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CQmunlea~lone p~ntata alia Rlunlone della 8IMP In "banc (Padova) 11 3 glulnO 198:2
GRANATES ESPESARTll ICOS Y OXIDOS DE FeY DE Ti EN ROCAS METAMORFICAS TRIASICASDEL COMPLEJO NEVADO-FILABRIDE (ESPA - A)
JOSE TORRES-RuIZ, NICOLAS VELlLLA, PURl FENOLL HACH-ALf
Deparlamenlo de Crinalogl'1lHa y Minel'1llogia. Dpl.- de Invnligacione:s G~I6giasdel C.5.1.c., Facuhad de Cimcias, Universidad de Granada
ABSTlACT. - In triassk malerials from the coverof Nevado-FiUbride Compkx (inner part of BelkCordilleral. it has been pointed OUI the presenceof some mkacite and quartzschist levels havingmineralogkal and chemical characteristics whkh a~
unique within the whole Cordillera. These rocksshow importanl amounts of garnets, abundant ironand lilanium oxides, as well as high Mn and Fel;Dnlents and a high oxidalion Slale. The refer«!levels have been affected by low gnde of regionalmclamorphism and a~ spaliatly associaled wilha minenlization of sprcular hemalite and magnelile.
This work deals with the minen.losical andchemical compos;itions of such malerials, speciallywilh lhosc of garnets and oxides.
GarnetS .~ spessanitk and have the followingeJtnemc values (or each of lheir components: spessarlile (40-82 9&), almandine (8-48 9& I, grossularite(lo.17 9&l, pyrope (Q-49&I, andl'1ldile lo.l 9&1.
1bc Fe and Ti oxides are rcpre5C1l.lcd by magnetile, hematitc-ulanhcmatile, rutile and by inler·growths of lilanhcmalitC-rutik and litanhcmatitcferrianillll(flile. 1bcir associalion vary according 10
lhe differenl levels and the mclamorphk crinallization phases.
1bc faclors having influenced Ihe origin of theselevels and their alpine mellmorphic evolution arcdiscussed. Among Other dala, the influel'lCe of Ihechemical composition and the oxigen fugacilY a~emphasized as determinanl factors of mineralogicalassocialions and chemical composition of mineralogical phases.
RIASSUNTo. - Enlro rocce niassiche della copcr·Iura del Complesso Nevado-Fihlbride (i1 piu profondo deUe Cordiglie~ Betichel, ~ Slatl accenalala prcsenza di alcuni livelli di micasciSli e quarzitisOSlO5C: aventi caralled mincralogici e thimid unidnell'ambito della calcna. Si lralla di imporlanti con·tcnlruioni di granato e ossidi Fe·Ti, con ICI'IOrialti di Mn e Fe·cd clC'VIlo grado di O$Sidazionc.Deui livcili sono spaziaimcnte associali ad una mi·l'ICf'Ilizzazionc ad cmaule spccu!l~ e magnelile, esono alieni da un mctImorfismo di basso grado.
Nel prcsenle lavoro vcngono fomiti i cannedmil'lCf'llogid e chimici dei livelli sopra menzionati,con spcc:iale n,uardo ana composizionc dei granatie dqli ossidi.
11 granato ha :tOnalura di tipo normale. £ fondamentaJmente una spcsS<lnina, con i seguenti valoricompositivi estremi: spessartina (40-82 %), almandino (8·48%), grosularia (10·17 %), piropo (o.4 %), andradite (().! %}.
Gli ossidi di Fe e Ti sono rappresenlali damagn('tll(', ematitc-tilanocmalile, rutilo e da oonc~
scimenti di litanocmalitc-rutilo e litanocmalitc-ferrianilmenite. Le associazioni fta quesli mineralidifferiscono da livello a livello e a seconda dellefasi mcllmorfiChe presenti.
Vengooo discussi i fluori che hanno condizionalOI'originc di quesli liveIli e la Ioro cvoluzionc du·rante iI Il'ICllmorfismo alpino. Fra I'allro, vicncmcssa in evidenza I'influenza della compos;izioncchimica e deJIa fugltcili di ossigcno come fanoridr conlrollano le associazioni mineralogKhe e Laromposizionc delle fasi minenlogiche.
RESUMEN. - En maleriales lriasicos penenccicntCla la cobcncra del Complejo Nevado-Filabridc (zonamas interna de la Cordillcra Bet:ica), se ha pueslode manifiesto la existencia de delerminados nivek:sde micadtas y de euarzocsquistos con carlClerh..ticas mineral6ll;icas y quimicas uniClS dentro del:lmbilo de la Cordittera: presenlan imponanles COfI·
tcntraciones de granates y 6xidos de Fe y de Ti ymueslun unos altos COT)lenidos en Mn y Fe, aslcomo un clevado cstado de oxidaci6n. Dichos ni·vdes estan asociados espacialmente con una mine·ralizaci6n de hemalitcs espccular y magnelila y hansido afcclados por melamorfismo regional de lira·do bajo.
En eSle ltabajo se eSludia la composici6n mine·ral6gica y quimica de !os niveles mencionados, conespecial btfasis en la composid6n del granate yde los 6xidos.
El granate presenta zonad6n de lipo normal yes fundamenlalmcnle cspesaninico, con loa siguienICS valorcs extrcmos de cada uno de sus romponenlCS: espcs.anina (40-829&). almandino (8-489&1,grosuLaria (lo.l7 Clbl, piropo (Q-4 %), and~ita
CO.l 9&1.Los 6xidos de Fe y de Ti estan rcprcscnlados
por magnclila, hcmaliles, litllnohcrmililes, rutikJ ypor inrercrccimienl05 de titanoh=wtitcs+rulilo Jde ritanohemlliles+ferrianilmenita. Sus asocilciones
630 ]. TORRES-RUIZ, N. VELILLA, P. FENOLL HACH-ALi
$On diferenlcs qun los nivelcs )' 111$ fases decri5talizaci6n mtlam6rlica.
Se disalten los faclores que han condicionadoeI origen de CSIOS nivdcs )' su evoluci6n duranleeI melamomsmo a1pino. Entre onus dalOS aport.dos, se pone de m.nine5to la influencia de lacomposki6n qufmica y de I. fUBacid.d de oxfgenocomo fadores deu~T1ninanlcs de !as asociacioncs )'de la composici6n de lIS fases minttl108icu re-sult.nlcs.
I, Introduccion
El Complejo estructural Nevado-Filabridees el mas profundo de 105 que constituyenlas zonas inletnas de la Cordillera Betica(fig. I). Durante la orogenia alpina, estecomplejo ha sufrido una compJicada evoluci6n t~t6nica y metam6rfica. A gran escala, el rasgo tect6nico mas caracteristico esun imporlante desarrollo de mllnlOS de corrimiento, distinguiendose - segun 105 sectores - un numero variable de unidadesdiferenciadas mediante consideraciones estratigrlificas y metam6r6cas. El metamorfismoalpino alcanza unas condiciones de grado bajoen unos reglmenes de presiones altas a intermedias.
Las fOC1lS aqui estudiadas se situan en 105
materiales de cobertera de la Unidad deCharc:hes de6nida por GoMU-PUCNAIIl.E
(l979). En la zona de Las Piletas y, agrandes rasgos, la serie de cobertera (6g. 2)consta de una parte inferior inlegrada esencialmente por roca.s de tipo detritico (micasquistos y cuarritas), y de una parte supe:rior caracterizada por cl predominio derocas caroonaladas y por la presencia dediversas mineralizaciones de hierro. Dentrodel conjunlo inferior de rocas anles men·cionado, tambien existen inlercalaciones deserpentinilas, metabasitas y ortogneises, situadas a diferenu::s niveles de la serie, as!como algunos cuecpos intrusivos de ortoan6bolitas y ~logitas.
En este COnlexto, se han puesto de manifesto determinados niveles de micacitas ycuarzoesquistos con concentraciones de granate espesartinico y 6xidos de Fe y de Ti,105 cuales est~n asociados espacialmente conuna mineralizaci6n de origen sedimenlario,constituida por hematites especular y mag·netita (ToRREs-Rulz, 1980). Dichos niveles, que hasta ahora solo se han observadoen esta zona, constituyen el objeto del presenle trabajo. Su interes primordial radicaen que, dada la peculiar composici6n mineralagica y qulmica. de cstas fOC1lS, su estudiopermite aportar nuc:vos dates sabre diferen-
m:J;+I complejoIDtW Ne...do- Fi,,1M' Idol
IIlllIl c. M~!"uido ,AlpuJ.rr"
l .. 'ilol..
~.-
Fig. I. - Esquema IC'CIOOico del scctCll" cenlral y orienal de !as Cordilleru Biticu y siluaci6n delirea csludi_ (qUn JUUVElT et al., 1974).
CRANATES ESPESARTINICOS Y OXlOOS DE F· Y DE T' EN ROCAS ETC. 631
les aspectOs relacionados con e1 metamorfismo alpino del Complejo Nevado-Filabride.
2. Pelrograria y ("ara("leri8Ii(':a8 minera·logi("a8
Las rocas estudiadas se situan intercaladaso en la base del tramo de la mineralizaci6nde hematites especular y rnagnetita (fig. 2).Tales niveles de rocas, junto con las dernasmerapelitas y cuanoesquistos de la parte superior de la cobertem, presentan unas diferencias significativas respecto alas rQCas dela misma naturaleza ubicadas en la parte inferior. En general, son de tamafio de granofino y presentan asociaciones mineral6gicaspropias de condiciones de melamorfismo degrado bajo, sin alcanzar la zona del almandino. Sus minerales mils caracteristicos son:moscovita, cuarzo, dorita, epidota y, ocasionalmente, cloritoide. Por el contra rio, lasrocas de la parte inferior de la cobenera sonde ta.maiio de grano mils grueso, re1aliva·mente ricas en almandino, y muestran unasparage;nesis de metamorfismo de gradomedio.
Los niveles de rnicacita, desprovistos decuano, presentan la siguiente composici6nrnineral6gica: moscovita, granate, 6xidos deFe y de Ti, epidota, turmalina, dinocloro,y muy escasas cantidades de calcita y zirc6n.Los nive1es de cuarzoesquisto estan conSlituidos por 105 siguientes minemles: cuarzo,
//
• //
• //
u
•• -~...• ,u , , , , ,
C,
•,
•-, !2'iJ. l'¥~l m!iI. GJ·.·.•". C·:·:4· ~. H' ~Fig. 2. - Columna lilOl6gica de II Unidad de0Jarche5. 1: mirmole; 2: IJIC'tlpelitu; }; m'r·mole conglomenticos; 4: cuaratas; ,: IJIC'llpdiluricas Itn &r'I-6to; 6: onogncises; 7: metlooitl.S;8: minenlizaciones de Fe; 9: mic'Kitu 'I cuarzo.csqui5los con concentraciones de granite 'I 6xidos.
gmnate, 6xidos de Fe y de Ti, dinocloro ypequeiias proporciones de moscovita, calcita,turmalina y zirc6n. Ambos dpos de nive1esson bastante heterog~neos en su composici6n,concentrandose el granate y los 6xidos endeterminados lechos delgados (con espesoresque oscilan entre varios milimetros a 5·6centimetrosl paralelos a 135 prirnitivas superficies de estrntificaci6n, actualmente muyplegadas y tra.nspuestas por las sucesiva.sfases de deformaci6n posteriores. Los limitesde estOs lechos suelen ser muy netos en losniveles de cuarzoesquisto y algo rnas difusosen los de micacita (figs. 3 a 5).
GranaterTienen color marr6n claro y se presentan
en cri stales idiomorfos y hipidiomorfos condesarrollo de la forma rombododecaedrica(110). Sus tamafios oscilan entre 30 y 500micras, con una mayor frecuencia comprendida entre 100 y 300 micras. Comienenabundanles inclusiones (sobre todo de cuar·zo, 6xidos y lurmalinal las cuales en unoscasos se distribuyen en lodo cl criSlsl, mienlras que en Olros casos se reSlringen alaszonas cenlral y media. Eslas inclusiones sedisponen orientadas preferencialmente y definen una esquistosidad inlerna (SI = Sd conforma sigmoida.l y curvalUm modernda. Ladisposici6n de S., as! como su re!a.ci6n conla esqUislOsidad externa (S.. = 5:1), evidencian un crecimiento sincinematico del nucleodel granate, simuhaneo con la segunda fasede deformaci6n alpina. La zona externa, Iibrede inclusiones. corresponde a una cristali.zaci6n posrcinemlhica respeclo a 5:!, coincidente con cl dimax rermico del melamorfismo en el Complejo Nevado-Filabride(fig. 6).
Oxidor de Fe y de TiEn conjunto estan representados por cris
tales de magnetita, hernatites-titanohematitesy rutilo y por cristales constituidos por intercrecimientos de titanohemalites-rutilo yde titanohematites.ferrianilmenita. Cuantita.rivamente, 105 6xidos de Fe son mucho rnasabundantes. Para la nomendarura de eslOSoxidos se ha seguido la propuesla porBUDDlNGTON et a!. (1963).
AI microscopio de reflexi6n la magneli18presenta un color marron rosado y ona lige.
632 ]. TORRES-RUIZ, N. VELlLLA, P. FENOLL HACH-Ad
rfsima anisotropia, cara.cteristieas estas muyhabituales en Jas magnetitas de diferen-
Fig. 5. - Contenrraciones de granates y de 6xidosde hierro y titanio en niveles de micadta. (Luzlransmitida, solo polarizador).
les rocas del Complejo Nevado-Fihibricle(WESTRA, 1970 Y TORRES-RUlZ, 1980).Aunque en la literatura el color rosado de lamagnetita cs comunmente atribuido a lapresenda de altos contenidos en Ti (RAMDOHR, 1969), los cristales analizados con·tienen canticlades muy pequefias de este elememo (veaose datos analfticos) y que estanen consonancia con los datos aporrados porWESTRA (op. cil.) y TORRES-RUlz (op. cil.).Titanohematites y ferrianilmenita muestrancaracteristicas 6pticas similares a las de lahematites y ilmenita respectivamente. El rutilo es facilmente identificable cuando se presenta en cristales aislados. Sin embargo,cuando se presenta en pequeiios intercrecimientos con titanohematites su identificaci6nse hace mas dificil ya que, en la mayoria delos casos, tanto sus ref1exiones internas como su transparencia en lamina delgada noson bien observables.
Se han distinguido diferentes asociaclOnesde oxidos, variables de unos niveles a ouosy con las fases de cristalizacion, estas ultimaspuestas de maniJ1esto por las re1acioneslexturales entre los 6xidos y las estructurasplanares, as! coma por las inclusiones en losporfiroblastos de granate.
En los nivcles de micacita, tanto en relaci6n con la primera coma con la segundafase de metamorJ1smo, crislaliza una asociaci6n minera16gica constituida por hematites6 titanohematites (segu.n los lechos) y porrutilo. Ambos minerales se encuentran enforma de cristales independientes y de intercrecimientos mutuos dentro de un mismocristal. Los ramafios de los cristales estancomprendidos entre 3 y 250 micras, con unamayor frecuencia alrededor de 50-60 mieras.En los intercre<:imienros, la titanohematitesy cl futilo se hallan en proporciones muyvariables y con diferentes disposieiones: laminas muy estre<:has de un mineral orientadassegun pIanos cristalograficos del mineralhuesped (con gran predominio de laminasde rutilo dentro de la titanohematites, sobre todo en los bordes de los cristales) yformas muy irregulares, a veces con hordescorroidos, en las cuales predomina el rutiloocupando las wnas centrales de los cristales(fig. 7). En conjumo, la hematites-titanohematites es mas abundante que cl rutilo.
En los niveIes de cuartoesquisro existen
de micacita y
Fig. 4. - Niveles de cual7-Oesquisto. Los lechososcuros conliencn altas conccntradones de granatey 6xidos de hierro y titanio.
Fig.}, Ahernanda de nivelesniveles de hematites espe<:ular.
GRANATES ESPESARTlNICOS Y OX1DOS DE F. Y DE T' EN ROCAS ETC. 633
Fig. 6. - Granate espesaninico con indusionesde 6xidos y porfiroblastos de rnagnetita. (Luztransrnitida, 5610 po[arizador),
..
M..
J
TltH...... ~~I
, ft.. • .., •
Fig. 7. - 1ntercredmiemo de titanhcmatites +rutilo.
dos asociaciones mineralogicas distintas, co·rrespondientes cada una a una fase de metamor6smo. En relacion con la primera fasecristaliza una asociacion identica a la desarro·lIada en los niveles micaceos (hematites-titanohematites y rutilo). En la segunda fase laasociaci6n esta constituida por magnetita eintercredmientos de titanohematites + ferrianilmenita (ilmeno·hematites segun BUDDING
TON et al., 1963). Los cristales de ilmenohematites presenran unos tamai'ios comprendidos entre 10 y 200 mieras, con una mayorfrecuencia en wmo a 50-60 micras. La ferrianilmenita, que es la fase minoritaria (representa aproximadamente entre eI 10-1.5 %del total del cristal) se encuentra coma la-
Fig. 8. _ I1menohematites y magnetita parda[.mente martitizada.
minas orientadas segun pianos (0001) de lalitanohematites. Las laminas de ferrianilmenita alcanzan unas dimensiones maximas de10 micras de longitud y de 2 a 3 micrasde espesor (fig. 8). La magnetita es el oxidomas abundante y cristaliza coma por6roblas·tos de gran heterometrfa de grano, can valares maximos que alcanzan los 3 milimerros.En su mayor parte, esws por6rablastos muesItan una fuerte tendencia al idiomorfismo yse han desarrollado en la etapa postcinematica, englobando en su interior numerososcri stales de granate, cuarzo e ilmeno-hematites(fig. 6). Los cristales de i1meno-hematitesa veces estan parcialmente reemplazados porla magnelira. Como ultimo proceso de cristalizaci6n de estos oxidos, se observa unaparcial martitizacion de la magnetira. Dichamartirizaci6n se inicia tanto por los bordesde los cristales coma en las fracturas y pianosde exfoliacion octaedrica (Ill).
3. OaloB analiticoB
Grana/er
En la tabla 1 se presentan los analisisquimicos, efectuados mediante microsondaelectr6niea, de los granates de los niveles demicacita y de cuarzoesquisto. En ambos casosse aprecia que eI granate es esendalmenteespesartinico con proporciones importantesde almandino y grosularia y una pequei'iacanddad de piropo. El porcentaje del corn-
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tante irregular y no presenta una tendenciadefinida.
Se han determinado cl indice de refracci6n y et parametro au de los granates decada nivel. Asi mismo, en cada caso se hacalculado la densidad teorica (a partir delvolumen de la celdilla y de la composicionmedia de los granates) ante la imposibilidadde determinarla experimentalmente debido ala gran cantidad de inclusiones que presentan.Los valores medios obtenidos son los siguientes:
TAB LA 1
Ana/isis quimicos de grana/et (*)
"' ......... ......-.... "''''........_, ..-,. ~'_l .....~~,... -,. " -- ,-- - -- - -- - -- -., '.' •• >.> '.' >.' '.' >.> '.-'".", '.' > •• >.' •. ' lO, "
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(*) Analisis rcalizaJos por microsonda eleclr6niCll.Fe total exprcsado coma FeD.
Granates denivcles de
micadta
1,794 (3)11,642 (2) A4,10
Granates denivcles de
cuan.oesquisto
1,801 (3)11,619 (2) A4,14
".
Pi,
"
Pi, + G,
•
•
"
Alm+ Esp
..
G,
....'.Fig. 9. _ Composition de los graoates. Evolucionde la zonadOn.• = centro; X = periferia.
Oxidos de Fe y de TiLos analisis de los diferentes oxidos de
Fe y de Ti se han realizado por microsondaelectronica, resumiendose a continuacion losresultados obtenidos:
- La magnetita es muy pura, presenundo contenidos en Ti bastante homogeneosy con valores medios del 0,1 %.
_ La titanohematites, tanto en los cristales aislados como' en los intercrecimientoscon rutilo, presenta cantidades variables deFeTiOt en solucion solida con Fe~o.1. Losporcentajes molares de FeTi03 estan corn-
poneme andradhico no se ha induido en estatabla dado que siempre se encuentra envalores inferiores al 1 %. Estos ultimos valares se han calculado a panic de la determinacion, pot via humeda, del contenido enFeO y Fe~O, de granates aislados, y a panicde las cantidades de Fe requeridas para completar las posiciones Y = (Al·' + Fe~' = 2),de acuerdo con las propordones at6micasobtenidas de los amllisis por microsonda.
A grandes rasgos, los granates analizadosen cada nivel de rocas poseen una compoSlcion quimica similar. Sin embargo, se advierte claramente que en los niveles de micacita 105 granates tienen un mayor enriquecimiento en MnO, especialmente en relaciona FeO y, en menor grado, respecto a CaO.Por eI contra rio, el contenido en MgO pre·senta proporciones casi equivalentes en 105
granates de ambos niveles de rocas.Como es frecuente en la mayorla de los
granates metamorficos de grado bajo y media, la distribuci6n de los cationes cualitativamente mas significativos no es homogeneaen la totalidad de los cri stales, originandoscuna zonacion composicional importante, especialmente acusada en los granates de losniveles de micacita. En cualquier caso, lazonacion es siempre de tipo normal y estacaracterizada por cl aumento en los contenidos en Fe y Mg y simultanea disminuci6nen Mn desde cl nuc1eo al horde de los cristales (fig. 9). La distribucion del Ca es bas-
GRANATES ESPESARTINICOS Y OXIOQS DE F. Y DE To EN ROCAS ETC. 635
TA-BLA 2
Analisis de intercrecimientos detitanohematites-rfJtilo (*)
..~ ..~-- ,. .. • '."0, '"" .. .. •
"~. >,' ',. ',. ',' ',. ~.
.,, ~. ',' ',' ",- .,. >,' ',' .," <,'
-" ',' ",' <,' ',. .,. -, .,< ',< ',' ",< ".10 ',- .,< .'(.) Analisis realizados por microsonda electroniu.
Por~ntaje de moles r.ecalculados a 100.
prendidos entre el 8 y 20 % aproximadamente (tabla 2).
- Los cristales de ilmeno-hematites (laminas de ferrianilmenita induidas en titanohematites) no han podido ser analizadoscuantitativamente debido al pequeno tamano de las laminas de ferrianilmenita y alespaciado entre ellas. el cual esta por debajodel limite de resoluci6n de la microsonda.No obstante, se han realizado analisis detendencia en areas con concentraci6n predominanre de cada una de las dos fases, loscuales han permitido poner de manifiesto lossiguientes hechos: a) tanto la ferrianilmenita coma la titanohematites muestran composieiones homogeneas en los distintos cristales analizados y b) el manganeso presentauna distribuci6n muy heterogenea concentrandose en la ferrianilmenita. El contenidoen Mn de cada fase puede estimarse delorden de 0,10 a 0.15 % en la titanohematitesy de un 2,5 a un 3 % en la ferrianilmenita.Finalmente, conviene senalar respecto a es[oscristales, que en rocas metam6rficas del Complejo Nevado-Filabride del SW de Sierra deFilabres. WESTRA (1970) determina la siguiente composici6n homogenea para todoslos cristales de i1meno-hematites: hmw ilm:1O- ilmllO hml0. Dada la similitud de contextosy las parecidas condieiones de metamorfismoen determinadas fases de cristalizad6n, lacomposiei6n de Jas ilmeno-hematites aquiestudiad~s debe ser mas 0 menos anaJogaa la sefialada por el citado autor, maximesi se tiene en cuenta la tendencia de lascurvas experimentales de la miscibilidad dela hematites y la ilmenita en fund6n de latemperatura.
TABLA 3
Analisis quimicos de rocas con granatey 6xidos de Fe y de Ti (*)
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(*) AOIilisis realizados por espectrosoopia de absorci6n atomics.. FeO d('t('rminado por valoraci6n.P.e. = perdida por cs.lcinaci6n a I()()()" C.
Micacitas y cuarzoesquistos
Tambien se han analizado qutmlCamentelos niveles de micacita y de cuarzoesquistoque contienen las concentraciones de granatey 6xidos, con el fin de establecer eI controlde la composici6n quimica de la roca huesped sabre el quimismo de las fases mineralesestudiadas en este trabajo. Debido a la heterogeneidad de composici6n de estos niveles,ya comentada anteriormente, se han analizadoseparadamente los lechos con concentraciones de granate y 6xidos y los lechos sindichas concentraciones (tabla 3). Las diferencias mas significativas, desde el punto devista de este estudio, se refieren a los contenidos y proporciones relativas de Fe y Mn,las cuales son sensiblemente superiores enlos lechos con concentraciones de granate y6xidos. Sin embargo, en todos los casas larelaci6n de oxidaei6n es semejante (comprendida entre 0,74 y 0,82) y evidencia unalto eSlado de oxidaci6n de estas rocas, muysuperior al que presentan la mayorfa de lasrocas metapeHticas de las coberteras NevadoFilabrides. en las cuales la relaci6n de oxidaci6n es generalmente inferior a 0,5. Elcontenido en Ti es superior en los nivelesde micacila frente a 10s de cuarzoesquisto,
636 1. TORRES-RUlZ, N. VELlLLA, P. FENOLL HACH-ALi
sin que se aprecie concentracion preferencialde unos lechos a Olros.
En conjunto, las rocas esrudiadas tienenuna composicion qUlmica que difiere notablemente de [as reslantes rocas que se handescriro hasta el momenlo en el ambiro delComplejo Nevado-Filabride, particularmenteen [0 que respecta alas altas concentracionesde Fe y de Mn y al alto estado de oxidacion.
4. Discllsion y conclllsiones
Condiciones de metamorfismoEn sectores pr6ximos al area estudiada,
GOMEZ.PUGNAIRE (1979) y DIAZ DE FEDERICO (1980) han establecido las condicionestermodimimicas del metamorfismo alpino enlas coberteras del Complejo Nevado-Filabride. En el conjunto de los sectores inves·tigados por los citados autores, durante laprimera fase del metamorfismo, caracterizadapor un regimen de altas presiones y bajogradiente termico, se pueden estimar unosmargenes de presi6n y de temperatura de10-1l kb y de 400-500"C respectivamente.En la segunda fase de metamorn.smo, demenor presion y mayor temperatura y gradieme termico que la primera, se estimanunas condiciones termodimlmicas comprendidas entre 5-9 kb y 500-600" C.
En relacion con la segunda fase de metamorfismo, [as metapelitas de la parte supe·rior de la cobenera del area aqui estudiadamuestran asociaciones mineralogicas propiasde grado bajo: cuarzo, moscovita, epidota,granate espesartinico, c10rita y c1oritoide,que indican unas condiciones de metamorlismo inferiores alas citadas ameriormente.De tal modo, puede establecerse un Hmitesuperior marcado por la ausencia de granatealmandinico en rocas de composici6n adecuada. Por otra parte, la presencia de laasociacion de oxidos: titanohematites + ferrianilmenita + magnetita, indica temperaturas superiores a 400" C, de acuerdo con lareaccion Fe;IO~ + TiO:.> = Fe:.>O:1 + FeTiO.1 ,
si bien eSle valor no esui rotalmente precisado en la actualidad (RUMBLE Ill, 1976).De acuerdo con 10 anteriormente expuesto,pilra las rocas estudiadas podrfan estimarsecomo muy probables unas temperaruras entre 450 y 500" C.
Las asociaciones mineral6gicas enconlra·das en la primera fase de metamor6smo no
nos permiten precisar adecuadamente lascondiciones de temperatura, aunque la evolucion general del meramor6smo en e[ Complejo Nevado-Filabride permitiria estimarcomo probable un margen de temperaturasen torno a 350.400" C.
Comportamiento del oxigeno duranteet metamorfismo
En el conjumo de las rocas estudiadas elconlenido en oxigeno y la 10:.> de la fase vaporhan estado fundamentalmente determinadospor su composicion quimica con anterioridadal melamorfismo. Esta conclusion deriva dela persistencia de gradientes de 10:.> de unoslechos a otros, incluso a escala milimetrica.Asf, se observan variaciones en la compo·sicion de la titanohematites y diferentes asodaciones de oxidos, tales como titanohematites + rutilo y titanohematites + ferrianil·menita + magnetita. Estas diferencias estanlambien presentes en las rocas adyacentes y,en especial, en la mineralizacion de hematitesespecular y magnetita en la que ahernanlechos con hematites y lechos con magnetita(TORRES-RUlZ, 1980). Esta misma argumen·tadon ha sido utilizada por numerosos autores (jAMES, 1955; CHINNER, 1960; STANTON, 1972 Y 1976... ) para poner de mani·fiesta que la existencia de gradientes de 10~
es inconsisleme 'con oxidacion 0 reducciona gran escala durante cl m~tamorfismo regional, e indican, por el contrario, que lamovilidad de oxigeno a traves de lechosdiferentes ha debido de ser muy pequeiia,y en cualquier caso, siempre inferior a lacapacidad neutralizadora de las asociadonesbuffer.
De acuerdo con CHlNNER (1960), el quecapas adyacemes no alcancen cl equilibrioentre si podrfa deberse a la capacidad restringida de la fase vapor para cambiar oxtgeno, ya que esta fase solo puede ocuparespacios intergranulares y, por tanlo, su pro·porcion frente a fases solidas sera muypequeiia. La capacidad redox de tal fasevapor sera baja y el grado de homogeneizacion del contenido en oxigeno entre diferentes capas de roca, alcanzado por el intercambio de oxfgeno e hidr6geno. dependera en gran medida del liempo disponiblepara la difusion. En estas condiciones, lasreacciones redox seran procesos lentos y,
GRANATES ESPESARTIN1COS Y OXIDOS DE F. Y DE T' EN ROCAS ETC. 63i
por tantO, un sistema podda ser «abierlo»para et oxigeno, pero se comportarfa coma« cerrado» durante el periodo relativamentecono de cristalizad6n metamorfica,
De acuerdo con 10 anteriormente dicho,cabe esperar que en estas rocas la variacionde la IO~ con la temperatura sea pequena,en cualquier caso, menor que la que imponela presencia de una asociaci6n buffer. Portanto, en et intervalo de capaddad redoxde la fase vapor, aumentos de la temperaturadurante et metamorfismo tenderan a condudr la evolud6n de los oxidos hada asociadones cada vez mas reduddas, y un decrecimiento conducira a asoclaciones mllS oxidadas.
Para el margen de temperaturas existentesdurante el metamor6smo y de acuerdo conlas asociadones y composid6n de los oxidospresentes, se han estimado unos valores pro·babies de IO~ comprendidos entre 18 y 23(-log atm). Dichos valores se han calculadosegun el diagrama de estabilidad de los Oxi·dos de Fe y de Ti en relaeion con IO~ y P(SPENCER Y LTNDSLEY, 1981) Y segun eldiagrama de isobaras de oxigeno en et pianoP·X del sistema Fe20:I·FeTiO" (WESTRA,1970).
TiO,
,.0
Fig. 10. - Evolud6n de los 6xidos de Fe y Tien d sislema: FeO-Fe.O.-TiO" a lemperaruras suoperiores a las de la reacd6n magnetita + rutilo =hematites s.s. + ilmenita s.s.. Hm s.s. = titanohemalites; 11"1 S.I. = ferrianilmanita; Ru = rutilo;MI = magnetita. a. . l.«hos de ooncemraciones degranate y 6xidos en micacil.a. b. - Le<:hos de oon·centraci6n de granatc y 6xidos en cuarzoesquisto.
Evolucion de los oxidosComo se esquematiza en la 6gum 10, la
evolucion de los oxidos de Fe y de Ti esel resultado de procesos de oxidadon y re·duccion en et sistema FeO·Fe~O:I·TiO~, manteniendose aproximadamente constame la re·ladon Fe/Ti. Las proporciones aproximadasde FeO, Fe~O:1 y TiO~ se han calculado apanir del analisis quimico y modal de laroca y de la composici6n de los principalesminerales que la componen, sustrayendo losporcentajes correspondientes alas silicatos.
En la primera fase de meramorfismo, enlos dos tipos de niveles de roca estudiados(micacitas y cuarzoesquistos), cristaliza unaasociacion de titanohematites + rutilo concantidades variables de FeTiO" en la tilanohematites. A unas condiciones fijas de presion y tempera tu ra, esta asociaci6n es univa·riante y la composidon de la titanohematitessera njada por la IO~ de cada lecho.
En la segunda fase de metamornsmo, elaumento progresivo de la temperatura, haslaalcanzar el climax en la fase postdnematica,produce una evoluci6n del sistema hacia condiciones relativamente roas reductoras, aun·que con desigual intensidad segun los ni·veles. En los de micadta la reduccion espequefia, manteniendose estable la asociaci6ntitanohematites + rutilo, si bien se produceun aumento en el contenido en moles deFeTiO:l en soluci6n s6lida en la titanohematites. Sin embargo, en los niveles de cuarzaes·quisto la reduccion es roas intensa, sabrepasandose la estabilidad de la asociadon titanohematites + rutilo, cristalizando la asociaci6n titanohematites + ferrianilmenita +magnetita, de acuerdo con las siguientes reac·ciones de formula simpli6cada:
2Fe~O:l + 4Ti02 = 4FeTiO:l + 026Fe20" = 4Fe;10~ + O~
para unas determinadas condiciones de presion y temperatura, esta asociaci6n es invariante y los cambios en las condieiones redoxse traducen en variaciones de las proporciones relativas de las distintas fases mine·ral6gicas caexistenles.
Con el descenso posterior de la temperatura se inicia una evoluei6n hada condido·nes otra vez mas oxidantes, puesta de ma·ni6esto por la martitizaci6n parcial de la mag·netita, manteniendose metaestable la aso·
638 J. TORRES-RUIZ, N. VELILLA, P. FENOl.L HACH-ALi
ciaci6n titanohematites + ferrianilmenita +magnelila.
Formacion d~l granau
La p~ncia de granate de composici6npredominantemente espesardnica esta bastante restringida en la nalUraleza debido ala escasez de rocas de composici6n qufmicaapropiada. Es pot esro que las referc:nciasbibliograncas sobre cl lema son relativamenteescasas, especialmente en 10 que respecta a1alRbiente metam6rfico (GooSSENS, 1970;KRAMM, 1973; LEONI y ORLANDt, 1975... ).En cl presente ttabajo, segun el conocimientode 105 aUlores, se describen y estudian condelalle, pot primera vez en Espafill, granatesde tal naturaleza.
Desde cl punto de vista textural, en losgranates estudiados resaltan dos aspe<:tas: laexistencia de grandes concentradanes decri stales y su habilo idiomorfo. Es conocido que la espesartina suele presentarse enagrupadones constituidas por gran numerode cristales de pequefio tamafio. Ello se debta la facilidad y rapidez del proceso de nu·c1eaci6n de este tipo de granates, tal comohan puestO de manil1esto diversos trabajosde sintesis experimental (Hsu, 1968; MOTTANA, 1974). El granate almandinico, porel contrario, se nuclea con dificuhad y tiendea formar nucleos dispersos que se desarrollanhasta constituir pomroblastos. (HINNER(1960) constata la existencia de una correlad6n inversa entre eI contenido en MnOdel granate y eI tamaiio del mismo. Por otraparte, el habito casi invariablemente idiomorfo en la espesanina se ha expljcado, bienpor una velocidad de credmiento baja, 0por un aumento de la anisotropia de la energfa superficial coma consecuenda de la In
corporad6n de cantidades imponantes demanganeso (SPRY, 1969).
El quimismo de la roca huesped juega unpapel esendal en la genesis de la espesartina,de modo que se forma solamenle en rocasricas en Si01 y AJ20 3 y con una proporci6ne1evada de manganeso respectO a otros ca·dones divalentes. En eI ambito metam6mco,su prese:ncia esta relacionada con dep6sitosdetrfticos 0 qufmicos enriquecidos en manganese por procesos quimicos durante la sedime:ntaci6n (MO'ITANA, 1974). Con anterioridad se ha rderido que IllS condidones del
metamorfismo sufrido por las rocas esludiadas no han sido 10 suficientemente elevadaspara la formad6n de granate almandinico.Sin embargo, cOmo seiiala (HINNER (1960).variadones importantes en eI quimismo delas rocas pueden desplazar la aparici6n deun determinado mineral hacia grados masaltos 0 mas bajos que eI normal, lIegandoincluso a produd~ inversiones en la sucesi6n tipica de zonas metam6mcas. £Stasituaci6n puede ser panicularmente aplicablea minerales ferromagnesianos tales comoclorita, biotita y granate.
Los lechos con concentraciones de granatesy de 6xidos presentan unos valores muyaltos de las relaciones MnO/FeO y MnO/MgO (0,7-1,2 y 1,6-3,5 respectivamente),que son de 35 y 170 veces superiores a losde la composici6n media de las rocas melapelitieas segun POLDERVAART (1955). Puesloque la estructura del granate permite la incorporaci6n de importanles cantidades de Mnen comparaci6n con ouos silicatos ferromagnesianos (Mn/Mg + Fe en eI granate> c1oritoide > c10rita > biotita). las proporciones lan elevadas de MnO/FeD y deMnO/MgO en la coca huesped han promovido la formad6n de granate espesaninico.:1 expensas de Otros ferromagnesianos aun agrados baj05 de metamomsmo, propi05 dela zona de la c1orita.
Otro de 105 factores que influyen mbdirectamente sobre la composidon y estabilidad de granates ricos en almandino y espe·sanina es la /02 (MULLER Y ScHNEIDER,1971), ya que tanto el Fe como el Mn tienenestados de oxidaci6n variables. Las relacionesde fase en el sistema Al-Mn-Fe-Si-O-H enrelad6n con este tipo de granales han sidoinvestigadas por Hsu (1968). En eI subsistema 3FeO-AbOa-3Si01-H20 el almandinodeja de ser estable en esrados de oxidacionmarcados por la asociaei6n buffer niqueJbunsenita. En contraste, la actividad del Mnesta menos afectada por valores altos de/02, ya que eSle elemenlo es mucho menossensible alas reacciones redox que el Fe.Por tanto, la espesanina puede ser estableen estad05 de oxidaci6n reladvamente e1e·vados, como 105 que impone la asociaci6nbuffer hematites-magnetita (Hsu, op. ci/.).Los trabaj05 experimentales de este autor ylas evidencias naturales aponadas por CHIN-
GRANATES ESPESARTINICOS Y QXIDQS DE F· Y DE T' EN ROCAS ETC. 639
NER (1960) Y KLEIN (1966), han demostrado, que al aumentar el estado de oxidad6n,el granate almandfnieo debe incorporar cantidades progresivamente crecientes de loscomponentes espesartina y piropo para man·tener su estabilidad. Los valores de IO~ queexistieron en las rocas estudiadas durantela cristalizacion del granate, son 10 suffidentemente elevados (~Iog IO~ = 18·23 atm)para permitir que la espesanina !lege a ser elcomponente predominante.
En los ultimos quince aCios la zonad6ncomposicional del granate ha sido objeto deespecial atend6n por parte de numerososinvestigadores. Como resultado, han surgidovarios mecanismos - algunos contradictoriosy otros complementarios - para explicaresta variaci6n quimica a escala del crista!'Los granates estudiados por nosotros muestran una zonaci6n composicional muy acusada, que de modo general puede tipificarsecoma « normal », es decir, definida por unaumentO en los contenidos en Fe y Mg yconcomitante disminuci6n en Mn desde elcentrO al borde del crista!' La distribuci6nzonal del manganeso puede expliearse seunlos modelos de HOLLISTER (1966), ATHERTON (1968) O'MIYASHIRO Y SHIDO (1973).Estos modelos, si bien presentan diferenciasentre si, conducen a la conclusi6n de que ladisminuci6n progresiva del contenido en Mnes funcion de la composici6n de la rocahuesped y de los coefidentes de repartici6ny su variaci6n durante el crecimiento.
El Ca presenta unos perfiles zonales fluctuantes y bastante irregulares, sin definir unatendenda generalizada, que evolucionan independientemente de los demas .componentes.Este tipo de zonaci6n debe estar originado,de acuerdo con ATHERTON (1968), BROWN(l9691 y CRAWFORD (1974 Y 1977), porreacciones continuas 0 discontinuas que implican a minerales dlcicos (epidota ylocal.dta) y, por tanto, afectan a la disponibilidadde Ca para el granate.
La evoluci6n composicional del Fe y delMg muestra un notable paralelismo y estacondicionada, por una parte, por la concentradon de Mn + Ca y, por otra parte, porel aumento progresivo de las condidones delmetamorfismo que ha posibilitado la incorporaci6n de cantidades crecientes de estoscationes.
En resumen, la zonacion de los granatesestudiados puede explicarse, fundamentalmente, por la acci6n conjunta de varios me·canismos Y/o factores; progresiva disminuci6n de la disponibilidad de Mn en el reservorio en que crece el granate, reacciones conminerales ricos en calcio y aumento progresivo del grado metamorfico.
Origen de las concenlraciones de Mn y Feen /as rocas
Como .ya se ha puesto de ma~ifiesto, lasrocas estudiadas eSUln asociadas espadalmente con una mineralizaci6n de hematites especular y magnetita. Asf mismo, en las proximidades existen mras mineralizaciones de siderita manganesffera, en la actualidad en sumayor parte oxidadas. Todas estas mineralizaciones han sido recientemente conside.radas de origen sedimentario (TORRES-RUIZ,1980). Segun este autor, durante la meteorizaci6n de areas continentales emergidas, enun clima de tipo tropical a subtropical, elFe y el MD son lixiviados y transportadosa cuencas restringidas donde se acumulan porprocesos qufmicos y/ 0 bioquimicos.
En nuestra opinion el origen del Mn y Feen las rocas estudiadas es similar al invocadopara las mineralizaciones. Sin embargo, present:m unas proporciones muy ahas deMn/Fe (1/5 a 1/6), que son del orden de8 a 10 veces superiores alas propordonesmedias de ambos elementos en la corteza terrestre y unas 5 veces superiores a las de lasmineralizaciones cercanas mas ricas en manganeso (siderita manganesifera). Estas matca·das diferencias en la relation Mn/Fe handebido produeirse debido al diferente potencial de oxidaci6n-reducei6n entre Fe y Mny alas distintas constantes de solubilidadde muchos de sus compuestos analogos, 10que permite su separati6n en el cido exo.geno, dependiendo de las condieiones fisicoquimicas del medio (KRAUSKOPF, 1956).
Agradecimien/os. - Agradecemos al Dr. GM. MOLlNdel .. Isliluto di Mineralogia e Petrologia dell'Uni·versilD. di Padova _, la sealiz.aci6n de 105 analisisde microsonda electrOnica. As! mismo, agradecemosal Prof. F.P. S"SSI, del citado Isliruto, la ayudaprestada para la psesenlaci6n de esle tabajo enel Con,llre50 de la SJ.M.P., y al Pro£. M. RODRIGUEZ GALLEGO, del Deparlamento de Crislalogra·fla y Mineralogla de la Universidad de Gnmada,la lectura cridca del manuscriro.
6'0 J. TORRES-RUIZ, N. VELlLL.... P. FENOLL HAeH-ALI
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