Objetivos: Familiarizar al alumno con las metodologías utilizadas para la interpretación de información geoquímica.

Procedimiento: A partir de los análisis de roca total presentes en el archivo excel UNIDAD CK, UNIDAD P, UNIDAD H, UNIDAD M y UNIDAD T, para las Unidades del TPN°3, proceda a elaborar la caracterización geoquímica de las unidades geológicas:

1) Instale el programa SetupIgpet_Win_2017_Teachingo o Igpet05.

2) Tomando los datos de elementos mayores del archivo excel TPN°4-Geolarg2024 recalcule los porcentajes llevandolos a 100 %, como se explica en el archivo pdf. GEOQUIMICA DE ROCAS-anexo. Debido al tamaño del archivo el mismo no se puede subir a la página web por lo cual la cátedra lo entregará en pendrive.

3) Estos nuevos valores son los que se utilizarán para el ploteo de los diagramas correspondientes a los elementos mayores.

4) Abra la nueva tabla TPN°4-Geolarg2024 (con el recalculo de los elementos mayores a 100%), utilizando el Igpet_Win-2017_Teaching o Igpet05.

Aclaración: para poder abrir el archivo TPN°4-Geolarg2024 (con el recalculo de elementos mayores a 100%) en Igpet teaching o Igpet05, el archivo debe estar guardado en formato TEXTO DELIMITADO POR TABULACIONES (txt)

5) Inicie el ploteo de las muestras confeccionando de los diagramas para elementos mayores, trazas y ETR. Para ello deberá categorizar las muestras teniendo en cuenta la edad y secciones, en el caso de Unidades geologicas con dicha subdivisión.

Aclaración: para abrir el archivo en Igpet (formato .csv) deberán ir a la solapa File-Open file y buscar el archivo csv. Recuerden que este archivo luego deben guardarlo en formato .roc

Para modificar el archivo (ya en formato .roc) deberán hacer los siguientes pasos: solapa File-File Operations-Modify data. Una vez aquí verán la tabla con los analísis químicos (chequeen que todo este en el lugar correcto) y en las columnas J, K o L code deberán incluir un número para poder categorizar las distintas muestras de acuerdo a su edad y a las subdivisiones que las Unidades geológicas presenten.

Para la categorización primero que nada deberán hacer un diagrama cualquiera X-Y (solapa PLOT) e ir a la solapa EDIT opcion SYMBOLS-en la opción REFRESH pueden ver toda la simbología y ahí elegir cuales utilizar para categorizar.

6) Posteriormente deberán armarán figuras con el siguiente ordenamiento:

• En la primera colocarán los diagramas de elementos mayores y trazas.

• En la segunda elementos de las tierras raras y discriminantes tectónicos. Las figuras deberán ser legibles y tener tamaños similares entre sí. Cada diagrama debe ser individualizado en la figura con una letra mayúscula.

7) Una vez finalizadas las figuras describa las características geoquímicas de las muestras analizadas teniendo en cuenta sus concentraciones de elementos mayoritarios y trazas. Para ello deberán ayudarse con el archivo pdf. GEOQUIMICA DE ROCAS-anexo.

Posteriormente describa las concentraciones y las asociaciones minerales que pueden vincularse a esas concentraciones.

8) Analice la evolución geoquímica utilizando los diagramas de elementos mayores y trazas.

9) Describa las características geoquímicas de las muestras analizadas a partir de sus concentraciones de elementos de tierras raras de cada una de las unidades analizadas, a partir de la utilización de diagramas multielementales normalizados y otros.

10) Analice los diagramas de discriminación tectónica. Compare los datos obtenidos con otros diagramas de elementos mayores y trazas. Establezca el ambiente tectónico en el cual se habría originado cada una de las unidades analizadas utilizando la información de todos los diagramas realizados

11) Realice modelos geotectónicos 3D, como se indica en el archivo pdf. GEOQUIMICA DE ROCAS-anexo, para cada una de las Unidades geológicas estudiadas en este TP.

12) Confeccione la historia geológica de la zona de estudio teniendo en cuenta los datos obtenidos en el TPN°3 y el TPN°4.

13) Elabore un informe donde se describan todas las características químicas de las rocas del archivo TPN°4-Geolarg2024 y donde se incluya también la historia geológica. Constará de los siguentes elementos: Portada, Introducción, Resultados, Discusión, Conclusiones y Bibligrafía.

Separe los resultados en: a) elementos mayores, elementos trazas, elementos de las tierras raras, diagramas discriminantes y evolución del magmatismo. Este último apartado debe separarse en dos aspectos: evolucíon de cada grupo y evolución de todo el conjunto incluyendo los modelos geotéctonicos realizados.

b) Historia geológica de la región.

El texto se redactará utilizando párrafos de extensiones similares, es decir se colocarán puntos y aparte para que sean legibles. Estos párrafos deben tener conexión entre unos y otros, o sea seguiran una secuencia lógica de ideas.

Letra Arial 12 de espaciado 1,5 entre líneas, justicado normal.

No hay extensión máxima del informe. La cita de los trabajos consultados debe agregarse al final del informe en orden alfabético.

14) Se entregará via e-mail a cada tutor en formato pdf. El archivo se denominará apellido del autor-tp4.

Informes que no respeten lo indicado o que presenten similitudes más allá de lo lógico o sean repeticiones de otros serán considerados copias y por lo tanto desaprobados.

Diagramas a utilizar

Elementos mayores clasificadores y comportamiento de las rocas

• Diagrama AFM: Irvine, T.N., Baragar, W.R.A., 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences 8, 523-548.

• Diagrama K2O versus SiO2: A. Pecerrillo, S.R. Taylor, Geochemistry of Eocene calcalkaline volcanic rocks from the Kastamonu Area, northern Turkey. Contributions to Mineralogy and Petrology, 58 (1976), pp. 63–81.

• Diagrama A/CNK vs. A/NK: Shand, S.J., 1927. Eruptive Rocks. Their Genesis, Composition, Classification, and Their Relation to Ore-deposits, third ed. J. Wiley and Sons, New York.

• Diagrama alcalino-subalcalino: Irvine, T.N., Baragar, W.R.A., 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences 8, 523-548.

Elementos trazas clasificadores y comportamiento de las rocas

• Diagrama Zr/TiO2 versus Nb/Y: J.A. Winchester, P.A. Floyd, Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chemical Geology, 20 (1977), pp. 325–343.

• Diagrama expandido de trazas y tierras raras normalizado a condrito: R.N. Thompson, British Tertiary volcanic province, Scottish Journal of Geology, 18 (1982), pp. 49–107.

• Diagrama de tierras raras normalizado a condrito: S.S. Sun, W.F. McDonough, Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: A.D. Saunders, M.J. Norry (Eds.), Magmatism in the Ocean Basins, Geological Society of London, Special Publication, vol. 42 (1989), pp. 313–345.

• Diagrama TiO2 versus Zr: P.T. Leat, E.S. Jackson, R.S. Thorpe, C.J. Stillman. Geochemistry of bimodal basalt-subalkaline/peralkaline rhyolite provinces within the Southern British Caledonides. Journal of the Geological Society, 143 (1986), pp. 259–273.

• Diagrama Zr versus 1000*Ga/Al: Whalen, J.B., Currie, K.L., Chappel, B.W., 1987. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contributions to Mineralogy and Petrology 95, 407–419.

Diagramas de discriminación tectónica

• Diagrama Th/Yb versus Ta/Yb: Pearce J.A. The role of sub-continental lithosphere in magma genesis at destructive plate margins. C.J. Hawkesworht, M.J. Norry (Eds.), Continetal Basalts and Mantle Xenoliths (1983), pp. 230–249 Shiva.

• Diagrama Rb versus Y+Nb: J.A. Pearce, N.B.W. Harris, A.G. Tindle, Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. Journal of Petrology, 25 (1984), pp. 956–983.

• Diagrama Rb/30-Hf-Ta*3: Harris, N.B.W., Pearce, J.A., Tindle, A.G., 1986. Geochemical characteristics of collision-zone magmatism. In: Coward, M.P., Reis, A.C. (Eds.), Collision Tectonics, vol. 19. Geological Society Special Publication, pp. 67-81.

• Diagrama Y-Nb-Ce: Eby, G.N., 1992. Chemical subdivision of the A-type granitoids: petrogenetic and tectonic implications. Geology 20, 641-644.

• Diagrama Zr vs. (Nb/Zr)N: Thiéblemont, D., Tegyey, M., 1994. Une discrimination géochimique des roches differenciées témoin de la diversité d’ origine et de situation tectonique des magmas calco-alcalins. Comptes Rendus de l’ Académie des Sciences Paris 319, 87-94.

Duración: Entre el 24 de Mayo y el 18 de Junio. Los alumnos realizan sus labores y consultas.

1era entrega: 18 de Junio, antes de las 20 hs. Cada alumno envía por mail los archivos a cada tutor. Archivos recibidos luego de ese horario o que no repeten lo indicado mas arriba, serán considerados desaprobados, pasando los autores a recuperatorio del 2do parcial práctico.

1era nota para hacer correcciones: 20 de Junio. Se devuelve por mail los archivos con las correcciones. Nota de aprobación 7 (siete). Las notas se cargan en la web de la cátedra y se indican en cada TP.

2da entrega: 24 de Junio antes de las 20 hs. Por mail a su tutor. Archivos enviados luego de ese horario o que no repeten lo indicado, serán considerados desaprobados pasando los autores a recuperatorio.

Nota final: 27 de Junio. Las notas se cargan en la web de la cátedra y se indican en cada TP. Alumnos desaprobados pasan a recuperatorio del 2do parcial práctica.

BREVES CONCEPTOS SOBRE GEOQUIMICA DE ROCAS: INTERÉS, DEFINICIONES, METODOLOGÍA Y APLICACIONES

La geoquímica utiliza herramientas de la química para resolver problemas geológicos. Estudia el origen, distribución y evolución de los elementos (y sus isotopos) en la tierra, relacionando su comportamiento con las propiedades atómicas.

Los estudios en la geología regional requieren de un enfoque global, de forma que la comprensión detallada de los materiales y procesos, en cada evento temporal, permitan integrar los conocimientos adquiridos en un marco geodinámico.

El enfoque de los estudios en petrología y geoquímica conducen, por lo tanto, a incorporar conocimientos en un marco tectónico global.

Los estudios de química elemental en roca total, combinando las técnicas de Fluorescencia de Rayos X (XRF), Espectrómetros de Plasma Acoplado Inducido (ICP-MS) y Ablación Láser (LA), permiten abordar estudios muy completos tales como: a) Clasificación geoquímica, diferenciación y evolución de los líquidos magmáticos. b) Facilitar una mejor caracterización: establecimiento de la afinidad magmática. c) Identificación del proceso: cristalización, fusión parcial, etc. d) Conocer la fuente (manto litosférico/astenosférico) y sus características particulares. e) Formular hipótesis sobre el posible marco geodinámico.

CONCEPTOS GEOQUÍMICOS IMPORTANTES

Antes de presentar una tabla con datos geoquímicos es necesario repasar los conceptos geoquímicos más importantes:

- Elementos mayores: Concentración > 1%. Los 8 elementos que constituyen el 99% total de la corteza continental son: Si, O, Ca, Mg, Na, K, Fe, Al. Controlan en gran medida la cristalización de los minerales petrogenéticos en las rocas a partir de fundidos. También controlan propiedades como viscosidad, densidad, etc.

- Elementos Menores: Concentración 0,1 a 1%: TiO2, MnO, P2O5, Cr2O3. Comúnmente sustituyen a algunos elementos en los minerales principales (ej. Mn sustituye a Fe o Mg en minerales máficos). Sí están en concentraciones suficientemente altas pueden llegar a formar minerales accesorios (ej. concentraciones altas de P formará apatita, Ti formará titanita o rutilo, Fe y Ti formaran ilmenita).

- Elementos trazas: Concentración < 0,1% (1000 ppm). No forman fases separadas (concentración demasiado baja), actúan reemplazando elementos en las fases minerales formadas. Concentración y distribución de trazas se emplea para estudiar evolución de los magmas. Funcionan como trazadores en los procesos geoquímicos.

- Minerales normativos: como muchas rocas volcánicas presentan grano muy fino (lo que impide reconocer los componentes minerales presentes) o vidrio en cantidades significativas, diversas metodologías fueron desarrolladas para poder calcular una mineralogía idealizada de dichas rocas.

Una de estas metodologías es la NORMA, la cual convierte la composición química de una roca ígnea en una roca con composición mineralógica ideal.

La norma CIPW (Cross, Iddings, Pirsson, Washington) calcula la composición mineral como si el magma fuera anhídrido y a baja presión. Otras normas más complicadas han sido desarrolladas para altas presiones o para situaciones con mucha agua.

La norma se calcula a partir de la composición química de una roca y es expresada en peso % de los minerales normativos.

- LOI (Loss on ignition o Pérdida por Ignición): La pérdida por ignición representa la humedad y material volátil presentes en una muestra. Los materiales volátiles perdidos generalmente consisten de hidróxidos y dióxido de carbono proveniente de los carbonatos. La alteración de las muestras se puede deducir a partir de este valor en los análisis geoquímicos.

- Clasificación de los elementos traza según su comportamiento geoquímico: Los elementos traza son importantes en los estudios petrológicos ya que son mejores discriminantes entre procesos petrológicos que los elementos mayores. Varios grupos de elementos en la tabla periódica son de particular interés geoquímico (Fig. 1).

El grupo más usado en este aspecto son los elementos con número atómico entre 57 y 71, los lantánidos o también llamados Tierras Raras (REE: rare earth elements). Otro grupo es el PGE (platinum group element o elementos del grupo del platino), también conocidos como los metales nobles. También se incluye el grupo de los metales de transición, incluyendo estos últimos elementos mayores tales como el Fe y Mg. Los elementos en cada uno de estos grupos tienen propiedades químicas similares, y por ende se espera que tengan un comportamiento geoquímico similar.

TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS Y SUS IONES PARA CIENCIAS DE LA TIERRA

- Conceptos de Compatibilidad e Incompatibilidad de los Elementos Traza

Cuando el manto terrestre es fundido, los elementos traza pueden mostrar preferencia por la fase líquida, denominándose elementos incompatibles o preferencia por la fase sólida (mineral) llamándose elementos compatibles. Existen grados de compatibilidad e incompatibilidad y los elementos traza variarán en su comportamiento en fundidos de diferente concentración; por ejemplo: el fósforo (P) es incompatible en una mineralogía mantélica, pero en fundidos graníticos, aun estando concentrado como elemento traza, su comportamiento será el de un elemento compatible (concentrado en la estructura del apatito).

Es de gran ayuda subdividir los elementos incompatibles según su razón carga- radio llamado potencial iónico. Los cationes pequeños y muy cargados son conocidos como high field strength elements (HFSE o elementos de alta intensidad de carga), (potencial iónico > 2), y los cationes grandes de pequeña carga son conocidos como low field strength elements (LFSE) (potencial iónico < 2), más conocidos como LILE (large ion lithophile elements o elementos litófilos de ion grande).

Los HFSE, denominados inmóviles, incluye a los lantánidos, Sc e Y, y Th, U, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb y Ta. Los pares de elementos Hf-Zr, y Nb-Ta son muy similares en carga y tamaño y por ende muestran comportamientos geoquímicos similares.

Los elementos LILE, denominados móviles, incluyen al Cs, Rb, K y Ba. A estos hay que agregarles el Sr, Eu divalente y Pb divalente (estos tres elementos con radio iónico y carga casi idéntica).

Los elementos con radio iónico pequeño y relativamente bajos en carga tienden a ser compatibles (elementos mayores y metales de transición), tales como Ni, Cr, Cu, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt y Au.

Con todo lo expuesto anteriormente, podemos decir que elementos de similar carga y tamaño tendrán un comportamiento geoquímico similar (Fig. 2). Los metales de transición Mn, Zn y Cu tienden a ser móviles, particularmente a altas temperaturas, mientras que Co, Ni, V y Cr son inmóviles (salvo excepciones).

Un caso especial para la movilización de los elementos trazas es la deshidratación del piso oceánico (ocean floor) subductado, un proceso ligado a la formación de magmas calcoalcalinos. Los elementos Sr, K, Rb, Ba, Th, Ce, P y Sm se comportan como móviles bajo estas circunstancias.

- Coeficiente de partición de los elementos traza:

La distribución de los elementos traza en las distintas fases puede ser descrita mediante el llamado coeficiente de partición. Este coeficiente es principalmente usado en la geoquímica de elementos traza y describe la distribución de estos elementos entre el mineral y el fundido.

Este coeficiente queda definido por: Kd= (C mineral/C fundido) elemento

dónde: Kd es el coeficiente de distribución de Nernst y C es la concentración del elemento traza expresada en ppm o en % en peso. Si el elemento traza en cuestión presenta un coeficiente de partición <1, decimos que éste tiene preferencia por el fundido y lo llamamos incompatible, de lo contrario si el coeficiente es >1, éste elemento tendrá preferencia por el sólido y por tanto se le denominará compatible (Figura 3)

Coeficientes de partición (CM/CF) de los elementos trazas en magmas de composición basáltica y andesítica.

Es importante tener en cuenta que el coeficiente de partición puede variar dependiendo de las condiciones de presión, temperatura, composición, actividad del oxígeno, química del cristal, contenido de agua en el fundido, etc.

- Procesos de diferenciación magmática: cualquier proceso que genere un cambio en la composición del magma.

Algunos de estos procesos son: 1. Eventos de fusión parcial desde distintas fuentes. 2. Varios grados de fusión parcial desde la misma fuente. 3. Cristalización fraccionada. 4. Mezcla de 2 o más magmas. 5. Asimilación/contaminación cortical del magma. 6. Inmiscibilidad Líquida.

- Proceso de Fusión parcial: cuando una roca de manto comienza a fundir, los elementos incompatibles son expulsados del sólido y entran preferentemente en el líquido. Esto se debe a que si estos elementos están presentes en minerales en la roca, no estarán en sitios energéticamente favorables en los cristales. Por lo tanto, una fusión de bajo grado de una roca de manto tendrá altas concentraciones de elementos incompatibles. A medida que avanza la fusión la concentración de estos elementos incompatibles disminuirá porque: (1) habrá menos de ellos para entrar en el fundido y (2) sus concentraciones disminuirán cada vez más a medida que otros elementos entren en el fundido.

Por lo tanto, las concentraciones de elementos incompatibles disminuirán al aumentar el % de fusión. Los elementos de tierras raras son particularmente útiles en este caso. Estos elementos, con la excepción de Eu, tienen una carga +3, pero sus radios iónicos disminuyen con el aumento del número atómico.

Es decir, La es el más grande, Lu es el más pequeño. Así, el grado de incompatibilidad disminuye de La a Lu. Esto es aún más cierto si el granate es un mineral en la fuente, porque el tamaño de las REE pesadas (Ho - Lu) es más compatible con los sitios cristalográficos en el granate.

- Proceso de Cristalización Fraccionada: ocurre cuando los cristales son removidos desde un fundido y la composición del líquido remanente sigue líneas de descenso de composición eutéctica. Se considera que la cristalización fraccionada es el proceso dominante en la naturaleza y se aplica a los magmas que se diferencian o cambian de composición.

La concentración de elementos traza incompatibles debería aumentar al aumentar el fraccionamiento de cristales, y la concentración de elementos traza compatibles debería disminuir con el fraccionamiento. Para ver cómo funciona esto con elementos traza incompatibles, observemos el comportamiento de las Tierras Raras. Los patrones de Tierras Raras producidos por porcentajes más altos de fraccionamiento de cristales muestran concentraciones más altas, aunque los patrones permanecen casi paralelos entre sí. Por lo tanto, un conjunto de rocas formadas como resultado del fraccionamiento de cristales debería mostrar tendencias casi paralelas de los patrones de las Tierras Raras

METODOLOGÍA DE TRABAJO CON DATOS GEOQUÍMICOS

DIAGRAMAS DE ELEMENTOS MAYORES, DIAGRAMAS DE ELEMENTOS TRAZA, Diagramas normalizados a corteza continental mostrando la incompatibilidad de los elementos LILE y HFSE http://www.criba.edu.ar/geolarg/rocas_igneas.htm y http://www.geokem.com/

DIAGRAMAS DE TIERRAS RARAS y DIAGRAMAS DE DESCRIMINACIÓN TECTÓNICA http://www.criba.edu.ar/geolarg/rocas_igneas.htm y http://www.geokem.com/