Caracterización de cementos en conglomerados de la Fm. Cueva de Pérez: factores condicionantes en los procesos de transformación de goethita a hematita.

JUAREZ, OSCAR; MAZA, SANTIAGO; COLLO, GILDA

Congreso; XIX Congreso Geológico Argentino; 2014

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.