo representa una manifestación del sistema llamado tierra del cual aun tiene preguntas por responder y recursos por explotar de manera coexistente de la naturaleza la cual pertenecemos y la actitud y aptitud del movimiento humano.
94. 94. Conclusión La recopilación de información de esté trabajo constituye un aglomerado de conocimientos históricos, de inversión de recursos humanos y no humanos en que la facilita el estudio de una parte del sistema «tierra» desde cualquier punto de vista que se desee estudiar el proceso metamórfico . La recopilación de información mostrada en este trabajo esta dado a los investigadores que dedicaron esfuerzo y recurso para conocer todo aquello que cuanto les intrigaba en su tiempo y facilitaron el conocimiento a nuevas generaciones que ocupan de ellos para realizar las tareas de las que son objeto y las necesidades que deben cumplir ante y con la sociedad.
95. 95. Bibliografia -Winter J. (2000). AN INTRODUCTION TO IGNEOUS AND METAMORPHIC PETROLOGY. Department of Geology Whitman College. Prentice Hall Upper Saddle River, New Jersey -Gómez Jiménez J., 2006, Metamórfismo; Apuntes de la asignatura Petrología Endógena II (paper) -Myron G. Best. (2003). IGNEOUS AND METAMORPHIC PETROLOGY SECOND EDITION. Brigham Young University. Blackwell Science Ltd a Blackwell Publishing company.

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