Controles estructurales en el emplazamiento de intrusivos ígneos de Concepción del Oro, Zacatecas, México

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César Francisco Ramírez Peña*, Gabriel Chávez Cabello*

CIENCIA UANL / AÑO 20, No. 85, julio-septiembre 2017

Resumen

En la región de Concepción del Oro, localizada al norte de Zacatecas, aflora un conjunto de cuerpos ígneos intrusivos del Eoceno-Oligoceno, emplazados siguiendo la configuración de estructuras de deformación previas. Estos intrusivos presentan una composición relativamente homogénea, consistiendo en granodioritas con variaciones locales a cuarzomonzodiorita. Los rasgos estructurales presentes en la región indican la ocurrencia de tres eventos geológicos principales: 1) deformación de piel delgada durante el Cretácico Tardío, 2) magmatismo intrusivo y mineralización metálica durante el Eoceno-Oligoceno, y 3) exhumación de bloques de basamento en el Eoceno Tardío-Oligoceno Temprano.

Palabras clave: intrusiones ígneas, geocronología, mineralización metálica, Concepción del Oro.

Abstract

In the region of Concepción de Oro, located in the north of Zacatecas, intrusive igneous rock bodies from Eocene-Oligocene have surfaced and are formed according to the configuration of previous deformation structures. These intrusive bodies present a relatively homogeneous composition, consisting in granodiorite with local variations to quartz monzonite. The structural traits, present in the region, indicate the occurrence of three main geological events: 1) thin-skinned deformation during the Campanian, 2) intrusive magmatism and metallic mineralization during the Eocene-Oligocene and, 3) basement block exhumation during the Late Eocene-Early Oligocene.

Keywords: igneous intrusions, geochronology, metallic mineralization, Concepción del Oro.

Las intrusiones ígneas se forman cuando un magma se enfría y solidifica antes de alcanzar la superficie terrestre. De manera general, cuando este fenómeno ocurre suelen formarse distintos tipos de estructuras, las cuales se clasifican según la relación geométrica que guardan con la roca encajonante y respecto al dominio estructural que ocurre en cierta región (figura 1; tabla I). Dependiendo de la composición que tenga el magma, sus condiciones de presión-temperatura, y el tiempo que transcurra desde su emplazamiento hasta su cristalización final, se producirá una paragénesis mineral específica, en diferentes proporciones, lo cual servirá como base para clasificar las rocas que se generen, determinar su edad y hasta su ambiente de formación.

Un tema muy importante desde el punto de vista de la geología económica es la generación de yacimientos minerales dentro de o en las zonas de contacto de estos cuerpos intrusivos. Las geometrías y dimensiones que tengan dichos yacimientos estarán directamente relacionadas, entre otras cosas, con la composición del magma parental, la cantidad, composición química-isotópica y temperatura de los fluidos mineralizantes, la composición de la roca en la que se emplace, la fugacidad de oxígeno y el régimen tectónico en el que sea emplazado el magma (Hedenquist y Lowenstern, 1994).

Figura 1. Diagrama esquemático que ilustra algunos de los diferentes tipos de estructuras intrusivas que ocurren en la naturaleza.

Tabla I. Definiciones de algunos ejemplos clásicos de estructuras intrusivas según van der Pluijm y Marshak (2004).

La región de Concepción del Oro, en el norte del estado de Zacatecas, es un lugar en el que de manera natural pueden ser observados diferentes tipos de estructuras intrusivas, sus yacimientos minerales asociados y la relación geométrica que los cuerpos ígneos guardan respecto al dominio estructural de la región. En el presente manuscrito se describen las características principales de cada una de estas estructuras geológicas y su relación con los eventos tectónicos que le han dado forma a esta región del país.

Estructuras tectónicas en la región

En la región de Concepción del Oro ocurren tres anticlinales mayores denominados: Santa Rita, Santa Rosa y La Caja, desarrollados en el Cretácico Tardío, durante un evento de deformación compresiva (de piel delgada) que edificó al Cinturón de Pliegues y Cabalgaduras Mexicano y que involucró a la secuencia sedimentaria marina del Jurásico-Cretácico (Fitz-Diaz et al., 2017; Ramírez-Peña y Chávez-Cabello, 2017). En general, dichos pliegues presentan doble inmersión en sus ejes y se encuentran arqueadas de manera convexa al NNE (figura 2). Sus planos axiales se presentan inclinados al SSO con una marcada dirección de transporte tectónico hacia el NNE. Los anticlinales exhiben características similares entre sí, y se encuentran separados por amplios valles sinclinales. Además, donde no están deformados por emplazamiento magmático, estos pliegues exhiben flancos traseros en posición normal y flancos frontales generalmente invertidos o subverticales, constriñendo a pliegues por propagación de falla clásicos (Mitra,1990). El anticlinal de Santa Rita, localizado al sur, consiste en un pliegue asimétrico y volcado al NNE, con su plano axial inclinado al SSO. Al norte de esta estructura ocurre el anticlinal Santa Rosa, un pliegue volcado y apretado, con una vergencia de 35-40° al NE, en cuyo núcleo y flanco frontal afloran estructuras ígneas que reconfiguraron notablemente la geometría del pliegue (rotación de capas por doming en el flanco trasero). Por último, en la región más al norte aflora el anticlinal La Caja, un pliegue asimétrico con plano axial buzante hacia el SSO, en cuyo flanco frontal aflora la cabalgadura (falla inversa) homónima, también inclinada al SSO, indicando una clara dirección de transporte tectónico hacia el NNE (figura 2).

Figura 2. Mapa geológico de la región de Concepción del Oro (recuadro naranja), donde se muestran las distintas estructuras geológicas que afloran en la zona. Modificado de SGM (2000). INB: Intrusivo Noche Buena, IP e ICO: Intrusivos de Providencia y Concepción del Oro, PB: Intrusivo de Santa Rosa-Puerto Blanco. Qal: aluvión, Qoal:
coluvión, Lu: lutita, Cz: caliza, Y: Yeso, Lm: limolita. Los polígonos de línea punteada azul, indican los intrusivos alineados.

Los pliegues regionales anteriormente descritos están delimitados por dos lineamientos (líneas negras punteadas en la figura 2), que cortan sus terminaciones periclinales y no guardan concordancia con los pliegues, sugiriendo un segundo evento de deformación en la zona, el cual es más joven y típicamente de piel gruesa (exhumación regional de bloques de basamento; Ramírez-Peña y Chávez-Cabello, 2017).

Estructuras ígneas intrusivas

Las estructuras intrusivas ígneas que ocurren en la región de Concepción del Oro están representadas por stocks, lacolitos, diques y sills, los cuales no muestran evidencias de deformación tectónica interna, ni en su aureola de contacto, y que además cortan de manera discordante los núcleos de los anticlinales regionales, así como algunos de sus planos de cabalgadura. Por otro lado, asociados a los cuerpos ígneos volumétricamente mayores, ocurren diques y sills, que probablemente sirvieron como conductos en las últimas etapas de ascenso de los magmas (lo cual es común para magmas emplazados en niveles epizonales entre 0-10 km; Buddington, 1959; Corry, 1988); dichas estructuras están alojadas a lo largo de superficies de fractura, paralelos a la estratificación (sills) y a través de fallas preexistentes (figura 3).

Figura 3. Ejemplos de distintas estructuras intrusivas presentes en la región de Concepción del Oro.

Los cuerpos intrusivos mayores son: a) el lacolito de Concepción del Oro-Providencia (IP-ICO), b) el stock de Noche Buena (INB), y c) el lacolito de Puerto Blanco-Santa Rosa (PB). El ICO-IP está emplazado en el núcleo del anticlinal La Caja. El magma que generó a este intrusivo se emplazó con facilidad en la alta porosidad secundaria localizada en el núcleo del pliegue, sin embargo, debido a que el volumen de magma sobrepasó el espacio disponible, las capas de roca encajonante en su parte superior fueron levantadas a lo largo de fallas periféricas subverticales y con rumbos paralelos al contacto intrusivo-roca encajonante, constriñendo a un lacolito tipo pistón (Gómez-Alejandro y González-Aguilar, 2010). Lo anterior, a su vez, generó rotación de los flancos de los anticlinales La Caja y Santa Rosa, así como la desviación del eje de pliegue sinclinal que separa ambos anticlinales. La composición de este cuerpo intrusivo es principalmente granodiorítica con algunas fases cuarzomonzodioríticas, las cuales son más evidentes en la zona de Providencia, mientras que su textura varía de porfirítica cerca del contacto con la roca encajonante, a fanerítica en partes internas del intrusivo. En su conjunto, el lacolito de Concepción del Oro-Providencia aflora de manera irregular en un área de aproximadamente 10 x 4km.

En la periferia del ICO-IP afloran varios diques y sills subverticales, de composición principalmente granodiorítica en la zona sur, y cuarzomonzodiorítica en la zona norte. Estas estructuras aprovecharon fracturas preexistentes, así como fallas y superficies de estratificación subverticales (figura 3), a lo largo de las cuales el magma generó diaclasamiento, y metasomatismo, evidenciado por la recristalización, silicificación y desarrollo de skarn con mineralización de sulfuros de cobre como azurita, malaquita, calcopirita y crisocola; además de sulfuros de fierro como pirita y óxidos como magnetita y hematita en vetas y relleno de diaclasas (drusas).

El INB se localiza al NO de Concepción del Oro. Esta estructura tipo stock está principalmente emplazada en el flanco frontal del anticlinal La Caja, aunque también alcanza la zona del núcleo, donde generó deformación por emplazamiento (principalmente rotación de capas por doming), que es evidente en el flanco trasero de la estructura anticlinal. El stock aflora en un área de 4 x 2 km, y composicionalmente consiste en una granodiorita con variaciones a cuarzomonzodiorita de textura dominantemente porfirítica.

El PB está localizado en el flanco norte del anticlinal de Santa Rosa. Este cuerpo ígneo está alineado de manera subparalela al flanco frontal de anticlinal y asociado con su cabalgadura. Se presenta en una dirección NO-SE, y aflora con una longitud de 5 km, y una potencia máxima de 900 m. Su geometría subparalela con el flanco del anticlinal, y la diferencia estratigráfica de las rocas que lo encajonan en la base y la cima, es indicador de que su emplazamiento debió aprovechar una falla inversa preexistente, relacionada al desarrollo del anticlinal de Santa Rosa. En su porción sur, esta estructura intrusiva generó levantamiento dómico en el flanco trasero del anticlinal, que en este caso representa la parte superior del intrusivo, similar a lo que ocurre en las estructuras lacolíticas clásicas. Este lacolito es de composición granodiorítica, y exhibe textura dominantemente inequigranular holocristalina.

Metodología de clasificación modal para rocas ígneas intrusivas

Para la clasificación modal de rocas intrusivas de la zona se utilizó el diagrama de Streckeisen (Le Maitre, 2002; figura 4 a, b), el cual se basa en el contenido modal de los minerales: plagioclasa, cuarzo, feldespato alcalino y feldespatoides, presentes en rocas intrusivas que poseen ˂ 90% de minerales máficos. Para determinar el tipo de roca, se realizó una lámina delgada de cada muestra, la cual fue posteriormente observada bajo el microscopio petrográfico con luz trasmitida, con la finalidad de determinar el tipo de minerales que la forman y sus características ópticas. Posteriormente, utilizando un contador de puntos automático montado en el microscopio (figura 4c), se analizó la lámina realizando observaciones puntuales (±300, según la homogeneidad de la muestra), de manera que el conteo fue representativo de la roca, es decir, en puntos equidistantes sobre una malla que cubrió el total del área de la lámina. Cada tipo de mineral que se observó en cada punto fue marcado en una bitácora, la cual, al final del conteo, sirvió para determinar el porcentaje de ocurrencia de cada fase mineral en la roca. Para realizar el graficado en el diagrama de clasificación (Streckeisen) se utilizaron solamente las cantidades de plagioclasa, feldespato alcalino y cuarzo (para la parte superior del diagrama), estas tres cantidades fueron normalizadas a 100%, con lo que se obtuvo el porcentaje que fue graficado, como se muestra en la figura 4.

El resultado de la aplicación de dicha metodología indica que según su mineralogía, las rocas intrusivas de la región de Concepción del Oro son clasificadas como: granodioritas y cuarzomonzodioritas (figura 4b). Según el análisis petrográfico, las rocas granodioritícas exhiben una mineralogía similar entre ellas, con cantidades variables de entre 55-30% de plagioclasa de forma euhedral y subhedral, con algunos especímenes presentando macla doble: de Carlsbad y polisintética. El cuarzo (10-25%) ocurre como cristales sin inclusiones, en forma euhedral granular y rellenando intersticios; mientras que el feldespato alcalino (5-15%) ocurre como ortoclasa y ± microclina, de formas subhedrales y ligeramentente sustituidos por sericita. Los minerales accesorios en esta litología corresponden a hornblenda, biotita, clinopiroxeno, apatito, zircón y minerales opacos (figura 4). Por otro lado, las cuarzomonzodioritas muestran una mineralogía ligeramente más máfica, con presencia de plagioclasa subhedral y euhedral (55-71%); cuarzo euhedral granular (13-16%), mientras que el feldespato potásico está casi ausente en cantidades ˂15%. Los minerales accesorios son principalmente biotita, hornblenda, clinopiroxeno, zircón y minerales opacos.

Figura 4. A) Se ilustra el ejemplo de cómo graficar una muestra de roca con 55% de feldespato alcalino, 20% de cuarzo y 25% de plagioclasa. B) Diagrama de clasificación de rocas intrusivas de Streckeisen (en Le Maitre, 2002) y los tipos de roca que corresponden a los diferentes campos. C) Instrumentos utilizados para la clasificación de las rocas intrusivas del área estudiada, y fotomicrografías en nicoles cruzados donde se observa un ejemplo de la textura fanerítica de la granodiorita de Concepción del Oro y de la roca porfirítica del intrusivo Puerto Blanco-Santa Rosa.

Mineralización

Concepción del Oro ha representado una región minera importante desde la época de la Colonia hasta la actualidad, explotándose la mineralización polimetálica (Pb, Zn, Au, Cu, Fe y Ag) asociada principalmente a zonas de skarn (figura 5), cuyos fluidos mineralizantes están genéticamente relacionados con las estructuras intrusivas que afloran en la región, lo cual ha sido objeto de estudio por diversos autores (para mayores detalles ver: Chase, 1909; Krieger, 1940; Rogers et al., 1963; Buseck, 1966; SGM, 2000; Castro Reino, 2004). De manera esporádica ocurren también vetillas de escala centimétrica, algunas constituidas por cuarzo lechoso, turmalina y pirita; sin embargo, éstas no tienen importancia económica.

Figura 5. Ejemplos de algunos de los diferentes tipos de mineralización presentes en la región de Concepción del Oro, localidad mina abandonada Sol y Luna. La barra negra en la figura de la derecha representa la escala.

Actualmente existen por lo menos cuatro minas activas en la región (figura 2), las cuales explotan la mineralización de cobre, zinc, plomo y oro; de entre las que destaca la mina “El Peñasquito”, una de las minas de oro legales con la ley más grande de Latinoamérica, donde también se explota plata, zinc y cobre.

Geocronología de rocas intrusivas

La geocronología juega un papel único dentro de las geociencias, ya que es un punto crucial para identificar la temporalidad de procesos geológicos que ocurren en los distintos ambientes tectónicos (por ejemplo, magmatismo, metamorfismo, deformación). Existe una gran cantidad de métodos que utilizan como principio la ley de la radiactividad para obtener la edad absoluta de rocas y minerales tanto terrestres como extraterrestres (Faure y Mensig, 2005; tabla II). Estos métodos consisten en la medición de isótopos radiactivos de ciertos elementos y sus productos de decaimiento (isótopos radiogénicos), que sirven como base para obtener la edad de generación del material a fechar (para una explicación más precisa de esta metodología, ver Anexo 1).

Tabla II. Isótopos radioactivos naturales de larga vida y sus isótopos radiogénicos, los cuales son utilizados generalmente para datar rocas terrestres y extraterrestres (tomado de Faure y Mensig, 2005). “e”= decaimiento por captura de electrones.

En la región de Concepción del Oro existen algunos reportes en los que se ha aplicado la geocronología, para obtener la edad de las estructuras intrusivas ígneas que ahí ocurren. Los resultados han arrojado edades de cristalización y enfriamiento de los magmas, las cuales oscilan entre 45 y 32 millones de años (tabla III; Buseck, 1966; Ohmoto et al., 1966; Mújica y Albarrán, 1983; Sosa-Valdés, 2011). Lo anterior indica que el magmatismo intrusivo en la región ocurrió durante el Paleógeno, entre el Eoceno y Oligoceno temprano.

Tabla III. Fechamientos reportados en la bibliografía para rocas intrusivas de la región de Concepción del Oro.

Discusiones y concluciones

Es bien sabido por los geocientíficos que el planeta Tierra es ampliamente dinámico. Lo anterior es evidenciado por la constante generación de sistemas montañosos a lo largo del tiempo geológico, el record de vulcanismo que ocurre en distintas regiones del planeta, la constante creación de piso oceánico en las zonas de dorsal, la sismicidad, los procesos de erosión, etcétera. Aunque algunos de estos procesos son demasiado lentos en la escala de tiempo humana, por lo general quedan preservados como una firma distintiva en las rocas de cierta región. Tal es el caso de Concepción del Oro, dónde hoy en día afloran pliegues regionales, estructuras ígneas intrusivas y grandes fallas que se propagan desde niveles profundos de la corteza, los cuales presentan distinta relación de corte.

Con base en las características de las estructuras geológicas reportadas en este manuscrito, se puede concluir que en los últimos ~80 Ma, en la actual región de Concepción del Oro, han ocurrido por lo menos tres grandes eventos geológicos:

1) Deformación de piel delgada en el Cretácico Tardío (~80 Ma): esta deformación fue generada por actividad tectónica compresiva que dio lugar a la generación de las estructuras que afectaron la secuencia sedimentaria del Jurásico y Cretácico, dando lugar a la generación de los anticlinales de Santa Rita, Santa Rosa y La Caja, que forman parte del Cinturón de Pliegues y Cabalgaduras Mexicano.

2) Magmatismo intrusivo del Paleogeno (32-45 Ma): después de finalizada la deformación de piel delgada, durante el Eoceno Medio-Tardío, en la zona ocurrió un evento magmático de grandes dimensiones, que dio lugar a la generación de las estructuras intrusivas descritas en este trabajo y su mineralización asociada. Dichos magmas ascendieron como fundidos a través de discontinuidades en la corteza (correspondientes probablemente a antiguas fallas normales con componente lateral izquierda desarrolladas durante la apertura del Golfo de México; según Martini y Ortega, 2017) , alcanzando posteriormente niveles corticales más altos, donde aprovecharon las zonas de flotabilidad neutral (núcleos fracturados de pliegues y zonas de cabalgadura) desarrolladas en la cubierta sedimentaria durante la deformación de piel delgada. Lo anterior queda evidenciado por la distribución de estructuras que se muestra en el mapa geológico de la figura 2, donde es claramente observable, desde el punto de vista regional, el alineamiento en dirección NO-SE para las estructuras intrusivas (paralelo a los lineamientos NO-SE que cortan a los pliegues regionales), además, es también evidente que, en su mayoría, los intrusivos se emplazaron en los núcleos de los pliegues regionales. Por lo tanto, los dominios estructurales previos a las intrusiones, claramente controlan el mecanismo de emplazamiento y estructura de los magmas en la zona.

3) Deformación de piel gruesa: después de los emplazamientos magmáticos, en la región ocurrió otro evento de deformación o basculamento regional, el cual reactivó las fallas del basamento jurásicas, que se propagaron en toda la secuencia de rocas suprayacentes, quedando esto evidenciado por la ocurrencia de los lineamientos de dirección NO-SE que delimitan la región (líneas punteadas negras en la figura 2). Esta deformación provocó el levantamiento y exhumación de todas las rocas de la zona de Concepción del Oro, y la aceleración de los procesos de erosión de las mismas.

Los procesos erosivos que actuaron durante los últimos 30 millones de años en la región provocaron la denudación de las estructuras intrusivas y tectónicas que ocurren actualmente en la zona de Concepción del Oro.

La ocurrencia de abanicos aluviales juveniles constituidos por fragmentos de rocas intrusivas, skarn, rocas sedimentarias marinas y rocas de falla, que rellenan grandes cuencas en la región, es la evidencia más clara de la actividad de dichos procesos erosivos.

Agradecimientos

Los autores agradecen al proyecto Conacyt: 240662 “Relaciones espacio-temporales de la deformación y sedimentación sin-orogénica del Cinturón de Pliegues y Cabalgaduras Mexicano en el centro y norte de México” por el apoyo económico para trabajo de campo. César Francisco Ramírez Peña agradece a Conacyt por otorgarle una beca de manutención durante sus estudios doctorales.

 

 

* Universidad Autónoma de Nuevo León.

Contacto: cesar.ramirezpn@uanl.edu.mx

 

Anexo

Los datos obtenidos de las mediciones de isótopos realizadas en los materiales rocosos son analizados e interpretados utilizando como base los siguientes puntos (Faure y Mensig, 2005):

1. La ecuación de la Ley de la radiactividad que permite identificar la cantidad de átomos radiactivos (N) que permanecen a un tiempo (t), los cuales son generados a partir de un número original de átomos presentes al inicio del proceso de decaimiento (t=0). Esto queda expresado matemáticamente de la siguiente manera:

Dónde N0 es el número de isótopos radiactivos presentes inicialmente (tiempo cero); λ es la constante de decaimiento de un radionúclido.

2. Cuando un radionúclido (N) decae en un sistema cerrado, el número de isótopos radiogénicos generados por el decaimiento (D*) es igual al número de isótopos padre que han decaído. Lo cual se expresa como:

Relacionando las ecuaciones 1 y 2 resulta la siguiente:

A su vez, con base en las ecuaciones 2 y 3 puede definirse mediante relaciones algebraicas que:

La ecuación 4 contiene dos parámetros que pueden ser medidos en el laboratorio (D*y N), por lo tanto puede ser resuelta para obtener el tiempo (t), siempre que se conozca el valor de la constante de decaimiento (λ).

3. Durante su formación, una roca o mineral puede atrapar una cantidad de isótopos radiogénicos. Por lo tanto, la cantidad de átomos radiogénicos presentes en una roca al tiempo de su medición está representado por la siguiente ecuación:

Dónde D es la cantidad de átomos radiogénicos al tiempo de la medición y D* la cantidad de átomos radiogénicos atrapados durante la formación de la roca o mineral.

Si se sustituye la ecuación 4 por D* en la ecuación 5, se obtiene la ecuación (6), que es básica para la determinación de edad de rocas o minerales basada en el decaimiento radiactivo de radionúclidos naturales a isótopos radiogénicos estables.

Los valores de D y N de la ecuación 6 pueden ser medidos directamente en la muestra que será datada, por lo que la ecuación puede ser resuelta algebraicamente para obtener el tiempo (ecuación 7), suponiendo que se conoce el valor de λ del isótopo radiactivo y que el valor de D0 es apropiado.

La ecuación 7 corresponde a la ecuación general utilizada para obtener la edad de minerales y rocas por medio de los métodos mencionados en la tabla II.

 

Referencias

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Recibido: 29/07/17

Aceptado: 29/08/17