Nuevas evidencias del volcanismo anorogénico del Mioceno medio en el NW de México: Diversidad volcánica del evento hiperalcalino en La Sierra Libre.

Santa Barrera-Guerrero*, Jesús Roberto Vidal-Solano

*santabarrera@correoa.uson.mx

Departamento de Geología, Universidad de Sonora, Hermosillo, Sonora, México.

Introducción

En el Mioceno medio la actividad magmática en el NW de México, fue dominada por la aparición de líquidos anorogénicos asociados con el Rift del Proto-Golfo de California. Estas manifestaciones son evidenciadas, en menor número, por la ocurrencia de rocas volcánicas máficas de firmas transicionales y, en mayor proporción, por un evento volcánico silícico de afinidad hiperalcalina (Vidal-Solano, 2005). Este volcanismo se compone hasta el momento por un gran depósito ignimbrítico ampliamente reconocido tanto en Baja California (Stock et al., 1999; Olguín-Villa, 2010) como en algunos sectores del Estado de Sonora (Paz-Moreno et al., 2000, Vidal-Solano, 2005). En Sonora, la distribución de los vestigios volcánicos hiperalcalinos y sus asociaciones litológicas, aumenta considerablemente en volumen, hacia la Sierra Libre, donde hasta la fecha se había trabajado muy poco. La Sierra Libre geográficamente se localiza a 50 km al sur de Hermosillo, Sonora (Fig. 1). Está compuesta por un apilamiento de unidades volcánicas que registran con precisión los episodios magmáticos del Mioceno medio y en particular el desarrollo de un volcanismo hiperalcalino. En el presente trabajo, se involucra la petrología de las unidades volcánicas en la Sierra Libre y un análisis de los datos geoquímicos existentes en la literatura; con la finalidad de reconocer, la afinidad hiperalcalina de las lavas y reportar la gran diversidad de sus manifestaciones volcánicas dentro de la estratigrafía de la región.

Petrografía y Reconocimiento de las unidades litológicas

Se analizaron 28 láminas delgadas del sector noreste y centro-oeste de la Sierra Libre (Tabla 1), de un total de 154 muestras (Fig. 1) obtenidas en la gran diversidad volcánica de la región. El inicio de la secuencia volcánica en la región es representado por un grupo de rocas pertenecientes al arco volcánico continental del Mioceno. Estas lavas son andesitas y dacitas porfíricas de feldespato alcalino (FA) > clinopiroxeno (Clpx) > Palgioclasa (Plg) con presencia de fenocristales de oxihornblenda en algunos especímenes. Posteriormente, cubriendo a estas unidades se presenta, en el Cerro El Cajete, una dolerita rica en óxidos de Fe-Ti (muestra SLEC10-05B) con textura subofítica compuesta por el desarrollo de plagioclasa y clinopiroxeno. Sobreyaciendo a esta unidad se presenta, en el arroyo El Galindro, el primer derrame de riolita (muestra SLEG10-03), esta colada, aunque presenta un alto grado de desvitrificación, permite en algunos lugares el afloramiento de niveles frescos donde se aprecia un gran contenido de fenocristales de FA, Clpx y anfibol (Anf) color verde (tipo arfvedsonita), que es típico de magmas hiperalcalinos.

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Figura 1. Mapa de localización de la Sierra Libre, Sonora, México, y las principales sierras de la región (imágenes LandSat y Modis bandas 1, 4 y 3 (RGB) sobre un modelo digital de elevación).

Esta asociación mineral permite establecer a la unidad como el primer flujo del volcanismo hiperalcalino en la Sierra Libre. Descansando sobre este primer derrame se encuentra una secuencia de cinco derrames riolíticos con una formación de perlitas a la base de cada uno de ellos. Estas lavas poco porfíricas (~3%) presentan una asociación mineral anhidra de fayalita (Fay) con FA y Clpx verde en una matriz perlítica (muestras SLEG10-06, 08, 09, 10 y 14). Posterior a estas unidades existen ignimbritas hiperalcalinas (SLEG10-11 y SLEG10-16), con presencia de vitrófiros en su base (SLEG10-13), que presentan una asociación mineral de Fay - FA y Clpx verde. Continuando hacia la cima de la secuencia es posible observar, otras tobas intercaladas con otros derrames riolíticos, que se relacionan a eventos más locales como la destrucción de domos (muestras SLCT09-02, 04 y 11 del Cañón El Tetabejo). La mineralogía en este conjunto es marcada nuevamente por la aparición de FA > Clpx verde > Fay, donde se aprecia una asociación mineral de FA con Fay, así como un gran contenido de óxidos de Fe-Ti reemplazando a los cristales de Fay.

La parte superior de la secuencia riolítica, en las localidades de El Galindro y Cañón El Tetabejo, se caracteriza por la presencia de numerosas riolitas fluidales que forman importantes volúmenes (hasta 800m de espesor). Estas coladas que se distinguen por presentar el desarrollo de perlitas con una estructura fibrosa, se encuentran en ocasiones muy desvitrificadas. Su mineralogía permanece al igual que las lavas anteriores en una asociación anhidra de FA > Clpx verde > Fay (SLEG10-15 de El Galindro y SLCT09-10, 16 y 18 de El Tetabejo). Finalmente, en la parte final de la secuencia de las rocas expuestas

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en El Galindro, se conserva la presencia de fenocristales de FA y Clpx verde en los lapillis de pómez que componen a una lapillita ignimbrítica (SLEG10-18).

Tabla 1. Petrografía de los diferentes eventos volcánicos en la Sierra Libre. Abreviaturas: Plg (plagioclasa), FA (feldespato alcalino), Cpx (clinopiroxeno), Opx (ortopiroxeno), Q (cuarzo), Hlb (hornblenda), Bt (biotita) Fay (fayalita).

CLAVE  FACIE/ROCA  TEXTURA  MINERALOGÍA  FENOCRISTALES 

Plg FA  Cpx  Opx  Q  Hbl Bt FaySLEC10‐05B  Andesita hipabisal Ofitica  Plg, Opx, Fay y Oxi  X  X  X 

SLEG10‐18  Pómez en un depósito piroclástico Pumictica  FA, Clpx  X  X      

SLEG10‐16  Ignimbrita hiperalcalina (facie superior) Pumictica  FA  X  X 

SLEG09‐15, SLCT09‐10, SLCT09‐16 SLCT09‐18 

Perlita de estructura fibrosa (base de riolita fluidal) 

FA y Clpx  Perlítica  

X  X          

SLCT09‐09 Clasto de riolita dentro de una perlita 

fibrosa Esferulítica  FA, Clpx y Fay 

 X  X 

       X 

SLCT09‐06 Ignimbrita lítica hiperalcalina dentro de 

una perlita Piroclástica  FA, Clpx y Fay 

 X  X 

       X 

SLCT09‐02 y SLCT09‐11  Toba lítica afanítica (cima)  Piroclástica  FA, Fay y Clpx  X  X  X 

SLCT09‐04  Toba lítica palagonítizada (base)  Piroclástica  FA, Clpx y Fay  X  X      

X 

SLEG10‐14, SLCT09‐15, SLCT09‐01b 

Perlita (base de dos derrames de riolita fluidal)

Hiaoloialina, afanítica 

FA, Clpx,                

SLEG10‐11, SLCT09‐17A y SLCT09‐17B 

Ignimbrita hiperalcalina (facie superior) Piroclástica  FA, Cpx, Fay  

X  X        

X 

SLEG10‐12  Vidrio (parte superior de un domo) Fluidal  FA, Fay, Clpx  X  X  X 

SLEG10‐13 Vitrófiro (base de ignimbrita

hiperalcalina) Vitroclástica  FA, Clpx,  X  X      

SLEG10‐08, SLEG10‐09 y SLEG10‐10 

Perlita (base de tres derrames de riolita fluidal) Perlítica  FA, Opx y Clpx 

 X  X  X 

       SLCT09‐12, SLCT09‐14 y 

SLCT09‐15 Riolita fluida con esferulitas  Esferulítica  FA, Clpx y Fay 

 X  X 

       X 

SLEG10‐07  Riolita hiperalcalina Esferulítica  FA, Cpx, Fay  X  X  X SLEG10‐03  Riolita hiperalcalina Esferulítica  FA, Cpx, Fay  X  X  X SLEG10‐06  Perlita (base de riolita hiperalcalina) Perlítica  FA, Cpx, Fay  X  X  X 

SLEG10‐02  Ignimbrita lítica (facie superior) Esferulítica FA, Cpx, Opx, Fay y 

Hbl   X  X  X 

   X  X 

SLEG10‐01 y SLCT09‐07  Toba lítica (base de ignimbrita) Piroclástica  Plg,FA, Hbl y Biot  X  X  X  X SLEG10‐05  Ignimbrita de lapilli (facie superior) Piroclástica  FA, Opx y Hbl  X  X SLEG10‐04  Ignimbrita (facie intermedia) Piroclástica  Plg, Opx y FA  X  X  X  X 

Geoquímica

Un estudio geoquímico en caminado al reconocimiento de la afinidad hiperalcalina en las diferentes unidades riolíticas, fue efectuado a partir de una selección de cinco muestras representativas de la parte norte de la Sierra (El Galindro y El Pilar Abandonado), donde se encontró la secuencia más completa. De igual manera, se utilizaron los datos reportados en la literatura para las rocas anorogénicas del Mioceno medio en el NW de México, que corresponden a 54 análisis de rocas hiperalcalinas y tholeíticas de Sonora central (Vidal Solano et al., 2007 y 2008), 11 datos de los afloramientos de ignimbritas hiperalcalinas y algunos enclaves de traquita de la región de Cataviña, Baja California (Olguín-Villa et al., 2010) y finalmente 24 análisis de lavas anteriormente estudiadas en la Sierra Libre por MacMillan (2003 y 2005) y publicados en Till et al. (2009).

La base de datos con las muestras anteriormente mencionadas fue graficada en el diagrama de clasificación TAS propuesto por Le Bas en 1986, donde se puede observar que las rocas máficas a intermedias pueden ser bien clasificadas como basaltos, andesitas basálticas, traqui-andesitas y traqui-dacitas (Fig. 2A). Sin embargo, para el caso de las

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coladas e ignimbritas hiperalcalinas, este diagrama no permite una distinción más precisa en el campo de las riolitas. Debido a esto, se ocupó el diagrama de clasificación De la Roche et al. 1980 (Fig. 2B), que además permite visualizar tendencia genética en las muestras. Este diagrama fue modificado con una base de datos que involucró a rocas calcoalcalinas del Batolito Laramídico, lavas de la Sierra Madre Occidental, basaltos toleíticos de la zona costera y basaltos alcalinos de los campos volcánicos plio-cuaternarios, para ilustrar las series magmáticas más representativas en el Noroeste de México (Vidal-Solano, 2005).

Figura 2. A) Diagrama de clasificación de Le Bas et al. (1986), B) Diagrama R2 contra R1 de De La Roche et al. (1980), para representar las series magmáticas: calcoalcalina, tholeítica y alcalinas, a partir de información disponible en el Noroeste de México (Vidal-Solano, 2005).

Las lavas de la región según este diagrama se aprecian entre grandes grupos magmáticos: grupo 1) las variedades intermedias calcoalcalinas asociadas a las rocas de arco que subyacen a la secuencia, grupo 2) las rocas intermedias a félsicas de la serie tholeítica que caen en el dominio transicional del diagrama y, grupo 3) las variedades félsicas hiperalcalinas reportadas en trabajos recientes (Vidal-Solano et al., 2007 y 2008; Olgúin-Villa et al., 2010) que se alinean perfectamente con las riolitas e ignimbritas de este estudio, colectadas al norte de la Sierra Libre (Fig. 2B).

El diagrama de Miyashiro (1974), permite discriminar mejor las características

A

B

Figura 3. Diagrama de clasificación magmática de Miyashiro (1974).

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tholeíticas de las muestras intermedias a félsicas del grupo 2 identificado previamente (Fig. 3). En este diagrama se aprecia que algunas de las dacitas reportadas por Till et al., (2009) mantienen valores elevados en FeOt/Mgo que las asocia con las variedades de islanditas reconocidas anteriormente en la porción este y sur de la Sierra Libre (Vidal-Solano et al., 2008).

El diagrama de Tierras Raras normalizado con condrita, propuesto por Sun y McDonough 1989, muestra que los espectros de las rocas hiperalcalinas de este estudio, en conjunto con las rocas hiperalcalinas e islanditas identificadas en la región, se caracterizan por un enriquecimiento de tierras raras ligeras (LREE) y un perfil ligeramente horizontal de las tierras raras pesadas (HREE). También, se observa una marcada anomalía negativa de Eu que disminuye conforme al bajo grado de diferenciación de los magmas y que es posiblemente derivada de un fraccionamiento de los feldespatos. Por otra parte, es posible apreciar un paralelismo entre los espectros de las coladas e ignimbritas hiperalcalinas y las islanditas incluyendo algunas de las dacitas reportadas por Till et al. (2009), sugiriendo que todas estas rocas se encuentran ligadas genéticamente bajo un mismo proceso de formación (Fig. 4A). Por último, cabe señalar el comportamiento contrastante de los espectros de las rocas calcoalcalinas del grupo 1.

Figura 4. A) Diagrama de tierras raras (REE) normalizado a condrita (Sun & MacDonougt, 1989); B) Diagrama multielementos normalizado a manto primitivo (Sun & MacDonougt, 1989).

El diagrama de multielementos normalizado con manto primitivo, permite observar que las rocas hiperalcalinas, presentan fuertes anomalías negativas de Ba, Sr, P y Ti, así como un enriquecimiento progresivo en lo elementos más incompatibles, que permite ligarlas a un alto grado de diferenciación magmática. Una anomalía positiva en Pb que es evidente en todos las firmas de las muestras estudiadas puede relacionarse a una asimilación cortical o probablemente al metasomatismo de la fuente mantélica (Fig. 4B). Finalmente, en este diagrama las rocas calcoalcalinas del grupo 1 se distinguen del resto de las lavas, por presentar espectros menos enriquecidos y una anomalía negativa poco más pronunciada en Nb-Ta que puede ser derivada de una fuente mantélica metazomatizada asociada a un contexto de subducción.

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Conclusiones

Los resultados de este estudio en la Sierra Libre, nos permiten establecer que el apilamiento de unidades volcánicas de la región, registra con precisión distintos episodios magmáticos en el Mioceno medio. En particular el desarrollo de un volcanismo hiperalcalino conformado por varias manifestaciones riolíticas. El presente trabajo reconoció mediante las características mineralógicas y geoquímicas de las lavas riolíticas en la Sierra Libre, su asociación con el evento hiperalcalino del Mioceno medio ampliamente reconocido en Sonora. El conjunto de datos geoquímicos de elementos mayores y traza disponibles en la literatura para las rocas de la región de estudio, junto con los análisis aquí generados, permitió distinguir la naturaleza de los volcanismos intermedios a félsicos involucrados en la Sierra Libre, en tres grupos petrológicos: 1) dacitas y andesitas calcoalcalinas, 2) islanditas y, 3) traquitas y riolitas hiperalcalinas.

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