Original paper

Mineral characterization, clay quantification and Ar–Ar dating of faulted schists in the Carboneras and Palomares Faults (Betic Cordillera, SE Spain)

Abad, Isabel; Jiménez-Millán, Juan; Schleicher, Anja M.; van der Pluijm, Ben A.

Abstract

Se han estudiado dos zonas de falla ricas en minerales de la arcilla (Cordillera Bética, SE España), exhumadas bajo condiciones áridas, con el objeto de establecer el origen y naturaleza de losfilosilicatos en los esquistos deformados y el papel que las zonas de falla juegan en la génesis de rocas ricas en minerales de la arcilla. Ambas áreas se caracterizan por amplias zonas (≈200 m) en las que alternan harinas de falla y esquistos que constituyen una compleja disposición de lentes cizalladas. La caracterización de las muestras (protolíticas y rocas de falla) mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido y transmisión ha permitido establecer que las fases minerales principales de las mismas son el cuarzo, la clorita y las micas potásicas. En algunas muestras se han identificado paragonita y óxidos de Fe y Ti y además, la mayoría de las rocas de falla tienen caolinita, ilita y yeso. Las imágenes de electrones retrodispersados muestran clastos defilosilicatos con orientaciones irregulares y formas curvas en las rocas de falla así como granos de cuarzo generados por deformación frágil. Las imágenes de franjas reticulares permiten observar cristales de mica dioctaédrica sin defectos y cloritas ricas en Fe. Los paquetes defilosilicatos no exceden las decenas de nanómetros, aunque las cloritas suelen ser más gruesas que las micas y, además, muestran más evidencias de deformación. Dos muestras (una de cada zona) se seleccionaron para la datación con40Ar/39 Ar de cuatro fracciones de la arcilla correspondientes a cada una de ellas. La edad calculada para el componente autigénico de la arcilla en ambas muestras es 6.3± 0.8 Ma y 6.2 ± 0.4 Ma, mientras que la edad calculada para las arcillas protolíticas es de 22.8 ± 1.9 Ma y 11.7 ± 1.3 Ma. La edad de las arcillas autigénicas se solapa con el rango de edades correspondientes a los episodios volcánicos que tuvieron lugar en el cercano Cabo de Gata (SE España). El aspecto textural y los datos químicos de las muestras apuntan hacia que aunque las arcillas de la harina de falla son mayoritariamente un producto de la trituración mecánica del protolito, la presencia de cuarzo proporcionó a las rocas de falla resistencia y un comportamiento frágil que incrementó la permeabilidad a través de vías que aprovecharon los fluidos hidrotermales de baja temperatura, provocando un intenso lavado del material protolítico y promoviendo la cristalización de nuevas fases minerales (ilita, caolinita, esmectita y yeso).

Abstract

Two major clay-rich fault zones (Betic Cordillera, SE Spain) exhumed under arid conditions were studied to establish the origin and nature of phyllosilicates in deformed mica schists and the role of fault zones in the genesis of rocks rich in clay minerals. Both areas contain wide zones (≈200 m across) of alternating fault gouge and protolith creating a complex arrangement of sheared lenses along fault strand cores. Minerals in schists were characterized by X-ray diffractometry and scanning and transmission electron microscopy, and two samples were selected for40Ar/39 Ar dating of four clay grain-size fractions each. Quartz, chlorite and K-micas are the principal phases in all samples (crystalline protolith and faulted schists). Paragonite and Fe and Ti-oxides are present in some samples and, additionally, most of the damaged samples have kaolinite, illite and gypsum. Backscattered electron images show irregularly oriented stacks of phyllosilicates with curved shapes in the fault rocks and quartz grains deformed by brittle fracturing. Clay fabrics in the damaged rocks are poorly developed. Lattice fringe images of faulted damaged samples revealed defect-free dioctahedral mica and Fe-rich chlorite packets which were generally with no more than several tens of nm thickness, although chlorite grains were usually thicker than micas. Chlorite showed more obvious deformation features. The calculated ages of the authigenic clay component in the two samples are 6.3 ± 0.8 Ma and 6.2 ± 0.4 Ma, while the ages calculated for the protolith clays are 22.8 ± 1.9 Ma and 11.7 ± 1.3 Ma. The age of the authigenic clay overlaps the range of ages from the nearby Cabo de Gata volcanic series (SE Spain). Textural and chemical results point toward that although the fault gouge is mostly a product of mechanical crushing of the protolith, the presence of quartz provided a strong and fragile behaviour to the faulted rocks increasing their permeability, and creating permeable paths through which low-temperature hydrothermal fluids circulated producing an intense leaching of the parent material and promoting crystallization of new authigenic minerals (illite, kaolinite, smectite and gypsum).

Keywords

polytypesx-ray diffractometryillite age analysiselectron microscopyfault rocksclayphyllosilicateshydrothermal alterationvolcanism