Análisis petrográfico de las rocas ultramáficas de un sector del macizo Cajálbana, occidente de Cuba

Petrographic analysis of ultramafic rocks in a zone of Cajálbana massif, Western Cuba

Maria Elisabet Garcia-Crespo¹*, Esther María Cruz-Gámez¹, Raydel Ramos-Pineda¹

¹Universidad de Pinar del Río, Cuba.

Resumen:

Las Rocas Ultramáficas del Macizo Cajálbana (RUMC) forman parte del Cinturón Ofiolítico Septentrional (COS) de Cuba. El macizo aflora en forma de un cuerpo irregular en la parte occidental de la isla, región de Bahía Honda (Pinar del Río). Aquí se presenta el análisis petrográfico y geoquímico de 21 muestras de peridotitas y dunitas del sector SW de este macizo, y su comparación con litologías similares del Cinturón. Los resultados revelaron que durante el proceso magmático y la posterior serpentinización de las RUMC ocurrieron dos etapas fundamentales de formación mineral: una con olivino, piroxenos (enstatita y augita) y Cr-espinela (etapa 1), y otra con lizardita, crisotilo, bastita, Cr-espinela rica en Fe³⁺ y magnetita (etapa 2). Las relaciones de Al₂O₃/SiO₂ (0.02 - 0.06) y el porcentaje en peso (wt%) de Al₂O₃ (1.17 - 2.43), TiO₂ (0.01 - 0.04) y CaO (0.04 - 2.58) varían en estas rocas, y se ubican dentro del rango de las rocas ultramáficas de ambiente abisal (porción de corteza proto-Caribe) y en zonas de solapamiento de la corteza proto-Caribe con el forearc (porción de corteza placa Caribe). Comportamiento similar se ha reportado para las rocas ultramáficas de los macizos Villa Clara y Habana- Matanzas.

Palabras clave: s:ofiolitas, rocas ultramáficas, serpentinización, Cajálbana

Abstract:

The Ultramafic Rocks of Cajálbana Massif (URCM) are part of the Northern Ophiolithic Belt (NOB) of Cuba. The massif outcrops as an irregular body in the western part of the island, Bahía Honda region in Pinar del Río province. The study presents the petrographic and geochemical analysis of 21 samples of peridotites and dunite from the SW sector of this massif and their comparison with similar lithology of the Belt. Results showed that during the magmatic process and after serpentinization RUMC, two fundamental stages of mineral formation occurred: one with olivine, pyroxenes (enstatite and augite) and Cr-spinel (stage 1), and another with lizardite, chrysotile, bastite, Fe3+-rich Cr-spinel and magnetite (stage 2). The Al₂O₃/SiO₂ ratios (0.02 - 0.06) and weight percent (wt %) of Al2O3 (1.17 - 2.43), TiO₂ (0.01 - 0.04) and CaO (0.04 - 2. 58) vary in these rocks, and are located within the range of ultramafic rocks of abyssal environment (portion of proto-Caribbean crust) and in overlapping zones of proto-Caribbean crust with the forearc (portion of Caribbean plate crust). Similar performance has been reported for the ultramafic rocks of the Villa Clara and Havana-Matanzas massifs.

1.INTRODUCCIÓN

Las ofiolitas son restos de la antigua corteza oceánica y del manto superior que fueron emplazadas tectónicamente en márgenes continentales. Según Dilek y Furnes (2011) pueden formarse en diversos ambientes: margen continental (CM), dorsales centro oceánicas (MOR), plumas (P) y zonas de suprasubducción (SSZ). En este estudio se han empleado las siglas en inglés para la denominación de los distintos ambientes.

Al norte de la isla de Cuba existen extensos afloramientos de rocas ofiolíticas, los cuales constituyen el denominado Cinturón Ofiolítico Septentrional (COS; Iturralde-Vinent 1990, 1996; Figura 1a). Generalmente, presentan las litologías de una secuencia ideal integrada por los cúmulos de peridotitas serpentinizadas, MTZ (Moho transition zone; sills y diques), gabroides, diques de diabasas y basaltos con sedimentos (Iturralde-Vinent 1996). Vinculados a las ofiolitas se encuentran importantes depósitos de Cr-espinela, asociados a los niveles de tectonitas mantélicas y MTZ. La edad de estas secuencias oscila entre los 135 Ma y los 60 Ma (lturralde-Vinent 1996; Proenza et al. 1999 a, b; Marchesi et al. 2006; García-Casco et al. 2008a, García-Casco et al. 2008b).

El COS constituye un remanente de litósfera antigua, posiblemente formado en ambientes del tipo MOR o SSZ. Las rocas de tipo MOR no relacionadas con la subducción (corteza de proto-Caribe) y las de tipo SSZ relacionadas con la subducción (corteza de la placa Caribe) (Iturralde-Vinent 1996; Proenza et al. 1999a; 2006; García-Casco et al. 2003; Gervilla et al. 2005; Marchesi et al. 2006; Llanes-Castro et al. 2015; Butjosa et al. 2018, 2023).

Los macizos Moa-Baracoa y Mayarí-Cristal representan dos porciones de la litosfera de trasarco. Moa-Baracoa muestra una firma geoquímica similar a la de MOR, y Mayarí-Cristal exhibe un rol creciente del H₂O en su petrogénesis y evidencias de interacción con magmas relacionados con la subducción (arco de isla toleítica- IAT, por sus siglas en inglés), lo que atestigua un entorno original ubicado más cerca del arco paleovolcánico que Moa-Baracoa (Marchesi et al. 2006).

La composición de las rocas ultramáficas y máficas de Villa Clara, Butjosa et al. (2018) la clasifican en dos grupos (A y B), revelando una compleja formación multietapa de la litosfera oceánica en diversos entornos tectónicos: el grupo A corresponde al manto fértil de tipo MOR típico de las peridotitas de fallas abisales/transformes; el grupo B muestra características de las peridotitas refractarias de antearco en cuña de manto.

El macizo Cajálbana es el más occidental del territorio cubano (Figura 1a) y uno de los menos estudiados del país. Se acuña hacia el norte, donde yace en contacto tectónico bajo la secuencia alóctona vulcanógeno-sedimentaria del arco volcánico cretácico (representado por la formación Orozco y su cobertura). Por el sur, el conjunto descansa sobre las unidades septentrionales de la cordillera de Guaniguanico (Iturralde-Vinent 1996).

Las Rocas Ultramáficas del Macizo Cajálbana (RUMC) constituyen un bloque alóctono y cizallado dentro de las restantes secciones de las ofiolitas (Figura 1b y c). Fonseca et al. (1984) señalan que las RUMC tienen una composición fundamental harzburgítica y en menor medida lherzolítica, dunítica y piroxenítica, con diferentes grados de serpentinización. La presencia de cuerpos de cromitita en este macizo es escasa, en forma de placas con una potencia de 5 cm a 25 cm. A partir del análisis químico, las agrupan en el tipo de cromitas metalúrgicas (Kravchenko y Vázquez, 1985).

Cruz-Gámez (1993) ofrece un modelo explicativo del desarrollo del nivel de basaltos en la región de Bahía Honda y su relación con los sulfuros, adjudicando a este complejo un ambiente del tipo BAB (Back Arc Basins). Más recientemente, Prieto et al. (2017) exponen las características litológicas de estas rocas, en particular las que afloran en el extremo suroeste del macizo Cajálbana: harzburgita y subordinadamente, dunita y ortopiroxenita, indicando que su cristalización ocurrió a partir de una fuente mantélica de composición lherzolítica empobrecida.

En el presente trabajo se realiza un análisis petrográfico y geoquímico a partir de óxidos mayores de las RUMC, con la finalidad de revelar las características petrológicas de estas rocas y compararlas con rocas similares del COS.

Figura 1. a) Principales afloramientos del COS y marco geológico regional. Modificado de Iturralde-Vinent (1996) y Butjosa (2018). b) Esquema geológico que relaciona las RUMC con demás unidades geológicas de la zona Bahía Honda (tomado del mapa geológico a escala 1: 100000; IGP/SGC, 2010) y ubicación del área de estudio. c) Perfil geológico, donde se observan las relaciones de las RUMC con otras secciones de rocas ofiolíticas, rocas del margen continental, de cobertura y sedimentos recientes.

2.MATERIALES Y MÉTODOS

El análisis petrográfico se realizó a un total de 21 muestras de peridotitas serpentinizadas tomadas en la parte suroeste del macizo Cajálbana. Las muestras se estudiaron en el microscopio petrográfico estándar Novel (NP- 107 B), de la Universidad de Pinar del Río. Para el análisis químico se seleccionaron las de menor grado de meteorización (13 muestras). Los elementos mayores fueron analizados en el laboratorio Bureau Veritas Commodities Ltd. (Vancouver, Canadá) y se obtuvieron por la metodología LF200. Cada muestra fue fusionada usando borato de litio y la masa fundida producida fue completamente disuelta con agua regia caliente. Los elementos mayores se analizaron en la solución resultante por el método de espectrometría de emisión óptica acoplado a plasma de forma inductiva (límite de detección ICP-OES: elementos mayores ~ 0.01%).

Para contrastar los resultados se compararon con los análisis reportadas por Marchesi et al. (2006) de muestras correspondientes a los macizos de Moa-Baracoa (n=16), agrupadas según estos autores en tres grupos: H- harzburgitas (n=7), D- dunitas (n=3) y DI- dunitas impregnadas (n=6) y Mayarí-Cristal (n=10) agrupadas en: HN- harzburgitas norte (n=2), HS- harzburgitas sur (n=4) y DS- dunitas sur (n=4), correspondientes a tipo BAB y forearc, respectivamente, según los autores antes referidos. Además, se tomaron las muestras del trabajo de Butjosa et al. (2018) en Villa Clara (n=20), clasificadas como: Grupo A- peridotitas serpentinizadas abisales y de zonas de fracturas (n=10), y Grupo B- serpentinitas de tipo forearc (n=10). Todos los datos empleados son de base anhidra.

Con la ayuda del software Statistical for Windows 11.0 se realizaron los siguientes gráficos: (i) Diagrama de clasificación de rocas ultramáficas (Le Maitre et al., 2002) y (ii) Diagramas MgO/SiO₂-Al₂O₃/SiO₂; FeO^T wt%- Al₂O₃ wt%; CaO wt%- Al₂O₃ wt%; TiO₂ wt%- Al₂O₃ wt%; donde se ubican los campos en las RUMC y forearc Mariana, propuesto por Butjosa et al. (2018). Por su mayor simplicidad se utilizó la abreviación wt%, procedente del inglés, para indicar el porcentaje en peso.

3.RESULTADOS

3.1. Petrografía de las rocas ultramáficas en el sector SW del macizo Cajálbana

Estas rocas están frecuentemente serpentinizadas y meteorizadas, siendo común observar en ellas procesos tectónicos a pequeña escala como pliegues, budinas y fracturas (Figura 2).

Figura 2. Rocas ultramáficas serpentinizadas y meteorizadas. Pequeños pliegues, budinas y fracturas (fotos tomadas por J. A. García Hernández).

Las litologías estudiadas son harzburgitas y en menor medida dunitas, según su composición mineralógica y química (Tablas 1 y 2; Figura 3). Las primeras se caracterizan por una composición modal, dada por olivino (68% - 79%), ortopiroxeno-enstatita (10%-20%), clinopiroxeno-augita (hasta 4%); además opacos, como la Cr-espinela (0.2%-3%) y magnetita (0.5% - 9.5%). Resalta la presencia de minerales del grupo de la serpentina (8% - 18%), algunas muestras alcanzan valores altos (30% y hasta 83%; Tabla 1).

Tabla 1. Composición mineralógica de las rocas ultramáficas en el sector SW del macizo Cajálbana

Nota: Simbología de los minerales según Whitney y Evans (2010): Ol-olivino, Opx-ortopiroxeno, Cpx-clinopiroxeno, Op-minerales opacos, Chr-cromita, Srp-serpentina Cb-carbonatos, Chl-clorita, ChrFe-ferrocromita, Hzg-harzburgita y Dnt-dunita.

Figura 3. Diagrama de clasificación de las rocas ultramáficas del sector SW del macizo Cajálbana (Le Maitre et al., 2002; Tabla 2).

El olivino posee fracturas rellenas de serpentina. Los piroxenos se presentan como porfiroclástos (Figura 4A) y tienen deformaciones plásticas con texturas kink band, extinción ondulante, lamelas de exsolución de clinopiroxeno en ortopiroxeno y muestran procesos de serpentinización.

Las dunitas se presentan de dos formas: (1) las menos alteradas, compuestas por olivino (~ 85%), orto y clinopiroxeno (~ 5%), serpentina y minerales opacos (Tabla 1), y (2) las que poseen un alto grado de serpentinización (hasta 83%), donde ya no se conservan los olivinos (Figura 4B), solo porfiroclastos de ortopiroxeno (7% - 10%) y minerales opacos. Ambas rocas tienen otros minerales subordinados como clorita y carbonatos (en vetas finas), acompañando los minerales serpentiníticos (Figura 4).

3.2.Serpentinización y minerales opacos

La sepentinización es frecuente, debido a la alteración de olivinos y piroxenos (Tabla 1). Se ve representada por la bastita y varios minerales del grupo de la serpentina (lizardita, crisotilo). La lizardita es muy común, tanto en dunita como harzburgita; se presenta por lo general en forma de cintas (textura en malla; Figura 4D). El crisotilo es fibroso, perpendicular a los bordes de las vetas, estas cortan irregularmente la roca (Figura 4E). En el diagrama de Le Maitre et al. (2002) no se plotearon las muestras muy serpentinizadas (M5-4, MC-6 y MC-7).

La Cr-espinela observada en todas las litologías aparece en forma de granos de color pardo, con tamaños variables que oscilan desde 0,1mm hasta 2 mm, frecuentemente anhédricos y fracturados; por lo general está alterada a Cr-espinela rica en Fe³⁺ (color pardo claro; Bach et al. 2006; Frost y Beard 2007) o magnetita, tanto en sus bordes como en las fracturas (Figura 4F y G). Los minerales opacos presentes en vetas y en forma de granos diseminados bordeando al olivino y el piroxeno, corresponden a magnetita (a partir de la alteración de estos minerales), la cual es más frecuente en rocas con mayor grado de serpentinización (Figura 4C, D, H e I).

Figura 4. Fotomicrografías de las rocas ultramáficas, A- Porfiroclasto de ortopiroxeno bastitizado y fracturado (M4-1); B- Olivino con bordes de serpentina en dunita (MC-14); C- Proceso de serpentinización y minerales opacos en vetillas (MC-6); D- Lizardita en forma de cinta (MC-7); E- Veta de crisotilo en harzburgita (M5-7); F y G- Cromita anhédrica en harzburgita (MC-11); H- Vetillas de minerales opacos relacionadas con olivino en harzburgita (MC-2); I- Formas de presentarse los minerales opacos: diseminados, en vetas y bordeando los granos de olivino (MC- 2). Objetivo 4X y con nicoles cruzado (NX), excepto la G e I sin nicoles cruzados (SN). La barra de escala es para todas las fotomicrografías.

3.3.Geoquímica

Los valores de pérdida por ignición (PPI) en las dunitas y harzburgitas analizadas (Figura 4, Tabla 2) se encuentran entre 7 wt% y 15 wt%, lo que indica el nivel de alteración por serpentinización en estas rocas (Deschamps et al. 2013).

Tabla 2. Composición de elementos mayores de las rocas ultramáficas en el sector SW del Macizo Cajálbana

Se obtuvo que las RUMC mantienen relaciones de MgO/SiO₂ y contenidos de FeO^T wt% similares (entre 0.8 - 1.1 y 9 - 11, respectivamente; Figura 5a y b); mientras que las relaciones de Al₂O₃/SiO₂, y los contenidos de Al₂O₃ wt% y TiO₂ wt% (entre 0.02 - 0.06, 1.17 - 2.43, 0.01 - 0.04, respectivamente) son relativamente variables (Figura 5a y d), y los de CaO wt% son los más variables (entre 0.04 - 2.58; Figura 5c).

Por otra parte, las rocas estudiadas tienen cierta afinidad con las DI de Moa-Baracoa, las HN de Mayarí-Cristal y las del GA de Villa Clara. En general, este conjunto de rocas tiene identidad con el campo abisal y con las zonas de solapamiento entre este campo y el forearc (Figura 5a-d).

Figura 5. Diagramas de variación composicional de las rocas ultramáficas del macizo Cajálbana (campos de Butjosa et al., 2018). a) MgO/SiO₂ vs. Al₂O₃/SiO₂; b) FeO_t wt% vs Al₂O₃ wt%; c) CaO wt% vs Al₂O₃ wt%; d) TiO₂ wt% vs Al₂O₃ wt%. Todos los óxidos están en base anhidra. Se plotean además rocas ultramáficas de varias regiones de Cuba para su comparación.

4.DISCUSIÓN

Las peridotitas representadas por harzburgita y en menor medida dunita son las rocas analizadas en el RUMC, mientras que otros autores han descrito lherzolita y piroxenita en esta estructura (Fonseca et al., 1984). En su composición se distinguen un conjunto de minerales como: olivino, enstatita, augita, minerales serpentínicos, Cr-espinela y magnetita. Según Coleman (1977) los minerales del grupo de la serpentina formados durantela hidratación son: lizardita, crisotilo y antigorita. La lizardita y el crisotilo observadas en las RUMC representan minerales de baja temperatura (~ 350ºC; Hekinian 1982). También relacionado a la serpentinización se da la precipitación de minerales ricos en hierro (Cr-espinela rica en Fe³⁺ y magnetita); de esta forma, en condiciones con bajo contenido de SiO₂ puede precipitar magnetita (Bach et al. 2006; Frost y Beard 2007). La serpentinización (alteración hidrotermal) produce en la Cr-espinela primaria una zonación óptica. En general, los núcleos de Cr-espinela están rodeados por Cr-espinela rica en Fe³⁺, que normalmente se encuentra en los bordes de los granos y en fracturas (Figura 4G). Ocasionalmente, se desarrollan bordes de magnetita rodeando a los núcleos y/o bordes de Cr-espinela rica en Fe³⁺.

A partir de estos resultados se proponen dos etapas de mineralización, durante la evolución tectono-magmática de las RUMC (Tabla 1, Figura 4). El esquema mineralógico (Figura 6) muestra que la etapa 1 corresponde al proceso magmático, con la formación de olivino, piroxenos (enstatita y augita) y Cr-espinela. Los minerales de la etapa 2 se generan por penetración de fluidos hidrotermales vinculados a los procesos riftogenético y de obducción: lizardita, crisotilo y bastita; además, Cr-espinela rica en Fe³⁺ y magnetita bordeando la Cr-espinela (Gervilla et al. 2012), en granos diseminados y rodeando el olivino y los piroxenos (Figura 4I).

Figura 6. Etapas y minerales de las RUMC, a partir de los resultados de la Tabla 1 (ver abreviaturas).

Como se indicó anteriormente las RUMC tienen afinidad al tipo abisal y con las zonas de solapamiento entre este campo y el forearc; se aproximan a los campos ocupados por las DI de Moa-Baracoa, las HN de Mayarí-Cristal y las del GA de Villa Clara (Marchesi et al. 2006; Butjosa et al. 2018). Esta dualidad de comportamiento fue obtenida también por Proenza et al. (2019) a partir del análisis de los REE (rare earth elements) en este macizo. De las muestras analizadas por Proenza et al. (2019), cuatro corresponden al tipo abisal y dos a peridotitas SSZ.

Otros autores, a partir de estudios geoquímicos en basaltos de la formación Encrucijada (Figura 1b y c), le asignan un ambiente tipo BAB (Cruz- Gámez 1993; Cruz-Gámez y Méndez 1997) y MOR- Backarc (Llanes-Castro y Furnes 2021). Ello habla de que la identidad de las RUMC con la antigua corteza de proto-Caribe o la corteza de la placa Caribe no queda totalmente clara. Se ha documentado en el COS del territorio cubano una afinidad geoquímica, tanto de un ambiente de subducción (forearc, BAB) como de suelo oceánico (abisal-MOR), predominando el primero para los macizos orientales (Camagüey, Mayarí y Moa- Baracoa; Proenza et al. 1999 a,b; Marchesi et al., 2006; Henares et al. 2010) y dualidad de ambientes en distintas secciones de los macizos Villa Clara y Habana- Matanzas (Butjosa et al. 2018; Llanes-Castro et al. 2015; Iturralde-Vinent et al. 2016). De este modo pudiera darse también en las ofiolitas de las RUMC.

5.CONCLUSIONES

·         Durante el proceso magmático y posterior serpentinización de las harzburgitas y dunitas del RUMC se distinguen dos etapas fundamentales en la formación de los minerales observados: (1) con olivino, enstatita, augita y Cr-espinela y (2) con lizardita, crisotilo, Cr-espinela rica en Fe³⁺ y magnetita. Esta última vinculada a la penetración de fluidos hidrotermales vinculados a los procesos riftogenético y de obducción.

·         Las RUMC varían dentro del rango de las rocas ultramáficas de ambiente abisal y zonas de solapamiento de este ambiente con el forearc. Ello está determinado por la variación en la relación Al₂O₃/SiO₂ y el porcentaje en peso de Al₂O₃, TiO₂ y CaO (0.02 - 0.06, 1.17 - 2.43, 0.01 - 0.04 y 0.04 - 2.58, respectivamente). Tal comportamiento también se manifiesta en conjuntos rocosos de otros constituyentes del COS.

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Información adicional

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.

Contribución de los autores

MEGC, EMCG: Procesamiento de la información, descripción microscópica, elaboración e interpretación de gráficos, elaboración del manuscrito, revisión y corrección, aceptación de la versión final. RRP: trabajos de campo, toma de muestras, aceptación de la versión final.

 

ORCID

MEGC: https://orcid.org/0000-0002-0406-2773

EMCG: https://orcid.org/0000-0001-8887-7277

RRP: https://orcid.org/0009-0001-6475-2848

 

 

Recibido: 04/10/2024

Aceptado: 25/11/2025