Volcanismo Postcolapso De La Caldera Vilama, Mioceno Superior, Puna Argentino-Boliviana
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“Volcanismo postcolapso de la caldera Vilama, Mioceno superior, Puna argentino-boliviana. Mecanismos eruptivos y Petrogénesis.” Tesis Doctoral Lic. Diego Fracchia Directora: Dra. Beatriz Lydia Luisa Coira Codirector: Dr. Eduardo Jorge Llambías Facultad de Ciencias Naturales y Museo Universidad Nacional de La Plata Año 2009 i Imagen de la portada: Fragmento del “Plano del Territorio Nacional de Los Andes” del año 1924, en donde se observa el trazado del límite internacional con la República de Bolivia previo al tratado definitivo de límites firmado el 9 de julio de 1925 y vigente desde el 11 de octubre de 1938. Tomado de Catalano, L., 1927. “Datos hidrológicos del Desierto de Atacama (Territorio Nacional de Los Andes)”. Dirección General de Minas, Geología e Hidrología, Publicación Nº 35. Págs. 1-55. Buenos Aires. ii “Volcanismo postcolapso de la caldera Vilama, Mioceno superior, Puna argentino-boliviana. Mecanismos eruptivos y Petrogénesis.” Tesis Doctoral Lic. Diego Fracchia Directora: Dra. Beatriz Lydia Luisa Coira Codirector: Dr. Eduardo Jorge Llambías Facultad de Ciencias Naturales y Museo Universidad Nacional de La Plata Año 2009 iii Resumen Este trabajo se realizó a partir de la hipótesis de trabajo: “los centros volcánicos emplazados alrededor y por encima del domo resurgente de la caldera Vilama (Puna argentina-Altiplano boliviano) con posterioridad a su colapso, son representantes de la Etapa de Postcolapso de dicha caldera”. De acuerdo con el modelo clásico de calderas resurgentes, para cumplir con dicha condición los centros volcánicos deberían estar formados por rocas derivadas del magma restante en la cámara magmática luego de la erupción formadora de la caldera. Para someter a prueba a esta hipótesis de trabajo se realizó un estudio petrológico de los centros volcánicos referidos, y luego se los comparó con la Ignimbrita Vilama, representante de la Etapa de Colapso de la caldera. En la Primera Parte se exponen los datos generados durante la investigación. En primer lugar se presenta un mapa a escala 1:100.000 de la caldera Vilama, fruto de los trabajos de campo realizados, en donde se destacaron las unidades de roca sobre las cuales se enfocaron los estudios. A partir del mapeo se estableció un esquema estratigráfico, que fue luego ajustado mediante la realización de dataciones radimétricas. Esta información permitió identificar una mayor densidad de eventos eruptivos dentro de los 1,2 m.a. posteriores a la Ignimbrita Vilama (lapso 8,5-7,3 Ma). Dado que el enfriamiento de una cámara magmática sin inyecciones posteriores puede concretarse en pocos cientos de miles de años, a partir de aquí se restringió el estudio petrológico principal a las unidades que conforman el lapso 8,5- 7,3 Ma. Este mecanismo de trabajo permitió descartar de este análisis, de una manera bastante simple aunque efectiva, a los centros volcánicos posteriores a la Ignimbrita Vilama con bajas posibilidades de pertenecer al sistema magmático de la caldera Vilama. Sobre los centros volcánicos del lapso 8,5-7,3 Ma se realizaron levantamientos geológicos detallados, los cuales permitieron describir y analizar sus morfologías, y reconocer sus unidades internas y facies. El análisis de estos datos permitió interpretar el mecanismo eruptivo de las distintas unidades, que si bien resultó diverso, coincidió en su mayoría en un estilo efusivo de alta viscosidad. Coulées, domos bajos, y coladas de lava de corto recorrido son las formas más comunes que se hallaron. No obstante también se han descrito varios depósitos de flujos de bloques y ceniza, y un extenso aunque poco voluminoso depósito de flujos piroclásticos. La causa del predominio de este tipo de morfologías ha sido atribuida esencialmente a la escasez de volátiles presentes en los magmas posteriores a la Ignimbrita Vilama. v El estudio petrográfico brindó mayor profundidad en el conocimiento de los tipos litológicos observados en el campo; entre otras cosas permitió descubrir vinculaciones entre unidades distantes entre sí y sin relación aparente, y hallar diferencias mineralógicas notables entre rocas de un mismo centro que aparentaban un mismo origen. No obstante, el hallazgo principal fue la identificación de un fuerte desequilibrio mineralógico en gran parte de las unidades, evidenciado por texturas de resorción tales como cribado en plagioclasas y ortopiroxenos, deshidratación de biotita, y engolfamiento del cuarzo. El resultado de esta etapa de trabajo fue la identificación de tres tipos litológicos principales en las rocas del lapso 8,5-7,3 Ma: a) riodacitas con plagioclasa, cuarzo y biotita; b) dacitas vítreas con plagioclasa y ortopiroxeno cribados; c) dacitas con alta proporción de cristales, compuestas por plagioclasa, biotita, cuarzo, y piroxenos. De los tres tipos mencionados, sólo el c) muestra mineralogía y texturas que permiten asimilar su origen al mismo magma que dio origen a la Ignimbrita Vilama. También se halló una fuerte similitud entre el tipo b) y varias unidades volcánicas de diversa edad presentes en la región por fuera de la caldera Vilama. Esta evidencia fue el punto inicial en la senda que llevó a la individualización de una de las más importantes conclusiones de esta tesis. En casi todas las unidades volcánicas identificadas se realizaron análisis de elementos mayoritarios y traza. Mediante esta información geoquímica, en primer lugar se confirmó la separación previamente realizada de acuerdo a la distribución de edades, ya que las unidades por fuera del lapso 8,5-7,3 Ma mostraban notables diferencias en los contenidos de algunos elementos mayoritarios y de varios elementos traza (e.g. Sr, Zr, Th, Y) respecto de la Ignimbrita Vilama. En segundo lugar se observó que la Ignimbrita Vilama y las unidades del lapso 8,5-7,3 Ma comparten un mismo trend de variación de elementos mayoritarios y de los principales elementos traza. No obstante, las rocas del tipo litológico asimilable al magma que originó a la Ignimbrita Vilama exhiben las menores diferencias. En cuanto a los elementos de las tierras raras, se observó que los patrones de las unidades estudiadas no tienen depresión del sector medio, y que se diferencian exclusivamente a través de la variación en la pendiente de las pesadas. Estas evidencias señalan por un lado la ausencia de anfíbol en la historia de cristalización de los magmas, y por el otro, distintas profundidades de generación de los fundidos parciales. El conjunto de rocas estudiado se clasifica geoquímicamente como dacitas, y en menor medida andesitas y riolitas, de la serie calcoalcalina de alto K, caracterizadas por enriquecimiento de elementos LIL y empobrecimiento de elementos HFS. Estas vi características no difieren mayormente de aquellas típicas de las rocas de arcos magmáticos, en especial del arco volcánico actual en el segmento central de los Andes Centrales. No obstante, se hallaron contenidos altos o mayores de TiO2, FeOT, K2O y P2O5 y de algunos elementos HFS (e.g. Nb, Ta e Y), y bajos o menores de Na2O y de algunos elementos LIL (e.g. Sr y Ba). A partir del análisis de la información geoquímica de roca total se concluyó que la mayor parte de los centros volcánicos no han tenido una historia de cámara magmática común, sino que se ajustan mejor a un modelo de batches de magma distintos, originados a distintas profundidades. Dichos magmas muestran una fuerte similitud en el comportamiento de los elementos mayoritarios y principales elementos traza, pero por el contrario contienen ensambles mineralógicos disímiles (plagioclasa-cuarzo-biotita vs. plagioclasa-ortopiroxeno) que sugieren evoluciones independientes y profundidades de estacionamiento distintas. Una visión holista de las ideas que sugiere la Geoquímica, junto a ciertas características litológicas que indican un relativo carácter "seco" de los magmas participantes, permitió reconocer importantes diferencias interpretativas en la generación de los magmas en la Puna norte y el Altiplano respecto de la generación de magmas en el frente del arco volcánico. Entre varias de ellas se encontró una que probablemente sea el control principal de las demás, tal es la disminución, a medida que aumenta la distancia a la zona de subducción, del aporte de fluidos desde la placa subductante hacia la cuña astenosférica. Para intentar caracterizar el área fuente se analizaron las relaciones isotópicas de Sr y Nd de varias unidades estratigráficas, pertenecientes o no al lapso 8,5-7,3 Ma. La relación 87 86 Sr/ Sr(i) resultó variable entre 0,713 y 0,716, mientras que el εNd(t) entre -9,9 y -11. Estos datos demostraron la suposición planteada a partir del análisis de la información geoquímica, i.e. que los tipos litológicos (e incluso los distintos centros volcánicos) derivan de batches de magma distintos y/o parciales, y en este caso particular que los mismos fueron generados a partir de fuentes distintas. No obstante, la diferencia observada no es muy importante ni los valores típicamente corticales o mantélicos; esto sugiere un proceso de homogeneización isotópica ocurrido durante la génesis de las rocas de los centros estudiados. Mediante microsonda electrónica se estudiaron en forma general las riodacitas y las dacitas vítreas, además de una riolita y una buchita. Entre las varias observaciones realizadas se destacan: a) la plagioclasa y el ortopiroxeno de las dacitas vítreas son extremadamente básicos y están en franco desequilibrio químico frente a la pasta que los rodea; b) la plagioclasa y la biotita de las riodacitas están en equilibrio con la pasta vítrea que las rodea; vii c) una importante proporción de las rocas estudiadas contiene un ensamble mineralógico compuesto por una mezcla de los dos extremos recién detallados, salvo que afectados por importantes cambios morfológicos y composicionales que se interpretan debidos a la interacción entre ambos tipos de magma. El conocimiento de la composición geoquímica de los minerales permitió ampliar la caracterización de las unidades, afianzar o descartar correlaciones previamente establecidas, y obtener algunas estimaciones de las temperaturas y presiones preeruptivas (tarea que no brindó los resultados esperados, dado el fuerte desequilibrio observado en los sistemas cristal-fundido).