SALIDA DE CAMPOVOLCÁN DE PAIPA (BOYACÁ): GEOLOGÍA, POTENCIAL GEOTÉRMICO Y MINERO Presidente Congreso: JOSE JAIRO ESPITIA N. Decano, UPTC - Sede Seccional Sogamoso Vicepresidente: JAIME A. FUQUEN M. Presidente Capítulo Boyacá Sociedad Colombiana de Geología Secretario Ejecutivo: HÉCTOR A. FONSECA P. Director, Ingeniería Geológica, UPTC Libertad y Orden INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA INGEOMINAS República de Colombia Libertad y Orden INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA INGEOMINAS República de Colombia SALIDA DE CAMPO EL VOLCÁN DE PAIPA (BOYACÁ): GEOLOGÍA, POTENCIAL GEOTÉRMICO Y MINERO GUÍA DE EXCURSIÓN REFERENCIAS Alfaro, C., et al., 2005. Modelo Conceptual preliminar del sistema geotérmico de Paipa. INGEOMINAS. Corbett, G., Leach, T., 1998. Southwest Pacific rim gold-copper systems: Structure, alteration and mineralisation: Economic Geology, Special Publication 6, 238 p., Society of Economic Geologist. Manosalva, S., Naranjo, W., 2007. Caracterización metalográfica de las manifestaciones de mineral de hierro, Paipa (Boyacá, Colombia). Boletín de Ciencias de la Tierra. Medellín. Pardo, N., 2004. Estratigrafía de las vulcanitas asociadas al volcán de Paipa, municipios de Paipa y Tuta, Departamento de Boyacá. Colombia. Tesis de grado Universidad Nacional de Colombia-Bogotá. 190 p. Pardo, N., 2004. Mapa Geológico de Vulcanitas Paipa. INGEOMINAS. Pardo, N., Cepeda, H., Jaramillo, J.M., 2005. The Paipa Volcano, Eastern Cordillera of Colombia, South America (Part I): volcanic stratigraphy. Earth Sciences Journal. Bogotá. Valentino, M., 2009. Alteración hidrotermal del área geotérmica de Paipa (Boyacá). Informe Técnico Preliminar. INGEOMINAS, Bogotá. Velandia, F., Cepeda, H., 2004. Geología Sector Sur Municipio de Paipa. INGEOMINAS. Velandia, F., 2005. Interpretación de transcurrencia de las fallas Soapaga y Boyacá a partir de imágenes Landsat TM. Boletín de Geología Vol. 27 N° 1: 81-94. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga. SALIDA DE CAMPO VOLCÁN DE PAIPA (BOYACÁ):GEOLOGÍA, POTENCIAL GEOTÉRMICO Y MINERO AUTORES: FRANCISCO A. VELANDIA P. Subdirector Recursos del Subsuelo, INGEOMINAS SANDRA R. MANOSALVA S. Docente, Ingeniería Geológica, UPTC ESTACIÓN 7. Minas Paipa, Las Pilas y El Guarruz X: 1´108.539, Y: 1´125.087, altura: 2654 m.s.n.m. En el frente de explotación de las minas Paipa, Las Pilas y El Guarruz de la empresa CEMEX, afloran unidades que conforman la primera época eruptiva (figuras 24 y 25). Según Pardo (2004) son unidades de enfriamiento de flujos piroclásticos, mal seleccionados, de pómez y ceniza; a lo largo de paleo-valles disminuye el tamaño de grano y aumenta el contenido de matriz. La proporción de juveniles/accesorios/accidentales, varía de una unidad a otra. En la mina Paipa se encontró un bloque accidental de arenisca glauconítica dentro de un depósito de cenizas (Figuras 26 y 27). Ocasionalmente se encuentran fragmentos de carbón e intraclastos de paleosuelos que separan unidades de flujo acumuladas sucesivamente y con tiempos de reposo muy breves. El material está muy alterado a caolín. SEE PEE Figura 24. Corte de la cantera (mina El Guarruz) donde se observa el contacto irregular entre el material superior suelto, con erosión de cárcavas, y un material más compacto inferior. En la parte inferior se observan las marcas de la extracción de la puzolana. Figura 25. Mina Las Pilas PEE SEE Figura 26. Bloque de arenisca glauconítica envuelto en cenizas (mina Paipa). Qz G Figura 27. Arenisca glauconítica (imagen de microscopía óptica en nicoles paralelos). Qz=Cuarzo; G=Glauconita. ESTACIÓN 6. Mina Los Morros X: 1´125.130, Y: 1´108.250, altura: 2609m.s.n.m. En la mina Los Morros se encuentran bloques diseminados en el suelo, similares a pumitas, por ser muy livianos. Sin embargo son flujos piroclásticos, en donde la exposición a la superficie y el agua ha lixiviado la parte alterada dejando un esqueleto silíceo, que forma una costra superficial de color gris oscuro a negro muy porosa (figuras 22 y 23). Material explotado como puzolana (aditivo del cemento). Figura 22. Corte en la cantera de la Mina Los Morros. Flujo de ceniza, pómez y líticos. Se observa una fuerte alteración a caolinita. Figura 23. Bloque de roca volcánica, de aspecto pumáceo, probable relicto de alteración superficial, que ha dejado un material silíceo liviano. PRESENTACIÓN AGRADECIMIENTOS Como parte del XII Congreso Colombiano de Geología, esta guía de campo presenta en forma resumida un recorrido por sitios seleccionados de interés geológico que permiten conocer las características de los depósitos asociados al Volcán de Paipa, así como su potencial minero y las propiedades del sistema geotérmico. Se trata de una síntesis del estado del conocimiento del área a partir de los resultados obtenidos por INGEOMINAS durante los estudios de exploración geotérmica realizados en la zona de Paipa desde el año 2003, los cuales involucran temas de cartografía geológica, geología estructural, vulcanología, geoquímica de fluidos, petrografía, alteración hidrotermal y geofísica. Además de las investigaciones del grupo técnico de INGEOMINAS (Claudia Alfaro, Francisco Velandia, Jaime Mojica, Héctor Cepeda, Luis Vásquez, Wilson Quintero, Nelson Bernal, Alcides Aguirre), el Instituto apoyó la realización de tesis de vulcanología en la Universidad Nacional de Colombia (Pardo, 2004) y de geología estructural en la Universidad de Caldas (Raigosa y Robledo, 2004). La difusión de resultados se ha hecho a través de distintos eventos nacionales e internacionales de geología, geotermia e hidrogeología, así como en revistas especializadas de la Universidad Nacional de Colombia, Universidad Industrial de Santander e INGEOMINAS. En la actualidad INGEOMINAS continúa las investigaciones profundizando en temas de geofísica, geoquímica de fluidos, geología médica y recursos energéticos. Sobre el potencial minero, también se incluyen resultados y observaciones de estudios llevados a cabo por la UPTC. El objetivo de esta guía es resaltar la importancia geológica y geoturística del área de Paipa, como un volcán ubicado en medio de las rocas sedimentarias de la Cordillera Oriental de Colombia. Se brinda información geológica básica para que distintas personas interesadas (profesionales o no de las geociencias) puedan realizar el recorrido y conocer este importante patrimonio geológico del país. Para la elaboración de esta guía se contó con el especial apoyo de María Teresa Valentino e Ítalo Reyes Ch., docentes de la UPTC, Wilson Naranjo M., Consultor en geología y Claudia Alfaro V., Coordinadora del Proyecto de Exploración de Recursos Geotérmicos de INGEOMINAS, a quienes extendemos profundos agradecimientos. ESTACIÓN 5. Vía la Mesa X: 1´123.870, Y: 1´108.065 Afloramiento estratificado con capas gruesas de ignimbritas y capas delgadas de ceniza de colores amarillentos y rojizos. Ceniza con abundantes feldespatos, alteración a caolinita y óxidos de hierro (figuras 19 y 20). Unidad de la primera época eruptiva, de dominio freatomagmático (figura 21), descrita como ignimbrita cristalo-vítrea según Pardo (2004), presenta abundantes feldespatos potásicos, tipo sanidina (40%) en una matriz vítrea, según Valentino (2009). Cerca de esta estación se encuentra una explotación de la empresa Cerámicas Alfa. Figura 19. Ignimbrita cristalo-vítrea. Figura 20. Feldespatos en matriz caolinizada. Figura 21. Esquema de la primera época eruptiva (Alfaro et al, 2004) Tunja Paipa Volcán de Paipa Tuta Figura 1. El Volcán de Paipa está localizado en la Cordillera Oriental de Colombia, en el departamento de Boyacá, entre los municipios de Paipa y Tuta. ESTACIÓN 4. Mineral de hierro, sector La Capilla. X: 1´121.000, Y: 1´109.000, altura: 2700 m.s.n.m. En el sector La Capilla se encuentra una manifestación de hierro, formado a partir de fluidos volcánicos ácidos que transportaron el hierro en solución a través de fracturas, precipitando por oxidación como hematita, en una primera etapa y por cambios en las condiciones del medio se presentó reemplazamiento masivo por goethita y lepidocrocita, figuras 16, 17 y 18 (Manosalva et al, 2007). La presencia de minerales oxidados de hierro como hematita, goethita y jarosita es común en sistemas que circulan en niveles intermedios, donde hay interacción de fluidos hidrotermales, formados por proporciones variables de líquidos magmáticos y meteóricos, con rocas de altas concentraciones de sulfuros (principalmente pirita). Esta alteración está controlada principalmente por la temperatura y el pH moderadamente ácido de los fluidos hidrotermales (Corbett & Leach, 1998). Figura 16. Mineral de hierro, sector La Capilla. Figura 17. Mineral de hierro con textura coloiforme, botroidal, fibrosilado. Lm:Limonita, G:Goethita, H:Hematita. Figura 18. Reemplazo de Hematita (H) por Goethita (G). Falla Lineamiento Anticlinal, Sinclinal Cuenca Volcánico Municipio Gancho de flexión MARCO GEOLÓGICO REGIONAL La ubicación geológica del Volcán de Paipa en el centro de la Cordillera Oriental de Colombia constituye un tema de interés científico, ya que en esta parte del país, la cordillera está constituida principalmente por rocas sedimentarias de origen marino y de ambiente continental, mientras la actividad volcánica se localiza especialmente a lo largo de la Cordillera Central. El Volcán de Paipa aparece en medio de una secuencia del Cretácico Superior que se ha cartografiado en la zona como formaciones Une, Churuvita, Conejo y Plaeners, donde se alternan especialmente areniscas, shales, calizas y liditas. La parte inferior de la secuencia sedimentaria se observa hacia el oriente del volcán hasta donde la Falla de Soapaga la separa de una secuencia de rocas de origen continental del Paleógeno, la cual aflora en el Valle de Sugamuxi. Al occidente del volcán las unidades se hacen más jóvenes e involucran además rocas del Paleógeno y del Neógeno hasta la Falla de Boyacá, la cual constituye otro límite con rocas del Jurásico y más antiguas. Precisamente, las fallas de Boyacá (al occidente) y de Soapaga (al oriente) conforman un bloque tectónico en medio del cual se localiza el Volcán de Paipa (Figura 2). Se trata de estructuras de cabalgamiento con vergencia al oriente, con fallas asociadas que conforman "cuñas" y con otras fallas menores que rompen (desgarre) en forma oblicua la secuencia sedimentaria y que en el área tienen gran importancia para el tránsito de fluidos. Figura 2. Localización del Volcán de Paipa en esquema estructural de la zona central de Boyacá, entre las fallas de Boyacá y Soapaga. Modificado de Velandia, 2005. ESTACIÓN 3. Olitas X: 1´121.673, Y: 1´107.008, altura: 2587m.s.n.m. Al margen de la quebrada Olitas, en la depresión intracaldérica se encuentran depósitos de flujos de bloques y ceniza (figura 12). Los depósitos de flujos contienen fragmentos de traquitas, grawacas, esquistos de cordierita y cuarzoarenitas. Según Pardo (2004) se formaron 5 unidades de flujo muy mal seleccionados (figura 13), monolitológicos, sobre los cuales yacen 2 unidades de flujo de pómez y ceniza originadas por colapso de columnas y cerca de 14 m de depósitos epiclásticos de alta y moderada energía. Al norte del área, en el cerro El Mirador, cabecera de la Quebrada Olitas se encuentran unos domos volcánicos intracaldéricos, asociados con la segunda época eruptiva (figuras 14 y 15). En los domos se presentan rocas traquíticas, porfiroafaníticas, hipocristalinas, con fenocristales de sanidinas y plagioclasas, biotita y hornblenda como accesorios, algunos minerales con reemplazamiento a caolinita y clorita, y epidota por introducción. Figura 12. Depósitos epiclásticos de grano grueso sobreponen depósitos de fase de oleadas. Figura 13 Depósito de facies planas de ceniza. Figura 14. Flujos de bloques originados por colapso de domos. Figura 15. Domo localizado sobre la margen derecha de la Quebrada Olitas, visto desde el domo del Cerro Mirador. Domo Los modelos geológicos conocidos indican que las fallas de Boyacá y Soapaga actuaron como estructuras de tipo normal en la etapa de rifting que se presentó del Triásico-Jurásico al Cretácico temprano. Durante esta etapa distensiva son comunes también las fallas perpendiculares a las estructuras longitudinales (normales) y la consecuente configuración de bloques transversales en el basamento, donde posteriormente se depositó la secuencia de origen marino ya mencionada. En la etapa de levantamiento andino se presenta una inversión tectónica de las fallas de Boyacá y Soapaga, además de una reactivación de las estructuras transversales como fallas normales o de tipo distensivo por su disposición paralela con un esfuerzo principal Sigma 1. Esta distensión o apertura de las fallas transversales favorece el tránsito de fluidos profundos, incluso de origen magmático como el Volcán de Paipa o el Domo de Iza. La explicación geotectónica del volcanismo de la Cordillera Oriental es aún tema de investigación. Distintos autores lo han relacionado con subducción de la Placa Caribe en unos casos, o de la Placa de Nazca en distintos modelos (placa profunda o fragmento desprendido más al W), pero aún no existe una explicación científica que genere gran aceptación en el medio geológico. VOLCÁN DE PAIPA: GEOLOGÍA - POTENCIAL GEOTÉRMICO Y MINERO El Volcán de Paipa es una geoforma muy erosionada con depósitos piroclásticos asociados, a partir de los cuales Pardo (2004) define las características geológicas del sistema volcánico: -En una primera época eruptiva se conforma un edifico volcánico con depósitos de erupciones magmáticas y freatomagmáticas. -Posterior colapso del edifico y formación de una caldera de diámetro aproximado de 3 km. - En una segunda época eruptiva se presentaría una reactivación de la actividad intracaldérica con eventos más recientes, pero inferiores a 2.1 - 2.5 Ma (no hay edades determinadas); esta actividad se expresa en la formación de domos con colapso gravitacional, caída de cenizas con lapilli acrecionales y oleadas piroclásticas, todo bajo dominio freatomagmático, que según Pardo (2004) pone en evidencia la abundancia de agua y su interacción con el magma (figura 3). Estos depósitos representativos de cada una de estas etapas de actividad volcánica se muestran en el mapa anexo (figura 4). Figura 3. Esquema de la historia eruptiva simplificada del área volcánica de Paipa (Alfaro et al, 2005). Ks Domos intracaldéricos Flujos piroclásticos por colapso de domos PRIMERA EPOCA ERUPTIVA SEGUNDA EPOCA ERUPTIVA Flujos piroclásticos de ceniza y pomez ESTACIÓN 2. Margen occidental del valle de la Quebrada Honda Grande X: 1´122.606, Y: 1´107.210, altura: 2450m.s.n.m., vereda: El Molino Sobre la vía, se encuentra un depósito piroclástico, originado por oleadas y caídas de ceniza y bloques, de la segunda época eruptiva de actividad freatomagmática (figura 8), con huellas de impacto; los bloques accidentales son metamórficos y pómez. Se observan capas matriz-soportadas alternadas con capas clasto-soportadas ricas en lapilli (figura 9). El segmento superior de la unidad es epiclástico de ambientes fluviales. Dentro de la caldera se ubica un pequeño domo en el sector nororiental (figura 10), compuesto por traquitas, de textura porfiroafanitica, hipocristalina, con fenocristales de sanidinas y plagioclasas en matriz vítrea (figura 11), presenta como máficos hornblenda y biotita, con trazas de magnetita y pirita, los feldepatos presentan caolinización (Valentino, 2009), geoquímicamente corresponden con riolitas y traquitas con afinidad alcalina (Pardo, 2004). Los feldespatos pueden alcanzar 1.5 cm de largo. Figura 8. Corte que muestra el flujo de cenizas y bloques. Figura 9. Capas de lapilli. Figura 10. Afloramiento del domo en la Quebrada Honda Grande. Figura 11. Traquitas, fenocristales de sanidinas y plagioclasas en matriz vítrea. Domo La edad de un fragmento juvenil de domo fue calculada por el método Ar/Ar entre 2.1 a 2.4 Ma (Pardo, 2004). Geotérmica Italiana (1981) realizó una datación isotópica K/Ar en biotita de rocas de los domos volcánicos e indicó una edad de 2.5+/- 0.06 Ma, equivalente al Plioceno tardío. Japan Consulting Institute (1983) sugiere que estas rocas pueden tener edades hasta del Pleistoceno. Este Volcán de Paipa hace parte de un sistema geotérmico, donde además de la fuente de calor profunda de alta temperatura (magmática), se han identificado características geológicas favorables, como estratos permeables y sistemas de fracturas, y de agua en cantidades suficientes, incluyendo agua meteórica de circulación profunda (Alfaro, et al., 2005). Paipa es ampliamente conocido por las aguas termales de alta temperatura (76°C) con aprovechamiento turístico, pero se ha identificado buen potencial para generación de energía eléctrica debido a las características de todo el sistema geotérmico: - La fuente de calor es magmática de edad inferior a 2,1 Ma y se presenta intensa alteración hidrotermal. - El reservorio es profundo, probablemente asociado a fallas distensivas (transversales) que alcanzan el basamento ígneo- metamórfico, las cuales sirvieron además para el ascenso del magma. - En la zona se presentan rocas con porosidad primaria, alta porosidad secundaria y fallas de desgarre que cortan la secuencia sedimentaria, aspectos que favorecen la extensión del reservorio a niveles más superficiales, aumentando el tamaño del sistema geotérmico. Las rocas presentes en el volcán de Paipa, constituyen un interés para la prospección de minerales industriales. Depósitos piroclásticos son explotados como material puzolánico por la industria del cemento. Traquitas en los domos volcánicos son fuente de feldespatos alcalinos, tipo anortoclasas y sanidinas, utilizados en la fabricación de cerámica. Bentonitas y caolines han sido formados por alteración hidrotermal del vidrio y feldespatos. Manifestaciones de goethita, hematita y limonita, se encuentran en zonas de fracturas, relacionados posiblemente con fluidos volcánicos ácidos que llevaron el hierro en solución y fueron depositados por oxidación. Las zonas de alteración hidrotermal identificadas alrededor del volcán no permiten establecer por ahora un potencial para minerales metálicos, diferentes al hierro. Asociado al vulcanismo se presentan aguas termales ricas en sulfato de sodio, explotado en piscinas de desecación, y depósitos de diatomitas, formados en cuencas lacustres intramontanas, en donde las caídas de cenizas permitieron la proliferación de diatomeas, al suroriente del volcán, en los municipios de Tuta, Siachoque, Chivatá y Tunja. En los alrededores de Paipa, las unidades sedimentarias producen recursos explotables que hacen importante la industria minera de esta zona en el país. Calizas, materia prima del cemento, de la Formación Tibasosa; carbones de la Formación Guaduas; liditas como recebo y fosfóritas para la fabricación de abonos se extraen de la Formación Plaeners; arenas y lodolitas de las Formaciones Une, Labor y Tierna, Guaduas y Bogotá. ESTACIÓN 1. El Batán X: 1´125.360, Y: 1´106.770, altura: 2434 m.s.n.m. En la intersección de la Quebrada Honda Grande y la falla El Batán, se encuentran capas verticales de pedernal fosilífero (liditas) con alternancia de lodolitas de la Formación Plaeners (figura 5). Los microfósiles han desaparecido por silicificación, las lodolitas presentan minerales arcillosos por alteración (caolinización). El afloramiento evidencia una alta porosidad secundaria que caracteriza a la Formación Plaeners y pliegues tipo chevron resultado de efectos gravitacionales por la inclinación de la unidad (figura 6), relacionado con el frente de una falla de cabalgamiento con vergencia al nororiente. El cruce de fallas genera zonas promisorias para la exploración de aguas termales. En esta zona la intersección de las fallas longitudinales, Batan y Rancho Grande, favorece la migración de fluidos, presentándose manantiales de alta temperatura, entre 50 y 76ºC. Detrás de la piscina La Playa, en la vega de la quebrada Honda Grande, se encuentran bloques con óxidos de hierro y pátina de material muy fino blanco (sulfatos) (figura 7) y en las partes muy húmeda o con agua estancada, eflorescencias cristalinas arborescentes de mirabilita (Na SO .10H O) y tenardita (Na SO ). 2 4 2 2 4 Figura 5. Caolinización de las liditas. Los estratos están en posición vertical. Figura 6. Pliegues tipo chevron. Manantial caliente. Figura 7. Bloque de arenisca en parte oxidada con polvo blanco acumulado especialmente en las partes escavadas. a a P a i p MONUMENTO PANTANO DE VARGAS 11 7 0 N 2 0 0 1 1 1 2 0 0 0 E 1 1 17000N Ku Kt Kit Klp Kpl Klp Kpl NgQt NgQt Kc Kch 1 1 0 4 0 0 0 E Estación Caldera Intracaldera E4 Q QgQt Pgb Kpgg Klt Klp Kpl Kc Kch Ku Kt J-Pz Pz Qhb NgQv Figura 4. Mapa Geológico de Vulcanitas Paipa. Pardo, N. (2004). INGEOMINAS. Geología del sector sur Municipio de Paipa. Velandia, F., Cepeda, H. (2004). INGEOMINAS.