CARACTERIZACIÓN PETROLÓGICA DEL STOCK DE MANIZALES

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1 I CARACTERIZACIÓN PETROLÓGICA DEL STOCK DE MANIZALES CARLOS ANDRES MONTENEGRO RIPPE Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Departamento de Geociencias Bogotá, Colombia 2017

2 CARACTERIZACIÓN PETROLÓGICA DEL STOCK DE MANIZALES CARLOS ANDRES MONTENEGRO RIPPE Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de: Magister en Ciencias-Geología Director: (PhD.) CARLOS AUGUSTO ZULUAGA CASTRILLON Línea de Investigación: Petrología y Geoquímica Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Departamento de Geología Bogotá, Colombia 2017

3 Agradecimientos A mi esposa Gynna Angarita quien ha sido apoyo y motivación para el desarrollo de la Maestría. A mi familia por impulsar y ser testigo de mi formación y desarrollo profesional. Al profesor Ph.D. Carlos Augusto Zuluaga Quien ha sido mi asesor de proyectos desde el programa de pregrado en Geología. Al geólogo Msc Julián Andrés López Isaza por sus incontables aportes y acompañamiento en la realización de este estudio.

4 Resumen El stock de Manizales es un cuerpo intrusivo félsico, caracterizado por tres variaciones composicionales: tonalita biotítica con hornblenda, tonalita biotítica y granodiorita (Aguirre y López, 2003; Plazas, 2010; López et al., 2015). Este cuerpo es de edad Paleoceno (Jaramillo, 1978; McCourt et al., 1984) y se encuentra ubicado al este de la ciudad de Manizales (norte del Volcán Nevado del Ruiz). Mineralógicamente se encuentra zonado con tonalita en sus márgenes y granodiorita en el interior, se ha descrito en diversos trabajos como un plutón mesozonal que intruye la Milonita Granítica del Guacaica (López et al,. 2005; Fonseca et al., 2015) y los esquistos negros del Complejo Cajamarca (Mosquera, 1978; González-Londoño 2002; Plazas, 2010). La presencia de minerales como biotita, anfíbol y epidota magmática permiten delimitar las condiciones de emplazamiento del cuerpo. El presente estudio busca caracterizar a través de diversos análisis (petrografía, análisis químico de roca total, y química mineral) los procesos de emplazamiento y enfriamiento.

5 Abstract The Manizales Stock is a felsic intrusive body characterized by three compositional variations: biotite-hornblende tonalite, biotite tonalite and granodiorite (Aguirre & López, 2003; Plazas, 2010; Aguirre et al., 2015). The age of the stock is Paleocene (Jaramillo, 1978; McCourt et at., 1984), it is located east of Manizales (north of the Nevado del Ruiz volcano). The stock is mineralogically zoned with tonalite at its margins and granodiorite towards the interior, it has been described in diverse papers as a mesozonal plutón that intrudes the Guacaica Granitic Mylonite (López et al,. 2007; Fonseca et al., 2015) and the black schists of the Cajamarca Complex (Mosquera, 1978; Gonzalez-Londoño, 2002; Plazas, 2010). The presence of biotite, amphibole and magmatic epidote allow the interpretation of emplacement conditions. The present study seeks to characterize through petrography, whole rock chemical analysis, and mineral chemistry the emplacement and crystallization processes (i.e., pressure and temperature of emplacement)..

6 Contenido Contenido... VI Lista de figuras... VIII Lista de Tablas... X Lista de abreviaturas... XI 1. Introducción Antecedentes Problema de Investigación Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Metodología Marco Geológico Geología Regional Tectónica Regional Geología Local PETROGRAFÍA Descripción mineralógica Plagioclasa Cuarzo Feldespato alcalino Epidota Hornblenda Biotita GEOQUÍMICA Clasificación Geoquímica de las Rocas del Stock de Manizales Tipo de granitoides Diagramas de Variación Química Diagramas REE Diferenciación Discriminación de Ambientes tectónicos QUÍMICA MINERAL Plagioclasas Feldespato Alcalino Anfíbol Biotita TERMOBAROMETRÍA Geobarometría de Al en Hbl Termometría Plagioclasa-Anfíbol Origen de la epidota y profundidad de emplazamiento... 55

7 6. DISCUSIÓN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA A. Anexo: Descripción petrográfica de las secciones delgadas B. Anexo: Análisis Químico de Roca Total C. Anexo: Datos para la clasificación de Anfíboles D. Anexo: Cálculos de Barométria con Anfíboles E. Anexo: Análisis de Biotita en Microsonda electrónica... 82

8 Lista de figuras Figura 1-1: Mapa de ubicación del área de estudio donde se muestran algunas de las unidades geológicas (Tomado de Aguirre y López, 2003) Figura 1-2: Localización geográfica de las muestras Figura 2-1: Clasificación modal de las muestras del Stock de Manizales (Diagrama QAP para rocas plutónicas de Streckeisen, 1976) Figura 2-2: Muestra CAM-20 (Quebrada Fardos) Figura 2-3: Muestra CAM-21 (vía la Enea al sector de la Gruta) Figura 2-4: Muestra CAM-09 (parte alta del rio Chinchiná) Figura 2-5: Mapa geológico de las variaciones composicionales del Stock de Manizales Figura 2-6: Microestructuras de Plagioclasa Figura 2-7: Microestructuras de Cuarzo Figura 2-8: Microestructuras de Feldespato Alcalino Figura 2-9: Microestructuras de Epidota Figura 2-10: Microestructuras de Hornblenda Figura 2-11: Microestructuras de Biotita Figura 3-1: Diagrama TAS (Cox, et al., 1919) Figura 3-2: Diagrama R1 - R2 (De la Roche et al. 1980) Figura 3-3: Diagramas modificados de Winchester y Floid, (1977) para rocas plutónicas Figura 3-4: Diagrama AFM de Irvine y Barragar, (1971) Figura 3-5: Diagrama K 2O-SiO 2 de Peccerillo y Taylor (1976) Figura 3-6: Clasificación de las litologías en el diagrama A/NK vs A/CNK (Maniar y Piccoli, 1989) Figura 3-7: Diagramas de variación para algunos elementos mayores para 12 muestras del cuerpo intrusivo Figura 3-8: Diagramas Harker para algunos elementos traza (SiO 2 en el eje X) Figura 3-9: Diagrama de REE normalizado a manto primitivo Figura 3-10: Diagrama tipo spider normalizado con relación a manto primitivo (Mcdonough et al., 1995) Figura 3-11: Diagrama ternario de Ba, Rb y Sr Figura 3-12: Diagramas discriminación tectónica Pearce et al. (1984) Figura 3-13: Diagrama de Harris, et al., (1986) Figura 3-14: Diagrama R1 R2. Batchelor y Bouden (1985) Figura 4-1: Mapas composicionales de plagioclasas en la muestra CAM 09B Figura 4-2: mapa composicional de plagioclasas de la muestra CAM Figura 4-3: (A) Diagrama de Clasificación de Feldespato Plagioclasa. (B) Grafica de análisis de núcleo y borde en plagioclasas. Analisis de las concentraciones de Ca y Na donde se evidencia la zonacion oscilatoria Figura 4-4: Mapa composicional de contenido de potasio (muestra CAM 16)

9 Figura 4-5: Mapa composicional de calcio Figura 4-6: Mapas composicionales para Calcio en la sección CAM Figura 4-7: Imágenes BSE y contenido de Calcio en CAM Figura 4-8: Nomenclatura de anfíboles cálcicos Figura 4-9: Nomenclatura para anfíboles cálcicos según Leake et al. (1997) Figura 4-10: Diagrama de Al IV Vs Fe/(Fe + Mg) de Deer (1992) Figura 4-11: Diagrama de clasificación para biotita. Foster (1960) Figura 5-1: Epidota magmática asociada con biotita y cuarzo. CAM Figura 5-2: Cristal de allanita en muestra M-039 (sección delgada aportada y descrita en Lopez y Aguirre, 2003)

10 Lista de Tablas Tabla 2-1: Clasificación de Muestras Tabla 3-1: Análisis Químico de Roca Total Tabla 5-1: Resultados de los cálculos de Geobarometría según Schmidt (1992) Tabla 5-2: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 03. Ecuaciones en Holland y Blundy, (1994) Tabla 5-3: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 16. Ecuaciones en Holland y Blundy (1994) Tabla 5-4: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 20. Ecuaciones en Holland y Blundy (1994) Tabla 5-5: Resumen de datos composicionales de Epidota... 57

11 Lista de abreviaturas Abreviatura Término Proporción molecular de Al A/CNK 2O 3/CaO, Na 2O, K 2O A/NK Proporción molecular Al 2O 3/Na 2O, K 2O Ab Albita Afs Feldespato alcalino A (álcalis: Na AFM 2O+K 2O), F (FeO+Fe 2O 3), y M (MgO) Al-in-Hbl Aluminio-en-hornblenda Aln Allanita An Anortita Ap Apatito BSE Bt CAG CAG CAP CCG CEUG Chl COLG EPMA Ep Detector back-scattered Electron Biotita Granitoides de arco continental Granitoide de colisión continental Arco continental Granitoides de colisión continental Continental epeirogenic uplift granitoids Clorita Granitos de colisión Electron microprobe analyzer Epidota Hbl HREE IAG IOP Kfs LOP LREE MALI MREE Ms OP Opq Or ORG Hornblenda Heavy Rare Earth Element Granitoides de arcos de islas Arco oceánico inicial Feldespato Potásico Arco oceánico tardío Light Rare Earth Element Modified alkali-lime index Middle Rare Earth Element Muscovita Plagiogranitos oceánicos Minerales opacos Ortoclasa Granitos de ridge oceánico

12 Abreviatura Término P Pressure PAP Arco postcolosional Pl Plagioclasa Pmax Máxima Presión Pmin Mínima Presión POG Granitoides post-orogénicos PPL Luz polarizada plana QAP Qz REE RRG Rt Spn TAS Ttn VA VAG VAG WPG wt% XPL Zrn Quartz, Alkali feldspar, Plagioclase Cuarzo Rare Earth Element Granitoides relacionados a rift Rutilo Esfena Total Alcalis Silica Titanita Arco volcánico Granitos de arco volcánico Granito de arco volcánico Granito intraplaca Porcentaje en peso Luz polarizada cruzada Zircón

13 1. Introducción La configuración geológica de Colombia se interpreta como el producto de acreción de un conjunto de terrenos alóctonos adosados al cratón amazónico durante diversos periodos geológicos. La Cordillera Occidental comprende secuencias oceánicas alóctonas de rocas volcánicas básicas y sedimentos marinos de edad Cretácico Superior a Cenozoico, intruidas y cubiertas por rocas ígneas cenozoicas y secuencias volcánicas (González et al., 1988; Aspden et al., 1987). La Cordillera Oriental está formada por rocas continentales polideformadas ígneas y metamórficas del Precámbrico y del Paleozoico cubiertas por secuencias sedimentarias Paleozoicas a Mesozoicas (González et al., 1998). La Cordillera Central en contraste, comprende un núcleo complejo polimetamorfico pre-mesozoico (Restrepo y Toussaint, 1982). Este basamento está compuesto por rocas metamórficas de grado bajo a medio del Complejo Cajamarca que incluye esquistos peliticos, cuarcitas, mármoles y anfibolitas (Maya y González, 1995). El estudio de esta Cordillera ha permitido deducir que ésta es producto de la acreción de varios terrenos alóctonos (Vinasco, et al., 2006). El Stock de Manizales es un cuerpo ígneo intrusivo, ubicado al este de la ciudad de Manizales, en el flanco occidental de la Cordillera Central y al norte del volcán Nevado del Ruiz. Aflora entre las quebradas Romerales al sur y Martinica al norte (Figura 1-1). Se interpreta como un plutón mesozonal, es de edad Paleoceno y tiene forma ovalada con ligero combamiento hacia el sector suroeste (Aguirre y López, 2003). Mineralógicamente se encuentra zonado, con presencia de tonalita en sus márgenes y granodiorita hacia el interior del cuerpo, además presenta evidencias de mezcla de magmas de acuerdo con las microestructuras encontradas en los minerales (Aguirre y López, 2003; López et al., 2015). Este cuerpo, posiblemente asociado a un ambiente de margen continental activa, intruye las rocas pertenecientes a la Milonita Granítica del Guacaica y a los esquistos negros del Complejo Cajamarca; en la roca caja se ubica una aureola de contacto donde se observan

14 2 Introducción las facies metamórficas hornfelsa albita epidota y cornubianita anfibolita (Aguirre y López, 2003). Q. MARTINICA Q. ROMERALES

15 Introducción 3 Figura 1-1: Mapa de ubicación del área de estudio donde se muestran algunas de las unidades geológicas (Tomado de Aguirre y López, 2003).

16 4 Introducción 1.1. Antecedentes El Stock de Manizales fue reportado como un cuerpo cuarzodiorítico aflorante al oriente de Manizales por López (1971). En estudios posteriores se acuña el nombre de Stock de Manizales (Mosquera, 1978). González y Londoño (2002) se refieren al cuerpo como Granodiorita de Manizales; posteriormente López et al. (2005) proponen el nombre de Tonalita-Granodiorita de Manizales con base en la identificación de las variaciones composicionales del cuerpo. Para el Stock de Manizales, Jaramillo (1978) reporta una edad por huellas de fisión en Zircón de 62.4 ± 3.6 Ma. McCourt et al. (1984) reportan edades de K/Ar en biotita de 57 ± 2 Ma y 56 ± 3 Ma. Bayona et al. (2012) reportan un análisis en circón de U-Pb que ubica la muestra (Tonalita) en el Paleoceno (59.8 ± 0.7 Ma). Finalmente, Villagómez y Spikings (2013) reportan una edad de enfriamiento de 43.9 ± 4.2 Ma usando huellas de fisión. De acuerdo con la clasificación para rocas plutónicas de Compton (1985) las rocas que constituyen el Stock de Manizales son leucocráticas, faneríticas, de tamaño de grano medio a fino, con fábricas anisotrópicas planares débiles a fuertes. Se encuentran enclaves microgranulares máficos, enclaves microgranulares félsicos y xenolitos de la Milonita Granítica del Guacaica, todos con formas elipsoidales alargadas con su eje mayor orientado concordantemente con la fábrica anisotrópica planar Problema de Investigación En este trabajo se estudian las variaciones composicionales que se presentan en el Stock de Manizales y la caracterización petrológica del cuerpo intrusivo. La caracterización del cuerpo permitirá responder al interrogante que se tiene respecto a las condiciones de presión y temperatura de emplazamiento de la intrusión.

17 Introducción Objetivos Objetivo General Determinar las condiciones de presión y temperatura del emplazamiento del Stock de Manizales Objetivos Específicos Realizar cartografía geológica que permita registrar nuevos datos para analizarlos y relacionarlos con los ya existentes. Determinar la composición y las variaciones mineralógicas del cuerpo con base en análisis petrográficos y químicos Metodología Para dar solución a la problemática planteada y poder resolver cada uno de los objetivos propuestos se utilizó la siguiente metodología: Revisión Bibliográfica: realizada durante la fase de planeación del proyecto, su desarrollo y culminación. Comprendió la búsqueda, compilación y análisis de información, análisis de datos, manejo de los resultados para dar sustento a las conclusiones obtenidas. Fase de Campo: La fase de campo involucró la cartografía geológica, la descripción de cada uno de los afloramientos visitados, recolección de muestras y posibles estructuras para dilucidar eventos ocurridos en el cuerpo ígneo. Análisis de Laboratorio: Análisis Petrográfico: Las secciones delgadas fueron analizadas en un Microscopio Petrográfico Olimpus Bx51 para obtener la composición mineralógica y clasificar modalmente las muestras según los criterios de las

18 6 Introducción subcomisiones para la clasificación de rocas ígneas de la IUGS (Streckeisen, 1979). Catodoluminiscencia: Las secciones delgadas también fueron analizadas en un equipo de catodoluminiscencia para refinar el estudio textural de la sección delgada y sustenta las observaciones realizadas con microscopía óptica convencional. Análisis químico de roca total: Para un conjunto de muestras se determinaron las concentraciones de óxidos de elementos mayores y traza. Estos análisis permitieron construir diagramas utilizados en la interpretación del origen y evolución del cuerpo. Los análisis de roca total se realizaron en los laboratorios ALS Global por los métodos de plasma de acoplamiento inductivoespectroscopia de emisión atómica (ICP-AES) y espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Análisis mediante microsonda electrónica: En algunas muestras se realizaron análisis químicos cuantitativos puntuales de minerales y se obtuvieron mapas composicionales. El análisis de química mineral se realizó en el equipo Superprobe JEOL JXA-8230 del laboratorio de análisis de la Universidad Nacional de Colombia. Las condiciones de medida empleadas fueron: aceleración de voltaje de 15 Kv; 20 na de corriente del haz; diámetro del haz entre 5 µm - 10 µm; tiempo de medida de cada elemento de 20 s para el pico, y de 10 s para el fondo. Las correcciones se realizaron a partir del método ZAF. Los mapas composicionales se realizaron en WDS y EDS con una aceleración de voltaje de 15 Kv a 85 ηa. Se eligieron 6 secciones delgadas pulidas de las diversas variaciones composicionales que se encuentran en el cuerpo intrusivo. Los minerales analizados fueron plagioclasas, anfíboles, biotita y epidota magmática.

19 Introducción Marco Geológico El Stock de Manizales es un cuerpo ígneo intrusivo que aflora al este de la ciudad de Manizales (Caldas), en el flanco occidental de la Cordillera Central de Colombia, al norte del Volcán Nevado del Ruiz. Se encuentra localizado entre las Quebradas Romerales y Martinica como límites geográficos al sur y al norte respectivamente. El área se encuentra dentro de las planchas topográficas 206-IV-A y 206-IV-C (escala 1:25.000) del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC). Las Figuras 1-1 y 1-2 muestran la localización general de la zona de estudio.

20 8 Introducción Figura 1-2: Localización geográfica de las muestras.

21 Introducción 9 Las vías de acceso utilizadas para llegar a la zona de estudio son: para el sector sur, Manizales Barrio La Enea Termales El Otoño Hotel Termales El Ruiz; para el sector central, Manizales Barrio Maltería Corregimiento de Letras El Desquite La Plazuela, siguiendo la Vía al Magdalena hasta el Corregimiento de Letras y para el sector norte, Manizales Alto del Guamo Vereda Hoyo Frío Vereda Mangabonita Termopilas Geología Regional La zona de estudio se encuentra caracterizada por las unidades geológicas aflorantes dentro del sector comprendido entre el eje de la Cordillera Central y su flanco Occidental, al este de la Ciudad de Manizales. Entre las unidades aflorantes se encuentran: Complejo Cajamarca: Definido por Maya y González (1995), corresponde al paquete de rocas metamórficas compuesto por esquistos cuarzo-sericíticos, esquistos verdes, filitas, cuarcitas, algunas franjas de mármoles y rocas de alto grado metamórfico, con edades que van desde el Paleozoico hasta el Cretáceo. Este conjunto es el resultado de varios eventos metamórficos superpuestos en el tiempo y además con diferentes condiciones de presión y temperatura (Restrepo y Toussaint, 1982), que aflora entre la Falla de Mulato (Maya y González, 1995) y la Zona de Falla de San Jerónimo (González 2001; Cuellar et al., 2003). Complejo Quebradagrande: Definido por Maya y González (1995), corresponde a un conjunto de rocas el cual ha sido dividido en dos miembros (sedimentario y volcánico), ambos afectados por metamorfismo de bajo grado. Aflora entre la zona de Falla de San Jerónimo y la Falla Silvia Pijao. Tiene edades reportadas que van del Cretáceo Temprano al Cretáceo Tardío. Cuerpos intrusivos granitoides y subvolcánicos: Incluyen diferentes intrusiones con edades desde el Triásico (Mosquera, 1978; Yazo, 1991; González, 2001) hasta el Terciario (Toussaint y Restrepo, 1978; Flórez, 1986; González, 2001), los cuales corresponden a cuerpos pequeños de composiciones graníticas, andesíticas y dacíticas.

22 1 0 Introducción Cobertura Volcánica: coladas de lava de composición basáltica y andesítica, algunas porfiríticas, con edades desde el Terciario hasta el Presente, flujos piroclásticos y de escombros y depósitos de lluvia piroclástica de edad Cuaternario a Reciente Tectónica Regional En el flanco oriental de la Cordillera Central, el Sistema de Fallas de Palestina es la principal estructural regional. Esta Falla, definida por Feininger (1970), tiene una longitud de km, una orientación preferencial noreste y un desplazamiento dextral de 27 km (Paris et al., 2000). Ha tenido actividad entre el Cretácico Tardío y el Cuaternario (Feininger et al., 1970). En el flanco occidental, la principal estructura es el Sistema de Fallas de Romeral con una longitud de 700 km, orientación preferencial dominante nor-noreste y desplazamientos rumbodeslizantes (Paris et al., 2000). El sistema de Fallas de Romeral forma una zona de deformación con una amplitud variable entre 20 y 40 km, que da al flanco occidental de la Cordillera Central un relieve de bloques en escalones producto de una componente de desplazamiento principalmente vertical durante el Plioceno (Flórez, 1986) Geología Local En la zona de estudio afloran las unidades que se describen a continuación: Complejo Cajamarca: comprende esquistos verdes, grises y negros y cuarcitas, afectadas por metamorfismo dinámico, con desarrollo local de pliegues y micropliegues. Las rocas presentan buzamientos al este principalmente y se encuentra como una franja que atraviesa la zona de estudio de sur a norte. Los esquistos verdes reciben el nombre por su color característico y dentro de la zona de estudio se encuentran como franjas más o menos continuas con espesores de decenas de metros, alargados con dirección norte sur y extensiones de centenas de metros a pocos kilómetros, buzamientos variables al este. Los esquistos negros forman una franja continua en el sector occidental de la zona de estudio con una

23 Introducción 11 dirección norte - sur y buzamientos al este, y un espesor de varias centenas de metros. Tienen brillo y tacto sedoso, foliación esquistosa y color negro lustroso y gris. Se encuentran intercalados con los esquistos verdes de manera concordante con la foliación, y eventualmente presentan paquetes decimétricos a métricos concordantes de franjas lenticulares de cuarcitas. Esta unidad se encuentra en contacto intrusivo deformado con la Milonita Granítica del Guacaica (Cuellar et al., 2003). Milonita Granítica del Guacaica: Unidad definida por Cuellar et al. (2003), López et al. (2005), y Fonseca et al. (2015). Se trata de rocas granitoides, con deformación dúctil, estructura gnéisica definida por láminas oscuras de biotita intercaladas con bandas claras de cuarzo, feldespato potásico, plagioclasa y mica blanca que se desvían pocos grados al este y al oeste, con buzamientos moderados a fuertes hacia el este. Es común encontrar en este cuerpo estructuras augen de cuarzo y feldespatos, venas y boudines de cuarzo de forma lenticular y longitud centimétrica, y pliegues isoclinales y apretados de dimensiones centimétrica a métricas. Stock de Manizales: El Stock de Manizales es un cuerpo ígneo intrusivo principalmente de composición granítica. Las rocas del stock están compuestas por plagioclasa, cuarzo, feldespato potásico, biotita y hornblenda. Se trata de rocas leucocráticas, faneríticas de tamaño de grano de medio a fino principalmente, con fábricas anisotrópicas planares débiles a fuertes (Aguirre y López, 2003). Es común encontrar enclaves microgranulares máficos, enclaves microgranulares félsicos y xenolitos de la Milonita Granítica del Guacaica, con formas elipsoidales alargadas con su eje mayor orientado concordantemente con la fábrica anisotrópica planar. Debido a las condiciones climáticas de la zona el cuerpo presenta alto grado de meteorización, especialmente en las laderas, con espesores de regolito de hasta 8 m, en los que es común encontrar desde un saprolito con estructura y bloques con meteorización esferoidal hasta un material de color amarillo crema, compuesto en su mayoría por arcilla y granos de cuarzo. La forma del cuerpo es ovalada con un ligero combamiento hacia el sector suroeste, con su eje mayor orientado en dirección norte noreste, paralelo al eje de la Cordillera Central. El cuerpo se extiende 10 km de sur a norte y 6.5 km de este a oeste, (65 km 2 de área de los

24 1 2 Introducción cuales afloran 32 km 2, ya que en su gran mayoría se encuentra suprayacido por cobertura volcaniclástica).

25 2. PETROGRAFÍA Se realizó un estudio petrográfico de 34 muestras tanto del cuerpo intrusivo como de las rocas encajantes de la Milonita Granítica del Guacaica la cual lo hospeda. De las 34 secciones delgadas, ocho muestras provienen del trabajo de Aguirre y López (2003) y cuatro del trabajo de Plazas (2010). En la figura 1-2 se puede observar la ubicación geográfica de cada una de las muestras citadas. La tabla 2-1 tiene un resumen de la caracterización petrográfica, el anexo A contiene descripciones detalladas. La mayoría de las rocas analizadas se ubican en los campos de granodiorita y tonalita (figura 2-1). Tabla 2-1: Clasificación de Muestras. MUESTRA CAM-01 Qz (%) Kfs (%) Pl (%) Bt (%) Hbl (%) Ep (%) Aln (%) Opq (%) Ap (%) Ms (%) Spn (%) Chl (%) CLASIFICACIÓN TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM-02 TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM-03 TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM-09A GRANODIORITA CAM-09B GRANODIORITA CAM-13B TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM-14 TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM TONALITA BIOTITICA CAM-16 TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM GRANODIORITA CAM GRANODIORITA CAM-20 TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA CAM TONALITA BIOTITICA CAM-22A TONALITA BIOTITICA CON HORBLENDA CAM-23A MILONITA CAM-23B BRECHA DE FALLA CG TONALITA BIOTITICA JP TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA JP TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA JP-06A TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA

26 14 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales MUESTRA Qz (%) Kfs (%) Pl (%) Bt (%) Hbl (%) Ep (%) Aln (%) Opq (%) Ap (%) Ms (%) Spn (%) JP-06B JP-O Chl (%) CLASIFICACIÓN TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA M TONALITA BIOTITICA M TONALITA BIOTITICA M TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA M TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA m TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA m TONALITA BIOTITICA M-061A M-062A TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA TONALITA BIOTITICA CON HORNBLENDA Figura 2-1: Clasificación modal de las muestras del Stock de Manizales (Diagrama QAP para rocas plutónicas de Streckeisen, 1976).

27 Petrografía 15 El cuerpo tiene una composición entre tonalita biotítica con hornblenda, tonalita biotítica y granodiorita (Figura 2-5). Se caracteriza por contenidos variables de cuarzo, plagioclasa y feldespato alcalino (minerales esenciales), proporciones menores de biotita y hornblenda (accesorios mayores), y minerales traza como circón, apatito, esfena y minerales del grupo de la epidota. Algunas muestras fueron clasificadas como Monzogranito (CG*, CG2) y como granitoide rico en cuarzo (CG3), estas muestras se encuentran en la zona de contacto de las dos unidades. Tonalita Biotítica con Hornblenda: se localiza en el sector occidental del cuerpo. La roca es holocristalina, inequigranular, de tamaño de grano medio a fino, fanerítica, compuesta por cuarzo (27% - 52%), plagioclasa (28% - 55%) y feldespato alcalino (0.0% - 8.0%); tiene biotita (10% - 24%) y anfíbol (0.0% - 12%) como minerales accesorios principales y epidota, allanita y opacos como minerales accesorios menores. Además, tiene algunas trazas de apatito, circón y esfena. Como minerales secundarios se observa sericita, epidota y clorita. Se caracteriza por tener fenocristales euhedrales zonados de plagioclasa. La hornblenda aparece en algunas secciones en cristales euhedrales de color verde, la biotita se caracteriza por tener colores que van de pardo a verde (Figura 2.2). Figura 2-2: Muestra CAM-20 (Quebrada Fardos). (A) afloramiento, (B) muestra de mano, (C) y (D) imágenes en PPL y XPL de la sección delgada.

28 16 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Tonalita Biotítica: predomina al interior del cuerpo, la roca es faneritica, holocristalina e hipidiomorfica, de tamaño de grano de fino a medio, mineralógicamente compuesta por feldespato potásico (6% - 7%), cuarzo (32% - 42%) y plagioclasa (35% - 48%) como minerales esenciales, biotita (9% -17%) como mineral accesorio principal y apatito y circón como minerales traza. Se observan cristales euhedrales a anhedrales zonados de plagioclasa, cuarzo con extinción ondulante y texturas de recristalización de borde de grano (Figura 2.3). Figura 2-3: Muestra CAM-21 (vía la Enea al sector de la Gruta). (A) afloramiento, (B) muestra de mano, (C) y (D) imágenes en PPL y XPL de la sección delgada. Granodiorita Biotítica: se observa también al interior del cuerpo en el sector oriental, se trata de rocas holocristalinas, inequigranular de tamaño de grano fino a medio y cristales de tamaño grueso de cuarzo (28% - 40%), plagioclasa (23%-37%) y feldespato alcalino (9% - 36%). El feldespato alcalino, la plagioclasa y el cuarzo tienen textura poiquilitica, la biotita (6% - 15%) aparece como mineral accesorio principal y se tienen trazas de apatito y circón (Figura 2.4).

29 Petrografía 17 Figura 2-4: Muestra CAM-09 (parte alta del rio Chinchiná). (A) imagen de Catodoluminiscencia, (B) muestra de mano, (C) y (D) imágenes en PPL y XPL de la sección delgada.

30 18 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 2-5: Mapa geológico de las variaciones composicionales del Stock de Manizales.

31 Petrografía Descripción mineralógica Plagioclasa Se presenta en cristales euhedrales a anhedrales que varían de tamaño de grano fino a medio, con zonación en parches, normal, inversa, y oscilatoria. Se observan sineusis y microfracturas submagmáticas rellenas de cuarzo. Está parcialmente alterada a sericita, epidota y moscovita, en algunas secciones se observan estructuras de deformación de estado sólido y recristalización de borde de grano (Figura 2-6). Figura 2-6: Microestructuras de Plagioclasa. (A) Imágen de Catodoluminiscencia y (B) en nicoles cruzados de plagioclasa con zonación oscilatoria en cuarzo poiquilitico y presencia de feldespato potásico (muestra CAM-09B). (C) (nicoles cruzados) se observa cuarzo con extinción ondulante y plagioclasa con macla polisintetica y zonación oscilatoria (sineusis). (D) plagioclasa con alteración a lo largo de sus planos de exfoliación en sus planos orientados. (E) textura poiquilitica de cristales de cuarzo y plagioclasa en feldespato potasico.

32 20 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Cuarzo Se presenta en cristales anhedrales de tamaño medio a fino, con extinción ondulante. Generalmente se presenta intersticial entre el feldespato potásico y la plagioclasa, en algunas muestras se observa además como cuarzo microcristalino, con textura de recristalización de borde de grano y también en exsoluciones de mirmequita. Se presentan estructuras poiquiliticas de cuarzo y plagioclasa en feldespato potásico (Figura 2-6 E) y en algunas secciones se tiene la presencia de cuarzo flash (Figura 2-7). Figura 2-7: Microestructuras de Cuarzo. (A) cuarzo microcristalino entre biotita que exhibe orientación preferencial (Sección cg3). (B) cuarzo anhedral con extinción ondulante rodeado por cristales de Anfibol y plagioclasa con macla de macla de Carlsbad Feldespato alcalino Se trata de microclina con macla en enrejado, localmente textura poiquilitica con inclusiones de cristales de cuarzo y plagioclasa, y estructuras de inversión de ortoclasa a microclina (Figura 2-8).

33 Petrografía 21 Figura 2-8: Microestructuras de Feldespato Alcalino. (A) microclina, producto de inversion de ortoclasa, en cristal anhedral rodeado de cristales de cuarzo y plagioclasa (Placa CG2). (B), (C) y (D) textura poiquilitica de cuarzo y plagioclasa incluidos en el feldespato de color azul (en imagen de Catodoluminiscencia, C) (sección CAM-18) Epidota La epidota y la clinozoisita se caracterizan por ser anhedrales a subhedrales, de hábito granular, tamaño de grano medio a muy fino, con tonos de amarillo (figura 2-9). La allanita es euhedral a subhedral, de tamaño de grano fino a medio, con hábito prismático corto y largo, de relieve moderado, formas rómbicas y seudohexagonales con lados rectos desiguales. Los cristales presentan tonalidades rojizas, extinción recta, a veces zonados y con macla simple (Figura 2.9).

34 22 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 2-9: Microestructuras de Epidota. En las imágenes superiores se observa asociada a plagioclasa, en las imágenes inferiores se observa asociada a biotita (sección CAM-03), Hornblenda Se observa en cantidades importantes (hasta 12%) sólo en la tonalita biotítica con hornblenda, como cristales euhedrales a anhedrales aislados y asociados a biotita con hábitos prismáticos largos y cortos; en algunas ocasiones con macla simple. También es frecuente encontrarla formando agregados poliminerálicos con biotita ± epidota ± opacos a manera de racimos máficos, presenta pleocroísmo verde pálido a verde y pardo-verdoso (Figura 2-10).

35 Petrografía 23 Figura 2-10: Microestructuras de Hornblenda. (A) hornblenda asociada a epidota magmatica, muy fracturada y alterada (sección CAM- 03). (B) y (C) hornblenda asociada a plagioclasa y cuarzo (sección CAM-16) Biotita Se presenta en cristales subhedrales a anhedrales, de tamaño de grano de grueso a muy fino, hábito hojoso y es frecuente encontrarla como agregados cristalinos monominerálicos o racimos (clusters) con dimensiones milimétricas a centimétrica. Presenta pleocroísmo verde-café. Se pueden distinguir dos generaciones de biotita en el sector sur del cuerpo: la primera como cristales de tamaño de grano medio con bordes corroídos y rasgos de deformación (planos kink y combamiento), y la segunda como cristales neocristalizados con tamaño de grano de muy fino a fino (Figura 2-11).

36 24 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 2-11: Microestructuras de Biotita. En todas las imágenes se observan cristales de biotita muy fragmentados con presencia de micropliegues, con pleocroismo café. Se observan rodeados por anfíbol, plagioclasa y cuarzo principalmente. En las imágenes E y F también se encuentran asociados a epidota magmatica.

37 3. GEOQUÍMICA En esta sección se presentan diferentes esquemas de discriminación, basados en geoquímica de elementos mayores, menores y elementos traza (tabla 3-1) lo cual, tiene como objetivo clasificar las rocas de este estudio en términos de diferenciación magmática, evolución geodinámica y ambiente tectónico. Tabla 3-1: Análisis Químico de Roca Total MUESTRA UBICACIÓN GEOGRAFICA Elementos mayores SiO2 TiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI TOTAL CAM CAM 21 VIA TERMALES CAM 03 Q.FARDOS CAM 07 VIA TERMALES CAM 09ª RIO CHINCHINA CAM 09B RIO CHINCHINA CAM 13ª CAM 14 CAM 16 CAM 17 VIA BOGOTA- MANIZALES VIA BOGOTA- MANIZALES VIA BOGOTA- MANIZALES VIA BOGOTA- MANIZALES CAM 20 Q. FARDOS CAM 23B Q. MARTINICA CAM18 JP-02 JP-04 VIA BOGOTA- MANIZALES VIA BOGOTA- MANIZALES VIA BOGOTA- MANIZALES

38 26 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales 3.1. Clasificación Geoquímica de las Rocas del Stock de Manizales. En el diagrama TAS se grafican las concentraciones de silicio (SiO 2) versus las de los óxidos de sodio y potasio (Na 2O+K 2O) para la clasificación de rocas plutónicas (Figura 3-1). Las muestras exhiben un alto contenido en SiO 2 que varía entre 62% y 75%. La concentración de álcalis (Na 2O+ K 2O) varía entre 4% y 8%. En el diagrama las muestras son clasificadas como rocas graníticas de composición subalcalinas. Las muestras CAM- 07 y CAM-23B se encuentran enriquecidas en SiO 2 debido a que fueron tomadas en la zona de contacto con la Milonita Granítica del Guacaica donde se evidencia asimilación de la roca caja. Figura 3-1: Diagrama TAS (Cox, et al., 1979)

39 Química Mineral 27 El esquema de clasificación de De La Roche (Figura 3-2) considera los valores multicationicos R1 y R2. Este tipo de diagramas involucran los componentes félsicos y también los máficos. Los parámetros R1 y R2 son calculados de la siguiente forma: R1 = 4Si 11(Na + K) 2(Fe + Ti) R2 = 6Ca + 2Mg + Al Para R2 las muestras se registran en valores entre 500 y 1000, mientras que para R1 se ajustan a valores entre 2500 y La muestra CAM-07 y la muestra CAM-23B se encuentran con valores por encima de 3000 clasificadas como granitos a diferencia de las otras muestras que están en el campo de granodioritas y tonalitas. Figura 3-2: Diagrama R1 - R2 (De la Roche et al. 1980). Los elementos Zr, Y y Ti presentan un comportamiento inmóvil, por esta razón los diagramas de clasificación SiO 2 Versus Zr/TiO 2 de Winchester y Floyd, 1977 fueron utilizados (Figura 3-3):

40 28 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 3-3: Diagramas modificados de Winchester y Floid, (1977) para rocas plutónicas. Aunque las muestras analizadas tienen bajo grado de alteración se utilizaron los diagramas de clasificación de Winchester y Floyd (1977), que utilizan elementos inmóviles en procesos de post-cristalización, alteración y metamorfismo tales como Zr, Y y Ti. En estos diagramas se observa que las litologías se agrupan alrededor del campo de las granodioritas, lo que es consistente con la clasificación modal y de elementos mayores.

41 Química Mineral Tipo de granitoides En el esquema AFM de la figura 3-4 se observa que las muestras pertenecen a la serie calcoalcalina mostrando la típica disminución de óxidos de hierro y magnesio (al ser involucrados principalmente en las estructuras de hornblenda y biotita), además del aumento relativo de álcalis. Lo anterior es consistente con lo que se observa en el diagrama K 2O vs. SiO 2 de Peccerilo and Taylor (1976) (Figura 3-5) donde todas las muestras están ubicadas en el sector de la serie calcoalcalina. En el diagrama A/NK vs A/CNK (Maniar & Piccoli, 1989) (Figura 3-6) se observa que las muestras analizadas se ubican en el campo peraluminoso muy cercanas al límite metaluminoso, su relación A/CNK se encuentra entre 1.0 y 1.2, mientras que la relación A/NK varía entre 2.0 y 2.3. Los granitos peraluminosos contienen más Al 2O 3 que el necesario para la formación de plagioclasa y feldespato alcalino, lo que se refleja en la presencia de moscovita, granate, cordierita o corindón. Las rocas peraluminosas poseen bajos contenidos CaO, mientras que en las rocas metaluminosas su contenido es alto, presentando minerales tales como hornblenda, diópsido o titanita (Miller et al., 2009). Figura 3-4: Diagrama AFM de Irvine y Barragar, (1971)

42 30 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 3-5: Diagrama K 2O-SiO 2 de Peccerillo y Taylor (1976). Las muestras analizadas poseen relaciones A/CNK entre 1.0 y 1.2 y al graficarlas en el diagrama de Chapell & White (1974) se observa que, aunque la mayor parte de las muestras están ubicadas en el campo de granitos tipo I, algunas muestras caen en el campo de granitos tipo S, por lo que en primera instancia este discriminante no nos indica una afinidad clara de las litologías (Figura 3.6).

43 Química Mineral 31 Figura 3-6: Clasificación de las litologías en el diagrama A/NK vs A/CNK (Maniar y Piccoli, 1989) Diagramas de Variación Química De acuerdo con Rollinson (1993), aunque la región fuente de magma ejerce un fuerte control sobre la composición química y mineralógica del cuerpo intrusivo, la concentración de elementos mayores y traza puede ser modificada en el trayecto del fundido hacia la superficie. Dicha composición se ve afectada por los procesos de fusión que se producen en la roca caja (contaminación) a medida que el magma busca ascender y cuando finalmente se emplaza, además los procesos en la cámara magmática modifican la composición química del magma primario producido por fusión parcial de la fuente a través de cristalización fraccionada, mezcla de magmas y contaminación o mezcla dinámica de varios procesos.

44 32 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Los diagramas de variación son útiles para visualizar los procesos de cristalización fraccionada y para probar la relación genética de las muestras. En los diagramas de variación (Figura 3-7) se observa el comportamiento de los elementos mayores y menores con respecto a la concentración de SiO 2. El proceso de cristalización fraccionada se puede deducir mediante la comparación de las diferentes tendencias, por ejemplo, CaO, Fe 2O 3, MgO suelen mostrar tendencias negativas con respecto al aumento de SiO 2. Por lo tanto, los minerales que se forman inicialmente como olivino, piroxenos anfíbol y biotita, incorporan Fe 2O 3 y MgO en su estructura mientras que la plagioclasa cálcica y clinopiroxeno eliminan CaO de la masa fundida (Winter, 2010). La composición química de las litologías analizadas (anexo B) muestra que: SiO 2: El contenido de SiO 2 muestra dos grupos, en el primer grupo se observan concentraciones que van desde 62% a 65%, mientras que el segundo grupo (clasificado petrográficamente como granodioritas) posee valores entre 68% y 69%. además, existen dos muestras que se encuentran entre 74% y 75%, las muestras CAM 07 Y CAM 23B (tomadas en cercanía al contacto entre la Milonita Granítica del Guacaica y el Stock de Manizales) muestran una clara contaminación de SiO 2, motivo por el cual no fueron incluidas. Al 2O 3: Se observa que la concentración varía desde 13% a 17%, sin embargo, se registra que la concentración dominante está entre 16.3% y 17%. Fe 2O 3: el contenido no es muy variable entre las muestras oscilando entre 0.18% y 1.21%. TiO 2: el contenido de óxido de titanio se mantiene entre 0.17% y 0.72%. MgO: la concentración es baja y se conserva entre 0.56% y 2.36% CaO: la concentración de CaO varía considerablemente entre las muestras (0.02 a 4.69), sin embargo 13 de las 15 muestras se encuentran con concentraciones por encima de 3.52%. Na 2O: con excepción de una muestra las concentraciones obtenidas se encuentran entre 2.85% a 4.0%. K 2O: con excepción de la muestra CAM23B (4.36%) las concentraciones oscilan entre 1.39% y 3.55%. Por otro lado se registran bajas concentraciones de los demás elementos como Ce (16 a 84 ppm), Eu (0,36 a 1.06 ppm), Ga (16.5 a 21.7 ppm), Hf (2.2 a 7 ppm), La (7.7 a 38.4

45 Química Mineral 33 ppm), Nb (5.9 a 16 ppm), Nd (8.7 a 35.3 ppm), Sm (1.46 a 6.85 ppm), Ta (0.6 a 1.3 ppm), Th (5.63 a 15.7 ppm), Y (9 a 44.5 ppm), Yb (0.88 a 4.41 ppm), Co (0.5 a 8 ppm) Ni (0.5 a 5 ppm), Pb (2.2 a 40 ppm), Zn (9 a 84 ppm) y Li (5 a 20 ppm), aunque algunos elementos como Ba (415 a 2450 ppm), Sr (9.6 a 765 ppm), Rb (45.8 a ppm) y Zr (89 a 257 ppm), presentan grandes cambios en las concentraciones presentes en las muestras. Figura 3-7: Diagramas de variación para algunos elementos mayores para 12 muestras del cuerpo intrusivo. El magnesio, hierro, titanio y fosforo presentan una correlación negativa con respecto al SiO 2, comportamiento esperado para rocas generadas a partir de la cristalización fraccionada de un magma único. Sin embargo, las rocas clasificadas petrográficamente como granodioritas poseen los valores más altos de SiO 2 y los más bajos de los elementos mencionados, lo que podría indicar que no están relacionadas genéticamente con el resto de las muestras. En el diagrama de Al 2O 3 Versus SiO 2 se observa una correlación positiva de la concentración de aluminio con respecto al silicio. Las muestras clasificadas petrográficamente como granodioritas no siguen la tendencia de la mayoría de las muestras. Las concentraciones de sodio muestran una leve correlación positiva con

46 34 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales respecto al SiO 2, comportamiento esperado para rocas relacionadas genéticamente, nuevamente las granodioritas poseen los valores mayores de este elemento. El comportamiento de K 2O es disperso y no se logra reconocer la tendencia positiva que debería mostrar. Este comportamiento puede ser debido a la remoción del K 2O por procesos meteóricos o hidrotermales. Para el caso del CaO, tampoco se reconoce la tendencia negativa que debería presentar, las concentraciones son dispersas y no muestra correlación alguna con la concentración de SiO 2. Figura 3-8: Diagramas Harker para algunos elementos traza (SiO 2 en el eje X). En los diagramas de la figura 3-8, Sr no es notable con respecto al cambio en la concentración de sílice. Rb exhibe una correlación positiva con respecto al aumento en las concentraciones de sílice y finalmente se observa correlación negativa con respecto a Eu, ya que a medida que disminuye su concentración la de SiO 2 aumenta.

47 Química Mineral Diagramas REE En el diagrama de REE normalizado con respecto a manto primitivo (Sun y McDonough, 1995) las muestras presentan características generales muy similares. Los elementos de tierras raras livianos (LREE, La-Eu; Lusty y Walters, 2010) están enriquecidos entre 30 y 60 veces con respecto a los valores del manto primitivo mientras que los valores de las tierras raras pesadas muestran valores entre 2 y 6 veces, definiendo una pendiente negativa lo que significa que las rocas fuentes experimentaron relativos altos grados de fusión parcial (Figura 3-9). Todas las muestras exceptuando las clasificadas petrográficamente como granodioritas muestran una anomalía negativa de Eu, lo que significa que la plagioclasa jugó un papel importante en el proceso de cristalización de los magmas. Las muestras clasificadas petrográficamente como granodioritas (las más evolucionadas con mayores concentraciones de SiO 2 y menores de Fe, Mg, Ti y P) deberían poseer las mayores concentraciones de tierras raras. Este comportamiento nos permite interpretar que estas rocas no estén relacionadas genéticamente con las demás muestras. Figura 3-9: Diagrama de REE normalizado a manto primitivo. En la figura 3 10 se muestra el diagrama de multielementos basado en elementos incompatibles (McDonough et al., 1989), en este diagrama se evidencia una pendiente

48 36 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales negativa con picos positivos para Ba, La, Pb, y picos negativos para Nb, P y Ti. Se observa un comportamiento anómalo de la muestra CAM-23B con respecto a las otras muestras. Las anomalías negativas de Nb son características de la corteza continental y pueden ser un indicador de la participación de la corteza en los procesos de evolución del magma. Figura 3-10: Diagrama tipo spider normalizado con relación a manto primitivo (Mcdonough et al., 1995). Las anomalías positivas de Ba y Pb reflejan la participación de sedimentos en el proceso de subducción. Las anomalías negativas de Nb, Ta y Ti son indicadores petrogenéticos que indican que las rocas fueron generadas por procesos de subducción Diferenciación El diagrama propuesto por Bousely y Sakkary (1975) (Figura 3-11), muestra la relación entre Ba, Rb y Sr; esta relación es controlada por las diferencias en el comportamiento al momento de la cristalización. Todos los tres elementos pueden reemplazar al K mientras que Sr sustituye al Ca gracias a su radio iónico similar. Ba, Sr y Rb se comportan como incompatibles, pero a diferente grado, por ejemplo Sr es menos incompatible que Rb en casi todos los sistemas magmáticos (Halliday et al., 1990), por lo tanto Sr tiende a ser

49 Química Mineral 37 enriquecido con respecto a Rb en las fases minerales tempranas de un proceso de fraccionamiento de cristal. Este diagrama (Figura 3-11) se caracteriza por describir una tendencia de diferenciación así: diorita, cuarzo-diorita, granito anómalo, granito normal, y granito fuertemente diferenciado. A su vez, permite determinar tendencias de diferenciación en series de rocas acidas. En el diagrama ternario en la figura 3-11 se observa que la mayoría de las muestras se ubican en el campo de granodioritacuarzodiorita, una muestra se registra como granito anómalo y dos como granito normal. Las muestras analizadas tienen bajas concentraciones de Rb y exhiben una mayor concentración de Ba que de Sr. Las muestras se ubican sobre la línea de tendencia de diferenciación desde granodioritas a granito normal lo que implica que las rocas evidencian grados de diferenciación de ligero a intermedio, ya que ninguna de las muestras se ajusta a los granitos fuertemente fraccionados. Figura 3-11: Diagrama ternario de Ba, Rb y Sr. Muestra la diferenciación en granitos y la línea de tendencia de dicha diferenciación (Bouseily y Sakkary, 1975).

50 38 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales 3.5. Discriminación de Ambientes tectónicos Los ambientes geotectónicos de generación de las rocas ígneas pueden ser interpretados utilizando los denominados diagramas de discriminación geotectónica que relaciona la composición química con los diferentes ambientes de generación. Al utilizar los diagramas de Pearce et al. (1984) se puede observar que las rocas analizadas del Stock de Manizales fueron generadas en un ambiente de arco volcánico, es decir están relacionadas con la subducción de la placa pacifica bajo la placa suramericana durante el Paleógeno (Figura 3-12). El ambiente geotectónico de generación para las rocas del Stock de Manizales es corroborado al utilizar el diagrama de Harris et al. (1986) que involucra los elementos Hf, Rb y Ta, donde se puede observar que las muestras analizadas fueron generadas en un ambiente de arco volcánico (Figura 3-13). Figura 3-12: Diagramas discriminación tectónica Pearce et al. (1984).

51 Química Mineral 39 Figura 3-13: Diagrama de Harris, et al., (1986). El diagrama de Batchelor y Bouden (1985) de la figura 3-14 refleja el cambio composicional a través de un ciclo orogénico indicado por la tendencia de la fuente (de la etapa de pre colisión a post-colisión hasta la fase orogénica tardía). Esta tendencia se caracteriza por un aumento de Na y K. La etapa syn-colisional representa granitos anatécticos y granitos tipo S. La tendencia composicional dentro de cada grupo se llama tendencia de serie y es perpendicular a la tendencia de la fuente (Batchelor y Bowden, 1985). El término "precolisión" se refiere a la configuración de arco magmático en la cual ocurre subducción de una placa oceánica bajo una placa continental (Quandt, 2013). Las muestras se ubican en el campo pre-colisión (Figura 3-14) de nuevo consistente con los resultados anteriores.

52 40 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 3-14: Diagrama R1 R2. Batchelor y Bouden (1985).

53 Química Mineral QUÍMICA MINERAL 4.1. Plagioclasas En la figura 4-1 se observan los mapas composicionales que evidencian la zonación oscilatoria de los cristales. La zonación oscilatoria se define como zonas discretas de alternancia de bandas ricas en Ca y pobres en Na. Esta zonación se origina por un empobrecimiento relativo del componente de anortita en el fundido adyacente a las caras cristalinas debido a que la tasa de difusión de los componentes en el fundido es menor que las tasas de crecimiento en los cristales (Vernon, 2004). En la figura 4-2 se observa el enriquecimiento de Na hacia el borde de dos cristales de plagioclasa que se encuentran unidos. Por otro lado, en su interior se exhiben grandes concentraciones de Ca el cual va disminuyendo hacia el borde. Al mismo tiempo se pueden destacar las altas concentraciones cálcicas que se encuentran en cada uno de los anfíboles registrados en las imágenes.

54 42 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Figura 4-1: Mapas composicionales de plagioclasas en la muestra CAM 09B. (A) (BSE) se observan las formas euhedrales de plagioclasa, además de zonación. (B) variación en el contenido calcico (altos contenidos: tonos de color rojo). (C) variaciones en concentraciones de sodio. (D) En la imagen XPL se muestra la zonacion oscilatoria y las maclas en las plagioclasas.

55 Química Mineral 43 Figura 4-2: mapa composicional de plagioclasas de la muestra CAM 03. (A) BSE, formas euhedrales y zonación oscilatoria de plagioclasa. (B) variaciones de las concentraciones de calcio en la plagioclasa (altos contenidos: tonos de color rojo). (C) variaciones de contenidos de Na (altos contenidos: tonos de color rojo). D) Imagen XPL que muestra la zonacion oscilatoria, sineusis,y las maclas en las plagioclasas. De acuerdo con los análisis de microsonda realizados en plagioclasa (perfil composicional de entre 24 y 30 puntos) y utilizando el diagrama de clasificación para la serie de las plagioclasas en las muestras, estas se ubican en un rango composicional entre oligoclasaandesina-labradorita. Por otra parte, en los análisis hechos de núcleo a borde se observa la variación de las concentraciones de calcio y sodio que evidencian la zonación oscilatoria (Figura 4-3).

56 Concentración (%) 44 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales Núcleo Borde 8 6 Na2O CaO Análisis de núcleo a Borde Figura 4-3: (A) Diagrama de Clasificación de Feldespato Plagioclasa. (B) Grafica de análisis de núcleo y borde en plagioclasas. Analisis de las concentraciones de Ca y Na donde se evidencia la zonacion oscilatoria.

57 Química Mineral Feldespato Alcalino Los feldespatos alcalinos tienen pequeños contenidos de Na (entre 3.93% Y 11.53%) y se caracterizan por no poseer zonamiento composicional (figura 4-4). Figura 4-4: Mapa composicional de contenido de potasio (muestra CAM 16). En la imagen se puede observar la textura poiquilitica donde un cristal de feldespato alcalino contiene inmersos cristales de anfibol, plagioclasa y biotita.

58 46 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales 4.3. Anfíbol De las 6 muestras que se analizaron en la microsonda 3 tienen anfíboles (CAM 03, CAM 16 y CAM20), en las figuras 4-5, 4-6 y 4-7 se presentan mapas composicionales para calcio e imágenes BSE donde se evidencia su alto contenido en los anfíboles presentes. Figura 4-5: Mapa composicional de calcio. (A) cristal de anfibol asociado con biotita y plagioclasa. (B) y (C) Imágenes BSE donde se observan plagioclasa y biotita (seccion CAM 03). (D) cristales de anfibol abiertos en las lineas de exfoliación rodeados de cuarzo.

59 Química Mineral 47 Figura 4-6: Mapas composicionales para Calcio en la sección CAM 16. Se observan altas concentraciones de calcio en anfibol y la zonacion oscilatoria en la plagioclasa. (A) y (C) Imágenes BSE donde se observan los anfiboles asociados con cuarzo, plagioclasa biotita y feldespato alcalino. Figura 4-7: Imágenes BSE y contenido de Calcio en CAM 20.

60 48 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales La clasificación química de los anfíboles se basa en el contenido químico de la fórmula estándar: AB2VIC5IVT8O22(OH) 2; donde A es una posición por unidad formula, B dos posiciones M4 por unidad de fórmula, C es un compuesto de 5 sitios conformados por dos M 1, dos M2 y un M 3 por unidad de fórmula, y T con ocho posiciones, en dos grupos de cuatro (Leake et al., 1997). La fórmula estructural fue determinada sobre 23 oxígenos con estimación de Fe 2+ /Fe 3+ asumiendo Σ13 cationes excepto para anfíboles con Fe, Mg y Mn donde Σ15 se aplica (Leake, 1978; Rock y Leake, 1984; Mogessie et al., 1990; Leake et al., 1997; Leake et al., 2004). En el diagrama de clasificación para hornblenda de Leake (1978) (figura 4.8), modificado por Hammarstrom y Zen (1986) se observa que los valores de Al IV están entre 1,28 y 1,56, mientras que los de Mg/(Mg+Fe 2+ ) oscilan entre 0,55 y 0,71 por lo que los anfíboles analizados se clasifican como magnesio-hornblenda y ferro-pargasitahornblenda (Figura 4-8, Anexo C). Figura 4-8: Nomenclatura de anfíboles cálcicos. (Leake, 1978; modificado por Hammarstrom y Zen, 1986). Cada símbolo que se encuentra en el diagrama refleja un análisis puntual hecho para anfíboles en las muestras.

61 Química Mineral 49 El diagrama de clasificación para Hornblenda según Leake et al. (1997) (figura 4-9) se basa en las formulas estructurales de anfíboles teniendo en cuenta Si Vs Mg/(Mg+Fe 2+ ), y se usa para clasificar anfíboles cálcicos con (Na+K) A < En este diagrama se observa un resultado similar al anterior y se muestra que los anfíboles son clasificados como magnesio-hornblenda y tschermakitas. Figura 4-9: Nomenclatura para anfíboles cálcicos según Leake et al. (1997).

62 50 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales 4.4. Biotita En las muestras analizadas para el presente estudio se observan grandes cristales de biotita los cuales se encuentran asociados a plagioclasa, cuarzo, epidota magmática y anfíbol. Los cristales analizados se ubican en el campo de biotita muy cerca del par anitasiderofilita (figura 4-10). En el diagrama de clasificación para biotitas de Foster (1960), se observa que las biotitas de las muestras estudiadas se encuentran en el campo de Mgbiotitas y en el límite con Fe-biotitas (figura 4-11). Figura 4-10: Diagrama de Al IV Vs Fe/(Fe + Mg) de Deer (1992).

63 Química Mineral 51 Figura 4-11: Diagrama de clasificación para biotita. Foster (1960).

64 5. TERMOBAROMETRÍA 5.1. Geobarometría de Al en Hbl Este barómetro ofrece la posibilidad de establecer la condición de presión de un plutón durante su emplazamiento. Se basa en la dependencia que tiene el contenido de aluminio en la hornblenda con la presión (Spear, 1981; Wones, 1981; Helz, 1982; Johnson y Rutherford, 1989). Este barómetro es aplicable a granitos con presiones >2 kbar, pero carece de datos de calibración para el intervalo de presión media 3-7 kbar (Hollister et al., 1987; Anderson, 1999). La ausencia de datos ha sido abordada por Hollister et al. (1987), quien añade los datos empíricos y disminuye el error en el intervalo de presión media de 2 a 8 kbar (Anderson, 1999). Johnson y Rutherford (1989) calibraron el geobarómetro mediante la realización de estudios experimentales sobre muestras de roca natural en el rango de presión 2-8 kbar a C (Johnson y Rutherford, 1989; Anderson, 1999). Schmidt (1992) realizó experimentos a 660 C mediante el uso de muestras de anfíboles naturales. Estas calibraciones se describen con cuatro ecuaciones para determinar las condiciones de presión: P (±3 kbar) = Al total (Hammarstrom y Zen, 1986) P (±1 kbar) = Al total (Hollister, et al., 1987) P (±0.5 kbar) = Al total (Johnson y Rutherford, 1989) P (±0.6 kbar) = Al total (Schmidt, 1992) El uso del geobarómetro Al-en-Hbl es restringido para rocas calcoalcalinas con la asociación mineral Qz + Pl + Afs + Hbl + Bt + Ttn + óxidos Fe-Ti (magnetita o ilmenita; Vyhnal et al., 1991) y es apropiado para las muestras analizadas en este trabajo las cuales fueron clasificadas como granodioritas y tonalitas. Este geobarómetro es indicado para anfíboles cálcicos como magnesio-hornblenda y tschermakita, sin embargo, no aplica para

65 Termobarometría 53 actinolita u otros anfíboles actinoliticos. Solo los datos con Al IV > 0.75 y Si < 7.25 pueden usarse para calcular la presión con este geobarómetro. Los resultados de los cálculos geobarométricos se ilustran en la tabla 5-1. Estos datos fueron determinados en una hoja de cálculo con las condiciones especificadas anteriormente y haciendo uso de cada una de las cuatro ecuaciones mencionadas se tuvieron en cuenta los datos de la ecuación de Schmidt (1992). En cada muestra se hicieron diversos análisis (por ejemplo, en la muestra CAM 03 se tomaron 3 análisis en cada cristal de un total de 5). Los datos de cada cristal se promediaron y posteriormente se determinó la media de todos los análisis realizados, se obtuvo el dato final de presión denominado P media. La presión máxima (P max) representa el cristal de hornblenda con la presión media más alta en una muestra. Por el contrario, la presión mínima (P min) representa el cristal de hornblenda con la presión media más baja. La Profundidad (h) se da en metros y se calculó asumiendo una densidad ρ = 2800 kg / m³ (densidad media de la corteza continental) y una aceleración de la gravedad g = 9,81 m / s². Tabla 5-1: Resultados de los cálculos de Geobarometría según Schmidt (1992) Muestra P media (kbar) P max (kbar) P min (kbar) Profundidad (m) número de puntos número de cristales CAM 03 4,8 5,4 4, , CAM 16 4,9 5,1 4, , CAM 20 4,9 5 4, , Con los datos obtenidos se observa que los valores de presión son mayores utilizando las ecuaciones de Hollister et al. (1987) y Schmidt (1992), mientras que las presiones más bajas están en los valores de Hammarstrom y Zen (1986) y Johnson y Rutherford (1989). Por ejemplo, para el caso de la presión media obtenida para la muestra CAM 03, se registran los siguientes valores: Hammarstrom y Zen (1986) Hollister et al. (1987) Johnson y Rutherford (1989) Schmidt (1992) 4.3 kbar 4.5 kbar 3.5 kbar 4.8 kbar

66 54 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales De acuerdo con estos datos se puede interpretar que las rocas del Stock de Manizales fueron emplazadas a una profundidad cercana a los 17 kilómetros a una presión de aproximadamente 5 kbar Termometría Plagioclasa-Anfíbol De acuerdo con los trabajos de Blundy y Holland (1990, 1994), Johnson y Rutherford (1989) y Schmidt (1992), la evaluación termodinámica semiempírica de los datos experimentales de anfíboles + plagioclasa conduce a un termómetro basado en el contenido de Al IV en anfíboles asociados a plagioclasa en las rocas silícicas. El geotermómetro funciona a partir del equilibrio entre hornblendas y plagioclasas, para dicha evaluación termodinámica se tienen 2 modelos de actividad de acuerdo con las siguientes reacciones: 1. Edenita + 4 cuarzo = tremolita + albita 2. Edenita + albita = richterita + anortita Los resultados obtenidos se resumen en las Tablas 5-2 a 5-4. Tomando el valor calculado de la presión de emplazamiento del cuerpo (5 Kbar) se calculó una temperatura de cristalización para las tres muestras entre 750 y 765 ºC para la reacción Ed-Tr y 728 y 743 ºC para la reacción Ed-Ri (usando el modelo de Holland & Blundy, 1994) Tabla 5-2: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 03. Ecuaciones en Holland y Blundy, (1994) Muestra: CAM 03 OXIDE SiO 2 TiO 2 Al 2O 3 Cr 2O 3 Fe 2O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2O K 2O wt% Cats x(ab) in plag: 0.54 P Kbar T (ed-tr) degc T (ed-ri) degc

67 Termobarometría 55 Tabla 5-3: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 16. Ecuaciones en Holland y Blundy (1994) Muestra: CAM 16 OXIDE SiO 2 TiO 2 Al 2O 3 Cr 2O 3 Fe 2O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2O K 2O wt% Cats x(ab) in plag: 0.54 P Kbar T (ed-tr) degc T (ed-ri) degc Tabla 5-4: Temperaturas Hornblenda-plagioclasa CAM 20. Ecuaciones en Holland y Blundy (1994) Muestra: CAM 20 OXIDE SiO 2 TiO 2 Al 2O 3 Cr 2O 3 Fe 2O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2O K 2O wt% Cats x(ab) in plag: 0.52 P Kbar T (ed-tr) degc T (ed-ri) degc 5.2. Origen de la epidota y profundidad de emplazamiento Algunas características consideradas para determinar un origen magmático de la epidota (Zen y Hammarstrom, 1984; Moench, 1986; Tulloch, 1986; Zen and Hammarstrom, 1986; Zen, 1988) son: Una indicación confiable es la fuerte zonación con núcleos ricos en allanita, sin embargo, la ausencia de zonación no es un factor que indique que no es de origen magmático.

68 56 Caracterización Petrológica del Stock de Manizales En la secuencia de cristalización de una tonalita, la epidota aparece después de hornblenda, pero antes o al tiempo con biotita. La epidota magmática puede tener bordes en forma de bahías por el contacto con matriz cuarzo-feldespática. La epidota magmática puede ser embebida como cristales euhedrales simples en una matriz cuarzo-feldespática la cual muestra intercrecimientos gráficos. En rocas magmáticas calcoalcalinas, la ausencia de biotita alterada a clorita y una apariencia fresca de la plagioclasa la excluye de posteriores alteraciones a facies de esquistos verdes. Los resultados de los análisis de microsonda de las muestras CAM 03, CAM 16 y CAM 21, se resumen en la tabla 5-5. La epidota magmática presente en las muestras es clinozoisita la cual es anhedral, incolora con color de interferencia azul anómalo, asociada a cuarzo, plagioclasa y biotita. La epidota como mineral magmático es común en rocas plutónicas calcoalcalinas de composición intermedia, su ocurrencia es función de la profundidad de emplazamiento (ocurre a presiones que van de altas a moderadas) y de la composición del magma según Schmidt y Thompson (1996). Zen y Hammarstron (1984) estiman que la presión mínima para la cristalización de epidota magmática está entre 6 y 8 kbar. La paragénesis mineral presente: Hbl +Pl + Bi + Ep + Qz + Afs y los hallazgos obtenidos con respecto a la línea de estabilidad de la epidota magmática se establece que dicha paragénesis es coherente con la ocurrencia de este mineral; la presencia de epidota magmática es consistente con la presión obtenida (5 Kbar) para el emplazamiento del cuerpo. Figura 5-1: Epidota magmática asociada con biotita y cuarzo. CAM 03

69 Termobarometría 57 Figura 5-2: Cristal de allanita en muestra M-039 (sección delgada aportada y descrita en Lopez y Aguirre, 2003). Tabla 5-5: Resumen de datos composicionales de Epidota. OXIDOS CATIONES MUESTRA SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Si Ti Al Fe+3 Mn Mg Ca Na K CAM 03 QUANT 02 38,58 0,00 22,89 11,75 0,32 0,00 23,96 0,02 0,00 3,05 0,00 2,13 0,78 0,02 0,00 2,03 0,00 0,00 QUANT 10 38,26 0,01 22,21 12,44 0,19 0,00 23,92 0,02 0,00 3,04 0,00 2,08 0,83 0,01 0,00 2,04 0,00 0,00 CAM 16 QUANT 08 38,15 0,00 22,90 12,00 0,27 0,00 23,75 0,01 0,00 3,03 0,00 2,14 0,80 0,02 0,00 2,02 0,00 0,00 CAM 21 QUANT 06 37,84 0,55 22,36 12,26 0,25 0,00 23,74 0,01 0,00 3,02 0,03 2,10 0,82 0,02 0,00 2,03 0,00 0,00