Minerales Arcillosos Marcadores De Procesos Termodinámicos En Niveles Lodolíticos Del Cretáceo Inferior, Región De Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental De Colombia

Geología Colombiana, 2012 - Vol. 37 - ISSN 0072-0992 - e-ISSN 2357-3767

Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia

Clay Minerals as Thermodynamic Markers in Lower Cretaceous Mudstones in the Region of Ráquira, Boyacá, Colombian Eastern Cordillera

Sergio Gaviria1, Gustavo Sarmiento1 & Manuel Sánchez2 1 Profesor Asociado PhD, Departamento de Geociencias, Universidad Nacional de Colombia, [email protected], [email protected] 2 Geólogo, Universidad Nacional de Colombia, [email protected]

Gaviria, Sergio; Sarmiento, Gustavo & Sánchez, Manuel (2014): Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia. GEOLOGÍA COLOMBIANA, Vol. 37. Bogotá, Colombia. pp 63-75. Manuscrito recibido: 9 de septiembre de 2011; aceptado: 26 de octubre de 2013.

Resumen Las lodolitas marinas del Cretáceo Inferior que afloran en la región de Ráquira, Boyacá, están constituidas por una asociación de minerales arcillosos que reflejan diferentes procesos a los cuales fueron sometidas las rocas durante su génesis y enterramiento. Las unidades objeto de este estudio corresponden a las Formaciones San Gil Superior y Churuvita, y se presentan los resultados obtenidos en niveles lodosos de ambas unidades, por técnicas de caracterización basadas en Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Infrarroja (FTIR), Fluorescencia de Rayos X (FRX) y análisis textural.

Los cambios mineralógicos reflejan aumentos anómalos en presión y/o temperatura progresivamente más intensos hacia la parte inferior de la secuencia sedimentaria, incremento en el grado de cristalinidad para la serie caolinita-dickita-pirofilita, aparición de estructuras interestratificadas tipo illita-esmectita con bajo nivel de ordenamiento Ro (reichweita), clorita-esmectita (corrensita), vermiculita-clorita, y un aumento del porcentaje illítico en los interestratificados illito-esmectita. Estas asociaciones mineralógicas indican condiciones de presión-temperatura altas, como un posible efecto de diagénesis profunda. Sin embargo, la presencia de pirofilita y corrensita marca condiciones de enterramiento muy superiores a las que presumiblemente fueron sometidas estas rocas, lo que indicaría condiciones geotérmicas anormalmente altas en la zona. Esta interpretación debe ser corroborada con análisis mineralógicos en Formaciones subyacentes a la secuencia estudiada y con otros marcadores de enterramiento como reflectancia de vitrinita y termocronología.

Palabras clave: Cuenca Cretácica Colombiana, Pirofilita, minerales arcillosos interestratificados, DRX, diagénesis.

Abstract Marine mudstones of the Lower Cretaceous in the region of Ráquira Boyacá – Colombia contain association of clay mineral indicating changes in the rock system during their genesis and burial. Mudstone samples were collected in the “San Gil Superior” and “Churuvita” Formations in a stratigraphic column along the Las Minas creek, near the La Candelaria-Samacá road. Their characterization is based on X-Ray diffraction

63 Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia

(DRX), infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray fluorescence (FRX) and textural analysis. The here studied clay mineral transformations reflect diagenetic processes, which are more intensively at the bottom of the sedimentary series. Progressive mineralogical change, reflect increase in the degree of crystallinity for the kaolinite-dickite-pyrophyllite series, illite-smectite irregular mixed-layered Ro (reichweite) and chlorite-smecite (corrensite) interlayered structures series, and an increase in the illitic component from the top to the bottom of the interval. The mineralogical associations indicate high P-T conditions, probably reflecting deep diagenesis. However, the pyrophyllite and corrensite presence marks much deeper burial conditions than recorded from the strata, wich could be explained by abnormal high geothermal gradients in the area. This interpretation should be corroborated by mean of further mineralogical analysis from clay minerals in the underlying formations, and another burial markers as vitrinite reflectance and thermochronology.

Keywords: Colombian Cretaceous Basin, pyrophyllite, imixed-layered clay minerals, XRD, diagenesis

INTRODUCCIÓN & Robinson 1999), que, según Collo et al. (2005), corresponde a profundidades entre 6,5 y 8 Km con En el marco de la investigación de los materiales temperaturas mayores a 200°C a un gradiente geotérmico sedimentarios acumulados en la Cuenca Cretácica promedio de 25-33°C/Km. Colombiana, la caracterización de los minerales arcillosos constituye un aporte significativo en la comprensión de Las arcillas presentes en los niveles lodosos de las los ambientes de sedimentación y de las transformaciones Formaciones San Gil Superior y Churuvita, aflorantes que ocurrieron durante el enterramiento de los materiales en los alrededores de Ráquira, son el objeto del (Meunier, 2005). Los minerales de arcilla sufren presente trabajo. Los resultados muestran el efecto modificaciones en su estructura por aumento de presión- de la transformación estructural de los minerales y la temperatura, dando origen a minerales más complejos, en aparición de nuevas fases como consecuencia de los los cuales puede existir más de un tipo de estructura básica. procesos termodinámicos que afectaron los materiales Así se producen interestratificados con espaciado basal después de su depositación. igual a la suma de cada uno de los planos individuales, tipo illito-esmectitas (10-14 ”Sm” o reichweita), clorito- LOCALIZACIÓN, GEOLOGÍA Y esmecticas (14C/14”Sm” o corrensita), entre otras ESTRATIGRAFÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO (Thorez, 1976; Moore & Reynolds, 1997). En procesos de diagénesis o hidrotermalismo, las esmectitas neoformadas en la cuenca o transportadas desde las fuentes, sufren Las muestras estudiadas fueron tomadas en la sección transformaciones con la consecuente pérdida de cationes estratigráfica de la Quebrada Las Minas levantada por interlaminares hidratados, que son reemplazados por Caicedo (2005), que se ubica en la vereda Casablanca, potasio (illita) o Fe2+, Mg2+, Al3+ (clorita), procedentes al SE del Municipio de Ráquira, Departamento de de las soluciones acuosas (Meunier, 2005; Brigatti et al., Boyacá, por el carreteable que conduce del Monasterio de la Candelaria al Municipio de Samacá (figura 1). Las 2006). Formaciones San Gil Superior y Churuvita, de edad Albiano medio – Cenomaniano, hacen parte del flanco La pirofilita es un mineral poco común en rocas oriental de la denominada Cuenca Cretácica Colombiana sedimentarias, normalmente asociado a venas (Etayo, 1968 a, b; Guerrero, 2002a, b). hidrotermales y a rocas metamórficas, producto de la transformación de caolinita, al ser sometida a condiciones La zona de estudio se caracteriza por una sucesión de de presión-temperatura elevadas (Klein & Hulburt, 1998, anticlinales y sinclinales con orientación SW-NE, con Bentabol, 2003). Esta transformación suele darse en cabeceo hacia el SW, que conforman el núcleo del rocas pelíticas aluminosas con bajo contenido en hierro Anticlinorio de Arcabuco (Etayo, 1968 a y b, Fuquen (Frey & Robinson, 1999). Cuando la presión de agua & Osorno 2005). El municipio de Ráquira se encuentra es igual a la presión litostática (αH2O=1), la presencia en el eje del Sinclinal de Ráquira, sobre rocas de la de pirofilita indica temperaturas entre 300 y 420°C. Sin Formación San Gil Inferior. Las Formaciones San Gil

embargo, esta temperatura puede ser menor si αH2O<1. Superior y Churuvita, afloran al SE del anticlinorio. Morfológicamente, la topografía refleja claramente Diagenéticamente, dicha transformación inicia entre las variaciones litológicas en la zona. La Formación la zona de diagénesis tardía y la anquizona baja (Frey San Gil Superior tiende a generar topografías suaves,

64 Geología Colombiana, 2012 - Vol. 37 con algunos altos topográficos generados por las oscuro, presentan laminación plano-paralela y algunas intercalaciones de los niveles arenosos. El cambio aparentemente son macizas por microbioturbación. En morfológico en el contacto con el Miembro Inferior de las lodolitas son comunesGeología las Colombiana, capas de arenitas2014 - Vol. fosilíferas XXX No. X la Formación Churuvita es bastante marcado, generando (lumaquelas de fragmentos de conchas de bivalvos, 3%), escarpes pronunciados (Ulloa y Rodríguez, 1978). granodecrecientes, generalmente con alta disolución y morfológico en el contacto con el Miembro Inferior de aparentemente son macizas por microbioturbación. En la Formación Churuvita es bastante marcado, generando lasreemplazamiento lodolitas son comunes de las las conchas. capas de arenitas fosilíferas Segúnescarpes Caicedo pronunciados (2005), en (Ulloa esta y sección Rodríguez, la 1978). Formación (lumaquelas de fragmentos de conchas de bivalvos, 3%), San Gil Superior consta de 410 m de los cuales, los granodecrecientes,Este miembro se generalmenteacumuló en conuna altaanteplaya disolución media, y con 200 metrosSegún Caicedo superiores (2005), están en esta cubiertos. sección la La Formación sección reemplazamientofondos afectados de por las tormentas conchas. y olas que generan grandes afloranteSan Gil consta Superior deconsta lodolitas de 410 m de de colorlos cuales, negro los a gris dunas, en la parte inferior, hasta fondos de anteplaya oscuro,200 con metros laminación superiores plano están paralela cubiertos. muy finaLa sección (62%) Estesuperior miembro y playa se acumuló en la parte en unasuperior anteplaya (Caicedo, media, 2005).con y arenitas,a orante arenitas consta lodosas de lodolitas y lodolitas de color arenosas negro (38%).a gris fondos afectados por tormentas y olas que generan grandes Las arenitasoscuro, conson laminacióncomposicionalmente plano paralela cuarzoarenitas muy  na (62%) y dunas,El miembro en la parte medio inferior, de la hastaFormación fondos Churuvitade anteplaya presenta y arenitas, arenitas lodosas y lodolitas arenosas (38%). superior y playa en la parte superior (Caicedo, 2005). subarcosas.Las arenitas Sucesiones son composicionalmente granodecrecientes cuarzoarenitas son comunes, y un espesor de 86 m de intercalaciones de capas de a vecessubarcosas. generando Sucesiones apilamientos granodecrecientes estratodecrecientes, son comunes, Ellodolitas, miembro arenitasmedio de y la lumaquelas Formación Churuvita arenosas. presenta Predominan con contactosa veces generandoerosivos enapilamientos las capas estratodecrecientes,de arenitas sobre unlodolitas espesor (50%) de 86 de m color de intercalacionesgris claro a oscuro, de capas generalmente de las lodolitas.con contactos Esta unidaderosivos fueen lasdepositada capas de enarenitas ambientes sobre lodolitas,con laminación arenitas yplanoparalela lumaquelas arenosas. y algunas Predominan macizas. En marinoslas someroslodolitas. (marEsta abiertounidad fueproximal depositada a frente en ambientes costero) lodolitasmenor proporción,(50%) de color cuarzoarenitas gris claro a oscuro, y escasas generalmente subarcosas, con influenciamarinos someros de eventos (mar abierto de tormentas proximal (Etayo,a frente costero)1968 a, conglauconíticas laminación yplanoparalela moscovíticas y algunas (33%) demacizas. color En gris, con b; Morenocon in & uencia Sarmiento, de eventos 2002). de tormentas (Etayo, 1968 a, menortamaño proporción, de grano cuarzoarenitasmedio a muy y fino escasas en subarcosas,capas de 50 hasta b; Moreno & Sarmiento, 2002). glauconíticas200 cm. Las y capas moscovíticas presentan (33%) estructuras de color sedimentarías gris, con de tamaño de grano medio a muy  no en capas de 50 hasta El miembro inferior de la Formación Churuvita arenitas homogenizadas por bioturbación y ondulitas. El El miembro inferior de la Formación Churuvita 200 cm. Las capas presentan estructuras sedimentarías de presentapresenta un espesor un espesor de 204de 204 m, m, donde donde predominan predominan las arenitas17% restante homogenizadas corresponde por bioturbación a calizas y fosilíferas ondulitas. El arenosas arenitasarenitas (63%) (63%) de de color color gris. gris. Composicionalmente, Composicionalmente, 17%(grainstone restante arenoso)corresponde y arenitasa calizas fosilíferas fosilíferas arenosasespecialmente son cuarzoarenitasson cuarzoarenitas y escasas y escasas subarcosas, subarcosas, glauconíticas glauconíticas (grainstonede bivalvos arenoso) completos y arenitas y fosilíferas en fragmentos; especialmente también se y moscovíticas,y moscovíticas, generalmente generalmente inmaduras, inmaduras, con con tamañotamaño dereconocen bivalvos escasascompletos madrigueras y en fragmentos; horizontales también y verticales. se de granode grano fino  no a a muymuy  nofino en capasen capas gruesas gruesas de más demás reconocen escasas madrigueras horizontales y verticales. de 80de cm. 80 cm.Forman Forman sucesiones sucesiones estratocrecientes estratocrecientes concon Este miembro se acumuló en la zona de la transición de estructurasestructuras sedimentarías sedimentarías de de estratificación estrati cación inclinadainclinada Esteplaya miembro a costa se afuera, acumuló sobre en la fondos zona de lodosos, la transición afectado de por “hummocky”,“hummocky”, arenitas arenitas homogenizadas homogenizadas por por bioturbación bioturbación playatormentas, a costa afuera,que transportan, sobre fondos fragmentan lodosos, afectado y seleccionan por y ondulitas. Las lodolitas (34%) de color gris claro a tormentas, que transportan, fragmentan y seleccionan y ondulitas.oscuro, Laspresentan lodolitas laminación (34%) plano-paralela de color gris y claroalgunas a loslos conchales conchales de debivalvos. bivalvos.

Figura 1. Mapa de localización del área de estudio (imagen de terreno editado de Google Maps 2011), Figura 1. Mapa de localizacióny mapa geológico del área de la de zona estudio de estudio (imagen (editado de terreno de Caicedo editado 2005). de Google Maps 2011), y mapa geológico de la zona de estudio (editado de Caicedo 2005). Figura 1. Location and geologic map of the study area (base map edited from Google maps 2011; Figure 1. Location and geologic geologicmap of themap study from Caicedoarea (base 2005). map edited from Google maps 2011; geologic map from Caicedo 2005).

3 65 Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo MInferior,ETODOLO Región de Ráquira,GÍA Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia Las muestras fueron sometidas a diferentes mEtodoloGÍa Lasprocedimientos muestras enfueron los que sometidasse realizaron a losdiferentes siguientes análisis de caracterización: Se reconocieron los principales niveles de lodolitas procedimientos en los que se realizaron los siguientes análisis de caracterización: enSe la reconocieronsección estratigráfica los principales de la nivelesQuebrada de Las lodolitas Minas, Determinación del tamaño de partícula en fase húmeda levantadaen la sección por Caicedo estratigrá (2005), ca de yla seQuebrada recolectaron Las Minas,nueve Determinaciónpara lo cual se utilizódel tamaño el método de partícula de la pipeta, en fase por húmeda tamizado muestraslevantada escogidas por Caicedo en (2005),niveles y quese recolectaron abarcan toda nueve la paray sedimentación lo cual se utilizó de acuerdo el método a losde laprocedimientos pipeta, por tamizado interna - columna,muestras con escogidas el fin de enestudiar niveles la asociaciónque abarcan de mineralestoda la ycionales sedimentación validados deen losacuerdo laboratorios a los del procedimientos IGAC (2006). arcillososcolumna, cony evaluar el  n de estudiarlas transformaciones la asociación de ligadasminerales a internacionales validados en los laboratorios del IGAC cambiosarcillosos en lasy evaluarcondiciones las transformacionestermodinámicas (figuraligadas 2).a cambios en las condiciones termodinámicas ( gura 2). (2006).Identificación semicuantitativa de fases mineralógicas, Todas las muestras corresponden a lodolitas oscuras de por medio de difracción de Rayos X sobre muestra ambientesTodas las marino muestras somero, corresponden lo que simplifica a lodolitas eloscuras problema de ambientes marino somero, lo que simpli ca el problema Identipulverizada cación ysemicuantitativa tamizada a malla de fases 60 enmineralógicas, agregado no al minimizar cambios en las condiciones fisicoquímicas pororientado medio parade difracción la caracterización de Rayos Xdel sobre conjunto muestra de originalesal minimizar y durante cambios la evoluciónen las condiciones de la cuenca.  sicoquímicas originales y durante la evolución de la cuenca. pulverizadaminerales, yy sobretamizada la fraccióna malla <260 en μm agregado preparada no en orientadolámina orientada para la al natural,caracterización con etilenglicol del conjunto y calentada de minerales,a 550oC para y identificarsobre la fracción familias <2 de μarcillas,m preparada siguiendo en la láminametodología orientada propuesta al natural, por conThorez etilenglicol (1976). y calentada a 550oC para identi car familias de arcillas, siguiendo la metodologíaEspectroscopía propuesta Infrarroja por (FTIR) Thorez por (1976). reflectancia difusa en el laboratorio de Catálisis Heterogénea del Departamento Espectroscopíade Química, U Infrarrojaniversidad (FTIR) Nacional por re de ectancia Colombia.. difusa enEsta eltécnica laboratorio identifica de Catálisis energías Heterogénea de vibración del Departamento de enlace entre deelementos Química, livianos, Universidad comunes Nacional en los deminerales Colombia. arcillosos: Esta técnicaenlaces identiO-H en ca el energías rango 3.800-3.400 de vibración cm de-1, asociadosenlace entre a las elementosláminas octaédricas. livianos, comunes Enlaces R-Oen los donde minerales R = Si, arcillosos: Al, etc., en enlaces O-H en el rango 3.800-3.400 cm-1, asociados a las el rango 1.200-800 cm-1. Análisis químico cuantitativo con láminas octaédricas. Enlaces R-O donde R = Si, Al, etc., en énfasis en elementos mayores, por medio de fluorescencia el rango 1.200-800 cm-1. Análisis químico cuantitativo con de Rayos X. Las muestras fueron preparadas en perla, con énfasis en elementos mayores, por medio de  uorescencia metaborato y tetraborato de litio como fundente. Esta técnica de Rayos X. Las muestras fueron preparadas en perla, con metaboratopermite cuantificar y tetraborato los deelementos litio como presentes fundente. en Esta una técnica muestra permitepor medio cuanti de uncar haz los elementosde rayos X presentes que excita en unalos electronesmuestra porde lasmedio nubes de un internas haz de derayos los X átomos que excita y produce los electrones emisión dede las señales nubes de internas fluorescencia de los átomos características. y produce Poremisión medio de decristales señales analizadores, de  uorescencia la señal características. se separa enPor las medio diferentes de cristaleslongitudes analizadores, de onda y sela determinaseñal se separa la composición en las diferentes química longitudespor medio dede ondala ley y dese Braggdetermina (Wilson, la composición 1994). química por medio de la ley de Bragg (Wilson, 1994).

RESULTADOS rEsultados

GranulomEtrÍaGranulometría

EnEn lala TablaTabla 11 sese presentanpresentan características características litológicas, litológicas, texturalestexturales yy dede colorcolor dede laslas muestras, muestras, las las cuales cuales se se clasiclasifican can como como limolitas, limolitas, arcillolitas arcillolitas y lodolitas y lodolitas con con algunasalgunas pequeñaspequeñas variacionesvariaciones en en la la proporción proporción limo- limo- arcillaarcilla y y arena arena (Folk, (Folk, 1974). 1974). En En los los niveles niveles lodosos, lodosos, loslos colorescolores grisesgrises oscurososcuros a anegros negros son son característicos característicos de la Formación Churuvita, y los colores negros de la fig.Figura 2. Ubicación 2. Ubicación de las de muestras las muestras recolectadas recolectadas en la secciónen la de la Formación Churuvita, y los colores negros de la Formación San Gil Superior. La proporción arcilla-limo secciónQuebrada Quebrada Las L Minas.as Minas. Formación San Gil Superior. La proporción arcilla-limo ColumnaColumna estratigráfica estratigrá ca dede CaicedoCaicedo (2005).(2005). eses mayormayor enen muestrasmuestras de de la la Formación Formación Churuvita Churuvita que que enen lala FormaciónFormación SanSan Gil Gil Superior. Superior. Los Los contenidos contenidos de de Figurefig. 2.2. SampleSample location location in in Las Las Minas Minas Creek. Creek. arenaarena enen laslas muestras muestras son son bajos bajos (<10%) (<10%) a aexcepción excepción de de Stratigraphic section from Caicedo (2005). Stratigraphic section from Caicedo (2005). algunosalgunos nivelesniveles lodosos lodosos con con lentes lentes de de arena. arena.

4 66 Geología Colombiana, 2012 - Vol. 37 GeologíaGeología Colombiana, Colombiana, 2014 - 2014 Vol. XXX- Vol. No. XXX X No. X

Tabla 1. Características litológicas de las muestras, modificadas de Sánchez (2011). tabla 1.tabla Características 1. Características litológicas litológicas de las muestras, de las muestras, modi cadas modi de cadas Sánchez de Sánchez (2011). (2011). Table 1. Lithological properties of samples, modified from Sánchez (2011) table 1.table Lithological 1. Lithological properties properties of samples, of samples, modi ed modi from ed Sánchez from Sánchez (2011) (2011)

CaracterísticasCaracterísticasLitilógicas Litilógicas GranulometríaGranulometría(%) Clasificación(%) PosiciónEstratigráficaPosiciónEstratigráfica #Muestra #Muestra Clasificación Coloralteración Litología Litología MunsellrocaMunsell Colorrocaroca Color Munsellrocaalteración Munsellalteración ColoralteraciónArena LimoArena Arcilla Limotextural Arcilla(FOLK)textural(FOLK) lodolitasoscuras,lodolitasfísiles,oscuras,presenciafísiles, presencia Grismuy Grismuy Castanorojizo,Castanoamarillorojizo, amarillo R002 R002 2,5YR3/0 2,5YR3/0 5YR4/4;10YR5YR6/84/4;10YR6/8 0.51 32.680.51 66.81 32.68 Arcillolita 66.81Ͳ Arcillolita Ͳ Miembro Miembro óxidosFe,<1%óxidosmicas.Fe,<1%micas. oscuro oscuro parduzco. parduzco. Medio Medio LodolitasoscurasLodolitasenlaoscurasbasedeenunalabasedeuna Castanofuerte,Castanogris fuerte,gris R006 R006 2,5Y4/02,5 GrisYoscuro4/0 Gris 7,5YRoscuro5/6;5Y 7,5YR6/1 5/6;5Y6/1 6.88 41.56.88 51.62 41.5 Lodolita 51.62Ͳ Lodolita Ͳ Formación Formación parasecuencia.parasecuencia. (claro). (claro). Churuvita ChuruvitaMiembro Miembro Lodolitasnegras,Lodolitasposiblenegras,presenciaposibledepresencia de R014 R014 2,5YR2,5/02,5YR Negro2,5/0 2,5YR Negro6/0;10YR 2,5YR6/86/0; Gris,10YRamarillo6/8 Gris,parduzco.amarilloparduzco. 25.26 32.35 25.26 42.39 32.35 Lodolita 42.39 Arenosa Lodolita Arenosa Inferior Inferior nivelestormentíticos.nivelestormentíticos. LodolitasnegrasLodolitasintercaladasnegrasintercaladasconnivelesconniveles Castanoamarillento,Castanoamarillento,gris gris R015 R015 2,5YR2,5/02,5YR Negro2,5/0 Negro 10YR5/8;5Y 10YR6/1 5/8;5Y6/1 5.19 43.55.19 51.31 43.5 Lodolita 51.31Ͳ Lodolita Ͳ arenosos. arenosos. (claro). (claro). Lodolitasnegras,Lodolitasenlanegras,basedeenunalabasedeuna Castanofuerte,Castanogris fuerte,gris R013 R013 7,5YR2/07,5YR Negro2/0 7,5YR Negro5/8;7,5YR 7,5YR6/05/8;7,5YR6/0 5.93 46.165.93 47.91 46.16 Lodolita 47.91Ͳ Lodolita Ͳ parasecuencia.parasecuencia. (claro). (claro). LodolitasnegrasLodolitasintercaladasnegrasintercaladasconnivelesconniveles Rojooscuro,Rojocastanooscuro, castano R012 R012 2,5YR2,5/02,5YR Negro2,5/0 10R Negro3/3;7,5YR 10R5/83/3;7,5YR5/8 11.74 56.5311.74 27.66 56.53 Limolita 27.66 Arenosa Limolita Arenosa arenosos. arenosos. fuerte. fuerte. FormaciónSanFormaciónGil SanGil LodolitasnegrasLodolitaslevementenegrasarenosas,levemente arenosas, R011 R011 2,5YR2,5/02,5YR Negro2,5/0 7,5YR Negro5/6;10YR 7,5YR7/25/6; Castano10YR7/2fuerte, Castanogrisclaro.fuerte, 11.77grisclaro. 60.09 11.77 28.14 60.09 Limolita 28.14 Arenosa Limolita Arenosa Superior Superior moldesbivalvosmoldes(3mm).bivalvos(3mm). LimolitasnegrasLimolitasarenosas,negraspocoarenosas, poco Rojooscuro,Rojorojooscuro,rojo R008 R008 7,5YR2/07,5YR Negro2/0 Negro 10R3/3;5YR 10R5/83/3;5YR5/8 26.34 48.2826.34 25.38 48.28 Lodolita 25.38 Arenosa Lodolita Arenosa alteradas. alteradas. amarillento.amarillento. LodolitasnegrasLodolitasconalteraciónnegrasconmedia,alteración media, Rojoamarillento,Rojoamarillento,gris gris R009 R009 7,5YR2/07,5YR Negro2/0 5YRNegro5/8;7,5YR 5YR6/05/8;7,5YR6/0 9.64 59.749.64 30.62 59.74 Lodolita 30.62Ͳ Lodolita Ͳ basedelacolumna.basedelacolumna. (claro). (claro). difraCCiÓnDifradifraCCiÓncción d dEe R ayosrayos dE rayosX x x

EnEn la la Figura FiguraEn la Figura3 3 se se presenta presenta 3 se presenta la la mineralogía mineralogía la mineralogía en en agregado agregado en agregado desorientado desorientado desorientado de de algunas algunas de algunas muestras muestras muestras en en la la secuencia secuencia en la secuencia estratigrá estratigráfica. estratigrá ca.  ca. A A (3.06 A) (3.06 A) T T

R006

R006 R012 R012 (3.51 A) (3.51 A) T 4.99 A T 4.99 A

R011 (4.48 A)

R011 (4.48 A) T T R008 14.7 A R008 14.7 A Caolinita 002 (3.58A) Illita 001 (10.03 A) 25.32 2 Inter-estratificados 10-14 (11.8 Pirofilita 001Pirofilita (9.17 A) Qz Illita 003 + (3.34A) Caolinita/Dickita 001 (7.15 A) (7.15 001 Caolinita/Dickita Caolinita 002 (3.58A) Illita 001 (10.03 A) 25.32 2 Inter-estratificados 10-14 (11.8 Pirofilita 001Pirofilita (9.17 A) Qz Illita 003 + (3.34A) Caolinita/Dickita 001 (7.15 A) (7.15 001 Caolinita/Dickita R009 R009 Qz (4.26 A) Pirofilita 002 (4.60 A) Illita 002Illita Pirofilita 003 = 29.14 2

19.83 2 19.83 Formacion Qz (4.26 A) Pirofilita 002 (4.60 A) Illita 002Illita Pirofilita 003 = 29.14 2 6000 6000 2 19.83 Formacion Churuvita Churuvita 5000 5000

4000 4000

3000 3000 FormacionFormacion San San Gil Superior Counts/s 2000 Gil Superior

Counts/s 2000

1000 1000

0 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 2T 2T

Ffig.igura 3. 3.fig.Difractograma Difractograma 3. Difractograma comparativo comparativo comparativo de de agregados agregados de agregados desorientados, desorientados, desorientados, según según su según su posición posición su posición estratigrá estratigráfica estratigrá ca en laen ca secciónla en sección la sección analizada. analizada. analizada.

Ffig.igure 3. 3.Bulkfig. Bulk 3. sample Bulksample samplediffractograms diffractograms diffractograms in inthe the stratigraphic in stratigraphic the stratigraphic section. section. section.

Los minerales que predominan en las lodolitas de la La Figura 4 muestra el comportamiento de los minerales Los mineralesLos minerales que predominan que predominan en las enlodolitas las lodolitas de la de laLa FiguraLa Figura4 muestra 4 muestra el comportamiento el comportamiento de los mineralesde los minerales parte superior de la secuencia (Formación Churuvita) arcillosos sometidos a los diferentes tratamientos parte superiorparte superior de la secuenciade la secuencia (Formación (Formación Churuvita) Churuvita) arcillosos arcillosos sometidos sometidos a los a diferenteslos diferentes tratamientos tratamientos son caolinita y cuarzo. Illita e interestratificados 10- (Natural (N), Etilen-Glicol (E-G) y calcinación a 550°C) son caolinitason caolinita y cuarzo. y cuarzo. Illita eIllita interestrati e interestrati cados cados 10- 10-(Natural(Natural (N), Etilen-Glicol (N), Etilen-Glicol (E-G) y(E-G) calcinación y calcinación a 550°C) a 550°C) 14 se presentan en menor proporción y eventualmente (Thorez, 1976). En la Figura 4a aparece la respuesta a 14 se presentan14 se presentan en menor en menorproporción proporción y eventualmente y eventualmente (Thorez, (Thorez, 1976). 1976).En la FiguraEn la Figura4a aparece 4a aparece la respuesta la respuesta a a trazas de pirofilita. En contraste, los minerales que los tratamientos de los planos (001) de los minerales trazas trazasde piro de lita.piro En lita. contraste, En contraste, los minerales los minerales que quelos tratamientoslos tratamientos de los deplanos los planos(001) de(001) los deminerales los minerales predominan en las lodolitas de la parte inferior de la arcillosos simples y en la Figura 4b la respuesta a predominanpredominan en las enlodolitas las lodolitas de la partede la inferiorparte inferior de la de laarcillosos arcillosos simples simples y en la y Figuraen la Figura4b la respuesta4b la respuesta a los a los secuencia (Formación San Gil Superior) son pirofilita los tratamientos de los planos (002) de los minerales secuenciasecuencia (Formación (Formación San Gil San Superior) Gil Superior) son piro son lita piro  litatratamientos tratamientos de los deplanos los planos(002) de(002) los deminerales los minerales inter- inter- y cuarzo. Illita, interestratificados 10-14 y caolinita se interestratificados. y cuarzo.y cuarzo. Illita, interestratiIllita, interestrati cados cados10-14 10-14y caolinita y caolinita se seestrati estrati cados. cados. encuentran en menor proporción. encuentranencuentran en menor en menorproporción. proporción.

67 5 5 Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez MineralesSergio Gaviria, Arcillosos Gustavo Marcadores Sarmiento de Procesos & Manuel Termodinámicos Sánchez en Niveles Lodolíticos del CretáceoMinerales Inferior, Arcillosos Región Marcadores de Ráquira, de Boyacá,Procesos Cordillera Termodinámicos Oriental en de Niveles Colombia Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia

N EͲG 550°C A NEͲG 550°C NEͲG 550°C B

IllitaͲEsmectita (001) Vermiculita (V) (I/Sm) 24 Caolinita(K) 77 12 13Ͳ14 10 Dickita(D) 77“7” 14 14 10

CloritaͲVermiculita

Clorita (C) (001) Pirofilita(prl)

(C/V) 28 9,1 9,1 9,1 14 14 14 14 14 12

Illita(I) CloritaͲEsmectita Esmectita (Sm) (001) (C/Sm) 10 10 10 28 10 d(001) 14Ͳ15 17 d(002) 14 15Ͳ16 12

Capatetraédrica Potasio Capaoctaédrica Na+ y/oCa2+hidratado Mg2+ y/oFe2+hidrolizado Na+ y/oCa2+deshidratado Mg2+ y/oFe2+deshidratado EtilenͲglicol 2+ 2+ 3+ Mg ,Fe y/oAl encoordinaciónoctaédrica

Figurafig. 4. Comportamiento en difracción de rayos X de minerales arcillosos simples (A) e interestratificadosinterestrati cados regularesregulares (B),(B), aa loslos diferentesdiferentes tratamientos tratamientos (Natural (Natural (N), (N), Etilen-Glicol Etilen-Glicol (E-G) (E-G) y calcinacióny calcinación a 550°C)a 550°C) adaptado adaptado de de Thorez Thorez (1976). (1976). Nótese Nótese que que a 550°C,a 550°C, la laestructura estructura cristalina cristalina de de la lacaolinita caolinita (K) (K) colapsa colapsa totalmente, totalmente, mientras mientras que que la lade de la ladickita dickita (D) (D) colapsa colapsa parcialmente. parcialmente.

Ffig.igure 4. XRD 4. XRD behavior behavior of simple of simple clay clay minerals minerals (A) (A)and andregular regular inter-strati inter-stratified ed clays clays(B), at(B), different at different treatments, treatments, according according Thorez Thorez(1976): (1976): Natural Natural (N), Ethylene-Glycol (N), Ethylene-Glycol (E-G) (E-G) and heating and heating to 550°C. to 550°C. Kaolinite Kaolinite structure structure collapses collapses after heating,after heating, whereas whereas dickite dickitestructure structure partially partially collapses. collapses.

LaLa F iguraFigura 5 5presenta presenta la la mineralogía mineralogía de de la la fracción fracción arcilla arcilla interestratificadointer-estrati cado tipotipo clorita-esmectita.clorita-esmectita. Por Por último, último, el el parapara una una muestra muestra de de lodolita lodolita representativa representativa de de cada cada picopico a a14Å 14Å en en natural natural que que permanece permanece en en etilenglicol etilenglicol y y formación.formación. colapsacolapsa a a12Å 12Å a a550°C 550°C indica indica que que existe existe también también un un interestratificadointerestarti cado tipo tipo clorita-vermiculita.clorita-vermiculita. LosLos minerales minerales dominantes dominantes en en la la fracción fracción arcilla arcilla de de la la Formación Churuvita son caolinita, illitas abiertas e En la Figura 6 se muestran las principales bandas de Formación Churuvita son caolinita, illitas abiertas e En la Figura 6 se muestran las principales bandas de interestrati cados 10-14Å, cuarzo en menor proporción absorción en el espectro infrarrojo para los minerales interestratificados 10-14A, cuarzo en menor proporción absorción en el espectro infrarrojo para los minerales y ytrazas trazas de de pirofilita. piro lita. SeSe identificaron identi caron interestratiinterestratificados cados arcillosos (Besoain, 1985; Dixon & Weed, 1989; irregulares tipo illita-esmectita que conforman un pico arcillososMadejová, (Besoain, 2003). 1985; Dixon & Weed, 1989; irregulares tipo illita-esmectita que conforman un pico Madejová, 2003). entreentre 10-11Å 10-11Å que que genera genera una una banda banda expandida expandida entre entre 10 10 y y14Å 14Å en en etilenglicol etilenglicol y ycolapsa colapsa a valoresa valores cercanos cercanos a 10Åa 10Å Esta técnica con rma en primer lugar la presencia de al calentar a 550°C. Estacaolinita técnica y confirmapiro lita, en identi primer cados lugar previamente la presencia por de al calentar a 550°C. caolinitadifracción y de pirofilita, rayos X. Lasidentificados bandas de absorciónpreviamente en el por Los minerales predominantes en la fracción arcilla de rango de 3800 a 3400 cm-1, correspondientes a las Los minerales predominantes en la fracción arcilla de difracción de rayos X. Las bandas de absorción en el la Formación San Gil Superior son inter-estrati cados vibraciones de enlace AlO-H,-1 aportan información sobre la Formación San Gil Superior son interestratificados rango de 3800 a 3400 cm , correspondientes a las 10-14Å, illitas abiertas y piro lita, caolinita en la presencia y el grado de cristalinidad de caolinitas. Se 10-14Å, illitas abiertas y pirofilita, caolinita en vibraciones de enlace AlO-H, aportan información sobre menor proporción y cuarzo en muy baja proporción. lapuede presencia observar y el gradode forma de cristalinidad muy clara en de los caolinitas. espectros S elas menor proporción y cuarzo en muy baja proporción. -1 Se identi caron interestrati cados irregulares puedebandas observar de absorción de forma de muyla caolinita clara en (3.697, los espectros 3.620 cmlas ) Seillita-esmectita identificaron con bajo interestratificados nivel de ordenamiento irregulares Ro que desaparecen hacia la parte inferior de la columna. bandas de absorción de la caolinita (3.697, 3.620 cm-1) illita-esmectita(reichweita) que con conforman bajo nivel una de banda ordenamiento a 12Å, saturada Ro También se aprecia una banda característica de dickita a que desaparecen hacia la parte inferior de la columna. (reichweita)con etilenglicol que conforman se expande una a 14Åbanda y acolapsa 12Å, saturada a 10Å al 936 cm-1, que aumenta su intensidad hacia la base de la concalentar etilenglicol a 550°C. se expande Adicionalmente a 14Å y colapsael pico aa 10Å14Å alen TambiénFormación se aprecia Churuvita una ybanda desaparece característica en la Formación de dickita San a -1 calentarnatural aque 550°C. expande Adicionalmente a 15Å en etilenglicol el pico a y 14Å colapsa en 936Gil cm Superior., que aumenta su intensidad hacia la base de la naturala 12Å que a 550°C expande indica a 15Å la existenciaen etilenglicol de corrensita, y colapsa un Formación Churuvita y desaparece en la Formación San a 12Å a 550°C indica la existencia de corrensita, un Gil Superior.

686 Geología Colombiana, 2012 - Vol. 37 Geología Colombiana, 2014 - Vol. XXX No. X

Interestratificado C/V - C/Sm 002 550C (11.9 A)

Geología $ Colombiana, 2014 - Vol. XXX No. X $ 7.14 A) 7.14 $

Interestratificado C/V N, E-G - $

$ $

10.6 A) C/Sm 002 N $ 9.92 A) 4.98 A) Interestratificado C/V - C/Sm $

$ 5000 002 550C (11.9 A) $ I/Sm004N, E-G I 001 I/Sm 002 N 002 I/Sm K/D001 N,E-G I002 I 002 K/DN,001 E-G I/Sm004 550C Lepidocrocita001 $ I001 Pirofilita001 I/Sm 002 Irregular 7.14 A) 7.14 $

10000 Pirofilita002

Interestratificado C/V N, E-G - $ 10.6 A)

$ $

10.6 A) C/Sm 002 N $ 4000

8000 9.92 A) 4.98 A) $

$ 5000 002 E-G Banda I/Sm Irregular Irregular I/Sm Banda I/Sm 004 N, E-G N, 004 I/Sm I 001 I/Sm 002 N 002 I/Sm K/D001 N,E-G I002 I 002 K/DN,001 E-G I/Sm004 550C 3000 Lepidocrocita001 I001 Pirofilita001 I/Sm 002 Irregular

10000 Pirofilita002 6000 10.6 A)

4000 Counts/s Counts/s 8000 2000 4000 002 E-G

Banda I/Sm Irregular Irregular I/Sm Banda 3000 6000 1000 2000 Counts/s Counts/s 2000 A 4000 B 0 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1000 2000 2T 2T R006 Natural R008 Natural R006 Etilenglicol R008 Etilenglicol A R006 550 C B R008 550 C 0 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2T 2T fig. 5 Comparación entre difractogramas de la Formación R006 ChuruvitaNatural (A) y Formación San Gil Superior (B), de R008 la Naturalfracción menor a Figura 5 Comparación entre difractogramas de la Formación R006 Etilenglicol Churuvita (A) y Formación San Gil Superior R008 Etilenglicol(B), de la fracción R008 550 C menor a 22 μm, μm, en en naturalnatural (N), EtilenglicolEtilenglicol (E-G) (E-G) y 550°Cy 550°C (550). (550).R006 550Caolinita C Caolinita (K), (K),dickita dickita (D), illita (D), (I), illita esmectita (I), esmectita (Sm), vermiculita (Sm), vermic (V).ulita (V). fig. 5 Comparación entre difractogramas de la Formación Churuvita (A) y Formación San Gil Superior (B), de la fracción menor a fig. 5. Comparison between Churuvita Formation and San Gil Superior Formation diffractograms, in < 2μm oriented fraction, Figure 5. Comparison2 μm, en naturalbetween (N), Churuvita Etilenglicol Formation(E-G) y 550°C and (550). San Caolinita Gil Superior (K), dickita Formation (D), illita dif (I),fractograms, esmectita (Sm), in vermiculita < 2µm oriented (V). natural (N), Ethylene-glycol (E-G) and 550°C (550). Kaolinite (K), dickite (D), illite (I), smectite (Sm), vermiculite (V). fraction, natural (N), Ethylene-glycol (E-G) and 550°CEspectroscopía (550). Kaolinite Infrarroja (K), dickite (D), illite (I), smectite (Sm), vermiculite (V). fig. 5. Comparison between Churuvita FormationEspectroscopía and San IGilnfrarroja Superior Formation diffractograms, in < 2μm oriented fraction, natural (N), Ethylene-glycol (E-G) and 550°C (550). Kaolinite (K), dickite (D), illite (I), smectite (Sm), vermiculite (V). ) ) ) ) ) ) )

) Espectroscopía Infrarroja -1 -1 -1 -1 ) -1 -1 -1 ) -1 -1 -1 ) ) ) ) ) ) ) ) -1 -1 -1 -1 ) -1 -1 -1 ) -1 -1 -1 OH Dickita (936 cm (936 Dickita OH 2 Al-OH Pirofilita (850 cm Al-OH Pirofilita (832 cm Al-OH Pirofilita (810 cm Si-O Pirofilita (1120cm Al-OH Pirofilita (950 cm Al Al-OH Caolinita (915 cm Si-O Caolinita (1114 cm OH Dickita (936 cm (936 Dickita OH Si-O Muscovita (1072 cm (1072 Muscovita Si-O 2 Al-OH Pirofilita (850 cm Al-OH Pirofilita (832 cm Al-OH Pirofilita (810 cm Si-O (1120cmPirofilita Al-OH Pirofilita (950 cm AlO-OH Caolinita (3697cm-1) Caolinita AlO-OH Al AlO-OH Pirofilita (3675 cm-1) AlO-OH Caolinita (3620cm Al-OH Caolinita (915 cm Si-O Caolinita (1114 cm Si-O Muscovita (1072 cm (1072 Muscovita Si-O AlO-OH Caolinita (3697cm-1) AlO-OH Pirofilita (3675 cm-1) AlO-OH Caolinita (3620cm

R002 R006 R002 R014 R006 R014 R015 R015 R013 R013 Transmitancia Transmitancia R012 R012 R011 R011 R008 R008 R009 R009

A A B B 3750 3700 3650 3600 1200 1100 1000 900 800 3750 3700 3650 3600 1200 1100 1000 900 800 Wavenumbers (cm-1) Wavenumbers (cm-1)

fig. 6. Espectros infrarrojos (FTIR) entre 3.750-3.600 cm-1 (A) y 1200-800 cm-1 (B) de todas las muestras según su posición estratigrá ca. fig. 6. EspectrosFigura infrarrojos6. Espectros (FTIR) infrarrojos entre 3.750-3.600 (FTIR) entre cm-1 3.750-3.600 (A) y 1200-800 cm -1cm (A)-1 (B) y 1200-800de todas las cm muestras-1 (B) de según todas su las posición muestras estratigrá  ca. -1 -1 fig. 6. FTIR Spectra between 3750-3600según cm (A) su andposición 1200-800 estratigráfica. cm (B) of all samples analyzed, according it stratigraphic position. fig. 6. FTIR Spectra between 3750-3600 cm-1 (A) and 1200-800 cm-1 (B) of all samples analyzed, according it stratigraphic position. Figure 6. FTIR Spectra between 3750-3600 cm-1 (A) and7 1200-800 cm-1 (B) of all samples analyzed, according it stratigraphic7 position.

69 Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez Sergio Gaviria, Gustavo Sarmiento & Manuel Sánchez Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Minerales Arcillosos Marcadores de Procesos Termodinámicos en Niveles Lodolíticos del Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia Cretáceo Inferior, Región de Ráquira, Boyacá, Cordillera Oriental de Colombia

FluoresceFLUORESCEnCIAncia de Ra DEyos RAyOS X X interestratificadosinterestrati cados esmectíticos esmectíticos irregulares. irregulares. ElEl titaniotitanio hace sustituciones isomór cas por cationes octaédricos Fluorescencia de Rayos X interestratificadoshace sustituciones esmectíticosisomórficas porirregulares. cationes octaédricos El titanio En la Tabla 2 se presentan los resultados de composición estructuralesestructurales de mineralesde minerales arcillosos arcillosos y su y contenidosu contenido En la Tabla 2 se presentan los resultados de composición hace sustituciones isomórficas por cationes octaédricos química por FRX para las muestras totales, como alrededoralrededor del 1%del 1% es comúnes común en esteen este tipo tipo de rocas.de rocas. El El química por FRX para las muestras totales, como estructurales de minerales arcillosos y su contenido En la Tablatambién 2 se lapresentan correspondencia los resultados de los de elementoscomposición mayores hierrohierro puede puede encontrarse encontrarse por porfuera fuera de lasde estructuraslas estructuras también la correspondencia de los elementos mayores alrededor del 1% es común en este tipo de rocas. El químicacon por los distintos FRX para minerales las muestras de arcilla. totales, como de lasde arcillaslas arcillas en forma en forma de sulfuros de sulfuros (pirita), (pirita), difíciles difíciles de de con los distintos minerales de arcilla. hierro puede encontrarse por fuera de las estructuras también la correspondencia de los elementos mayores detectardetectar en losen difractogramaslos difractogramas cuando cuando los contenidoslos contenidos de las arcillas en forma de sulfuros (pirita), difíciles de con losEntre distintos otros minerales elementos de arcilla.mayores (Na+, K+, Ca2+, Mg2+), son bajosson bajos o están o están mal malcristalizados. cristalizados. Ya que Ya porque oxidaciónpor oxidación Entre otros elementos mayores (Na+, K+, Ca2+, Mg2+), detectar en los difractogramas cuando los contenidos el potasio es el más abundante y principalmente se se generanse generan óxidos óxidos o hidrolizados, o hidrolizados, la presencia la presencia de picos de picos el potasio es el más abundante + y principalmente+ 2+ 2+ se son bajos o están mal cristalizados. Ya que por oxidación Entre otrosencuentra elementos contenido mayores en (Nalos , mineralesK , Ca , Mgillíticos.), El de lepidocrocitade lepidocrocita a 6.24Å a 6.24Å en unaen una muestra muestra alterada alterada y y encuentra contenido en los minerales illíticos. El se generan óxidos o hidrolizados, la presencia de picos el potasiomagnesio, es el másgeneralmente abundante asociadoy principalmente con hierro se forma de goethitade goethita a 4.18 a 4.18 Å en Å varias en varias de las de muestras,las muestras, indica indica magnesio, generalmente asociado con hierro forma de lepidocrocita a 6.24Å en una muestra alterada y encuentraparte contenido de la estructuras en los mineralesde las arcillas illíticos. 2:1 El(clorita, procesosprocesos de meteorizaciónde meteorización recientes recientes por porexposición exposición parte de la estructuras de las arcillas 2:1 (clorita, de goethita a 4.18 Å en varias de las muestras, indica magnesio,vermiculita, generalmente esmectita), asociado y por locon tanto hierro en este forma caso es un a losa agenteslos agentes atmosféricos, atmosféricos, a partir a partir de esosde esos minerales minerales vermiculita, esmectita), y por lo tanto en este caso es un procesos de meteorización recientes por exposición parte deelemento la estructuras marcador dede loslas mineralesarcillas 2:1inter-estrati (clorita, cados. ferrososferrosos que queson sonestables estables solamente solamente en las en condicioneslas condiciones elemento marcador de los minerales interestratificados. a los agentes atmosféricos, a partir de esos minerales vermiculita,Potasio, esmectita), sodio y calcio y por selo asociantanto en aeste la interlámina caso es un de los reductorasreductoras originales. originales. elementoPotasio, marcador sodio y calcio de los se minerales asocian ainter-estratificados. la interlámina de los ferrosos que son estables solamente en las condiciones Potasio, sodio y calcio se asocian a la interlámina de los reductoras originales. Tablatabla 2. Fluorescencia 2. Fluorescencia de R ayosde Rayos X en X elementos en elementos mayores, mayores, y proporción y proporción Silicio- Silicio-AluminioAluminio en cada en cadauna deuna las de muestras. las muestras. Tabletable 2. XRF 2. XRF chemical chemical composition composition and Sandi:A lSi:Al rate ofrate each of eachsample. sample. Tabla 2. Fluorescencia de Rayos X en elementos mayores, y proporción Silicio-Aluminio en cada una de las muestras. Table 2. XRF chemical composition and Si:Al rate of each sample. Posición FRXElementosMayores(%) #Muestra Si:Al Estratigráfica SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 TiO2 MgO Na2O CaO Posición FRX Elementos Mayores (%) Miembro# Muestra R002 56.04 24.97 3.53 2.42 1.12 0.65 0.51 0.16Si:Al 2.24 Estratigráfica SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 TiO2 MgO Na2O CaO 1:1 + Formación Medio R006 54.69 27.57 2.96 2.48 1.1 0.51 0.37 0.12 1.98 Miembro R002 56.04 24.97 3.53 2.42 1.12 0.65 0.51 0.16 2.24 Sílice Churuvita Miembro R014 60.46 24.71 2.61 1.2 0.75 0.42 0.26 0.07 2.451:1 + Formación Medio R006 54.69 27.57 2.96 2.48 1.1 0.51 0.37 0.12 1.98 libre Inferior R015 53.42 26.74 2.97 4.75 1.04 0.49 0.33 0.06 2.00Sílice Churuvita Miembro R014 60.46 24.71 2.61 1.2 0.75 0.42 0.26 0.07 2.45 R013 49.92 31.15 2.67 2.63 1.05 0.51 0.28 0.08 1.60libre Inferior R015 53.42 26.74 2.97 4.75 1.04 0.49 0.33 0.06 2.00 R012 60.55 28.1 2.14 1.73 1.27 0.45 0.25 0.05 2.15 FormaciónSanGilR013 49.92 31.15 2.67 2.63 1.05 0.51 0.28 0.08 1.60 R011 59.41 26.96 2.11 1.62 1.21 0.34 0.24 0.14 2.20 2:1 Superior R012 60.55 28.1 2.14 1.73 1.27 0.45 0.25 0.05 2.15 Formación San Gil R008 50.62 26.31 2.21 6.84 1.2 0.6 0.26 0.06 1.92 R011 59.41 26.96 2.11 1.62 1.21 0.34 0.24 0.14 2.20 2:1 Superior R009 51.99 30.72 2.87 1.93 1.23 0.52 0.33 0.05 1.69 R008 50.62 26.31 2.21 6.84 1.2 0.6 0.26 0.06 1.92 R009 51.99 30.72 2.87 1.93 1.23 0.52 0.33 0.05 1.69 Cuarzo Clorita, Esmectita Cuarzo Illita esmectita, Caolinita, pirofilita, Clorita, minerales arcilla Illita vermiculitaEsmectita Caolinita, pirofilita, esmectita, minerales arcilla vermiculita

INTintErprEtaCiÓnERPRETACIÓN DE RE dESULTADOS rEsultados minerales (Figura 4). En la Formación San Gil Superior mineralesdisminuye (Figura la intensidad4). En la Formación de los picos San correspondientes Gil Superior a INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS minerales (Figura 4). En la Formación San Gil Superior SÍnTESIS DE PIROFILITA A PARTIR DE disminuyelos minerales la intensidad 1:1 y se de observa los picos el correspondientesprogresivo aumento a de disminuye la intensidad de los picos correspondientes a -1 Síntesis de pirofilita a partir de los mineralestodas las bandas1:1 y se pertenecientes observa el progresivo a piro lita aumento (3675 decm y SíntesisARCILLAS de pirofilita 1:1 a partir de arcillas 1:1 lostodas minerales las bandas 1:1 y pertenecientesse observa el progresivo a pirofilita aumento (3675 cmde-1 y arcillas 1:1 otras) por la posible síntesis de este mineral a-1 partir de todasotras) laslos porbandas primeros la posible pertenecientes (ver síntesis Figura 6).dea pirofilita Laeste intensidad mineral (3675 a de partircm las y señales de Los resultados mineralógicos obtenidos por DRX otras) por la posible síntesis de este mineral a partir de Los resultadosLos resultados mineralógicos mineralógicos obtenidos obtenidos por DRXpor DRX los primerosde piro lita(ver por Figura ambas 6). técnicas La intensidad aumenta de hacialas señales la base de y FTIR (Figuras 3 y 6), indican que en la Formación los primeros (ver Figura 6). La intensidad de las señales y FTIRy (FigurasFTIR (Figuras 3 y 6), 3 indicany 6), indican que en que la Formaciónen la Formación de pirofilitala unidad, por lo ambasque indica técnicas que suaumenta incremento hacia laestá base ligado de al Churuvita las arcillas 1:1, caolinita y su polimorfo de pirofilita por ambas técnicas aumenta hacia la base de ChuruvitaChuruvita las arcillas las arcillas 1:1, caolinita1:1, caolinita y su polimorfoy su polimorfo la unidad,progresivo lo que decrecimiento indica que su enincremento el contenido está de ligado las arcillas al dickita, son los minerales predominantes. El análisis IR la unidad, lo que indica que su incremento está ligado al dickita,dickita, son los son minerales los minerales predominantes. predominantes. El análisis El análisis IR IR progresivo1:1. Esto decrecimiento se explica enmediante el contenido la transformación de las arcillas de permite precisar que la caolinita se está transformando progresivo decrecimiento en el contenido de las arcillas permitepermite precisar precisar que la quecaolinita la caolinita se está se transformando está transformando 1:1. mineralesEsto se arcillososexplica mediante 1:1 en minerales la transformación 2:1 de acuerdo de con en dickita lo cual es difícil de reconocer por DRX debido 1:1. Esto se explica mediante la transformación de en dickitaen dickita lo cual loes cual difícil es dedifícil reconocer de reconocer por DRX por debido DRX debido mineralesla siguiente arcillosos reacción 1:1 en química minerales (Bentabol, 2:1 de acuerdo 2003): con a la coincidencia en los picos de difracción de ambos minerales arcillosos 1:1 en minerales 2:1 de acuerdo con a la coincidenciaa la coincidencia en los enpicos los depicos difracción de difracción de ambos de ambos la siguiente reacción química (Bentabol, 2003): la siguiente reacción química (Bentabol, 2003): Al2(Si2O5)(OH)4 + 2SiO2 Al2(Si4O10)(OH)2 + H2O Caolinita/Dickita + sílice Pirofilita + Agua Relación Si:AlAl2(Si 2 O 5 )(OH) 1 4: 1 + 2SiO 2 1 : 0 Al2(Si4O 10 )(OH) 22 : 1+ H2O Caolinita/Dickita + sílice Pirofilita + Agua Relación Si:Al 1 : 1 1 : 0 2 : 1

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En apoyo a lo anterior, los análisis ponen en evidencia valiosa sobre procesos termodinámicos asociados a que el cuarzo, mineral heredado de las fuentes de estos minerales arcillosos. aporte está presente en toda la secuencia de acuerdo con los resultados del análisis DRX de la muestra total En las lodolitas de la Formación Churuvita aparece una (Figura 3) y a la petrografía sedimentaria en los niveles estructura interestratificada irregular illito–esmectita y el arenosos (Caicedo, 2005). Los picos de difracción análisis químico de estas arcillas revela un mayor conte- de este mineral disminuyen en intensidad y casi nido en Na y Ca que las lodolitas de la Formación San Gil desaparecen en las lodolitas de la base de la Formación Superior (Tabla 2). Por el contrario, en esta unidad, las San Gil Superior. Los análisis también ponen en estructuras esmectíticas están presentes en menor propor- evidencia que el cuarzo aparece en la fracción menor a ción, y en su lugar se encuentran minerales interestratifi- 2μm de la Formación Churuvita, pero no está presente cados tipo illita – vermiculita e illita – clorita (Figura 5). en esta fracción de la Formación San Gil Superior como lo demuestran los resultados DRX de las muestras de La explicación de lo anterior se encuentra asociada arcilla preparadas en lámina orientada (Figura 5). Por lo al hecho que las estructuras esmectíticas presentes tanto, la sílice microcristalina presente en las lodolitas en los sedimentos que dieron origen a las lodolitas de la Formación Churuvita desaparece en la Formación de la Formación Churuvita sufrieron colapso de San Gil Superior porque reacciona con las arcillas 1:1 algunas de las láminas que pasaron de 14 a 10Å. Este para sintetizar el nuevo mineral pirofilita (2:1). fenómeno ocurre por pérdida de los cationes hidratados interlaminares (Na+, Ca2+) que son intercambiados Los análisis químicos por FRX indican que la relación por K+ y se transforman en capas illita y produce Si:Al es cercana a 2 para la Formación Churuvita una estructura cuyo nivel de ordenamiento bajo se (Tabla 2), a pesar de la abundancia de caolinita define como reichweita Ro (Moore and Reynold, (aluminosilicato 1:1). El incremento en el contenido de 1997). La presencia de un interestratificado irregular, sílice con respecto al Al se puede atribuir a la presencia caracterizado por una banda amplia que se expande de sílice libre que proviene del cuarzo analizado por parcialmente entre 10 y 14Å con etilen-glicol y colapsa DRX. En la Formación San Gil Superior la relación a 10 Å por el tratamiento térmico en la Formación Si:Al es muy similar a la anterior, pero en este caso, se Churuvita (Figura 5), indica que este material fue debe a la abundancia en pirofilita (aluminosilicato 2:1) sometido a condiciones termodinámicas intermedias. y la escasez de cuarzo, como resultado de la reacción Por otro lado, la incorporación progresiva de cationes de síntesis a partir de la caolinita. Si se considera que interlaminares de coordinación octaédrica (Mg2+, Fe2+, la composición original de los sedimentos en ambos Al3+), produce la transformación de capas de esmectita casos era similar, la constancia en la relación Si:Al en capas de tipo vermiculita y clorita lo que da origen a confirma que el cuarzo fue consumido y las dos fases estructuras interestratificadas (14“Sm”-14C) y 14V-14C desaparecen para sintetizar una nueva fase pirofilítica respectivamente (nomenclatura según Thorez, 1976). como resultado de la reacción congruente discutida Este es el caso de las lodolitas de la Formación San Gil anteriormente. Superior, lo que permite deducir que si los materiales de origen de las lodolitas comparadas eran similares en Transformación de arcillas 2:1 composición, ocurrió un incremento de las condiciones termodinámicas a las cuales fue sometida esta unidad, Los otros minerales arcillosos presentes en las lodolitas respecto a la Formación Churuvita y las arcillas fueron de la sección estudiada son estructuras de tipo 2:1 más transformadas en condiciones más drásticas dando complejas en su composición que las descritas en el origen a estructuras de tipo corrensita. numeral anterior. En efecto, la illita, aparece en todas las muestras como una estructura abierta en el análisis DRX Incremento en la cristalinidad de hacia ángulos altos, lo que indica que ha perdido potasio las arcillas interlaminar. Esto es más evidente en las lodolitas de la Formación San Gil Superior de acuerdo con los análisis químicos pues presentan menor contenido Comparando los resultados de DRX con la granulometría, en potasio (Tabla 2). Estas arcillas son generalmente se observa que en las muestras de la Formación San Gil productos heredados de diagénesis que han sufrido una Superior, la pirofilita es muy abundante en la muestra ligera degradación, pero su estructura algo anónima no total, mientras que esta proporción es menos marcada permite reconocer claramente otros procesos asociados con respecto a otros minerales en la fracción <2μm. a su génesis. En cambio, estructuras interestratificadas Se deduce que este mineral ocurre mayormente en 2:1 presentes en ambas unidades, aportan información la fracción >2μm (Figuras 3 y 5). En la Formación

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Churuvita la caolinita también presenta esta tendencia, respecto a los interestratificados illíto-esmectíticos. La Sin embargo, Fabre y Delaloye (1982) describen presencia de minerales arcillosos en fracciones mayores mineralizaciones hidrotermales (Pb, Cu, Zn, Fe) a 2μm indica un desarrollo de la cristalinidad, como regionales presentes en unidades cretácicas que llegan consecuencia de aumento en presión y/o temperatura hasta el Cenomaniano, producto del emplazamiento (Sánchez, 2011). Esta es otra evidencia de incremento de cuerpos intrusivos básicos en lo que hoy es la en las condiciones termodinámicas que va en el mismo parte central de la Cordillera Oriental. Otros autores sentido de la interpretación sobre la génesis de minerales precisan que la actividad magmática se extiende hasta interestratificados. el Campaniano (Vásquez et al. 2010), e inclusive hasta el Eoceno temprano (Bayona et al., 2010). En cercanías Las estructuras illíticas dan una banda de muy baja a la zona de estudio han sido descritas venas de galena intensidad por IR (1072cm-1) en las muestras de la (~10 cm) en la Formación San Gil Inferior (Etayo, formación San Gil Superior, y es casi imperceptible en comunicación oral). Teniendo en cuenta lo anterior, la Formación Churuvita. Esto confirma que aumenta el análisis mineralógico de las unidades subyacentes el contenido de illita a medida que se desciende en la permitiría confirmar si estos cambios mineralógicos secuencia y que también ocurre un incremento en la tienen continuidad, o corresponden a cambios zonales. proporción de illita dentro de los interestratificados por el cierre de la interlámina esmectítica, visible en Finalmente, del análisis petrográfico de las arenitas para los difractogramas de la fracción <2μm al natural y en las Formaciones San Gil Superior y Churuvita (Caicedo, etilenglicol. 2005), se deduce que corresponden a cuarzoarenitas. Solo en casos excepcionales, asociados con la presencia Interpretación sobre las condiciones termodinámicas de arenitas lodosas, es factible encontrar minerales del grupo de los feldespatos probablemente formados La combinación de las técnicas analíticas discutidas en diagenéticamente a expensas de minerales arcillosos. Lo los numerales anteriores aporta información que ayuda anterior permite deducir que la fuente de sedimentos a partir a la caracterización fina de las asociaciones de arcilla de erosión, transporte y sedimentación, probablemente en y permite reconocer en los minerales arcillosos de las más de un ciclo sedimentario fue el oriente colombiano, lodolitas procesos termodinámicos que imprimieron su tal como se ha demostrado en estudios recientes de huella en esas estructuras. procedencia (Horton et al. 2010 a y b).

El espesor de la secuencia que alcanzó a acumularse sobre la Formación Churuvita, incluida la totalmente CONCLUSIONES erosionada sucesión paleógena, antes del levantamiento de la Cordillera Oriental, pudo haber sido alrededor de • El tamaño de grano y el alto grado de cristalinidad 3000 a 4000 metros. Estos espesores son estimados a de la serie caolinita – dickita - pirofilita, refleja las partir de los datos estratigráficos obtenidos en el sector condiciones de presión-temperatura propias del central de la Cordillera Onriental, perteneciente a la enterramiento a las cuales han sido sometidas estas cuenca en sus diversos estadios de evolución (Etayo, unidades y por lo tanto a procesos de diagénesis 1968 a y b; Fuquen & Osorno, 2005; McLaughlin & Arce, tardía. Sin embargo, las evidencias estructurales en 1975. Céspedes & Peña, 1995; Sarmiento, 1994; Gómez las arcillas y los antecedentes de manifestaciones et al. 2005, Bonilla et al. 2011). Aún si a este espesor se en la región permitieron demostrar que existe le agrega un valor adicional por compactación, el valor adicionalmente influencia de procesos hidrotermales. máximo sería muy inferior a lo propuesto por Frey & Los minerales de arcilla marcadores de grado de Robinson (1999) para la síntesis de pirofilita a partir de diagénesis son afectados por aumentos anómalos de caolinita y sílice libre (6,5 a 8 Km). temperatura.

Si el gradiente geotérmico de la zona hubiera estado • Caolinita, dickita, interestratificados illito- dentro de parámetros normales, dicha transformación no esmectíticos irregulares (10-14Sm) Ro, indican sería únicamente resultado de diagénesis, pues con un un menor grado de transformación de las arcillas gradiente geotérmico más elevado, esta reacción podría en la Formación Churuvita; pirofilita, illitas, ocurrir a menor profundidad. La presencia de corrensita, interestratificados ricos en illita, e interestratificados indica profundidades entre 3.5 y 8 Km con temperaturas illito-vermiculítico/clorítico tipo corrensita marcan de formación que coinciden con el inicio de la formación mayor grado de transformación de la Formación San de pirofilita (Colloet al. 2005). Gil Superior.

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• La pirofilita en la Formación San Gil Superior parece nuestros sinceros agradecimientos por sus aportes y ser un producto sintetizado a partir de la caolinita colaboración. Agradecemos a Germán Bayona y otro con disponibilidad de sílice libre en el medio, por revisor anónimo por los comentarios y sugerencias aumento de presión y temperatura en el sistema. importantes que fueron tenidas en cuenta para la Las condiciones para la génesis de la pirofilita no publicación de este trabajo. se pueden interpretar como resultado de procesos de alta diagénesis, y parecen reflejar la influencia REFERENCIAS de hidrotermalismo por el incremento anómalo del gradiente geotérmico ligado a la actividad ígnea que Bayona, G., Montenegro, O., Cardona, A., Jaramillo, se ha evidenciado desde el cretácico y hasta el Eoceno. C., Lamus, F., Morón, S., Quiroz, L., Ruiz, M. C., Valencia, V., Parra, M., Stockli, D. (2010): • Cuando las condiciones de temperatura son superiores Estratigrafía, procedencia, subsidencia y exhumación al promedio durante el proceso de enterramiento, los de las unidades Paleógenas en el Sinclinal de Usme, minerales marcadores: pirofilita, corrensita y 10- sur de la zona axial de la Cordillera Oriental. 14Sm indicarían menor grado de diagénesis. Geología Colombiana, 35: 5-35. Bogotá. Bayona, G., Cardona, A., Jaramillo, C., Mora, A., • El estudio de las asociaciones de minerales arcillosos Montes, C., Valencia, V., Ayala, C., Montenegro, O., en series sedimentarias constituye un tema de Ibáñez, M., (in press): Early Paleogene magmatism in especial interés en la interpretación de los ambientes the northern Andes: insights on the effects of Oceanic de formación basado en la procedencia y en las Plateau-continent convergence. Earth and Planetary condiciones de enterramiento. Las modificaciones Science Letters, 331-332: 97-111. de las estructuras originales, sobreimpuestas cuando los sedimentos son sometidos a incrementos de Bentabol, M.J. (2003): Transformaciones Hidrotermales presión –temperatura permiten reconocer los de la Caolinita (Tesis doctoral). 395 p., Departamento procesos de transformación o síntesis por diagénesis de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía, y/o hidrotermalismo. Esta interpretación debe Universidad de Málaga, España. ser corroborada con análisis mineralógicos en formaciones subyacentes a la secuencia estudiada Besoain, E. (1985): Mineralogía de arcillas en suelos. y con otros marcadores de enterramiento como 1216 p., Instituto Interamericano de Cooperación para reflectancia de vitrinita y termocronología. la Agricultura IICA, San José de Costa Rica. Bonilla, G., Sarmiento, G. & Gaviria, S. (2011): • El estudio de los minerales arcillosos se constituye Proveniencia y transformación diagenética de en herramienta fundamental de la investigación minerales arcillosos del Maastrichtiano - Paleoceno sedimentológica no solo en la detección de sus fuentes al norte de Bogotá, Cordillera Oriental de Colombia. durante los procesos de herencia sedimentaria, sino Geología Colombiana, 36 (1): 179 – 195. Bogotá. también por las modificaciones diagenéticas y otras variables termodinámicas. El reconocimiento de Brigatti M.F., Galan E. & Theng B.K.G. (2006): las transformaciones mineralógicas es clave en la Structures and mineralogy of clay minerals, en: evaluación de estos depósitos con las consecuentes Handbook of Clay Science, pp. 19-86, Elsevier. aplicaciones que se derivan, tanto para la investigación como en la industria. Caicedo, J.C. (2005): Significado facial de la Formación Churuvita y su respuesta cartográfica (Tesis de Maestría). 157 p., Universidad Nacional de Colombia, AGRADECIMIENTOS Departamento de Geociencias, Bogotá. Céspedes, S. & Peña, L. (1995): Relaciones Este trabajo fue realizado con el apoyo del proyecto estratigráficas y ambientes de depósito de las “Implementación de un laboratorio de bio- Formaciones del Terciario Inferior aflorante entre quimioestratigrafía para el estudio de las secciones Tunja y Paz de Río (Boyacá). (Trabajo de Grado).74 estratigráficas de la Cordillera Oriental”, Convenio No. p. Universidad Nacional de Colombia, Departamento 673 Universidad Nacional de Colombia-Colciencias- de Geociencias, Bogotá. ANH. A Fernando Etayo, Juan Carlos Caicedo, Germán Bonilla de Mibex Ltda, Jorge Alberto Sánchez del Collo, G., Do Campo, M., Astini, R.A. (2005): IGAC y Carlos Alexander Trujillo del Departamento Caracterización mineralógica, microestructural de Química de la Universidad Nacional de Colombia, e historia posdeposicional de la Formación La

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