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GEOGACETA, 48, 2010

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Alteración diferencial de las rocas volcánicas ácidas en el sectorde Riotinto, Faja Pirítica Ibérica

Differential alteration of acid volcanic rocks in the Riotinto area, Iberian Pyrite Belt, Spain

Teodosio Donaire, Manuel Toscano, Alfonso Valenzuela, Manuel Jesús González-Roldán y Emilio Pascual.

Departamento de Geología. Universidad de Huelva. Avda. Fuerzas Armadas, s./n. 21071 Huelva. donaire@uhu.es.

ABSTRACT

Regional hydrothermal alteration of rhyolitic rocks from the Odiel area, Iberian Pyrite belt, Spain, hasbeen assessed through geochemical study. Disregarding volcanic facies, all rhyolites have similar immobiletrace element contents. However, they show a contrasting hydrothermal alteration on currently usedalteration plots: volcaniclastic rocks mainly plot as albitized rocks, whereas coherent rocks plot as weaklyaltered rocks. Also, a sharp contrast is shown between regional and focused, VHMS-related alterationtrends. Differences in the degree of regional alteration between volcaniclastic and coherent rocks are tobe related to contrasting permeability, resulting in different water-rock ratios during hydrothermal processes.Accordingly, coherent rocks are to be preferred as least-altered samples for mass balance and othergeochemical purposes.

Key words: Hydrothermal alteration, geochemistry, rhyolites, Iberian Pyrite Belt, Spain.

Geogaceta, 48 (2010), 147-150 Fecha de recepción: 15 de febrero de 2010ISSN: 0213-683X Fecha de revisión: 21 de abril de 2010

Fecha de aceptación: 28 de mayo de 2010

Introducción

El rasgo más importante y llamativode la Zona Surportuguesa (ZSP) del Ma-cizo Ibérico es la abundancia de depósi-tos minerales de sulfuros masivos(volcanic-hosted massive sulphides,VHMS), que se localizan en su parte cen-tral, conocida como Faja Pirítica Ibérica(FPI). Esos depósitos están relacionadosen espacio y tiempo con vulcanismobimodal ligado a procesos de rifting yemplazado en un medio submarino(Leistel et al., 1998).

Tanto el entorno geodinámico del vul-canismo como el medio submarino en elque se generan las rocas volcánicas y lasmineralizaciones asociadas implican laposibilidad de diversos procesos de alte-ración, en parte ligados al propio vulca-nismo o a procesos más tardíos, comodiagénesis y metamorfismo regional demuy bajo grado. Las alteraciones más im-portantes en las rocas de la FPI sonhidrotermales y están relacionadas concirculación de fluidos bajo el fondo mari-no, la cual ocurre inmediatamente des-pués del emplazamiento de las propiasrocas volcánicas y está ligada al elevadogradiente geotérmico que implica el en-torno de rift y al emplazamiento sucesivode nuevos pulsos magmáticos. En general

en la FPI se han distinguido dos tipos dealteración hidrotermal: una alteración re-gional (o metamorfismo hidrotermal, Ba-rriga, 1983), que afecta a todas las rocasdel Complejo Vulcano-Sedimentario(CVS) prácticamente sin excepción, yuna alteración focalizada, más intensa,que se localiza a muro de las masas desulfuros masivos (Sáez et al., 1996). Loscaracteres y distribución de la alteraciónfocalizada ligada a los depósitos desulfuros masivos son aspectos fundamen-tales del estudio de estos últimos.

En muchos casos resulta difícil distin-guir los cambios mineralógicos y quími-

cos relacionados con los dos procesoshidrotermales descritos. Sólo en algunosestudios de detalle se han caracterizadopor separado, por ejemplo basándose enla diferente composición de fases minera-les estables en los dos tipos de alteración(Barriga, 1983; Ribeiro da Costa, 1996;Almodóvar et al., 1998).

En este artículo presentamos una pri-mera base para la estimacióngeoquímica cualitativa de la intensidad dela alteración hidrotermal regional en lasrocas ígneas riolíticas de la FPI en funciónde sus litofacies volcánicas, para lo cual seha elegido un área alejada de masas de

Fig. 1.- Contexto geológico del Distrito Minero de Riotinto mostrando la localización del áreaestudiada del río Odiel. Modificado de IGME, 1982.

Fig. 1.- Sketch map of the Riotinto Mining District showing the location of the studied area inthe Odiel River, modified from IGME, 1982.

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Petrología y Mineralogía

sulfuros masivos donde se pueda descartarla actividad hidrotermal focalizada. Ade-más hemos comparado la alteración deesas rocas con la de muestras procedentesde zonas de stockwork del área de Riotinto,para intentar discriminar en términosgeoquímicos ambos tipos de alteración.

Mostramos que las diferencias en laintensidad de alteración regional de lasrocas volcánicas, para una misma compo-sición original, se relacionan con la faciesvolcánica correspondiente. Por tanto,nuestro estudio puede constituir una guíapara seleccionar las muestras de menoralteración que puedan usarse para ulteriorestudio geoquímico del vulcanismo, obien en el de las alteraciones ligadas a losdepósitos minerales.

Contexto Geológico

La FPI forma parte de de la ZonaSurportuguesa del Suroeste Ibérico. Demuro a techo, la secuencialitoestratigráfica de la FPI fue subdividi-da por Schermerhorn (1971) en las si-guientes unidades: a) Grupo PQ, que esuna secuencia monótona de pizarras ycuarcitas del Devónico superior; b) CVS,constituido por rocas ígneas bimodales,rocas siliciclásticas y, en menor propor-ción, rocas sedimentarias de origen quí-mico, en el que encajan todos los yaci-mientos minerales de sulfuros masivos y

Mn; y c) Grupo Culm, formado por unasecuencia turbidítica de pizarras ygrauvacas de edad carbonífera. Todos es-tos materiales de la FPI han sufrido almenos tres fases de deformación varisca(Ribeiro y Silva, 1983).

Las rocas volcánicas del CVS inclu-yen tanto rocas ácidas (dacitas y riolitas)como básicas. Aunque atribuido a un en-torno de arco por algunos autores (Lécolle,1977; Routhier et al., 1980; Onézime et al.2003), su carácter bimodal (Simancas,1983; Munhà, 1983), con rocas básicastoleíticas dominantes y algunas de afini-dad moderadamente alcalina(Thiéblemont et al., 1998) es más común-mente atribuido a un entorno de rift, inter-pretación más consistente con el entornogeológico general y con la escasez de ro-cas andesíticas. Las rocas ígneas se empla-zan en un entorno dominantemente subma-rino, tanto en condiciones volcánicascomo subvolcánicas. En cada uno de losdominios de la FPI se reconocen diversostipos de coladas de lava y depósitospiroclásticos (Valenzuela et al., 2001).

El área estudiada se localiza en la partecentral de la FPI española, dentro de la uni-dad Riotinto-Nerva (IGME, 1999). Dentrode esta unidad, se ha elegido la zona del ríoOdiel (Fig. 1) porque en ella hay aflora-mientos continuos escasamente deforma-dos, en los cuales se puede reconstruir lasecuencia estratigráfica con detalle.

Petrografía

Aparte de volúmenes importantes derocas básicas, que constituyen la parte in-ferior de la secuencia estratigráfica del ríoOdiel, en el área afloran extensamente ro-cas ácidas dacíticas y riolíticas. Nuestrotrabajo se centra en las rocas riolíticas pordos razones: son las más extensamente re-presentadas en el área de estudio y sucomposición puede ser comparada con lade las rocas huésped de los sulfuros masi-vos del área de Riotinto.

Las rocas riolíticas del área del ríoOdiel forman dos secuencias, en las quealternan rocas coherentes (lavas y sills)con rocas vulcanoclásticas. En cada se-cuencia, rocas de diferentes litofaciesmuestran unos mismos caracteresmineralógicos y petrográficos. Con estecriterio hemos distinguido dos asociacio-nes de facies riolíticas sucesivas, denomi-nadas respectivamente riolitas con feno-cristales de plagioclasa y riolitas confenocristales de plagioclasa y cuarzo. Ladistinción petrográfica y de campo entreambas asociaciones se ha confirmadoademás por criterios geoquímicos que noson el objeto de este trabajo.

Los procesos de alteración hidrotermalregional que afectan a ambos grupos son si-milares. En los dos casos, la albitización delos fenocristales de plagioclasa es dominan-te, acompañada de formación de carbona-

Fig. 2.- Diagrama Zr/TiO2 versus Nb/Y (de Winchester and Floyd, 1977). RPQ: riolita con fenocristales de plagioclasa y cuarzo, RP: riolita con

fenocristales de plagioclase.

Fig. 2.- Zr/TiO2 versus Nb/Y diagram (after Winchester and Floyd, 1977). RPQ: plagioclase-quartz-phyric rhyolite; RP: plagioclase-phyric rhyolite.

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Alteración de las rocas volcánicas en el sector de Riotinto, Faja Pirítica Ibérica

tos y epidota en cantidades variables, entanto que la clorita aparece en seudomorfos,probablemente procedentes de biotita, y lo-calmente como parte de la matriz de las ro-cas. Dicha matriz es comúnmente rica ensílice, con cantidades variables de sericita,albita, carbonatos, epidota y opacos. Laalbitización sistemática de la plagioclasa esun rasgo general de todo el vulcanismo dela FPI, en la cual las muestras conplagioclasa cálcica son extremadamente ra-ras (Thiéblemont et al., 1998).

Geoquímica de la alteración regional

En el área estudiada, como en otras dela FPI, la mayor parte de los datos quími-cos muestran un alto grado de dispersiónrelacionada con los procesos de altera-ción ligados a circulación hidrotermal.Así sucede con elementos móviles talescomo CaO, Na

2O, K

2O, Rb, Sr y Ba. Sin

embargo, la representación de los datosde rocas coherentes y de fragmentos derocas vulcanoclásticas en el diagrama Zr/TiO

2 versus Nb/Y de Winchester y Floyd

(1977), basado en elementos inmóviles,confirma la composición riolítica de lasrocas estudiadas, así como la equivalen-cia composicional de las rocas coherentesy de los fragmentos de las rocasvulcanoclásticas (Fig. 2).

En consecuencia, esta semejanzageoquímica puede ser utilizada para eva-

luar los diferentes efectos que produce laalteración regional en rocas coherentes yvulcanoclásticas de composición seme-jante, puesto que dichos efectos no pue-den derivar de una distinta composiciónde partida de las rocas. Para evaluar estasdiferencias se ha utilizado en primer lu-gar el diagrama bivariante AI-CCPI deLarge et al. (2001), que se basa en la re-presentación de los parámetros AI yCCPI, que permiten estimar el tipo de al-teración y sugerir sus posibles causas.

El índice AI (Ishikawa et al., 1976) esútil en procesos de alteración con destruc-ción de plagioclasa, y valores altos del ín-dice son consistentes con la proximidad azonas mineralizadas. Sin embargo, no dis-tingue la alteración carbonatada. Además,no siempre distingue entre alteraciónsericítica y clorítica. Por esta razón, eldiagrama bivariante utilizado introduceademás el parámetro CCPI, cuyos altosvalores implican altas concentraciones deFe y Mg, propias de zonas de alteraciónclorítica ligadas a stockwork en depósitosVHMS. El uso combinado de los dosparámetros define además un área de míni-ma alteración (Alteration box plot, Largeet al., 2001). La figura 3 muestra la posi-ción de rocas vulcanoclásticas y coheren-tes del área del río Odiel en el diagramaAI-CCPI, junto con muestras del halo dealteración clorítica de Riotinto (zona destockwork de corta Atalaya).

El examen de dicho diagrama mues-tra, en primer lugar, que los parámetrosAI-CCPI correspondientes a los clastosde las rocas vulcanoclásticas y a las fa-cies volcánicas coherentes contrastannetamente: estas últimas se representandentro del cuadrado de mínima altera-ción, mientras que los clastos caen fue-ra del sector de alteración mínima, conbajos valores de AI y CCPI. Esta dife-rencia indica que la a l teraciónhidrotermal regional es más intensa enlas rocas vulcanoclásticas debido a sumayor permeabilidad y porosidad, entanto que la dispersión de los elementosmóviles es más limitada en rocas cohe-rentes.

El patrón geoquímico de las rocas re-gionales, tanto coherentes comovulcanoclásticas, es además completa-mente distinto del de las rocas riolíticas delos halos de stockwork del área deRiotinto: estos últimos se caracterizan porvalores próximos a 100, tanto de AI(Ribeiro da Costa, 1996) como de CCPI.Se trata, por lo tanto, de alteracionescloríticas típicas. En cambio, la alteraciónregional, especialmente reflejada en losfragmentos de las rocas vulcanoclásticas,corresponde a un patrón de albitización-cloritización, probablemente relacionadocon interacción de roca volcánica y aguamarina a temperaturas bajas (sensu Largeet al., 2001).

Para confirmar el carácter de la alte-ración hidrotermal deducido a partir delos parámetros AI-CCPI se ha utilizadotambién el diagrama álcalis/alumina pro-puesto por Davies y Whitehead (2006).Usando una aproximación numérica dife-rente, este diagrama (Fig. 4) muestra enprimer lugar, que las rocas riolíticas co-herentes del área del Odiel tienen com-posiciones similares a las de rocasriolíticas no alteradas generadas enentornos geodinámicos diversos (Daviesy Whitehead, 2006), resultado consisten-te con la proyección de esas mismas rocasdentro del cuadrado de menor alteraciónde Large et al. (2001). Los fragmentos derocas vulcanoclásticas se sitúan de nuevofuera del campo composicional de lasriolitas no alteradas, con muy altas razo-nes Na

2O/Al

2O

3. Se confirma así el ma-

yor grado de alteración de las rocasvulcanoclásticas, consistente esencial-mente en albitización. En este diagramadestaca también el diferente tipo y gradode alteración de las muestras de la zonade stockwork de Riotinto, todas ellas conmuy bajos contenidos Na

2O/Al

2O

3 y K

2O/

Al2O

3, consistentes con su alteración

clorítica.

Fig. 3.- Diagramade alteración AI-CCPI (de Large etal., 2001).

Fig. 3.- AI-CCPIalteration box plot(after Large et al.,2001).

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Petrología y Mineralogía

Conclusiones

De acuerdo con los datos presentados,la intensidad de la alteración regional enlas rocas riolíticas del área del río Odielvaría según su litofacies. Así, pese a suaparente uniformidad petrográfica (todaslas litofacies volcánicas contienenplagioclasa albitizada), las faciesvulcanoclásticas muestran parámetros quí-micos de alteración que indican un mayorefecto de la actividad hidrotermal regional,en tanto que las litofacies coherentes hanpreservado en mayor grado su químismo.La mayor permeabilidad de las formacio-nes vulcanoclásticas puede explicar estadiferencia: los depósitos vulcanoclásticosmostrarían mayor grado de alteraciónhidrotermal regional que las facies cohe-rentes asociadas debido a una mayor rela-ción agua/roca, consecuencia de su mayorpermeabilidad y porosidad primaria. Losdiagramas utilizados distinguen ademásnetamente esta alteración regional de la re-lacionada con yacimientos de tipo VHMS.

Por último, el reconocimiento del dis-tinto grado de alteración de rocas coheren-tes y vulcanoclásticas permite concluir que,en futuros estudios geoquímicos en la FPI,el muestreo geoquímico deberá centrarse enlas facies volcánicas coherentes al menos en

dos casos: uno, para estudio geoquímico dedetalle del vulcanismo; otro, en estudios debalance de masas relacionados con la alte-ración clorítica ligada a depósitos desulfuros masivos. Este aspecto es especial-mente relevante porque el problema mayorde este tipo de análisis no es tanto el sistemade cálculo elegido cuanto la selección de losprecursores o muestras menos alteradas(Davies y Whitehead, 2006). En el caso dela FPI, parece claro que en la selección dedichas muestras, y a pesar de la similitudpetrográfica entre rocas vulcanoclásticas ycoherentes, deben preferirse estas últimas.

Agradecimientos

Los autores agradecen a los revisoresEric Marcoux e Isabel S. Ribeiro da Cos-ta sus comentarios y sugerencias. Estetrabajo ha sido financiado por el proyectode investigación BTE2003-04354, asícomo por la Junta de Andalucía (Grupode Investigación RNM-198 del P.A.I.).Este trabajo es una contribución al pro-yecto IGCP-UNESCO 502.

Referencias

Almodóvar, G.R., Saéz R., Pons J., Maestre,A., Toscano, M. y Pascual, E. (1998). Mi-

Fig. 4.- Diagrama derazones molaresNa

2O/Al

2O

3 vs. K

2O/

Al2O

3 (de Davies y

Whitehead, 2006)

Fig. 4._ Na2O/Al

2O

3

vs. K2O/Al

2O

3 molar

ratio plots (afterDavies andWhitehead, 2006)

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