CICTERRA   20351
CENTRO DE INVESTIGACIONES EN CIENCIAS DE LA TIERRA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Caracterización de cementos en conglomerados de la Fm. Cueva de Pérez: factores condicionantes en los procesos de transformación de goethita a hematita.
Autor/es:
JUAREZ, OSCAR; MAZA, SANTIAGO; COLLO, GILDA
Reunión:
Congreso; XIX Congreso Geológico Argentino; 2014
Resumen:
En el sector central del
Cinturón de Famatina (Provincia de La Rioja, noroeste argentino) aparecen
depósitos aterrazados y discontinuos de conglomerados polimícticos agrupados en la
Formación Cueva de Pérez (Marcos y Zanettini, 1982, Fig. 1a),
que han sido motivo de explotaciones auríferas (oro en placer) durante el siglo pasado. Estos niveles afloran
en la zona del distrito minero Nevados de Famatina (DMNF),
por más de 20 km a lo largo de la cuenca del río Amarillo. Se trata de una secuencia discontinua de conglomerados y
brechas clasto a matriz soportados, tabulares, con matriz arenosa y fuertemente
cementados con óxidos, hidróxidos y sulfatos de hierro. La unidad presenta
mayor continuidad en la zona de Cueva de Pérez, con un espesor total de ~50 m, y
niveles individuales de entre ~2 y ~4 m. Debido a su posición
estratigráfica fueron asignados alternativamente al Pleistoceno temprano-Holoceno.
Los depósitos de terrazas cementados
de la formación Cueva de Pérez podrían ser considerados como análogos fósiles
de las terrazas actuales del río Amarillo, evidenciando la existencia de un
sistema de paleodrenaje ácido asociado a los procesos supergénicos desarrollados
en el distrito minero Nevados de Famatina. El muestreo de
los cementos se realizó en las cercanías del Campamento Cueva de Pérez, donde
la secuencia presenta mayor continuidad, y en afloramientos cercanos al río
Amarillo. En este trabajo se presentan análisis mineralógicos (difracción de
rayos x) y de distribución de tamaño de granos (analizador de partículas láser)
de cementos de 11 niveles de la Fm Cueva de Pérez. Los cementos (Fig. 1b) están
formados por minerales de Fe (III) que se encuentran mezclados con minerales
detríticos siliciclásticos de la matriz. Los minerales de Fe (III) identificados
son goethita (FeOOH), hematita (Fe2O3) y jarosita (KFe3(SO4)2(OH)6),
mientras que entre los minerales detríticos el cuarzo y la mica blanca de grano
fino aparecen con mayor abundancia: caolinita, pirita y feldespatos aparecen en
menor cantidad. Proporciones relativas variables entre goethita y hematita fueron
semi-cuantificadas a lo largo del perfil. Las terrazas más cercanas al nivel de
base actual del río Amarillo presentan goethita pura, en los niveles
intermedios el contenido de este mineral disminuye y aparece la hematita (38-60%),
mientras que en los niveles superiores (210 m desde la base del río) la
goethita (55%) y hematita (45%) aparecen en proporciones similares. La jarosita
ocurre sólo en algunos niveles como fase de Fe (III) dominante. La distribución
de tamaño de partículas de los minerales de hierro, determinada mediante analizador
de partículas láser en muestras de cemento disgregadas ultrasónicamente, evidencia
la existencia de dos poblaciones granulométricas. La primera, entre 0,389 a
3,94 µm, es interpretada como representativa de los cristales asociados al cemento
propiamente dicho, dada la relación directa entre la proporción relativa de minerales
de Fe y la proporción de granos en la población. La segunda, presenta un rango
entre 3 a 13,25 µm y es interpretada como representativa de los granos
detríticos en la matriz, incorporados en las muestras. Asimismo, los tamaños de
los dominios cristalinos fueron estimados a partir del ancho de las reflexiones
a la altura media (FWHM) para la goethita (110), hematita (012) y jarosita (113),
utilizando la ecuación de Scherrer y un patrón estándar (mica) para la
corrección instrumental. Los resultados muestran para la goethita un rango homogéneo
en todo el perfil que varía entre 0,014 y 0,024 µm, para la hematita un rango entre
0,023 y 0,062 µm y para la jarosita un rango entre 0,101 y 0,200 µm. Si bien se
trata de dominios cristalinos probablemente menores a los tamaños de los
granos, los valores muestran una alta cristalinidad para las tres fases.
La goethita es un mineral que aparece en general como producto
intermedio de la disolución/recristalización de minerales precursores como
schwertmannita (Fe8O8(OH)6SO4·10H2O)
y ferrihidrita (Fe5HO8 4H2O) (Acero et al.,
2006). Resulta una transformación rápida, que en condiciones adecuadas (soluciones
ácueas con pH 3-14) ocurre al cabo de unas semanas a meses. Asimismo, tanto la
goethita como la hematita pueden ser un producto directo de la transformación
de ferrihidrita en función del pH y la temperatura (Das et al., 2011). En el caso de las muestras estudiadas, la
presencia de jarosita estaría indicando aguas ácidas sulfatadas similares a las
que hoy se presentan en la cuenca alta del río Amarillo (Maza et al., 2011),
por lo que procesos incipientes de generación de goethita y hematita a partir
de ferrihidrita pueden ser descartados. La hematita puede ser también generada
por transformación diagenética de goethita (cientos a miles de años). Durante la
diagénesis en condiciones deshidratadas la alteración de goethita a hematita,
más estable, ocurre a temperaturas >200°C, mientras que la presencia de agua
permite que la transformación tenga lugar a temperaturas menores (Cornell y
Schwertmann, 1996). Los conglomerados de Cueva de Pérez, no presentan rasgos sedimentológico-estratigráficos
que indiquen que fueron afectados por un enterramiento importante, por lo que
las temperaturas necesarias para estas transformaciones diagenéticas no habrían
sido alcanzadas. Asimismo, no se observa una distribución de las proporciones
relativas goethita/hematita que permita interpretar un incremento de esta
última con la profundidad. Otros factores que promueven la deshidroxilación de
la goethita y su consecuente transformación a hematita son el incremento de los
defectos estructurales y/o una disminución del tamaño del cristal (Pérez-López et
al., 2011). Tamaños de grano pequeños presentan extensas áreas
superficiales y, en consecuencia, mayor energía de superficie por unidad de
volumen, lo que incrementa su solubilidad y disminuye su estabilidad. En el caso de
los cementos estudiados para la Formación Cueva de Pérez, éste parece ser el
principal factor condicionante en la transformación de los óxidos e hidróxidos.
Los tamaños de dominio
cristalino estimados para la goethita caen dentro del rango para goethitas bien
cristalizadas (Wolska y Schwertmann, 1989), posiblemente con una cinética de trasformación
lenta y por lo tanto preservados, mientras que la hematita presente sería el
producto de la transformación de granos de goethita de menor tamaño.