Geometría y emplazamiento del Plutón Las

Geometría tridimensional y mecanismos de emplazamiento del
Plutón Las Campanas, regiones de Atacama y Coquimbo, Chile.
1,2*
2
2
2
Manuel Cifuentes , Christian Creixell , Cecilia Donoso , Francisco Delgado
1
Departamento Ciencias de la Tierra, Universidad de Concepción, Edmundo Larenas 129, Concepción, Chile.
2
Servicio Nacional de Geología y Minería, Av. Santa María 0104, Providencia, Santiago, Chile.
* email:
[email protected]
Resumen. El Plutón Las Campanas es unos de los
intrusivos que presenta más particularidades de los que
componen el arco magmático del Cretácico Superior en la
Precordillera de Vallenar. Está compuesto por una serie de
bandas concéntricas, que constituyen una alternancia de 5
facies reconocidas (fábrica y composición) producto de un
emplazamiento incremental sintaxial. Observaciones
estructurales y el estudio geofísico realizado, permiten
determinar que el Plutón Las Campanas es un cuerpo
tabular zonado que se emplazó asociado a un régimen
compresivo durante el Cretácico Superior.
N-S a NNE-SSW, que acomodan un importante volumen
de rocas intrusivas del Cretácico al Paleoceno. La
estructura de mayor distribución del área es el Sistema de
Fallas Las Cañas-El Torito (posiblemente continua al norte
en la falla Agua de los Burros), que genera la
yuxtaposición, mediante desplazamiento inverso y
deformación compresiva con vergencia al oeste, de rocas
del Grupo Chañarcillo por sobre rocas volcánicas de la
Formación Cerrillos (Creixell et al., 2013) durante el
Cretácico Superior.
Palabras
Claves:
Vallenar,
emplazamiento, plutón.
El Grupo Chañarcillo (Hauteriviano Superior-Aptiano,
Segerstrom & Parker, 1959) está compuesto por las
formaciones Nantoco, Totoralillo y Pabellón, las cuales
corresponden a rocas sedimentarias marinas calcáreas.
Sobre ellas yace en forma concordante la Formación
Cerrillos (Segerstrom & Parker, 1959), de edad AlbianoConiaciano (Creixell et al., 2013), la cual presenta dos
miembros, un Miembro Inferior que corresponde a una
secuencia dominantemente sedimentaria y piroclástica, y
un Miembro Superior compuesto por lavas masivas de
composición andesítico-basálticas porfídicas. En forma
discordante (discordancia angular que localmente
sobrepasa los 40°), se depositó la Formación Viñita
(Santoniano-Campaniano, Aguirre & Egert, 1965), la que
está constituida principalmente, por lavas andesíticas a
andesítico-basálticas, y que representa al volcanismo
calcoalcalino generado en condiciones post-orogénicas,
tras el evento de deformación compresiva regional
conocida como “Fase Peruana” en el norte de Chile.
Cretácico
Superior,
1 Introducción
Ubicado a 50 km al sureste de la Ciudad de Vallenar y con
unas dimensiones de 12,4 y 8,3 km (largo/ancho), el Plutón
Las Campanas (71-68 Ma) se encuentra caracterizado en
vista área, por un patrón de bandas concéntricas, que
constituyen una configuración interna producto de un
emplazamiento complejo, que a su vez determina la
geometría tridimensional externa que el cuerpo intrusivo
ha adquirido. La superficie del plutón es relativamente
plana y con afloramientos abundantes y bien expuestos,
que permiten caracterizar bien la composición y fábrica
que componen las bandas concéntricas, además de las
relaciones de contacto con la roca caja, las estructuras, etc.
Sin embargo, al interior del plutón no existe una buena
exposición vertical que permita ver de manera directa
como es la geometría en profundidad. En esta contribución
se presenta un estudio de la geometría tridimensional del
plutón Las Campanas, en base a datos estructurales, así
como el estudio geofísico (magnetometría, radiometría y
gravimetría), y se hace una interpretación de mecanismos
de emplazamiento.
2 Marco Geológico
El área de estudio, en la Precordillera de Vallenar,
comprende rocas principalmente del Cretácico, la cual,
entre los 28° y los 30°S, corresponde a una franja N-S
constituida por secuencias volcano-sedimentarias que se
disponen formando un homoclinal de gran escala, de
manteo al este, el cual es interrumpido por sistemas
estructurales extensionales y compresivos de orientación
3 Plutón Las Campanas
3.1 Geometría de primer orden
De forma semi-ovalada en planta, y de composición
acotada principalmente entre diorita y gabro, el Plutón Las
Campanas intruye a la Formación Cerrillos en forma
discordante. Se puede apreciar que la forma de los
contactos entre plutón y roca caja representan lineamientos
rectos N-S al oeste y NNE-SSW al este, mientras que al
norte y sur la forma de estos es irregular. En el borde
occidental, el Plutón Las Campanas intruye a la superficie
correspondiente al techo de la Formación Pabellón,
generando una zona de deformación termal, caracterizada
por una franja de milonitas de protolito principalmente
diorítico. La foliación milonítica presenta una orientación
promedio 110/72 (n= 31) y la lineación mineral observada
promedio (azimut/inclinación) de 061/70 (n= 19). En este
margen, las capas del Grupo Chañarcillo, se disponen
paralelas al plano de la falla Las Cañas, la cual constituye
un sistema de rampa o pliegue por despegue de estas
unidades (McClay, 1992). En el borde oriental, se observa
un contacto subvertical correspondiente a una falla inversa
en la que se puede estimar, por diferencia de cota, un
espesor aflorante del plutón de al menos 500 m. El borde
norte y sur del plutón corresponde a un contacto intrusivo
discordante con la Formación Cerrillos, donde la geometría
del contacto es de bajo ángulo, en contraste con la
estratificación de la Formación Cerrillos, con manteos de
hasta 60º al este.
3.2 Geometría y dominios internos
Al interior del plutón, se reconocen dos dominios de facies,
uno con zonación interna y otro más joven sin zonación
(roca isótropa) que interrumpe al patrón concéntrico de la
primera (Figura 1). Las facies que conforman el dominio
zonado, reconocidas en base al tipo y grado de
deformación son: 1) Roca isótropa, 2) Dioritas con
foliación magmática, 3) Zonas con estratificación ígnea (a
distintas escalas), 4) Rocas constituidas por matriz y
enclaves (orientados y sin orientación), 5) Milonitas. La
mayor distribución dentro del plutón corresponde a rocas
isotrópicas, mientras que las facies estratificadas se
concentran principalmente hacia el margen oeste. Entre
bandas concéntricas es posible observar metamorfismo de
contacto (evidenciado por la presencia de recristalización
poligonal o textura granoblástica de piroxenos y
plagioclasas) que sugiere que existe un lapso de tiempo y
cristalización entre pulsos magmáticos que permite se ha
interpretado como crecimiento incremental del plutón.
Las milonitas del margen oeste poseen indicadores
cinemáticos correspondientes a estructuras S-C y sigmas
que indican un movimiento principal plutón-arriba (estearriba), mientras que sigmoides aplanados menos comunes
indican movimiento plutón-abajo (este-abajo). Estas
milonitas presentan además recristalización dinámica del
tipo rotación de subgranos y limitada migración de límites
de granos, acompañada además por un proceso de
recovery, que afecta principalmente a plagioclasa,
hornblenda, piroxenos, lo cual sería característico de un
metamorfismo de facies de anfibolita media y alta, o
incluso de granulita, que ocurre a temperaturas sobre los
600-700°C (Miller & Patterson, 1994). Mismas
observaciones realizó Truelove (2007), quien además
señala que esta recristalización ocurrió a la misma edad del
plutón, por lo que la deformación de alta temperatura en
estado sólido es sin-plutónica y habría ocurrido durante o
muy poco después del emplazamiento del arco de fines del
Cretácico y no durante un evento termal posterior.
Verticalización de la foliación mineral hacia el oeste, así
como facies de estratificación ígnea subvertical cercanas a
dicho margen, sugieren que la deformación estaría
facilitada por el emplazamiento de pulsos incrementales
posteriores hacia el centro del plutón, en un modelo de
crecimiento sintaxial.
4 Modelamiento geofísico
4.1 Metodología
Considerando como información base el “Estudio
gravimétrico del Complejo Intrusivo de la Precordillera de
la III y IV Región” específico para el Plutón Las
Campanas (Donoso & Delgado, 2014), en el cual la
adquisición de datos gravimétricos se realizó con un
gravímetro Scintrex CG5 y dos GPS diferencial Trimble
5700. Para la confección del perfil gravimétrico se utilizó
una base de gravedad absoluta, ubicada en el Centro de
Estudios Avanzados en Zonas Áridas (CEAZA) en la
Universidad de la Serena, este perfil de dirección ENEWSW, se encuentra ubicado en la parte central del plutón.
Está conformado por 26 estaciones espaciadas a 500 m,
salvo en los extremos donde el espaciado fue de
aproximadamente 250 m. Las anomalías residuales son
procesadas en el software ENCOM ModelVision Pro 5.0
para realizar el modelamiento en profundidad 2.75D, en el
que se considera que el cuerpo que se modela es de
extensión finita dentro y fuera del plano con variaciones de
la distancia respecto al eje del perfil modelado. De manera
complementaria, se utilizaron datos aeromagnéticos y
radiométricos ya procesados, los cuales son parte de un
estudio a escala regional del PNG de Sernageomin, en que
el vuelo realiza líneas de producción de dirección N45°E
separadas cada 500 m con altitud nominal de 150 m, y
líneas de control de dirección N135°E separadas cada 5
km.
4.1 Magnetometría, radiometría y gravimetría
La anomalía magnética de campo total reducida al polo es
positiva de alta frecuencia en la parte central de los perfiles
gravimétricos donde además se concentra la mayor
amplitud de anomalía residual de Bouguer. La señal
analítica permite identificar un dominio oriental
caracterizado por una intensidad baja del campo
magnético, asociado quizás a un mayor grado de alteración
en las rocas de esta zona, mientras que el dominio
occidental de altos magnéticos, está relacionado a rocas
menos meteorizadas. La radiación gamma de K y Th en el
centro del plutón es baja, indicando una mayor presencia
de rocas de composición intermedia a máfica, lo que es
coherente con las observaciones geológicas.
La anomalía residual de Bouguer alcanza su máximo
positivo en el centro del perfil y disminuye hacia los
bordes, por lo que el modelo gravimétrico muestra un
engrosamiento en el centro del plutón (máximo de 2 km) y
adelgazamiento hacia los lados (mínimo de 200 m). La
geometría resultante de “embudo”, es asimétrica respecto
al eje vertical del plutón y posee el lado occidental más
adelgazado respecto al oriental (Figura 2).
compresivo durante el Cretácico Superior para esta área, y
restringen la extensión al Cretácico Inferior.
5 Discusión y conclusiones
Agradecimientos
El Plutón Las Campanas es un cuerpo tabular ya que: a) se
observa una superficie superior de suave inclinación hacia
el sureste, lo que indica que el plutón se acuña hacia esta
zona, y b) una superficie occidental vertical y con
presencia de milonita. Esto es apoyado por el modelo
gravimétrico el cual indica una zona de alimentación
central. Se sugiere una geometría similar a las descritas por
Grocott et al. (2009) para plutones de la Cordillera de la
Costa con estructuras asociadas, con la diferencia de que el
Plutón Las Campanas se dispone discordante con la roca
caja. Las zonas del plutón que producen una disrupción de
la zonación concéntrica del Plutón (dominios sin
zonación), se interpretan como pulsos más jóvenes, a los
que se ha asociado otras zonas de alimentación,
independientes del alimentador central.
Este estudio fue financiado por el Plan Nacional de
Geología (PNG) de Sernageomin.
El crecimiento del plutón es incremental, puesto que: a)
posee una fábrica megascópica constituida por bandas
concéntricas que se observan en vista en planta, b) existe
evidencia de metamorfismo al interior del plutón en
algunas de estas bandas concéntricas, producto de
sucesivos incrementos. El emplazamiento es sintaxial
(Bartley et al. 2008), porque: a) no se observa roca caja
entre las bandas concéntricas del plutón y b) la mayor
deformación sin-magmática en los bordes del plutón
podría deberse a que estas zonas corresponden a
inyecciones más viejas dentro del sistema de crecimiento
que habrían estado sometidas al empuje de los pulsos
posteriores emplazados sucesivamente desde el centro del
plutón.
En el borde occidental del Plutón se ha reconocido una
estructura sinplutónica secundaria y sintética al sistema
principal de Falla Las Cañas, con milonitas, las cuales
poseen evidencias de deformación en estado de flujo
magmático y condiciones que corresponden a facies de
anfibolita superior a granulita (temperaturas sobre 600700° C). El movimiento principal plutón-arriba, está
relacionado a un evento compresivo que habría ocurrido
durante el Cretácico Superior, en forma contemporánea al
emplazamiento plutónico. La presencia de fallas inversas
que cortan al Plutón Las Campanas serían post-plutónicas,
atribuibles posiblemente a la fase K-T. Indicadores con
movimiento plutón-abajo, estarían asociados a un colapso
posterior al emplazamiento, gatillado por el contraste de
densidad entre el plutón cuando este se enfría y la roca
caja. A escala regional, tanto el Plutón Las Campanas
como otros plutones similares y estructuras asociadas,
como el Plutón Corral de Pircas (68-61 Ma; Peña et al,
2013) y el Plutón El Carrizo (68-66 Ma; Espinoza, 2012),
además de datos de rotaciones en la Cordillera de Vallenar
a estas latitudes (Peña, 2012), favorecen el régimen
Referencias
Aguirre, L.; Egert, E. 1965. Cuadrángulo Quebrada Marquesa,
Provincia de Coquimbo. Instituto de Investigaciones Geológicas,
Carta Geológica de Chile, Nº 15: 95 pp. Santiago.
Creixell, C.; Labbé, M.; Arévalo, C.; Salazar, E. 2013. Geología del
área Estación Chañar-Junta de Chingoles. Servicio Nacional de
Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Nº 150, 1 mapa
escala 1:100.000. Santiago.
Donoso, C.; Delgado, F. 2014. Estudio gravimétrico del complejo
intrusivo de la Precordillera, III Región: Plutón Las Campanas
(29º03’S, 70º43’W). Unidad de Geofísica, Sernageomin. Informe
interno (Inédito). Santiago
Espinoza, A. 2012. Plutón El Carrizo: anatomía y control estructural
de su emplazamiento. Memoria para optar al título de Geólogo
Universidad de Chile, Departamento de Geología (Inédito): 80
pp., Santiago
Grocott, J.; Arévalo, C.; Welkner, D. & Cruden, A. 2009. Faultassisted vertical pluton growth: Coastal Cordillera, north Chilean
Andes. Journal of the Geological Society, Vol. 166: 295-301.
Londres.
Mcclay, K.R. 1992. Glossary of thrust tectonic terms. Thrust
Tectonics (ed. McClay, K. R.), Chapman & Hall. 419-433.
Londres.
Miller, R.; Patterson, S. 1994. The transition from magmatic to high
temperature solid-state deformation: implication from the Mount
Stuart batholith, Washington. Journal of Structural Geology, Vol.
16(6), 853-865.
Peña, M. 2012. Reconocimiento del límite sur del patrón paleógeno
de rotaciones horarias entre los 28º-32º S del margen chileno a
través de un estudio paleomagnético. Memoria para optar al
Título de Geólogo (Inédito). Departamento de Geología,
Universidad de Chile: 81 p.
Peña, M.; Martínez, F.; Becerra, J.; Arriagada, C. 2013. Geología del
área Yerbas Buenas - Tres Morros, Región de Atacama. Servicio
Nacional de Geología y Minería, Mapas Geológicos, Nº XX, 1
mapa escala 1:100.000. Santiago.
Segerstrom, K.; Parker, R. 1959. Cuadrángulo Cerrillos. Provincia de
Atacama. Instituto de Investigaciones Geológicas, Carta
Geológica de Chile, Vol. 1, Nº 2, 33 p., 1 mapa escala 1:50.000.
Truelove, L. 2007. Tectonic setting, age and emplacement
mechanisms of the end-Cretaceous to Palaeocene magmatic arc
system, Precordillera of Vallenar, northern Chile. Doctoral
Thesis, Kingston University. 257 p. Kingston.
Perfil
Figura 1. Mapa de patrón concéntrico interno del Plutón Las Campanas, se observan las diversas facies identificadas en terreno.
m s.n.m.
m s.n.m.
WSW
ENE
Profundidad (m)
-2000
-1000
0
1000
Valores de densidad gr/cm3
2.7
2.5
2000
0
2000
4000
6000
3.1
2.47
2.9
2.35
2.6
8000
Distancia (m)
Figura 2. Perfiles geológico (arriba) y gravimétrico (abajo) de la zona central del Plutón Las Campanas.