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Geoquímica del volcanismo félsico de edad Mioceno medio en la región de Cataviña:
significado del volcanismo hiperalcalino en Baja California, México.
Olguín-Villa Angel Enrique1, Vidal-Solano Jesús Roberto1, Stock Joann Miriam2.
1
Departamento de Geología, Universidad de Sonora.
2
Seismological Laboratory, California Institute of Technology.
Introducción y objetivos
Un volcanismo de naturaleza hiperalcalina ha sido bien definido en el Noroeste de
México dentro de la secuencia del Mioceno Medio (~12.5Ma). Se trata de lavas fluidales
y depósitos ignimbríticos de composición riolítica asociados con basaltos transicionales y
depósitos detríticos continentales (Vidal-Solano, 2005). Los indicios volcánicos de este
evento, son representados en Baja California, por la presencia de una ignimbrita
denominada la Toba de San Felipe (Stock et al., 1999; Oskin et al., 2001) y, en Sonora,
por la ocurrencia de domos (Vidal-Solano et al., 2007) e ignimbritas (Paz-Moreno et al.,
2000, Vidal-Solano et al., 2005). Estos depósitos ignimbríticos que son asociados con el
proto-Golfo de California (Vidal-Solano, 2005), por lo regular, ocurren en forma de
mesas ligeramente basculadas en los afloramientos lejanos al Golfo de California y,
fuertemente inclinadas y con potentes espesores en las localidades cercanas a este
(Bennett, 2009).
La Toba de San Felipe (Stock et. al., 1999) es una ignimbrita riolítica de gran
extensión geográfica que se reconoció primeramente, en Baja California (BC), dentro de
una zona ubicada entre Puertecitos, San Felipe, y la Sierra San Pedro Mártir (Fig. 1). En
esta región, ocurre densamente soldada, con presencia de facies reomórficas y presenta
siempre un vitrófiro negro en la base. Una
característica clave en este depósito, es la
presencia de una dirección poco común de
remanencia paleomagnética (hacia el SW y
casi horizontal, Stock et al., 1999). Esta
característica ha permitido su correlación
con algunos de los depósitos ignimbriticos
que ocurren en Sonora (Hernandez et al.,
2008; Oskin et al., 2001; Bennett, 2009) y
en la región de Cataviña, Baja California
(Olguín-Villa, 2010).
Los avances de un proyecto de
investigación titulado “Estudio de los
mecanismos eruptivos y de la petrogénesis
del volcanismo hiperalcalino en el NW de
México (Sonora y BC)”, han permitido
identificar con mayor precisión, la
extensión de este volcanismo, sus
productos y la ubicación de los posibles
Fig. 1.- Esquema geológico y tectónico del
puntos de las emisiones volcánicas.
NW de México. Modificado de Kimbrough et
Particularmente,
fueron
identificados
al., 2001 y Pallares et al., 2008. nuevos afloramientos en el área de
247
Cataviña dentro de las cartas topográficas 1:50,000 de INEGI H11-D17 (San Simón) y
H11-D27 (La Bocana), que los ubican, hasta la fecha, como el límite sur de las
manifestaciones hiperalcalinas conocidas en BC.
Los afloramientos del volcanismo hiperalcalino en la región, entre San Agustín y
Cataviña, ocurren en forma de mesas que se adelgazan sucesivamente hacia el Oeste.
Estos remanentes de erosión se restringen sólo a depósitos piroclásticos de tipo
ignimbrítico con características muy similares. Se caracterizan, de manera general, por la
aparición en la parte inferior del depósito de oleadas poco soldadas ricas en pómez de
tipo “Base Surge” de color beige a gris, seguidas por facies vitroclásticas donde se
desarrollan columnas de enfriamiento, con un soldamiento mayor hacia la cima, hasta
generar niveles eutaxíticos de color rosa a marrón en la parte media del derrame que,
finalmente son cubiertos por facies tobáceas poco soldadas de tonos pastel (Olguín-Villa,
2010). Con el fin de llegar a un mejor conocimiento del significado de este peculiar
volcanismo en la región, se presenta en este trabajo una caracterización y correlación
química con La Toba de San Felipe anteriormente reportada en Baja California (Stock et
al., 1999), y otras localidades en Sonora.
Geoquímica
Alrededor de 14 muestras representativas del área de estudio y 14 muestras de
localidades cercanas fueron seleccionadas para la determinación de elementos mayores y
traza.
Técnicas analíticas
La preparación gruesa de muestras para geoquímica fue elaborada en el
laboratorio de preparación de roca de la Estación Regional del Noroeste (ERNO) de la
Universidad Autónoma de México. Este consistió en un triturado de la muestra para
obtener gravilla, un cuarteo de la gravilla y una separación manual de los líticos presentes
en los depósitos. El pulverizado fue llevado a cabo, en el Departamento de Geología de la
Universidad de Sonora, bajo un contenedor de ágata. Los análisis de elementos mayores,
fueron obtenidos a partir de un equipo ICP-AES y los elementos traza fueron
determinados por un ICP-MS del laboratorio comercial CHEMEX en Vancouver Canadá.
a) Resultados de óxidos
mayores
Los resultados
de óxidos mayores
fueron agrupados, de
acuerdo a su edad y a
las localidades de las
muestras,
de
la
siguiente manera: a)
volcanismo Comondú,
considerado a partir de
Fig 2.- a) Diagrama de álcalis vs SiO2 (TAS, LeBas et al., 1986)
las
unidades
que
afloran subyaciendo a la Ignimbrita Hiperalcalina; b) Ignimbrita Hiperalcalina de la
región de Cataviña, incluyendo análisis de lapillis de pómez; c) Ignimbrita de la región de
San Felipe, contemplando análisis de enclaves ahí presentes. Todos los valores de los
248
elementos mayores fueron recalculados al 100% en base anhidra para el estudio
geoquímico.
Los análisis de la ignimbrita hiperalcalina en la región de Cataviña, comprenden
tanto la facie basal (base surge), el nivel de base, el nivel medio, el nivel de cima, así
como los lapillis de pómez encontradas dentro del depósito. Por otra parte, en la región
de San Felipe, las muestras incluyen vitrófiros, una facies media y una de tipo “base
surge”. Todas estas rocas son de composición riolítica, tienen altos valores de SiO2
(mayores a 75%), son ricas en álcalis (8 a 11%, Fig. 2), con K2O siempre superior al
Na2O y, muestran bajos contenidos en Al2O3 (12%). Los elementos como CaO, P2O5,
MgO y TiO2 siempre tienen valores muy bajos (<0.1) en estos depósitos. Los altos
contenidos en hierro (de 1.9 a 2.2 % wt), clasifican a estas rocas, dentro del grupo de
rocas hiperalcalinas, como comenditas (Fig. 3-B). Estas muestras se comportan
químicamente de la
misma manera que las
reportadas en Sonora
(Ignimbrita
de
Hermosillo,
VidalSolano et al., 2005) y
Baja California (Toba
de San Felipe, Stock et
al., 1999).
Los
enclaves
Fig 3.- Diagramas de clasificación para rocas hiperalcalinas. A.- Qzo
encontrados
en
las
normativo vs minerales ferromagnesianos normativos. B.- FeO total vs
muestras
de
la
Al2O3.
ignimbrita
de
San
Felipe, tienen valores de SiO2 de alrededor de 67% y de 11 a 12% de álcalis (Fig. 2), que
los sitúan dentro del diagrama TAS en el campo de las traquidacitas, sin embargo, sus
bajos valores de cuarzo normativo (<20%) los clasifican como verdaderas traquitas. Estas
rocas, muestran además una afinidad hiperalcalina con altos contenidos de hierro y una
cantidad significativa de minerales ferromagnesianos normativos, que las clasifican como
traquitas comendíticas (Fig. 3-A).
Las rocas que subyacen al evento ignimbrítico, han sido asociadas con al
volcanismo del Arco Comondú. Estas lavas, de acuerdo a la nomenclatura establecida en
el diagrama TAS, varían desde basalto, andesita basáltica, hasta dacita. Contienen altos
valores de MgO con respecto a los de Fe2O3, generando un número alto de Mg (#Mg) de
hasta 75. Estas rocas tan variadas tienen otros rasgos químicos como son: a) Su bajo valor
en K2O (menores a 2.5%), b) Algunas lavas con cuarzo, diópsida e hiperstena normativa
mostrando una tendencia a la sobre saturación en sílice; y C) la presencia de nefelina y
olivino normativo, que imprime un carácter subsaturado a estas rocas (basalto con clave
CSR08-01U). Estos rasgos químicos, que han sido recientemente reportados, en trabajos
sobre la geoquímica de las lavas miocénicas en la región de Cataviña y Jaraguay en Baja
California (Pallares et al., 2008), han sido adjudicados principalmente a dos tipos de
lavas, consideradas como andesitas magnesianas (bajaitas) y adakitas. De esta manera, las
rocas aquí estudiadas, corresponderían a las manifestaciones más antiguas, hasta ahora
reportadas en la región, sobre este tipo de magmatismo, considerando que se encuentran
debajo de la Ignimbrita hiperalcalina de aprox. 12Ma.
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b) Resultados de elementos traza
La litofacies de “base surge” del volcanismo hiperalcalino en la región de
Cataviña, se caracteriza por valores más altos en Rb (130-170 ppm), Sr (55-98 ppm) y Zr
(~ 300 ppm), comparado con las demás facies. Dos muestras de San Agustín y una del
Arroyo Portezuelos tienen relativamente altos contenidos de Ba (~ 150 ppm), mientras
que las demas muestras tienen
menos de 100 ppm de Ba. No
hay diferencias significativas
entre el nivel de base, la parte
media y la cima de la
ignimbrita, pero se observa una
disminución progresiva de los
valores de Sr, desde 51 ppm en
la base hasta un bajo valor de
20 ppm para la muestra
JUN08-03U de la cima.
Los lapillis de pómez
encontrados en la ignimbrita
hiperalcalina, albergan algunas
características
contrastantes
con respecto a las otras facies
del depósito, como son altos
contenidos de Rb de hasta 200
ppm, y muy bajos contenidos
Fig 4.- Geoquímica del volcanismo de Cataviña, algunos
depósitos en San Felipe y las muestras de Sonora para
de Sr (20 ppm) y valores en Ba
comparación. Normalizador Roca/Condrita y Roca/Manto
entre 30 y 103 ppm. Estos
Primitivo de Sun y McDonough, 1989.
valores son similares a los de
la Toba de San Felipe y de las
ignimbritas de Sonora, donde además altos contenidos en elementos HFS ponen de
manifiesto la firma anorogénica de los magmas (Vidal-Solano et al., 2008).
Los espectros de tierras raras obtenidos de la normalización a las condritas (Fig.
4-C, Sun y Mcdonough, 1989) de las ignimbritas de San Felipe, Sonora y Cataviña,
incluyendo a las pómez analizadas, muestran un fuerte enriquecimiento en tierras raras
ligeras, una marcada anomalía negativa en europio y una tendencia plana en las tierras
raras pesadas. Las ignimbritas y las pómez graficadas en el diagrama multielemental
normalizado al manto primitivo (figura 4-D), presentan espectros muy similares entre sí,
con enriquecimiento en los elementos incompatibles, y un patrón irregular, marcado por
pronunciadas anomalías negativas en Ba, Sr, P y Ti, que sugieren un proceso de
fraccionamiento de feldespatos y ferromagnesianos.
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Fig 5.- Diagramas discriminatorios ternarios con componentes HFSE y LILE.
Los enclaves traquíticos encontrados en la Toba de San Felipe, conservan el
mismo espectro que las ignimbritas, pero con un grado menor de enriquecimiento y con
anomalías negativas menos pronunciadas (Fig. 4-C y D). Estos rasgos indican, por un
lado, la perfecta relación cogenética entre comenditas y traquitas comendíticas y, por otro
lado, la presencia de términos menos diferenciados en estos magmas anorogénicos.
Las lavas encontradas en el arroyo Matomí, son consideradas como parte del
volcanismo de arco Comundú. Estas rocas muestran espectros de tierras raras
enriquecidos en tierras Raras ligeras y firmas de afinidad adakitica, con bajos valores de
Tierras Raras Pesadas y en particular de Y que varía ~11-20 ppm (Fig 4-A y B).
Anomalías negativas en Nb-Ta y positivas en Sr, Ba y Pb caracterizan a estas lavas en los
espectros multi-elementales. Estas características de adakitas y andesitas magnesianas
han sido bien definidas por Pallares et al. (2008).
Con el fin de discriminar químicamente los depósitos ignimbríticos de Cataviña
de los de San Felipe y de Sonora, se crearon diagramas ternarios utilizando los elementos
trazas incompatibles mejor representados en estas rocas. Los elementos usados en estos
diagramas son algunos de los denominados HFS (elementos de alto potencial iónico o
alto campo) con propiedades inmóviles (Nb, Y, Zr, Th, La, Hf, Ti) y elementos
incompatibles de tipo LILE: (elementos litófilos de radio iónico grande) como el Ba y el
Sr. En los diagramas de la Fig. 5 se observa: 1) Una agrupación de los valores en dos
sectores, uno que corresponde a las rocas de la región de Cataviña y otro que asocia a las
muestras de la Toba de San Felipe, y las pómez que ocurren dentro de los depósitos de
Cataviña; 2) La muestra JUN08-03U de Cataviña, proveniente del afloramiento más
cercano a la región de San Felipe, presenta concentraciones, que caen dentro del grupo de
la ignimbrita de San Felipe. Por el contrario, sólo una muestra (AM08-01B)
correspondiente a un vitrófiro de la región de San Felipe, cae dentro del grupo de las
muestras de Cataviña, mostrando una cierta correlación entre ambas regiones; 3) Las
muestras de la región de Sonora se distribuyen de manera homogénea entre los dos
grupos anteriores hasta agruparse con las de San Felipe; 4) Las rocas de San Felipe y las
pómez de Cataviña presentan valores más elevados en todos los elementos HFS; 5) Los
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depósitos de Cataviña tienen concentraciones mayores en Sr y Ba (Fig. 5-C), comparado
con las pómez encontradas en ellas, y a las muestras de la Toba de San Felipe; pudiendo
corresponder a la incorporación de xenocristales durante el emplazamiento del flujo
piroclástico, tal y como se mostró en la petrografía. Este aumento de los valores en Sr y
Ba es aun más evidente en las facies inferiores de los depósitos que corresponde a la fase
de apertura del conducto volcánico.
Conclusiones
Los estudios químicos presentados en este trabajo permiten establecer que no
existe ninguna relación genética entre la Ignimbrita hiperalcalina y las otras unidades
volcánicas de la secuencia del Mioceno medio en Baja California. Las inclusiones de
traquitas comendíticas encontradas en la Toba de San Felipe y que también fueron
encontradas en los depósitos ignimbríticos de Cataviña, están ligadas genéticamente con
la Ignimbrita Hiperalcalina. Estas corresponden a líquidos menos diferenciados dentro
del reservorio magmático, probablemente involucrados en el proceso de cristalización
fraccionada.
El volcanismo hiperalcalino en Baja California, a diferencia del de Sonora
(ocurrencia de riolitas fluidales y flujos piroclásticos), es representado sólo por la
ocurrencia de manifestaciones piroclásticas. La unidad en Baja California representa el
producto de una sola unidad de enfriamiento, que es física y químicamente
correlacionada con la Toba de San Felipe (Olguín-Villa, 2010).
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