Introducción
⌅El Terreno Pinos es de origen metamórfico, de naturaleza continental y mixta, con elementos oceánicos y continentales que forman parte del sustrato plegado de Cuba. La presencia de granitos relacionados con el metamorfismo es una característica importante de este terreno.
Según consideran Somin y Millán (1997), el macizo de la Isla de la Juventud era la región metamórfica mejor conocida geológicamente antes del inicio de las investigaciones temáticas ejecutadas por Somin y Millán (1997) en los complejos metamórficos cubanos. En ese contexto, W. H. Butt fue el primero que correlacionó las secuencias metamórficas de la Isla de la Juventud con las rocas terrígenas de la Fm. San Cayetano y las calizas suprayacentes del Jurásico Superior que afloran en la Sierra de los Órganos. La Fm. Agua Santa ocupa más del 50 % de los afloramientos del macizo y sobreyace a la Fm. Cañada en el Terreno Pinos. Está compuesta por secuencias de esquistos metaterrígenos, en gran medida apopelíticos y ricos en grafito, con estratos de mármol intercalados, que pueden alcanzar varios metros y que raramente afloran en el terreno. Los últimos generalmente aparecen muy supeditados, aunque en ocasiones excepcionales pueden ser casi tan abundantes como los esquistos e, incluso, predominar.
Algunas secciones están compuestas por esquistos cuarzo-moscovíticos intercalados con cuarcita. De rareza se destacan paquetes de cuarcita de varios metros de espesor. No se observan secuencias de apopsamitas cuarcíferas como en el caso de la Fm. Cañada. Los esquistos en fresco (en las calas) son gris verdoso, gris' oscuro o negros. En los cortes alterados son rojizos o pardos rojizos. Los estratos de mármol son de color gris a negro, muchas veces grafíticos y esquistosos. En ocasiones son bandeados. Su grano varía de fino a medio; en las áreas de mayor grado metamórfico pueden ser gruesos y masivos. En menor grado aparecen capas de un mármol dolomítico sacaroidal, blanco o gris, de un esquisto calcito-cuarzo-moscovito-grafítico, micáceo-calcítico, y de una roca calcosilicatada polimineral.
Los afloramientos de esta formación caracterizan al borde de las antiformas y a las estructuras negativas del macizo. En sentido general, su grado de metamorfismo es mayor que el de la formación anterior. De aquí que los esquistos metaterrígenos, como regla, tengan una composición polimineral, conteniendo diversos minerales alumino - silicáticos, además de las micas (Somin y Millán, 1997).
Por lo expuesto, el objetivo general de esta investigación consistió en: “Corroborar mediante la aplicación de estadística multivariada y los análisis petroquímicos modernos, la asociación genética y el comportamiento de los óxidos mayores de gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa propuestos por Babushkin (1990)Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM.”, definiéndose como problema científico del presente artículo el siguiente:
“La no existencia de investigaciones encaminadas a la reevaluación de los gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa que posibilite corroborar el comportamiento de los óxidos mayores propuestos por Babushkin (1990)Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM. y la asociación genética de las muestras objeto de evaluación”.
A partir de lo anterior, se plantea como hipótesis de investigación la siguiente: “El empleo de los métodos combinados de estadística multivariada y análisis petroquímicos recientes, permitirá el incremento del grado de conocimiento acerca del comportamiento de los óxidos mayores de gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa, correspondientemente”.
Estado del Arte
⌅Estudios regionales realizados anteriormente en el área
⌅Los sombreros de hierro fueron evaluados como negativos producto de sus dimensiones insignificantes. las zonas de perdigones (formaciones aluvio-deluviales, según - Maslov (1965)) fueron ubicadas en el grupo de objetivos prácticamente interesantes. Maslov (1965) realizó, además, la investigación tecnológica de estos depósitos. En las cuatro zonas de perdigones se calcularon reservas en categoría C2 en una cantidad de 44 millones de toneladas de mena con un contenido de hierro desde 24,5 hasta 28,7 (Somin & Millán, 1981Somin, M., & Millán, G. (1981): Geología de los complejos metamórficos de Cuba. Ed. Nauka.).
Para la Isla de la Juventud se establece una nueva división litoestratigráfica distinguiendo dos formaciones siliciclásticas: una formación inferior (Fm. Cañada), conformada por esquistos metamórficos siliciclásticos (cuarzo - moscovítico con grafito, cuarzo - plagioclásico - moscovítica, moscovítico - cuarzosa y cuarcita. La otra formación superior (Fm Agua Santa), compuestos por esquistos metamórficos siliciclásticos, fundamentalmente limolito-arcillosos, con intercalaciones subordinadas de rocas carbonatadas (Somin & Millán, 1981Somin, M., & Millán, G. (1981): Geología de los complejos metamórficos de Cuba. Ed. Nauka.).
La Formación Agua Santa se describe por Millán (1981) y comprende esquistos metaterrígenos muchas veces ricos en granate, estaurolita, cianita y a veces sillimanita, con intercalaciones de mármoles silicatados y otras rocas calcosilicatadas poliminerales a veces abundantes. Hacia las partes superiores del corte también se presentan esquistos metacarbonáticos con relativa abundancia, mientras que los esquistos cuarcíticos son más bien escasos. Los mármoles presentan esquistosidad y a veces bandeamientos, con tonalidades entre gris y negro y con granos cuyas tallas oscilan entre finos y medios. Ocasionalmente se presentan mármoles dolomíticos blanco-gris.
En 1990 fue terminado el informe de los trabajos de levantamiento geológico-geofísicos a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (Babushkin et al., 1990Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM.) brindando una mejor actualización geológica de la Isla de la Juventud.
El macizo Isla de la Juventud fue objeto de un proceso de reactivación tectono- magmática superpuesto al cuadro de metamorfismo regional, escamamiento y plegamiento de sus secuencias (Millán, 1997Millán, G. (1997): Geología del macizo metamórfico Isla de la Juventud. G. F. Furrazola Bermúdez & K. E. Núñez Cambra (Eds.). En: Estudios sobre Geología de Cuba. Ed. Centro Nacional de Información Geológica.). Se plantea que este proceso comenzó, probablemente, desde la parte alta del Cretácico Superior prolongándose hasta la base del Paleógeno. La datación K-Ar de 60-68 Ma de una muestra tomada en un cuerpo subvolcánico del depósito de wolframio Lela (Buguelskiy y otros, 1985 en: Millán, 1997Millán, G. (1997): Geología del macizo metamórfico Isla de la Juventud. G. F. Furrazola Bermúdez & K. E. Núñez Cambra (Eds.). En: Estudios sobre Geología de Cuba. Ed. Centro Nacional de Información Geológica.) refleja, según este autor, la edad aproximada de este proceso superpuesto. La reactivación se acompañó por un intenso agrietamiento y fracturación de las metamorfitas, un magmatismo subvolcánico, principalmente ácido, alteraciones hidrotermales y metasomáticas, la inyección de venillas de cuarzo y una mineralización endógena específica. En su opinión Millán (1997)Millán, G. (1997): Geología del macizo metamórfico Isla de la Juventud. G. F. Furrazola Bermúdez & K. E. Núñez Cambra (Eds.). En: Estudios sobre Geología de Cuba. Ed. Centro Nacional de Información Geológica., una corteza continental engrosada genera una importante cantidad de calor debido, en gran parte, a su mayor contenido de elementos radioactivos, lo cual eleva el gradiente geotérmico. Este factor pudo haber sido la causa de la reactivación tectono-magmática postmetamórfica que caracterizó al macizo Isla de la Juventud
Materiales y métodos
⌅Las diferentes etapas en la que se desarrolla esta investigación se muestran en forma de diagrama de flujo (Figura 1), resaltándose en cada uno de ellos los procedimientos empleados para el procesamiento de la información geólogo - estadística y petroquímica.
La metodología usada para la elaboración de esta investigación se basó en revisiones bibliográficas de los principales artículos existentes como: el Informe 3880 CAME Isla de la Juventud ´´Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II)´´ (Babushkin et al., 1990Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM.), Geología del macizo metamórfico de la Isla de la Juventud (Somin & Millán, 1981Somin, M., & Millán, G. (1981): Geología de los complejos metamórficos de Cuba. Ed. Nauka.), (García Casco, 2001García-Casco, A., Torres-Roldán, R. L., Millán, G., Monié, P., & Haissen, F. (2001): High-grade metamorphism and hydrous melting of metapelites in the Pinos terrane (W Cuba): Evidence for crustal thickening and extension in the northern Caribbean collisional belt. Journal of Metamorphic Geology, 19(6), Art. 6. https://doi.org/10.1046/j.0263-4929.2001.00343.x ) donde se describe el proceso metamórfico que tiene lugar en el Terreno Pinos y se sugiere la interacción entre un magmatismo tardío asociado a los últimos estadios de deformación tectónica y metamórfica de este terreno.
Posteriormente, se procesaron e interpretaron las bases de datos correspondientes con la filtración de dos bases de datos del Informe 3880 CAME de la Isla de la Juventud mediante dos plantillas de Excel, cada una con todos los contenidos de cada muestra y su litología. Una base de datos abarcaba los gneis de la Fm. Agua Santa y otra la de plagiogneis y granitos de la misma formación. Ambas secciones de bases de datos fueron procesadas en Grapher para poder realizar los análisis estadísticos correspondientes. Luego se reestructuraron las dos bases de datos en una sola, creando una base de datos solamente para las muestras de la Fm. Agua Santa. Esta base de datos fue procesada, primeramente, en Minitab para realizarle los análisis estadísticos correspondientes y en Grapher para insertar la base de datos en los gráficos petroquímicos y analizarlos desde ambos puntos de vista.
Se insertó la base de datos de la Fm. Agua Santa en el software Minitab y se le aplicaron, primero, análisis de correlación de Pearson, para determinar el grado de correlación entre las muestras. Luego se realizaron varios dendogramas, tanto de observaciones como de factores para notar el mejor ajuste de los datos. Se actualizaron los dendogramas, se escogieron las gráficas de muestreo con mejor ajuste y se reservaron para la comparación entre los datos petroquímicos. También se realizó un análisis jerárquico de agrupamiento (Hierarchical cluster analysis; Bratchell (1989)Bratchell, N. (1989): Multivariate response surface modelling by principal components analysis. Journal of Chemometrics, 3(4), Art. 4. https://doi.org/10.1002/cem.1180030406., con la finalidad de identificar, estadísticamente, dominios de rocas con una similitud geoquímica. En esta evaluación se consideraron las muestras estudiadas y las pertenecientes a la Fm. Agua Santa. Se preparó una base de datos con la información generada, la cual se complementó con 62 muestras adicionales de la Fm. Agua Santa del Terreno Pinos (Babushkin et al., 1990Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM.) y de los gneis pelíticos del SW Nigeria (Oziegbe et al., 2021Oziegbe, E., Onesmus, O., Costin, G., & Horváth, P. (2021). Geochemistry and Mineral Chemistry of Pelitic Gneiss of Ikare Area, Southwestern Nigeria. Heliyon, 7. e08543. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08543 ) y ortogneis del NW Iberia (Andonaegui et al., 2012Andonaegui, P., Castiñeiras, P., Cuadra, P. G., Arenas, R., Martínez, S. S., Abati, J., García, F. D., & Catalán, J. R. M. (2012). The Corredoiras orthogneiss (NW Iberian Massif): Geochemistry and geochronology of the Paleozoic magmatic suite developed in a peri-Gondwanan arc. Lithos, 128–131, 84–99. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2011.11.005 ), utilizadas como patrones de comparación con las demás muestras analizadas y para evaluar tendencias entre las mismas. El esquema de análisis incluyó, además, la aplicación de diagramas petroquímicos de clasificación de protolitos de Roser & Korsch, (1988)Roser, B., & Korsch, R. (1988): Provenance signature of sandstone-mudstone suite determined using discriminant function analysis of major-element data. Journal of Metamorphic Geology. 67, Art. 67. y de discriminación de ambientes geotectónicos.
Esto culminó con la comparación de la información geólogo - estadística con la petroquímica, donde con esta información estadística obtenida y el análisis de la base de datos estadístico y petroquímico de la Fm. Agua Santa se procedió a comparar los resultados obtenidos con la información existente en la literatura para establecer posibles semejanzas y/o diferencias con lo planteado por Babushkin (1990)Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM..
Resultados y discusión
⌅En esta sección del trabajo, se presentaron los resultados de los métodos y el procedimiento utilizado para obtenerlos. Este se enfocó principalmente, en el análisis geólogo - estadístico de las muestras insertadas en la base de datos de la Fm. Agua Santa y la determinación del tipo de roca y su ambiente en los gráficos petroquímicos.
Resultados estadísticos
⌅El procesamiento de las muestras de la Fm. Agua Santa en el software Minitab determinó un nivel de correlación de Pearson bastante alto, del 95 % (Figura 2) entre los óxidos mayores, evidenciando una fuerte relación entre las muestras de gneis, plagiogneis y granitos.
El dendograma de correlación de variables revela la presencia de 4 poblaciones estadísticas entre las muestras que comparten un 95 % de correlación (Figura 3). El dendograma refleja la relación que poseen los óxidos entre sí, dentro de este grupo de muestras mostrando correlaciones entre: SiO2 - Na2O, Al2O3 - K2O, TiO2 - FeO, Fe2O3 - MnO y MgO - CaO.
Se realizó un dendograma de observación de variables para determinar la relación existente entre cada una de las muestras y las 4 poblaciones estadísticas determinadas (Figura 4), donde los grupos están conformados por las siguientes muestras:
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Grupo 1: 1, 3, 32, 52, 2, 31.
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Grupo 2: 6, 35, 15, 45, 24, 61, 20, 50, 7, 36, 26, 22, 57, 8, 37, 16, 46, 17, 47, 9, 38, 42, 10, 39, 13, 43.
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Grupo 3: 4, 33, 18, 48, 14, 44, 23, 58, 56, 11, 40, 21, 51, 54, 60, 53, 55, 55.
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Grupo 4: 19, 49, 25, 27, 28, 30, 29, 5, 34, 12, 41.
Resultados petroquímicos
⌅El contenido de óxidos mayores de gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa se grafican utilizando diagramas petroquímicos que caracterizan los protolitos y el ambiente geodinámico al que se asocian estas rocas.
En el diagrama de discriminación de proveniencia (Figura 5) se muestra como los gneis aparecen asociados a rocas ígneas básicas e ígneas intermedias y solo algunos provienen de rocas sedimentarias cuarzosas.
Se observa. además, que las muestras de plagiogneis y granitos se asocian con rocas ígneas básicas, evidenciando una modificación de su composición química general debido, posiblemente, a procesos de asimilación y contaminación durante su emplazamiento dentro de los gneis.
Para una mejor visualización de las muestras, se señalan con diferentes colores, los 4 grupos de poblaciones estadísticas determinadas (Figura 6). La mayoría de las muestras se asocian a un margen continental activo y un margen pasivo, mientras que en menor cantidad a un arco de isla continental. Estos ambientes geodinámicos no concuerdan con la evolución propuesta en la literatura científica para el metamorfismo del Terreno Pinos durante el Cretácico.
Conclusiones
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Los dendogramas y los conglomerados de observaciones describen 4 poblaciones de muestras con una correlación del 95 % entre gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa, probablemente evidenciando episodios tardíos de magmatismo a la fase de deformación D4 del Terreno Pinos.
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Los diagramas petroquímicos muestran una dispersión en cuanto a la proveniencia del protolito de los gneis asociándolos a rocas ígneas de composición máficas e intermedias en un ambiente geotectónico muy relacionado con la evolución de un margen continental pasivo a margen continental activo y un arco de isla continental asociado, ambientes no descritos en el contexto geotectónico del Arco Volcánico del Cretácico.
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Los datos de óxidos mayores no son suficientes para corroborar lo planteado por Babushkin (1990)Babushkin, V., Tseimakh, E., Sverev, S., Kutigueshev, V., & Orlov, N. (1990): Informe de los trabajos de levantamiento geológico a escala 1: 50 000 y búsquedas acompañantes en el municipio especial Isla de la Juventud en colaboración con la URSS (CAME II). Archivo Técnico ORNM. porque posiblemente estén afectados por los procesos ígneos y metamórficos de la fase D4 de deformación del Terreno Pinos y muestren dispersión en los diagramas petroquímicos, la interacción geoquímica entre los gneis pelíticos y los cuerpos ígneos.
Recomendaciones
⌅Realizar investigaciones petroquímicas con elementos menores y trazas en gneis, plagiogneis y granitos de la Fm. Agua Santa que permitan describir el origen, evolución e interacción entre el episodio magmático tardío y las fases finales del metamorfismo en el Terreno Pinos.