Nuevas evidencias del magmatismo asociado con el sistema geotérmico de Paipa, Boyacá, Colombia

Introducción

El sistema geotérmico de Paipa se localiza en el Departamento de Boyacá, al sur del Municipio de Paipa, cubriendo un área de aproximadamente 110 km2 (Figura 1). Geográficamente, este sistema se encuentra en la Cordillera Oriental limitada al sur por el anticlinal Tibasosa-Toledo, al norte por el río Chicamocha, al este por la elevación del Alto de Los Godos y el Pantano de Vargas, y al oeste por el Alto Los Volcanes (Figura 1). La zona de estudio se caracteriza por presentar altos topográficos al este (Alto Los Godos) y al oeste (Alto Los Volcanes), y un lago al norte (lago Sochagota) y parte del Pantano de Vargas (Figura 1).

Paipa y su sistema geotérmico, ha sido objeto de varios estudios geológicos donde se ha definido un vulcanismo atípico en este punto de la Cordillera Oriental, dado que el vulcanismo principal en el país se restringe al norte y sur de la Cordillera Central y al sur de la Occidental, así como sus posibles sistemas geotérmicos asociados (CHEC, 1983). Trabajos como los de ENUSA-IAN (1979) y OLADE, GEOTÉRMICA ITALIANA, ICEL y CONTECOL (1982), posicionan a la zona de Paipa como de interés exploratorio para el recurso geotérmico, lo que ha motivado estudios a mayor detalle. Evidencias del vulcanismo del Pleistoceno y las manifestaciones hidrotermales dentro del área de estudio motivaron trabajos específicos en geoquímica (Alfaro, 2001, 2002, 2005), geología (Velandia, 2003; Cepeda y Pardo, 2004) y geofísica (Beltrán, 2015), entre otros. Si bien la razón del vulcanismo en este punto de la cordillera es de alguna manera incierta, el estudio más detallado de los productos eruptivos muestra varias etapas de una actividad explosiva principalmente, con pequeños eventos de intrusiones de domos (Cepeda y Pardo, 2004) que se relacionan con el sistema geotérmico de Paipa (Alfaro et al., 2017).

En este trabajo se presenta la descripción de los productos efusivos (emplazamiento de cuerpos dómicos) que se observan en el área del sistema geotérmico de Paipa con base en trabajo de campo, pero también en análisis composicionales y geocronológicos propios, y en resultados de estudios geofísicos de estudios previos.

Contexto geológico y antecedentes

Los estudios más regionales y que hacen alusión al vulcanismo de Paipa como dos cuellos volcánicos, alterados y andesíticos, se presentan en la memoria explicativa del cuadrángulo J-12 de Renzoni y Rosas (1976) y el mapa en escala 1:100.000 (Renzoni y Rosas, 1967) para la plancha 171. Previo a estos trabajos, una de las primeras referencias que habla de actividad volcánica en el sector de Paipa se hace en Navia y Barriga (1929) donde se expresa que “las rocas eruptivas se han abierto paso en diversos puntos a través de los terrenos Cretáceos, dislocando las capas y diseminando por la superficie andesitas, porfirítas y piedra pómez”. Sarmiento (1941) se refiere a las rocas volcánicas del Paipa como andesitas y pórfidos riolíticos y dacíticos. ENUSA-IAN (1979) menciona rocas volcánicas de textura porfirítica al este del área con presencia de fenocristales de feldespato intensamente caolinitizados y se refiere a rocas riodacítas porfiríticas que afloran al sur del área en la localidad de Olitas. Ferreira y Hernández (1988) hablan de tres lugares con exposición de cuerpos volcánicos. Uno de ellos es el sector de Olitas en donde se define el “Cuerpo Volcánico de Olitas” como un cuerpo cubierto por depósitos de aspecto sedimentario con fragmentos de rocas ígneas ácidas, metamórficas y sedimentarias en matriz arenosa y poco consolidada. El segundo cuerpo se encuentra en el extremo oriental del área, y es definido como “Cuerpo Volcánico de Pan de Azúcar”, que corresponde a un cuerpo riolítico con textura porfirítica, el cual alberga cristales de cuarzo, plagioclasa y feldespato potásico. El tercer cuerpo se encuentra en el sector de La Llanada, definido como “Cuerpo Volcánico del Durazno” el cual corresponde a una brecha con fragmentos de limolitas, areniscas, carbones, embebidos en una matriz porosa. Hernández y Osorio (1990) analizan las rocas volcánicas del suroriente de Paipa donde reconocen dos domos de composición riolítica ubicados en el sector de Olitas y Vereda Venta de Llano, sector Pan de Azúcar. Este mismo trabajo muestra un total de 15 cortes geológicos en el sector del Alto Los Godos en dirección NE donde aún se ve más clara la extensión de las rocas efusivas. Los cuerpos volcánicos igualmente fueron descritos en Garzón (2003) agrupando en una sola unidad tanto los depósitos piroclásticos como las rocas volcánicas. El autor especifica que “la parte dómica puede ser observada claramente en la parte alta de la quebrada Calderón, al sur del Alto Peña de Santo, en el Alto los Godos, Agua Tibia y al sureste del sitio El Molino al costado derecho de la quebrada Honda”.

Uno de los trabajos más completos, fue realizado por Velandia (2003) quien realiza el mapa geológico y estructural del área geotérmica de Paipa en escala 1:25.000. Este trabajo describe 10 unidades sedimentarias aflorantes en el área de estudio compuestas principalmente por niveles arenosos (areniscas cuarzosas), lodosos (shales y liditas) y algunas capas de calizas y mantos de carbón. Este autor también describe tres grupos importantes de fallas: un primer grupo lo componen las fallas transversales en dirección NE (El Hornito, Canocas y Santa Rita), un segundo grupo conformado por las fallas transversales en dirección NW (fallas Cerro Plateado y Paipa - Iza) y un tercer grupo formado por fallas longitudinales compuesto por las fallas El Bizcocho, Rancho Grande, Buena Vista, Agua Tibia y Lanceros, siendo estas dos últimas junto con Cerro Plateado y Paipa - Iza fallas que profundizan hasta el basamento de la zona. Además, este autor caracteriza el cuerpo intrusivo de El Durazno, como una brecha hidrotermal con intensa alteración hidrotermal (ver también González et al., 2008; Rodríguez y Alfaro, 2015).

Posteriormente, en Cepeda y Pardo (2004) se define el volcán de Paipa, con una descripción detallada de las unidades que lo conforman. Estos autores proponen dos periodos eruptivos compuestos por 14 unidades eruptivas. Un primer periodo que dio origen al edificio volcánico con erupciones explosivas sucesivas para finalmente producirse un colapso y dar origen a una caldera. El segundo periodo inicia con el emplazamiento de domos riolíticos y eventos de colapso de domos, así como caídas y oleadas piroclásticas de predominio freatomagmático. Estos autores describen la mineralogía de las rocas con presencia de anortoclasa, sanidina, oligoclasa y en menor proporción minerales máficos como biotita y hornblenda. Recientemente, Suárez (2016) propone el origen de los depósitos volcánicos del sector aquí llamado Alto Los Godos, como producto de erupciones explosivas provenientes de diferentes fuentes y descarta un colapso caldérico. Para el autor, estas fuentes serían las elevaciones del Alto Los Godos a las cuales les asocia lóbulos con extensiones restringidas y localizadas. El autor propone el vulcanismo de Paipa como un campo monogenético de composición acidaintermedia.

Metodología

Para el presente trabajo se realizaron 16 análisis petrográficos, 13 análisis de difracción de rayos X (DRX), 16 análisis químicos de elementos mayores y traza, 62 análisis de química mineral en dos muestras y 5 dataciones Ar-Ar.

Todos los análisis se realizaron en los laboratorios del Servicio Geológico Colombiano, con excepción de los análisis geocronológicos y microsonda electrónica. Los análisis de DRX fueron realizados en polvo desorientado con un equipo X-PERT PRO sin monocromador con fuente de rayos X de Cu. Los análisis químicos de roca total fueron realizados a través de Fluorescencia de rayos X (FRX) para los elementos mayores y de un espectrómetro de masas inductivamente acoplado (ICP-MS por sus siglas en inglés) para los elementos traza. Los elementos mayores fueron analizados con un kit PANalytical AXIOS Minerals previa trituración de la muestra a un tamaño de 200 μm usando una mandíbula y un molino de tungsteno, mientras que los elementos traza con un espectrómetro de masas con plasma de acoplamiento inductivo con célula de colisión KED, Mark PerkinElmer® referencia NexION 300D. El proceso previo consistió en: 1) pesar 10 g de muestra y añadir un aglutinante a la misma, la cual se homogeneizó y llevó a un aparato de prensado para formar una tableta para el caso de FRX y 2) separar 0,1 g de la muestra de digestión con ácido clorhídrico, nítrico y perclórico, obteniéndose un volumen de 10 ml con la solución de ácido nítrico al 3% v/v para el caso de ICP-MS. Los análisis de microsonda se realizaron en el Departamento de Geociencias de la Universidad Nacional de Colombia con un equipo JEOL superprobe JXA-8230 con tres canales de espectrómetros WDS. Finalmente, los análisis geocronológicos, se llevaron a cabo en los laboratorios de la Universidad Estatal de Oregón, Estados Unidos. La técnica se realizó con un espectrómetro de masas ARGUS-VI usando el método de calentamiento gradual. Para el caso en el que las muestras tenían una edad mínima tentativa de 2 Ma, se realizó una irradiación de 0,5 horas, cuando la edad fue mayor se irradió durante seis horas en el reactor TRIGA CLICIT. Las dataciones se realizaron en cristales de feldespato potásico, plagioclasa y anfíbol y los resultados se proporcionaron como la edad de la meseta (Plateau), los cuales se interpretaron como la edad de la erupción.

Resultados

La cartografía permitió definir un complejo de domos el cual será descrito a continuación separado por el rasgo más evidente que es la ubicación geográfica (Figura 2). Aunque estos domos son mapeados como estructuras aisladas, no se descarta que se presenten como cuerpos unidos por una raíz en profundidad, pero cerca de la superficie y teniendo algunas consideraciones estructurales estos se expresan como cuerpos separados.

Evidencias de campo

Sector Alto Los Volcanes:

Este sector se localiza al oeste del área de estudio (Figura 2) y está cubierto por flujos de bloques y ceniza con la presencia de fragmentos metamórficos y sedimentarios además de los volcánicos con textura porfirítica; este sector es propuesto por Cepeda y Pardo (2004) como el centro eruptivo Olitas. Al menos cuatro estructuras con geoformas dómicas evidentes se hallan en este punto cubiertas por depósitos piroclásticos. Si bien estas estructuras comparten un área específica, solo son separadas por depósitos y ligeras depresiones que las hacen ver como cuerpos diferentes, pero evidentemente se trata de toda un área levantada (zona de mayor elevación del área geotérmica de Paipa) con una altura máxima de 2849 m en el punto más alto (Figura 3A, 3B).

Domos Orientales (Olitas): es el área de mayor extensión (aproximadamente 1,677 km2 uniendo los cuerpos a lado y lado de la quebrada Olitas), con una geoforma de domo no tan evidente debido a que la mayor parte del área está manteada por depósitos piroclásticos haciendo que la erosión del terreno sea más disectada de la que ocurriría en roca dura. Además, aunque el control litológico se da en numerosos afloramientos, este no es continuo especialmente al norte del área de estudio, pero el mapeo permitió unir estaciones de campo a lado y lado de la quebrada Olitas suponiendo dos estructuras separadas por esta quebrada. La Figura 3A muestra la forma de estas dos montañas donde es clara su morfología elevada respecto al valle de la quebrada Honda al NE. Como lo muestra la Figura 2, el área mapeada con evidencia de roca volcánica con textura porfirítica in situ se limita al borde de los cuerpos junto a los lados de la quebrada Olitas, lo cual se entiende por la alta elevación que favorece la erosión de los depósitos que cubren los domos. La roca luce muy meteorizada pero buenos afloramiento exponen roca volcánica porfirítica con fenocristales de feldespato dentro de una masa fundamental gris (Figura 4A).

Domos Occidentales (Buenos Aires): se muestran como dos elevaciones (Figura 3B), con vegetación alta en medio de un área relativamente plana desprovista de árboles y solo con vegetación baja. Aunque se muestran como dos estructuras separadas, muy probablemente hagan parte de un solo cuerpo cuya cumbre cubierta por depósitos volcánicos haya sido erodada, dejando ver estos cuerpos volcánicos con textura porfirítica. La estructura mayor tiene forma casi perfectamente circular con evidentes pendientes y estructura dómica viéndose desde el NE al SW con una altura máxima de 2787 msnm y de 2747 msnm en su parte más baja y un área de 0,531 km2. En un sector en la cima de esta montaña se exponen pequeños afloramientos con pequeñas formas dómicas con una altura no mayor a los 2 m desde la base. Al menos son evidentes cuatro pequeñas elevaciones (Figura 4B) con un área menor a los 7 m2. En muestra de mano, estas rocas lucen igual a los cuerpos anteriormente descritos.

Varios afloramientos de roca in situ corroboran la litología en la base de la estructura, aunque esta luce muy meteorizada (Figura 4C), haciendo lucir a la roca como un depósito volcánico dado su bajo peso y la desaparición de algunos cristales o el cambio de color de estos. Es común ver cavidades dejadas por lo cristales, luciendo así como depósito piroclástico, pero es claro que se trata de huecos dejados por cristales ya removidos de la roca y no de porosidad (Figura 4C).

La estructura menor presenta un área aproximada de 0,067 km2 con una altura máxima de 2762 msnm y de 2735 msnm en su parte más baja (Figura 3B). Aunque son pocos los afloramientos, en la base la roca aflora al menos en tres lugares diferentes luciendo grandes cristales incoloros de feldespato y otros mucho más finos máficos.

Sector Quebrada Honda:

En el lugar topográficamente más bajo de toda la zona se expone un pequeño cuerpo de forma cóncava que sobresale del valle de la Quebrada Honda (Figura 3C). La estructura no sobrepasa un área de 4293 m2, con una altura de 2558 msnm aproximadamente, sobresaliendo 8 m de la parte más baja que lo rodea. Esta estructura se encuentra cubierta por arbustos, aunque buenos afloramientos se pueden ver en el costado SW. Fracturas continuas son expuestas dejando caer grandes bloques angulosos a la base del afloramiento. En muestra de la mano la roca luce alterada en su masa fundamental, dándole un color blanco y muy endurecido. Resaltan grandes fenocristales de feldespatos cúbicos y rectangulares hasta de 2 cm, aunque abundan los menores de 0,5 mm (Figura 4D); cristales máficos y algunos óxidos son visibles, pero en menor proporción y tamaño. En la roca se presentan, al igual que en los afloramientos del Alto Los Volcanes, cavidades en la roca dejadas por cristales removilizados.

Al costado SW del domo de Quebrada Honda, se encuentra aflorando una roca volcánica porfirítica de las mismas características al cuerpo antes descrito, con megacristales de feldespato. Aunque el afloramiento luce mayormente meteorizado haciendo que la masa fundamental y los cristales se puedan confundir, hay partes donde la roca es dura y la masa fundamental luce un color gris diferenciándose perfectamente de los fenocristales (Figura 4E). Visto desde el SE (Figura 3D) luce una geoforma de domo, pero por encima y visto desde el SW, no queda muy claro que se trate de un cuerpo aislado o de un megabloque desprendido desde los cuerpos dómicos del Alto Los Volcanes, ya que por detrás está siendo cubierto por depósitos volcánicos, mostrando una forma alargada que se extiende hasta la parte más alta de dicho alto.

Sector Alto Los Godos:

Esta área comprende el sector de La Mesa, Matarredonda y Alto Los Godos (Figura 2). Descrita en trabajos anteriores como depósitos ignimbríticos, pero con antecedentes que señalaban el carácter de roca volcánica coherente con textura porfirítica, resaltan cinco grandes elevaciones (estructuras dómicas) entre 2570 y 2770 msnm, las tres de ellas más evidentes por su altura están en dirección NW-SE (domo NW, domo central y domo SE) separados por depresiones suavizadas por depósitos volcánicos. Una cuarta elevación con 2696 msnm se ubica al SW de la estructura más al S (Figura 3E - 3G).

Criptodomo Matarredonda: se hace referencia aquí como criptodomo a un cuerpo de roca volcánica con textura porfirítica expuesta en las excavaciones realizadas por empresas mineras en el sector de Matarredonda. Topográficamente, visto desde el NW y N, se logra ver una geoforma dómica con un área aproximada de 0,905 km2. Aunque se observan cantos rodados de rocas volcánicas en varios sectores en la cima de lo que sería la estructura dómica, evidentemente la litología que predomina son depósitos volcaniclásticos finos con líticos sedimentarios. Visitas a dos minas en la base de esta elevación, igualmente muestran depósitos volcanoclásticos con líticos sedimentarios, y una matriz blanca de ceniza con algunos sectores que lucen brechosos. Al costado E-NE, existen depósitos piroclásticos, mientras que hacia el E se observa roca coherente con textura porfirítica, mostrando una particular geoforma cóncava. La roca se muestra muy dura con un fracturamiento importante. En muestra de mano, la roca luce con masa fundamental rosada o blanca cuando está totalmente alterada; también son visibles cristales incoloros con los núcleos alterados de plagioclasa acompañados de cristales máficos más pequeños (Figura 4G).

Domo NW: se expone como una estructura dómica con su cima alargada y aplanada con un área de 0,708 km2. La roca luce totalmente alterada de color blanco con tonos rojizos dado por la oxidación. En algunos casos los cristales han sido casi removidos por completo y la masa fundamental se ha meteorizado tanto que el peso específico de la roca es muy bajo pudiendo confundirse con un depósito piroclástico. La Figura 4I muestra un bloque de aproximadamente 50 cm cuyo peso no superaba 1,5 kg, aun así, rastros de cristales de hasta 1 cm incoloros y algunos más finos máficos son visibles si se rompe la roca más profundo.

Domo Central: es la estructura más grande en cuanto a volumen se refiere con un área de 0,916 km2. Esta estructura se observa con una morfología muy resaltante con pendientes pronunciadas vistas desde el W. Desde la cima del domo NW se ve claramente la geoforma que delata este cuerpo con una pendiente pronunciada al SW (Figura 3F, 3G). La roca luce similar a la descrita con anterioridad (Figura 4H).

Domos SE y SW: al S del complejo de domos, dos estructuras dómicas sobresalen de la topografía relativamente llana del valle de la quebrada Honda con un área total de 0,586 km². Vistos desde el Alto Los Volcanes (Figura 3H) se logra ver estas dos estructuras, una más grande y alta que la otra, cubiertas por vegetación compuesta por pinos y arbustos, haciendo que resalten del paisaje de potrero y pasto corto y quemado de la zona baja y plana. El control litológico se observa claramente en varios lugares y en especial en una cantera en el domo SE donde se expone la roca fresca.

Petrografía y Difracción de Rayos X (DRX)

La mineralogía de todos los cuerpos está dominada por microfenocristales y fenocristales de plagioclasa (Figura 5A) y feldespato potásico (Figura 5B y 5D), con ligeras variaciones en las cantidades. En menor proporción se hallan microfenocristales de minerales máficos como biotita y hornblenda (Figura 5C, 5F, 5G y 5H) siendo estos dos cristales los que se muestran más alterados a óxidos. La masa fundamental es mayormente microcristalina a criptocristalina con variables cantidades de vidrio. Los cristales de feldespato muestran sus formas bien definidas, pero en el caso de los cristales máficos (hornblenda y biotita) se observan bordes corroídos o bahías de disolución.

La mayoría de microcristales de feldespato presentan un núcleo compuesto por un material isotrópico (Figura 6A - 6D). Este material es reportado en otros trabajos (Pardo, 2004; Monsalve et al., 2011) y fue descrito por Martínez (1989) como vidrio que reemplaza los núcleos de los cristales en un cuerpo dómico al SE de Paipa. Esta característica se muestra comúnmente en las muestras de los tres sectores de domos. Este material isotrópico (vidrio volcánico), claramente se ve en algunas muestras como que invade los cristales desde sus bordes hasta el núcleo por medio de fracturas (Figura 6E, 6F). En las rocas, también son comunes los núcleos de plagioclasa dentro de los cristales de feldespato potásico posteriormente reemplazados por el vidrio que a su vez es modificado a caolinita.

Los análisis de DRX confirman lo observado bajo el microscopio petrográfico, con algunas particularidades. La fase cristalina que predomina en todas las muestras es la anortoclasa y albita seguidas de la sanidina (Tabla 1). Los porcentajes de biotita y hornblenda no se representan en el porcentaje que son vistos bajo el microscopio. El vidrio tampoco fue cuantificado aunque es indicado por algunas inflexiones en los difractogramas de algunas muestras (Figura 7D). Los análisis también revelan un porcentaje muy alto en el contenido de caolinita en algunas de las muestras. El porcentaje más importante pertenece a un relleno de vetillas localizadas en el domo SW del sector Alto Los Godos evidenciando una alteración argílica. Este relleno se dispone en un enrejado que corta la roca la cual está casi inalterada (Figura 7A y 7B). Los otros porcentajes de caolinita son también reflejados en varias muestras de bloques rodados muy meteorizados, por lo que en este caso, no se descarta que se trata de una alteración superficial que ha alterado los contenidos de vidrio fácilmente modificables a la intemperie.

Geoquímica

Un total de siete muestras del sector Alto Los Volcanes, dos de Quebrada Honda y siete del Alto Los Godos fueron analizadas (Tabla 2). La característica predominante de la zona es la alta meteorización que presentan la mayoría de afloramientos, solo es expuesta roca endurecida y con los fenocristales más conservados en los sectores donde se han abierto canteras recientes, esto en el criptodomo de Matarredonda como en el domo SE del Alto Los Godos. En general las muestras de los tres sectores presentan composiciones muy similares con promedios de SiO₂ de 69,87 wt.%, TiO₂ de 0,21 wt.%, Fe₂O₃T de 1,69 wt.% y Al₂O₃ de 17,90 wt.% con promedios más bajos para el sector de Quebrada Honda. El MgO muestra valores similares en el Alto Los Volcanes y Quebrada Honda, y ligeramente más bajos para el Alto Los Godos, con la mayoría de los datos por debajo del límite de detección. El CaO muestra un promedio de 0,38 wt.%, pero se evidencia un porcentaje más bajo para el Alto Los Godos respecto a Quebrada Honda y Alto Los Volcanes. El Na2O se promedia en 5,93 wt.%, el K₂O en 3,87 wt.%, y el P₂O₅ en 0,028 wt.%.

De acuerdo con lo anterior, las rocas se clasifican como riolitas y traquitas según el diagrama TAS (Figura 8A), y se confirman el carácter traquítico con el diagrama de Winchester y Floyd (1977) (Figura 8B). Todas las muestras caen en el campo de la serie calcoalcalina rica en potasio (Figura 8C y 8D) con firmas químicas de magmatismo de arco volcánico (Figura 8E y 8F) según los diagramas de Pearce et al. (1984). Según los contenidos de La, Yb se observa una firma adakítica para todas las muestras analizadas (Figura 8G y 8H).

Respecto a las tierras raras en el sector Alto Los Volcanes se observan dos tendencias (Figura 9A). La primera presenta valores de LREE dada por la relación (La/Sm)_N entre 7,655 y 11,522 y para las HREE de (Gd/Yb)_N entre 0,626 y 1,058 con anomalía positiva de Eu_N/(Sm_N*Gd_N)_1/2 entre 3,042 y 3,840. El segundo grupo presentan relación (La/Sm)_N entre 6,20 y 7,00 y de (Gd/Yb)_N entre 1,46 y 2,318 con una anomalía igualmente positiva pero con un valor de Eu_N/ (Sm_N*Gd_N)_1/2 entre 1,32 y 1,48.

Las muestras del sector Quebrada Honda (Figura 9) presentan una relación de (La/Sm)_N y (Gd/Yb)_N entre 5,215 a 5,944 y 1,193 a 1,313, respectivamente. La anomalía positiva de Eu muestra un valor de Eu_N/ (Sm_N*Gd_N)_1/2 entre 1,557 a 2,110.

Para el sector del Alto Los Godos (Figura 9A) la relación de LREE dada por (La/Sm)_N está entre 10,201 y 14,726 para un grupo de muestras y de 2,775 y 6,240 para el otro, mientras que las HREE se muestran constantes para todas las muestras con valores de (Gd/Yb)_N entre 0,866 y 1 con un solo valor de 1,9. Se observa una anomalía positiva en la relación Eu_N/(Sm_N*Gd_N)_1/2 de entre 1,54 a 2,492. Para dos muestras (JR-082 y JR- 097) se observa una relación más alta de 3,782 y 3,393, respectivamente. Estas dos muestras son las que más se salen del rango respecto a las cantidades de REE de las demás, pero aun así mantiene una tendencia.

El diagrama multivariable con elementos menores (Figura 9B) muestra anomalías positivas de Pb y ligeramente de Ba y U, además de una anomalía negativa para el Ti, lo que en principio muestra una firma de rocas de arcos magmático. La tendencia se mantiene en todas las muestras con algunas variaciones de los contenidos de La, Y y Nb.

Química mineral y termometría

Dos muestras correspondientes a los domos del Alto Los Godos (JR-047) y al domo de Quebrada Honda (JR-045) fueron analizadas en el borde y núcleo de cristales de feldespato, plagioclasa y anfíbol, teniendo presente las zonaciones y texturas de los cristales (Figura 10B, 10C; Tabla 3 y 4).

Estos análisis confirman lo visto mediante petrografía y permiten definir las especies minerales que conforman las texturas de sobrecrecimiento. Estos resultados demuestran la presencia, al menos para el domo del sector Quebrada Honda (muestra JR-045), de un núcleo de plagioclasa tipo albita (en algunos casos oligoclasa) rodeado de una corona de feldespato tipo anortoclasa (Figura 10A). Para la muestra del Alto Los Godos la plagioclasa se clasifica como albita y el feldespato como anortita (Figura 10A).

Según la clasificación de Leake et al. (1997) la mayoría de los cristales de anfíbol de las dos muestras caen en el límite de la richterita y katoforitas, aunque para la muestra JR-045 dos cristales presentan una variación en la composición quedando en el campo de la hastingsita (Figura 10A). Cabe destacar que los porcentajes de titanio son muy bajos en la mayoría de los casos (<0,5%) y se observa una variación entre los contenidos de Al₂O₃ de entre 1,3 y 2,5 wt.% para Quebrada Honda y hasta mayores de 15 wt.% para el Alto Los Godos.

A partir de las concentraciones calculadas para los cristales de plagioclasa y anfíbol se calcularon las temperaturas y presión de cristalización aproximadas (Tabla 5). La temperatura mediante el geotermómetro de Ti en anfíbol dio un promedio de 618°C teniendo presente el geotermómetro de Otten (1984), pero basados en el geotermómetro de Blundy y Holland (1990) que involucra el equilibrio anfíbol-plagioclasa la temperatura promedio para las dos muestras es de 675,9°C.

Las presiones calculadas son de 9,18 kbars, solo halladas para las hastingsitas de la muestra JR-045. Hay que tener en cuenta que el geobarómetro en anfíbol está relacionado al contenido de Al en el cristal, por esta razón, la presión para la muestra JR-047 y algunos cristales de la muestra JR-045 no fue posible calcularla usando los geobarómetros mostrados en la Tabla 5, cuyos valores de Al son menores a 2,5. Usando el geobarómetro anfíbol-plagioclasa Blundy y Holland (1990) no mostrado en la Tabla 5, las presiones sobrepasan los 10 kbars.

Dataciones Ar-Ar

Cinco muestras de los cuerpos dómicos fueron datadas mediante Ar-Ar en cristales de hornblenda, sanidina y feldespato. La edad Plateau se muestra en la Figura 11 y los resultados se resumen en la Tabla 6.

Así, es posible visualizar que el emplazamiento de uno de los cuerpos del Alto Los Volcanes (Domos Olitas) se dio hace 1,8±0,03 Ma como lo indica la edad en un cristal de sanidina, al igual que el emplazamiento de uno de los cuerpos del sector Quebrada Honda el cual arrojó una edad de 1,81±0,02 Ma en hornblenda. En el sector del Alto Los Godos, los cuerpos datados (Domo Matarredonda, Domo Central y Domo SE) a partir de cristales de feldespato y plagioclasa, arrojaron edades de 2,71±0,024, 2,8±0,031 y 2,70±0,018 Ma, respectivamente, lo que indica el mismo evento para el emplazamiento de los domos de este sector. Además de los cuerpos que conforman el complejo de domos de Paipa, fue datada una muestra perteneciente a uno de los domos de Iza, cuerpo localizado a aproximadamente 23 km al SE de Paipa. El resultado arrojó una edad de 6±0,06 Ma en cristales de feldespato.

Evidencia de otras estructuras intrusivas

Además del cuerpo de El Durazno ya antes reconocido (ENUSA-IAN, 1979; Ferreira y Hernández, 1988; González et al., 2008), en el área de estudio se pueden reconocer geomorfológicamente algunas otras estructuras que se asemejan a intrusiones dómicas (Figura 12A y 12B) y que junto con los resultados geofísicos mostrados en Beltrán (2015) resaltan la hipótesis de que se traten de intrusiones. Uno de estos sectores es justo al norte del área de estudio en el sector conocido como ITP-Lanceros y donde se presenta la mayor zona de descarga de aguas termales (Figura 1). Aquí se evidencia una elevación de 2522 msnm sobre una planicie de 2490 msnm dada por depósitos cuaternarios al oeste y de 2514 msnm al este dada por la topografía inclinada de las unidades sedimentarias. Coincidiendo con esta elevación, controlada probablemente por la falla El Bizcocho, se observa una anomalía gravimétrica (Figura 12C) positiva con una forma perfectamente redonda. El control de campo en este punto, muestra una litología sedimentaria con los estratos y depósitos de la Formación Tilatá curvados.

Si bien ninguna evidencia litología de naturaleza intrusiva se encontró, es posible que dicha estructura sea producto del levantamiento por una intrusión en el subsuelo como se observa en la Figura 12D.

Al sureste del área de estudio, sobre el flanco del anticlinal de Tibasosa – Toledo, en el sector conocido como cerro Las Cruces, resaltan dos geoformas cóncavas de la topografía inclinada al sur, pero relativamente homogénea (Figura 12E - 12H), alineadas en dirección NW-SE, similar a la orientación de los domos del Alto Los Godos. Los recorridos de campo mostraron una litología sedimentaria correspondiente a niveles arenosos con intercalaciones de lodolitas que buzan al norte, concordando con la dirección del flanco del anticlinal y, no se presenta ninguna evidencia de roca volcánica. La evidencia al igual que para el cuerpo del sector ITP-Lanceros, es soportada por la geomorfología y las anomalías gravimétricas que se registran en este sector (Figura 12G).

Discusión

Correlaciones de campo

La evidencia en campo de nuevos afloramientos expuestos en el sector del Alto Los Godos, específicamente en el criptodomo de Matarredonda, permitió ver un contacto entre depósitos volcánicos y el criptodomo (Figura 13A) dada su forma irregular entre los depósitos volcánicos y la intrusión, lo cual hace suponer un emplazamiento de los domos posterior a la depositación de los productos eruptivos. Otro punto donde mejor se ve la correlación entre los depósitos y la roca es en el domo SE del sector Alto.

Los Godos. En este punto claramente se controla el contacto entre depósitos piroclásticos arriba y la roca intrusiva abajo (Figura 13B). Además, se ve claramente cómo se expone a manera de intrusión en los depósitos piroclásticos, la roca claramente porfirítica, dejando ver a lado y lado de la intrusión, los depósitos con una tonalidad rojiza producto del contacto de la intrusión (Figura 13C). Continuando por el mismo camino, en una cantera, hasta ese momento abandona, se expone nuevamente un claro contacto entre depósitos rojizos y el domo (Figura 13D) con algunas brechas asociadas al borde del domo.

Roca coherente vs depósitos

En Cepeda y Pardo (2004) se describen las unidades del volcán de Paipa detalladamente donde propone la unidad I1 haciendo referencia a un depósito mal seleccionado de cenizas cristalinas y vidrio, altamente soldado, originado por colapso de columnas. Esta unidad es dividida en un segmento basal y un segmento superior identificada tanto en el sector del Alto Los Godos como en el Alto Los Volcanes. Los autores hacen referencia al segmento basal como “depósito soldado de ceniza rico en cristales, de aspecto masivo, no estratificado, mal seleccionado” y el segmento superior como “conjunto de capas rojas piroclásticas, de espesor variable (1 metro en promedio) poco litificado, muy alterado, mal seleccionado, de cenizas gruesas y fragmentos líticos tamaño lapilli”. Si bien la unidad superior efectivamente aflora en estos lugares, al menos en el Alto Los Godos, lo que se plantea en este trabajo y, retomando los trabajos anteriores, es que el segmento basal no haría referencia a un depósito piroclástico, sino más bien a roca porfirítica (domo). Dicha correlación entre los domos y depósitos volcánicos, sería originada por la alta meteorización de la roca en algunos lugares la cual hace que los cristales sean destruidos por completo. Por otro lado, los autores especifican el carácter piroclástico por la presencia de “microshards” en la muestra, con una clasificación textural de cristalina y cristalo-vitrea, pero claramente, la removilización de algunos cristales, es lo que le proporciona el carácter pumítico de algunas rocas.

Termometría

Los contenidos elementales de plagioclasa, feldespatos y anfíboles analizados por química mineral, permitieron calcular mediante geotermómetros una temperatura promedio de 618,4°C (Ti en anfíbol) y 676,0°C (anfíbol-plagioclasa) similares a los obtenidos en Peña y Zuluaga (2016) para estas mismas rocas, cuyos valores de temperatura son atribuidos a un proceso hidrotermal posterior a la cristalización. Por otro lado, aunque son temperaturas bajas, para Helz (1973) las temperaturas de cristalización de anfíboles en magmas calcoalcalinos podrían estar entre 950 – 650°C.

Composición

La firma química de las REE muestra un evidente empobrecimiento de las HREE posiblemente atribuido a la cristalización de granate en la fuente del fundido. El rasgo que más resalta en todas las muestras es una prominente anomalía positiva de Eu con promedios de Eu_N/(Sm_N*Gd_N)_1/2 entre 1,321 para los más bajos y 3,84 para los más altos. La explicación normalmente dada a este comportamiento es el no fraccionamiento de las plagioclasas en las etapas primarias de la diferenciación magmática y si se habla en términos de la fuente, se puede interpretar como un fundido muy rico en feldespatos que ascendió y cristalizó plagioclasas y feldespatos con los altos contenidos de Eu acomodados en la estructura. En este caso y recordando que por el tipo de análisis (trituración de toda la roca sin separación de fenocristales) no se están diferenciando procesos de mezcla, asimilación, etc. El alto contenido de Eu estaría relacionado con la abundancia de feldespatos que acomodan el Eu por el Ca.

Edad del vulcanismo en la zona

Las dataciones Ar-Ar aquí mostradas reflejan una actividad efusiva (emplazamiento de domos riolíticos) menor a 2,7 y 1,8 Ma. Adicionalmente, la edad reportada para el domo de Iza de 6,01±0,03 Ma demuestra una actividad simultánea con Paipa teniendo presente los resultados para depósitos piroclásticos mostrados en Bernet et al. (2016), lo que reflejaría la continua actividad volcánica en la Cordillera Oriental en este rango de tiempo y la posibilidad que se encuentren en el subsuelo intrusiones que no se manifestaran con un volcanismo en superficie. Adicional a lo anterior, Ortiz y Monsalve (2012) caracterizan unos depósitos volcánicos en el sector de Firavitoba e Iza los cuales están separados de Paipa por una barrera topográfica representada por el anticlinal de Tibasosa-Toledo. Aun así, los autores señalan como posible origen de estos depósitos al volcán de Paipa (área geotérmica de Paipa). Para los depósitos de Firavitoba, Bernet et al. (2016) registran edades de 0,9 y 2,2 Ma, lo que en parte soportaría lo propuesto en Ortiz y Monsalve (2012), pero había que tener presente el hecho de que en Iza no haya existido actividad explosiva más reciente que el emplazamiento de uno de sus domos (6 Ma). Por otro lado, el volcanismo en Paipa muestra una tendencia en la distribución de los depósitos en dirección NE, contraria a la ubicación de los depósitos de Iza.

Evolución magmática

Las texturas de sobrecrecimiento representadas por núcleos de plagioclasa con coronas de feldespato potásico asociadas principalmente al cuerpo del sector de Quebrada Honda y que se pueden observar petrográficamente para el Alto Los Volcanes, junto con la temporalidad compartida entre estos dos grupos de domos (1,8 Ma) puede reflejar una posible mezcla de magmas que luego se vio reflejada en el evento efusivo que dio origen a los domos del Alto Los Godos de 2,8 Ma. Por otra parte, en el Alto Los Godos, esta textura de sobrecrecimiento es escasa, observándose además, texturas de desequilibrio en los cristales de hornblenda y biotita las cuales reflejarían un cambio en las propiedades del magma. Soportando lo anterior, y como se explica en Pardo (2004), según Hibbard (1995), el cambio de un magma de sódico a potásico se da en un recalentamiento del sistema a una baja tasa de nucleación del potasio que crece hasta la pérdida de calor.

Implicaciones de origen

La discusión generalizada en este punto de la Cordillera Oriental es conocer el origen de este vulcanismo. Existen propuestas como la de Ujueta (1993) quien propone lineamientos NW que cortan el área de estudio, uno de ellos, el lineamiento de Paipa, donde sugiere “fallas profundas que penetran hasta el manto” relacionando estos lineamientos con intrusiones más al sur y con el vulcanismo de Paipa. Por otro lado, estudios geofísicos como el de Gutscher et al. (2000b) demuestran como al norte de Colombia la placa subducida se horizontaliza mientras que al sur permanece más vertical (Figura 14B y 14C). Los autores igualmente manifiestan el papel que podría jugar la placa Caribe en el cambio de ángulo de subducción. Adicional a lo anterior, Gutscher et al. (2000b) exponen la idea de la migración de magmatismo de arco producto de una subducción plana. Aunque atribuyen este efecto a la subducción de una corteza oceánica joven (>10 Ma) advierten que una corteza más antigua podría sufrir un calentamiento dependiendo del tiempo que esta se mantenga a una profundidad constante de al menos 80 km con temperaturas de 1300°C (Figura 14A). Vargas y Mann (2013) publican un trabajo donde propone dos situaciones estructurales para el bloque norte y sur de Colombia, separados por lo que llaman el Caldas Tear. Esta propuesta se basa en análisis de sismos, tomografías y consideraciones geológicas superficiales, donde se muestran una subducción de la placa más horizontal al norte, con un cambio brusco del ángulo y la extensión de la subducción de la placa Nazca al sur, cuya frontera dada por un desgarre (Caldas Tear) se alinea con el Ridge de Sandra, proponiendo en ese trazo una zona de debilidad de la corteza (Figura 14D). Los autores manifiestan la posibilidad de que el vulcanismo activo e inactivo, citando las adakitas del complejo volcánico del Ruiz y el vulcanismo de Paipa, sean producto de la debilidad de la corteza que se traducirían en fallas profundas que permitieron el ascenso del magma.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, junto con la firma química (adakítica) de las muestras de este trabajo, y partiendo de todas las consideraciones, especialmente el papel que juega la subducción de la placa Caribe, no se descarta que el vulcanismo de Paipa pueda estar relacionado con una subducción plana cuyo ascenso de magma puede estar facilitado por fallas profundas. Por otro lado, la mineralogía más félsica y química ácida y evolucionada de las muestras de este trabajo, tendrían una relación más directa con otros cuerpos volcánicos y subvolcánicos analizados en el sector de San Diego, también alineado con Paipa y localizado a casi 60 km al norte del Complejo Volcánico Cerro Bravo - Cerro Machín (Figura 14B) (Rueda-Gutiérrez y Rodríguez, 2016; Monsalve, 2015; Borrero et al., 2017; Monsalve et al., 2019; Murcia et al., 2019; Sánchez-Torres et al., 2019), las cuales difieren de las firmas comúnmente andesíticas con predominio de plagioclasa + piroxeno y que son típicas de las rocas volcánicas del bloque norte de la Cordillera Central.

Historia eruptiva

En este trabajo, y en base solo en la distribución espacial de los depósitos mostrados en Cepeda y Pardo (2004) y las edades de los productos eruptivos, trazas de fisión en Bernet et al. (2016) y Ar-Ar de este trabajo, así como evidencias geofísicas aportadas por otros trabajos, se plantea la siguiente secuencia de eventos: la actividad volcánica comenzó posiblemente en el sector del Alto Los Volcanes con erupciones explosivas hace 9,9 y 6,9 Ma (edades en Bernet et al., 2016). Los depósitos eruptivos se distribuyeron en dirección noreste, llegando hasta el Pantano de Vargas (noreste del área de estudio). Hace 6 Ma la actividad del volcán de Paipa era simultánea al emplazamiento de al menos uno de los domos del sector de Iza. Erupciones sucesivas ocurrieron en la zona durante aproximadamente 4 Ma, luego, a los 2,8 Ma ocurre el ascenso de los domos del sector del Alto Los Godos facilitado posiblemente por el carácter distensivo de las fallas profundas de Cerro Plateado y Agua Tibia. Estos domos se exponen en superficie y cortan la sucesión de depósitos volcánicos en algunos sectores. Las activad efusiva resurge hace 1,8-1,7 Ma con el emplazamiento de los domos del Alto Los Volcanes y Quebrada Honda, promovido por el ascenso de magma desde las fallas Paipa - Iza y Cerro Plateado. Luego del emplazamiento de los cuerpos dómicos, resurge la actividad explosiva dando origen a los flujos de bloques y cenizas especialmente en el sector del Alto Los Volcanes, aunque nuevos afloramientos en el Alto Los Godos dejan ver depósitos con grandes bloques volcánicos en la base de los domos. Esta última actividad es seguramente la responsable de la forma irregular y con señales de colapso gravitacional de los cuerpos dómicos en el sector del Alto Los Volcanes.

Implicaciones en el estudio del sistema geotérmico de Paipa

Es evidente que la edad de los cuerpos dómicos corresponden a un evento relativamente antiguo (2,7-1,8 Ma), aunque dataciones mediante huellas de fisión ilustradas en Bernet et al. (2016) para algunos depósitos volcánicos, representan edades más jóvenes de hasta 1 Ma, existiendo la posibilidad que, junto con evidencias geofísicas y rasgos geomorfológicos, puedan existir intrusiones (recientes y/o de mayor volumen) en el área geotérmica, pero que no se expresan en superficie, siendo estas manifestaciones magmáticas las responsables de proporcionar el calor necesario para el calentamiento de las aguas tal como está expuesto en Alfaro et al. (2017). Por otro lado, el vulcanismo de Iza localizado a 17 km al SW de Paipa y cuya edad en uno de sus domos dio 6 Ma, puede ser evidencia de la existencia cámaras magmáticas, sin expresiones superficiales, en medio de estos dos focos. El tipo de alteración más común en algunos de los cuerpos dómicos es del tipo argílica junto con la presencia de vidrio en algunas muestras, pero generalmente se ven inalterados, pero con un importante intemperismo. Por otro lado, y como se muestra en Alfaro (2005), líticos metamórficos localizados dentro de los depósitos volcánicos cerca al sector de Olitas muestran una importante alteración, lo cual es interpretado como un sistema de alta temperatura que se encuentra en profundidad, cubierto por los depósitos volcánicos y niveles lodosos y arenosos de la secuencia sedimentaria que se expone en la zona de estudio.

Conclusiones

Con la cartografía de los domos y la caracterización de estos, se amplió el conocimiento de los productos eruptivos del volcán de Paipa y se puede reevaluar el modelo de caldera volcánica propuesto para el vulcanismo de este sector de la Cordillera Oriental.

Los domos presentan petrográficamente cristales de feldespato potásico, plagioclasa, biotita, hornblenda y cantidades variables de vidrio para los cuerpos del sector Alto Los Volcanes y Quebrada Honda. Para los cuerpos del Alto Los Godos predomina el feldespato potásico, plagioclasa, hornblenda y vidrio. La petrografía y química mineral permiten establecer un cambio en la composición del magma (dada la mezcla con un nuevo pulso) dando origen a las texturas de sobrecrecimiento representadas por núcleos de plagioclasas (albita) con coranas de feldespatos potásicos (anortoclasa).

Los resultados reafirmaron el carácter riolítico y evolucionado de las intrusiones. Químicamente se clasifican por contenido de SiO₂ y Na₂O-K₂O como traquitas y riolitas, de afinidad calcoalcalina con firma química de arco. Según la firma química de elementos menores se observa un enriquecimiento de LREE respecto a las HREE con una evidente anomalía positiva de Eu para todas las muestras.

La microtermometría permite definir temperaturas entre 618 y 675,9°C posiblemente asociadas a procesos hidrotermales.

Las dataciones revelaron actividad efusiva en el volcán de Paipa hace 1,8 y 2,7 Ma que dieron origen al complejo de domos del Alto Los Volcanes y Alto Los Godos respectivamente. La edad reportada en el domo de Iza es de 6 Ma. Lo anterior, y teniendo presente dataciones de los depósitos volcánicos de Paipa y Firavitoba, demuestra una actividad simultánea de estos centros eruptivos (Paipa e Iza).

Aunque la geocronología muestra a los cuerpos dómicos con una edad de entre 1,8 a 2,7 Ma, no se debe descartar que las geoformas dómicas sin expresión litológica superficial, pero que se pueden inferir a partir de anomalías geofísicas, puedan ser intrusiones más recientes. En tal sentido, el aporte de calor que estos cuerpos puedan dar al sistema geotérmico podría sería de gran importancia.

Agradecimientos

Se agradece al Servicio Geológico Colombiano dado que la realización de este artículo se dio dentro del marco de los estudios realizados por el Grupo de Investigación y Exploración de Recursos Geotérmicos; se agradece a la geóloga Gina Rodríguez quien hizo parte de una de las fases de campo. Gracias a todos los profesionales y técnicos del laboratorio químico del SGC, así como a los miembros del grupo de Investigación y Exploración de Recursos Geotérmicos que hicieron parte de este trabajo de una u otra forma.

Referencias

Información adicional

Forma de citar: Rueda-Gutiérrez, J.B. (2020). Nuevas evidencias del magmatismo asociado con el sistema geotérmico de Paipa, Boyacá, Colombia. Boletín de Geología, 42(3), 51-79. DOI: https://doi.org/10.18273/revbol.v42n3-2020002

Boletín de Geología
ISSN: 0120-0283
Vol. 42
Num. 3
Año. 2020

Nuevas evidencias del magmatismo asociado con el sistema geotérmico de Paipa, Boyacá, Colombia

Jesús Bernardo Rueda-Gutiérrez
Servicio Geológico Colombiano,Colombia