Caracterización geoquímica de la Formación Abanico Este \(FAE

UNIVER SIDAD DE CONCEPCIÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003
CARACTERIZACIÓN GEOQUÍMICA DE LA FORMACIÓN ABANICO
ESTE EN LA CORDILLERA DE LOS ANDES DE LAS ÁREAS DE LO
VALDÉS (33º50´S) Y PORTILLO (32º50´S), CHILE CENTRAL.
MUÑOZ, M1., VERGARA, M.1, AGUIRRE, L.1, NYSTRÖM, J. O.2, MONTECINOS, P.1 y FUENTES, F.1
1
Dpto. Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21,
Santiago de Chile, [email protected], [email protected]
2
Swedish Museum of Natural History, SE 10405 Stockholm, Sweden, [email protected]
MARCO GEOLÓGICO
Las secuencias volcánicas neógenas en la Cordillera de los Andes de Chile forman un cinturón
casi continuo de dirección N-S que se extiende por
aproximadamente 1500 km entre los 23º y 37ºS. Este
cinturón atraviesa tres segmentos tectónicos de los
Andes: uno sin actividad volcánica cuaternaria (28ºS a
33ºS) asociado a la subducción subhorizontal de la placa
de Nazca bajo el continente Sudamericano, y los otros
dos que representan parte de las zonas volcánicas
Central y Sur asociados a ángulos de subducción de la
placa de Nazca de aproximadamente 30º. Las unidades
terciarias varían de espesor entre los 2 y 6 km y
consisten en rocas volcánicas y volcanoclásticas
depositadas en cuencas intermontanas (Vergara y Drake,
1979). Entre los 32º50´ y 33º50´S, área estudiada en el
presente trabajo (Fig. 1), la unidad volcánica cenozoica
más antigua corresponde a la Formación Abanico de
edad oligocena, cuya distribución de afloramientos está
dividida en dos partes por la Formación Farellones del
Mioceno que aflora en la parte central (Thiele, 1980). El
área estudiada se ubica en el límite de dos segmentos
Fig. 1: Mapa de ubicación de las áreas en
tectónicos de los Andes Chilenos, abarcando la parte sur
estudio; Pueblo de Lo Valdés y Centro de
Esquí Portillo.
del segmento de subducción subhorizontal y la parte
norte de la Zona Volcánica Sur.
Los afloramientos de la Formación Abanico se conocen informalmente con los nombres de
Abanico Oeste (FAO) y Este (FAE), según si afloran en la Precordillera próxima al Valle Central
Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad
de Chile o en la región de la Alta Cordillera cercana al límite con Argentina. La FAO se
caracteriza por un estilo de plegamiento amplio mientras que la FAE por pliegues apretados.
Según Vergara y Drake (1979) ambas secuencias se habrían depositado simultáneamente en los
dos flancos de una cuenca intermontana. De acuerdo a otros autores estas rocas se habrían
depositado en cuencas intra-arco con características de hemi-rift invertidos (Godoy et al., 1999;
Charrier et al., 2002). Por otra parte, Kay y Kurtz (1995) proponen para la región de El Teniente
(33,3ºS a 34,5ºS) que la FAO se habría depositado en una cuenca de intra-arco y la FAE en una
cuenca de trasarco.
Las rocas volcánicas de la Formación Abanico se emplazaron en el Oligoceno superior,
inmediatamente después del cambio de una convergencia de placas oblicua y lenta (Placa
Farallón/Sudamericana) a una convergencia casi ortogonal y rápida (Placa Nazca/Sudamericana).
Durante el Oligoceno superior y el Mioceno inferior el margen continental chileno en el área
estudiada se caracterizó por grandes volúmenes de magmas generados en cuencas intermontanas
extensionales oblicuas (Kay y Mpodozis, 2002) de corteza continental adelgazada (Nyström et
al., 1993, Nyström et al., 2003).
En el área de Lo Valdés, la FAE está constituida por casi 3000 m de rocas volcánicas y
volcanoclásticas continentales, lavas básicas, flujos piroclásticos, rocas piroclásticas de caída e
intercalaciones menores de rocas sedimentarias lacustres. En esta área Zurita (1999) determinó
una edad (40Ar/39Ar roca total) oligocena para una lava básica de la parte inferior de la secuencia.
La FAE se apoya en esta área con discordancia y hiatus sobre la Formación Colimapu de edad
Albiana-Aptiana (Charrier et al., 2002). En el área de Portillo (Aguirre, 1960) la FAE tiene un
espesor de casi 4000 m con predominio de rocas volcanoclásticas y menor volumen de lavas
básicas que en Lo Valdés. Rivano et al. (1993) obtuvieron una edad K/Ar en roca total de 26 Ma
para una andesita que aflora aproximadamente 10 Km al oeste de Portillo sugiriendo una edad
oligocena al igual que la FAE que aflora en el área de Lo Valdés.
GEOQUÍMICA
Se analizaron 12 muestras de lavas básicas y
ácidas de cada una de las dos localidades
estudiadas. Se seleccionaron sólo aquellas con
una mínima alteración y con contenidos de
volátiles entre 1,2% y 3,7%. Los análisis de las
muestras VAL159, VAL126 de la zona de Lo
Valdés, y ACO41, ACO72 y ACO83 de la
zona de Portillo, se realizaron por ICP-MS y
las restantes por ICP-AES en el Centre de
Recherches Pétrographiques et Géoquimiques,
Nancy, Francia. Los datos usados en los
gráficos están recalculados al 100% anhidro.
Fig. 2: Diagrama de clasificación K2O vs. SiO2 (valores
al 100% anhidro) según el contenido de K para ambas
localidades de estudio.
La figura 2, diagrama K2O vs SiO2, muestra
que estas rocas presentan una gran variabilidad
en el contenido de sílice desde basaltos con 50% SiO2 hasta riolitas con más de 70% de SiO2,
siendo las rocas de Lo Valdés relativamente menos silícicas y con menor contenido de K2O.
La figura 3a, diagrama AFM, señala que las rocas caen en el campo límite entre las series
toleiítica y calcoalcalina no existiendo muestras con una razón elevada Mg/Fe, aún en las rocas
más básicas, lo que indica un avanzado estado de diferenciación en las lavas.
Fig 3: (a) Diagrama AFM para las rocas volcánicas de la Fm Abanico en ambas zonas de estudio. (b) Diagrama
de discriminación tectónica (Cabanis y Lecolle, 1989) para las lavas basálticas a andesíticas de la Fm Abanico en
ambas zonas de estudio. Campos 1A: Basaltos alcalinos, 1B: Transicional entre 1A y 1C, 1C: Toleiítas de arco
volcánico, 2A: Basaltos continentales, 2B: Basaltos de cuenca de trasarco, 3A: Basaltos alcalinos de rift
intracontinental, 3B y 3C: MORB tipo E, 3D: MORB tipo N. Simbología indicada en la Fig. 2
La figura 3b corresponde al diagrama tectono-magmático de Cabanis y Lecolle (1989) para rocas
básicas. Se aprecia que la mayoría de las muestras caen en el campo calcoalcalino de arco
magmático, excepto una lava de Lo Valdés que cae en el campo de los basaltos continentales con
menor componente de subducción.
La figura 4 corresponde al diagrama de
Tierra Raras para basaltos y andesitas
basálticas de las áreas de Lo Valdés y
Portillo, normalizados al condrito de
Nakamura (1974). Se aprecia un patrón casi
plano, con razones de (La/Yb)N de 3,4 y 4,7
para las muestras de Lo Valdés y de 4,2 a
6,2 para las de Portillo. También se aprecia
que las muestras de Lo Valdés presentan un
empobrecimiento relativo de todas las
Tierras Raras especialmente livianas, con
respecto a las muestras de Portillo. El
patrón plano de Tierras Raras es parecido Fig. 4: Patrones del contenido de Tierras Raras normalizadas
al condrito de Nakamura (1974) para las lavas basálticas a
al de la serie toleiítica de arco magmático
andesíticas de ambas zonas de estudio.
del Eoceno superior-Oligoceno de Colbún
en la Precordillera de Linares (35,35º y 36ºS, Vergara et al., 1999), excepto por la mayor
abundancia de Tierras Raras en el área estudiada, que en el caso de Lo Valdés, es de 10 a 30
veces el condrito y en el caso de Portillo de 10 a 80 veces.
La figura 5 corresponde al diagrama de
multielementos para las muestras básicas
normalizados al MORB de Pearce (1983).
La figura muestra un típico patrón de arco
magmático de margen continental con
enriquecimiento relativo al MORB de los
elementos incompatibles de bajo potencial
iónico, Sr, K, Rb, Ba y Th y menor
contenido de los elementos de alto
potencial iónico, Ta, Nb, Ce, P, Zr, Hf,
Sm, Ti, Y e Yb y la típica fosa para el Ta y
Nb, característica de rocas de arco
volcánico (Pearce, 1983). El patrón es
intermedio entre arco de islas toleiítico y Fig. 5: Patrones de diagramas multi-elemento normalizados a
N-MORB (Pearce, 1982) para las lavas de ambas zonas de
margen continental activo y es similar al
estudio. Simbología indicada en la Fig. 4.
de Colbún (Vergara et al., 1999) excepto
por un menor enriquecimiento en los elementos LILE en las muestras básicas de Colbún. Se
observan también en la figura 5 diferencias entre las muestras de Lo Valdés y Portillo, siendo las
de Lo Valdés menos enriquecidas en casi todos los elementos excepto los más inmóviles Sm, Ti,
Y e Yb.
La figura 6 corresponde al diagrama εNd vs.
87
Sr/86Sr0 para las muestras de Lo Valdés y
Portillo (Muñoz, et al., 2003). Se aprecia que las
muestras tienen razones iniciales de 87Sr/86Sr0
parecidas entre sí y relativamente bajas,
variando entre 0,70368 y 0,70376. Todas las
muestras caen dentro de la composición del
Manto con valores de εNd positivo, variables
entre 3 y 5 evidenciando un origen derivado del
manto con contaminación de intraplaca
87
86
continental, siendo esta contaminación mayor en Fig. 6: Razones εNd vs. Sr/ Sr inicial para las lavas
de ambas áreas de estudio. CSVZ: parte central de la
las muestras de Portillo.
zona volcánica sur. Simbología indicada en la Fig. 4.
CONCLUSIONES
Los primeros antecedentes geoquímicos de muestras de rocas volcánicas de la Formación
Abanico Este que afloran en las áreas de Lo Valdés y Portillo permiten caracterizarlas como
secuencias volcánicas de margen continental asociadas a subducción. Las muestras básicas
presentan un carácter afín al toleiítico con evidencias de enriquecimiento de intraplaca
continental. Se observan diferencias geoquímicas entre ambas secuencias que señalan diferencias
en el marco geotectónico durante la génesis y emplazamiento de los magmas. Las muestras de Lo
Valdés presentan razones (La/Yb)N de 3,4 a 4,7 en cambio las muestras de Portillo de 4,2 a 6,2.
El incremento del valor de esta razón puede estar relacionado con un mayor espesor cortical, por
lo que las rocas volcánicas de Lo Valdés se habrían emplazado a través de una corteza
continental de menor espesor. Sin embargo, Nyström et al. (2003) han atribuido el incremento de
las razones (La/Yb)N a un menor grado de fusión parcial del manto en profundidad. En
consecuencia, el espesor de la corteza durante el Oligoceno habría aumentado hacia el norte,
entre Lo Valdés y Portillo, o bien las diferencias geoquímicas observadas responden a diferencias
en la génesis de los magmas parentales de esta formación en una y otra latitud.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo es parte de la tesis de Magíster de la primera autora, Muñoz, M., que está siendo
realizada con financiamiento del Proyecto Fondecyt Nº 1020809
REFERENCIAS
Aguirre, L., 1960. Geología de los Andes de Chile Central, provincia de Aconcagua. Instituto de Investigaciones
Geológicas, Santiago, Chile, Boletín Nº 9, 70 p.
Cabanis, B., y Lecolle, M., 1998. Le diagramme La/10-Y/15-Nb/8: un outil pour la discrimination des séries
volcaniques et la mise en évidence des processes de mélange et/ou de contamination crustale. Comptes Rendus de
l´Academie des Sciences, Serie II, v. 309, p. 2023-2029.
Charrier, R., Baeza, O., Elgueta, S., Flynn, J. J., Gans, P., Kay, S. M., Muñoz, N., Wyss, A. R. y Zurita, E., 2002.
Evidence for Cenozoic extensional basin development and tectonic inversion south of the flat-slab segment, southern
Central Andes, Chile (33º-36ºS.L.). Journal of South American Earth Sciences, v. 15, p. 117-139.
Godoy, E., Yáñez, G. y Vera, E., 1999. Inversion of an Oligocene volcano–tectonic basin and uplifting of its
superimposed Miocene magmatic arc in the Chilean Central Andes: first seismic and gravity evidences.
Tectonophysics, v. 306, p. 217–236.
Kay, S. M. y Kurtz, A. C., 1995. Magmatic and tectonic characterization of the El Teniente Region. Informe no
publicado, Santiago, Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO), 180 p.
Kay, S. M. y Mpodozis, V., 2002. Magmatism as a probe to the Neogene shallowing of the Nazca plate beneath the
modern Chilean flat-slab. Journal of South American Earth Sciences, v. 15, p. 39-57.
Muñoz, M., Vergara, M., Aguirre, L., Nyström, J. O., Montecinos, P. y Fuentes, F., 2003. Sr-Nd isotope data for the
Abanico east Formation in the Andean Cordillera of Central Chile. IV South American Symposium on Isotope
Geology, Salvador, Brazil, 2003. (En prensa)
Nakamura, N., 1974. Determination of REE, Ba, Fe, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites.
Geochim. Cosmochim. Acta, 38, p.757-775.
Nyström, J. O., Parada, M. A. y Vergara, M., 1993. Sr-Nd isotope composition of Cretaceous to Miocene volcanic
rocks in central Chile: a trend towards a MORB signature and a reversal with time. Second International Symposium
on Andean Geodynamics, Oxford, Extended Abstracts Volume, p. 411-414.
Nyström, J. O., Vergara, M., Morata, D. y Levi, B., 2003. Tertiary volcanism during extension in the Andean
foothills of central Chile (33º15´–33º45´S). Geological Society of America Bulletin (En prensa).
Pearce, J. A., 1983. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margins. In
Hawkesworth, C. J., and Norry, M. J., eds., Continental basalts and mantle xenoliths: Nantwich, UK, Shiva
Publishing Limited, p. 230-249.
Rivano, S., Sepúlveda, P., Boric, P. y Espiñeira, D., 1993. Hoja Quillota-Portillo. Servicio Nacional de Geología y
Minería. Carta geológica Nº 73, 201 p.
Thiele, R., 1980. Hoja Santiago. Carta Geológica de Chile N° 39, Instituto de Investigaciones Geológicas, 51 p.
(with map).
Vergara, M. y Drake, R., 1979. Edades K/Ar en secuencias volcánicas continentales postneocomianas de Chile
central; su depositación en cuencas intermontanas restringidas. Revista de la Asociación Geológica Argentina, v. 34,
p. 42–52.
Vergara, M., Morata, D., Hickey-Vargas, R., López-Escobar, L. y Beccar, I., 1999. Cenozoic tholeiitic volcanism in
the Colbún area, Linares Precordillera, central Chile (35°35'-36°S). Revista Geológica de Chile, v. 26, p. 23-41.
Zurita, E. A., 1999. Historia de enterramiento y exhumación de la Formación Abanico-Coya-Machalí, Cordillera
Principal, Chile Central. Memoria para optar al título de Geólogo. Departamento de Geología, Universidad de Chile,
Santiago. 156 p.