Grado: Doctoral

Autor: Pablo Damián Cordenons     

Año: 2017

Directora: Dra. Marcela B. Remesal     

Consejera de estudios: Dra. Marcela B. Remesal     

 

 

 

Resumen

La sierra de los Chacays se emplaza en el sector centro-norte de la provincia del Chubut, al sur de la meseta de Somún Curá. Constituye un cordón montañoso de rumbo NE-SO y ~65 km de longitud, que promedia los 1250 m s.n.m. El área relevada queda incluida en el cuadrilátero de coordenadas 42º19’ – 43º04’ S y 66º52’ – 68º19’ O, comprendiendo tres regiones principales: Norte (sierra Aguada la Noche, Laguna de la Vaca, arroyo Ranquil Huao), Central (Cañadón Pelado, Tathuén, Cañadón Trapaluco) y Sur (Chacay Oeste, Chacay Este, Bajada del Diablo, cerro Plan Luan, sierra de La Colonia y Laguna Fría).
El magmatismo de la región comienza por el sector sur y central a los 58 Ma, con la Formación El Buitre. A los 38 Ma los gabros son intruidos por diques básicos que marcan el primer pulso del Complejo volcánico Sierra de los Chacays. A partir del Oligoceno comienza la sedimentación de las Tobas Inferiores deseadenses del Grupo Sarmiento. Intercalándose entre estos depósitos se registran las primeras efusiones lávicas de relativamente mayor volumen, denominadas Basaltos Marra-Có. Un magmatismo ultrabásico local en el sector norte da lugar a las Basanitas Ranquil Huao, las cuales son cubiertas por los Basaltos Tathuén a los 29,2 Ma, que se derramaron principalmente sobre los sectores central y sur. A los 28 Ma tienen lugar distintos episodios de emplazamiento del Complejo volcánico Sierra de los Chacays, comenzando por una serie de domos ácidos y diques máficos, seguidos de la emanación de largas coladas básicas provenientes del sector central y norte, culminando con un intenso magmatismo bimodal en el sector sur, que generalmente finaliza con shoshonitas. A los 26,9 Ma se producen extensos derrames basálticos olivínicos de la Formación Somún Curá, afectando toda la región, pero concentrándose en el sector norte. Entre los 25-24 Ma nuevos pulsos eruptivos de tipo central y bimodal del Complejo volcánico Sierra de los Chacays tienen lugar en el sector norte, culminando también con shoshonitas. A los 21,2 Ma se depositan piroclastitas de origen local que son cubiertas por derrames shoshoníticos portadores de enclaves granulíticos. A los 19,3 Ma hace erupción el volcán Plan Luan en el sector sur, derramando latitas y traquitas potásicas. La actividad magmática entra en un hiato, hasta que a los 16,6 Ma, en el sector norte, se produce la extrusión de los Basaltos La Mesada sobre depósitos de Tobas Superiores (colhuehuapenses) del Grupo Sarmiento.
La integración de nuevas observaciones sobre las relaciones de campo, características petrográficas, geocronología y composición geoquímica de las rocas que forman el Complejo volcánico Sierra de los Chacays, permitieron definir 16 facies, agrupadas en tres niveles: 1) Facies Ultrabásica a Intermedia (Basaltos Cañadón Pelado, Lavas intermedias porfíricas a seriadas con olivina, Lavas intermedias porfíricas a seriadas, Lavas intermedias afíricas, Lavas básicas porfíricas seriadas, Lavas básicas afíricas, Lavas ultrabásicas a básicas bandeadas, Basaltos Tathuén, Diques ultrabásicos a intermedios y flujos cortos asociados a domos ácidos o gabros); 2) Facies Intermedia a Ácida (Domos ácidos, Traquitas con anortoclasa y biotita, Traquitas con sanidina y egirina, Traquitas con anortoclasa y olivina); y 3) Facies Piroclástica (Tobas Cañadón Pelado, Depósitos piroclásticos finos, Aglomerados y brechas volcánicas).
La Formación El Buitre está representada por rocas gábricas hipabisales de composición equivalente a la de basanitas, tefritas, fonotefritas, basaltos y hawaiítas, que forman una tendencia de alcalinidad alta. Los Basaltos Marra-Có están conformados por nefelinitas melilíticas, nefelinitas, basaltos, hawaiítas, traquibasaltos potásicos y mugearitas dispuestos según una tendencia de alcalinidad alta. Las Basanitas Ranquil Huao clasifican como melanonefelinitas, basanitas y hawaiítas alcalinas y configuran una acotada tendencia de alcalinidad alta. La Formación Somún Curá está formada por basaltos, hawaiítas, traquibasaltos potásicos, y basandesitas, con características transicionales entre la alcalinidad y la subalcalinidad. Las Volcanitas Plan Luan están compuestas por traquitas y latitas que forman una tendencia de alcalinidad media con alto potasio. Los Basaltos La Mesada están formados por basaltos, hawaiítas, basandesitas y mugearitas, predominando estas últimas, clasificando tanto dentro de la serie alcalina como subalcalina. El Complejo volcánico Sierra de los Chacays presenta una amplia variedad de composiciones químicas, entre las series de alcalinidad alta subsaturadas, de alcalinidad media saturadas, y peralcalinas sobresaturadas (comendíticas).
Los patrones geoquímicos de las rocas ígneas del área de estudio fueron analizados mediante una metodología desarrollada en esta investigación. La clasificación hace uso de la descripción de variaciones sistemáticas en la geometría de los patrones multielemento. Se destacan cuatro criterios principales: a) Anomalía de potasio; b) Anomalía de Bario; c) Geometría del segmento Th-U-Nb-Ta; y d) Grado de enriquecimiento con respecto al OIB. En función de su anomalía de potasio, se identificaron cuatro grupos: DK (deprimidas en K), TK (transicionales), TKL (transicionales con bajo La) y EK (enriquecidas en K). La anomalía de Ba se cuantificó con la relación Ba/Th (incompatible movil/inmovil). Junto con la anomalía de potasio, permitieron deducir la participación de fluidos acuosos o flogopita como fase residual en la fuente. Las relaciones entre los HFSE se utilizaron para discriminar entre la presencia de pargasita o rutilo residual en la fuente. Finalmente, el grado de enriquecimiento con respecto al OIB se correlacionó con el grado de fusión y la presencia de granate residual.
El seguimiento de las variaciones químicas a lo largo de la columna estratigráfica permitió definir ciclos de aumento de la relación Ba/Th y disminución de La/Yb, mientras que ocurre un progresivo aumento de la anomalía de potasio y enriquecimiento isotópico. Se identificaron así cinco Fases Magmáticas, en las que dominan procesos petrogenéticos específicos: I) Paleocena superior-Eocena superior (58-38 Ma); II) Eocena superior-Oligocena media (38-30 Ma); III) Oligocena media (30-28 Ma); IV) Oligocena media-Oligocena superior (28-24 Ma); y V) Miocena inferior a media (21-15 Ma).
Se exploró el rol del metasomatismo y contaminación cortical para acotar la posible contribución de estos procesos en el incremento de la relación Ba/Th y su influencia en el contenido de potasio y enriquecimiento isotópico de los magmas. Los distintos grupos geoquímicos fueron interpretados como el resultado de la fusión de una fuente granatífera isotópicamente empobrecida, que inicialmente contenía flogopita residual (DK). La elevación del gradiente térmico produjo la desestabilización gradual de esta fase (TK), que liberó fluidos enriquecidos en elementos móviles, contribuyendo al aumento de la productividad magmática y la generación de vulcanismo potásico (EK). La participación de una componente cortical no es concluyente, mientras que el mecanismo por el cuál aumenta Ba/Th con independencia del potasio podría obedecer a una interacción compleja entre a) la generación de flogopita en la base de la cuña astenosférica como respuesta a la descomposición de fengita de la losa oceánica; b) el mecanismo de descomposición de la flogopita; c) la participación de fluidos residuales de la fengita tras la cristalización de flogopita.
El magmatismo de la sierra de los Chacays puede encuadrarse dentro de la evolución de la Provincia Magmática de Somún Curá, vinculado a la dinámica paleógeno-neógena del margen convergente occidental sudamericano. Dado que el mecanismo de fusión dominante parece responder al descenso del punto de fusión del manto por fluidos acuosos, se propone que con anterioridad a los ~60 Ma el área de estudio habría estado bajo la influencia de una zona de subducción somera (~20º), que propició la metasomatización de la cuña astenosférica subyacente a 500-700 km de la trinchera. Tras el retorno a un régimen de subducción normal, se produjo el ascenso de la astenósfera y el aumento del gradiente térmico, desestabilizando la flogopita. Los diferentes mecanismos de descomposición de este mineral son capaces de explicar las variaciones geoquímicas observadas, que estarían correlacionadas con un progresivo aumento del influjo astenosférico. No se descarta, sin embargo, un escenario de ventana astenosférica por la subducción de la dorsal de Farallón-Aluk, aunque esto implicaría que el metasomatismo ocurrió con anterioridad, probablemente durante el Mesozoico.

Abstract

The Sierra de los Chacays is located in the north-central sector of the province of Chubut, south of the Somún Curá plateau. It is a mountainous range of NE-SO trend and ~ 65 km in length, which averages 1250 m above sea level. The studied area is included in the quadrilateral of coordinates 42º19'- 43º04' S and 66º52'- 68º19' W, comprising three main regions: North (Aguada la Noche Sierra, Laguna La Vaca, Ranquil Huao Creek), Central (Cañadón Pelado , Tathuén, Cañadón Trapaluco) and South (Chacay West, Chacay East, Bajada del Diablo, Plan Luan hill, La Colonia Sierra and Laguna Fría).
The magmatism of the region begins by the south and central sector at 58 My, with the El Buitre Formation. At 38 My, the gabbros are intruded by basic dikes that mark the first pulse of the Sierra de los Chacays Volcanic Complex. By Oligocene times begins the sedimentation of the Tobas Inferiores tuffs, deseadense member of the Sarmiento Group. Intebedded between these deposits appear the first lava effusions of relatively greater volume, called Basaltos Marra-Có. A local ultrabasic magmatism in the northern sector is represented by the Ranquil Huao Basanites, which are covered by the Tathuén Basalts at 29.2 My. The latter are distribuited mainly on the central and southern sectors. At 28 My, different episodes of the Sierra de los Chacays Volcanic Complex occur, beginning with a series of acidic domes and mafic dykes, followed by the emanation of long basic lava flows from the central and northern sector, culminating with an intense bimodal magmatism in the southern sector, that ends with shoshonitic compositions. At 26.9 My, an extensive olivinic-basaltic plateau of the Somún Curá Formation covers the whole region, but concentrating on the northern sector. Between 25-24 My a new central bimodal eruptive pulse of the Sierra de los Chacays Volcanic Complex develops in the northern sector, culminating also with shoshonites. At 21.2 My, locally originated pyroclastites are deposited, readily covered by shoshonitic flows bearing granulitic enclaves. At 19.3 My, the Plan Luan volcano makes eruption in the southern sector, spilling potassic latites and trachytes. The magmatic activity enters a hiatus, until the extrusion of the La Mesada Basalts at 16.6 My, in the northern sector, covering the Tobas Superiores tuffs of the Sarmiento Group.
The integration of new observations on the field relations, petrographic characteristics, geochronology and geochemical composition of the rocks that form the Sierra de los Chacays Volcanic Complex, allowed to define 16 facies, grouped into three levels: 1) Ultrabasic to Intermediate Facies (Cañadón Pelado Basalts, Intermediate porphiric to seriate lavas with olivine, Intermediate porphyritic to seriate lavas, Intermediate aphyric lavas, Basic porphyritic to seriate lavas, Basic aphyric lavas, Ultrabasic to basic banded lavas, Tathuén Basalts, Ultrabasic to intermediate dykes and short flows associated to acid domes or gabbros); 2) Intermediate to Acid Facies (Acid domes, Anorthoclase- and biotite-bearing trachytes, Sanidine- and egirina-bearing trachytes, Anorthoclase- and olivinebearing trachytes); and 3) Pyroclastic Facies (Cañadón Pelado Tuffs, Pyroclastic fine-grained deposits, Volcanic agglomerates and breccias).

The El Buitre Formation is represented by hypabbysal rocks of composition equivalent to that of basanites, tephrites, phonotephrites, basalts and hawaiites that form a high-alkalinity trend. The Marra-Có Basalts are composed of melylytic nephelinites, nephelinites, basalts, hawaiites, potassic trachybasalts and mugearites, arranged according to a trend of high alkalinity. The Ranquil Huao Basanites classify as melanonephelinites, basanites and alkaline hawaiites and display a trend of high alkalinity. The Somún Curá Formation is formed by basalts, hawaiites, potassic trachybasalts and basandesites, with transitional characteristics between alkalinity and subalcalinity. The Plan Luan Volcanics are composed of trachytes and latites that form a high-potassium, mildly-alkaline trend. La Mesada Basalts are formed by basalts, hawaiites, basandesites and mugearites, predominating the latter, classifying both within the alkaline and subalkaline series. The Sierra de los Chacays Volcanic Complex presents a wide variety of chemical compositions, among the subsaturated high-alkalinity series, saturated mildly-alkaline, and oversaturated (comenditic) peralkaline series.
The geochemical patterns of the igneous rocks within the study area were analyzed using a methodology developed in this research. The classification makes use of the description of systematic variations in the geometry of multielement patterns. Four main criteria are highlighted: a) Potassium anomaly; B) Barium anomaly; C) Geometry of the Th-U-Nb-Ta segment; and d) Degree of enrichment with respect to OIB. According to their potassium anomaly, four groups were identified: DK (K-depressed), TK (transitional), TKL (transitional with low La) and EK (K-enriched). The Ba anomaly was quantified with the Ba/Th ratio (incompatible mobile/immobile). Together with the potassium anomaly, they allowed to deduce the participation of aqueous fluids or phlogopite as residual phase in the source. The relationships between the HFSEs were used to discriminate between the presence of pargasite or residual rutile at the source. Finally, the degree of enrichment with respect to OIB was correlated with the degree of melting and the presence of residual garnet.
By following the chemical variations along the stratigraphic column it was possible to define cycles of increase of the Ba/Th relation and decrease of La/Yb, whereas a progressive increase of the potassium anomaly and isotopic enrichment occurs. Thus, five Magmatic Phases were identified, in which specific petrogenetic processes dominate: I) Upper Paleocene-Upper Eocene (58-38 Ma); II) Upper Eocene- Mid-Oligocene (38-30 Ma); III) Mid Oligocene (30-28 Ma); IV) Mid- to Upper-Oligocene (28-24 Ma); and V) Lower- to Mid-Miocene (21-15 Ma).
The role of metasomatism and cortical contamination was explored so as to assess the possible contribution of these processes in the increase of the Ba/Th ratio, and its influence on the potassium content and isotopic enrichment of the magmas. The different geochemical groups were interpreted as the result of the fusion of an isotopically depleted garnet-bearing source, which initially contained residual phlogopite (DK). The elevation of the thermal gradient resulted in the gradual destabilization of this phase (TK), which liberated enriched fluids in mobile elements, contributing to the increase of magmatic productivity and the generation of potassic volcanism (EK). The participation of a cortical component is not conclusive, whereas the mechanism by which Ba/Th increases independently of potassium could be due to a complex interaction between a) phlogopite generation at the base of the asthenospheric wedge as a response to phengite decomposition at the oceanic slab; b) the decomposition mechanism of phlogopite; c) the participation of residual fluids of fengite after crystallization of phlogopite.
The magmatism of the Chacays area fits into the evolution of the Somún Curá Magmatic Province, and it is linked to the paleogene-neogene dynamics of the South American convergent margin at the west. Since the dominant melting mechanism seems to respond to the melting point decrease of the mantle by aqueous fluids, it is proposed that prior to ~ 60 Ma the study area would have been under the influence of a shallow (~20°) subduction zone, which favored the metasomatization of the asthenospheric wedge over 500-700 km away from the trench. After the return to a normal subduction regime, the asthenospheric upwelling and the increasing thermal gradient destabilized the phlogopite at the mantle. The different mechanisms of decomposition of this mineral are able to explain the observed geochemical variations, which would be correlated with a progressive increase of the asthenospheric influence. However, a slab-window scenario due to the subduction of the Farellon-Aluk ridge cannot be ruled out, although this would imply that metasomatism occurred previously, probably during the Mesozoic period.