ROCAS METAMORFICAS EN EL ARMAZÓN TECTÓ­NICO DE LA PARTE SEPTENTRIONAL DE MÉXICO*

POR: D R . PETER T . F L A W N . * *

M e alegro de estar aquí en su hermosa capital. Aunque conozco la parte del norte de México , esta es mi primera visita a la Ciudad de México . Hace muchos años había tenido deseos de visitarla; ahora gracias a su muy amable invitación, he tenido la oportunidad de ver y gozar de esta ciudad hospitalaria.

Para empezar, debo decirles que por primera vez me atre­vo a dictar una conferencia en español, como verán ustedes aún no domino el idioma. Por eso, les pido que perdonen los errores, que serán muchos. En cuanto al vocabulario técnico a veces es muy fácil traducirlo, pero no siempre.

Señores, para empezar, quisiera hablar brevemente sobre el metamorfismo en general: el término quiere decir exactamen­te lo que significa la palabra en sí misma •— un cambio de forma, o mejor dicho, de índole. Por qué? Por qué cambia una unidad como una roca? cambia para establecerse en equilibrio químico y mineralógico con el ambiente dentro del cual está.

Cuando cambia el ambiente químico y físico, cambia la roca como un sistema termodínámico sí hay suficiente energía en el sistema para efectuar las transformaciones. Si no hay suficiente energía, la roca queda en la forma original, o en una forma par­cialmente alterada y no está en equilibrio con el ambiente que existe. V a m o s a considerar varios ejemplos:

El granito en su forma dura y fresca que aflora a la super­ficie de la tierra no está en equilibrio con el ambiente físico y químico de la superficie y con el tiempo, en un ambiente húme­do, cambia lentamente; los feldespatos se convierten en arcillas, y del mismo modo la mica se convierte en arcilla y cloríta. Por último, el granito se convierte en una mezcla de arcilla y cuarzo que es estable en la superificie. E s metamorfismo este cambio de forma e índole?. N o . La mayoría de los geólogos limitan el

* T e x t o d e la con fe renc ia d i c t a d a a n t e la A s o c i a c i ó n M e x i c a n a d e G e ó ­l o g o s P e t r o l e r o s , el 2 8 d e m a r z o d e 1961, en M é x i c o , D., F .

** D i r e c t o r de ! B u r ó d e G e o l o g í a Exzonómica d e la U n i v e r s i d a d de T e x a s .

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término a aquellos cambios efectuados por medio de calor y pre­sión o esfuerzo cortante, los más intensos que hay en los proce­sos geológicos que operan en la superficie de la tierra. Claro que en todos los casos no es tan fácil distinguir entre las reaccio­nes metamórficas y las reacciones diagenéticas. Los alrededores de los volcanes se caracterizan por las temperaturas e levadas y la e.xistencia de agua caliente, pero las presiones son relativamen­t e bajas en relación con las presiones dentro de las profundida­des de los geosinclinales. Los cambios efectuados por medio de a g u a caliente son asimismo un tipo de metamorfismo hidroter­mal. V a m o s a considerar otra vez un granito. Si por movimien­tos tectónicos el granito se localiza dentro de una zona de agua caliente, los fesdespatos se convierten en arcillas y la mica se convierte en arcilla y clorita. Como antes se explicó, el gra­nito se ha transformado para formr una mezcla de arcilla, c lo ­rita y cuarzo y el tipo de arcilla que forma depende del P H del agua caliente. Otra vez, se ha operado un cambio para estable­cer un equilibrio químico y físico con un ambiente nuevo —el cambio se ha efectuado a temperaturas e levadas y entonces sí es metaforfísmo.

Podemos decir que una roca metamórfica es el producto de un proceso de alteración, y este producto depende de:

( 1 ) La composición química de la roca original y

( 2 ) La índole del metamorfismo en sí mismo.

Podemos considerar el proceso de metamorfismo como el resultado de tres factoers:

(a ) La temperatura

(b ) La presión y / o el esfuerzo cortante y

(c ) El factor hidrotermal.

El producto resultante depende de la importancia relativa de estos tres factores. Supongamos la misma roca original; si la temperatura es el factor dominante el producto último será muy diferente a que si el esfuerzo cortante lo fuera. En el primer caso, el producto pudiera ser una roca córnea, cornubianita, en el segundo caso el producto pudiera ser una milonita.

V a m o s a considerar otros ejemplos: un basalto o andesita

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y una marga dolomítica, tienen una composición química muy se ­mejante, pero difieren en su génesis. La primera es una roca ígnea, y la segunda es una roca sedimentaria; desde luego, den­tro de las rocas originales, la textura y mineralogía son comple­tamente desiguales . Sí las dos están sujetos a un metamorfismo de grado regional medio, es decir un metamorfismo de la tem­peratura media alta y una presión también relativamente alta y anisotrópica ( con un eje de esfuerzo mejor desarrollado) •— el cual es un tipo de metamorfismo muy común dentro de las fajas orogénicas— el producto es una anfibolita compuesta en su ma­yor parte de plagioclasa y homblenda con la textura cristalo-blástica. E s muy difícil, quizás imposible saber si una roca ori­ginal fue ígnea o sedimentaria. Sí en el campo se pueden demostrar las relaciones discordantes o intrusivas, se puede in­ferir que la roca es de origen ígneo, pero en muchos casos no es posible determinar el origen de la anfibolita. Sí la roca original fuere una sabana de basalto o andesita, con relaciones concor­dantes en lugar de un dique con relaciones discordantes, n o es posible distinguirla de una capa de marga dolomítica en la se­cuencia original. En esta forma la composición química contro­la el producto resultante.

Pasemos ahora a considerar el efecto de los varios facto­res: temperatura, presión, esfuerzo cortante y el factor hidroter­mal. Para entender mejor sus efectos, nos conviene considerarlos por separado, pero en la naturaleza esto es difícil porque los factores no obran por sí, sino como parte de un sistema compli­cado dentro del cual n o podemos más que evaluar su importan­cia relativa. Afortunadamente , hay lugares donde podemos o b ­servar los productos de la temperatura por sí, pero muy poco influenciados por los efectos de los otros factores de presión y esfuerzo cortante, y agua caliente. M e refiero a las aureolas de metamorfismo de contacto.

En los alrededores de unas intrusiones ígneas hay aureo­las de metamorfismo de contacto formadas de rocas alteradas, dentro de las cuales se puede observar los cambios mineralógi­cos como una función de temperatura. En la textura de estas rocas no hay ninguna dirección predilecta. La textura es está­tica o isotrópica e indica que no existió ningún esfuerzo cortan­te activo durante la formación de la roca. Gracias al metamor­fismo de contacto hemos aprendido mucho sobre el metamorfis-

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mo donde la temperatura y la composic ión química obran casi en si mismos, para efectuar los cambios y determinar el producto resultante.

E n cambio, en los lugares donde había deformación extre­ma .— en las zonas orogénicas donde hay fallas de cabalgamien­to podemos observar los cambios e fectuados por el esfuerzo cortante, o sea donde el esfuerzo cortante era de primera impor­tancia durante el metamorfismo y los efectos de la temperatura y el factor hidrotermal eran mínimos. E n una zona como esta , nuestra anfibolita se convierte en una filita o filonita de clorita y los granitos se transforman en las niilonitas. En resumen, las rocas duras con mucho cuarzo y fe ldespato cambian por ap las ­tamiento, y las rocas blandas con muchas arcillas cambian para formar los minerales foliados.

En los lugares donde podemos observar las v e t a s macizas , que demuestran el paso de grandes cant idades de a g u a cal iente, las rocas han sido convert idas en mezclas de minerales que c o n ­tienen el radical O H . es decir, los minerales estables en el am­biente hidrotermal —la clorita, las micas, la turmalina, las arci­llas, la serpentina, la epidota, las zeolitas^— el a g r e g a d o mineral depende de la temperatura del agua y la composic ión original de las rocas alteradas.

Creo que en breves palabras he tratado un tema el que comunmente forma la base de un curso entero. D e s d e luego , lo que he dicho es muy simplificado, pero sirve como una introduc­ción.

En M é x i c o , se encuentran las rocas metamórficas distri­buidas en la siguiente forma:

( 1 ) E n los alrededores de los cuerpos intrusivos dentro de los cuales las rocas han sido alteradas por meta­morfismo de contacto.

( 2 ) En las partes interiores de las fajas orogénicas don­de la alteración ha s ido efectuada por una combina­

ción de los factores. —^alta temperatura, presión, e s ­fuerzo cortante, y (de menos importancia) por a g u a caliente.'—

Este es el tipo de metamorfismo que se llama metamor­fismo regional.

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En este estudio consideraremos solamente el metamorfis­mo regional.

En todas partes de la tierra, los sistemas orogénicos tienen ciertos aspectos en común. La mayoría son relacionados a un bloque estable que se llama el craíón o antepaís (menos los s is ­temas del mar que forman los arcos de i s las ) . Lo común de los sistemas orogénicos es que estén formados de tres zonas tectó­nicas — (1 ) una zona exterior que toca el antepaís dentro del cual las rocas están deformadas por flexión; esta zona se carac­teriza por pl iegues cerrados y estrechos, fallas inversas, y fallas de cabalgamiento. Se encuentran todos estos rasgos en la zona exterior del sistema Appalachiano y Auachita, ( 2 ) una zona interior dentro del cual las rocas están deformadas por esfuerzo cortante — h a y pliegues de esfuerzo cortante, fallas de cabalga­miento y napas de corrimiento^— y la textura de las rocas está bien caracterizada por clivaje de fractura y esquístosídad, y ( 3 ) una zona central dentro de la cual las rocas están deformadas y alteradas por procesos profundos de la corteza terrestre. En la zona e.xterior las rocas son sedimentarias y de facies miogeosin-clinal y eugeosinclinal, p legadas y afalladas fuertemente, pero poco metamorfizadas. El metamorfismo en la zona exterior es en su mayor parte débil y relacionado a las fajas de deformación más intensas — comunmente a lo largo de los ejes de pliegues grandes y en las zonas de mantos sobreescurridos (hojas de co -bijadura) . M u c h a s rocas en la zona exterior no están alteradas, aunque si deformadas. En la zona interior todas las rocas están alteradas por completo y la mayoría son rocas metasedimentarias. Aquí se encuentran las rocas diferenciadas por efectos de esfuer­zo cortante— hay pizarras y filitas con clivaje de fractura y e s ­quístosídad, milonitas, esquistos, etc. Las estructuras caracterís­ticas son las napas grandes y las grandes fallas de cabalgamien­to, que han transportado las rocas metamórficas de la zona interior, sobre las rocas sedimentarias de zona exterior, como mantos sobreescurridos.

En la zona central hay rocas cristalinas incluyendo vastos terrenos compuestos de gneis. El grado de la alteración es alto, cuerpos de rocas mezcladas •—es decir, migmatíta—• con la in­tercalación de bandas de roca ígnea con roca matasedimentaria — son comunes.

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Otra vez he expuesto un cuadro muy sencillo. Por s u p u e s ­to, cada zona orogénica n o está desarrollada en cada sistema orogénico. El nivel de desarrollo depende de muchos factores •— por ejemplo, el importe total de energía orogénica, la índole y forma del antepaís , la presencia de bloques macizos dentro d e l sistema, etc. En cuanto a los s istemas truncados, a fectados muy profundamente por la erosión, puede ser que la zona exterior (que no tienen una raíz profunda) haya sido removida en su t o ­talidad por la erosión. f-Ie descrito el armazón tectónico en g e ­neral.

El sistema Appalachiano se ext iende a lo largo del lado oriental del continente d e Norteamérica y muestra las tres zonas tectónicas bien desarrolladas. La zona exterior es la Valley and Ridge Tectonic Province. La zona interior se llama la Blue Ridge tectonic Province, y la zona central es la Piedmont Tectonic Province. D e más interés respecto a la geología de M é x i c o , es el sistema Ouachita, que toca a lo largo del lado meridional del continente de Norteamérica y que se ext iende dentro de M é x i ­co, (ver p l a n o ) . En los E s t a d o s U n i d o s de Norteamérica , es te sistema muestra dos zonas tectónicas distintas. La zona exterior está bien expuesta en la Sierra de Ouachi ta en los es tados de Oklahoma y Arkanzas y en la cuenca de Marat h ón en el e s tado de T e x a s . La zona interior n o está expuesta en los E s t a d o s U n i d o s , pero muchos pozos han penetrado en rocas metamórfi­cas de esta zona en la parte meridional de T e x a s debajo de la parte interior d e l a planicie costera. Sin embargo, las rocas de la zona central —si hay una zona central— n o han s ido p e n e ­tradas, tal vez existen a más profundidad y formen el b a s a m e n ­to d e l a planicie costera a gran profundidad.

En T e x a s se pueden delinear, de una manera aproximada, dos zonas tectónicas en el sistema Ouachita hasta la frontera de M é x i c o . H a s t a donde se ext ienden estas zonas en Méx ico? La zona exterior en la parte poniente d e T e x a s cont iene rocas p le­gadas y afal ladas de facies geosinclinal ( también inc luyendo ro­cas de facies plataforma a lo largo del frente orogénico) y con fajas de metamorfismo débil. La zona interior se compone de rocas metasedimentarias y meta- ígneas fuertemente cortadas. A lo largo del antepaís rocas del sistema Ouachita han sobreescu-rrido las rocas del antepaís , cuando menos por 16 kms., también, l as rocas d e la zona interior han sobreescurrido rocas de l a z o -

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na exterior. T e n e m o s la prueba en muchos pozos.

V a m o s a examinar los hechos geológicos en la parte sep­tentrional en M é x i c o : (véase plano a n e x o ) .

1.—^En la ladera poniente de la Sierra del Carmen en Cahuila, muy cerca del Río Bravo, afloran rocas metamórficas muy similares a las rocas de la zona interior del sistema Ouachi­ta al norte en los Es tados Unidos .

Parece ser un afloramiento de la zona interior del sistema Las edades radiométricas hechas en micas de los esquitos indi­can que el metamorfismo es Paleozoico.

2.—^En la región del Placer de Guadalupe aflora una se­cuencia de rocas paleozoicas incluyendo rocas ordovícicas hasta pérmicas que muestran una deformación de tipo Ouachita (es decir, orogén ica ) , pero son de facies: del antipaís o de facies plataforma. N o obstante la facies, las rocas están dentro del s is­tema Ouachita •— dentro de la faja estructural.

3. — E n la Sierra del Cuervo cerca de Aldama aflora una secuencia de arenisca y lutita ( en realidad casi filita) de tipo flysch muy deformada y cizallada —^probablemente de edad Paleozoica superior. El Ing. Manuel Alvarez Jr. sugirió que la Sierra del Cuervo podría ser un remanente de una hoja de cobi-jadura ( n a p a ) , esto evitaría el tener que suponer que el frente del sistema Ouachita sufre fuertes cambios de dirección forman­do curvas muy cerradas. As imismo permitiría considerar a la península de Coahuíla como constituida por el frente ya rígido del sistema Ouachita, lo cual explicaría su existencia y compor­tamiento tectónico posterior. Cuerpos lenticulares de caliza den­tro de la secuencia contienen fósiles de edad Wolfcamp. Estas rocas están dentro del sistema Ouachita probablemente en la zo­na exterior.

4.^—En la región de Acatita y Las Del ic ias hay más de 3 ,500 metros de rocas sedimentarías y volcánicas, en unos luga­res débilmente metamorfizadas y fracturadas de edad Paleozoica superior y de facies geosinclinal. Es tas rocas están penetradas por granito de edad Pérmica y posiblemente más joven. . . tal vez Triásica.

5.^—En la parte oriental de Coahuila hay una secuencia de

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arcosas de mucho espesor, y de edad Jurásica y pos iblemente Triásica también. La arcosa aflora y ha sido penetrada por v a ­rios pozos . U n pozo . Barril V i e j o o sea el S a n Marcos , penetró granodiorita. E n el Potrero de la Muía , en Coahuila, aflora un granito sobre el cual varios geó logos tienen opiniones diferentes .— a lgunos piensan que es de edad pre-Cretácica y otros p iensan que el granito ha penetrado en el Cretácico. Por todo eso , a mi modo de ver, es muy razonable considerar que en la región de Coahui la oriental hay en el subsuelo un terreno de granito de edad Pérmica o Triásica el cual es una parte de la zona interior del sistema Ouachita .

6.'—^Al noroeste, en el pozo P e y o t e s N o . 2 - A se encontra­ron las rocas metamorfizadas y fracturadas del mismo tipo que en la zona interior del sistema Ouachi ta en T e x a s . M á s al es te hay otro pozo bastante importante, el Chapa 101 en N u e v o León, que ha penetrado grauvaca metamorfizada y pizarra m u y pare­cidas a las rocas de una secuencia conocida en la zona interior del sistema Ouachita en la parte central de T e x a s .

— M á s al sur se enceuntra la región de Cd . Vic tor ia donde los cañones profundos de la Sierra M a d r e Oriental m u e s ­tran, en bloques afal lados, af loramientos de : ( 1 ) un terreno cristalino compuesto de gneis cuarzo-fe ldespát ico y granatífero y esquistos lustrusos con micas y grafito, y ( 2 ) una secuencia de rocas sedimentarias, fuertemente deformadas pero poco me­tamorfizadas, que en la parte superior ( P a l e o z o i c o Superior) t ie­nen el aspecto de una serie de facies tectónicas o sea flysch.

Gracias al trabajo del Sr. Ing. J. Carrillo, quién proporcio­n ó valiosa información que se utilizó en este trabajo, s a b e m o s que la secuencia entera es más o menos parecida a la facies O u a ­chita. Las rocas de edad Paleozoica inferior (Ordov íc i ca hasta D e v ó n i c a ) son en la mayoría calizas, lutitas, y rocas si l íceas en capas de lgadas a capas de espesor medio, y de colores oscuros . Las rocas de edad Paleozoica superior constan de una secuencia clástica de mucho espesor. H a y una alternancia de arenisca y lutita, y parece ser una secuencia de flysch.

A mi parecer, las relaciones geo lóg icas entre las rocas cris­talinas y la secuencia sedimentaria todavía no están claras. P o ­siblemente el terreno cristalino es una parte de un macizo anti ­guo dentro del sistema orogénico Paleozoico; las rocas s e d i m e n -

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tarias pudieran ser de un manto sobreescurrido^— pero eso es pura especulación y nada más. En los Estados U n i d o s las rela­ciones tectónicas dentro del sistema Ouachita son bastante com­plicadas .— pero en M é x i c o el armazón tectónico es aún más complicado a causa de la congruencia de un sistema orogénico más joven.

S..—^Yo no sé mucho sobre los afloramientos de rocas de edad pre-Mesozoica en los lugares de Aramberri, Catorce, y la parte septentrional de Zacatecas cerca de Concepción del Oro. La geología ha sido resumida por el Sr. Dr. D e Cserna, en su informe sobre la tectónica de la Sierra Madre. Probablemente estas rocas, la mayoría filitas y rocas volcánicas, están muy po ­co metamorfizadas y son de edad Paleozoico superior. Su po­sición en el armazón tectónico del sistema orogénico Paleozoico no es conocido. Probablemente, estas rocas están dentro de la zona interior o dentro de la parte de la zona exterior. Con los hechos que tenemos ahora, no se puede decir más que están dentro de una parte de un terreno tectónico, probablem.ente de edad Paleozoica.

Para resumir, puede decirse que a fines del Paleozoico en la parte septentrional de Méx ico , había una tierra tectónica, usando el término propuesto por Marshall Kay. T o d o s los ele­mentos característicos de dicha tierra tectónica han sido toma­dos en cuenta —rocas sedimentarias de facies geosinclinal, rocas volcánicas, rocas metamórficas, terrenos graníticos, estructuras orogénicas, y, dentro de las rocas, estructuras que indican defor­mación por esfuerzo cortante. Todavía no podemos distinguir la forma y el rumbo de las zonas tectónicas del sistema de México . Solamente podemos decir que sí había un sistema activo duran­te el Paleozoico Superior. U n a nota interesante •— en M é x i c o la tierra tectónica es bastante ancha y es más parecida al sistema Appalachiano que el sistema Ouachita en los Estados Unidos . En este país la parte interior del sistema Ouachita se ha hundi­do profundamente debajo de un cuerpo de muchísimo espesor de rocas sedimentarias de edad Terciaria-Cretácica. La parte in­terior del sistema Appalachiano no se ha hundido tan profun­damente. King ha sugerido que posiblemente la diferencia resulta de la intrusión de material granítico dentro de la corteza en la parte interior del sistema Appalachiano en los Estados

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U n i d o s y también en la parte interior del s istema Ouachi ta en M é x i c o , y la falta de tal material granítico en la parte del s is te­ma Ouachita en T e x a s , Louisiana y Mississ ippi .

E n este punto quiero hacer una pequeña disgres ión:

El término basamento es muy común. Cual es la s ignif i ­cación de esta palabra?. En realidad hay muchos sent idos d i fe ­rentes. E n el interior de los Es tados U n i d o s y en C a n a d á n o hay ningún problema. Las rocas Precámbricas subyacen a una secuencia sedimentaria (en unos lugares sedimentaría y vo lcáni ­ca ) — las rocas Precámbricas son cristalinas y el basamento y el Precámbrico son sinónimos. N o obstante , en otros lugares las rocas Precámbricas son sedimentarias^— que no están al teradas en ninguna manera —son basamento? E s correcto decir que t o ­das las rocas de edad Precámbrica son basamento o es mejor decir que las rocas cristalinas son basamento y no importa su edad? Prácticamente, aquellas rocas que forman un suelo d e b a ­jo de una secuencia sedimentaria o sedimentaria y volcánica — y debajo de las cuales no es práctico e.xplorar por razones e c o n ó ­micas y geológicas^— const i tuyen el basamento. Científicamente, las rocas debajo de las cuales no hay ningún contacto distinto ni ninguna interrupción regular hasta las profundidades de la cor­teza son el basamento. No importa la edad de las rocas.

El problema de basamento no es puramente un problema académico. Supongan ustedes que en un pozo se encuentra una secuencia de rocas deformadas, pero poco alteradas, y s u p o n ­gan más aún que todos los hechos indican que el pozo ha perfo­rado la zona exterior de un sistema orogénico . La pregunta es — constituyen éstas rocas un basamento práctico?. S e conoce que a lo largo del frente orogénico hay posibil idad de que las rocas del sistema orogénico hayan s ido afal ladas sobre las rocas de facies plataforma — c o m o mantos sobreescurridos— y debajo de la sección de rocas p legadas se hallarán rocas que pudieran formar un recipiente para petróleo y gas natural.

A lo largo del antepais todas las condic iones son favora­bles para una trampa estrutural.

Respecto a M é x i c o , el problema económico está bien d e ­finido y es el localizar el frente orogénico del sistema Paleozo ico . A lo largo de este frente y hacia el antepaís pudiera estar una

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cuenca o una plataforma donde las rocas Paleozoicas sean de facies favorables para el desarrollo de yacimientos de petróleo y gas natural. Por supuesto, no es un problema fácil. Se ten­drán que usar todas las evidencias estructurales, petrográficas, y estratigráficas desde la superificie y el subsuelo. M á s que un problema económico, es un problema fundamental a nuestro co­nocimiento de la arquitectura geológica del continente de N o r t e ­américa. Y o creo que M é x i c o es la clave para el conocimiento del crecimiento del continente, porque aquí en Méx ico se juntan en el espacio los sistemas orogénicos los cuales se han desarro­l lado a través del tiemo geológico.

La tarea primordial es estudiar con todo detalle todos los lugares donde las rocas de edad pre-Mesozoica afloran —^estudiar la estratigrafía, la estructura y la petrografía de las rocas. D e mucha importancia es la petrografía porque dentro de la textura de la roca está escrita la historia de todas las aventuras tectónicas que han tenido lugar.

PETER T. FLAWN

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