Evaluación de cristalinidad y grado de grafitización de los mantos de grafito en Sonora central, utilizando espectroscopia MicroRaman

Abstract

Se analizaron por espectroscopia microRAMAN, muestras de grafito contenido en metasedimentos de la Formación Santa Clara del Grupo Barranca, para determinar el grado de cristalinidad y grafitización, y así obtener la temperatura máxima de metamorfismo en la transformación de materia orgánica en grafito. Se exploraron los efectos de metamorfismo ocurridos durante compresión y/o calentamiento para entender su influencia en la generación del grafito. Derivado de las relaciones espectrales R1, R2 y R3 se observan al menos cuatro grados de grafitización. El límite de R2 > 0,5 permite discriminar entre materiales carbonosos poco cristalinos y grafito bien cristalizado (R2 <0,5). La muestra 1703-09 (El Salto) representa el cuarto grado de grafitización, es la única que tiene un valor de R2 de 0.55 ± 0.10, siendo este superior a 0.5. Siendo el más bajo de este estudio le considera como grafito de naturaleza amorfa. Los valores elevados de R1, R2 y R3, las características de las bandas G, D1, D2, la falta de inclinación en la banda S1 y siendo el parámetro “La”, el menor de todos, sugiere que se trata de capas aromáticas cortas de grafito amorfo con defectos estructurales. El tercer Grado de grafitización lo representan las muestras 1603-05 (Mr. Kellogs) y 1703-02 (Tuquison), siendo la primera de menor grado, el valor de R2 para la muestra 1603-05 es de 0.49 ± 0.06, estando en el límite para el ordenamiento del grafito, la muestra 1703-02 tiene un valor de R2 0.45 ± 0.08. El valor de R1 en estas muestras es mayor que el de R2, esta diferencia es más marcada en la muestra 1603-05. También se observa un valor de R3 relativamente más elevado que en la muestra 1703-09. La gran variación en la banda D1 refleja un ordenamiento desigual de las capas aromáticas, interpretándose como capas aromáticas de diferente longitud dispuestos de una forma semiordenadas, evidenciado por la presencia de la banda S2, el alto valor de R3, la intensidad de la banda D1 y el valor del parámetro “La”, el cual presenta una gran desviación. La ausencia de la banda D3 indica que no existen defectos estructurales fuera del plano de las capas aromáticas. El segundo grado de grafitización se observa en las muestras 1603-02 (Los Pocitos), 1603-11 (El Cochi) y 1703-14 (El Porvenir) con un valor de R2 entre 0.36 y 0.38, siendo este grafito “bien cristalizado” por el valor de R2 menor que 0.5. El valor de R1 en todos los casos es menor a R2. Los valores de R3 son de los valores más bajos obtenidos en este estudio. Los espectros de estas muestras tienen una similitud notable: la banda D1 en estas muestras es de baja intensidad en todos los espectros y todos los espectros presentan la banda D3, la banda D2 se observa como un hombro bien marcado de baja intensidad comparado con la banda G, la banda S1 presenta una inclinación leve a la derecha en la mayoría de los espectros La muestra 1603-08 (San José de Moradillas) representa el grado máximo de grafitización, con un valor de R2 de 0.22 ± 0.08, un valor de R1 de 0.11 ± 0.06 y un valor de R3 de 0.03 ± 0.03. Los espectros presentan bandas D1, D2 y D3 con intensidad mínima. La banda S1 presenta deformación del hombro muy bien definida, la banda S2 no se encuentra bien definida y la banda S3 se observa en la mayoría de los espectros. La presencia de la banda D3 se asocia a nanocristales de grafito y resonancia debido a su tamaño. El parámetro “La” es el más alto calculado, así como el espectro Raman experimental es el más parecido al espectro teórico, lo cual nos indica que en la muestra existen cristales de grafito de calidad analítica comparables con grafitos artificiales “HOPG” (highly oriented pyrolytic graphite) sugiriendo un apilamiento de más de 50 capas aromáticas en algunos puntos de la muestra. Las temperaturas se calcularon basándose en las calibraciones hechas por Beyssac y Rhal. Aunque hay diferencias considerables en temperatura entre ambas calibraciones, se puede observar que la tendencia se comporta de una manera similar para ambas. La mayor temperatura proviene de la localidad de San José de Moradillas, después se tienen Los Pocitos, El Cochi y El Porvenir. La calibración de Rhal et al. (2005) arrojo como la temperatura más baja la localidad de Mr. Kellogs, mientras que la más baja con la calibración de Beyssac et al. (2002) es en la localidad de El Salto. Con base a las relaciones espectrales y el análisis de los espectros Raman, en este estudio se considera que los resultados obtenidos con Beyssac et al. (2002) son los más representativos y los que mejor se ajustan al contexto geológico del área.