+ All Categories
Home > Documents > (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

(García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

Date post: 28-May-2017
Category:
Upload: auguste-suarez
View: 214 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
26
MEDIUM-PRESSURE METAMORPHISM IN THE CENTRAL SANTANDER MASSIF, EASTERN CORDILLERA, COLOMBIAN ANDES García, C. A. 1 ; Ríos, C. A. 1 ; and Castellanos, O. M. 2 1 Escuela de Geología, Universidad Industrial de Santander, A. A. 678, Bucaramanga, Colombia. 2 Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia. ABSTRACT The Central Santander Massif exposes its metamorphic basement, which mainly consists of medium- to high-grade pelitic schists, paragneisses, migmatites and orthogneisses. For delineating its metamorphic evolution, we have examinated mineral assemblages, metamorphic reactions and P-T conditions of metamorphic rocks of this region. Metamorphism has occurred under conditions of high-temperature and medium-pressure (Barrovian type metamorphism), and three metamorphic zones were developed: staurolite-kyanite, sillimanite and migmatite zones. Pressure and temperature conditions, estimated by TWQ program, are in the range of 5.0-9.5 kbar and 630-727 o C. The P-T path of the metamorphic units is clockwise suggesting a collision model for this region of the Colombian Andes. Keywords: Metamorphism; Santander Massif; Barrovian type; P-T path; collision METAMORFISMO DE PRESION INTERMEDIA EN LA REGION CENTRAL DEL MACIZO DE SANTANDER, CORDILLERA ORIENTAL, ANDES COLOMBIANOS RESUMEN La región central del Macizo de Santander expone su basamento metamórfico, el cual consiste de esquistos pelíticos, paraneises, migmatitas y ortoneises de medio a alto grado. Para delinear su evolución metamórfica, hemos examinado las paragénesis minerales, reacciones metamórficas y condiciones de P-T de las rocas metamórficas de esta región. El metamorfismo ocurrió bajo condiciones de alta temperatura y presión intermedia (metamorfismo tipo Barroviano), con el desarrollo de tres zonas metamórficas: estaurolita-cianita, silimanita y migmatita. Las condiciones de presión y temperatura, estimadas mediante el programa TWQ, están en el rango de 5.0-9.5 kbar y 630-727 o C. La trayectoria de P- T de las unidades metamórficas es en sentido horario sugiriendo un modelo de colisión para esta región de los Andes Colombianos. Palabras claves: Metamorfismo; Macizo de Santander; tipo Barroviano; trayectoria de P-T; colisión. Boletín de Geología Vol. 27, No. 2, julio-diciembre de 2005
Transcript
Page 1: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

MEDIUM-PRESSURE METAMORPHISM IN THE CENTRALSANTANDER MASSIF, EASTERN CORDILLERA,

COLOMBIAN ANDES

García, C. A.1; Ríos, C. A.1; and Castellanos, O. M.2

1 Escuela de Geología, Universidad Industrial de Santander, A. A. 678, Bucaramanga, Colombia.2 Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia.

ABSTRACT

The Central Santander Massif exposes its metamorphic basement, which mainly consists of medium- to high-gradepelitic schists, paragneisses, migmatites and orthogneisses. For delineating its metamorphic evolution, we have examinatedmineral assemblages, metamorphic reactions and P-T conditions of metamorphic rocks of this region. Metamorphism hasoccurred under conditions of high-temperature and medium-pressure (Barrovian type metamorphism), and threemetamorphic zones were developed: staurolite-kyanite, sillimanite and migmatite zones. Pressure and temperatureconditions, estimated by TWQ program, are in the range of 5.0-9.5 kbar and 630-727

oC. The P-T path of the metamorphic

units is clockwise suggesting a collision model for this region of the Colombian Andes.

Keywords: Metamorphism; Santander Massif; Barrovian type; P-T path; collision

METAMORFISMO DE PRESION INTERMEDIA EN LA REGION CENTRAL DEL MACIZO DESANTANDER, CORDILLERA ORIENTAL, ANDES COLOMBIANOS

RESUMEN

La región central del Macizo de Santander expone su basamento metamórfico, el cual consiste de esquistos pelíticos,paraneises, migmatitas y ortoneises de medio a alto grado. Para delinear su evolución metamórfica, hemos examinado lasparagénesis minerales, reacciones metamórficas y condiciones de P-T de las rocas metamórficas de esta región. Elmetamorfismo ocurrió bajo condiciones de alta temperatura y presión intermedia (metamorfismo tipo Barroviano), conel desarrollo de tres zonas metamórficas: estaurolita-cianita, silimanita y migmatita. Las condiciones de presión ytemperatura, estimadas mediante el programa TWQ, están en el rango de 5.0-9.5 kbar y 630-727

oC. La trayectoria de P-

T de las unidades metamórficas es en sentido horario sugiriendo un modelo de colisión para esta región de los AndesColombianos.

Palabras claves: Metamorfismo; Macizo de Santander; tipo Barroviano; trayectoria de P-T; colisión.

Boletín de GeologíaVol. 27, No. 2, julio-diciembre de 2005

Page 2: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 44 44 44 44 4

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

INTRODUCTION

The Santander Massif is located into the northern part ofEastern Cordillera of the Colombian Andes. The basementof this massif is composed by igneous and metamorphicrocks, which reflect a complex geological history. Duringthe last years, the Santander Massif metamorphic rockshave been studied to know their mineral compositions,textural and microstructural features, mineral chemistryand thermobarometric estimates. Some of these studieshave been focused to determine the tectono-metamorphicevolution of the southwestern Santander Massif region,which has constitued a valuable contribution forinterpretation of geologic and tectonic evolution of thenorthwestern continental margin of South America.

The purpose of this paper, which is concerned with thedescription of a high-T and medium-P facies series of thecentral Santander Massif, is to determine the P-T pathfollowed by the metamorphic basement. Thereconstruction of the tectono-metamorphic evolution ofthese metamorphic rocks is based on the detailedpetrographical study, reaction history, chemistry of theconstituent minerals, and geothermobarometry, and theresults of this are very important to understand theevolution of orogenic processes of the Andes.

GEOLOGICAL SETTING

The Santander Massif is situated in the northeastern partof Colombia (FIGURE 1). The basement complex of the

Y=1́

147.

000

Y=1́

132.

000

X=1´290.0000

X=1´305.0000������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������

������������

������������������

���������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������

����������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������

�����

���������������������������������������������

Kf s+Sil

MUTISCUA

CALIFORNIA

PCM-156

PCM-16PCM-19

PCM-20PCM-21

PCM-29PCM-907

PCM-905PCM-985

PCM-972PCM-974

PCM-965

PCM-737

PCM-666

PCM-636

PCM-351

PCM-1144

PCM-855

PCM-766

PCM-618

Staurolite-Kyanite ZoneUpper

SillimaniteZone

LowerSillimaniteZone

VETAS

St+Ms+Q

tzG

rt+Sil+Bt

Ms+Q

tz

4035

35

50

35

5065

506 5

50

35

45

70

35

5 km

Y=1́

147.

000

Y=1́

132.

000

X=1´290.0000

X=1´305.0000������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������

������������

������������������

���������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������

����������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������

�����

���������������������������������������������

Kf s+Sil

MUTISCUA

CALIFORNIA

PCM-156

PCM-16PCM-19

PCM-20PCM-21

PCM-29PCM-907

PCM-905PCM-985

PCM-972PCM-974

PCM-965

PCM-737

PCM-666

PCM-636

PCM-351

PCM-1144

PCM-855

PCM-766

PCM-618

Staurolite-Kyanite ZoneUpper

SillimaniteZone

LowerSillimaniteZone

VETAS

St+Ms+Q

tzG

rt+Sil+Bt

Ms+Q

tz

4035

35

50

35

5065

506 5

50

35

45

70

35

5 km

Y=1́

147.

000

Y=1́

132.

000

X=1´290.0000

X=1´305.0000������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������

������������

������������������

���������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������

����������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������

�����

���������������������������������������������

Kf s+Sil

MUTISCUA

CALIFORNIA

PCM-156

PCM-16PCM-19

PCM-20PCM-21

PCM-29PCM-907

PCM-905PCM-985

PCM-972PCM-974

PCM-965

PCM-737

PCM-666

PCM-636

PCM-351

PCM-1144

PCM-855

PCM-766

PCM-618

Staurolite-Kyanite ZoneUpper

SillimaniteZone

LowerSillimaniteZone

VETAS

St+Ms+Q

tzG

rt+Sil+Bt

Ms+Q

tz

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������

������������

������������������

���������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������

����������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������

�����

���������������������������������������������

Kf s+Sil

MUTISCUA

CALIFORNIA

PCM-156

PCM-16PCM-19

PCM-20PCM-21

PCM-29PCM-907

PCM-905PCM-985

PCM-972PCM-974

PCM-965

PCM-737

PCM-666

PCM-636

PCM-351

PCM-1144

PCM-855

PCM-766

PCM-618

Staurolite-Kyanite ZoneUpper

SillimaniteZone

LowerSillimaniteZone

VETAS

St+Ms+Q

tzG

rt+Sil+Bt

Ms+Q

tz

4035

35

50

35

5065

506 5

50

35

45

70

35

5 km

SANTANDERMASSIF

Mesozoic-Cenozoic sedimentary rocks�������������������� Triassic-Jurassic intrusive rocks�������������������� Orthogneiss Formation

Silgará FormationBucaramanga Gneiss Formation����������

���������� MigmatitesIsogradLithological contactFault

LEGENDLEGEND

��������������������

Metamorphic foliation 35

SANTANDERMASSIF

Mesozoic-Cenozoic sedimentary rocks�������������������� Triassic-Jurassic intrusive rocks�������������������� Orthogneiss Formation

Silgará FormationBucaramanga Gneiss Formation����������

���������� MigmatitesIsogradLithological contactFault

LEGENDLEGEND

��������������������

Metamorphic foliation 35

FIGURE 1. Generalized geological map of the Santander Massif (left side), showing the distribution of the metamorphic (grey colour), igneous(black colour) and sedimentary (white colour) rocks modified after Goldsmith et al. (1971), as well as the study area, and geological map of thecentral Santander Massif (right side) modified after Ward et al. (1973).

Page 3: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 54 54 54 54 5

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

Santander Massif comprises metamorphic rocks of pre-Devonian age, which are cut by intrusive bodies of Triassicto Cretaceous ages (e.g. Goldsmith, 1971; Boinet et al.1985), although age of several igneous bodies is still underdebate, due to scarce isotopic data. The metamorphicrocks of this basement have been divided into three unitsfrom bottom to top Bucaramanga Gneiss (BG), SilgaráFormation (SF), and Orthogneiss (O). The basement ofthe Santander Massif is unconformably overlain byunmetamorphosed rocks of the Floresta Formation.Carboniferous and Permian clastic to calcareous sedimentsunconformably overlain this unit. However, due to pre-Cretaceous erosional events, the occurrence of thesesequences is restricted. Triassic sedimentary rocks of theTiburón Formation overlay these sequences. Post-Paleozoic sediments, which overlay the Upper Paleozoicmarine sediments, include the Bocas and Jordánformations. The latter consists of fine-grained red bedswith interlayered volcanic rocks and intrusive clasts, whichis discordantly overlain by the red bed sequence of theGirón Formation of Jurassic age. Cretaceous sedimentaryrocks occur around the Santander Massif and arepreserved as erosional relicts.

The first study on the geology of the Santander Massifwas done by Julivert (1958, 1959, 1961a, 1961b, and1963, 1970), and later described in detail by Ward et al.(1973). Most of the previous studies have used mainlygeological, structural, paleontological or isotopic data todecipher the evolution of the Santander Massif. Structuralstudies in the Santander Massif have been generally relatedto stratigraphic work. Julivert (1970) discusses mainlythe relationships between basement and sedimentary cover,since these determine the main structural features of theEastern Cordillera.

The Santander Massif is a structurally uplifted block, limitedto the west by the Bucaramanga - Santa Marta Fault andto the east by the fault system Pamplona - Cubogón -Mercedes. According to Ward et al. (1973), in theSantander Massif the foliation and fold orientations areapproximately similar in the BG, SF and O metamorphicrocks. Regionally, these orientations are N-S, and tend tobe parallel to the axis of the orogenic belt (EasternCordillera), showing local variations and discontinuitybecause of the presence of intrusive bodies of the SantanderPlutonic Complex and covering of sedimentary rocks.Restrepo-Pace (1995) proposes for the Santander Massiffault system a shear-couple model. The model requiresleft lateral sense of shear along bounding faults i.e. theBucaramanga Fault on the west and the Pamplona thrust-front on the east, the development of northwesterly

trending antithetic faults, counterclockwise rotation of rigidinternal blocks and inversion of Mesozoic NS trendingextensional structures.

The first study on the metamorphism of the SantanderMassif was done by Ward et al (1973). Studies based ona collecting of information about the distribution of faciesof metamorphism in Colombia are presented by Maya,1997. More recent works (e.g., Restrepo-Pace, 1995;Schafer et al. 1998; García y Ríos, 1997; García yCastellanos, 1998; Ríos, 1999; Ríos and Takasu, 1999;García y Ríos, 1999; García y Campos, 2000; Castellanos,2001; Ordoñez; 2003; Ríos et al. 2003; Cardona, 2003)have placed considerable reliance in the results ofmineralogical, petrographical, geochemical,thermobarometric, and geochronological studies of themetamorphic rocks in different regions of the SantanderMassif.

The metamorphic sequence exposed in the study area,which is extended from California to Mutiscua,corresponds to the CSM. A generalized geological map ofthe study area is shown in FIGURE 1. The oldest lithologicunit in the CSM corresponds to the BG that crops outbetween California and Vetas towns and is a sequenceconsisting of pelitic and mafic gneisses, with subordinateamounts of amphibolites, migmatites which wasmetamorphosed to high grade. The SF, a younger andoverlying unit, is a middle- to high-grade metamorphicsequence, which consists of metapelitic rocks withintercalations of metamafic, quartzfeldspar andmetacarbonate rocks. It partially envelops the BG and Ounits and crops out from southern part of Berlin towardsthe north, as well as to the west of the Mutiscua Fault. Itslithology changes in composition to the west, from top tobottom, from marble through different varieties of micaschist to quartzite. The O unit occurs to the southwest,north and northeast of Berlín, and is highly distributed inthe middle- and high-grade metamorphic rocks. It consistson quartz-feldspar and biotite gneiss and generally showsconcordant foliation and lineation with those of neighboringof the BG and SF metamorphic rocks. The contactbetween the Silgará Formation and the Orthogneiss isintrusive, which evidence the emplacement of orthogneissmasses. The contact relationship between the BG and SFmetamorphic rocks is unclear but is probably anunconformity (Ward et al., 1973).

The most important structural feature in the CSM (Páramode Santurbán) is represented by a broken gneiss dome.The SF dips separating from this dome on the easternpart and surrounds the BG and O units in the southern

Page 4: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 64 64 64 64 6

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

part. The foliation in the BG strikes from NE to NW,changing suddenly. For example, near to Vetas it is defineda general pattern of direction NE, dipping 60-85oSE. Itdips to the west on the western part and dips to the easton the central part of the study area, and it is possible thatthis reflects a folding structure. On the other hand, thefoliation is also defined by a preferred orientation NE inthe SF and O metamorphic rocks, because in the SF itstrikes N15-20oE, dipping 30-35oSE, whereas in the O itstrikes N15-18ºE, dipping 30-40ºSE, which is in agreementbetween these metamorphic units and could reflect acommon metamorphic event for them.

PETROGRAPHY

A detailed petrographic study of thin sections was carriedout on specimens collected in the CSM to ascertain bothmineral assemblages and textural and microstructuralfeatures in the metamorphic rocks. The petrography studywas developed in the Geology Research Laboratory of theUniversidad Industrial de Santander, Guatiguará ResearchCenter (Colombia). The studied metamorphic rocks of thestudy area are described below. FIGURE 2 illustrates themain petrographical aspects of the metamorphic rocks inthe CSM. Mineral abbreviations are after Kretz (1983).

Bucaramanga Gneiss (BG)

The BG comprises pelitic (biotite gneisses), mafic(hornblende gneisses, biotite-hornblende gneisses andamphibolites), and quartzfeldespathic (quartzfeldspargneisses and quartzites) rocks, which show a bandedaspect. The pelitic and mafic rocks predominate in thismetamorphic unit. Gneisses are the more common rocksin this unit and their main minerals are quartz, plagioclase,potasium feldspar, as well as sometimes biotite, hornblendeor sillimanite. Garnet and sometimes biotite, hornblendeor sillimanite constitute minor minerals. Common accesoryminerals are sphene, rutile, Fe-Ti oxides, garnet, zirconand apatite. Quartzfeldespathic rocks are interlayered intothe pelitic rocks; they are quartzfeldspar-rich rocks withsubordinate amounts of garnet, sillimanite, biotite andmuscovite, and accesory minerals such as zircon andapatite. A granoblastic texture is mainly dominant, and alepidogranoblastic texture sometimes occurs. The maficrocks show a banded to massive structure and correspondto gneisses with major minerals such as hornblende andbiotite, which predominate on quartz and feldspar.Muscovite is a minor mineral. Accesory minerals aresphene, zircon and apatite. Amphibolites containhornblende and plagioclase, while quartz, biotite, spheneand apatite are minor or accesory minerals. The dominant

texture in these rocks is granoblastic ornematogranoblastic. The compositional and texturalvarieties of gneisses are not cartografiables, and they areinterlayered into the metamorphic sequence.

Metapelites from the migmatite zone show a banded,microfolding or nebulitic structure characterized by agneissic layering defined by millimetre-scale alternatingmicaceous and quartzfeldespathic domains. Theysometimes vary in composition from biotite-bearingmigmatite to hornblende-bearing migmatite and are mainlycompossed by quartz, plagioclase, potasium feldspar,biotite, and hornblende, with minor epidote and opaqueminerals. The quartzfeldespathic domains have a coarse-grained granitic mineralogy and form continuous layersor small boudinaged pods, and the granitic leucosome couldrepresent the in situ segregation of the melt, whereas themicaceous domains are compossed by biotite orhornblende, fibrolitic sillimanite and sometimes minormuscovite. Fibrolitic sillimanite sometimes forms elongatedwhitish nodules up to 1.5cm in size parallel to the stretchinglineation, which can be interpreted as being due to partialmelting.

Silgará Formation (SF)

The SF is composed of a metamorphic sequence, whichis characterized by interlayered pelitic schists and maficrocks, and displays a well-developed schistosity. The mostobvious structure in these rocks is a dominant schistosityor slaty cleavage, which may be developed at the sametime with the first-generation of folds and thrusts orsuperimposed upon older structures. In general, laterstructures such as flat-lying crenulations, small chevronfolds and kink bands overprint the main foliation. The SFin the study area comprises four petrochemical types ofmetamorphic rocks: pelitic, semipelitic, mafic andcarbonate rocks, which are described below.

Pelitic rocks (feldspar-micaschists and micaschists) arethe major constituents of the Silgará Formation in thisarea, showing a schistose or sometimes slaty cleavagestructure. They contain muscovite, biotite, quartz andplagioclase as major minerals. The modal contents ofstaurolite and sillimanite changes highly and these mineralsbecome to be accesory or major phases. Garnet and opaqueminerals are minor minerals, and tourmaline, kyanite,graphite, sphene; zircon and apatite are accesory minerals.Andalusite or kyanite sometimes occurs as a minor phaseand plagioclase occurs as a minor or accesory phase,although this mineral could be absent. These rocks displaya granolepidoblastic to porphyroblastic (in a

Page 5: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 74 74 74 74 7

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

2,0 2,0

2,0 2,0

2,0 2,0

FIGURE 2. Main petrographic features in metamorphic rocks of the central Santander Massif. (a) Garnet porphydoblast displaying sectorzoning due to the concentration of inclusions in interfacial borders. Observe the assymetrical pressure shadow around garnet. (b) Relict ofgarnet as inclusion in staurolite porphydoblast, which shows numerous quartz inclusions that define an internal schistosity (Sint) discordant withthe main fabric of the rock (Sext). (c) Kyanite crystals showing high relief, well-developed and marked cleavaje and partition parallel to (001)approximately to straight angles with the lenght of the crystals. (d) Fibrolitic sillimanite growing after kyanite crystals. (e) Microcrenulatedstructure in biotite-sillimanite gneiss, in which sillimanite appears to be developed after biotite reeplacement. (f) Prismatic sillimanite, in whichsome crystals are cut perpendicular to their lenght and show diamond-shape cross sections with cleavaje after (010).

granolepidoblastic matrix) texture. They often showmacroscopically recognizable garnet and stauroliteporphyroblasts, which contain abundant inclusion trailsforming an internal foliation, although andalusite or kyaniteporphyroblasts sometimes occur in these rocks. Internalfoliation in staurolite and/or garnet is marked by quartz

and ilmenite inclusions and is continuous with the externalfoliation of the rock, which is defined by biotite andmuscovite. Rotation of the internal foliation in stauroliteand/or garnet porphyroblasts indicates a dextral or sinistralsense of shearing.

a b

c d

e f

mm. mm.

mm.mm.

mm. mm.

Page 6: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 84 84 84 84 8

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

Semipelitic rocks comprise quartz-feldspar schists, mica-quartz schists, feldspar quartzites, mica-feldspar quartzites,muscovite quartzites and feldspar quartzites and show aschistose, banded or massive structure. Quartz, muscoviteand sometimes plagioclase, andalusite and kyanite are majorphases. Minor minerals are garnet, muscovite, andalusiteor kyanite, and ocasionally biotite and opaque minerals.The accesory minerals are tourmaline, sphene, zircon,apatite, epidote and/or clinozoisite, and biotite. These rocksshow a porphyroblastic (in a lepidogranoblastic matrix)texture, although it is locally lepidogranoblastic orgranoblastic. Plagioclase, staurolite, garnet and andalusiteor kyanite porphyroblasts commonly occur, although invariable modal contents, sometimes with quartz andmuscovite inclusions, producing a poikiloblastic texture.Mafic rocks (amphibole schists and biotite-amphiboleschists) occur as thin layers in the contact between marbleand semipelitic rocks. The major minerals in these rocksare hornblende and quartz, whereas epidote and garnetcan be minor or accesory phases. They may representdykes and sills emplaced prior to deformation andmetamorphism. Schäfer et al. (1998) carried out a studyon petrology and geochemistry of the mafic rocks of theSF in the southwestern Santander Massif, according tothese authors, the content of major and trace elementsindicate a magmatic origin for these rocks.

Carbonate rocks are represented by marble, which showsa massive structure and they are mainly composed bycalcite, which is a major mineral, with subordinate amountsof quartz, epidote and zoisite that, in general, do not reachthe 2 % modal content of these rocks.

Orthogneiss (O)

This metamorphic unit comprises mafic (biotite-hornblende gneisses) and felsic (quartz-feldspar gneisses)rocks. The mafic rocks show a massive structure or apoorly developed foliation. They are hornblende-rich rockswith plagioclase and biotite as major mineral phases. Quartzis a minor mineral, and epidote and apatite are accessoryminerals. The felsic rocks show a gneissose and,sometimes, augen structure. Quartz and feldspar are the

main mineral phases, reaching more than the 95 % modalcontent of these rocks. Microcline and plagioclase are thedominant feldspar and their modal content is variable.Minor minerals are hornblende and biotite, although theseminerals can be absent. Accesory minerals are zircon,apatite, epidote, clinozoisite and sphene. These rockscommonly display a lepidogranoblastic texture with biotiteshowing a preferred orientation following the main foliationof the rock. However, they sometimes display agranoblastic texture. Pertitic microcline usually occurs inthese rocks.

MINERAL ASSEMBLAGES

TABLE 1 shows the different mineral assemblages in themetamorphic rocks at CSM, being the metapelitic rocksthe most important lithology in the study area.

According to the mineral assemblages in pelitic andsemipelitic rocks of the CSM, these rocks belong to thestaurolite-kyanite and sillimanite zones of the Barrovianzonal scheme, which have defined the regional thermalstructure of the metamorphic rocks in the study area,although a migmatite zone is locally observed (FIGURE1). Barrovian metamorphism is a common, widespread,large scale metamorphism typically associated with majororogenic (mountain building) events. The metamorphiczones are related to regional dynamothermalmetamorphism. The boundary of the metamorphic zonesare defined by the first appearance of the index mineralsin pelitic rocks, although the term reaction-isograd ispreferred better than isograd, because a reaction-isogradwill provide a better petrogenetic information, taking intoaccount that it is bracketed by reactants and products,and may produce information about conditions ofmetamorphism. Textural observations show that andalusiteis the earliest Al2SiO5 polymorph, kyanite is present atpeak metamorphic pressure, whereas sillimanite is presentat peak metamorphic temperature, the andalusite→→→→→kyaniteand kyanite→→→→→sillimanite transformations occur;staurolite+kyanite coexist in the peak pressure assemblagein pelitic rocks of the Silgará Formation.

Pelitic rocks Semipelitic rocks Mafic rocks Carbonate rocks Grt + Bt + Ms + St + Qtz ± Ky

Bt + Ms + Qtz ± Grt + St Bt + Ms + Ky + Pl + Qtz

Ms + Ky + Qtz Grt + Bt + Ms + Sil + Qtz

Grt + Bt + Sil + Kfs + Pl + Qtz

Pl + Bt + Ms + Qtz Pl + Ms + Grt + Qtz + St Pl + Mic + Qtz + Ms + Bt

Hbl + Pl + Qtz Grt + Hbl + Qtz

Grt + Hbl + Pl + Bt + Qtz Hbl + Pl + Qtz

Cal + Qtz

TABLE 1. Typical mineral assemblages in the metamorphic rocks at CSM.

Page 7: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

4 94 94 94 94 9

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

In the CSM it appears that one regional metamorphismwith distinct phases occurred. The metamorphic gradeincreases from lower amphibolite facies in the eastern partof the CSM to upper amphibolite facies with Sillimanite +K-feldspar + biotite - bearing assemblages (migmatization)in the western part of the CSM.

RELATIONSHIP BETWEEN METAMORPHISM ANDDEFORMATION

Combined field, petrological and structural data indicatethat the CSM is a structurally complex metamorphicterrain, where structural geometry is generally the resultof complex polyphase deformation. The microstructuralanalysis has been developed on metapelitic rocks of theSilgará Formation, which is an excellent example of aBarrovian metamorphic sequence that provided importantinformation to analyze the deformation history becausediagnostic mineral assemblages from different tectonicevents are preserved.

Microstructural evidence shows that the SilgaráFormation metamorphic rocks at the CSM underwentprograde metamorphism during at least three deformationphases (D1, D2, and D3), and extensive retrogrademetamorphism during the last stage, and many of theretrograde mineral changes involve hydration. Apolymetamorphism is suggested by the presence ofmultiple foliations and by garnet or stauroliteporphyroblasts, which have complex time relations arepost-tectonic to one foliation but pre-tectonic to another,or by a mineral phase, which has different forms or timerelations in different crystals. The presence of theseporphyroblasts let to examine earlier stages in thedeformation history than that preserved in the matrixfoliation. Numerous porphyroblasts of garnet, staurolite,biotite and/or muscovite are present in most outcrops,and can be shown to have grown post-tectonically to D1or D2.

The first deformation phase D1 is the oldest that can be

observed in the study area, although there is not a clearrelationship between deformation and undeformed rock.During this phase, as a result of crustal shortening andthickening, the CSM metamorphic rocks were affectedby a prograde metamorphism, developing S1, which isrecorded by the mineral assemblage quartz + ilmenite +graphite ± muscovite both as inclusion trails in garnet orstaurolite porphryroblasts, and as a differentiated layeringin D2 hinge zones, defined by alternating layers of sheet-silicate and quartz-feldspathic minerals.

Deformation D2 due to heating and thrusting developedprogressively two foliations (S2 and S3) through mediumpressure conditions. The S2

schistosity, which isrepresented by the mineral assemblage quartz + muscovite+ biotite + ilmenite + garnet + staurolite + kyanite ±andalusite ± plagioclase, is parallel to axial planes of isoclinalfolds in intercalated quartz-feldspar-rich and phyllosilicate-rich layers, and represents the main regional foliation canbe recognized through all metamorphic zones. The S3schistosity, which is represented by the mineral assemblagequartz + muscovite + biotite + staurolite, is younger thanthe S2

schistosity (visible as a crenulated surface betweenlayers of S3). From pre-kynematic crystals of biotite,muscovite and quartz, and the Sin-S2

pressure shadowsthat they develop, which do not show any internalschistosity, it is possible to consider that these mineralsformed part of the S1

schistosity. The presence of sigmoidaland pre-kynematic crystals and the development ofasymmetrical pressure shadows and strain cap aroundthese crystals, are interpreted as a process of deformationby rotation by which pressure shadows have beenenriched in soluble minerals such as quartz, while theschistosity S2 has been enriched in minerales such asmuscovite and biotite. The morphology of this schistosityis spaced and the schistosity domains are represented bytabular and oriented crystals of biotite and the microlithonsare mainly composed by quartz and plagioclase, whichsuggests that this schistosity has been developed bydynamic recrystallization, where pre-kynematic crystalscan accumulate enough deformation energy to improvethe recrystallization towards the grain boundaries.

Slow uplift, presumably with erosional or tectonic thinning,caused a decrease in pressure with an increase intemperature, which is considered as part of the mainepisode of the metamorphic evolution, represented by thethird deformation (D3), which produces a series ofmicrofolds in the S2

and S3 schistosities, developing a still

younger schistosity, S4. It is represented by the mineralassemblage quartz + sillimanite + biotite + garnet. Themicrofolds are clearly marked by tabular crystals of biotite.However, folding can be observed in both outcrop andthin section, and small similar and asymmetrical folds,which have been classified as kink folds, define it. S4

isarranged to aproximately an angle of 30º respect to themain foliation (S2), developing parallel to the axial axis ofkink folds. The strain concentration during thedevelopment of this folds produced in some cases amicrocracking parallel to the axial and in other cases askink bands, which let to establish that the undeformedmaterial was anysotropic, with a cizalle strain acting parallelto the main plane of anysotropy defined by the S2.

Page 8: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 05 05 05 05 0

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

A cooling accompanied by an extensive retrogrademetamorphism occurred during a late retrograde event.

The relative growth and stability of the minerals duringthe metamorphic and deformational evolution arerecapitulated in TABLE 2.We have observed no clear transition between the fabricsin the high-grade schists and that in the gneiss, so that theage of the gneissic foliation in relation to the deformationalhistory of the schist is uncertain. On the basis of the texturalrelationships, we consider that it may have formed initiallyat about the same time as D2 in the high-grade rocks, butwas subsequently modified by compaction or furtherdeformation during partial melting.

Garnet porphyroblasts up to about one centimeter, butmore typically about one to three millimetres, in diameter,occurs both the staurolite-kyanite and sillimanite zonesand contain inclusions of quartz + ilmenite (± rutile ±muscovite), which commonly define an internal schistosityindicative of early garnet post-kinematic growth. A fewmicas of S2 wrap around crystals of garnet (with presureshadows) which are thus pre-tectonic to D2. Xenoblasticgarnet is syntectonic to D1

and idioblastic garnet is post-tectonic to D1

or D2. Pressure shadows are mainlycomposed of quartz, plagioclase, muscovite and biotite.Garnet porphyroblasts preserve inclusion trails that arediscordant to the S3 external fabric, which are interpretedto record an S1 fabric deformed during D1, and suggestdeformation by rotation of garnet early during D2 folding.These garnets may have an inclusion-free rim thatseparates the core from the discordant external fabric,

and represent the post-D2 growth. The fabric outside ofgarnet porphyroblasts generally displays evidence ofrecrystallization and grain-size coarsening, respect to theinclusion trails in porphyroblasts that occurred during theD2

phase. The microstructural relationship of smallidioblastic matrix garnets that occur in pelitic schists isdifficult to interpret, but it is probably that they grew eitherbefore or early during D2. Small inclusion-free garnetgrains appear to post-date biotite and muscovite fabricdevelopment. According to Castellanos et al. (2004),textural sector-zoned garnets from the staurolite-kyanitezone grew in the latest stage of the Silgará Formationmetamorphism, during the emplacement of orthogneissmasses.

Porphyroblasts of kyanite and staurolite are concentratedin thin layers of foliated muscovite. Staurolite occurs asnearly euhedral porphyroblasts and commonly hasabundant quartz inclusions, but may be, as most grainshere, inclusion-free. Staurolite is present in two differenttextural occurrences that can coexist in the same rocksample. Small staurolite crystals are preserved as corrodedrelicts in muscovite, so that some muscovite growth clearlypost-dated staurolite growth, although muscovite isreplaced by fibrolitic sillimanite in the assemblage beforefinal elimination of staurolite. Late staurolite porphyroblastsovergrow the S2 and/or S3 fabrics and contain inclusiontrails of quartz and ilmenite that define an internal schistosity(Sint) continuous with and parallel to the externalschistosity (Sext

of the rock, which suggests a late episodeof heating with an indeterminable change of pressure.However, in some samples, it occurs as unaltered large

MINERAL Tectonic event Retrograde

PHASES D 1 D 2 D 3 eventChlorite

Ilmenita

Quartz

Muscovite

Biotite

Garnet

Staurolite

Andalusite

Kyanite

Sillimanite

Plagioclase

K-feldspar

TABLE 2. Metamorphic mineral growth from the CSM metamorphic rocks with respect to the deformationhistory, as well as to the retrograde event. The thicker bars represent more important mineral crystallization.

Page 9: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 15 15 15 15 1

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

porphyroblasts with an internal foliation defined by straightand, sometimes sigmoidal, inclusion pattern of quartz andilmenite, which is perpendicular to Sext. Both texturaloccurrences suggest that staurolite grew inter-kinematically between D2

and D2. It appears that staurolitegrew some time after garnet in these rocks when theyhad reached a higher temperature. The kyanite occurs assubidioblastic crystals, although it is commonly observeddeveloping corroded relicts into muscovite. This mineralshows a good cleavage in one direction, as well as partitionalmost to right angles. It is associated to quartz and,sometimes, staurolite in quartz-rich bands, in which kyanitesurrounds staurolite. In micaceous bands kyanite occursalong with muscovite and biotite as large euhedral grainsweakly aligned within the mica foliation, whereas it iscommonly randomly oriented in quartz-rich domains.Elongate kyanite does not form a mineral lineation but israndomly oriented within foliation planes, suggesting post-kinematic growth. Some reaction rims of muscovite havebeen developed around kyanite. These reaction rims havenucleate between kyanite and quartz. The kyanite in somecases is replaced by sillimanite, and in other cases is foundas relicts in muscovite. On the other hand, the andalusiteoccurs as euhedral porphyroblasts, with rectangular shape,elongated in the sense of the main foliation and, many ofthem poikiloblastic, with numerous inclusions of quartzand opaque minerals. Small crystals of kyanite surroundsome andalusite porphyroblasts.

Sillimanite occurs only in samples from the lower part ofthe metamorphic sequence. It occurs as fibrolitic bundlesgenerally aligned in the main foliation, although in somerocks it appears randomly oriented. Ríos y García (2001)reported coexisting kyanite and sillimanite in some samplesfrom the transition between the staurolite-kyanite andsillimanite zones. Muscovite occurs in most samples, butis mainly abundant in the upper part of the CSM section,where it defines the regional foliation. In the sillimanitezone a second generation of muscovite appears toovergrow both fibrolite and the regional foliation. Biotiteis common to all samples and defines the regional foliation.Staurolite occurs as anhedral grains in the matrix togetherwith kyanite, garnet, biotite, and muscovite. Inger & Harris(1992) also reported staurolite inclusions in garnet fromone sample in the sillimanite zone.

Different stages of recrystallization of sillimanite have beenrecognized, from a fine and felted fibrolite appears to bethe sillimanite of earliest formation, to coarse growth ofprismatic crystals commonly as stellate aggregatesenclosed in biotite. The texture in which coarse sillimaniteoccurs within biotite may reflect its growth either

contemporaneously or subsequent to the recrystallizationof the sillimanite. The prismatic sillimanite, in some cases,showing diamond-shape cross sections and good cleavage,develops a strong orientation. A fine fibrolitic sillimanitecommonly shows a meandriform aspect through themicaceous bands of the rock, and occurs as intergrowthswith, and apparently replacing, biotite. It develops aprogressive replacement along the trace of cleavage inbiotite, and relicts of biotite within sillimanite are common.The association sillimanite-muscovite also occurs, althoughthere is no regularity of the orientation, because numeroussmall needle-like crystals of sillimanite traversingmuscovite at different angles to the cleavage. Chinner(1961) supposes that if a sillimanite-muscovite textureoriginally existed, extensive recrystallization and growthof muscovite have destroyed it during the later phases ofmetamorphism. An acicular variety of sillimanite occursas minute and isolated crystal across quartz, plagioclaseand, less frequently, garnet, as well as along the contactbetween quartz grains or between quartz and plagioclasegrains. The sillimanite also develops pseudomorphs alongwith biotite and, maybe with leucoxene, replacing garnet,although is possible to think that a previous replacementbiotite+muscovite after garnet may occur.

Kyanite is absent in such rocks in which sillimanite isabundant and occurs as coarse-grained prismatic crystals.Some textures involving staurolite, kyanite and muscoviteindicate growth of these minerals after the main period ofsillimanite development, which shows that therecrystallization of coarse sillimanite has been followedby a retrograde process to staurolite-kyanite zoneconditions (Chinner 1961). However, we have no evidencesof the occurrence of euhedral kyanite or staurolite withinsillimanite, apparently replacing or including it.

In some cases staurolite porphyroblasts, which presentnumerous quartz inclusions, include relicts of garnet. Therecrystallization of muscovite after staurolite or kyanitecommonly occurs, and typical textures of thisrecrystallization are corroded relicts of kyanite or staurolite,and remants of sillimanite, found within muscovite. Thisgrowth of muscovite appears to be related to a high activityof water and potassium in the fluid phase at the staurolite-kyanite zone (Chinner 1961).

Muscovite grew during D1 and D2, and occurs as strain-free, recrystallized grains around folds. It sometimesoccurs as randomly oriented crystals. Muscovite occursalso as a retrograde phase after feldspar, kyanite, garnetand staurolite. Dark brown up to brown redish biotite occurin very different textural positions. It is locally oriented

Page 10: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 25 25 25 25 2

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

parallel to S1, developed during D1, although it is commonly

well oriented parallel to S2, particularly in the hinge areasof D2

folds, and grew during D2. It also occurs as randomlyoriented crystals, as inclusions in plagioclase and garnetporphyroblasts or as reaction products of garnet, stauroliteand amphibole. Biotite crystals defining S2

are commonlyclosely associated or intergrown with sillimanite. All ofthese textural relationships indicate that biotite was stableduring almost the entire metamorphic evolution of theserocks. Alteration of biotite to chlorite has occurred at avery late stage. Chlorite grew during D1, although thismineral usually occurs as a retrograde phase that partlyreplaces biotite, garnet and staurolite, developing sometimespseudomorphs after garnet.

Plagioclase sometimes appears in the matrix as large ovoidporphyroblasts, which show cores densely crowded withinclusions, defining a straight internal foliation or formsinclusion-free rims, as well as new clear porphyroblastsassociated with K-feldspar and biotite and/or muscovite.

Ilmenite is the most abundant Fe-Ti oxide in all of thedifferent types of metamorphic rocks. It is present as amatrix component parallel to S1 or S2, or as inclusions ingarnet and staurolite porphyroblasts. Needle-shapedcrystals of ilmenite occur in the three directions withinbiotite. Rutile is sometimes preserved in large ilmenitecrystals, suggesting a texture involving rutilepseudomorphs after ilmenite.

MINERAL CHEMISTRY OF COEXISTING PHASES

Chemical analyses were carried out by an automated JEOLJXA 8800M electron microprobe analyzers from theGeosciences Department at Shimane University, Japan,and the Center of Electron Microscopy at UniversidadComplutense de Madrid, Spain, using an acceleratingvoltage of 15 kV and a beam current of 2.5x10-8 A. Dataacquisition and reduction were performed using thecorrection method of Bence & Albee (1968). Natural andsynthetic minerals were used as standards. Mineralcompositions were determined by multiple spot analyses.Garnet chemical zoning was documented with radialtraverses of analytical points (spacing of analytical pointsdecreasing near the rim). The chemical composition ofthe metamorphic rocks of the Bucaramanga Gneiss, SilgaráFormation and Orthogneiss in the CSM show very complexrelationships, which reflects a strong control of thechemical compositions of the constituent minerals of theserocks by the bulk-rock chemistry. Representative mineralanalyses of the metamorphic rocks are listed in TABLE 3.Mineral abbreviations are after Kretz (1983).

Garnet

Garnet porphyroblasts commonly occur in pelitic andsemipelitic rocks of the Silgará Formation and sometimesappear in pelitic rocks of the Bucaramanga Gneiss, butare absent in the Orthogneiss. Representative analyses ofgarnet are given in TABLE 4. All of the analyzed garnetgrains are chemically zoned and rich in almandine in boththe Silgará (Xalm

= 0.60-0.89) and Bucaramanga Gneiss(Xalm = 0.60-0.65) formations. The pyrope, grossularieand spessartine contents vary as follows: Xprp = 0.18-0.65 (SF) and 0.24-0.37 (BG), Xgrs = 0.02-0.21 (SF) and0.05-0.17 (BG), and Xsps = 0.00-0.17 (SF) and 0.00-0.17(BG). Representative profiles were selected from the threedifferent metamorphic zones (FIGURE 3). Chemicalzoning can be divided from these zones as follow:

Staurolite-Kyanite Zone, this type of garnets exhibit normalzoning with increasing Mg and Fe components from coreto rim and decreasing Mn and Ca component from coreto rim, suggesting a prograde stage of metamorphism(sample PCM-971 FIGURE 3).

Lower Sillimanite Zone, this type of garnets exhibit normalzoning through to the inner rim, but in the outer rim thechemical zoning is reverse, reflecting the effects of aretrograde stage of metamorphism. According to thechemical profiles for FeO and MgO, these componentsincrease from core to inner rim, and decrease from innerrim to outer rim, and chemical profile for MnO showsdecrease from core to inner rim and increase from innerrim to outer rim (sample PCM-953).

Upper Sillimanite Zone, this type of garnet exhibit normalzoning with a slight increase of FeO, MgO and CaO anddecrease of MnO from core to rim, suggesting a progradestage of high grade of metamorphism evidencing chemicalhomogenization of components (sample PCM-855).

Staurolite

Staurolite is Fe-rich (XFe = 0.68-0.89), but does not show

any zonation in Fe and Mg. Representative analyses ofstaurolite are given in TABLE 5. Sample PCM-49 has theZnO highest content (3.70 weight %) and homogeneousZn distribution.

Muscovite

Representative muscovite analyses in pelitic rocks of theSilgará Formation are given in TABLE 6. The compositionsof muscovite are shown in FIGURE 4, in terms of the

Page 11: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 35 35 35 35 3

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

TABLE 3. Representative mineral analyses of the metamorphic rocks in the central Santander Massif. The structural formulae were calculated forgarnet, staurolite, muscovite, biotite, plagioclase and amphibole using 8, 23, 22, 22, 8 and 23 oxygens, respectively.

*Total Fe as FeO+Fe2O3. Fe3+ from stoichiometry according to Leake et al. (1997).

XFe = Fe2+/(Fe2++Mg), Xalm = Fe2++/(Fe2++Mn+Mg+Ca), Xsps = Mn/(Fe2++Mn+Mg+Ca), Xprp = Mg/(Fe2++Mn+Mg+Ca),Xgrs = Ca/(Fe2++Mn+Mg+Ca). XAn = Ca/(Na+Ca+K).

BG = Bucaramanga Gneiss, SF = Silgará Formation, O = Orthogneiss. Mineral abreviations after Kretz (1983).

Page 12: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 45 45 45 45 4

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

TABLE 4. Representative chemical compositions of garnet from metapelitic rocks of the Silgará Formation in the central Santander Massif. PS: PeliticSchists.

Page 13: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 55 55 55 55 5

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

34.00

35.00

36.00

37.00

38.00

39.00

40.00

02000

4000

6000

8000

10000

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

02000

4000

6000

8000

10000

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

02000

4000

6000

8000

10000

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

0200

400

600

800

1000

1200

0.0

0

2.0

0

4.0

0

6.0

0

8.0

0

02

00

40

06

00

80

01

00

01

20

0

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

0200

400

600

800

1000

1200

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

02000

4000

6000

8000

10000

25.00

30.00

35.00

40

350

700

1060

1320

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

40

350

700

1060

1320

0.00

2.00

4.00

6.00

40

350

700

1060

1320

2.00

4.00

6.00

8.00

40

350

700

1060

1320

FeO

MgO

MnO

CaO

FeO

MgO

MnO

CaO

FeO

MgO

MnO

CaO

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

0200

400

600

800

1000

1200

PC

M-9

71P

CM

-953

PC

M-8

55

FIG

UR

E 3

. Che

mic

al p

rofil

es fo

r pel

itic

garn

et in

sam

ples

PC

M-9

71, P

CM

-953

, and

PC

M-8

55 fr

om m

etam

orph

ic ro

cks

in th

e ce

ntra

l San

tand

er M

assi

f.

Page 14: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 65 65 65 65 6

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

TABLE 5. Representative chemical compositions of staurolite from metapelitic rocks of the Silgará Formation in thecentral Santander Massif. PS: Pelitic Schists.

Page 15: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 75 75 75 75 7

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

TAB

LE

6. R

epre

sent

ativ

e ch

emic

al c

ompo

sitio

ns o

f mus

covi

te fr

om m

etap

eliti

c ro

cks o

f the

Silg

ará

Form

atio

n in

the

cent

ral S

anta

nder

Mas

sif.

PS: P

eliti

c Sc

hist

s. in

c.B

t:in

clus

ion

in b

iotit

e; in

c.G

rt: in

clus

ion

in g

arne

t; M

: mat

rix.

Page 16: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 85 85 85 85 8

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

celadonite content, XSi=(Si/2)-3, and the paragonite/muscovite ratio. It is possible to difference two groupsrepresented by open circles and black rombs, which couldbe related to muscovites with different sizes of grain.

For the Staurolite-Kyanite zone Si content ranges from6.025 to 6.400 and the Na/(Na+K) ratio varies from 0.01to 0.425. For the Lower Sillimanite Zone, Si content rangesfrom 5.940 to 6.310 and the Na/(Na+K) ratio varies from0.045 to 0.092.

The mole fraction of paragonite decreases with increasingceladonite component, and increases with increasingmetamorphic grade (temperature) for a fixed celadonitecomponent.

Biotite

Representative biotite analyses are given in TABLE 7.TiO2 content in biotite ranges from 0.93 to 3.31, whichshows a positive correlation with metamorphic grade.XMg

= 0.21-0.76. AlIV varies from 2.273 to 2.833, andAlVI varies from 0.552 to 0.913, indicating slight solidsolution towards dioctahedral micas (FIGURE 5).

Plagioclase

The anorthite content of plagioclase (XAn) varies from0.03 to 0.61, which increases with the grade ofmetamorphism. Representative analyses of plagioclase aregiven in TABLE 8. A ternary diagram illustrates thechemical composition of plagioclase (FIGURE 6).

METAMORPHIC EVOLUTION OF CSM

We have interpreted the conditions of metamorphism usingmetamorphic pressure and temperature estimates andreaction history to evaluate the P-T path along which themetamorphic rocks in the CSM have been tectonicallytransported.

Quantitative P-T determinations

P-T conditions of metamorphism have been estimated frommetamorphic rocks of the CSM by Berman´s TWQprogram and range from 5.0 to 9.5 kbar and from 630 to727°C. The results of P-T calculations are summarized inTABLE 9.

Metamorphic temperatures were estimated using Fe-Mgpartitioning between coexisting garnet and biotite bydifferent calibrations as shown in TABLE 9. The higher

0.0

0.5

1.0

5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5Si

Na/

(Na+

K)

FIGURE 4. Chemical composition of the muscovite for pelitic schists from the Silgará Formation in the Mutiscua area, central SantanderMassif. Open circles indicate muscovite from the lower sillimanite zone; black rombs indicate muscovite from the staurolite-kyanite zone.

Page 17: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

5 95 95 95 95 9

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

TABLE 7. Representative chemical compositions of biotite from metapelitic rocks of the Silgará Formation in the central Santander Massif. PS: PeliticSchists. M: matrix.

Page 18: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 06 06 06 06 0

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

temperatures were calculated in the Bucaramanga Gneissunit near a migmatite zone (between California and Vetastowns). The temperature conditions range from 630 to704°C in the staurolite-kyanite zone, and from 690 to727°C in the sillimanite zone.

According to the geobarometry results, the metamorphicpressure conditions range from 5.0 to 9.5 kbar in thestaurolite-kyanite zone, and from 6.6 to 7.5 kbar in thesillimanite zone.

Reaction history

To reconstruct the reaction history of the metamorphicrocks in the CSM, special attention was focussed on mineralassemblages, their relationships with respect to thedeformation history, reaction textures and mineral chemistry,using the chemical system K2O-FeO-MgO-Al2O3 -SiO2-H2O, which is referred here to as the KFMASH system(see FIGURE 7). The petrogenetic grid of Spear and Cheney(1989) will be used for discussion because provides aninternally consistent framework and incorporates the effectof Fe-Mg solid solution behavior in all phases, and agreeswell with the sequence of mineral reactions found in themetamorphic rocks of the Santander Massif, underintermediate pressure conditions, which are described below.

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

2.000 2.250 2.500 2.750 3.000

AlIV

Fe/(F

e+M

g)

FIGURE 5. Chemical composition of the biotite for pelitic schists from the Silgará Formation in the Mutiscua area, central Santander Massif.Open triangles and circles indicate biotite from the upper and lower sillimanite zones, respectively; black rombs indicate biotite from thestaurolite-kyanite zone.

In the staurolite-kyanite zone there is textural evidence tosupport the first appearance of kyanite “kyanite-inisograd” in low-Al pelitic rocks such as the SilgaráFormation, by the polymorphic reaction

(1) And = Ky

Staurolite is found in pelitic and/or semipelitic rocks withunsuitable composition to form chloritoid. Therefore, thefollowing discontinuous reaction may be very importantin the production of staurolite:

(2) Grt + Ms + Chl = St + Bt + Qtz + H2O,

which is a major reaction because marks the firstappearance of the staurolite + biotite assemblage andtherefore the first appearance of staurolite “staurolite-inisograd”. On the other hand, garnet has been partiallyresorbed by this reaction and a significant amount of chloritewill be removed along with the production of abundantstaurolite and new biotite. Garnet sometimes occur asinclusions in staurolite porphyroblasts, which show a post-tectonic character respect to garnet, although pre-tectonicrespect to the main foliation of the rock, indicating theoccurrence of this reaction. Chlorite is relatively rare inthe staurolite zone, except as a retrograde phase.

Page 19: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 16 16 16 16 1

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

TABLE 8. Representative chemical compositions of plagioclase from metapelitic rocks ofthe Silgará Formation in the central Santander Massif. PS: Pelitic Schists. inc.Grt: inclusionin garnet.

According to Spear (1993), it is very probable that allchlorite and partially staurolite were consumed in thesetype of rocks, producing a new generation of biotite andthe first appearance of kyanite by the reaction:

(3) St + Chl + Ms = Ky + Bt + H2O

In the transition from the staurolite-kyanite zone to thesillimanite zone as staurolite becomes less abundant,preserved as inclusions or corroded relicts in muscovite,

a first generation of sillimanite appears within muscoviteinmediately adjacent to garnet and occurs as aggregatesof fibrolite, which may be together or penetrate biotite orquartz grains. Fibrolite is probably the result of a tie-lineswitching reaction that also produces biotite. In rocks thatcontain both kyanite and sillimanite, direct textural evidencefor the polymorphic inversion from kyanite to sillimaniteis rare. Instead, it occurs as clusters of minute, needle-shaped crystals embedded in biotite or quartz.

Page 20: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 26 26 26 26 2

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

In the sillimanite zone, according to Yardley (1977),sillimanite could appear as result of the univariant reaction:

(4) St + Ms + Qtz = Sil + Grt + Bt + H2O,

which marks the first appearance of sillimanite (fibrolite)and is very important in the disappearance of stauroliteand is the terminal stability reaction for staurolite on thepetrogenetic grid.

In the case of garnet was not involved in the consumptionof staurolite, this mineral reacts by the following reaction:St + Ms + Qtz = Al2SiO5+ Bt + H2O. Garnet Chemicalzoning and sillimanite inclusions in muscovite and quartzmay indicate decrease in pressure after the formation ofsillimanite by this reaction and during staurolite-consumingreactions (increasing temperature).

We may deduce from a series of textural relationships inmetamorphosed pelitic rocks that kyanite reacted to formsillimanite by the polymorphic reaction:

(5) Ky = Sil

In the CSM has been possible to establish a highermetamorphism than that reported in the typical Barrovianzonal scheme, because the thermal-peak of metamorphism

FIGURE 6. Chemical composition of the plagioclase for pelitic rocks from the Silgará Formation in the Mutiscua area, central SantanderMassif. Open circles indicate plagioclase from the lower sillimanite zone; black rombs indicate plagioclase from the staurolite-kyanite zone.

in the migmatite zone (e.g. sample PCM-156, BucaramangaGneiss unit) could be aproximately of 727oC at a pressureof 7.4 kbar, which are appropiate conditions to melt ametapelitic rock. Some authors (e.g., Le Breton &Thompson, 1988; Vielzeuf & Holloway, 1988) discussabout the pelite melting and it has been experimentallyshown that liquids produced by the melting of metapeliticrocks are probably not saturated with respect to H2O(vapor absent melting). In these rocks minerals such asmuscovite and biotite are the best candidates for vaporabsent melting, because the H2O released by thedehydration of these minerals can react with quartz andfeldspar to produce melts of granitic composition.According to Spear (1993), the elimination of muscovitecan be attributed to either dehydration or melting reactions.At pressures between ≈3 and 14 kbar melting is favouredover dehydration and, therefore, muscovite shoulddehydrate first, producing an initial quantity of melt, bythe following vapor absent melting reaction:

(6) Ms + Pl + Qtz = Bt + Kfs + Al2SiO5 + melt

Retrograde reactions are mainly observed in the staurolite-kyanite zone, which include partial replacement of garnetby chlorite and/or biotite along cracks; heavily corrodedcore of aluminium-rich silicates such as staurolite areenclosed by sericite and chlorite; biotite and amphibole

Ab An

Kfs100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Page 21: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 36 36 36 36 3

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

are replaced by chlorite, although amphibole is sometimesreplaced by biotite, and feldspar is partly replaced by sericiteor caolinite. Additional evidence of retrogrademetamorphism is observed in biotite that shows ilmeniteexsolution. Needle-shaped crystals of ilmenite occur inthe three directions within biotite. It is known that thequantity of Ti component of biotite increases withincreasing metamorphic grade. Therefore, ilmenite mayform out of the excess quantity of Ti expelled from biotiteduring retrograde metamorphism.

P-T path

We have delineated the tectono-metamorphic evolutionof the CSM metamorphic rocks along a P-T path(FIGURE 7) as a function of relative time during acontinent-continent collision model, which has beenconstrained by mineral reaction history andthermobarometric calculations. It may represent a crustalsequence that has been considerably heated, along withincreasing pressure conditions, although it is not clearthat addition of magmas is contributing to this heating.The tectonic transport of the metamorphic rocks in theCSM occurred along a clockwise pressure-temperaturepath, which is characteristic for the metamorphicevolution of rocks from most orogenic belts. The inferredP-T path suggests that during the tectonic transport theserocks may have undergone burial during the initial stagesof collision. They were buried to its maximum depth atPpeak, reflecting a crustal shortening and thickening, andan increasing depth is accompanied by an increasingpressure, which is accompanied by a first stage ofdeformation (D1) and development of S1, leading to a syn-collisional prograde metamorphic event (D2). A secondstage of deformation (D2) produces a S2 schistosityassociated to thrusting, before reaching the maximumpressure conditions. The tectonic transport between t3and t4 does not increase the thickness of the crust, andpressure does not remain constant, based on the chemical

zoning of garnet (from grossular distribution). Thethickened crust is uplifted slowly and erosion tends torestore the original crust, which is characterized bydecompression, new mineral growth and movement alongS3 (strain slip cleavages) during D3 from t3 to t1. As initialuplift rates are slow compared with heat transport rates,these metamorphic rocks will be affected by a continuedincreasing temperature during uplift until to reach theposition at Tpeak (maximum temperature), from which theserocks will experience cooling, accompanied by retrogrademetamorphism that is suggested from rehydrationreactions very often do not terminate, and assemblagesfrom least hydrated state have been preserved as relicts(t5). During the retrograde stage occurred the emplacementof orthogneiss masses of the Orthogneiss. The infiltrationof water for retrograde metamorphism is intruded to therocks by late deformation events. Anyway, at this momentthe volume element has not returned to its original depthposition and therefore the stable steady state geothermhas not been re-established. Note that the maximumtemperature is not reached at the maximum pressure, and,therefore, the temperature-peak conditions occurs aftermaximum burial, which has been suggested by Ríos (1999)from the chemical zoning of grossular in garnet, becausegrossular component shows a maximum content in themantle, which is interpreted as reflecting the pressure-peak conditions during garnet growth before reaching thetemperature-peak conditions.

DISCUSSION

Metamorphism in the CSM has occurred underconditions of high-temperature and medium-pressure(Barrovian type metamorphism). The CSM metamorphicrocks have followed a clockwise pressure-temperaturepath, which is characteristic for the metamorphicevolution of rocks from most orogenic belts, and couldreflects a typical region that have been undergone crustalthickening by continental collision.

Study Area Central region

Metamorphic zone Staurolite-Kyanite Staurolite-Kyanite Staurolite-Kyanite Sillimanite Sillimanite

Sample N° PCM-28 PCM-16 PCM-618 PCM-855 PCM-156

Temperature, (°C) 630 697 704 690 727

Pressure, (Kilobars) 9.5 5.0 8.3 7.5 6.6

TABLE 9. P-T conditions of the central Santander Massif metamorphic rocks.

Page 22: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 46 46 46 46 4

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

Recent interpretations of the metamorphic history of theSantander Massif in different regions have been proposedby Ríos (1999), Ríos and Takasu (1999), Montenegro yBarragán (1998), García y Ríos (1999), Ríos et al. (2003)based on fabric relationships. Restrepo-Pace (1995) andCardona (2003) report ages in the metamorphic rocksof the Santander Massif, which along with thethermobarometric estimates, the textural relationships andthe P-T path obtained in this study let to discuss thedifferent models that explain the regional tectonics inorder to propose a model of the tectono-metamorphicevolution of the CSM.

The tectonic evolution of the nortern Andes has beenexplained during the last years from terrane accretions(Toussaint, 1993), continental collisions (Restrepo-Pace,1995) or accretion of small blocks that joined to anothersouthamerican blocks formed the Rodinia supercontinent(Cordani, et al, 2003).

Radiometric ages determinations indicate that the oldestrocks of the Santander Massif correspond to the BG ofPrecambrian age. Goldsmith et al. (1971) reported a K-

Ar hornblende age of 945±140 Ma. Restrepo-Pace (1995)defines a cooling age aproximately of 800 Ma, which isestablished from complex spectra of Ar/Ar. Recently,Cardona (2003) reports U/Pb ages (SHRIMP in zircons)of 1450-1550 Ma that will correspond to the age of theprotolith of the BG, and 1140-1190 Ma that will reflectthe age of the first metamorphic event of this unit. Thesedata are very well correlated with the Sm/Nd whole-rock age of 1160 Ma, which have been obtained by thesame author for the metamorphism of the BG.

These Precambrian ages are very well correlated withthose obtained in the Garzón Massif, Sierra Nevada deSanta Marta and Guajira Peninsula in the colombianterritory, as well as in the Canadian Shield and the OaxacanComplex in México.

The Precambrian ages vary between 945 and 1100 Ma,when a granulitic belt was developed during the Greenvilleorogeny in the Canadian Shield and during the Nickeriense-Orinoquiense orogeny in South América. According toPriem (1989), the Nickeriense-Orinoquiense orogenyreflects a continental collision between the western margin

Temperature (oC)

Pres

sure

(kba

r)

Grt+

Ms+

Chl

St+B

t+Q

tz+H

2O

St+C

hl+M

s+Qt

zAls+

Bt+H

2O

St+M

s+Qtz

Grt+Als+

Bt+H 2O

Ms+

Pl+Q

tzAls+

Kfs+M

elt

H2O-saturatedpelite solidus

Bt+A

ls+Pl

+Qtz

Grt+

Kfs

+Mel

t

2

4

6

8

10

450 500 550 600 650 700 750 800

Fibrolitic sillimanite

Prismatic sillimanite

Emplacement of orthogneissAndAnd

SilSilKyKy

Temperature (oC)

Pres

sure

(kba

r)

Grt+

Ms+

Chl

St+B

t+Q

tz+H

2O

St+C

hl+M

s+Qt

zAls+

Bt+H

2O

St+M

s+Qtz

Grt+Als+

Bt+H 2O

St+M

s+Qtz

Grt+Als+

Bt+H 2O

Ms+

Pl+Q

tzAls+

Kfs+M

elt

Ms+

Pl+Q

tzAls+

Kfs+M

elt

H2O-saturatedpelite solidus

Bt+A

ls+Pl

+Qtz

Grt+

Kfs

+Mel

t

2

4

6

8

10

450 500 550 600 650 700 750 800

Fibrolitic sillimaniteFibrolitic sillimanite

Prismatic sillimanitePrismatic sillimanite

Emplacement of orthogneissAndAnd

SilSilKyKy

FIGURE 7. P-T path followed by the metamorphic rocks in the central Santander Massif. The Al2SiO5 triple point after Holdaway (1971), andthe stability field of staurolite after Bucher & Frey (1994). The shadow area shows the coexistence of St+Qtz. Reactions for the vapor absentmelting and H2O-saturated pelite solidus after Spear (1993).

Page 23: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 56 56 56 56 5

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

of the Guyana Shield and the eastern margin of the CanadianShield. However, Restrepo-Pace (1995) and Aleman andRamos (2000) also mention a close relationship betweenthe Guyana Shield and the Oaxacan Complex in thesoutheast of México.

Cordani (2003) and Cardona (2003) propose a collisionbetween continental blocks, which were accreted toconstitute Rodinia, taking into account the geochemistryand geochronology data similarity found between theSantander Massif rocks and the Proterozoic basement ofthe Amazon Craton, and the Canadian Shield (Greenvilleorogeny).

The ages (1140-1190 Ma and 1100-900 Ma) obtained forthe BG will indicate a collision between local terrenes(continental blocks, arcs) and a continental collisionbetween western margin of Gondwana and the easternmargin of Laurentia, respectively.

Respect to the SF, scarce isotopic data do not let toprecise the age of its metamorphism, however, we let tomake an aproximation of this age from some isotopicdata, the field relationships between the SF and theBucaramanga Gneiss and Orthogneiss units and fromdeformation and metamorphic events that have affectedto this metamorphic unit (SF).

Restrepo-Pace (1995) report a U/Pb zircon age of 480Ma for the emplacement of syntectonic intrusives(orthogneiss), which is very similar to the K-Ar hornblendeage of 413±30 Ma (metadiorite), K-Ar muscovite age of457±13 Ma (pegmatite in the BG), and Rb-Sr whole-rock age of 450±80 Ma (gneissic granite), reported byGoldsmith et al. (1971), suggesting a magmatic event inthe late Ordovician or early Silurian, and the SantanderMassif, and the metamorphism of the SF y O may haveoccurred at this time (Goldsmith et al., 1971; Restrepo-Pace, 1995).

Sedimentation and metamorphism of the SF may occurin the range 750-470 Ma, which is reported by Restrepo-Pace (1995) as a continental breaking stage withdevelopment of a carbonate-clastic sequence along thecontinental margin. A tectono-thermal event around 470Ma has been recognized in different regions of SouthAmérica (Puna, Argentina, southeastern Bolivian Andes),which is known as Famatinian orogeny, during which ahigh temperature and middle pressure and anemplacement of numerous syntectonic intrusionsoccurred. The Famatinian orogeny can be correlated withthe Caparonensis orogeny in the Mérida Andes that occurs

in 470-480 Ma. We consider that the age of 450-480 Macorresponds to the syntectonic emplacement andmetamorphism of the O unit, which occurred during theretrograde metamorphism stage of the SF, during itsexhumation. Metamorphism of the Silgará Formation maybe correlated with collision between continental blocks,according to the clockwise P-T path and the transitionkyanite-sillimanite determined for the CSM in this study.

The Ar/Ar ages of cooling in muscovite and biotite nextto 200 Ma are reported by Restrepo-Pace (1995) for theSF in the southwestern Santander Massif, and coincidewith those obtained by Cardona (2003) using the samemethod for biotite and amphibole in rocks of the BG. Onthe other hand, Goldsmith et al. (1971) also reported K-Ar whole-rock ages of 221±8 Ma and 198±8 Ma fromphyllites of the SF. These ages are similar to thoseobtained by Dörr et al. (1995); Boinet et al. (1985);Goldsmith et al. (1971) in different intrusive bodies thatcut the metamorphic units. For this reason, ages around200 Ma reported for the metamorphic rocks correspondto a thermal perturbation event due to the emplacementof calcalkaline plutons.

Therefore, according to the isotopic data mentionedabove, we can preliminarly conclude that themetamorphism in the CSM reflects important eventsrelated to the Gondwana-Laurentia collision (BG), aposible continental breaking (SF), and a orogenic eventcorresponding to the Famatinian (Southern Andes) andCaparonensis (Mérida Andes) orogenies. However, thesepreliminar considerations should be stated clearly andaccurately and complemented with more isotopic dataspecially respect to the SF and O metamorphic rocks.

ACKNOWLEDGEMENTS

The present work was supported by UniversidadIndustrial de Santander and Instituto Colombiano para elDesarrollo de la Ciencia y la Tecnología “Francisco Joséde Caldas” COLCIENCIAS through Grant No. 1102-05-083-95 financially supported fieldwork (Research Project:“Metamorphism and associated metallogeny of theSantander Massif, Eastern Cordillera, ColombianAndes”). We are indebted to Department of Geoscienceof Shimane University and Center of ElectronMicroscopy of the Universidad Complutense de Madridfor allowing us the use of the electron microprobeanalyzer. Thanks to Drs. A. Takasu and C. Casquet forhis helpful comments, and discussion and assistance withthe electron microprobe data acquisition, as well as fornumerous discussions and constructive comments.

Page 24: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 66 66 66 66 6

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

Discussions with the Reseach Group in Mineralogy,Petrology and Geochemestry “MINPETGEO” aided ourunderstanding of the Santander Massif geology. Themanuscript has benefited from the constructive reviews.The authors are grateful two anonymous reviewers.

REFERENCES

Aleman, A., and Ramos, V. A. (2000). Northern Andes.In: Cordani, U.G., et al. (Eds), Tectonic evolution ofSouth America. 31st Internacional Geological Congress,Rio de Janeiro, pp. 453-480.

Bence, A., and Albee, A. (1968). Empirical correctionfactors for the electron microanalysis of silicates andoxides. Journal of Geology, Vol. 76, pp. 382-403.

Berman, R. (1997) Programm TWQ version 2.02. In:http://www.gis.nrcan.gc.ca/twq.html

Boinet, T., Bourgois, J., Bellon, H., and Toussaint, J.F.(1985). Age et repartition du magmatism premesozoiquedes Andes de Colombie. Comptes rendus hebdomadairesdes séaces de L’Académie des Sciences. Serie D: SciencesNaturalles, Vol. 300(II), pp. 445-450.

Cardona, A. (2003). Correlacoes entre fragmentos doembasamento Pre-Mesozoico da terminacao setentrionaldos Andes Colombianos, com base em datos isotopicos egeocronologicos. Dissertacao de Mestrado, Universidadede Sao Paulo, Instituto de Geociencias, 149 pp.

Castellanos, O.M. (2001). Chemical composition of therock-forming minerals in the Silgará formation and P-Tconditions in the Mutiscua area, Santander Massif,Eastern Cordillera, Colombia. Master Thesis, ShimaneUniversity, Matsue (Japan), 146pp.

Castellanos, O.M., Ríos, C.A., and Takasu, A. (2004).Chemically sector-zoned garnets in the metapelitic rocksof the Silgará Formation in the central Santander Massif,Colombian Andes: occurrence and growth history.Boletín de Geología, Vol. 26(42), pp.9-18.

Chinner, G.A. (1961). The origin of sillimanite in Glen Clova,Angus. Journal of Petrology, Vol. 2(3), pp. 312-323.

Cordani, U.G., Cardona, A., Jiménez, D.M., and Liu, D.(2003). Did the Precambrian basement inliers of northernColombia play any role in Rodinia´s formation?. MemoriasResumenes IX Congreso Colombiano de Geología,Medellín, pp. 34.

Dörr, W., Grösser, J., Rodriguez, G., and Kramm, U.(1995). Zircon U-Pb age of the Paramo Rico tonalite-granodiorite, Santander Massif (Cordillera Oriental,Colombia) and its geotectonic significance. Journal ofSouth American Earth Sciences, Vol. 8(2), pp. 187-194.

García, C.A., y Ríos, C.A. (1997). Mineralogía yPetrografía de las Metamorfitas al Oeste de Pamplona(Norte de Santander), Colombia”. Memorias del XVICurso Internacional de Postgrado en Metalogenia. SesiónPonencias. Universidad Central del Ecuador (Quito), pp.77-93.

García, C.A., y Castellanos, O.M. (1998). Petrografíade la Formación Silgará en la Cordillera Oriental,Colombia. X Congreso Latinoamericano de Geología,Buenos Aires, Argentina, Memorias, T.2, pp. 263-268.

García, C.A., y Ríos, C.A. (1999). Metamorfismo ymetalogenia asociada del Macizo de Santander, CordilleraOriental, Colombia. Informe final Proyecto deInvestigación. Universidad Industrial de Santander-Colciencias, p. 191.

García, C.A., y Campos, N.O. (2000). Composiciónquímica y mineralogía de las biotitas metamórficas delsector central del Macizo de Santander, Colombia. Boletínde Geología, Vol. 22 (37), pp. 18-27.

Goldsmith, R., Marvin, R.F., and Mehnert, H.H. (1971).Radiometric ages in the Santander Massif, easternCordillera, Colombian Andes. U.S. Geological SurveyProfessional Paper, Vol. 750-D, pp. D41-D49.

Gordon, T., Aranovich, L., and Fed’kin, V. (1994).Exploratory data analysis in thermobarometry: An examplefrom the Kisseynew sedimentary gneiss belt, Manitoba,Canada. American Mineralogist, Vol. 79, pp. 973-982.

Holdaway, M.J. (1971). Stability of andalusite and thealuminum silicate phase diagrams. American Journal ofScience, Vol. 271, pp. 97-131.

Inger, S., and Harris, N. (1992). Tectonothermal evolutionof the High Himalayan Crystalline Sequence, LangtangValley, northern Nepal. Journal of Metamorphic Geology,Vol. 10, pp. 439-452.

Julivert, M. (1958). La morfoestructura de la zona demesas al SW de Bucaramanga. Boletín de Geología /Universidad Industrial de Santander (Colombia), Vol. 1,pp. 7-44.

Page 25: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 76 76 76 76 7

García, C. A.; Ríos, C. A. ; Castellanos, O. M.

Julivert, M. (1959). Geología de la vertiente W del Macizode Santander en el sector de Bucaramanga. Boletín deGeología/Universidad Industrial de Santander (Colombia),Vol. 3, pp. 15-34.

Julivert, M. (1961a). Las estructuras del valle medio delMagdalena y su significación. Boletín de Geología/Universidad Industrial de Santander (Colombia), Vol. 6,pp. 33-52.

Julivert, M. (1961b). Geología de la vertiente W de laCordillera Oriental en el sector de Bucaramanga. Boletínde Geología / Universidad Industrial de Santander(Colombia), Vol. 8, pp. 39-42.

Julivert, M. (1963). Nuevas observaciones sobre laestratigrafía y tectónica del Cuaternario de los alrededoresde Bucaramanga. Boletín de Geología / UniversidadIndustrial de Santander (Colombia), Vol. 3, pp.15-34.

Julivert, M. (1970). Cover and basement tectonics inthe Cordillera Oriental of Colombia, South America, anda comparison with some other folded chains. GeologicalSociety American Bulletin, Vol. 81, pp. 3623-3643.

Kretz, R. (1983). Symbols for rock-forming minerals.American Mineralogist, Vol. 68, pp. 277-279.

Le Breton, N., and Thompson, A.B. (1988). Fluid-absent(dehydration), melting of biotite in metapelites in the earlystages of crustal anatexis. Contributions to Mineralogyand Petrology, Vol. 99, pp. 226-237.

Maya, M. (1997). Distribución de facies y edad de las rocasmetamórficas en Colombia. Ingeominas, Medellin, p.59.

Montenegro, G., y Barragán, M. (1999). Metamorfismoy Evolución Metamórfica del área comprendida entre losmunicipios de Vetas (Santander) y Mutiscua (Norte deSantander). Tesis de Pregrado, Universidad Industrial deSantander, Bucaramanga (Colombia).

Ordoñez, J.C. (2003). Petrology and geochemistry ofthe granitoids at the Santander Massif, Eastern Cordillera,Colombian Andes. Master Tesis, Shimane University,Matsue (Japan), 150pp.

Priem, H.N.A., Kroonenberg, S.B., Boelrijk, N.A.I.M.,and Hebeda, E.H. (1989). Rb-Sr evidencefor the presenceof a 1.6 Ga. Basement underlying the 1.2 Ga. Garzón-Santa Marta Granulite Belt in the Colombian Andes.Precambrian Research, Vol. 42, pp. 315-324.

Restrepo-Pace, P. (1995). Late Precambrian to EarlyMesozoic tectonic evolution of the Colombian Andes,based on new geochronological, geochemical andisotopic data. Ph.D Thesis, University of Arizona, 195pp.

Ríos, C.A. (1999). Chemical Compositions of theConstituent Minerals and P-T Conditions of the Low-grade Silgará Formation Metamorphic Rocks in theSantander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes.Master Tesis, Shimane University, Matsue (Japan), 207pp.

Ríos, C.A., and Takasu, A. (1999). Chemical zoning ofgarnet from the low-grade metamorphic rocks of theSilgará Formation, Santander Massif, Eastern Cordillera(Colombian Andes). Geosciences Reports of ShimaneUniversity, Vol. 18, pp. 97-107.

Ríos, C.A., García, C.A., and Takasu, A. (2003).Tectono-metamorphic evolution of the Silgará Formationmetamorphic rocks in the southwestern SantanderMassif, Colombian Andes. Journal of South AmericanEarth Science, Vol. 16, pp. 133-154.

Ríos, C.A., y García, C.A. (2001). Primera ocurrenciade los tres polimorfos de Al2SiO5 en las rocasmetapelíticas de la Formación Silgará, RegiónSuroccidental del Macizo de Santander. Boletín deGeología, Vol. 23 (38), pp. 51-59.

Schäfer, J., Grösser, J., and Rodríguez, G. (1998).?Proterozoic Formation Silgará, Cordillera Oriental,Colombia: metamorphism and geochemistry ofamphibolites. Zbl. Geol. Paläont. Teil I, (3-6), Stuttgart,pp. 531-546.

Spear, F.S., and Cheney, J.T. (1989). A petrogenetic gridfor pelitic schists in the system SiO2-Al2O3-FeO-MgO-K2O-H2O. Contributions to Mineralogy and Petrology,Vol. 101, pp. 149-164.

Spear, F.S. (1993). Metamorphic Phase Equilibria andPressure-Temperature-Time Paths. Mineralogical Societyof America, Washington, DC, 799pp.

Toussaint, J.F. (1993). Evolución geológica de Colombia:Precámbrico Paleozoico. Pub. Esp. Geol. Univ. Nacional,Medellín, 208pp.

Vielzeuf, D., and Holloway, J.R. (1988). Experimentaldetermination of fluid-absent melting relations in thepelitic system: consequences from crustal differentiation.

Page 26: (García et al 2005) Metamorfismo Barroviense MS

6 86 86 86 86 8

Medium-pressure metamorphism in the Central Santander Massif, Eastern Cordillera, Colombian Andes

Trabajo recibido: febrero 1 de 2005Trabajo aceptado: junio 23 de 2005

Contributions to Mineralogy and Petrology, Vol. 98, pp.257-276.

Ward, D.E., Goldsmith, R., Cruz, B.J., Jaramillo, C.L.,y Vargas, L.R. (1970). Mapa Geológico del CuadránguloH-13, Pamplona, Colombia. Ingeominas.

Ward, D.E., Goldsmith, R., Cruz, B.J., Jaramillo, C.L.,y Restrepo, H. (1973). Geología de los Cuadrángulos H-12, Bucaramanga y H-13, Pamplona, Departamento deSantander. U.S. Geological Survey e Ingeominas. BoletínGeológico, Vol. 21(1-3), 132pp.

Yardley, B.W.D. (1977). The nature and significance ofthe mechanism of sillimanite growth in the Connemaraschists, Ireland. Contributions to Mineralogy andPetrology, Vol. 65, pp. 53-58.


Recommended