Rocas ígneas
Adakita refiere a una serie rocas ígneas, volcánicas o plutonicas, comúnmente encontradas en arcos volcánicos y que se carácterizan por tener entre otras cosas proporciones altas de Sr/Y y La/Yb.1 Las adakitas no se distinguen en el campo si no que solo a través de su química.1 Las adakitas son ricas en sílice aunque también hay adakitas andesiticas.1
El concepto original de adakita propuesto por Defant y Drummond a principio de los 90's explicaba que las adakitas originaban de la fusión de basalto subducido.1 Esta idea hoy en día se ha puesto en entredicho y se han propuesto otros orígenes para las adakitas como fusión parcial de la corteza continental inferior, cristalización fraccionada de basalto a alta presión, cristalización fraccionada de basalto con anfíbol a presiones bajas o fusión de basalto subducido, como propuesto originalmente, pero con reequilibración con peridotita en la cuña del manto.1
En el modelamiento y trabajos experimentales relacionados con la génesis de magmas calco-alcalinos en zonas de subducción, los procesos de fusión parcial de la corteza oceánica subducida ofrecen una explicación adecuada para la génesis de estos magmas, cuyas principale s características son el enriquecimiento en elementos litófilos de ion grande (LILE, e.g. Ba, K), Th, U y elementos de tierras raras ligeras (LREE) sobre los de alto potencial iónico (HSFE, e.g., Nb, Ti) y tierras raras pesadas (HREE) (e.g. Bourdon et al., 2002) .
Pero, al mismo tiempo, un tipo peculiar de rocas orogénicas fue reconocido, primero en la isla Adak (Archipiélago de Las Aleutianas, Kay, 1978 en Bourdon et al., 2002). Estas rocas, denominadas “adakitas” por Defant & Drummond (1990), cuyo número de localidades donde son descritas aumenta día a día, especialmente en las rocas volcánicas recientes de la Zona Volcánica Norte de los Andes (NVZ, Bourdon et al., 2002) están caracterizadas por SiO2> 56%, bajo contenido de K2O, alto contenido de Al2O3 (>15% Al2O3 a 70% SiO2), alto contenido de Na2O y Sr (>400 ppm) y muy bajos contenidos de Y y HREE (Hidalgo et al , 2007). Estas características geoquímicas son congruentes con un origen a partir de fundidos derivados de una corteza oceánica subducida durante un periodo de subducción con condiciones geométricas cambiantes que permitieran su fusión (Gómez-Tuena et al., 2005), y por lo tanto no pueden seguir siendo consideradas como un fenómeno aislado en el vulcanismo de arco.
El objetivo de este trabajo es presentar las características petrográficas y geoquímicas de un conjunto de cuerpos volcánicos y subvolcánicos aflorantes en el centrooccidente de la Cordillera Central, al sureste de la ciudad de Manizales, Colombia (FIGURA 1), en los cerros Gallinazo, Amazonas, La Oliva, Sabinas y La Negra, en predios de reserva especial de la Central Hidroeléctrica de Caldas (CHEC). Este grupo de productos efusivos están relacionados genética y estructuralmente a la etapa constructiva inicial del Volcán Nevado del Ruiz, denominada Ruiz Ancestral, de edad Plioceno Tardío – Pleistoceno Temprano (Thouret et al., 1990; Borrero et al., 2008).
Comparando la geoquímica de estas rocas con la ya descrita en el volcanismo de arco ecuatoriano, como la del volcán Antisana (Bourdon et al., 2002), el complejo volcánico Cayambe (Samaniego et al., 2005) y el complejo volcánico Ilinaza (Hidalgo et al., 2007), se sugiere que la génesis de los magmas estuvo fuertemente influenciado por los fundidos silicatados derivados de la fusión parcial de una corteza oceánica subducida caliente. Esto conllevaría a considerar la importancia de este evento magmático en el marco de la evolución tectónica y vulcanológica de la región.
CONTEXTO GEOLÓGICO Y ESTRATIGRÁFICO
Las rocas del basamento que afloran en la zona de estudio (FIGURA 1) corresponden a: el Complejo Cajamarca, de edad paleozoica (Cuellar et al., 2003) que forman una secuencia de esquistos cuarzo-sericíticos y grafitosos, filitas verdes y cuarcitas; la Milonita Granítica del Guacaica, de edad triásica (Cuellar et al., 2003), de composición monzogranítica; y la Granodiorita de Manizales del Cretácico Tardío - Paleógeno (Aguirre y López, 2003). Las rocas volcánicas y sub-volcánicas estudiadas en el presente trabajo (Plioceno Tardío – Pleistoceno temprano, Borrero et al., 2008) cortan las rocas del Complejo Cajamarca y se presentan alineados en general en sentido NW-SE. Su distribución está controlada por el sistema de fallas Villa María – Termales con una dirección N75°W (Jaramillo y González, 2002, Borrero et al., 2008, FIGURA 1). Flujos de escombros y depósitos piroclásticos (Qt) se encuentran suprayaciendo las rocas volcánicas.
La tectónica de esta zona es compleja, con fallas activas que la atraviesan de este a oeste y de norte a sur. Los drenajes están controlados estructuralmente por fallas, fracturas, foliación y diaclasas; este fallamiento facilitó el emplazamiento de cuerpos volcánicos (Montoya y Torres, 2005)..
La zona de Gallinazo comprende dos dominios estructurales principales, donde se evidencian fallas con tendencia general NNE pertenecientes al sistema de fallas de Romeral que comprende las fallas Mangabonita con tendencia N-S, definida por Aguirre y López (2003) como una falla inversa dextro-lateral, con rumbo N5ºE y una longitud de 25 km, la cual pone en contacto rocas esquistosas del Complejo Cajamarca con la Milonita Granítica del Guacaica. La falla Villamaría-Termales, con tendencia N75ºW (González y Jaramillo, 2002), presenta una serie de centros volcánicos a lo largo de su traza tales como: domo San Cancio, Cerro Tesorito, Cerro Gallinazo y lavas de Lusitania.
MÉTODOS DE ESTUDIO
Diez muestras de roca fueron recolectadas y ubicadas mediante GPS (Garmin GPSMAP 60CSx) para análisis petrográficos y geoquímicos. Los estudios petrográficos se realizaron en los laboratorios de Petrología y Yacimientos Minerales del Departamento de Ciencias Geológicas de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Caldas.
Los análisis geoquímicos de elementos mayores, traza y tierras raras se realizaron en el laboratorio ACME (ANALYTICAL LABORATORIES LTD, VANCOUVER BC, Canadá). La concentración de los elementos mayores se determinó mediante fluorescencia de rayos X (XRF), mientras que la abundancia de elementos traza se estableció por espectrometría de masas mediante plasma acoplado (ICP-MS) (TABLA 1). Los minerales de alteración se determinaron mediante análisis petrográficos y difracción de rayos X (DRX) en Ingeominas, Cali.
PETROGRAFIA –METALOGRAFÍA DE LAS ROCAS SUBVOLCÁNICAS -VOLCANICAS
Las rocas sub-volcánicas son cuerpos porfiríticos, con fenocristales de color gris claro, casi siempre alterados, en una masa fundamental afanítica y se encuentran intruyendo a las rocas metamórficas. Los fenocristales (15-20%) son esencialmente de plagioclasa, hornblenda y cuarzo. Microscópicamente corresponden a texturas inequigranulares, porfiríticas, compuestas por fenocristales que varían entre 0,5 y 2 mm. Las plagioclasas tienen formas euhedrales a subhedrales, están zonadas y macladas según ley de Albita, Periclina y combinadas. Algunos fenocristales de plagioclasa son poiquilíticos con inclusiones de pirita y hematites; en ocasiones presentan fracturación. La gran mayoría de los fenocristales de plagioclasa se presentan desde parcial a totalmente alterados a carbonatos, epidota, clorita y mica blanca.
El cuarzo está en menor porcentaje, con formas desde sub a anhedrales, texturas generalmente en bahías y extinción ondulosa. La masa fundamental es microgranular felsofírica compuesta por cuarzo, feldespatos y minerales opacos. Se observa también sericita; como minerales accesorios están el apatito y minerales opacos (pirita, marcasita y calcopirita). Estas rocas fueron clasificadas como dacitas porfiríticas.
Las rocas volcánicas corresponden a lavas de color gris y aspecto vítreo, ubicadas en la parte superior de las rocas subvolcánicas. Son rocas con textura porfirítica (fenocristales de plagioclasa, hornblenda , biotita y cuarzo), y masa fundamental vítrea de color gris claro. Microscópicamente presentan texturas porfiríticas constituidas por fenocristales de plagioclasa, hornblenda, biotita y cuarzo en una masa fundamental hialocristalina de tipo hialofítica, y con presencia de cracks perlíticos en una masa de vidrio volcánico de color pardo. (FIGURA 2a). Los fenocristales de plagioclasa, con tamaños hasta de 2mm, tienen forman euhedrales a subhedrales, hábito tabular a prismático y están frecuentemente zonados, presentando macla de Carsbald, Periclina y polisintética. Su composición varía desde el límite andesina-labradorita hasta andesina (determinación mediante métodos ópticos), siendo frecuente la presencia de bordes de reabsorción y texturas sieve. Estas rocas fueron clasificadas como andesitas y dacitas.
Las rocas sub-volcánicas (dacitas porfiríticas) presentan mineralización diseminada y en vetillas de sulfuros: pirita (2-10%), marcasita (5-8%) y calcopirita (<1 0.5="" 2="" a="" algunos="" an="" anhedrales="" asocia="" calcopirita="" cantidad.="" com="" con="" cristales="" cuarzo="" delgadas="" diseminada="" en="" encuentran="" entre="" esqueletal="" forma="" fracturada="" hasta="" hematites.="" hematites="" href="http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0120-02832008000200004&script=sci_arttext#f02b" incluidos="" la="" magnetita="" marcasita="" mm.="" mm="" muy="" nmente="" observa="" os="" peque="" pirita="" plagioclasa="" poca="" principalmente="" que="" se="" subhedrales="" tama="" var="" venillas="" xidos="" y="">FIGURA 2b
GEOQUIMICA
Los datos geoquímicos disponibles (TABLA 1) incluyen básicamente elementos mayores, trazas y tierras raras de rocas volcánicas y subvolcánicas pertenecientes a los cerros Gallinazo, Amazonas, Sabinas, La Oliva y La Negra.
Para la clasificación geoquímica de las rocas del SE de Manizales, se utilizó el diagrama TAS, de Le Maitre (1989), donde se puede observar que las muestras analizadas se ubican en los campos correspondientes a las andesitas y dacitas; y adicionalmente se utilizó el diagrama de (Perecillo et al. 1976) de K2O versus SiO2 , en el que se puede apreciar que las muestras pertenecen a la serie subalcalina, principalmente en la zona media de potasio (FIGURA 3a-3b). En el diagrama AFM (FIGURA 3c) se observa un diseño característico de una evolución de un magma calcoalcalino cuyos productos más evolucionados serían las dacitas.
Las correlaciones observadas en los diagramas de Harker muestran un decrecimiento generalizado de Fe2O3, MgO, TiO2 y CaO con el incremento de SiO2. El Al2O3 no presenta una tendencia definida, con los valores más altos en las rocas sub-volcánicas, como es típico en las rocas de la Zona Volcánica Norte (Bryant et al., 2006) (FIGURA 4). Contenidos de K2O (1,20 a 3,15%) y razones Na2O/ K2O mucho más altos (< 3,5%) que los contenidos típicos de adakitas (K2O < 1,5%) y (Na2O/ K2O < 2,5%) (Bourdon et al., 2002).
Inicialmente las rocas del SE de Manizales y de algunos volcanes del Ecuador tales como: el volcán Antisana e Illiniza, fueron normalizados con respecto a las concentraciones de elementos de tierras raras (REE) en la condrita, según Nakamura (1974).(FIGURA 5a) mostrando patrones enriquecidos en tierras raras ligeras (LREE) hasta 100 veces con respecto a ésta, ausencia de anomalía de Eu y un patrón casi plano para las tierras raras pesadas (HREE), comportamiento típico de rocas generadas en zonas de subducción. En este diagrama es clara la similitud entre rocas volcánicas y subvolcánicas.
Abundancia de elementos traza muestra alto Sr (348 -739 ppm) y bajos contenidos en Y( 11-16 ppm), Cr (0,01-0,02 %), Ni (8-16 ppm) , y una razón baja de Sr/Y (23-60). Adicionalmente, los diagramas multielementos, normalizados a los basaltos de cresta oceánica (MORB) según Sun &McDonough (1989) muestran enriquecimiento en elementos altamente incompatibles (Rb, Ba), con excepción del Sr, el cual presenta bajo contenido, y anomalía negativa de Nb- Ta, características que de igual manera distinguen a los magmas calcoalcalinos. (FIGURA 5b). En general los patrones de tierras raras y multielementos son semejantes a las adakitas altas en sílice (HSA) que referencia Martin et al. (2005), las cuales muestran un fuerte fraccionamiento ((La/Yb)N >8) con los típicos bajos contenidos de (Yb ≤ 1.8 ppm, Y ≤ 18ppm).
ADAKITAS
El término adakita (Defant y Drummond, 1990) es usado para referirse a una roca volcánica especial, cuya localidad tipo corresponde a la Isla de Adak en las islas Aleutianas en la región boreal de Norte América, donde fueron reportadas por Kay (1978 en Bourdon et al., 2002). Para Castillo (2006) adakita cubre un rango de rocas de arco variando desde aquellas que incluyen fundido de corteza oceánica subducente (prístina) hasta las que incluyen un fundido hibrido de adakitaperidotita.
Los magmas adakíticos se generan en márgenes convergentes activas (Atherton y Petford, 1993). Defant y Drummond (1990) interpretan los magmas adakíticos como derivados de fusión parcial de una corteza oceánica subducida joven y caliente (< 20 M.a.) que se extiende hasta la zona de transición anfibolita-eclogita. Otros modelos plantean la generación de los magmas como fusión parcial de corteza inferior máfica engrosada (Atherton y Petford, 1993), o por fusión parcial por delaminación cortical de corteza continental inferior (Xu et al., 2005) y/o fusión parcial subcortical basáltica (Rapp et al. 2002). Las características geoquímicas que definen a las rocas adakiticas según Defant y Drummond (1990) y Martin (1999) son contenidos altos de SiO2 >56%, Al2O3 ≥ 15%, altos contenidos (3.5 < Na2O < 7.5 % wt.), MgO < 3%, y bajas relaciones (K2O/Na2O ~ 0.42), contenido alto de Sr (>300 ppm) y bajos contenidos en tierras raras pesadas (Yb ≤ 1.8 ppm) e Y≤18 ppm.
En los últimos años se ha reconocido la presencia de rocas con signatura adakítica en diversos segmentos de los Andes, las que han cobrado importancia por su potencial relación con grandes yacimientos minerales (e.g., Kay y Mpodozis, 2001, Oyarzún et al. 2001, 2002) Rocas volcánicas descritas como adakitas se han reconocido en los Andes septentrionales de Ecuador (Gutscher et al. 1999, 2000; Beate et al. 2001, Bourdon et al. 1999, 2002, Samaniego et al., 2005; Hidalgo et al., 2007).
Las rocas volcánicas encontradas en el SE de Manizales presentan características adakíticas tales como contenidos de SiO2 (62,96 -70.15%), Al2O3 (14,8-16,7%), bajos contenidos en MgO (1.12-3,33%), Y (11-16ppm) y Yb (0.9-1.93 ppm) y razón baja de Sr/Y (23-60) y La/Yb (12- 19). Otra característica típica está dada por sus diseños de tierras raras (FIGURA 5a), los que están caracterizados por una pendiente total empinada con relaciones ((La/Yb)N ≤ 8) y por sus diseños de tierras raras pesadas, (Sm/Yb = 1,89 a 3,78); contenido bajo de tierras raras pesadas (Yb=0,94–1,51); una anomalía de Europio pequeña o inexistente (Eu/Eu* < 0,8) y relaciones de La/Ce relativamente bajas (0,46-0,54). Una característica distintiva de las adakitas es su proyección en los diagramas de discriminación de (Sr/Y) vs (Y) y (La/Yb)N vs (Y)N (Defant y Drummond, 1990 y Martin 1987,1999), en los que las rocas de la zona estudiada se proyectan en el campo definido para las adakitas (FIGURAS 6a y 6b). En la FIGURA 7 tomada de Pinto et al., (2008), se compara el contenido de MgO vs SiO2 y se enmarcan los diferentes campos para los posibles orígenes de las adakitas. Las rocas de este estudio se localizan en el campo de las adakitas derivadas de corteza oceánica subducida.
Las rocas volcánicas y sub-volcánicas del sureste de Manizales forman parte del episodio constructivo del Ruiz Ancestral (Plioceno tardío – Pleistoceno temprano, Thouret, et al., 1990; Borrero et al., 2008). Durante este periodo, el sistema de transporte de los magmas desde la cámara magmática no solo funcionó en los alrededores del Ruiz actual, sino que fue amplificado por la falla de Villa María- Termales como lo proponen (Borrero et at., 2 008 manuscrito en imprenta) lo que condujo a la formación de pequeños conos monogenéticos alineados con esta falla.
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