1. INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA

Ing. Tulio Guadalupe M.Moquegua, Marzo del 2015

3. ROCAS

¿Qué es una roca?Una roca es un agregado natural de una (ej: calcita, cuarzo, yeso) o más especies minerales.

Rocas ígneas. Se forman por el enfriamiento y solidificación del magma, una masa líquida y viscosa que deriva de la fusión de rocas del manto superior o de la corteza;

Rocas sedimentarias. Derivan de la disgregación y alteración química de rocas preexistentes, operada por los agentes exógenos;

Rocas metamórficas. Derivan de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias u otras metamórficas) que después de su formación han sido sujetas a modificaciones más o menos profundas, debido a una variación en las condiciones P-T.

ROCASROCASÍGNEASÍGNEAS

sólidosólido

+ líquido

líquido

Solid

us

Liquidus

geoterma

temperatura

pre

sión

3. ROCAS ÍGNEAS

El proceso magmático

3

1

2

Fusión1. Aumento de T (intrusión de

magmas en la corteza);2. Disminución de P (descompresión

adiabática del manto);3. Movimiento del Solidus hacia T

más bajas (inyección de fluidos en la fuente mantélica).

Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y solidificación del magma, una masa silicatada que deriva de la fusión de rocas del manto superior o de la corteza.Magma- componente líquido (fundido): organización rudimental de tetraedros SiO4 que comparten sólo algunos oxígenos (estructura lagunosa y sin periodicidad) + iones móviles de los elementos que conforman la Tierra silicatada;- componente sólido: silicatos que cristalizan a partir del magma conforme éste se enfría;- componente volátil (gases: H2O, CO2, SO2)disuelto en el magma hasta que éste cristalizao alcanza la superficie.

3. ROCAS ÍGNEAS

El proceso magmático

El magma tiende a ascender hacia la superficie debido a que su densidad es menor que la de las rocas que lo rodean. Durante el ascenso, el magma se enfría progresivamente, hasta que inicia el proceso de cristalización.Los iones empiezan a migrar y se agregan para formar los retículos cristalinos de los minerales. Debido a que los elementos presentes en el magma tienen diferentes T de fusión y solidificación, la cristalización ocurre en un cierto intervalo de tiempo y temperaturas (∆t, ∆T).

Rocas ígneas:- plutónicas/intrusivas. Enfriamiento lento del magma en niveles de la corteza terrestre;- volcánicas (efusivas o explosivas). Enfriamiento rápido de un magma en la superficie terrestre o en el aire;- subvolcánicas/hipabisales. Enfriamiento en condiciones P-T-t intermedias.

3. ROCAS ÍGNEAS

Estructura de las rocas ígneas

La estructura es el aspecto de una roca en función de su cristalinidad, y del tamaño y forma de sus componentes. Las rocas ígneas adquieren su estructura durante el enfriamiento y la solidificación del magma. El parámetro principal que determina el tipo de estructura de una roca es la velocidad de enfriamiento. La estructura de una roca y su textura revelan datos sobre el ambiente en que ésta se formó, y por lo tanto nos permiten hacer deducciones sobre su origen.Estructura de las rocas plutónicas:- enfriamiento lento en cámara magmática en niveles corticales;- los iones pueden migrar a grandes distancias para agregarse a las estructuras cristalinas existentes;- crecimiento de cristales de buen tamaño.- cristalinidad: holocristalinas (completamente cristalinas);- granularidad: faneríticas (cristales visibles sin lupa);- tamaño de los cristales: mediano (1-5 mm) a grueso (>5 mm).Dado que las rocas faneríticas se forman en el interior de la corteza terrestre, su afloramiento en la superficie sólo ocurre si los procesos endógenos los levantan, y si los procesos exógenos los exhuman (erosión de su cubierta rocosa).

3. ROCAS ÍGNEAS

Estructura de las rocas ígneas

Estructura de las rocas volcánicas:- enfriamiento muy rápido en la superficie terrestre o en el aire;- el enfriamiento rápido incrementa la viscosidad del magma, así que los iones pierden movilidad y tienden a combinarse con facilidad con los iones más cercanos;- se generan muchos cristales de tamaño pequeño (fenocristales), embebidos en una matriz microcristalina o amorfa (los iones de la matriz se “congelan” antes de poder organizarse en estructuras cristalinas ordenadas: vidrio).- cristalinidad: holocristalinas, hipocristalinas (cristales y vidrio), holohialinas/vítreas (vidrio);- granularidad: porfídicas (fenocristales visibles) a afaníticas (cristales no visibles);- tamaño de los cristales: fino (<1 mm) a mediano (1-5 mm).

enfriamientoextremadame

nterápido

obsidiana pómez

escoria

Los fenocristales se forman cuando el magma está aún por debajo de la superficie terrestre; la matriz microcristalina/vítrea solidifica rápidamente cuando éste alcanza la superficie terrestre.

Vesículas: aberturas esféricas o alargadas a través de las cuales el gas en expansión se ha escapado conforme el magma se solidificaba. Se conservan cuando el enfriamiento es talmente rápido que “congela” las lavas.

3. ROCAS ÍGNEAS

Estructura de las rocas ígneas

Rocas volcánicas porfídicas

20% 30%

50%40%

1% 5%

15%10%

Índice de porfiricidadSuma de las

abundancias modales (vol.%) de los fenocristales

3. ROCAS ÍGNEAS

Estructura de las rocas ígneas

Estructura de las rocas subvolcánicas:- se forman en condiciones P-T-t intermedias.

microgabro (diabasa)

pegmatitas

microgranito (aplita)

Se forman en la ultima etapa de la cristalización, cuando el magma es extremadamente rico en agua y otros volátiles, que favorecen su fluidez y facilitan el crecimiento de cristales de dimensiones anormalmente grandes.

Enfriamiento rápido (cristales pequeños); tiempo suficiente para que se desarrollen estructuras holocristalinas (i.e. sin vidrio).

3. ROCAS ÍGNEAS

Composición mineralógica de las rocas ígneas

Minerales fundamentales (principales constituyentes de las rocas ígneas)- máficos (ricos en Mg-Fe). Olivino, ortopiroxeno, clinopiroxeno, anfíbol, mica negra;- félsicos (ricos en Si-Al). Cuarzo, feldespato alcalino, plagioclasa, foides, mica blanca.

Minerales accesorios (menos abundantes, pero casi siempre presentes en rocas ígneas)- difusos (comunes en muchas rocas). Magnetita, ilmenita, apatito, circón;- específicos (en rocas de composición peculiar). Cromita, granate, topacio, diamante.

Rocas ultramáficas: minerales ricos en Mg-Fe;Rocas máficas: minerales máficos y félsicos;Rocas félsicas: minerales ricos en Si-Al.

ácidas>66%

intermedias

52-66%

básicas45-52%

ultrabásicas

<45%

RocasSiO2

La cantidad de minerales félsicos respecto a los máficos determina el grado de acidez de una roca.

alto tenor de minerales félsicos

alto tenor de minerales máficos

disminuye MgO, FeO; incrementa K2O, Na2O

3. ROCAS ÍGNEAS

Clasificación mineralógica de las rocas plutónicas(abundancias modales)

M minerales máficos:- olivino- piroxenos- anfíboles- biotita

M>90

diagrama de clasificación de las rocas ultramáficas

3. ROCAS ÍGNEAS

Clasificación mineralógica de las rocas plutónicas(abundancias modales)

M<90: diagrama de Streckeisen (1976)Q=cuarzoA=feldespato alcalinoP=plagioclasaF=feldespatoides

faja saturada en SiO2 rocas sobresaturadasrocas subsaturadas

Minerales saturados en SiO2: feldespatos, piroxenos: compatibles con cuarzo.Minerales subsaturados en SiO2: olivino y feldespatoides, incompatibles con el cuarzo; éste reaccionaría con el mineral subsaturado para producir una fase saturada.

SiO2+NaAlSi2O6=NaAlSi3O8

SiO2+Mg2SiO4=Mg2Si2O6

Rocas sobresaturadas: SiO2 en exceso además de la que se necesita para formar minerales saturados. Cuarzo presente.Rocas saturadas: SiO2 suficiente sólo para formar minerales saturados. No hay cuarzo ni foides.Rocas subsaturadas: SiO2 no es suficiente para formar minerales saturados. Se forman olivino y foides.

3. ROCAS ÍGNEAS

Clasificación mineralógica de las rocas volcánicas(abundancias modales)

diagrama de Streckeisen (1976)

Q=cuarzoA=feldespato alcalino

P=plagioclasaF=feldespatoides

3. ROCAS ÍGNEAS

Clasificación química de las rocas volcánicas

0

2

4

6

8

10

12

14

16

36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76

foidita

andesita

basaltopicrítico

basalto

fonolitatefrítica

traquita

traquidacita

riolita

traquibasalto

traquiandesitabasáltica

traquiandesita

dacita

andesitabasáltica

tefritafonolítica

fonolita

basanita

tefrita

56

SiO2 wt.%

Na 2

O+

K2O

(w

t.%

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76

foidita

andesita

basaltopicrítico

basalto

fonolitatefrítica

traquita

traquidacita

riolita

traquibasalto

traquiandesitabasáltica

traquiandesita

dacita

andesitabasáltica

tefritafonolítica

fonolita

basanita

tefrita

56

SiO2 wt.%

Na 2

O+

K2O

(w

t.%

)diagrama TAS (álcalis totales vs. sílice) de Le Bas et al., 1986

con base en (a) tipo y (b) tamaño del material

Las rocas piroclásticas están compuestas por fragmentos expulsados durante una erupción volcánica explosiva.

3. ROCAS ÍGNEAS

Clasificación de las rocas piroclásticas

3. ROCAS ÍGNEAS

Evolución magmática (diferenciación) y tipos de rocas

Serie de cristalización de Bowen

Durante el enfriamiento de un magma basáltico, los minerales cristalizan según un orden definido que depende de su temperatura de fusión

Serie discontinua. Los minerales máficos formados son sustituidos

por otros de estructura más compleja conforme baja T

Serie continua. Transicción gradual de plagioclasa cálcica

a sódica sin que ocurran cambios de estructura

3. ROCAS ÍGNEAS

Evolución magmática (diferenciación) y tipos de rocas

Cristalización fraccionada

Conforme un magma cristaliza, los minerales se separan del fundido

Dado que cada mineral empobrece selectivamente el líquido magmático en ciertos elementos (los que entran en su retículo cristalino), el proceso de cristalización fraccionada (es decir la separación física de los minerales que cristalizan) produce un cambio continuo en la composición del magma (ej: incremento de SiO2, Na2O, K2O; disminución de MgO, FeO, CaO).

3. ROCAS ÍGNEAS

Evolución magmática y tipos de rocas

Cristalización fraccionada

magma riolíticoSiO2>72%

plagioclasa cálcicaolivino

magma basálticoSiO2=45%

magma andesíticoSiO2=57-63%

<MgO, FeO, CaO>Na2O, K2O

plagioclasa más sódicapiroxenoanfíbol

magma dacíticoSiO2=63-72%

<MgO, FeO, CaO>K2O

plagioclasa más sódicaanfíbol

cuarzofeldespato potásicobiotita

fusión parcial del manto superior (rocas ultramáficas)

Un mismo magma puede generar rocas con composición mineralógica y química diferente.En particular, un magma basáltico puede volverse progresivamente más ácido, hasta originar rocas como el granito.

Erupción: basaltoIntrusión/acumulación: gabro

Erupción: andesitaIntrusión/acumulación: diorita

Erupción: dacitaIntrusión/acumulación: granodiorita

Erupción: riolitaIntrusión/acumulación: granito

3. ROCAS ÍGNEAS

Formación de magmas intermedios/ácidos

- diferenciación de magmas básicos mediante cristalización fraccionada;- mezcla entre magmas basálticos derivados de la fusión parcial del manto y fundidos parciales de la corteza;- asimilación de material cortical durante el estacionamiento en cámara magmática.

3. ROCAS ÍGNEAS

Resumen de la composición química y mineralógica de las rocas ígneas