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.

1Departamento de Geología, Universidad de Sonora. 2Seismological 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 puntos de las emisiones volcánicas. Particularmente, fueron identificados nuevos afloramientos en el área de

Fig. 1.- Esquema geológico y tectónico del NW de México. Modificado de Kimbrough et al., 2001 y Pallares et al., 2008. 

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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 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

Fig 2.- a) Diagrama de álcalis vs SiO2 (TAS, LeBas et al., 1986)

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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, Vidal-Solano et al., 2005) y Baja California (Toba de San Felipe, Stock et al., 1999). Los enclaves encontrados en las muestras de la 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.

Fig 3.- Diagramas de clasificación para rocas hiperalcalinas. A.- Qzo normativo vs minerales ferromagnesianos normativos. B.- FeO total vs Al2O3.

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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 de Sr (20 ppm) y valores en Ba entre 30 y 103 ppm. Estos 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.

Fig 4.- Geoquímica del volcanismo de Cataviña, algunos depósitos en San Felipe y las muestras de Sonora para comparación. Normalizador Roca/Condrita y Roca/Manto Primitivo de Sun y McDonough, 1989.

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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

Fig 5.- Diagramas discriminatorios ternarios con componentes HFSE y LILE.

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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). Bibliografía Bennet, S., 2009. Transtensional Rifting in the Late Proto-Gulf of California Near Bahía Kino, Sonora, México. Tesis de Maestria, University of North Carolina at Chapel Hill, 122pp.

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