Marco RiveraMarco Rivera

JeanJean--ClaudeClaude ThouretThouret

HervHervéé MartinMartin

AlainAlain GourgaudGourgaud

JeanJean--LucLuc Le Le PennecPennec

Marie Marie ChristineChristine GerbeGerbe

DirecciDireccióón de Geologn de Geologíía Ambiental y Riesgo Geola Ambiental y Riesgo GeolóógicogicoDGARDGAR

ROL DE LA CONTAMINACIÓN CRUSTAL EN EL MAGMATISMO DE LOS ANDES DEL SUR PERUANO: EJEMPLO DEL VOLCÁN MISTI

LMV – Francia

Volcanes activos y potencialmente activos delsur del Perú

• 12 volcanes activos y potencialmente activos

• Estos volcanes estánlocalizados en la Cordillera Occidental.

• 7 volcanes han presentado erupcioneshace menos de 500 años.

Lago Titicaca

Oceano

Pacífico

0 100 km

Imagen Landsat 1996

TACNA

MOQUEGUA

AREQUIPA Huaynaputina

Yucamane

MistiUbinas

Tutupaca

Ticsani

Sabancaya

Casiri

Coropuna

Conos de Andahuay Orcopampa

Solimana

Sara Sara

Chachani

70ºW74ºW

15ºS

• Reservorios: cuña delmanto, corteza inferior

• Procesos petrogenéticos:

�La fusion parcial de la cuña del manto;

�Proceso MASH en base de la cortezacontinental;

�Procesos intra-corticales (cristallizaciónfraccionada, AFC, mezcla de magmas).

MASH (fusión, asimilación, almacenamiento, homogenización)

propuesto por Hildreth y Moorbath (1988)

Fluidos derivados de ladeshidratación de la corteza

Fusión parcial delmanto

Astenosfera

Corteza inferior

Corteza media

Arco principal

Ante-arco Tras-arco

Corteza superiorCF AFC

Mezcla

MohoMASH

Cuña del manto

ZONA VOLCÁNICA CENTRAL DE LOS ANDES (ZVC)

• Los procesos petrogenéticos de magmas del volcánMisti son poco conocidos.

• La evolución magmática y volcánica en el tiempo es poco precisa.

• La influencia de la composición química del magma

en el comportamiento magmático y dinámico delMisti.

� Esto permitirá prever mejor el comportamiento volcánicofuturo con fines de prevención y/o mitigación de desastres.

Problemática

II. ESTRATIGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DEL

VOLCÁN MISTI

VOLCÁN MISTI • Volcán activo con ~12 episodios eruptivos de magnitud leve descritosdesde 1550.

• El estratocono posee un volumen aproximado de ~80 km3.

• Una tasa eruptiva: 0,63 km3/ka (<112 ka ; Thouret et al., 2001).

• La ciudad de Arequipa (~1 millón de habitantes) se extiende a menos de 12 km al suroeste.

EL VOLCÁN MISTI

Misti 1 (~833 – 112 ka)

Misti 2 (112 – 40 ka)

Misti 3 (40 – 11 ka)

Misti 4 (< 11 ka)

Ignimbrita “La Joya”~4,8 Ma

Ignimbrita “El aeropuerto de Arequipa” ~1.65 Ma

5822 m.

Cráter de edad histórica

(Modificado de Thouret et al., 2001)

• Según Thouret et al. (2001): 4 etapas de evolución volcánica.

• El Misti sobreyacesecuencias ignimbríticas y rocas sedimentarias delJurásico.

• Ultima actividadmagmática: erupciónvulcaniana de 1440–1470.

120 m

III. EVOLUCIÓN PETROGÉNETICA

DE MAGMAS

Misti 2 : andesitas y dacitas

Misti 3 : andesitas a riolitas

Misti 4 : andesitas

40 45 50 55 60 65 70 75

0

2

4

6

8

10

12

14

RiolitaTraquidacita

Traqui-andesitaTraqui-

andésitabasáltica

Traqui-basalto

Tefritabasanita

Fono-tefrita

Tefri-fonolita

Basalto Andesitabasáltica

Andesita

Dacite

Misti 4 (<11 ka)

Misti 3 (38 - 12 ka)

Misti 2 (112 - 40 ka)

(Na 2

O +

K2O

) w

t%

SiO2 wt%

Rb Ba Th Nb K La Ce Sr P Nd Zr Sm Eu Ti Gd Dy Y Er Yb

1

10

100

1000Misti 4 (11 ka -época histórica)

Misti 3 (38 - 12 ka)

Misti 2 (112 - 40 ka)

Ro

ca /

Man

toP

rim

itiv

o Sun and McDonought, 1989)

Rocas presentan elevadas concentraciones

en elementos incompatibles LILE (K, Rb, Ba), así como un

empobrecimiento en HFSE (Nb, Zr)y HREE (Yb).

Estas características son propias de

magmas de zonas de subducción.

0.35.56.06.57.07.5

0.5

1.0

Edenita

Magnesio-hastingsita(AlVI < Fe3+)

Ferropargasita

CaB = 1,50

(Na+K)A= 0,50

Ti < 0,50

0.5

1.0

5.56.06.57.0Si (c.p.u.f.)

Tschermakita

Misti 4Misti 3Misti 2

Si (c.p.u.f.)

Magnesio-hornblenda

CaB = 1,50

(Na+K)A < 0,50

CaA < 0,50

En

Pigeonita

Hedenbergita

Augita

Diopsido

Enstatita

Misti 2Wo Misti 3

Pigeonita

Hedenbergita

Augita

Diopsido

Enstatita

Fs

Misti 4

Pigeonita

Augita

Diopsido

Enstatita

50 50

Magnetita

FeO

Misti 2

Magnetita

FeO

Misti 4

Magnetita

FeO

Misti 3

Or100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Misti 3Misti 2

Fo Fa

En

Pigeonita

Hedenbergita

Augita

Diopsido

Enstatita

Misti 3Wo

Pigeonita

Augita

Fs

Pigeonita

Augita

50 50

HedenbergitaDiopside Diopsido

Misti 2 Misti 4

FeO.TiO2

2FeO.TiO2

FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3

Bitownita

Labradorita

Andesina

Oligoclasa

Ab

An

Misti 2

Anortoclasa

Misti 3

Anortoclasa

An

Sanidina

Misti 4

Microlitos

An

Mineralogía de rocas del Misti

Mg# 71-88

Ortopiroxeno

Clinopiroxeno

Feldespato

Mg# 66-86

Ilmenita

Ulvospinella

Fo68-80

Anfíbol

Olivino

Oxidos de Fe-Ti

Mg

/(M

g+

Fe2+

)

Mg

/(M

g+

Fe2+

)

Profundidad del reservorio magmático del Misti

Temperatura (°C)

Pre

sió

n (

Mp

a)

Cono volcánico

Reservorio superficial

Cálculo empleando el geobarómetro y geotermómetrodel Anfíbol de Ridolfi et al., (2010)

9 km

15.4 km

?

910 990

240

415

• Los valores de elementosmayores disminuyen con la diferenciación.

• Ciertos elementos trazasmuestran un comportamientocompatible.

• K2O y Rb muestran un comportamiento incompatible durante la diferenciación.

• Existe una ausencia en composición (67-73% SiO2).

Comportamiento de elementos mayores y trazas

15

16

17

18

19

2.0

4.0

6.0

CaO

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

55 60 65 70 75

1.0

2.0

3.0

4.0

MgO5.0

8.0

20

SiO2 wt%55 60 65 70

Cr

Rb

Co

Sr

75

200

400

600

800

15

30

45

60

75

90

105

120

135

0

1000

1200

1400

20

10

20

30

40

50

60

40

60

80

100

SiO2 wt%

Al2O3

K2O

Misti 4 (<11 ka)

Misti 3 (38 - 12 ka)

Misti 2 (112 - 40 ka)

~ 40 - 38 ka

~ 11 ka

~ 112 ka

MISTI 2

MISTI 3

MISTI 4

EDIFICIOS

• Ligera variación de concentration en elementos mayores, trazase isotopos entre las etapas éruptivas sucesivas.

• Variación más marcada durante la etapa Misti 3 (34 - 31 ka).

87Sr/86SrSiO2 (wt%) MgO (wt%) Sr/Y δ18O ‰ (VSMOW) Rb (ppm)

La contaminación cortical

SiO2 wt%

AFC

CF

δ18

O‰

VS

MO

W

87Sr/86Sr

AFC

87Sr/86Sr

• Contaminante potencial: el gneis de Charcani(Masivo de Arequipa)

hace parte de la cortezamedia – superior.

55 60 65 70 750.7070

0.7074

0.7078

0.7082

0.7086

0.7090

• Los datos isotópicosmuestran lineas de fuerte pendiente.

• La cristalizaciónfraccionada no puedeser el mecanismoprincipal de la evoluciónde los magmas.

-40

-36

-32

-28

-24

-20

0

4

8

-16

-12

-8

-4-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

40%

50%60%

70% 80% 90%

30%

Corteza superior(Granitos)

Corteza inferior(Granulitas)

Misti 4 (< 11 ka)

Misti 3 (38 - 12 ka)

Misti 2 (112 - 40 ka)

εSr

εNd

Modelo

• Magma padre: Polomantélico (Boily et al., 1990).

• Tres contaminantescorticales.

La contaminación cortical: mezcla simple

Gneisde Charcani Resultado

• Tasa de contaminación= 18 - 32 %.

• La evolución de magmas es controladapor la contaminacióndel gneis de Charcani.

mantélicoPolo

Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)

� Magma padre (Andesita 58% SiO2)

�Roca hija real (riolita 73% SiO2)

�Composición del cumulado: 54%plg, 36%anf, 1%cpx, 7%Mt, 2%Ol.

�Roca contaminante: gneis de Charcani

Parámetros

1

10

100

1000

Roca /

Manto

prim

itiv

o

Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er Yb

Cl = F + r * Ca * (1- F )Co r-1 zCo

Cl = Concentración del elemento en el liquido finalCo = Concentración del elemento en el liquido inicial(1-F) = Tasa de cristalizaciónCa = Concentración del elemento en el contaminanter = Masa asimilada/masa cristalizada

-z -z

{ }Modelo

De Paolo, 1981

• Razón masa asimilada /

masa cristalizada (r) = ≤0,22

� Tasa de asimilación:

≤ 14%

1

10

100

1000

Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er

Roca /

Manto

prim

itiv

o

Yb

Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)

Resultado

Magma padre

Roca hija

r = 0.22

r = 0.18

r = 0.16

�Modelos muestran que la AFC explicaría la evolución de la serie del Misti.

La contaminación

cortical

• Una líneamagmática derivadade la fusión parcialdel manto.

• La evolución petro-genética de magmas es controlada por la contaminación de la corteza continental.

Génesis y evolución de magmas

87Sr/86Sr

143 N

d/14

4 Nd

0.702 0.703 0.704 0.705 0.706 0.707 0.708 0.709 0.710

0.5131

0.5129

0.5127

0.5125

0.5123

0.5121

0.5119

Según Davidson et al. (1991) et Delacour et al. (2007)

Gneis deCharcani

(0,740 et 0,5115)

• Fusión parcial delmanto.

• Asimilación en base de la corteza vía un proceso MASH (empobrecimiento en HREE e Y).

• Evolución de magmas mediante un proceso de AFC, cuyo contaminantees el gneis de Charcani.

• La tasa de asimilaciónes ≤14% para el Misti (más importante entre 34 - 31 ka).

50 Km2000 100 150 250 300

50

100

150Km

0 Masivo de Arequipa

Modelo de génesis y evolución de magmas

• El Misti a emitido andesitas y algunas dacitas, cuya composiciónquímica varia en una gama limitada, mientras que riolitas han sidoemitidos entre 31 y 34 ka ("Misti 3").

• La composición de los minerales de cada tipo petrográfico no ha evolucionado de manera significativa en el tiempo. En consecuencia no existen ciclos magmático totalmenteindependientes.

• Los principales procesos que participan en la génesis y en la evolución de magmas son: -fusión parcial del manto, -mecanismos intra-crustales (AFC, ..).

• Los magmas del Misti bastante contaminados (≤14%) por la corteza continental.

Conclusiones

Gracias por su atención!!