Geoquímica de rocas intrusivas y extrusivas con afinidad adakítica en

Geoquímica de rocas intrusivas y extrusivas con afinidad adakítica en la región de Rayón,
Sonora.
Alejandra Marisela GOMEZ-VALENCIA, Jesús Roberto VIDAL-SOLANO Santa BARRERA-GUERRERO y Edrey
Deniza ROBLEDO-FLORES
Departamento de Geología, Universidad de Sonora, Hermosillo, Sonora, México. [email protected] y
[email protected].
INTRODUCCIÓN
Durante el final del Oligoceno y
principios del Mioceno, prevalecía en
Sonora un magmatismo de arco
continental relacionado al sistema de
subducción Farallón - Norte América
(Cochemé y Demant, 1991). Este
magmatismo orogénico, evidenciado por
numerosas manifestaciones volcánicas
ampliamente distribuidas al poniente de
la Sierra Madre Occidental, ocurrió
excepcionalmente, contemporáneo al
evento tectónico distensivo Basin and
Range (Dickinson, 1991). Para esta
época, ya había comenzado la
exhumación del batolito laramídico y, por
otro lado, el desarrollo de horst y graben
o conjuntos de semigrábenes escalonados
dando paso a la formación de cuencas
endorreicas, que fueron rellenadas por
Figura 1 Fisiografía y morfología de la región de estudio: A) Distribución del
una vasta sedimentación detrítica,
magmatismo orogénico Oligoceno-Mioceno en el Estado de Sonora: 1 Zona de
estudio Rayón (Gómez-Valencia et al., 2009), 2 San Miguel de Horcasitas (Vidaldenominada en algunas localidades como
Solano, 2005), 3 Sierrita Prieta, Trincheras (Tarazón-Pacheco, 2002; Tarazónformación Báucarit. Intercalados con
Pacheco y Paz-Moreno, 2004; Tarazón-Pacheco, 2007), 4 Caborca (IzaguirrePompa, 2006), 5 Batepito - Bavispe (Paz Moreno et., al 2009) y 6 La Colorada
estas unidades detríticas, se encuentran
(Vidal-Solano, 2005). Principales poblados: N Nogales, C Caborca, R Rayón, M
comúnmente lavas máficas conocidas
Moctezuma, H Hermosillo, IT Isla Tiburón, G Guaymas, Y Yécora y CO Ciudad
Obregón. B) Ortofotos digitales mostrando la distribución del magmatismo
como SCORBA (Southern Cordillera
orogénico Oligoceno-Mioceno en la región SW de Rayón, Sonora.
basalts), que poseen una afinidad
geoquímica e isotópica de arco afectado por un régimen extensional (Cameron et al., 1989). En la
región de estudio se encuentra una gran diversidad de rocas volcánicas e hipabisales terciarias (Figura
1B). Algunas de estas han sido reportadas como rocas volcánicas intermedias a máficas OligocenoMioceno, asociadas con sedimentos continentales, de acuerdo con el contexto anteriormente descrito
(Castro-Rodríguez y Morfín-Velarde, 1988; SGM, 1999), y otras como volcanismo basáltico
Plioceno (Valenzuela-Rentería, 2001). Sin embargo, debido en parte, a la falta de estudios
petrológicos adecuados, algunas de estas unidades no han sido bien reconocidas o correlacionadas. El
presente trabajo tiene como objetivo la caracterización petrográfica y geoquímica de las unidades
ígneas que constituyen el episodio Oligoceno-Mioceno en el área de Rayón, Sonora. Se pretende
además mostrar la relación petrológica que existe entre las manifestaciones intrusivas y extrusivas, y
correlacionar el volcanismo de Rayón con las unidades de misma naturaleza que han sido reportadas
en otras localidades del Estado (Figura 1A).
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UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LAS UNIDADES OLIGOCENO-MIOCENO
El área de estudio se ubica al Suroeste del poblado de Rayón, a aproximadamente 60 Km al
Noreste de la ciudad de Hermosillo, Sonora (Figura 1A y 1B). En este sitio, que fisiográficamente se
encuentra alineado en dirección NW-SE, afloran distintas unidades ígneas intrusivas y extrusivas de
edad Oligoceno-Mioceno. En la localidad de Cerro Prieto (Figura 1B), ocurren al menos 6 derrames
andesíticos con textura fluidal, porfíricos a glomeroporfíricos, con fenocristales de plagioclasa,
clinopiroxeno, ortopiroxeno y olivino. Estos flujos sobreyacen a una potente serie de tufitas y
depósitos detríticos arenosos a conglomeráticos, con intercalaciones de derrames basálticos y tobas
félsicos, que puede ser correlacionada con la Formación Báucarit (Gómez-Valencia et al., 2009).
Poco más al Norte, en los cerros Las Agujas, Barranco el Tigre y Los Columpios (Figura 1B), se
encuentran al menos 5 cuerpos subcirculares, a manera de crestones (Agujas), los cuales presentan
diaclasas de enfriamiento de cuerpos hipabisales sub-verticales (Figura 2).
Estos cuerpos de composición intermedia a félsica con texturas cristalinas sacaroides y
porfíricas, representan la raíz de edificios dómicos que fueron exhumados por la tectónica y que
fungieron como alimentadores de algunos de los derrames volcánicos. Excepcionalmente, en el Cerro
Los Columpios, las rocas presentan algunos megacristales de hornblenda de hasta 4 cm de longitud
PETROGRAFÍA
El estudio petrográfico permitió diferenciar 2 grupos de rocas: [1], andesitas porfídicas
(Pl>Cpx>Opx>Ol>Oxfe-Ti) a glomeroporfídicas de matriz vítrea y en algunos casos vesiculares; [2],
dacitas hipabisales porfídicas (Pl>Cpx>Opx>Ox>Fe-Ti>Hbl) a glomeroporfídicas de matriz
microcristalina a criptocristalina. En ambos grupos los glómeros se componen principalmente de
plagioclasa, ortopiroxeno y clinopiroxeno, asociados en varias proporciones, pero en todos los casos,
la plagioclasa es el fenocristal dominante y el Olivino el que se encuentra en menor proporción.
GEOQUÍMICA
Un total de 18 muestras, fueron preparadas para el análisis de los elementos mayores, y las
trazas. Los datos geoquímicos fueron determinados, por ICP-AES para mayores e, ICP-MS para los
elementos traza, en un laboratorio comercial (Chemex ALS). Los valores obtenidos para los mayores
fueron posteriormente recalculados en base anhidra y graficados haciendo uso del programa IGPET
2007.
Elementos mayores
Las características geoquímicas que permiten clasificar a las lavas estudiadas pueden ser apreciadas
en el diagrama TAS propuesto por Le Bas et al. (1986) (Figura 2A). En este diagrama se observa que
ambos grupos de rocas se ubican por debajo del dominio alcalino (marcado por la línea de Irvine y
Baragar, 1971). El primer grupo se localiza dentro del campo de las traquiandesitas, precisando que
se trata de verdaderas latitas (Fig. 2C) dado que K2O>Na2O-2%. Estas latitas presentan contenidos
muy similares en SiO2 y valores de FeOt/MgO relativamente bajos (Miyashiro, 1974), mostrando que
se trata de rocas con tendencia a una serie calcoalcalina (Figura 2B). Esta afinidad química no es
precisada en el diagrama propuesto por Peccerillo y Taylor (1976) (Figura 2C) para las rocas de arco,
destacando que este tipo de lavas intermedias no se ubican en el campo de la serie tholeítica, pero si
dentro del dominio de las series calcoalcalinas altas en potasio.
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Figura 3 A) Diagrama de tierras
raras (REE) normalizado a Condrita
(Sun y McDonought, 1989), B)
Diagrama
multielementos
normalizado a manto primitivo,
valores de normalización para
ambos diagramas según Sun y
McDonought, (1989).
El segundo grupo de rocas, se ubica en el campo de las rocas intermedias, principalmente en
el dominio de las dacitas. Estas lavas tienen contenidos en sílice en el rango 61-66% y valores de
FeOt/MgO relativamente más altos, mostrando en algunos casos, una tendencia hacía la serie
tholeitica en el diagrama de Miyashiro, (1974, Figura 2B). Esta afinidad química no es consistente
con el grupo de tholeítas de arco del diagrama de Peccerillo y Taylor 1976 (Figura 2C), puesto que
presentan valores en K2O demasiado altos; estas rocas por lo tanto tienen una afinidad calcoalcalina.
Elementos trazas
El diagrama de Tierras Raras normalizado a condrita (Figura 3A), muestra un cierto
paralelismo entre los espectros de las rocas de la unidad volcánica Cerro Prieto (grupo 1) y las de la
unidad volcánica Las Agujas (grupo 2). Los espectros tienen una forma de L, con valores elevados en
LREE y una pendiente pronunciada entra La y Dy, una anomalía poco pronunciada en Eu, sugiriendo
un bajo fraccionamiento de plagioclasa, y HREE relativamente horizontales. Sin embargo, existe una
notable diferencia entre los dos grupos : a pesar de ser ligeramente mas ricas en sílice, las lavas de la
unidad volcánica Las Agujas tienen un espectro considerablemente mas empobrecido que el de la
unidad volcánica Cerro Prieto (Figura 3A). El diagrama multielementos normalizado al manto
primitivo (Figura 3B), confirma primeramente una cierta similitud en las concentraciones de
elementos traza de todas las lavas (arreglo espectral uniforme según sus grupos) y, segundo, un
enriquecimiento progresivo en los elementos más incompatibles.
Los espectros presentan además anomalías negativas en Nb-Ta, P y Ti, que aumentan con el grado de
diferenciación de los magmas en cada grupo. Anomalías positivas en Pb y Ba ocurren de manera
independientemente a este fenómeno. Marcadas diferencias entre ambos grupos radican en la
presencia de anomalías positivas en Sr y un empobrecimiento general en todos los elementos en la
unidad volcánica las Agujas.
DISCUSION
Diversos autores han reportado unidades volcánicas Oligoceno-Mioceno de carácter orogénico en
distintas áreas del Estado de Sonora. Vidal-Solano (2005) reportó en la región de San Miguel de
Horcasitas y de la mina La Colorada (Figura 1A), rocas volcánicas con características parecidas tanto
a las rocas del grupo 1, como a las del grupo 2. Estas rocas de afinidad calcoalcalina, presentan sin
embargo, una variación composicional más grande (andesitas basálticas, andesitas acidas y
dacitas).Este tipo de rocas ha sido también estudiado (Tarazón-Pacheco, 2002; Tarazón-Pacheco y
Paz-Moreno, 2004; Tarazón-Pacheco, 2007) en la región de Trincheras (Figura 1A) donde una edad
no mayor a 25 Ma ha sido propuesta.
En esa localidad las coladas fueron diferenciadas en dos grupos: 1) uno de afinidad
shoshonítica, compuesto por una basanita de olivino-flogopita y una latita de clinopiroxeno; 2) un
segundo grupo, de afinidad calcoalcalina potásica, representado por un basalto de olivino, una
andesita y una dacita de hornblenda. Por otra parte, Izaguirre-Pompa (2006) reporta una edad de
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24.34 Ma, para rocas aflorando al Norte de la Ciudad de Caborca (Figura 1A), dentro de una
secuencia volcánica de composición intermedia dentro de la cual distinguió: 1) dacitas calcoalcalinas
ricas en potasio y 2) dacitas, traquitas y latitas calcoalcalinas con valores en potasio más elevados
alcanzando el dominio de las shoshoníticas. Recientemente, dentro de la cuenca tectónica distensiva
de los ríos Batepito-Bavispe, al Noreste del Estado de Sonora, han sido reportados importantes
volúmenes de lavas con las mismas características petrológicas y que han sido fechados en 22.2 +
0.9Ma, asignando este evento magmático al Mioceno Inferior (Paz-Moreno et al., 2009).
Con el fin de comparar los rasgos geoquímicos de las lavas de la región de Rayón, con las
lavas potásicas Oligo-Miocénicas de Sonora, se hizo una recopilación de todos los datos geoquímicos
existentes. De acuerdo con el paralelismo global en los espectros de REE y de multielementos, las
rocas del Oligo-Mioceno se caracterizan, al igual que las de Rayón, por un enriquecimiento en LREE,
Th, U y un empobrecimiento en Nb y Ta, comparado con las firmas de los N-MORB. Sin embargo,
es mejor evidenciada, una clara afinidad de las lavas derivadas de la literatura, con respecto a los
espectros de las rocas potásicas del grupo 1 aquí estudiadas.
Las concentraciones en Ba, Y y Nb, que no son intensamente afectadas por la cristalización
fraccionada de plagioclasa, olivino y piroxeno, sirven para caracterizar la fuente de los magmas poco
diferenciados. Utilizando los cocientes Ba/Nb, Ba/Y y Nb/Y de esta serie potásica (grupo 1) y los
reportados para las principales fuentes mantélicas (Figura 4A y B), es posible deducir el origen de
estos magmas. Las latitas del Oligoceno-Mioceno tienen valores de Nb/Y próximos a los de una
fuente tipo MORB o Manto Primitivo, pero elevados cocientes Ba/Nb y Ba/Y que indican una
participación importante de un componente
de subducción, proviniendo de un manto
superior astenosférico metasomatizado. Los
cocientes Ba/Nb y Ba/Y tienen valores
notablemente más elevados que los de las
lavas máficas de tipo SCORBA de Sonora
(Paz-Moreno, 1992), las cuales han sido
asociadas a un contexto tras arco durante el
Mioceno inferior (Cameron et al., 1989).
Figura 4 A)
Diagramas
Por otra parte, el notable enriquecimiento
discriminantes de determinación de
las fuentes magmáticas Nb/Y vs
en Sr, aunado a un empobrecimiento en Y y
Ba/Y y B) Nb/Y vs Ba/Nb, tomados
HREE, que es aún mayor en las lavas de la
de Fitton et al. (1985 y 1991).
unidad volcánica Las Agujas, es distintivo
de un magmatismo adakítico (Defant and
Drummond, 1990), tipo de magmatismo
que ha sido reconocido en la mitad de los
arcos volcánicos activos del planeta
(Martín, 1999). El origen de las adakitas, de
acuerdo
a
estudios
experimentales
(Prouteau et al., 1999), es atribuido a una
fusión de la placa en subducción bajo un
régimen térmico elevado (800 a 1000°C, y
70-80km
de
profundidad).
Estas
4 238
condiciones térmicas pueden cumplirse en varios contextos tectónicos convergentes, dentro de los
cuales se incluyen, la subducción de una dorsal activa, la subducción de una corteza oceánica muy
joven, el inicio de una subducción o una subducción muy horizontal (Juteau y Maury, 1999;
Aguillón-Robles et al., 2001). En Baja California (Pallares et al., 2007), una asociación inusual de
adakitas, andesitas magnesianas (Bajaítas) y basaltos ricos en Nb, dentro de un contexto en
subducción, ha sido asignada al desarrollo de una ventana astenosférica durante el Mioceno mediosuperior, lo que generó la fusión de la corteza oceánica de la placa en subducción (dando los magmas
adakíticos) así como la del manto de la placa sobreyaciente (dando las andesitas magnesianas). El
origen de estos magmas, según el modelado de elementos traza de Castillo (2008, Figura 5A y B),
resulta de la fusión, en la corteza oceánica subducida, de eclogitas y/o anfibolitas con ligeras
concentraciones de granate y flogopita. Las rocas de los grupos 1 y 2 de la región de Rayón,
presentan relaciones de Sr/Y, La(n)/Yb(n) y concentraciones de Y e Yb(n) diferentes a las de las
rocas en Baja California. Las lavas del grupo 1 (Cerro Prieto) tienen valores de Y y Sr considerados
como típicos de magmas calcoalcalinos (Figura 5A), pero valores normalizados en Yb bajos que se
asemejan a los de las Andesitas magnesianas (Bajaítas) de Baja California (Figura 5B). Las lavas del
grupo 2 (Las Agujas), que presentan valores más bajos de Y, con concentraciones más elevadas de Sr,
poseen más afinidad con los magmas adakíticos, y en particular con las adakitas silícicas de Baja
California (Figura 5B). Finalmente, ambos grupos presentan una cierta firma adakítica (Figura 5A y
B) y muestran una relación con una fuente oceánica hidratada, pero con una taza de fusión más
elevada en el caso de las lavas del grupo 2.
CONCLUSION
Las rocas magmáticas estudiadas en
la región de Rayón, Sonora, corresponden a
líquidos orogénicos generados en un
ambiente de arco continental. Las lavas de
Rayón pueden ser clasificadas como
derrames de lavas potásicas de tipo latita,
para la unidad volcánica Cerro Prieto (grupo
1), y como rocas hipabisales (cuellos
volcánicos) y derrames de dacita, para la
unidad volcánica Las Agujas (grupo 2). Las
observaciones de campo, así como los datos
petrográficos y geoquímicos, definen
claramente una relación genética entre
ambos
episodios
magmáticos.
Una
comparación con rocas similares aflorando
en varias partes del Estado de Sonora,
permite asignar una edad Oligo-Mioceno
(25-20 Ma) a estas rocas. Su distribución
cronológica
y
sus
características
petrológicas sugieren que la fuente de estos
magmas evolucionó gradualmente en el
tiempo, involucrando inicialmente solo la
cuña del manto astenosférico, y después
elementos provenientes de la corteza
Figura 5 A) Diagramas
discriminantes Y vs Sr/Y y B)
Ybn vs Lan/Ybn tomados de
Castillo (2008).
5 239
oceánica subducida, desembocando durante el Mioceno en la generación de magmas adakíticos.
AGRADECIMIENTOS
Agradecimientos: Este trabajo fue financiado por el proyecto CONACYT 12203-8888000 (clave 061198) a cargo del
Dr. Jesús Roberto Vidal Solano. Esta investigación forma parte del desarrollo de la tesis de Licenciatura del primer autor,
bajo el tema "Petrografía y geoquímica del volcanismo Oligoceno-Mioceno medio en Rayón, Sonora: significado del
volcanismo híperalcalino en la región”. Los autores desean extender un agradecimiento especial, por el apoyo recibido
en la preparación de muestras para geoquímica al Quím. Pablo Peñaflor Escárcega, de la UNAM-ERNO y, al MC
Abraham Mendoza Córdova del Laboratorio de Cristalografía y Geoquímica del Depto. de Geología, UNISON. Al Dr.
Alain DEMANT por las atinadas observaciones planteadas y correcciones a este trabajo.
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