Introducción
⌅La
cromita [(Mg, Fe2+) (Cr, Al, Fe3+)2O4] constituye un mineral accesorio
característico de rocas ultramáficas y máficas, su estudio ha sido
fundamental para comprender las condiciones de cristalización de los
complejos magmáticos de los que se originan, así como los procesos
metamórficos posteriores. Su composición química varía en función de las
condiciones físicas y petrogenéticas del medio (Irvine 1965Irvine, T.N. (1965). Chromian spinel as a petrogenetic indicator. Part I. Theory. Canadian Journal of Earth Science. 2. 648-72.
, 1967Irvine, T.N. (1967). Chromian spinel as a petrogenetic indicator. Part II. Petrological applications. Canadian Journal of Earth Science. 4. 71-103.
; Ozawa 1983Ozawa, K. (1983). Evaluation of olivine-spinel geothermometry as an indicator of thermal history for peridotites. Contributions to Mineralogy and Petrology. 82. 52-65.
; Dick & Bullen 1984Dick,
H. & Bullen, T. (1984). Chromian spinel as a petrogenetic indicator
in abyssal and alpine-type peridotites and spatially associated lavas. Contributions to Mineralogy and Petrology. 86. 54-76.
; Arai 1992Arai, S. (1992). Chemistry of chromium spinel in volcanic rocks as a potential guide to magma chemistry. Mineralogical Magazine. 56. 173-184.
, 1994Arai,
S. (1994). Characterization of spinel peridotite by olivine-spinel
compositional relationships: review and interpretation. Chemical Geology. 113. 191-204.
).
Aunque
la cromita es una fase de alta temperatura muy resistente a la
alteración y modificación metamórfica en comparación con minerales como
el olivino, que es fácilmente reemplazado por serpentina, en
determinadas condiciones puede alterarse a ferricromita y/o minerales
del grupo de la clorita (Pouyan et al., 1988Pouyan,
S., Shyn-Lung, H., Hao-Tsu, C., & Ruey-Chang, J. (1988). STEM study
of “ferritchromit” from the Heng-Chun Chromitite. American Mineralogist. 73. 383-388.
; Christofides et al., 1994Christofides,
G., Thimiatis, G., Koroneos, A., Sklavounos, S.N.S., &
Eleftheriadis, G. (1994). Mineralogy and chemistry of Cr-chlorites
associated with chromites from Vavdos and Vasilika ophiolite complexes
(Chalikidiki, Macedonia, N. Greece). Chemie der Erde. 54. 151-166.
; Barnes 2000Barnes, S.J. (2000). Chromite in komatiites, II. Modification during greenschist to mid-amphibolite facies metamorphism. Journal of Petrology. 41, 387-409.
; Mellini et al., 2005Mellini,
M., Rumori, & Viti, C. (2005). Hydrothermally reset magmatic
spinels in retrograde serpentinites: formation of ‘‘ferritchromit’’ rims
and chlorite aureoles. Contrib Mineral Petrol. 149, 266-275.
; Merlini et al., 2009Merlini,
A., Griego, G., & Diella, V. (2009). Ferritchromite and
chromian-chlorite formation in mélange-hosted Kalkan chromitite
(Southern Urals, Russia). American Mineralogist. 94. 1459-1467.
).
En los complejos ofiolíticos, la intensa alteración metamórfica e
hidrotermal puede inducir cambios significativos en la cromita, dando
lugar a fases secundarias asociadas como ferricromita, cromo-magnetita y
clorita (Merlini et al., 2009Merlini,
A., Griego, G., & Diella, V. (2009). Ferritchromite and
chromian-chlorite formation in mélange-hosted Kalkan chromitite
(Southern Urals, Russia). American Mineralogist. 94. 1459-1467.
).
En el marco del proyecto 614240, "Sistematización y generalización de la información existente en secciones pulidas y delgadas de las provincias desde Artemisa hasta Matanzas en el Área de Mineralogía y Petrología", se identificaron cristales y agregados de cromita alterados, tanto en cuerpos de cromititas como dispersos en ultramafitas serpentinizadas, pertenecientes a las ofiolitas de la región Habana-Matanzas.
El objetivo de este trabajo es caracterizar, desde el punto de vista petrográfico y mineragráfico, los procesos de alteración hidrotermal que afectaron a las cromitas en estas unidades ofiolíticas, mediante el estudio de las características mineralógicas y texturales que permiten reconstruir las condiciones P/T (presión/temperatura) postmagmáticas a las que fueron sometidas, así como evaluar estas alteraciones como posibles indicadores mineralógicos aplicable en contextos geológicos análogos.
Materiales y Métodos
⌅Para el análisis petrográfico y mineragráfico se seleccionaron un total de 10 muestras, correspondientes a cromititas y ultramafitas serpentinizadas con mineralizaciones de cromita accesoria. Las láminas delgadas y secciones pulidas fueron confeccionadas en el taller de preparación de muestras del Instituto de Geología y Paleontología/Servicio Geológico de Cuba (IGP/SGC). El análisis de las muestras se realizó en el Departamento de Petrología y Mineralogía de la misma institución, mediante el uso del microscopio petro-mineragráfico Axio Scope A1 de la ZEISS, equipado con cámara Canon (resolución 2560x1920). Tanto para la descripción microscópica como para la obtención de fotomicrografías se emplearon objetivos de 5X, 10X y 20X. El análisis de las muestras se apoyó en criterios fundamentales como determinación de las constantes ópticas de los minerales bajo luz trasmitida y reflejada; y las relaciones entre los granos minerales.
Ubicación y geología del área de estudio
⌅Las áreas de estudio comprenden los depósitos cromíticos de Canasí, Tetas de Camarioca, San Miguel y Recreo (Figura 1). Todas estas áreas se encuentran dentro de la asociación ofiolítica que compone el cinturón septentrional cubano (Figura 1).
Las ofiolitas en cuestión se presentan intensamente desmembradas en un
mélange, conformando escamas tectónicas imbricadas con rocas del
paleomárgen continental de Las Bahamas, materiales del arco volcánico
cretácico y sedimentos que abarcan desde el Campaniano tardío hasta el
Eoceno (Pushcharovsky, 1988Pushcharovsky, Y. (Ed). (1988). Mapa geológico de la República de Cuba, escala 1:250000 Academia de Ciencias de Cuba y de la USSR.
). Este conjunto buza hacia el sur y suroeste, y descansa sobre el paleomárgen continental de Las Bahamas, ubicado al norte (Llanes, et. al. 1997Llanes, A.I. (1997). Petrología y mineralización de la asociación ofiolítica en la región Habana-Matanzas. Inédito. Archivo del grupo de Mineralogía y Petrología. IGP-SCG.
).
Desde el punto de vista químico, las cromitas de los depósitos Canasí, Tetas de Camarioca y San Miguel se clasifican como tipo metalúrgicas, caracterizadas por alto Cr2O3 y alto MgO, mientras que las cromitas del depósito Recreo es del tipo refractario, con contenidos más altos de Al2O3 y bajo Cr2O3 (Llanes y otros 1997Llanes, A.I. (1997). Petrología y mineralización de la asociación ofiolítica en la región Habana-Matanzas. Inédito. Archivo del grupo de Mineralogía y Petrología. IGP-SCG.
).
En la región afloran los siguientes niveles de la asociación
ofiolítica: ultramafitas metamorfizadas, compuestas por harzburgitas
serpentinizadas y en menor cantidad piroxenitas; complejo cumulativo
máfico, representado por gabros bandeados que en ocasiones transicionan a
plagioclasitas y dioritas cuarcíferas; el complejo de diques de diabasa
y complejo efusivo-sedimentario (Fonseca, 1984Fonseca,
E., Zelepuguin, V. M., & Heredia, M. (1984). Particularidades de la
estructura de la asociación ofiolítica de Cuba. Ciencia de la Tierra y el Espacio. 9. 31-46.
, citado en Llanes, et. al. 1997Llanes, A.I. (1997). Petrología y mineralización de la asociación ofiolítica en la región Habana-Matanzas. Inédito. Archivo del grupo de Mineralogía y Petrología. IGP-SCG.
).
Asociadas al contacto tectonitas - harzburgita y cúmulos ultramáficos
compuestos de dunita, wehrlita y piroxenita (zona de transición) al que
se asocia las mineralizaciones de cromita (Llanes et al. 1997Llanes, A.I. (1997). Petrología y mineralización de la asociación ofiolítica en la región Habana-Matanzas. Inédito. Archivo del grupo de Mineralogía y Petrología. IGP-SCG.
, 2002Llanes, A.I., García, I., Santa Cruz Pacheco, M., Capote, C., Morales, A., Milia, I., De la Nuez, D. (2002). Valoración
petrólogo-mineralógica de la Zona Límite Manto-Corteza Oceánica y su
implicación en la metalogenia de Au, Ag, Fe, Ni, Cu, Cr, en la región
Habana-Matanzas. Archivo IGP. MINEM. La Habana.
, 2016Llanes, A. I. (2016). Constitución y génesis de las ofiolitas de la región Habana-Matanzas. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Geológicas. Archivo del grupo de Mineralogía y Petrología IGP-SCG.
).
, donde se ubican las muestras analizadas y las diferentes unidades litológicas que constituyen la región de estudio
Resultados y Discusión
⌅Petrografía
⌅De acuerdo con la proporción cromita/silicato, las cromitas se clasifican en dos tipos: masiva y accesoria. La cromita masiva ocupa más del 90% del volumen de la roca, formando cromititas, mientras que la cromita accesoria se presenta en granos dispersos que no superan el 10% del volumen rocoso. Ambas variedades se encuentran hospedadas en serpentinitas harzburgíticas y harzburgitas serpentinizadas.
Petrografía de las rocas de caja
⌅Ambas litologías presentan características texturales y mineralógicas similares, diferenciándose principalmente en el porcentaje de minerales serpentiníticos (Figuras 2A y 2B). Las serpentinitas harzburgíticas están compuestas por más del 90% en volumen de serpentina, mientras que las harzburgitas serpentinizadas contienen entre 60 y 70% de este mineral. La serpentina con la que comúnmente contacta la cromita presenta texturas retrógradas pseudomórficas, tanto de tipo reticular como pseudoblastoporfírica, acompañada de cantidades variables de cristales relictos de olivino, ortopiroxenos, clinopiroxenos y cantidades accesorias de magnetita (Figura 2A). Esta última se encuentra estrechamente vinculada con la serpentinización del olivino. El ortopiroxeno suele estar bastitizado (Figura 2A). Los minerales de la serpentina están representados por polimorfos de baja temperatura, como lizardita (serpofita) y vetillas de crisotilo.
Petrografía de las cromitas
⌅La
cromita masiva aparece en agregados de cristales con formas anhedrales y
subidiomórficos de grano medio-grueso mientras que, la cromita
accesoria se presenta como cristales dispersos, fracturados, con bordes
redondeados y subredondeados de tamaños que oscilan entre 0.04 y 1 mm (Figuras 2C y 2D).
Con nicoles paralelos, la cromita exhibe una coloración parda a
pardo-rojiza y, con frecuencia, muestra alteración a ferricromita
isotrópica en los bordes de los granos y a lo largo de fracturas (Figura 2E, 2F, 2G y 2H).
En las cromitas metalúrgicas, el borde exterior de la zona alterada a
ferricromita suele presentar una aureola de reacción de clorita incolora
a muy débilmente verdosa, caracterizada por colores de birrefringencia
anómala (gris verdoso y azul violáceo) y un relieve muy bajo (Figuras 2C y 2G). Según Saggerson & Turner (1982Saggerson, E.P. & Turner. L.M. (1982). General comments on the identification of chlorites in thin sections. Mineralogical Magazine. 46, 469-73.
),
las variedades incoloras o de pleocroísmo muy débil y bajo relieve
suelen ser cloritas enriquecidas en Mg y Al. Por ello, considerando las
propiedades ópticas identificadas en las muestras, se infiere que las
cloritas analizadas pertenecen a esa variedad composicional. Las
aureolas cloríticas se superponen a la textura reticular de la
serpentina, lo que indica que la clorita se formó posteriormente a la
serpentinización principal (Figuras 2G y 2H).
El ancho de las aureolas cloríticas oscila entre 0.02 y 0.1 mm. En el
caso de las cromitas masivas, la clorita aparece en las grietas y
espacios intersticiales entre los granos de cromita (Figuras 2C y 2D).
Asociados a esta alteración clorítica, en la muestra I-3 perteneciente al depósito cromítico Tetas de Camarioca, se identificaron algunos microcristales de granate, con tamaños entre 0.01 y 0.05 mm, caracterizados por presentar una débil anisotropía, alto relieve y coloración verde esmeralda (Figuras 2I y 2J). De acuerdo con estas características ópticas, corresponden a uvarovita.
Mineragrafía
⌅Desde el punto de vista mineragráfico las cromitas que conforman los cuerpos de cromititas presentan estructuras que varían desde nodular (Recreo) (Figura 3A), hasta masiva (Tetas de Camarioca) (Figura 3B). El contacto entre la cromita y la roca es gradual, desde masiva en la parte central de los cuerpos hasta más diseminada en la parte exterior.
En general se aprecian deformaciones postmagmáticas y su grado de manifestación depende de la relación cromita-silicato. Las menas ricas en silicatos del tipo nodular, muestran evidencias de deformaciones plásticas como texturas de tipo pull-apart, elongación de los nódulos (Figura 3A). La mena masiva presenta huellas de fracturas (Figura 3C) y en algunos casos brechamiento.
La mineralización está constituida fundamentalmente por cromita, que en ocasiones presenta una alteración zonal a lo largo de la periferia de los granos correspondiente a ferricromita (Figura 3D). Además, de la cromita como mineral principal se reportan la presencia de minerales como: magnetita, calcopirita, millerita, pentlandita, pirrotina, polidimita y violarita.
La
alteración parcial a ferricromita, es común a todas las cromitas
analizadas, y representa la fase inicial de transformación secundaria de
estos minerales. Esta alteración ha sido interpretada como una fase
temprana inducida por un aumento en la fugacidad de oxígeno (fO2), condición necesaria para la formación de la ferricromita, según lo propuesto por Eckstrand (1975)Eckstrand,
O.D. (1975). The Dumont serpentinite: a model for control of
nickeliferous opaque mineral assemblages by alteration reactions in
ultramafic rocks. Economic Geology. 70. 183-201.
, Frost (1985)Frost, B.R. (1985). On the stability of sulfides, oxides and native metals in serpentinite. Journal of Petrology. 26. 31-63.
y Bach et al. (2006)Bach,
W., Paulick, H., Garrido, C.J., Ildefonse, B., Meurer, W., Humphris,
S.E. (2006). Unravelling the sequence of serpentinization reactions:
petrography, mineral chemistry, and petrophysics of serpentinites from
MAR 15ºN (ODP Leg 209, Site 1274). Geophysical Research Letters. 25. 1467-1470.
.
Estos mismos autores indican, además, que dicho proceso ocurre
típicamente durante las etapas avanzadas de la serpentinización, en
condiciones correspondientes al metamorfismo de la facies esquistos
verdes, cuando el olivino ha sido completamente serpentinizado.
Varios autores (Beeson & Jackson, 1969Beeson, M. & Jackson, E.D. (1969). Chemical compositions of altered chromites from the Stillwater Complex, Montana. Am Mineral. 54. 1084-1100.
; Kimball, 1985Kimball,
K.L., Spear, F.S., Dick, HJB. (1985). High temperature alteration of
abyssal ultramafics from the Islas Orcadas Fracture Zone, South
Atlantic. Contrib Mineral Petrol. 95. 307-320.
; Shen et al., 1988Shen, P., Hwang, S.L., Chu, H.T. & Jeng, R.C. (1988). STEM study of ‘‘ferritchromit’’ from the Heng-Chun chromitite. American Mineralogist. 73. 383-388.
; Mellini et al., 2005Mellini,
M., Rumori, & Viti, C. (2005). Hydrothermally reset magmatic
spinels in retrograde serpentinites: formation of ‘‘ferritchromit’’ rims
and chlorite aureoles. Contrib Mineral Petrol. 149, 266-275.
)
señalan que, durante el metamorfismo, ocurre la difusión de aluminio y
magnesio desde la cromita hacia los silicatos circundantes, lo que
favorece la formación de espinelas enriquecidas en Fe y Cr, tales como
ferricromita o cromo-magnetita, así como el desarrollo de aureolas de
clorita. Kimball (1990)Kimball, K.L. (1990). Effects of hydrothermal alteration on the composition of chromian spinels. Contrib Mineral Petro., 105. 337-346.
indica que la formación de clorita producto de la alteración
hidrotermal de la cromita magmática ocurre en un ambiente de alta
temperatura (>400oC) en presencia de fluidos ricos en MgO y SiO2, de acuerdo con la siguiente reacción:
| (1) (Mg, Fe) (Al, Cr)2O4 + 4MgO + 3SiO2 + 4H2O | → | Mg5AlSi3AlO10(OH)8. |
| (Cromita) | (Clorita) |
Sin embargo, posteriores estudios realizados por Mellini et al. (2005)Mellini,
M., Rumori, & Viti, C. (2005). Hydrothermally reset magmatic
spinels in retrograde serpentinites: formation of ‘‘ferritchromit’’ rims
and chlorite aureoles. Contrib Mineral Petrol. 149, 266-275.
sugieren que la formación de la clorita, ocurre más bien durante la
post-serpentinización como resultado de la reacción entre la espinela y
la serpentina circundante, en condiciones relativamente oxidantes. Esta
interpretación es respaldada por la evidencia textural, donde se observa
comúnmente la presencia de aureolas cloríticas superpuestas a la
textura reticular de la serpentina. Este proceso puede representarse
mediante la reacción:
| (2) MAl2O4Al + 1.5 M3Si2O5(OH)4 + H2O + 0.083O2 | → | M5AlSi3AlO10(OH)8 + 0.167M3O4 | ||
| (Al-espinela) | (Serpentina) | (Clorita) | (Cr-magnetita) | |
Respecto a las cromitas analizadas no se observa magnetita como uno de los productos de la reacción (2) lo cual, se favorece en un ambiente relativamente reducido.
En varios estudios previos como los de Golding y Bayliss (1968)Golding, H.G. & Bayliss, P. (1968). Compact chlorite associated with lizardite from New South Wales, Australia. Mineral Mag. 36. 825-831.
, Onyeagocha (1974)Onyeagocha, A.C. (1974). Alteration of chromite from the Twin Sisters Dunite, Washington. American Mineralogist. 59. 608-612.
y Shen et. al. (1988)Shen, P., Hwang, S.L., Chu, H.T. & Jeng, R.C. (1988). STEM study of ‘‘ferritchromit’’ from the Heng-Chun chromitite. American Mineralogist. 73. 383-388.
citados en Mellini et al. (2005)Mellini,
M., Rumori, & Viti, C. (2005). Hydrothermally reset magmatic
spinels in retrograde serpentinites: formation of ‘‘ferritchromit’’ rims
and chlorite aureoles. Contrib Mineral Petrol. 149, 266-275.
,
han reportado reacciones similares, donde se han descrito segregaciones
metasomáticas de clorita en el contacto entre cromita y serpentina, lo
que coincide con nuestras observaciones. La frecuente presencia de
lizardita, la fase de baja temperatura de la serpentina, indica que los
procesos de alteración hidrotermal observados en nuestro estudio se
desarrollaron bajo un régimen metamórfico que no superó la facies
esquistos verdes. La presencia de dos etapas sucesivas en los procesos
de alteración evidencia un comportamiento similar al documentado por Proenza et. al. (1999)Proenza, J., Solé, J., Melgarejo, J.C. (1999). Uvarovite in podiform chromitite: The Moa-Baracoa ophiolitic massif, Cuba. Canadian. Mineral. 37. 679-690.
en cromitas del macizo ofiolítico de Moa-Baracoa, Cuba oriental.
Como se mencionó anteriormente, la presencia de aureolas cloríticas se limita a las cromitas metalúrgicas y no se observa en las cromitas refractarias. Este comportamiento puede interpretarse a partir de los requerimientos composicionales de la clorita, cuya formación depende de la disponibilidad de elementos como Al, Mg y Fe en el sistema. En este sentido, la ocurrencia de aureolas cloríticas alrededor de las cromitas implicaría una extracción progresiva de estos elementos desde la espinela hacia la zona de reacción en el contacto con la serpentina. Esta removilización química favorece la disminución del contenido de Al en la cromita residual, lo que refuerza aún más su carácter metalúrgico y acentúa las diferencias composicionales respecto a las refractarias.
Barnes (2000)Barnes, S.J. (2000). Chromite in komatiites, II. Modification during greenschist to mid-amphibolite facies metamorphism. Journal of Petrology. 41, 387-409.
también señala que la extensión del reemplazamiento de la cromita está
condicionada por el acceso de fluidos y la relación fluido-roca. De
manera que en ambientes donde el fluido es dominante, la cromita puede
experimentar una destrucción casi total acompañada de una significativa
pérdida de aluminio. No obstante, en nuestro caso de estudio, la cromita
se conserva parcialmente, predominando la sustitución pseudomórfica a
ferricromita sobre la cloritización. Tal comportamiento podría estar
relacionado con una menor disponibilidad de fluidos o una relación
fluido-roca menos intensa, lo que a menudo limita la progresión de la
alteración.
La presencia de microcristales de uvarovita asociados
con clorita en la muestra I-3, indica que los fluidos mineralizantes
contenían, además de Al y Cr, bajas concentraciones de Ca, elemento
esencial para la cristalización de este granate cálcico-cromífero (Proenza & Gervilla 1997Proenza,
J. y Gervilla, F. (1997). Proceso de alteración a ferricromita en
Cr-espinelas del yacimiento Mercedita (Cinturón ofiolítico
Mayarí-Baracoa, Cuba). Boletín de la Sociedad Española Mineral. 20A. 29-30.
; Proenza, 1998Proenza, J. (1998). Mineralizaciones de cromita en la faja ofiolítica Mayarí-Baracoa (Cuba) Ejemplo del yacimiento Mercedita. Tesis Doctorado. Univ. De Barcelona.
).
Conclusiones
⌅De acuerdo con las características texturales y mineralógicas, la alteración hidrotermal de las cromitas analizadas se desarrolló en dos fases fundamentales, ambas bajo condiciones de presión y temperatura equivalentes a la facies de esquistos verdes y con una baja relación fluido-roca. La primera estuvo asociada a un incremento de la fugacidad de oxígeno durante las fases avanzadas de la serpentinización, lo que favoreció la precipitación de ferricromita en los bordes y grietas de los cristales de cromita. En la segunda fase, la cromita reaccionó con la serpentina circundante, en presencia de fluidos, experimentando una pérdida de Al y Mg, dando como resultado una cromita residual del tipo metalúrgico orlada por una aureola clorítica.
La presencia de microcristales de uvarovita asociada a clorita en la muestra I-3 indica que los fluidos mineralizantes contenían, además de Al y Cr, bajas concentraciones de Ca. Los resultados del estudio ponen de manifiesto el estrecho vínculo entre los procesos de alteración de la cromita y su composición, lo que permite evaluar dichas alteraciones como posibles indicadores mineralógicos aplicables en contextos ofiolíticos análogos.
Para avanzar en la reconstrucción detallada de las condiciones fisicoquímicas que controlan la alteración hidrotermal de las cromitas en las ofiolitas de La Habana-Matanzas, se recomienda complementar este estudio mediante técnicas analíticas de mayor resolución como la microscopía electrónica de barrido.