INFORME DE TERMOCRONOLOGIA POR TRAZAS DE FISIÓN STEWARD ISLAND
PROFESOR: MAURICIO ALBERTO CELLA
JUAN DAVID MEDINA CAMARGO NICOLAS ACERO GONZALEZ BRYAN CAMILO DUARTE JAUREGUI
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA SECCIONAL SOGAMOSO INGENIERIA GEOLOGICA II SEMESTRE DE 2018
Resumen: El desarrollo y evolución de la tierra ha sido posible gracias a dataciones cronológicas de rocas muy antiguas algunas incluso del precámbrico, estos cratones se formaron por la colisión de masa de rocas ígneas y metafórmicas. La historia geológica de estas rocas la podemos con certeza deducir debido a estudios termocronologicos de cuencas y la historia de enfriamiento que queda registrada en algunos minerales traza como es el caso del zircón, apatito. La termocronologia emplea dataciones radiométricas que básicamente sirve para determinar la edad absoluta de las rocas, minerales y restos orgánicos basado en las proporciones de un isotopo (padre) y de uno o mas descendientes que se conoce por su periodo de decaimiento o desintegración contenidos en la muestra a estudiar presentes al momento de litificación o solidificación de la misma. Estos isotopos a analizar depende del tipo de muestra y de la antigüedad que se supone de la misma, alguna de estas técnicas empleadas son:
K/Ar U/Pb Rb/Sr
Para el caso de restos fósiles relativamente recientes (60.000 años) se recurre a la datación por carbono radioactivo que esta basada en la desintegración del isotopo Carbono 14. La paleotermometría por reflectancia de vitrinita (%Ro) constituyen herramientas sumamente útiles para el estudio de la evolución de cuencas sedimentarias y específicamente para la prospección de yacimientos de hidrocarburos. Esta combinación de técnicas permite encontrar posibles anomalías térmicas y cuantificar pérdida de cobertera sedimentaria por levantamientos tectónicos/denudación
Marco teórico. Huellas de fisión en apatitos (AFT):
El enfriamiento de las rocas es causado por exhumación y es controlado por fuerzas tectónicas a lo largo de fallas o por procesos de erosión del relieve creado previamente por las fuerzas orogénicas. El rango de temperaturas de cierre de los minerales usados varía desde 800°C hasta ~60°C, lo que permite diferenciar la termocronología de alta temperatura y baja temperatura. Las rocas pueden tener una historia termal que evidencia la ocurrencia de exhumaciones en distintos periodos, lo que hace que agrupen una historia tectónica bastante compleja. Se emplean análisis de AFT para eventos termocronologicos de baja temperatura que juntos al análisis de huellas de fisión en zircones (ZFT) tienen una rango de temperatura de cierre de ~220°C a 60°C, que son empleados para delimitar los procesos termales de post-cristalizacion que a su vez pueden estar relacionados con procesos de exhumación, a la vez controlada por la tectónica y la erosión. Los métodos de huellas de fisión (AFT) y (ZFT) se basan en el principio de fisión espontánea del 238U, isótopo que se encuentra en apatitos, circones y titanita, en concentraciones que varían desde 50 a 1000 ppm. La fisión espontanea consiste en la división del 238U en dos mitades produciendo ionización y desplazamiento electrostático, moviéndose independientemente a grandes velocidades, deteniéndose solo tras causar daños a las estructuras que se encuentran en su trayectoria. El daño en la estructura se 22 registra en forma de trayectorias llamadas huellas de fisión, dichas huellas se cuentan usando un microscopio óptico después de haber tratado al cristal con ácido en la superficie, previamente pulida para producir el revelado de las huellas.
Figura 1: Red cristalina del desplazamiento electrostático producto de la fisión espontanea del 238U y daño a la estructura cristalina por la fisión espontanea de 238U. Tomado de Fleischer et al. (1975).
Hefty
Mediante la herramienta (HeFTy®; Ketcham, 2009) generamos modelos térmicos asistidos por computador ingresando análisis de termocronología de baja temperatura mediante modelos de trazas de fisión (AFT) Y (U-Th)/He y (AHe) en apatito, paleotermometría por reflectancia de vitrinita (%Ro), generamos modelos térmicos asistidos por computador generamos los rangos máximos de temperatura alcanzados y el tiempo para el cual se inició dicho calentamiento. Los datos obtenidos lo modelamos para construir un modelo aproximado de enterramiento y maduración que incluye variaciones en el flujo de calor y cuantificaciones de secciones removidas por levantamiento tectónicos y exhumación por erosión utilizando otro software como PetroMod ®1D. Es una alternativa muy usada para estos análisis debido a la proximidad y veracidad de sus resultados además de la versatilidad ya que además también incorpora parámetros termocinéticos en el borrado de trazas (Dpar AFT), la retención de He (AHe) y la madurez de %Ro.
QtQt
El nombre deriva de Qt siendo termocronologia cuantitativa por sus siglas en inglés, siendo el software desarrollado para el uso de interfaz, es usado para análisis de trazas de fisión en apatito y circón, (U-Th)/He y reflectancia de vitrinita aunque versiones más actualizadas contendrían datos de argón. También permite el modelado de multipes muestras solo si las muestras tienen una historia de enfriamiento termal cercana y se trataría como un perfil vertical. Este programa combina los algoritmos de composcion multiple de Ketcham y el algor itmo original durango apatito basado de Laslett . Actualmente una muestra dada se puede modelar con una composición constante (si corresponde). La composición podría tomarse como el promedio de las composiciones de grano único medido o alternativamente una muestra real única podría dividirse en múltiples muestras basadas en diferentes composiciones, por ejemplo, y luego tratarse como muestra de múltiples puntos para fines de modelado. De manera similar, una muestra con datos de apatito y zircón debe tratarse como 2 muestras. Para predecir la difusión de He, se utilizan ecuaciones de difusión estándar (explícitamente un grano esférico con la misma área de superficie a relación de volumen que las dimensiones especificadas para un grano real. El programa QTQt determina escenarios de historias de enfriamiento usando un enfoque Bayesian transdimensional Markov Chain Monte Carlo (MCMC), el cual determina modelos de historia termal simple en orden, para evitar la sobre interpretación de los datos observado. El enfoque implementado permite al usuario especificar una caja general de tiempo-temperatura, desde el cual se muestrea los puntos de tiempo-temperatura para construir un historial térmico continuo mediante interpolación lineal entre los puntos muestreados. También permite que se especifiquen hasta 5 casillas adicionales de tiempo y temperatura para permitir al usuario agregar restricciones más específicas en el historial térmico.
Steward Island
La geología de nueza Zelanda es bastante compleja debido a su ubicación en medio de la placa australiana y la placa pacifica, esto se ve reflejado en su actividad volcánica activa, terremotos y áreas geotérmicas Esta porción de tierra conformó lo que se conocía como el supercontinente panguea junto con América del sur, África, Madagascar, India, Antártida y Australia. Las rocas más antiguas de nueva Zelanda datan del cámbrico (510 Ma) Las rocas inferiores (sótano) están divididas en la "Provincia Occidental", formadas principalmente de granito y gneis, y una "Provincia Oriental", formada principalmente de grauvaca y esquistos. Las provincias se dividen en terrenos: grandes sectores de corteza con diferentes historias geológicas que ha sido unidas por una actividad tectónica (subducción y falla de deslizamiento) para formar Nueva Zelanda.
Las rocas medias de batolitos en el norte y centro de la isla Stewart están deformadas por tres estructuras principales: el sistema de fallas de agua dulce, la falla de escarpa y la zona de cizallamiento del canal. Las orientaciones de alineación, la geobarometría de Al en hornblenda y la termocronología Ar-Ar indican hasta 7 km de elevación con dirección NNE de la pared colgante de la falla de escarpe entre 110 y 105 Ma. A diferencia de la falla de escarpe, una amplia gama de orientaciones de elongación de minerales, incluidas muchas oblicuas a la inmersión de las foliaciones relacionadas, caracterizan la zona de cizallamiento del canal y el sistema de fallas de agua dulce. Los datos de alineación y sentido limitado de corte indican el movimiento dextralinverso en ambas estructuras durante el desarrollo de sus telas dúctiles dominantes. Las relaciones transversales e intrusivas indican movimiento en el Sistema de fallas de agua dulce de 130 Ma y en la zona de cizallamiento del canal entre 120 y 112 Ma. La cantidad de movimiento en el sistema de fallas de agua dulce y en la zona de cizallamiento del canal se mantiene en gran medida sin restricciones. Sin embargo, los 342 ± 24 años de la intrusión del granito en un horizonte de toba lítica del Grupo Paterson en Abrahams Bay se superponen con los plutones carboníferos en el bloque inmediatamente al sur del Sistema de fallas de agua dulce, lo que implica que el Grupo Paterson está poco desplazado de las rocas del sótano a través de la cual fue erupcionado. Las tres estructuras mapeadas en la isla Stewart forman parte de un cinturón móvil transpresional estrecho activo dentro del arco Jurásico-Cretáceo en el margen exterior de la Provincia Occidental durante las últimas etapas del desarrollo del arco ( 125-105 ma). La deformación se limita en gran medida al área exterior del sótano metasedimentario paleozoico en el sur de la isla Stewart. En la isla central de Stewart, la deformación de la transpresión comenzó en la amplia zona de cizallamiento del canal de las facies de anfibolita. La deformación posterior se enfocó a lo largo de la falla de escarpe más estrecha, que compensó la Isoterma de 300 ° C en la corteza superior. Las tres estructuras en la isla Stewart probablemente formen parte de una red a escala regional de zonas de corte transpresional y fallas que incluyen las zonas de indecisión Creek y Grebe Shear en el este de Fiordland. La deformación transpresional a lo largo de estas estructuras coincidió ampliamente con la carga de Western Fiordland Orthogneiss en el norte de Fiordland por 6 kbar, lo que indica que la deformación contraccional afectó a todos los niveles de la corteza en este momento.
Análisis de resultados:
Figura 2: Análisis de modelo térmico arrojado por Hefty muestra SI06-21. Mediante análisis (AFT) en el programa Hefty nos da una edad medida de 77 +/- 11 millones de años con un GOF de 0,96 que traduce muy bueno debido a que este valor es cercano a 1. Nos arroja una edad de enfriamiento de cretáceo (Conaciense) que concuerda con la basta actividad geológica de Steward Island en esta periodo de tiempo y lo podríamos relacionar con la deformación granítica de esta época según la literatura
Figura 3: Análisis de modelo térmico arrojado por Hefty muestra SI06-15
Este modelo arrojado nos ubica en una edad 75 +/- 12 Ma con GOF 0.98 indicando una certeza de resultados muy elevada y según la carta internacional cronoestratigráfica estaríamos hablando nuevamente del cretáceo superior (Conaciense) pero ahora de edad mas antigua, cabe resaltar que se dieron tres fases de deformación dúctil la mas joven en las que también incluyeron intrusiones gabróicas.
Figura 4: Análisis de modelo térmico arrojado por Hefty muestra SI06-3 El mejor modelo arrojado nos indica una edad de 74 +/- 11 Ma ( Campaniano – Matrischtiano) con un GOF bastante bueno (0.95)
Figura 5: Análisis de modelo térmico arrojado por Hefty muestra p68117
Para la última historia termal tenemos un modelo de edad 81 +/- 17 Ma (Cenomaniano) con un de GOF 1, lo que indica alta veracidad y refleja el mas antiguo periodo de enfriamiento de la isla de Stewart que por su compleja actividad geológica en las tres fases de deformación durante el cretáceo
Figura 6: Geología del Sur-Oeste y área central de la isla de Steward, referencias NZMS 260 maps D48, 49. Tomado de (A. H. Allibone & A. J. Tulloch (1997) Metasedimentary, granitoid, and gabbroic rocks from central Stewart Island, New Zealand, New Zealand Journal of Geology and Geophysics)
Conclusiones:
La implementación y desarrollo de herramientas tipo software como Hefty y QtQt nos dan un acercamiento con alto grado de precisión acerca de etapas de enfriamiento, exhumación y consolidación de las rocas permitiendo hacer una reconstrucción paleo-tectónica de la evolución de la tierra y construir un modelamiento de determinado período geológico. Nuestro entorno geológico dinámico se ve reflejado entre otras cosas por el movimiento de placas que deja su imprenta en la morfología terrestre, Steward Island es una prueba de ello, mediante estudios de termocronología por trazas de fisión se ha podido determinar el orden consecuente de dichos eventos y determinar la edad absoluta de las rocas.
Bibliografía
http://www.iearth.org.au/codes/QTQt/ https://es.scribd.com/document/102324714/Modelo-de-Madurez-Integrado-con-trazas-de-fisiony-U-Th-He-en-apatito https://www.researchgate.net/publication/330449751_Petrografia_geoquimica_y_geocronologia _UPb_de_las_rocas_volcanicas_y_piroclasticas_de_la_Formacion_Norean_al_NW_del_Macizo_de_S antander_Colombia https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00288306.1997.9514740?needAccess=true https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00288300809509854 http://www.stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart2018-08Spanish.pdf