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The Control of Magmatic System Properties on Volcano Dimensions and Building: the Cases of Lascar, Lonquimay and Llaima Volcanoes, Andes of Chile

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The Control of Magmatic System Properties on Volcano Dimensions and Building: the Cases of Lascar, Lonquimay and Llaima Volcanoes, Andes of Chile UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA THE CONTROL OF MAGMATIC SYSTEM PROPERTIES ON VOLCANO DIMENSIONS AND BUILDING: THE CASES OF LASCAR, LONQUIMAY AND LLAIMA VOLCANOES, ANDES OF CHILE TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGISTER EN CIENCIAS MENCIÓN GEOLOGÍA MARÍA ANGÉLICA CONTRERAS VARGAS PROFESOR GUÍA ÁNGELO CASTRUCCIO ÁLVAREZ MIEMBROS DE LA COMISIÓN CLAUDIA CANNATELLI JORGE CLAVERO RIBES SANTIAGO DE CHILE 2017 RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE: Grado de Magister en Ciencias Mención Geología POR: María Angélica Contreras Vargas FECHA: diciembre de 2017 PROFESOR GUÍA: Ángelo Castruccio Álvarez THE CONTROL OF MAGMATIC SYSTEM PROPERTIES ON VOLCANO DIMENSIONS AND BUILDING: THE CASES OF LASCAR, LONQUIMAY AND LLAIMA VOLCANOES, ANDES OF CHILE. Los estratovolcanes son la manifestación en superficie de complejos sistemas magmáticos profundos. En el presente trabajo, se ha desarrollado un modelo cuyo objetivo es contribuir a la comprensión de la influencia de las propiedades del sistema magmático de un estratovolcán, en el perfil topográfico y dimensiones del mismo. Se asume un volcán construido por la acumulación de flujos de lava emitidos desde un centro de emisión único, excluyendo otros procesos que pueden afectar el crecimiento tales como erosión, avalanchas, volcanismo adventicio, acumulación de piroclastos, entre otros. Se considera que cada erupción es gatillada por la inyección de nuevo magma en el reservorio, y que la resultante sobrepresión asociada provoca la removilización de una parte del magma almacenado que es posteriormente extruido. El modelo se probó en 3 estratovolcanes de los Andes de Chile, con diferencias morfológicas y composicionales: el volcán Lascar ubicado en la Zona Volcánica Central, y los volcanes Lonquimay y Llaima localizados en la Zona Volcánica Sur. Los resultados obtenidos tras aplicar el modelo fueron validados con otros métodos independientes: termobarometría en muestras seleccionadas de estos volcanes y estudios geofísicos previos. i Los resultados obtenidos revelan una fuerte influencia de las propiedades del sistema magmático en la morfología de los volcanes en superficie. Volcanes que superan los 2000 m de altura desde su base y poseen un radio basal de más de 10 km, estarían asociados a cámaras profundas, ubicadas a más de 10 km bajo la superficie. En volcanes de altura menor a 1500 m y radio basal menor a 10 km, el reservorio alimentador de las erupciones se ubicaría a menos de 6 km de profundidad. Si además se considera la densidad de la corteza y del magma, esto es más complejo pues a mayor flotabilidad se espera un estratovolcán más alto. Por otra parte, mientras mayor es el tamaño del reservorio, los flujos de lava emitidos también lo serán y, en consecuencia, se espera un radio basal mayor y un volcán de mayor volumen. Nuestro análisis sugiere que los volcanes Lonquimay y Llaima están cerca de alcanzar su altura máxima, por lo tanto, erupciones efusivas de volumen considerable ocurrirían probablemente en sus flancos, mientras que erupciones más bien moderadas son esperables que ocurran desde su cima. Al contrario, el volcán Lascar no habría alcanzado su altura máxima, en consecuencia, flujos de lava de volumen considerable podrían ser emitidos desde la cima. ii Agradecimientos En primer lugar, quisiera agradecer el financiamiento otorgado por el proyecto FONDECYT 11121298, con el cual fue posible realizar el trabajo de terreno y análisis necesarios para elaborar este trabajo. En la misma línea, agradezco al Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA) que me entregó el apoyo necesario para realizar mis estudios de postgrado, y brindó soporte para mi participación en diversos congresos y cursos internacionales. Finalmente, no puedo dejar de agradecer al Departamento de Postgrado y Postítulo de la Universidad de Chile que, a través de su programa de ayuda para estadías cortas de investigación, me permitió realizar una pasantía en la Universidad de Bristol. Inglaterra. También agradezco a los profesores miembros de la comisión evaluadora por su valiosa contribución a este trabajo. Agradezco a mi profesor guía Ángelo Castruccio por darme la oportunidad de realizar esta investigación. Por involucrarse durante todo el proceso, compartiendo sus conocimientos e impulsando mi pensamiento analítico. A la profesora Claudia Cannatelli por su preocupación y apoyo, y particularmente por su tremenda ayuda en este desafío de escribir esta tesis en inglés. Y finalmente a Jorge Clavero, quien desde su experiencia me entregó valiosos comentarios que sin duda ayudaron a construir un mejor trabajo. No puedo dejar de mencionar a todas las personas que aportaron de distintas formas a la elaboración de este trabajo. Alison Rust y Stuart Kearns por su apoyo durante mi estadía en la Universidad de Bristol. A Edmundo Polanco, Dawn Sweeney Ruth y Matthieu Kervin quienes me entregaron apoyo en alguno de los tópicos que toca esta tesis. Agradezco además a todas esas mentes inquietas que en algún momento y en las más variadas circunstancias, compartieron conmigo sus valiosos conocimientos sobre el apasionante mundo de la volcanología: Javier Reyes, Christian Pizarro, Cami Leal, Cami Pineda, Raimundo Brahm, Pancho Cáceres, Claudio Contreras, Eduardo Morgado, Diego iii Aravena, Cami Pineda, Marce Pizarro, Cami Vera, Gabi Pedreros, Daniele. Y con especial cariño agradezco el apoyo de Caro Geoffroy y Rayen Gho, compañeras y amigas durante todo este proceso, riendo y sufriendo juntas. En último lugar, y no menos importante, agradezco a todas esas personas que de algún modo y muchas veces sin notarlo, me ayudaron a tolerar la frustración recurrente propia de un trabajo de tesis, y convirtieron mi paso por el postgrado de geología en una etapa maravillosa. Muchas gracias chiquillos de la “salita de postgrado” por las oncesitas y cafecitos y a mi querido equipo BdR F.C. que me ha dado tantas alegrías. Finalmente, doy gracias infinitas a mi más grande soporte: mi familia. Gracias por el apoyo, la comprensión y la paciencia infinita. Y sobre todo, por permitirme ser una soñadora en esta vida. iv Table of contents List of figures ................................................................................................................. viii List of tables .................................................................................................................... xi List of Appendix .............................................................................................................. xii 1. INTRODUCTION ....................................................................................................... 1 2. METHODS AND APROACHES ................................................................................ 6 3. MODEL FORMULATION .......................................................................................... 8 3.1. General framework ................................................................................................ 8 3.2. Model assumptions and parameters determination ............................................. 10 3.3. Volcano edifice construction ................................................................................ 12 3.4. Constraining the magma chamber depth (H ) by assessing the volcanic edifice profile .......................................................................................................................... 14 4. APLICATIONS ........................................................................................................ 16 4.1. Principle and data analysis .................................................................................. 16 4.2. Lascar volcano ..................................................................................................... 21 4.2.1. Eruptive history and geological setting .......................................................... 21 4.2.2. Morphological characterization ...................................................................... 21 4.2.3. Volcano edifice topography and magma chamber location (H) ..................... 24 4.2.4. Volcano building: eruption quantity and frequency ........................................ 24 v 4.3. Lonquimay volcano .............................................................................................. 27 4.3.1. Eruptive history and geological setting .......................................................... 27 4.3.2. Morphological characterization ...................................................................... 28 4.3.3. Volcano edifice topography and magma chamber location (H) ..................... 30 4.3.4. Volcano building: eruption quantity and frequency ........................................ 30 4.4. Llaima volcano ..................................................................................................... 32 4.4.1. Eruptive history and geological setting .......................................................... 32 4.4.2. Morphological characterization ...................................................................... 32 4.4.3. Volcano edifice topography and magma chamber location (H) ..................... 35 4.4.4. Volcano building: eruption quantity and frequency ........................................ 35 5. MAGMA CHAMBER LOCATION INFERRED FROM PETROLOGICAL TOOLS .... 39 5.1. Analytical techniques ........................................................................................... 39 5.2. Petrography ........................................................................................................
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