Geochemical Behavior and Emplacement Conditions of the Ibagué Batholith: Regional Implications
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GEOCHEMICAL BEHAVIOR AND EMPLACEMENT CONDITIONS OF THE IBAGUÉ BATHOLITH: REGIONAL IMPLICATIONS EDGAR ALEJANDRO CORTÉS CALDERÓN UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE GEOCIENCIAS BOGOTÁ D.C – 2015 1 2 GEOCHEMICAL BEHAVIOR AND EMPLACEMENT CONDITIONS OF THE IBAGUÉ BATHOLITH: REGIONAL IMPLICATIONS EDGAR ALEJANDRO CORTÉS CALDERÓN Trabajo de grado para optar al título de: Geocientífico Director: IDAEL FRANCISCO BLANCO QUINTERO, PhD. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE GEOCIENCIAS BOGOTÁ D.C - 2015 3 4 Agradecimientos En primer lugar, quiero agradecer a mi director de tesis Dr. Idael Francisco Blanco Quintero por su apoyo, consejos y enseñanzas durante el tiempo que lo conozco, por las oportunidades que me ha dado, por mostrarme que con esfuerzo y dedicación se pueden lograr los objetivos que uno se propone, obviamente sin olvidar las risas y los buenos momentos. También, quiero agradecer al profesor Dr. Camilo Montes Rodríguez, un excelente investigador, por motivarme a querer estudiar esta carrera y tener pasión por la ciencia. A la Beca para tesis de pregrado financiada por el Fondo Corrigan-ACGGP- ARES y al fondo FAPA del Dr. Idael Blanco otorgado por la Vicerrectoría de Investigación de la Universidad de los Andes, cuyo apoyo económico permitió la realización de esta investigación. A mis padres, quienes me han apoyado y acompañado en todos mis objetivos. Gracias por el esfuerzo que han realizado para darme todas las comodidades y oportunidades que he tenido hasta ahora. A mis viejitos, Julio y Blanca por sus cariños, sus cuidados y ser mi ejemplo de vida. A mi hermano Santiago y a toda mi familia, por los buenos momentos y las enseñanzas que me han dejado hasta ahora. A mis amigos y compañeros con los que he compartido buenas experiencias, logros personales y académicos. Gracias por la compañía y consejos tanto en los buenos momentos como en los difíciles, por las retroalimentaciones y ayudas a este proyecto. Muchas gracias a todos. 5 6 INDEX 1. Abstract .................................................................................................................................... 9 2. Introduction ........................................................................................................................... 13 2.1 The origin of granitoid magmas .......................................................................................... 13 2.2 Emplacement of large volumes of magma ..................................................................... 14 2.3 Jurassic Subduction at northern Andes .......................................................................... 15 3. Regional geology ................................................................................................................ 16 4. Methodology and Analytical techniques .................................................................. 20 4.1 Whole-rock chemistry ............................................................................................................. 21 4.2 Microprobe analyses ............................................................................................................... 23 4.3 Thermobarometric analyses ................................................................................................. 24 4.4 Crystallization modelling ........................................................................................................ 25 5. Results .................................................................................................................................... 25 5.1 Whole rock composition ........................................................................................................ 25 5.2 Petrology ....................................................................................................................................... 29 5.2.1 Petrography ............................................................................................................................................ 29 5.2.2 Mineral chemistry ................................................................................................................................ 30 5.2.3 X-ray maps ............................................................................................................................................. 38 5.2.4 P-T crystallization conditions ........................................................................................................ 40 5.2.5 MELTS modelling ................................................................................................................................ 41 6. Discussion ............................................................................................................................. 42 6.1 Origin of the magma ................................................................................................................. 42 6.2 Regional implications .............................................................................................................. 44 7. Conclusions .......................................................................................................................... 45 8. References ............................................................................................................................ 46 7 8 1. Abstract The Ibagué batholith is a heterogeneous I-type granitoid located along the Cordillera Central of Colombia. It consists of many magmatic pulses that crystallized along Jurassic times (150-188 Ma). This work reports new geochemical and petrologic features from the Ibagué batholith in an area next to Coello river west of the town of Ibagué. The petrography and mineral chemistry of the samples show a mineral assemblage that consists of plagioclase (Oligoclase to Andesine) + quartz + amphibole (Edenite and Mg- Hornblende) + biotite (Fe-Biotite) as the main minerals, K-feldspar (Sanidine) + pyroxene (Diopside) as minor phases, and chlorite (Ripidolite-Pycnochlorite) + epidote as alteration products. Whole-rock geochemistry indicates a volcanic arc affinity that suggests melting of a metasomatized mantle wedge and assimilation of continental crust based on Y = 12.76-20.03 ppm, Yb = 1.15-1.78 ppm, Nb = 6.25-8.74 ppm, and Ba/Nb ratios = 73.11- 160.41. The Edenite-Andesine pair suggests maximum emplacement depth at 8.2-10.5 km (i.e. 2.5-3.2 Kbar and 750-850ºC). Therefore, Cajamarca and Tierradentro metamorphic complexes, and Payande limestones were located at this depth in order to be intruded when the batholith was emplaced. Furthermore, liquidus was found at 1074 ºC and 15 kbar using Rhyolite-Melts software. The thermodynamic models show that diopsidic pyroxenes should be xenocrystals and the order of crystallization was horblende-feldspars-biotite- quartz. Key words: Mineral Chemistry, Thermobarometry, X-ray maps, Ibagué batholith. 9 10 Resumen El batolito de Ibagué es un granitoide heterogéneo tipo-I ubicado a lo largo de la Cordillera Central de Colombia, el cual es el resultado de varios pulsos magmáticos que cristalizaron durante el Jurásico (150-188 Ma). Este trabajo reporta nuevos datos geoquímicos y petrológicos para el batolito de Ibagué en un área cerca al rio Coello (i.e. al oeste de la ciudad de Ibagué). La petrografía y química mineral de las muestras analizadas muestran una asociación de fases que consiste de plagioclasa (oligoclase-andesina) + cuarzo + anfíbol (edenite – Mg-Hornblenda) + biotita (Fe-Biotita) como minerales princiaples, feldespato potásico (Sanidina) + piroxeno (Diópsido) como fases secundarias, y clorita (ripidolite-picnoclorita) + epidota como productos de alteración. La geoquímica de roca total indica una afinidad de arco volcánico, lo cual sugiere un magma proveniente de una cuña mantélica metasomatizada por la infiltración de fluidos de la losa oceánica que subduce debajo de esta y una asimilación de corteza continental, basándose en Y = 12.76-20.03 ppm, Yb = 1.15-1.78 ppm, Nb = 6.25-8.74 ppm, and Ba/Nb ratios = 73.11- 160.41. Adicionalmente, parejas minerals de edenita-andesina sugieren una profundidad de emplazamiento máxima a 8.2-10.5 km (i.e. 2.5-3.2 kbar y 750-850ºC), donde se encontrarían los cuerpos intruidos por el batolito durante su emplazamiento. El liquidus fue encontrado a 1074 ºC y 15 kbar asumiendo la composición de roca total como parámetro de entrada para el fundido y solo las fases minerals observadas en las secciones delgadas como posibles productos de la cristalización. Como consecuencia, el modelo obtenido en el software Rhyolite-Melts sugiere que los piroxénos diopsídicos encontrados no proceden de la cristalización del magma, sino que deberían ser xenocristales. Palabras clave: Química mineral, Termobarometría, Mapas de rayos X, batolito de Ibagué. 11 12 2. Introduction Batholiths are the result of crystallization of large magma volumes emplaced in the crust. Although batholiths can be viewed as monotonous bodies, the origin and evolution of these rocks are still a matter of debate (Castro, 2014). Nowadays, the application of advanced tools within petrology, structural geology and geophysics give more information about batholiths, then the thermal structure of the mantle and tectonic settings can be improved (i.e. Castro, 2014; Taylor and McLennan, 1995). These batholith bodies have variable composition, predominantly intermediate to acid values in silica content and thus they are called granitoids. 2.1 The origin of granitoid magmas There are both on- and off- crust