CARACTERIZACIÓN DE LAS INCLUSIONES EN CUARZOS DE IGUEÑA (EL BIERZO, LEÓN) OTRO TESORO DEL BIERZO Y UN REGALO PARA LOS SENTIDOS

Formación de cristales negativos de color dorado y prismas biterminados también negativos que parecen flotantes  dentro del fragmento de cuarzo

Caracterización de las inclusiones en cuarzos de Igüeña (El Bierzo, León) 

Helena Escalona Orellana (1*), Àngels Canals Sabaté (1). 

 (1) Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada. Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona, 08028, Barcelona (España) * Corresponding author: helena.escalona.orellana@gmail.com 

Palabras Clave: cuarzo, El Bierzo, inclusiones fluidas, carbón Key Words: quartz, El Bierzo, fluid inclusions, coal 

 Organizador y revista científica donde se va a editar el estudio científico:

INTRODUCCIÓN 

Resumen del estudio

      En enero de 2017, miembros de la Asociación Mineralógica Aragonito Azul, encontraron cristales de cuarzo de gran transparencia entre los materiales arenosos y lutíticos resultantes de la meteorización de una arenisca perteneciente a la cuenca carbonífera de El Bierzo. Los cristales, de hasta 20 centímetros de longitud, son en su mayoría bipiramidales presentando la textura conocida como fensterquartz, en la que las aristas crecen más rápido que las caras. Mullis (1975) sostiene que esta textura se adquiere como consecuencia de etapas de crecimiento rápido del cristal causadas por cambios bruscos de presión o temperatura. Como consecuencia, el cristal atrapa gran cantidad de inclusiones cuya composición depende del material presente en el medio. La caracterización de las inclusiones presentes en los cuarzos de Igüeña puede aportar información sobre las condiciones de formación de este tipo de cristales, los cuales crecen a menudo en rocas poco consolidadas, entre materiales arcillo- arenosos y relacionados con la formación de carbón e hidrocarburos (e. g. Panell et al., 1996).  Para llevar a cabo este estudio se ha realizado la petrografía de las inclusiones presentes en 7 cristales de cuarzo, la caracterización mediante espectrometría Raman e Infrarrojo con Transformada de Fourier (IRTF) y la microtermometría de las inclusiones primarias.  

RESULTADOS 

      El material meteorizado donde se encontraron los cristales de cuarzo corresponde a una franja de dirección NE-SW de 40 cm de ancho con una continuidad lateral y vertical desconocida, cerca de la Mina de carbón Bienvenida. Dicha franja se localiza en el margen norte de la cuenca Estefaniense de El Bierzo, una cuenca de relleno continental formada por una alternancia de conglomerados, areniscas (grauvacas), arcillas y limos, con niveles de carbón formados en un ambiente pantanoso (Matas et al., 1982). 

       Los cristales de cuarzo estudiados presentan morfologías prismáticas de idiomórficas a subidiomórficas, reconociéndose las caras cristalinas m por la presencia de estrías y presentándose las caras r y z bien definidas en los extremos de los cristales de menores dimensiones. Sus tamaños oscilan entre los 2,4 y 12,5 cm, alcanzando algunos los 20 cm en su máxima longitud. Los cristales pueden tener sólidos arcillosos incrustados entre sus caras cristalinas, en planos paralelos de grosor variable (siempre inferior a 2 mm), generando la textura fensterquartz.  

      Según las morfologías, fases presentes y relación de fases  a temperatura ambiente, se ha realizado una primera clasificación de las inclusiones fluidas donde se han distinguido hasta 7 familias (FIAs): una familia de inclusiones monofásicas sólidas (S); tres familias de monofásicas de gas (G), diferenciadas por su morfología y distribución, siendo una de ellas primaria; una familia de inclusiones bifásicas con gas y sólido (G+S) también primaria (fig. 1a); otra bifásica acuosa (L+V) primaria; y finalmente inclusiones bifásicas con dos líquidos inmiscibles (L1 + L2), claramente secundarias (fig. 1b). La distinción entre inclusiones primarias y secundarias se ha realizado por la distribución de las mismas respecto a las caras de los cristales, siendo paralela en el caso de las inclusiones primarias y en fracturas tipo concoide, las secundarias. Las dimensiones de las inclusiones son de 5 - 100 μm, con excepción de algunas encontradas en fracturas de hasta 2 mm pertenecientes la FIA L1 + L2. 

                  Figura 1 . a. Inclusiones de gas y sólido; b. Detalle de una inclusión de L1+L2. 

Espectrometría Raman e I RTF 

      Los espectros del gas para las inclusiones de G y de G+S corresponden a composiciones de CH4+CO2, con una composición media de 98,7% CH4 y de 1,3% CO2, en algunas, con trazas de hidrocarburos aromáticos; mientras el espectro del sólido corresponde a grafito. Los líquidos inmiscibles del FIA L1+L2 corresponden a un líquido con enlaces de componentes aromáticos (bitumen) y a un hidrocarburo ligero. Para la identificación de los espectros se han utilizado los trabajos de Burke et al. (2001), Hunt y Spinney (2006) y Neri et al. (2015). La visualización de los mapas de IRTF en los sectores de las bandas de agua ha permitido la observación de un gran número de inclusiones <1 a="" acuosas="" alcanos="" bandas="" cidos="" concoides.="" de="" distintos="" distribuci="" distribuidas="" en="" fracturas="" inclusiones="" l1="" la="" largo="" las="" lo="" los="" m="" mapas="" mencionadas.="" muestran="" n="" nbsp="" nicos="" org="" p="" planos="" y="">

M i c r o t e r m o m e t r í a  d e inclusiones primarias y condiciones P-T

      Las medidas microtermométricas de las inclusiones de CH4+CO2 han permitido distinguir dos grupos en función de sus rangos de temperatura de fusión (Tm, fig. 2a) y de homogeneización (Th, fig. 2b). En un 20% de las inclusiones se han detectado clatratos, sugiriendo la presencia de una película de agua en el sistema, no visible a temperatura ambiente.  Las inclusiones bifásicas (L+V) corresponden a un sistema formado por H2O+NaCl+CaCl2, con Te por debajo de los -60ºC  y  con salinidades determinadas por la hidrohalita como última fase en fundir (Fig. 2a). Se trata de una salmuera con un 6% NaCl y 21% CaCl2. La Th a líquido de estas inclusiones varía entre los 90 y 130ºC (Fig. 2b). 

Figura 2 . a. Tm temperatura de fusión; b. Th temperatura de homogeneización; n=número de medidas.  

      Tanto para las dos familias de inclusiones monofásicas formadas por CH4+CO2, como para las inclusiones bifásicas acuosas, se ha calculado el Volumen molar así como la representación en el espacio P-T de la isocoras mediante el software ISOC y BULK (Bakker, 2003).  Considerando que las inclusiones medidas son primarias, la intersección de las isocoras determina las condiciones PT de su atrape, siendo estas T=123-129ºC y  P=40-47 MPa. Temperaturas comparables a las encontradas por 

Ayllón et al. (2003) en las inclusiones de los cuarzos con carbonatos en venas, de la cuenca de carbón Ciñera – Matallana, situada unos 70 km al este de Igüeña. 

CONCLUSIÓN 

     Las condiciones de formación de los cuarzos con textura  fensterquartz de Igüeña (El Bierzo, León) (126±3 ºC y 44±4MPa) han sido determinas a partir del estudio de las inclusiones fluidas. Entre los fluidos primarios se ha diferenciado uno carbónico y otro acuoso. El fluido carbónico puede ser el producto de la maduración térmica de la materia orgánica mientras que las inclusiones acuosas corresponderían a salmueras de cuenca.  

AGRADECIMIENTOS 

     Agradecemos la colaboración de Juan Manuel Rincón Rivero, presidente de la Asociación Mineralógica Aragonito Azul y al Ingeniero de minas Ivo García Álvarez. Este trabajo es una contribución del grupo de investigación “Mineralogía Aplicada i Geoquímica de Fluids” 2017SGR-1733. 

REFERENCIAS 

     Ayllón, R., Bakker, R. J.,Warr, N. (2003): Reequilibration of fluid inclusions in diageneticanchizonal rocks of the Ciñera-Matallana coal basin (NW Spain). Geofluids, 3, 49-68. Bakker, R.J. (2003). Package FLUIDS1. Computer programs for analysis of fluid inclusion data and for modeling bulk fluid properties. Chem. Geol., 194, 323. Burke, E.A.J. (2001): Raman microspectrometry of fluid inclusions. Lithos, 55, 139-158. Hunt, I., Spinney, R. (2006): Spectroscopy. Organic Chemistry On-line Learning Center. Department of Chemistry. University of Calgary. McGraw Hill. http://www.chem.ucalgary.ca/courses/350/Carey5th /Ch13/ch13-0.html [consulta: 07 junio 2018] Matas, J., Fernández, L., Fernández, J., Abejaro, V., Nodal, T., Martín, L., Velando, F., Rodríguez, L.R. (1982): Noceda, Hoja 127, Mapa Geológico de España E. 1:50.000. Instituto Geológico y Minero de España. Madrid. Dep. legal: M-25285-1982. Mullis, J. (1975): Growth Conditions of quartz Crystals from Val d’Illiez (Valais, Switzerland). Schweiz. mineral. petrogr. Mitt., 55, 419-429. DOI: 10.1007/BF01084701. Neri, G., Scala, A., Barreca, F., Fazio, E., Mineo, P.G., Mazzaglia, A., Grassi, G., Piperino, A. (2015): Engineering of carbon based nanomaterials by ringopening reaction of reactive azlactone graphene platform. Chem. Commun., 51, 1-13. DOI: 10.1039/c5cc00518c. Parnell, J., Carey, P. F., Monson, B. (1995): Fluid inclusion constraints on temperatures of petroleum migration from authigenic quartz in bitumen veins. Chem. Geol., 129, 217-226.  

A continuación exponemos información y fotos sobre los materiales encontrados en Igueña y datos sobre los mismos realizadas por la Asociación  Aragonito Azul y el  INGEMI.

       El mundo de las inclusiones es fascinante y mágico, la imagen que habre este reportaje nos muestra la belleza casi increíble de la forma y el hábito de los mismos.

   Estas muestras que mostramos corresponden a una investigación que hemos realizado con materiales de la mina Bienvenida, mina de carbón a cielo abierto de la localidad de Igueña (León).

    

    Ya habíamos presentado en un reportaje anterior los maravillosos cuarzos ahumados y biterminados con tamaños que más corresponden  a materiales de otras partes del mundo que a los que aparecen en nuestros yacimientos. 

    Han sido varias semanas de visionado, limpieza y catalogación de fragmentos que aunque no merecen ser expuestos, si sirven para el estudio de estas características cristalográficas. No podemos obviar la importancia del estudio de las inclusiones ya que sirven para ofrecernos datos sobre la formación geológica del yacimiento y su evolución en la formación de las rocas y minerales que lo componen, por ello mencionamos algunos datos que creemos básicos para su entendimiento.

      Como si de unas montañas nevadas se tratara estas dos imágenes pasarían desapercibidas si no nos acercáramos con vista de halcón a los fragmentos de cuarzo hialino y ahumado de la mina Bienvenida

    Si realizamos una clasificación de las inclusiones a través de la física podemos decir que se catalogan de la siguiente manera:

Monofásicas, cuando el material (inclusión) solo corresponde a un estado bien sea, solido, liquido o gaseoso.

Bifásicas, cuando su composición es de dos estados, solido-liquido, liquido-gaseoso, gaseoso-solido, etc.

Trifásicas, cuando las inclusiones son liquidas-gaseosas-solidas.

Si esta clasificación la hacemos por su morfología solo corresponde  a la forma de las  inclusiones en  estado solido, cualquier tipo de mineralización.

Se dividen en:

a- si los cristales están definidos y con caras, aristas y vértices bien formados se denominan, euhedrales.

b- masivos e informes, bien si son con formas irregulares o redondeadas.

Si la clasificación la atendemos a su génesis deberemos de valorar si los materiales (inclusiones) se han formado antes de la formación del cristal primario, a estas se las llama protogénicas.

Inclusión mineral (monofásica)

   Revisando trabajos de cristalografía sobre inclusiones y su clasificación  las formas de las inclusiones pueden ser irregulares, ovaladas o esféricas, pero también isométricas, tubulares alargadas y con bordes rectilíneos - como cubos, prismas y pirámides (cristal negativo). Recordar que este fenómeno se realiza en depósitos minerales de origen hidrotermal

Inclusión solida-mineral de posible dolomita-siderita o marcasita?

  Esta maravillosa inclusión mineral sólida podríamos determinarla como cristalina-euhédrica ya que se definen perfectamente las aristas caras y vértice, las marcas que se observan en una de las aristas se asemejan a la famosa marcasita cresta de gallo y si además vista a través del micro le vemos un brillo casi metálico y un color amarillo pálido, sin estudios mas completos difícil la clasificación rigurosa

Dos inclusiones de  partículas de color verde.

  Cristales de color verde que deben de ser analizados, desconocemos su  composición, estas partículas de color verde solo se han encontrado en tres cristales

Inclusiones de hematites? hidrocarburos?

  Estas partículas esferoidales corresponden a posible hematites o goethita? son muy inestables, incluso parecen que contengan liquido en su composición ya que al descomponerse quedan muy pringosas como si de un liquido muy espeso las envolviera.

Inclusiones de siderita, cristales automorfos.

   En algunos de los fragmentos de cuarzo fracturados aparecen estas inclusiones en los huecos internos del cristal, en este caso son cristales  de siderita.

Inclusión bifásica

    Acercándonos más a esta inclusión vemos en detalle la inclusión  en la cual están presentes el liquido (agua), el gas, burbuja (¿?), y el solido?

Inclusión bifásica

    Cuando uno observa a través del microscopio estas imágenes que más se asemejan a paisajes lunares o montañosos, se pierde la noción y la imaginación se traslada a otros lares. 

    A través de la forma de los cristales minerales que están incluidos los  clasificamos en tres clases:

   Automorfos, los cuales se dividen en euhedrales o idiomorfo y corresponden a minerales bien formados con sus caras bien desarrolladas.

   Subautomorfos, divididos entre subhedricos y hipidiomorfo, son cristales con algunas de las caras bien definidas.

   Xenomorfos-anhiedral, son granos con formas irregulares que  se presentan rellenando en huecos y como ameboides

 Cavidades con forma de  cristales negativos dentro del cristal de cuarzo

       Las formas y habito cristalinos que podemos observar siempre en los negativos dentro de los cristales de cuarzo siempre corresponden al orden cristalográfico del cristal madre.

Inclusiones  de negativos dentro del cristal de cuarzo con formas prismáticas biterminadas

Se define como inclusiones fluidas a:

       Las inclusiones fluidas son porciones pequeñas de líquido o de gas o de una mezcla de estas dos fases, que fueron atrapadas en imperfecciones de minerales durante su crecimiento. Sus tamaños varían de décimos de micrómetros y unos cientos micrómetros de diámetros, raramente se puede encontrar inclusiones de diámetros de unos centímetros.

      A la temperatura de formación de una inclusión fluida compuesta de un liquido y de una burbuja de gas el liquido caliente ocupa completamente la cavidad en el mineral, que alberga la inclusión.
 
     Durante su enfriamiento el liquido reduce su volumen, mientras que el volumen de la cavidad se mantiene dando lugar a una burbuja de gas.
Fuente: www.geovirtual

Inclusión bifásica, liquido-gas

Inclusión monofásica solida

Trozo de prisma de cuarzo con inclusiones de sulfuros de hierro (pirita), mina Virgen de la Encina, Salas de los Barrios, Ponferrada (León)

Cuarzo con inclusiones de turmalina variación chorlo, mina Virgen de la Encina, Salas de los Barrios, Ponferrada (León)

    En esta investigación han colaborado  Angels Canals Sabaté del Dpto. de Mineralogía, Petrología y Geología Aplicada, profesora titular de la Universidad de Barcelona, Facultad de Ciencias de la Tierra, experta en mineralogía aplicada y geoquímica de fluidos, esta investigadora a realizado más de una de treintena de artículos con prestigiosas revistas científicas pero sobre todo también una gran experta en inclusiones como las de este reportaje.

 Este estudio ha sido realizado por Helena Escalona Orellana en el trabajo Fin de Grado "Caracterización de las inclusiones en los cuarzos de Igüeña (El Bierzo, León)"

  Curso 2017 – 2018 Grado de Geología Facultat de Ciències de la Terra Universitat de Barcelona

 Tutora: Dra. Àngels Canals 

Así son las cosas y así se las hemos contado.