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Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana
versión impresa ISSN 1405-3322
Bol. Soc. Geol. Mex vol.57 no.3 Ciudad de México dic. 2005
https://doi.org/10.18268/bsgm2005v57n3a1
Artículos
El volcanismo tipo intraplaca del Cenozoico tardío en el centro y norte de México: una revisión
Late Cenozoic intraplate-type volcanism in central and northern Mexico: a revision
1Departamento de Geología Económica, Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, Apartado postal 3-74, San Luis Potosí, S. L. P., 78216, México. Domicilio actual: Centro de Geociencias, UNAM, Campus Junquilla, Querétaro, Qro. 76230, México
2Department of Mineral Sciences, Smithsonian Institution, Washington, D. C. 20560, USA
3Department of Geological Sciences, University of Texas at Austin, Austin, Texas 78712, USA
4Posgrado en Ciencias de la Tierra, Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, Apartado postal 1-742, Querétaro, Qro., 76001, México
El volcanismo tipo intraplaca (Oligoceno tardío-Cuaternario) ocurre en México tanto en regiones pertenecientes a la placa de América del Norte como sobre corteza oceánica de la placa del Pacífico. Los magmas extravasados a través de corteza oceánica formaron volcanes escudo voluminosos (Socorro: ~2 400 km3) ubicados sobre o cerca de dorsales abandonadas. Las rocas en las porciones subaéreas de los volcanes forman series contínuas y coherentes (Guadalupe) o conjuntos bimodales (Socorro). La cristalización fraccionada en cámaras magmáticas someras, a partir de magmas basálticos alcalinos, así como la asimilación de rocas alteradas por sistemas hidrotermales determinaron la composición elemental e isotópica de las rocas máficas e intermedias de Socorro. Las traquitas de Socorro al parecer fueron formadas por fusión parcial (5-10%) de un basalto alcalino. Fraccionamiento a partir de magmas traquíticos originó a las riolitas. Las rocas félsicas de Socorro también muestran evidencias de asimilación de rocas alteradas hidrotermalmente.
En la región continental existen numerosas localidades al norte de la Faja Volcánica Transmexicana (FVTM). Este fenómeno es independiente de provincias volcánicas más antiguas, de límites entre provincias geológica/tectónicas actuales y de fronteras entre terrenos tectonoestratigráficos. Muchas rocas volcánicas de tipo intraplaca son alcalinas [i. e., grafican arriba de la línea FeOt/MgO=(0.156 x SiO2)-6.69 en el diagrama SiO2 vs. FeOt/MgO de Miyashiro (1974) y con valores elevados de TiO2, Nb y Ta] y contienen xenolitos de peridotita provenientes del manto superior, y/o conjuntos de megacristales, y/o de granulitas feldespáticas provenientes de partes profundas de la corteza. La mayoría de los campos con xenolitos del manto se localizan en la porción meridional de la provincia Cuencas y Sierras, pero hay localidades que yacen en donde las fallas normales no son obvias o cuantitativamente importantes en la geología expuesta en la superficie. Algunos de los campos volcánicos de tipo intraplaca más voluminosos y extensos del norte de México fueron en parte simultáneos a fallamiento normal. En otros sitios los volcanes se encuentran alineados a lo largo de fallas normales regionales y/o sus productos están intercalados con gravas de relleno de graben. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la relación entre extensión y magmatismo de tipo intraplaca es tenue. La ubicación de algunos campos sugiere que el ascenso de magmas de tipo intraplaca fue influenciado por fallas que delimitan dominios tectónicos regionales en el basamento y que tienen historias complejas.
Los procesos petrogenéticos dominantes en los magmas continentales asociados a extensión temprana (Oligoceno temprano-Mioceno), es decir aquella que sucedió inmediatamente después de un cambio de acortamiento ENE a extensión ENE a NE, difieren de aquellos en el Plioceno-Cuaternario. En las rocas de tipo intraplaca tempranas hay muestras similares en composición a las rocas más primitivas del Plioceno-Cuaternario. Sin embargo, es más común que las rocas antiguas sean más diferenciadas y muestren evidencias claras de contaminación significativa con material cortical, mientras que en las rocas volcánicas jóvenes los vestigios de asimilación son sutiles o ausentes. Se cree que esto se debe a un cambio progresivo en las condiciones tectónicas y a la evolución térmica de la litósfera en la región. Al inicio de la extensión, la corteza estaba caliente debido a la etapa paroxísmica del volcanismo terciario asociado a subducción. Bajo estas circunstancias la transición frágil-dúctil en la corteza debió ascender, disminuyendo la posibilidad de que las estructuras frágiles (i. e., fallas normales) penetraran profundamente y formaran conductos adecuados para el ascenso rápido del magma. El movimiento lento de los magmas favoreció al proceso de asimilación y cristalización fraccionada y la segregación de los xenolitos de peridotita. Conforme se enfrió la corteza, las estructuras frágiles causadas por extensión ENE a NE penetraron más profundamente y los magmas sin contaminar llegaron rápidamente a la superficie con xenolitos del manto.
Las rocas de tipo intraplaca más subsaturadas en sílice en México son las nefelinitas del sur de San Luis Potosí. Asumiendo fuentes similares, compuestas por lherzolita de granate, la diferencia entre la composición de las nefelinitas y hawaiitas expuestas un poco más al norte ha sido explicada por un grado de fusión mayor para las segundas. Las rocas más evolucionadas en la región estudiada son las panteleritas y comenditas de Sonora, así como traquitas provenientes de Sonora, Chihuahua y Tamaulipas. Desgraciadamente se sabe poco de ellas. Cabe señalarse que en la región Oriental/Alcalina son relativamente comunes los ejemplos de rocas altamente diferenciadas. Las evidencias de extensión contemporánea al volcanismo en esta región son escasas o aun ausentes en comparación con el centro y noroeste de México.
Algunas de las rocas primitivas de San Quintín, B. C. tienen características geoquímicas que sugieren fusión parcial progresiva a presiones relativamente bajas dentro del manto (i. e., a partir de peridotitas de espinela). La geotermometría/geobarometría en los xenolitos de San Quintín indica temperaturas y presiones de equilibración significativamente más bajas que en el centro de México.
En muchos campos volcánicos de tipo intraplaca hay rocas máficas sin alterar con hiperstena en la norma que, aparentemente, son contemporáneas a rocas máficas alcalinas. Hasta ahora, este fenómeno no ha sido analizado en la literatura y solo para la región de Durango se ha argumentado que en las rocas máficas de tipo intraplaca con hiperstena hay componentes heredados de la subducción del Terciario medio que pudieron persistir en el manto y contribuir periódicamente a la formación de los magmas de tipo intraplaca.
En el área de estudio no se ha demostrado un cambio temporal en la fuente de los magmas de tipo intraplaca, de una porción relativamente somera del manto litosférico a una más profunda en la astenósfera, similar al propuesto en la porción norteamericana de Cuencas y Sierras. Al parecer el proceso de asimilación y cristalización fraccionada en los magmas de tipo intraplaca tempranos en México fue de tal magnitud que enmascara los rasgos geoquímicos heredados de las fuentes en el manto.
Palabras Clave: Rocas alcalinas; extensión; Cuencas y Sierras; xenolitos del manto; xenolitos corticales
Intraplate-type volcanism (late Oligocene-Quaternary) occurs in Mexico in regions that belong to the North American and Pacific plates. Magmas erupted through oceanic crust formed voluminous shield volcanoes (Socorro: ~2400 km3) located on or near fossil spreading ridges. Rocks in the subaerial part of the volcanoes form continuous and coherent rock series (Guadalupe) or bimodal sets (Socorro). Crystall fractionation of alkali basalt in shallow magma chambers and assimilation of hydrothermally altered rocks determined the elemental and isotopic composition of the mafic and intermediate rocks of Socorro. Trachytes from Socorro were originated by 5-10% partial melting of alkali basalt. Crystal fractionation of a parental trachytic magma originated the rhyolites. Felsic rocks also show the evidence of assimilation of hydrothermally altered rocks.
Continental mafic intraplate-type volcanism (late Oligocene - Quaternary) is scattered throughout the region located north of the Mexican Volcanic Belt. This phenomenon is independent of older volcanic provinces, boundaries between today s geologic/tectonic provinces, and limits among tectonostratigraphic terranes. Most intraplate-type volcanic rocks are alkalic [i. e. theyplot above the FeOt/MgO=(0.156 x SiO2) - 6.69 line in the SiO2 vs. FeOt/MgO diagram of Miyashiro (1974) andhave high TiO2, Nb, and Ta] andhostperidotite xenoliths from the upper mantle, and/or megacrysts, and/or feldspathic granulite xenoliths from deepportions of the crust. Most volcanicfields with mantle xenolith are in the southern part of the Basin and Range Province, but there are localities in regions where normal faulting is minor or absent in the geology exposed at the surface. Some of the most extensive and voluminous intraplate-type volcanic fields in northern México were contemporaneous with normal faulting. In some areas volcanoes are aligned along regional normal faults and/or their products are interlayered with graben-fill gravel deposits. However, in most areas the tie between extension and volcanism is not evident. The locations of some volcanic fields suggest that magma ascent was influenced by regional faults. These basement structures have complex evolutions and they separate large tectonic domains.
Dominant petrogenetic processes in magmas associated to the first pulses of extension (early Oligocene - Miocene), those immediately after the change from ENE compression to ENE extension, are different from those manifested in Plio-Quaternary magmas. Volcanic fields associated with the earlier extension may contain primitive rocks, similar to those erupted by Plio-Quaternary volcanoes. However, older rocks are commonly more evolved and show clear geochemical evidence for assimilation of crustal material, whereas contamination is subtle or absent inyounger intraplate-type suites. This is attributed to a gradual change in tectonic and thermal conditions in the crust in the region. During the early stages of extension (≤33-30 Ma) the crust was hot as a consequence of the subduction-related mid-Tertiary ignimbrite flare up. This thermal condition raised the brittle-ductile transition and brittle structures (i. e., normal faults) were not able to propagate to deeper parts of the crust, preventing the formation of conduits for rapid magma ascent. The result-ing slow magma ascent favored AFC processes and gravitational settling of dense xenoliths. As the crust cooled down, brittle structures caused by ENE to NE extension were able to propagate deeper and xenolith-bearing magmas reached the surface.
Nephelinites exposed in the southern part of San Luis Potosí are the most silica-undersaturated intraplate-type rocks in Mexico. Assuming a similar garnet-lherzolite mantle source, the difference between the nephelinites and hawaiites found a short distance north has been attributed to a larger degree of partial melting in the hawaiites. The most evolved samples in the studied area are pantellerites and comendites from Sonora, as well as trachytes from isolated occurrencees in Sonora, Chihuahua and Tamaulipas. Unfortunately, little is known about them. It is worth mentioning that highly evolved rocks are relatively common in the Eastern/Alkalic region. Compared to central and northwestern México, evidence of synvolcanic extension in this region is scarce or absent.
The chemical composition of some of the primitive rocks from San Quintín, B. C., suggests progressive fusion at rela-tively low pressures in the mantle (i. e., from spinelperidotite). Compared with samples from central México, the xenoliths from San Quintín yield significantly lower temperatures and pressures.
Hypersthene-bearing, unaltered mafic rocks occur in many intraplate type volcanic fields and apparently were coeval with mafic alkalic volcanic products. This phenomenon has not been analyzed and only for hyperstene-normative mafic rocks of Durango, it has been argued that they inherited some components from the mid Tertiary, subduction-related activity. This mantle component may be occasionally melted and contribute to the intraplate type-magmas.
The temporal change in mantle sources, from shallow lithospheric mantle to deeper asthenospheric mantle, proposed for the United States portion of the Basin and Range has not been demonstrated in central México. It seems that the AFC processes in the early magmas of México mask some of the geochemical characteristics inherited from the mantle sources.
Key words: Alkalic rocks; extension; Basin and Range; xenolith
Agradecimientos
Este artículo de revisión fue elaborado cuando el primer autor se encontraba en un año sabático en el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A. C. Nuestro trabajo ha recibido apoyo económico del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (3657PT y 37429-T) y PAPIIT (INI 114198 a J. Aranda), National Science Foundation y Smithsonian Institution Scholarly Studies Program (a J. Luhr) y al Posgrado en Ciencias de la Tierra de la UNAM (a G. Chávez y G. Valdez). A todas estas instituciones expresamos nuestro más sincero agradecimiento. Teresa Soledad Medina Malagón, bibliotecaria del CGEO-UNAM, auxilió en la compilación de los materiales bibliográficos consultados y revisó las referencias en la lista de trabajos citados. Alejandro Morales y Cristina Morán auxiliaron en la preparación de algunas de las Figuras. Rufino Lozano Santa-Cruz efectuó los análisis de elementos mayores en las rocas de Coahuila. Juan Tomás Vazquez y Crescencio Garduño prepararon láminas delgadas de roca. José Luis Macías otorgó un complemento de beca que permitió a G. Valdez finalizar su investigación en Coahuila.
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Recibido: 24 de Agosto de 2004; Revisado: 19 de Agosto de 2005; Aprobado: 22 de Agosto de 2005
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