Mineralogy, geochemistry and petrogenesis of a new jade deposit, Sierra del Convento Mélange, E. Cuba

Resumen

La mélange de la Sierra del Convento (Cuba Oriental) representa un fragmento bien conservado del canal de subducción oceánica del Cretácico en el ambiente Caribeño, desarrollado por la subducción de la cuenca oceánica protocaribeña bajo la placa del Caribe. La mélange está formada por una matriz serpentinítica, la cual contiene una variedad de bloques tectónicos metamorfizados a alta presión y de baja a alta temperatura, incluyendo esquistos azules, gneises pelíticos, rocas anatécticas trondhjemíticas y tonalíticas, anfibolitas de epidota y granate sin plagioclasa y serpentinitas. Esta mélange tiene características únicas por mostrar evidencias de fusión parcial de la lámina subducente gracias a la subducción de una placa oceánica muy joven. Recientemente, bloques in situ de jadeitita han sido descubiertos en la mélange de la Sierra del Convento rodeados por rocas serpentiníticas cizalladas. La combinación de subducción caliente y la aparición de jadeitita ofrece un escenario excepcional para descifrar la interacción de fluidos en el canal de subducción, y su límite con la cuña de manto. Esta tesis doctoral está focalizada en el estudio de la petrogénesis de jadeititas y rocas asociadas por interacción de fluido-roca en un contexto subductivo. Además, las rocas serpentiníticas asociadas a las jadeititas han sido incluidas en este estudio para descifrar el contexto de formación de las jadeititas. Los bloques de serpentinita preservan signaturas de un protolito peridotítico fértil, lo que sugiere bajos grados de fusión del mismo. La alta concentración de elementos inmóviles como Zr, Th, Nb y los contenidos de REE (desde ~0.1 a ~2 CI-condrito) apuntan a procesos de interacción de fluido-roca tempranos antes de que la serpentinización tuviera lugar. Las composiciones de elementos traza y mayores sugieren un escenario de falla transformante en una zona de fractura oceánica. Un segundo, y más importante, estadio de serpentinización está relacionado con enriquecimientos en U, Pb, Cs, Ba y Sr debido a la infiltración de fluidos derivados desde la lámina subducente. La presencia local de antofilita y los reemplazamientos de lizardita por antigorita indican una evolución metamórfica desde el enfriamiento de peridotitas/serpentinitas en un contexto oceánico a un calentamiento y compresión en un ambiente subductivo. Las serpentinitas fueron formadas en un ambiente oceánico de falla transformante que fue el foco del inicio de la subducción de la cuenca protocaribeña bajo la placa del Caribe durante el Cretácico temprano. El inicio de la subducción en una zona de fractura permite la preservación de serpentinitas abisales de falla transformante en la placa superior, mientras que el limitado arrastre hacia abajo durante la subducción madura colocó las rocas en el canal de subducción, donde se mezclaron tectónicamente con bloques acrecionados, siguiendo por una migración ascendentemente del conjunto hasta su exhumación. Petrográficamente, las jadeititas tienen una gran variación produciendo varios tipos de rocas, desde rocas casi monominerálicas hasta una amplia gama de rocas con características intermedias. Hay un continuo desde las variedades de jadeititas puras e impuras ricas en onfacita, epidota, mica, albita, clorita, y otros minerales. La variedad jadeitita pura está esencialmente hecha de jadeita y onfacita (excepto rocas con >90% modal de onfacita, nombrada como onfacitita). También aparecen variedades verde oscuro ricas en Cr tanto de jadeitita como onfacitita. El término jadeitita rica en epidota es usado para una variedad de rocas de jadeita y onfacita que contienen contenidos significativos de epidota-(clino)zoisita (más albita y clorita), y una variedad del último grupo que contiene contenidos significantes de mica blanca (ambas, paragonita y fengita) se describe como jadeitita rica en mica. Otro grupo los conforman rocas de albita y epidota, el cual puede contener relictos de jadeita y/o onfacita y tener contenidos de bajos a moderados de clorita y, ocasionalmente, algo de cuarzo. Sin embargo, las muestras desde este grupo que tienen un contenido significativo de clorita y cuarzo han sido agrupadas, respectivamente, en rocas de albita, epidota y clorita y en rocas de albita, epidota y cuarzo. Debido a la abundancia modal de los distintos minerales, rocas de albita y epidota, rocas de albita, epidota y clorita y rocas de albita, epidota y cuarzo no pueden ser denominadas como albititas. Además, los hastiales melanocráticos (denominados blackwalls) han sido agrupados en cloritita y cloritita rica en titanita, apatito y zircón. Finalmente, son también distinguidas el grupo de actinolititas. Las jadeititas se caracterizan por raras inclusiones de cuarzo y exoluciones/reemplazamientos de onfacita en los cristales de jadeita, así como reemplazamiento y relleno de espacios vacíos de onfacita. Presentan jadeita granoblástica masiva, onfacita y epidota-(clino)zoisita y, en cierta medida, cristalización intergranular de minerales accesorios. Minerales en menor proporción incluyen mineales del grupo de la epidota, biotita-flogopita, albita, fengita, paragonita, pumpellyita, anfíboles sodo-cálcicos y sódicos, titanita, rutilo, zircón, y apatito. La zonación oscilatoria en cristales de jadeita y las edades del zircón sugieren cristalización hidrotermal en venas formadas en la peridotita serpentinizada, probablemente en la interfaz de la lámina subducente y el manto. La laguna composicional entre jadeíta y onfacita coexistentes indica una temperatura de formación para la jadeitita mayor que 500 ºC. Las edades de 206Pb/238U en zircón de 107 a 113 Ma atestiguan una formación durante los estadios tempranos de subducción en la región. Estas edades de formación y las composiciones isotópicas de elementos mayores y trazas de roca total de jadeititas y rocas asociadas sugieren una relación genética entre los fluidos formadores de jadeitita y los fluidos involucrados en la fusión parcial de anfibolitas y la cristalización de fundidos anatéticos tonalitico-trondhjemiticos ligeramente más antiguos. Fluidos con Si, Al, Na, Mg and Ca de composición variable depositaron jadeititas en venas durante aberturas episódicas de las fracturas en profundidad en el ambiente de subducción, registrando una fuerte influencia de interacciones fluido-roca ultramáfica. La interacción con fluidos liberados por rocas de origen sedimentario no es importante para la formación de jadeitita. Se definen dos tipos de patrones geoquímicos para las diferentes variedades de jadeitita. Por un lado, la jadeitita pura tiene patrones normalizados al N-MORB empobrecidos en REE y HFSE, con composiciones ricas en Cr en algunos casos. Por otro lado, las jadeititas ricas en epidota presentan composiciones relativamente enriquecidas en Ba respecto al N-MORB, y patrones de REE con similar composición al N-MORB. Las características mineralógicas y geoquímicas indican que la interacción jadeitita-fluido tuvo variable contribución sedimentaria en los fluidos involucrados liberados desde la lámina subducente. Fluidos sedimentarios ricos en Ba son caracterizados por: (1) especies minerales que contienen K como biotita flogopita y fengita, así como y paragonita y minerales del grupo de la epidota (epidota-(clino)zoisita y alanita), (2) patrones de elementos traza normalizados al N-MORB que muestran composiciones enriquecidas principalmente en LILE. En contraste, la interacción con fluidos sedimentarios pobres en Ba es definida por: (1) contenido bajo de mica y epidota y menores concentraciones en LILE, sugiriendo una contribución limitada de sedimentos, (2) adición de REE y HFSE durante la cristalización de jadeita y onfacita, y cristalización intergranular de minerales accesorios tales como epidota-(clino)zoisita, alanita, rutilo, y titanita a condiciones relativamente alta de T. Teniendo en cuenta las características geoquímicas y petrológicas de las rocas estudiadas, se propone un modelo de formación que involucra hidrofracturación de serpentinitas cizallada en la interfaz de la lámina subducente y la cuña de manto. La apertura de fracturas es acompañada por la cristalización de jadeitita en venas, la cual dispara la formación de blackwall cloritíticos y bordes onfacíticos, con composiciones ricas en Cr en algunos casos. La deformación asociada al ambiente subductivo generó fracturas tardías y microfracturas a la escala de los granos minerales, incrementado la permeabilidad dentro de la vena de jadeitita. De esta forma, el flujo de fluidos pervasivos externos fue concentrado en el blackwall clorítico, el cual interactúa metasomáticamente con las venas de jadeitita produciendo rocas de albita epidota (y clorita) y jadeitita rica en mica. El desarrollo temporal de estos procesos genera bloques de rocas de albita epidota (y clorita), aunque una cristalización directa desde un fluido en venas no puede ser descartada para la formación de algunas de las muestras de rocas con albita epidota (y cuarzo). Desde un punto de vista arqueológico, el gran número de artefactos de jade (la mayoría, hachas petaloides) encontradas en Cuba Oriental apunta a la explotación (probablemente de los depósitos de las playas cercanas a la Sierra del Convento) por los habitantes Tainos precolombinos de Cuba y las Antillas Mayores. Este nuevo yacimiento de jadeitita en Cuba Oriental abre importantes perspectivas para estudios arqueológicos de artefactos de jade precolombinos en la región del Caribe y su dispersión cultural y comercial.