¿SocP, 9, -~/ PALEOMAGNETISMO Y SUS APLICACIONES EN CIENCIAS DE LA TIERRA

J. Urrutia Fucugauchi. Laboratorio de Paleornagnetismo y Geofisica Nuclear, Instituto de Geofisica, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Del. Coyoacan 04510 D.F., MEXICO

RESUMEN

Los estudios paleomagneticos proporcionan informacion

cuantitativa espacial y temporal sobre el campo ntagnetico

terrestre (CMT), lo que permite contar con un sistema de

referencia geografico y estratigrafico. Con ello, es posible

investigar problemas tectonicos y estratigraficos en muy diversas

situaciones y escalas; entre las mas conocidas se tienen las

relacionadas con las teorias de deriva continental, esparcimiento

de los fondos oceanicos y tectonica de placas. Estos estudios

utilizan los sistemas de memoria caracteristicos de ciertos

minerales tales como los oxidos de fierro y titanio. Ademas, el

estudio de propiedades magneticas adicionales (susceptibilidad,

coercitividad, anisotropia, temperatura de Curie y bloqueo,

magnetizacion de saturacion o transiciones de baja temperatura)

presenta aspectos de interes, por ejemplo para prospeccion de

depositos minerales, investigacion de la estructura del subsuelo,

interpretacion de anomalias Inagneticas, temperatura y modo de

emplazamiento de rocas igneas, etc Las investigaciones sobre el

CMT y propiedades magneticas de rocas y minerales tienen ademas

aplicacion en otros campos de ciencias de la tierra tales como

exploracion magnetica, geologia estructural, geologia economica,

- orientacion de nucleos de perforacion, evolucion del nucleo,

geomagnetismo, petrofabrica y paleoambientes, paleoclimatologia,

arqueomagnetismo, biomagnetismo, etc.

1

1. INTRODUCCION

El caracter predominantemente dipolar (Fig. 1) del campo

magnetico terrestre (CNT) provee un sistema de coordenadas, que

proporciona una de las maneras mas sencillas de orientarse y que

ha sido aprovechada desde la antiguedad. El CNT suele expresarse

en terminos de la declinacion (D), inclinacion (1) e intensidad

(F), o bien por las correspondientes componentes en un sistema de

ejes cartesianos X, Y, Z. Mediciones totales o parciales del CMT

se tienen para ciertos observatorios desde hace unos quinientos

anos. Estas observaciones han permitido documentar variaciones

temporales del CNT de muy diversas escalas (por ejem. Tabla 1).

Entre ellas, de particular interes para los estudios

paleoinagneticos, se tienen a las agrupadas en las variaciones

seculares con periodos de anos a decenas de miles de anos (Fig.

2). Estos cambios temporales en los elementos magneticos ademas

de proporcionar un sistema de referencia estratigrafico,

presentan la caracteristica de variacion alrededor de un campo

magnetico dipolar geocentrico y axial, de tal forma que en

periodos largos el CNT corresponde a un campo dipolar y los

sistemas de coordenadas magnetico y geografico coinciden. La

documentacion de las caracteristicas del CNT de largo periodo

proviene de los estudios paleomagneticos. En la naturaleza se

tienen varios sistemas magneticos de memoria, que bajo ciertas

condiciones son capaces de registrar campos inagneticos tales como

el terrestre. Estos sistemas responden a 'perturbaciones' que

afectan los estados de equilibrio. Un ejemplo familiar es el de

grabaciones en cintas magneticas, en donde el sistema es

2

perturbado al momento de la grabacion. El registro es

posteriormente conservado mientras tanto este no sea nuevamente

expuesto a una perturbacion.

Los estudios de propiedades magneticas y del campo magnetico

terrestre presentan muy variados aspectos de interes y

constituyen un campo de estudio de marcado caracter

interdisciplinario. En este trabajo se reportan y discuten

estudios en desarrollo, los cuales muestran aplicaciones de

investigaciones paleomagneticas en disciplinas como tectonica,

exploracion de recursos minerales y energeticos y estratigrafia.

Dadas las limitaciones de espacio, la exposicion y discusion de

los diferentes temas se restringe a ilustrar la potencialidad de

los estudios. Detalles de los metodos y una discusion mas amplia,

en particular sobre los aspectos de evolucion tectonica, no han

sido incluidos.

2. PROPIEDADES MAGNETICAS

Sistemas de memoria se tienen en algunos minerales tales como

los oxidos de fierro y titanio (Fig. 3), los cuales bajo ciertas

condiciones son capaces de registrar la direccion e intensidad

del CMT (Irving, 1964; Tarling, 1983). Por ejemplo en las rocas

igneas, el cambio de temperatura actua como perturbacion y a una

temperatura caracteristica (temperatura de Curie) se genera una

magnetizacion espontanea en equilibrio con el campo magnetico

ambiental la cual se conserva a temperaturas inferiores a otra

cierta tempertura critica (temperatura de bloqueo). Este registro

es conocido como magnetizacion remanente termica (TRM) . La

temperatura de bloqueo puede interpretarse en terminos del factor

3

tiempo; arriba de esta temperatura el cambio (equilibrio) es muy

rapido, mientras que por debajo de ella, el cambio es

extremadamente lento (Neel, 1955):

- t/) M M e (1) t o

donde M es la magnetizacion al tiempo t y M es la

magnetizacion al tiempo t . El factor de relajacion puede

expresarse para el caso de minerales de comportamiento de dominio

sencillo en funcion de: (

= l/C e ('2)

10 -1 donde C es un factor de frecuencia (10 sec ), H. es la

fuerza (campo) coercitiva, J es la magnetizacion de saturacioi -i,

y es el volumen, k es la constante de Boltzman y T la temperatura

absoluta (Fig. 4).

De la relacion 2 puede observarse que ademas de los efectos de

cambio de temperatura, se tienen otras fuentes posibles de

perturbacion, tales como los cambios de volumen de los minerales

portadores del registro, cambios en propiedades magneticas

(cambios fisico-quimicos) y cambios asociados a campos

magneticos, los cuales resultan en las magnetizaciones remenentes

conocidas como quimica (NRQ) e isotermal (MRI). Cambios fisicos

como deformaciones o impactos se han relacionado con

magnetizaciones piezometricas (MRP) o de impacto (MRS). Los

sedimentos presentan otro tipo de registro, en el cual las

particulas constituyentes magnetizadas adquieren una orientacion

preferencial al tiempo del deposito (magnetizacion deposicional,

MRD) o bien durante los procesos de coinpactacion y litificacion

4

(iriagnetizacion post-deposicional, MRPD). En el laboratorio es

posible el simular estos diferentes procesos y ademas producir

algunos adicionales (por ejemplo aquellos asociados a las

magnetizaciones anisteretica (NRA) y la rotacional (MRR)). Los

fenomenos de relajacion (la accion de campos magneticos en

periodos largos de tiempo) tambien resultan en una inagnetizacion

remanente (viscosa, MRV), la cual puede presentar alta

estabilidad bajo ciertas perturbaciones adicionales (temperatura,

cambios quimicos, etc).

En general, las rocas presentan un registro complejo asociado

a los diversos procesos ocurridos durante su historia, por lo que

la inagnetizacion es compuesta (simplemente conocida como

remanente natural, MRN). La investigacion de la composicion

vectorial y de la MRN permite documentar la historia

paleoinagnetica (y geologica) y una parte importante de los

estudios esta orientada a decifrarla. Entre los metodos

disponibles de laboratorio se tienen: (a) desmagnetizacion

termica, (b) desrnagnetizacion por campos magneticos alternos, (C9

desmagnetizacion quimica, (d) aplicacion de campos directos, (e)

observaciones de baja temperatura (de susceptibilidad, intensidad

de MRI, etc), (f) observaciones al microscopio (particulramente

en luz reflejada y los electronicos de barrido) y (g)

separaciones de minerales y analisis quimicos. Estos estudios,

aunados a observaciones de campo permiten documentar los tipos de

registro y tiempos de adquisicion.

3. PALEOMAGNETISMO Y TECTONICA

En la decada de los 50 s, dos grupos de investigacion ingleses

21- _

5

(Creer et al., 1954; Runcorn, 1956) reportaron resultados

paleomagneticos que documentaban la ocurrencia de largos

desplazamientos en apoyo de la teoria de deriva continental

(Wegener, 1929). En estos estudios se introdujo el analisis de

curvas de movimiento polar aparente (CMPA), las cuales se basan

en un comportamiento del campo paleomagnetico correspondiente a

un dipolo geocentrico y axial (Fig. 5). Las curvas representan el

movimiento de la masa continental correspondiente con respecto al

sistema de coordenadas geografico. La comparacion de direcciones

o posiciones polares aisladas permite ademas reconstruir

movimientos relativos (por ejem. Fig. 6). La divergencia angular

entre las curvas para Europa y Norte America mostrada en la

figura corresponde al movimiento de deriva entre los dos

continentes y la apertura del oceano Atlantico norte (McElhinny,

1973). Las paleoreconstrucciones para los continentes alrededor

del oceano Atiantico (Fig. 7), por otro lado, han documentado un

problema 'geometrico' para la porcion central correspondiente a

Mexico, Centro America y Caribe (Carey, 1958; Bullard et al.,

1965). Dado que las rocas en gran parte de estas regiones son de

4. periodos anteriores al Permo-Triasico (Fig. 8), ello ha

planteado la ocurrencia de posibles movimientos tectonicos

mayores y una paleogeografia muy distinta, los cuales podrian

documentarse atraves de estudios paleomagneticos (Van der Voo &

Channell, 1980; Bocanegra, 1987).

Para el sur de Mexico, cabria entonces esperar que el registro

paleomagnetico mostrara una cada vez mayor discordancia (Fig. 6)

con la edad de las unidades estudiadas, particularmente para

epocas anteriores al Jurasico-Cretacico. Esta discordancia

10

angular de los datos paleomagnetícos representaria los

movimientos tectonicos de los bloaues o terrenos aue conforman la

reglon.

Estudios en rocas pre-Cenozoicas permitirían documentar la

paleogeografia y tectonica para periodos anteriores a la

integracion del supercontinente Pangea (Fig. 7) y formacion del

Golfo de Nexico y Mar Caribe. Desafortunadamente los

afloramientos de rocas Paleozoicas y Precambricas (e inclusive de

unidades Triasicas y Jurasicas) son muy escasos y de pequena

extension, por lo que los estudios han estan restringidos a

ciertas localidades de los terrenos denominados Oaxaca y Mixteco

(Fig. 8) . En el terreno Oaxaca se estudiaron muestras del

Complejo Oaxaqueno (fechamientos radiometricos en el rango 900-

1000 millones de anos, Ma correspondientes a la Orogenia

Grenville; Fríes et al., 1962, 1966, 1974) y en la cubierta

sedimentaria Paleozoica. La edad (deformacion y metamorfismo),

litologia, características tectonicas y metamorficas del Complejo

Oaxaqueno sugieren una relacion con la Provincia Grenville del

oeste de Canada y noroeste de Estados Unidos (Fries et al.,

1962). Por otro lado, la fauna de trilibitas Tremadocianas de la

formacion Tinu en la cubierta sedimentaria ha sido relacionada

con la Provincia Olenid Ceratopygd de los continentes del sur en

el supercontinente Gondwana (Whittington & Hughes, 1974). Ello

sugiere la ocurrencia de cambios paleogeograficos mayores para el

Eocambrico, Cambrico y Ordovicico. Consideraciones similares

sobre las relaciones tectono-estratigraficas del terreno Mixteco

y su asociacion con el Oaxaca sugieren una correlacion con las

7

provincias orogenicas Paleozoicas del este americano de los

Apalaches y por lo tanto, la ocurrencia de movimientos tectonicos

mayores En el Complejo Oaxaqueno se estudiaron las unidades

anortositas, paragneises, ortogneises y charnoquitas, de la

region alrededor de la ciudad de Oaxaca (Fig. 9). Las unidades

Paleozoicas se muestrearon en la region de Nochistlan e

incluyeron a las formaciones Tinu (calizas, Cambro-Ordovicico),

Santiago (calizas y pizarras, Misisipico), Ixtaltepec (sedimentos

clasticos, Pensilvanico) y Yododene (sedimentos clasticos,

Permico) (Fig. 10). Detalles de la geología y paleontologia han

sido reportados por Pantoja-Alor & Robison (1967) y Pantoja-Alor

(1970). En esta region de Nochistlan, se estudiaron ademas las

unidades igneas y un conglomerado calcareo (McCabe et al., 1988).

Los diques fueron probablemente emplazados durante el Triasico y

el conglomerado es del Cretacico.

La composicion vectorial y características del registro

paleomagneticos de las diferentes unidades se investigaron por

temperaturas y campos magneticos alternos. En las Fig. 11 y 12 se

incluyen ejemplos representativos para muestras del Complejo

Oaxaqueno y de las unidades Paleozoicas, respectivamente. Los

datos de desmagnetizacion se representan en diagramas

vectoriales, en donde se grafican las componentes (x,y,z) de la

inagnetizacion remanente en funcion del campo o temperatura de

desmagnetizacion (Collinson, 1983). Las direcciones medias para

las diferentes unidades y los parametros estadísticos

correspondientes (Tarling, 1983, Collinson, 1983) se listan en

las Tablas 2 y 3. El registro paleomagnetico para el Complejo

Oaxaqueno esta caracterizado por una alta inclinacion magnetica,

que indica paleolatitudes altas, del orden de unos 60 (Fig. 13).

Estas paleolatitudes corresponden con una paleoposicion cercana a

la Provincia Grenville del Canada (Fig. 14a), lo que implicaria

una relacion paleogeografica diferente a la actual para el

terreno Oaxaca durante el periodo 1100 a 850 millones de anos

(Ballard et al., 1989). Cabe mencionar, que los datos pueden

interpretarse con una asociacion cercana al supercontinente

Gondwana, dada la ambiguedad en polaridad magnetica (Fig. 14b).

No obstante, una paleoposicion cercana a Canada es considerada

mas factible, considerando las relaciones de edad y tectonicas

mencionadas anteriormente.

Los datos paleomagneticos para las unidades Paleozoicas, por

otro lado, indican un evento (o eventos) de remagnetizacion

(alteracion del registro paleomagnetico) en epocas posteriores a

la formacion de las varias unidades. La edad de este evento no

esta definida, correspondiendo al periodo post-Permico y pre-

Cretacico. Los registros paleomagneticos para las formaciones

Tinu, Santiago, Ixtaltepec e Yododene indican un tiempo comun de

adquisicion (NcCabe et al., 1988). Este podria corresponder al

evento igneo asociado al emplazamiento del conjunto de diques,

los cuales muestran direcciones de magnetizacion similares a las

otras unidades. El conglomerado calcareo por otro lado indica que

el evento de remagnetizacion es anterior a su formacion. La

interpretacion tectonica y paleogeografica de los datos depende

del fechamiento del evento, ya que los datos difieren de los

esperados, indicando la ocurrencia de posibles movimientos

tectonicos para el terreno en el Mesozoico temprano (Fig. 15).

01

Los parametros de rotacion y transiacion se explican en la Fig. 6

(Beck, 1980)

Para el Cretacico medio (Albiano-Cenomaniano) se han reportado

datos paleomagneticos para varias localidades en los terrenos

Oaxaca (Urrutia, 1981; Jurado, 1988) y Mixteco (Urrutia & Van der

Voo, 1983; Bohnel, 1985; Trevino, 1986; Urrutia, 1988). La

concordancia de las direcciones y posiciones polares apoyan la

ausencia de movimientos tectonicos mayores entre los dos

terrenos. Los datos paleomagneticos para el Jurasico muestran en

contraste, diferencias entre ellos y con respecto a los datos de

Norteamerica (Moran et al., 1988). Para el Jurasico se han

reportado estudios de las unidades Tecomazuchil (Urrutia, 1980;

Bohnel, 1985; Caballero, 1989), Rosario, Zorrillo y Grupo

Tecocoyunca (Bohnel, 1985), Piedra Hueca y Otlaltepec (Ortega,

1989), Yucunuti y Caliza con cidaris (Moran, 1987; Gonzalez,

1989). Los registros se han interpretado en terminos de

desplazamientos de norte a sur (Urrutia, 1980; Moran, 1987),

rotaciones en sentido de las manecillas del reloj y

desplazamientos desde posiciones al noreste (Bohnel, 1985) o bien

movimientos de menor magnitud norte a sur (Ortega, 1989). El

Jurasico corresponde al periodo de mayor expansion en el Golfo de

Mexico, con esparcimiento del fondo oceanico y deriva de Norte y

Sur America.

Los datos paleomagneticos para el centro y norte del pais han

sido discutidos en varios trabajos (Urrutia, 1984; Urrutia et

al., 1987; Urrutia & Bohnel, 1988). Un posible modelo de

evolucion paleogeografica para esta region se ilustra en las Fig.

16 y 17. Hacia el Permo-Triasico se tiene una agregacion de masas

10

continentales en el supercontinente Pangea (Fig. 7). El

rompimiento y deriva subsecuentes estuvo acompanado por

esparcimiento del fondo oceanico en el Golfo de Mexico y

rotaciones de varios de los terrenos que conforman a Mexico (Fig.

16). La informacion paleomagnetica disponible para tiempos

anteriores al Permico es aun mas escasa y no permite la

reconstruccion de los diferentes eventos. Las reconstrucciones

incluidas en la Fig. 17 (modificadas de Keppie, 1977; Urrutia et

al., 1987) ilustran dos períodos criticos de deriva del terreno

Oaxaca y su posible sutura con el terreno Mixteco.

4. MAGNETOESTPATIGPAFIA

Los estudios sobre las variaciones del campo geomagnetico

(Tabla 1) proporcionan herramientas para problemas de correlacion

y fechamiento. En estos problemas es posible aprovechar: (a)

datos de paleovariacion secular (en direccion e intensidad), (b)

excursiones, (c) cambios de polaridad y (d) movimiento polar

aparente (Fig. 18 y 19). Ademas, en problemas de correlacion

local se pueden emplear los datos de propiedades magneticas. Los

rangos espacio-temporales de aplicacion varian; por ejemplo, en

la determinacion de polos paleomagneticos se usan datos que

promedian periodos de variacion secular para estimar un campo

axial, por lo que correlaciones para escalas menores que 10 anos

no podrian resolverse. En contraste, estudios sobre variacion

secular (por ejem. Fig. 2) tienen una mayor resolucion temporal.

Estudios estratigraficos de periodo corto tienen aplicacion en

problemas arqueologicos y de geología del Cuaternario (Urrutia et

al., 1985; Bremer & Urrutia, 1985). En los estudios sobre el

11

Cuaternario es posible utilizar diferentes sistemas de registro

tales como rocas volcanicas, sedimentos de lago y materiales

arqueologicos (ademas de combinar con otros metodos de

fechamiento; Lozano et al., 1987).

Estudios magnetoestratigraficos se han aplicado en el estudio

de campos geotermicos en el centro de Mexico tales corno Los

Azufres (Moran et al., 1987), La Primavera (Urrutia et al., 1988)

e Ixtian de los Hervores-Los Negritos (Rosas et al., 1988). La

edad y caracteristicas de la actividad magmatica son importantes

en establecer las condiciones energeticas del yacimiento

geotermico, por lo que la correlacion y fechamiento de las

diversas unidades volcanicas constituyen importantes problemas.

Los datos de polaridad magnetica y de paleovariacion secular

permiten establecer una estratigrafia volcanica y ademas

proporcionan datos sobre la evolucion estructural y tectoníca

(Moran et al., 1987).

En general, los datos paleomagneticos permiten establecer

correlaciones laterales en formaciones volcanicas y

sedimentarias. Por ejemplo, en la figura 20 se incluyen datos de

direcciones medias para varias unidades volcanicas y

sedimentarias observadas en dos distritos mineros cercanos en el

centro de Chihuahua (Fíg. 21). La secuencia volcano-sedimentaria

estudiada en las minas de Santo Domingo y San Antonio habia sido

considerada como Terciaria. Los estudios paleomagneticos permiten

establecer una estratigrafia volcanica y fechar las unidades como

Eoceno-Mioceno. Las unidades se caracterizan por polaridades

reversas, excepto una de polaridad normal (Fig. 20). Graficas de

los elementos inagneticos en funcion de la topografia proporcionan

12

1 II

informacion sobre el desarrollo lateral de las unidades

individuales. En la siguiente seccion se discuten datos

adicionales para las unidades igneas y míneralizacion de la mina

de Santo Domingo, que ilustran detalles adicionales de

aplicaciones xnagnetoestratigraficas.

5. GEOLOGIA ECONOMICA

En el estudio y exploracion de recursos minerales y

energeticos se requiere contar con sistemas de referencia

espaciales y temporales, que permitan investigar la

estratigrafia, estructura, etc. Ademas, informacion sobre

temperaturas de emplazamiento de rocas igneas, fluidos

hidrotermales y mineralizaciones y sobre composicion

mineralogica, tamanos de grano, etc. permiten documentar la

genesis y evolucion de los yacimientos (ver por ejem. Irving,

1964; Gross & Strangway, 1961; Valencio, 1980; Geissman et al.,

1980; Tarling, 1983; Urrutia & Jurado, 1989; Alva et al., 1989).

En el distrito minero de Santa Eulalia, Chihuahua (Fig. 21),

la mineralizacion consiste principalmente de concentraciones

masivas de sulfuros o oxidos de fierro, zinc y plomo reemplazando

calizas poco metamorfizadas del Cretacico (Hewitt, 1966). Los

cuerpos mineralizados han sido asociados a una serie de

intrusivos, sin embargo las relaciones estratigraficas y los

procesos de mineralizacion no han sido documentados en detalle.

Con estos objetivos se realizo un estudio paleomagnetico en el

distrito minero (Urrutia & Jurado, 1989) , con un enfoque

magnetoestratigrafico. Se obtuvieron muestras de los diferentes

conjuntos de intrusivos, cuerpos mineralizados, calizas y

13

cubierta volcano sedimentaria superficial (Fig. 22).

Los resultados se resumen en la Tabla 4. El registro

paleomagnetico de los íntrusivos muestra generalmente una

magnetizacion dominante caracteristica (ver diagramas de

desmagnetizacion, Fig. 23) . Detalles de las propiedades

magneticas han sido reportados en Urrutia & Jurado (1989).

Comparando las direcciones medias para las unidades de diabasas

(Fig. 24) puede observarse que hay diferencias angulares y las

dos polaridades, lo que indica varias fases de emplazamiento o un

periodo largo de intrusion. El conjunto de direcciones (excepto

la D19) concuerdan con las direcciones esperadas para el

Terciario temprano (Eoceno-Mioceno) del norte de Mexico. Los

datos para los cuerpos mineralizados correlacionan con las

unidades feisicas, en particular observense las direcciones para

las unidades Fi y M19 (Fig. 24). Los cuerpos mineralizados se

presentan en forma de mantos, chimeneas, venas de

reempiazamiento, etc. y consisten en galena, pirita, pirrotita,

marmatita y contenidos variables de plata (Hewitt, 1966). Las

relaciones entre la mineralizacion y los intrusivos habian sido

interpretadas por Hewitt (1966): dioritas y diabasas como pre-

minaralizacion, diques doleriticos como post-mineraiizacion y

riolitas y felsitas como pre- o penecontemporaneas con la

mineralizacion. Una interpretacion alternativa (De la Fuente,

1969) considera a la mineralizacion posterior a las feisitas y

riolitas. Los resultados paleomagneticos indican penados largos

de intrusion y mineralizacion y una correlacion con los eventos

de riolitas y felsitas.

14

La aplicacion del paleomagnetisnio en la exploracion de

yacimientos, particularmente en el caso del fierro, ha producido

resultados interesantes. Los oxidos de fierro y titanio presentan

magnetizaciones y susceptibilidades altas, lo que genera

anomalias magnetometricas de gran magnitud. Estas pueden

detectarse por medio de estudios magnetometricos (aereos o

terrestres). En la interpretacion de las anomalias se tienen los

grupos de incognitas relacionadas con la geometria (profundidad,

forma, etc.) y con las propiedades magnetícas y los problemas no

tienen solucion unica. Es decir, es posible modelar una anomalia

dada con varias combinaciones de los diferentes factores (Fig.

25). La medicion de las propiedades magneticas permite acotar las

soluciones posibles y proporcionar interpretaciones de mejor

calidad. Ademas, los datos de propiedades magneticas permiten

caracterizar los yacimientos y proporcionar detalles sobre la

genesis e historia subsecuente. En el sur del país se han

estudiado varios de los depositos mayores de fierro (por ejemplo,

Las Truchas-Lazaro Cardenas, El Encino, Pena Colorada, etc.). En

la Fig. 26 se presentan datos de magnetometria y la

interpretacíon con los datos paleornagneticos para una anomalia en

el distrito minero de El Encino, Jalisco (Alva et al., 1989).

6. DISCUSION

Las variaciones espaciales y temporales del campo magnetico

terrestre proveen sistemas de referencia, de utilidad en la

investigacion de problemas geometricos (orientacion, tectonica,

etc.) y problemas estratigraficos (correlacion y fechamiento). En

este trabajo se reportan resultados preliminares sobre estudios

15

paleomagneticos que ilustran algunos aspectos y dificultades de

los metodos paleornagneticos en tectonica, inagnetoestratigrafia y

geologia economica. En la Tabla 4 se listan aplicaciones en

diversos campos de ciencias de la tierra, arqueologia y biologia.

Dentro de las aplicaciones mas conocidas y mejor documentadas

(Cox, 1973) se tienen los estudios de tectonica global (deriva

continental y esparcimiento del fondo oceanico, por medio de

curvas de polos paleomagneticos e interpretacion de anomalias

magneticas marinas) . En estos estudios se ha documentado un

traslape entre las porciones de Mexico y Centro America y el

norte de Arnerica del Sur (Fig. 7). La evolucion de Mexico durante

el Paleozoico y Mesozoico ha sido relacionada a eventos

tectonicos de deriva y agregacion de terrenos (Moran, 1984, 1986;

ortega, 1981; Carfantan, 1983; Campa & Coney, 1983; Padilla,

1986) . Los datos paleomagneticos ofrecen un amplio potencial para

documentar las relaciones paleogeograficas y movimientos

tectonicos de los continentes mayores (y establecer un marco de

referencia tectonico) y de los bloques o terrenos menores (por

ejemplo, Oaxaca, Mixteco, peninsula de Yucatan, etc.). Los datos

discutidos en este trabajo para el terreno Oaxaca apoyan una

relacion paleogeografica de alta paleolatitud para el Complejo

Oaxaqueno compatible con la Provincia Grenville del Canada (Fig.

14) y la ocurrencia de movimientos mayores durante el Paleozoico

(Fig. 15 y 17). Los resultados tienen un caracter preliminar y

estan limitados por lo restringido de los afloramientos pre-

Mesozoicos en la region y en algunos casos por eventos de

remagnetizacion en el registro paleornagnetico (tal es el caso de

las unidades paleozoicas de Nochistlan, Oaxaca) . Los datos

16

paleomagneticos en general apoyan una evolucion de Mexico

caracterizada por desplazamientos laterales (rotaciones) a partir

del Permo-Triasico) (Fig. 16).

Las variaciones temporales del CMT (por ejemplo, variaciones

seculares, Fig. 2 y cambios de polaridad y excursiones, Fig. 18 y

19) proveen un marco de referencia estratigrafico de gran

utilidad. Estudios magnetoestratigraficos son particularmente

interesantes en unidades muy jovenes tales como secuencias

volcanicas cuaternarias (las cuales son dificiles de fechar por

metodos radiometricos) o sedimentos lacustres o fluviales

(Rutter, 1984). Estos metodos tienen aplicacion potencial en

estudios de riesgos volcanicos, de campos geotermicos y de

paleoambientes y paleogeografia. En la cuenca de Mexico se tiene

la posibilidad de estudios inteqrados en la secuencia

sedimentaria lacustre, las unidades volcanicas e inclusive en los

restos arqueologicos. La coxnbinacion con otras metodologias

(paleontologla, geocronologia, geología superficial y del

subsuelo, etc.) permitira documentar las caracteristicas y

estructura de esta porcion del pais.

Los estudios paleomagneticos han sido aplicados en otras

disciplinas tales como Arqueología, particularmente en

caracterizacion de materiales por medio de propiedades fisicas y

en correlacion y fechamiento, lo que ha llevado al desarrollo del

arqueomagnetismo (Tarling, 1983). En Biologia, recientemente se

han realizado diversas investigaciones sobre comportamiento

animal y formacion de minerales por procesos organicos. Estos han

indicado que los minerales de fierro son constituyentes comunes y

17

que en algunos casos estos cumplen funciones sensoriales de

deteccion de campos magneticos. En varios organismos se han

documentado habilidades de orientacion por medios inagneticos,

como en bacterias, palomas, delfines, mantarayas, etc. En Mexico

se tiene una amlia variedad de fauna cuyo estudio seria de

interes, en particular se tiene a las mariposas Monarca y a las

tortugas marinas, conocidas por sus habitos migratorios de gran

escala. En el registro fosil se ha tambien documentado la

importancia de los minerales magneticos; en el caso de calizas

pelagicas posiblemente el registro paleomagnetico es llevado por

minerales biogenicos.

501

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. Representacion esquerrtatica del campo magnetico terrestre, en que se ilustra el caracter predominantemente dipolar y la dependencia de la inclinacion e intensidad magnetica con la latitud geografica. Observe que la inclinacion es hacia abajo de la horizontal en el hemisferio norte y hacia arriba en el hemisferio sur. En la figura se comparan los campos observado para 1945 y los estimados para un dipolo geocentrico y axial y un dipolo geocentrico inclinado unos 11.5 ° con respecto al eje de rotacion.

Fig. 2. Representacion de la variacion secular para Mexico correspondiente al periodo 1791-1965 (a) y para 350-900 (b). Los datos estan graficados en terminos de posiciones magneticas virtuales y se usa una proyeccion estereografica polar.

Fig. 3. Oxidos de fierro y titanio. Observe las series indicadas de composiciones intermedias que corresponden a las titanmomagnetitas, titanomagnetitas oxidadas y titanohematitas y los minerales extremos tales como la magnetita y la hematita. Los numeros refieren a: 1, region de no cristalizacion de magmas (temperaturas de fusion altas) ; 2, estructura romboedral, temperatura de Curie 100-150 C; 3, estructura de espinel inverso, temperatura de Curie < o' C; 4 1 estructura de espinel inverso, temperatura de Curie 57558O C; 5, estructura romboedral, tempertura de Neel 675" c; 6, estructura espinel inverso, temperatura de Curie > 300 C.

Fig. 4. Ciclo de histeresis simplificado en que se muestran algunos de los elementos usados para caracterizar el comportamiento de los minerales magneticos tales como la magnetizacion de saturacion (Jj, el campo o fuerza coercitiva (H ) y la magnetizacion remanente (J . ).

Fig. 5. (a) Curvas de movimiento polar aparente para Norte america y europa, con datos del Cambrico al Reciente. (b) Reconstruccion paleogeografica para Norte America y europa obtenida al rotar y sobre poner las curvas de movimiento polar aparente correspondientes (de a). Figuras tomadas de McElhinny (1973)

Fig. 6. Representacion esquematica de movimientos tectonicos y sus efectos en el registro paleomagnetico. Los movimientos (rotaciones en la superficie esferica) se separan por simplicidad en rotaciones a lo largo de un eje vertical y en traslaciones.

Fig. 7. Paleoreconstruccion de los continentes alrededor del Oceano Atiantico. Observe que estas reconstrucciones del Pangea implican un traslape en la region central entre Mexico y Centro America y el norte de Ainerica del Sur. (a) El traslape involucra el sur de Mexico y queda una region de hueco en la porcion del Golfo de Mexico. (b) El traslape en algunas reconstrucciones implica la mayor parte de Mexico. En esta

1

reconstruccion se utilizan polos paleomagneticos para Gondwana (Gi y G2), Norte Airierica (NA) y Europa-norte de Asia (EA).

Fig. 8. Mapa simplificado de terrenos tectonoestratigraficos para el sur de Mexico. Los numeros refieren a: (1) tereno Guerrero, (2) terreno Mixteco, (3) terreno Oaxaca, (4) terreno Juarez, (5) terreno Maya y (6) terreno Xolapa.

Fig. 9. Mapa geologico esquernatico para la porcion norte del Complejo Oaxaqueno. Los sitios de muestreo para el estudio paleomagnetico se indican por circulos y asteriscos, que indican respectivamente direcciones inagneticas del Paleozoico tardio-Mesozoico temprano de baja inclinacion y Precambricas de alta inclinacion.

Fig. 10. Localizacion de la region de unidades Paleozoicas de Nochistian. Las localidades muestreadas corresponden a Tinu y Santiago-Ixtaltepec. Se incluye la columna estratigrafica simplificada para la region. El muestreo paleomagneticos comprendio a las unidades sedimentarias y a los diques intrusivos.

Fig. 11. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion termica y de campos magneticos alternos para muestras del Comp lej o Oaxaqueno.

Fig. 12. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion termica y de campos Inagneticos alternos para muestras de las unidades Paleozoicas de Nochistlan, Oaxaca.

Fig. 13. Grafica de paleolatitud en funcion del tiempo para el periodo 1100 a 820 millones de anos. La curva gris representa la paleolatitud esperada para la region central de Oaxaca extrapolada de los datos de la Provincia Grenville y la linea delgada a 60 representa la paleolatitud media observada en el estudio (ver Fig. 15 para una representacion paleogeografica).

Fig. 14. Representacion paleogeografica de las posibles paleoposiciones del terreno Oaxaca durante el Precambrico tardio-Eocambrico de acuerdo a los datos paleomagneticos. En las figuras se muestran los segmentos de curvas de movimiento polar aparente para el intervalo 1100 a 820 millones de anos para Norte America (a) y Africa-America del Sur (b). Las areas mas oscuras indican las regiones probables de paleoposicion para el terreno, que estaba localizado a unos 30 grados de la posicion polar.

Fig. 15. Graficas de cambios en rotacion (abajo) y de translacion (arriba) para la region de Nochistlan en funcion de la edad de la magnetizacion. Observe que la magnitud de los movimientos varia en funcion de la edad del evento de remagnetizacion (ver discusion en texto).

Fig. 16. Representacion esquematica de evolucion tectonica- Paleogeografica de Mexico del Perinico al Terciario temprano.

2

Fig. 17. Representacion esquematica de reconstrucciones paleogeograficas tentativas para el periodo Cabro-Ordovicico (arriba) y del Devonico temprano (abajo), en que se ilustra la posible paleoposicion de los terrenos del sur de Mexico (Oaxaca y Mixteco).

Fig. 18. Escala de cambios de polaridad y excursiones del campo geoinagnetico para los ultimos 2.5 millones de anos. La polaridad normal es mostrada en negro y la polaridad reversa en blanco.

Fig. 19. Escala de cambios de polaridad del campo geoxnagnetico para el Cenozoico, los ultimos 65 millones de anos. La polaridad normal es mostrada en negro y la polaridad reversa es mostrada en blanco.

Fig. 20. Cornparacion de las direcciones medias de magnetizacion remanente para unidades volcanicas y sedimentarias de las localidades de Santo Domingo (izquierda) y San Antonio (derecha), del Distrito Minero de Santa Eulalia, Chihuahua. Las direcciones se muestran en una proyeccion de igual area y los circulos corresponden a las incertidumbres estadisticas. Observe que la mayoria de las unidades tienen polaridad reversa y solo una tiene polaridad normal. Los numeros corresponden a la identificacion de los sitios de muestreo. La unidad 6 de Santo Domingo corresponde a la unidad 4 de San Antonio.

Fig. 21. Mapa geologico simplificado para el Distrito Minero de Santa Eulalia, Chihuahua.

Fig. 22. Seccion esquematica de la Mina de santo Domingo indicando las posiciones relativas de los cuerpos intrusivos, cuerpos mineralizados y niveles en la mina.

Fig. 23. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion para muestras de los intrusivos y cuerpos minerales en la Mina de Santo Domingo.

Fig. 24. Comparacion de las direcciones medias para las unidades intrusivas y para los cuerpos mineralizados. Observe que las dirreciones para las diabasas (Dio, D19 y D21) tienen diferentes polaridades, lo que indica un periodo largo de intrusion o varios periodos. Observe ademas la correlacion entre las direcciones correspondientes a la unidad de felsitas (Fi) y el cuerpo minerlizado (M19).

Fig. 25. Ejemplo del modelado de una anomalia magnetometrica a partir de mediciones de propiedades niagneticas.

Fig. 26. Mapa geologico simplificado para el Distrito Minero de El Encino, Jalisco. La mineralizacion corresponde a oxidos de fierro, magnetita y hematita, principalmente.

97

Pn

le

5

-•• Campo teórico de un dipolo geocéntrico axial

- - - -. Campo teórico de un dipolo geocéntrico inclinado

- CGM 1945 proyectado en un plano meridional

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1A Dx sen-' (sen A 95 /sen p)

A R (ADo 2 + A Dx 2 ) 112

Donde:

D a Declinocln

Inc Iinoci6n

Do= Direcci6n observada

1 o a Inclinación observado

Dx = Dirección esperada

Ix a lnclinocio'n esperado

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SOUH'. AMERICÁ

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d)Late Cretaceous

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NORTH 4 (AMERICAN

SHIELO

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EARLY DEVONIAN

-385 m.y.

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MEXICO

SOUTH AMERICA

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-- A •6C - N —

normal LII reversed polarity polarity

Figure 2. Revised magnetic.polarity time scale for Cenozoic, pre-

pared by Iocating Paleocene, Focene, and Oligocene stage and sub-

stage boundaries in oceanic magnetic.anomay reversal sequence by

magnetostratigraphic correlations (Fig. 1). Revised radiometric ages

(Ness and others, 1980) were then associated with 9 Cenozoic calibration points (Table 1), and intervening anomaÇies were dated

by interpolation.

PAL EOM A ONE TI SM AGE EPOCH PERIOD ERA

TIME - -

¿ ANOMALY POLARITY

(m.y.) NUMBER AGE ES HEM

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7 CG! Smith,19670

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Gough,1967

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ÇGM 10 3'10

Tabla 2. Resumen de datos paleomagnéticos del Complejo Acatián

Site Rock type Location k ag5 D/I Pole position

Sites wíth steep rnagnetic directiori 1 Charnockite 97°07'W;17°18'N 6/6 43 10.3 220/-67 62°W;44°N 2 Anorthosite 9649W;17°Ø5'N 7/7 59 7.9 0/+64 97°W;61°N 3 Anorthosite 96°51W;17°06N 4/6 64 11.5 28/+60 570W ; 56cN 4 Anorthosite 96052W;17c07N 4/6 29 17.5 1611-58 131°W;63N 5 Anorthosite 96°53W;17°07'N 8/8 106 5.4 285/+75 126°W;22N 6 Anorthosite 96°53W;17°08'N 5/5 21 17.0 3251+76 116cW ; 380N 7 Paragneiss 97°00W;17°14'N 9/10 316 2.9 103/+74 68°W;09°N Overali mean 96°55'W;17°09N 7/7 20 13.7 6/+74 93W;47°N Sites with shallow, southerly magnetic direction ] Paragneiss 96°58W;17°15N 5/5 60 9.9 158/-11 147cE ; 66sN 2 Paragneiss 96°59W;17°16'N 6/11 154 5.4 162/+21 117cE ; 57N 3 Paragneiss 96°59W;17°16'N 7/10 16 15.5 144/+04 148E;50°N 4 Paragneiss 97°00W;17°13N 7/7 46 9.0 156/-16 155°E;65°N Overailmean 96°59'W;1715N 4/4 20 21.2 155/-01 1410E;60sN

Tabla 3. Resumen de datos paleomagnéticos de unidades Paleozoicas de Nochistlán-Oaxaca

Site N/N0 k a95 In situ D/I

Post-Cretaceous T.C. D/1

Two-stage T.C. D11

Intru.siue rocks 47 4/4 45.5 13.8 153.0/14.7 154.9/16.6 175.6/27.4

48 5/5 35.4 13.0 164.8/35.1 169.8/35.4 183.9/34.4

Yododeñe 23/26 48.3 4.4 150.8/15.9 152.8/18.1 1529/23.1

Ixtaltepec 50 5/5 30.1 14.2 152.1/14.1 153.9/16.1 172.7/24.8

51 2/2 893.2 155.8/16.5 157.9/18.1 169.9/23.7

52 3/4 222.1 83 154.2/ 9.8 155.5/11.6 162.8/21.9

53 5/5 79.4 8.6 148.2/25.9 151.6/28.3 170.0/38.1

Santiago 1 4/4 156.5 7.4 155.0/14.0 159.3/28.4 1721/31.3

2 5/5 316 12.5 148.8/ 9.7 151.7/25.3 1619/31.4

3 4/6 19.1 21.6 149.9/41.2 161.5/42.2 182.2/38.8

4 5/6 51.5 10.8 157.7/25.0 163.8/24.8 174.5/22.6

5 5/5 42.5 11.9 148.2/29.0 155.6/30.8 170.3/31.3

6 2/2 78.1 163.5/ 8.0 166.8/20.8 172.2/19.1

7 5/6 474.9 3.5 151.8/ 6.8 153.5/ 8.5 157.9/12.0

Tiíu 1 6/12 23.3 14.2 1551/23.8 155.2/23.8 131.3/28.3

2 10/11 42.5 7.5 155.4/21.5 155.4/21.5 1317/27.8

3 5/5 42.7 11.8 145.2/ 8.4 147.4/11.5 151.4/24.8

4 7/7 27.2 11.8 130.0/14.9 133.7/21.1 144.6/31.4

5 4/5 26.0 18.4 133.7/10.2 136.4/15.7 144.8/25.4

Means of site mean D/I's: 151.1/18.3 154.3/22.2 162.4/28.0

k = 42.0; a95 5.2 k = 48.0; ar = 4.9 k = 29.3; a95 = 6.3

Means of site poles: 50.7 ° N; 131.4 ° E 51.3 ° N; 125.3 ° E 53.1 ° N; 111 . 70 E

K = 66.3; A = 4.2 K = 67.0; A 95 = 4.1 K = 28.1; A 95 = 6.4

1

Tabla 4.

Algunas aplicaciones de las investigaciones paleo-

magnéticas.

1. Estudios sobre; Comportamiento del CM dipolar terrestre Aspectos permanentes del CM no dipolar Comportamiento de CM de otros cuerpos celestes Magnetismo de rocas y soluciones dp laboratorio Procesos y clases de magnetizaciones

1'

2. Determinaci6n de; Curvas de desplazamiento polar aparcnte Cronologi'a de los cambios de polaridad del CGM Paleointensidad del CGM Paleovariación secular Paleocentellas Paleoradio terrestre Paleocociente de rotación terrestre

3. Aplicación en las teorfas de: Origen y evolución del CGM Origen y evolución del Nicleo terrestre Deriva Continental Esparcimiento del Fondo Oceánico Tectónica de Placas Expansión terrestre Extinción y evolución de especies Influencia sobre el clima

(1) Acoplamiento de los procesos n3cleo-manto-corteza

4. Usos en; Problemas estructurales Correlación estatigrfica en rocas de continentes

y OceánOs. Orígen e historia de las rocas (determinación de procesos metamórficos, etc.) Reconstrucciones paleoeográficas Reconstrucciones paleoclimáticas (estudios de-paleocorrientes, de paleovientos, etc.) Problemas de orientación de n5cleos de perfora-ciones Problemas de geología económica Estudios de condiciones de genésis de las rocas

(1) Problemas de interpretación en prospección magné-tométrica

REFERENCIAS

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