Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas 2. METODOLOGÍA A continuación se describen las fases metodológicas desarrolladas en el proyecto: 2.1 Revisión y análisis de la información Esta fase se llevó a cabo por medio de la elaboración de un estado del arte, el cual fue orientado durante los cursos de seminario de la Maestría en Ingeniería de Materiales y Procesos de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín. El estado del arte está dividido en dos partes, una es la revisión bibliográfica, donde se hizo una síntesis de los trabajos geológicos previos que involucran los Esquistos de Sabaletas y las unidades geológicas relacionadas y la segunda parte corresponde a un marco conceptual donde se discuten temas sobre geología, especialmente en las áreas de petrología metamórfica, microtectónica y estructural. Adicional a esto, se revisó y analizó el material cartográfico concerniente a mapas topográficos, geológicos y temáticos del área. 2.2 Trabajo de campo de geología estructural Para este estudio se realizaron cortes estructurales que tuviesen el mayor cubrimiento posible de los Esquistos de Sabaletas y de las zonas de contacto con las unidades adyacentes. Estos cortes se realizaron principalmente por quebradas y algunos caminos, con una orientación aproximada E-W, perpendicular al rumbo general de las estructuras N-S de los Esquistos. Los objetivos principales de esta fase fueron la identificación y caracterización metamórfica de los esquistos, la relación con las unidades adyacentes y la adquisición de datos estructurales como: foliaciones principales y secundarias, lineaciones de estiramiento de minerales, flancos y ejes de pliegues, fallas y diaclasas. Al mismo tiempo, se recolectaron muestras para los posteriores análisis de geoquímicos y para la realización de secciones delgadas orientadas para los análisis microestructurales. 2.3 Análisis de petrología metamórfica Los análisis de la petrología metamórfica se realizaron con base a 35 muestras obtenidas en campo, de las cuales se seleccionaron 18 para la elaboración de secciones delgadas: doce de los Esquistos de Sabaletas y seis de la Formación Barroso, teniendo en cuenta parámetros como cubrimiento de la unidad, variación litológica y grado de alteración. De estas secciones delgadas seis son secciones delgadas orientadas, destinadas para los análisis microestructurales y seis son secciones delgadas pulidas para los análisis de química mineral. 10 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas El análisis petrográfico constó de la descripción de las propiedades ópticas de los minerales constituyentes, la determinación de texturas, morfología de la foliación, composición mineral porcentual, paragénesis y alteraciones, para la posterior interpretación de los protolitos y los eventos de deformación y metamorfismo. 2.4 Análisis microestructural Para el análisis microestructural se utilizaron las secciones delgadas orientadas, las cuales son cortes de forma perpendicular a la foliación y paralela a la lineación, en la dirección XZ (FIGURA 2.1). Estas secciones tienen como objetivo obtener información estructural de los indicadores cinemáticos que permitan establecer un sentido de cizalla y de los mecanismos de deformación que presentan estas rocas. Otro de los objetivos es identificar el (los) evento(s) metamórfico(s) y la(s) fase(s) de deformación, su secuencia y las condiciones en que se produce(n). Con los indicadores cinemáticos también se realizaron análisis de los vectores de esfuerzos, para determinar las direcciones de compresión, distención y cizallamiento. Los datos obtenidos en el análisis microtectónico se correlacionaron con los datos obtenidos en los afloramientos y son reflejados en los cortes estructurales y los diagramas estereográficos. FIGURA 2.1 Secciones delgadas orientadas indicando los pasos seguidos para la obtención de una sección delgada orientada. A. Identificación de la esquistosidad y lineación principal en el afloramiento. B. Obtención de la muestra paralela a la lineación y perpendicular a la foliación. C. Identificación de las direcciones X-Z. D. Sección delgada orientada con las direcciones X-Z indicadas. 11 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas 2.5 Procesamiento de los datos y discusión de los resultados Para esta fase se realizó la compilación de los datos obtenidos en campo y en laboratorio, los cuales se procesaron y se presentarán en los capítulos siguientes en forma de cortes estructurales, diagramas estereográficos, mapas geológicos, formatos petrográficos, tablas y gráficas, que son acompañados por una descripción. Por último se realizó la integración de la información, la discusión y la interpretación traducida en un modelo evolutivo para los Esquistos de Sabaletas. 2.6 Objetivos del estudio 2.6.1 Objetivo General Realizar la caracterización estructural y metamórfica de la unidad Esquistos de Sabaletas, parte norte de la Cordillera Central de Colombia. 2.6.2 Objetivos específicos Establecer las características estructurales de esta unidad a nivel mesoscópico y microscópico. Definir la facies y el grado metamórfico de las rocas analizadas y establecer las características del protolito. Inferir los mecanismos de deformación y las fases de deformación que han afectado esta unidad. 12 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas 3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Y TECTÓNICA Se realizaron cuatro cortes estructurales con dirección aproximada E-W. De norte a sur: Quebrada Chachafruta cercana al corregimiento de Sevilla, Quebrada Sabaletas al norte del Municipio de Armenia-Mantequilla, Río Amagá y carretera Amagá-Bolombolo (FIGURA 3.1). FIGURA 3.1 Mapa Geológico. Modificado de Grosse (1926); Mejía et al. (1983a); Mejía et al. (1983b); Gómez et al. (2007). 13 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas 3.1 Perfil estructural Quebrada Chachafruta El corte en la Quebrada Chachafruta (FIGURA 3.2) está ubicado al suroccidente del corregimiento de Sevilla. Sobre el extremo occidental del corte, afloran basaltos porfiríticos y afaníticos asociados a la Formación Barroso (Mejía et al., 1983a y 1983b). Los basaltos desarrollan foliación milonítica incipiente, con ángulos de inclinación entre 30° y 45° y dirección E-SE. En estas rocas predomina una deformación frágil, caracterizada por fracturas y algunas zonas de despegue con inclinaciones entre 20° y 35° al E-SE, aunque hacia la parte oriental, cerca al contacto con los Esquistos de Sabaletas, se encuentran algunos pliegues con planos axiales con vergencia al occidente. Hacia la cabecera de la Quebrada Chachafruta, afloran los esquistos cuarzo-muscovíticos y esquistos actinolíticos de Sabaletas, estos últimos presentan una foliación S1 continua definida por cristales aciculares de actinolita, con dirección de inclinación (dip direction) promedio de 52°092° (ángulo de inclinación-dirección de inclinación con respecto al norte de una estructura planar; nomenclatura sugerida por McClay, 1987, traducción de los términos al idioma español por Rossello, 2009), con ángulos de inclinación que oscilan entre 32° y 88° hacia el E-SE, similar a la tendencia de los basaltos de la Formación Barroso de la parte occidental. Hacia el extremo oriental el plegamiento es isoclinal apretado. También se presentan algunas zonas de falla con ángulos de inclinación menores a 45° con dirección E-NE, en especial en los esquistos cuarzo-muscovíticos. Perfil Estructural Quebrada Chachafruta N 65º E S 65º W W E S1 2000 1750 1500 n=5 (S1) n=9 (S1) 1250 1000 S1 750 500 250 0 1 Km Esquistos de Sabaletas Formación Barroso Estructura Interpretada Falla FIGURA 3.2 Perfil estructural Quebrada Chachafruta. Corte segmentado. El contacto entre los basaltos de la Formación Barroso y los Esquistos de Sabaletas no se pudo definir en esta quebrada. Los diagramas estereográficos representan los contornos de polos. Los intervalos de contorno están al 2% del 1% del área. 14 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas 3.2 Perfil estructural Quebrada Sabaletas En el extremo occidental del perfil estructural de la Quebrada Sabaletas (FIGURA 3.3), se presentan basaltos asociados a la Formación Barroso (sensu Mejía et al., 1983a y 1983b), con textura ígnea volcánica afanítica a porfirítica, fenocristales de plagioclasa con alta densidad de fracturas, generalmente rellenas por cuarzo y que tienen una apariencia masiva pero presentan foliación dinámica incipiente. Esta foliación muestra una dirección de inclinación promedio 69°094° con ángulos de inclinación que varían entre 50° y 85°, especialmente hacia el contacto con los Esquistos de Sabaletas (FIGURA 3.4 A). Dicha foliación tiene un patrón bien definido y regularmente espaciado, con orientación de cristales fibrosos, posiblemente de actinolita (?) (FIGURA 3.4 B). En algunos sectores, el clivaje muestra pliegues apretados con cabeceo del eje axial al norte y una inclinación de los planos axiales mayores a 70° (FIGURA 3.4 C). Existen algunos segmentos de menos de 10 m de espesor donde hay trituración y cataclasis, que presentan un buzamiento subvertical y una dirección aproximada N-S, conformados por lentes de rocas cataclásticas a partir de basaltos, compuestos principalmente por cuarzo recristalizado de tamaño medio y arcillas. Las rocas cataclásticas muestran un contacto neto con esquistos cuarzomuscovíticos, que tienen una foliación S1 definida por láminas milimétricas de muscovita y grafito con dirección de inclinación 45°075° (FIGURA 3.4 D). Los esquistos cuarzo-muscovíticos tienen un clivaje S1 promedio 70°101°. Las inclinaciones se verticalizan y el plegamiento es apretado, hacia el oriente de la unidad. Es común encontrar superficies de despegue con ángulos de inclinación entre 45° y 60° con vergencia al SW. En la parte central del perfil estructural de la Quebrada Sabaletas, afloran esquistos actinolíticos intercalados con esquistos cuarzo-muscovíticos que muestran foliación dinámica S1, definida por la actinolita en los primeros y láminas de muscovita y grafito en los últimos. El clivaje S1 tiene un promedio 57°129° con ángulos de inclinación entre 30° y 90°, variando a 84°106° en virtud de plegamientos apretados con planos axiales subverticales. Esta tendencia de dirección de inclinación hacia el occidente se mantiene por algunas decenas de metros y cambia de dirección al E-SE, por plegamiento asimétrico apretado (FIGURA 3.5 A). Se encuentran algunas zonas de despegue con ángulos de inclinación entre 40° y 50° en dirección NE, con desplazamiento de 1 a 2 m. (FIGURA 3.5 B). En la parte más oriental del corte, hacia el contacto con la Diorita de Pueblito, los Esquistos presentan una foliación subvertical S1 con dirección de inclinación promedio 83°100° y segmentos de decenas de metros con promedio 73°278°. La intercalación de esquistos actinolíticos y esquistos cuarzo-muscovíticos es muy fina, con cierto predominio de los últimos hacia el contacto con la Diorita (FIGURA 3.5 C y D). En este sector se observaron, en el plano XZ del elipsoide de deformación, lentes de cuarzo asimétricos, deformados por esfuerzos de cizalla, que denotan un componente de rumbo dextral (FIGURA 3.5 E y F). Esta estructura muestra que la deformación aparte de tener una componente compresiva que genera una foliación penetrativa S1 y unos pliegues F2 tambien tinene una componente transcurrente, o sea que la deformación es de tipo transpresivo (Jones et al., 2004). 15 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas Perfil Estructural Quebrada Sabaletas N 42º W S 42º E N 81º W S 81º E 2000 L1 1750 1500 n=12 1250 1000 750 500 250 0 S1 S1 S1 S1 S1 1 Km n=4 (S1) n=9 n=7 n=4 n=7 (S1) n=9(S1) n=8 n=8 (S1) Esquistos de Sabaletas Formación Barroso Milonitas Gabro y Diorita de Pueblito Rocas Ultramáficas Falla n=8 n=8 (S1) Estructura Interpretada FIGURA 3.3 Perfil estructural Quebrada Sabaletas. El diagrama de polos de la parte superior representa la lineación mineral L1 en los Esquistos. Los diagramas de contornos de polos de la parte inferior representan las foliaciones S1 de los Basaltos de Barroso, los Esquistos de Sabaletas y la Diorita y el Gabro de Pueblito. Los diagramas estereográficos representan los contornos de polos. Los intervalos de contorno están al 2% del 1% del área. 16 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas FIGURA 3.4 Secuencia fotográfica de occidente a oriente de las rocas de la Formación Barroso en la Quebrada Sabaletas, cerca al contacto con los Esquistos de Sabaletas. A. Foliación S1 con direcciónde inclinación subvertical. B. Cristales de sulfuros en los basaltos con alineados por la foliación dinámica. C. Plano axial de un pliegue F2 tipo “Kink” en basaltos porfiríticos. D. Plano de falla que pone en contacto basaltos deformados de la Formación Barroso (K2-Vm4) y esquistos cuarzo-muscovíticos de Sabaletas (NP?Ma3). La nomenclatura de las unidades es adaptada del Mapa Geológico de Colombia, escala 1:500.000 (Gómez et al., 2007). En la parte oriental del perfil estructural de la Quebrada Sabaletas, se puede observar el contacto fallado entre el Gabro de Pueblito con los Esquistos de Sabaletas, que se presenta una como una franja entre 20 y 30 m de espesor, donde la roca es triturada y milonitizada (FIGURA 3.6 A). También se encuentran lentes de rocas máficas serpentinizadas (FIGURA 3.6 B). En este sector la Diorita de Pueblito tienen foliación milonítica, donde se pueden ver cristales de plagioclasa con estiramiento, rotación y recristalización, algunos con asimetría por la cizalla producida. Estas rocas presentan foliación milonítica bien definida con promedio 53°045°, posiblemente producto de esfuerzos compresivos (FIGURA 3.6 C y D). 17 Caracterización de la deformación y metamorfismo de los Esquistos de Sabaletas FIGURA 3.5 Estructuras de los Esquistos de Sabaletas en la Quebrada Sabaletas. A. y B Estructuras en la parte media de la unidad. A. La foliación en toda la unidad cambia gradualmente de dirección de inclinación de E-SE a W-NW por medio de plegamiento. B. Intercalación de esquistos actinolíticos y esquistos cuarzo-moscovíticos. Se observa como la foliación es truncada por fallamiento inverso. C, D, E y F. Secuencia fotográfica de occidente a oriente de las estructuras cerca al contacto con el Gabro de Pueblito. C y D. Pliegues en la foliación. E y F. Vista en planta de lentes de cuarzo con asimetría a causa de esfuerzos de cizalla de sentido dextral. F. Pliegues apretados tumbados en los lentes de cuarzo. 18