Geología y mineralogía de alteración en una sucesión volcano-sedimentaria en la zona volcánica sur central, Chile. Evidencias de un paleo-sistema volcánico y geotermal en la formación Cura-Mallín

Abstract

El estudio de las características litológicas y mineralógicas observadas en ambientes volcánicos andinos junto a su contexto geotectónico, permite entender de mejor manera la evolución en el tiempo y el espacio de los sistemas geotermales asociados al volcanismo andino de la Zona Volcánica Sur Central (ZVSC). La presente Tesis de Magister aborda el estudio de la geología y mineralogía secundaria en rocas volcano-sedimentarias del Miembro Guapitrio de la Formación Cura-Mallín, la cual constituye parte del basamento del volcanismo activo de la Zona Volcánica Sur Central, en la zona de la Cordillera Principal de la Región del Bio-bío - Araucanía (38,1 - 38,6°S). Esta formación goza de gran interés actual por su promisoria capacidad de albergar reservorios geotermales en profundidad, asociados con los sistemas volcánicos de la ZVSC. El trabajo incluyó el levantamiento estratigráfico y muestreo de roca en cuatro sucesiones volcano-sedimentarias de aprox. 200 m cada una en la zona del Cordón Maravilla (Fm. Cura-Mallín, miembro Guapitrio, 8 km al NW de Lonquimay), y la identificación y caracterización detallada de la mineralogía secundaria de las unidades estudiadas. Para ello se utilizó microscopía óptica con luz polarizada, microscopía electrónica de barrido (SEM) con catodoluminiscencia (CL) y espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), y se realizaron estudios de difracción de rayos X (DRX) en roca total, en materia extraído de amígdalas y cavidades y en separados minerales de tamaño menor a 2 µm (fracción arcilla). La Sucesión Cordón Maravilla (SCM), corresponde a una secuencia de rocas volcano-sedimentarias caracterizada por la presencia mayoritaria de paquetes de brechas y conglomerados volcánicos intercalados con lavas de bajo espesor y composición intermedia variable, además de escasas rocas piroclásticas (tobas líticas y vítreas). La alteración presente en la SCM corresponde a facies de ceolitas (T°< 180°C), y se caracteriza por la asociación mineral esmectita-clorita/esmectita + mordenita ± heulandita ± clinoptiloita ± cuarzo ± calcita, con presencia ubicua de arcillas de tipo esmectita. Además, se observa una zonación en la facies mineral (facies de mordenita) caracterizada por una variación desde subfacies mordenita en la parte media-inferior de la sucesión a subfacies clinoptiloíta hacia el techo de ella. Las asociaciones de minerales secundarios se observan rellenando cavidades y fracturas, presentando algunos de éstos diferencias texturales en su ocurrencia. La mordenita, en particular, presenta texturas cristalinas que evidencian variabilidad en el proceso de evolución mineral tanto en el periodo de inducción, nucleación y crecimiento cristalino, entre las que se destacan texturas aciculares-radiales y texturas coloformes, estas últimas caracterizadas por el crecimiento de cristales esferoidales tipo coloide de gran tamaño (< 400 µm). Las características geológicas y mineralógicas reconocidas en este trabajo permiten concluir que: (1) las facies litológicas de la SCM tienen una fuerte semejanza con las observadas en un paleo-ambiente de estratovolcán, de acuerdo a terminología de Cas y Wright (1987); (2) la presencia de una zona de alteración hidrotermal en su parte superior del sistema (Cerro Lolco), junto a enjambres de diques semidúctiles de orientaciones N60°E, NS y N60-80°E y la morfología de las unidades rocosas, sugieren cercanía a la fuente de calor; (3) la zonación en la facies mordenita en la SCM son muy similares a las observadas en zonas con alto gradiente geotermal (100-160°C/km) asociadas con calderas volcanotectónicas (ceolitización tipo-caldera; Utada, 1999; 2001); y (4) las variaciones texturales en la mineralogía de alteración (ej. mordenita) son reflejo de cambios en sus condiciones de formación, controladas tanto por la disponibilidad de monómeros de sílice, alcalinidad y pH del sistema de formación mineral. En base a estas observaciones, se postula un modelo conceptual que involucra la mezcla de fluidos hidrotermales ricos en Si de alta temperatura, con aguas meteóricas frías infiltradas en la zona somera de un sistema geotermal asociado a una caldera-estratovolcán. Las características texturas asociadas a la mineralogía de alteración de las sucesiones volcanoclásticas estudiadas y su similitud con texturas resultantes en experimentos de síntesis hidrotermal de ceolitas (ej. Cundy y Cox, 2005), sugieren que los procesos de precipitación/disolución mineral fueron recurrentes en el tiempo, e influenciaron significativamente la evolución de la permeabilidad dinámica del sistema durante episodios de alta actividad hidrotermal y/o eruptiva del sistema de caldera. Estos resultados confirman de manera inequívoca la presencia de actividad paleo-geotermal en la secuencia estudiada, y demuestran que la variabilidad textural de las asociaciones minerales de alteración de la Fm. Cura-Mallín debe ser considerada como un factor preponderante al momento de evaluar la permeabilidad de ésta, y su potencial como unidad hospedante de reservorios geotermales en la Zona Volcánica Sur Central.