Circones accesorios de una ignimbrita miocena: Evidencias de basamento Paleozoico cubierto por rocas

cenozoicas (26°S). Cristián Ramírez*

1, José A. Naranjo

1 y Marco Suárez

2

1Servicio Nacional de Geología y Minería, Avda. Santa María #0104, Santiago, Chile.

2Laboratorio de Geocronología, Servicio Nacional de Geología y Minería. Av. Tiltil #1993, Santiago, Chile.

*e-mail: cristian.ramirez@sernageomin.cl Resumen: A partir de los circones de un nivel de las

Ignimbritas Salar Grande, se identificó 3 grupos de edades principales. El grupo más joven corresponde a circones que cristalizaron en un reservorio o cámara magmática somera, cuya edad de cristalización U-Pb se calculó en 12,1 ± 0.1 Ma. Los circones más antiguos se interpretan como núcleos heredados (accesorios) y circones accidentales. Aquellos con edades entre 601 y 488 Ma, coinciden cronológicamente con unidades intrusivas y metamórficas del Cámbrico-Ordovícico Inferior que afloran en los alrededores de la Pampa Los Colorados y unidades de las Sierras Pampeanas Occidentales y Orientales. Las edades que varían entre 333 y 212 Ma, son afines con aquellas de unidades volcánicas e intrusivas del Carbonífero temprano al Jurásico temprano, ampliamente distribuidas a lo largo de los Andes. Los núcleos heredados cuyos bordes recristalizados presentan edades concordantes con las de cristalización, pudieron ser incorporados mediante la asimilación de las rocas caja a la cámara magmática. Estos circones son indicadores de las unidades que estructuran el basamento, cubierto por rocas cenozoicas, en la zona de la caldera Salar Grande.

Palabras clave. Ignimbrita Salar Grande, circones, edad

U-Pb, basamento paleozoico, Andes Centrales sur.

Introducción

Uno de los fenómenos geológicos más catastróficos está

relacionado a la generación de ignimbritas voluminosas

asociadas al colapso de caldera (Francis y Oppenheimer,

2003), las cuales han sido ampliamente documentadas en

los Andes Centrales (De silva, 1989; Naranjo et al., 2013a,

b, este congreso, en prep.). El estudio de las ignimbritas en

conjunto con herramientas de geocronología y geoquímica

han permitido entender procesos magmáticos asociados a

los sistemas de caldera (Costa, 2008; Folkes et al., 2011).

El objetivo de este trabajo es identificar la proveniencia de

los circones de un nivel de las ignimbritas Salar Grande

(ca. 12 Ma), mediante datación U-Pb, y entender la

relación de estos circones con la ignimbrita y su sistema

magmático.

Marco geológico

La ignimbrita estudiada se ubica en la parte sur de la Zona

Volcánica Central (Stern, 2004; Fig. 1). Regionalmente,

las unidades más antiguas están conformadas por rocas

metamórficas, intrusivas, volcánicas y subvolcánicas de los

lapsos Neoproterozoico – Paleozoico inferior y Pérmico -

Triásico (Seggiaro et al., 2007; Naranjo et al., 2013a, b, en

prep.; Clavero et al., 1998). El volcanismo Oligoceno

superior – Holoceno está representado por abundantes

lavas, domos, flujos piroclásticos y distintos tipos de

depósitos clásticos (avalanchas volcánicas, block and ash,

entre otros) asociados a estratovolcanes, conos

piroclásticos y calderas de explosión. Por otro lado, los

depósitos más abundantes corresponden a ignimbritas

asociadas a colapso de calderas, cuyas edades varían entre

20 y 4 Ma (Naranjo y Cornejo, 1992; Naranjo et al., 2013a,

este congreso, en prep.).

Figura 1. Mapa de ubicación de la caldera Salar Grande,

unidades mencionadas en el texto y salares principales.

Las ignimbritas Salar Grande son descritas como “sucesión

de unidades de flujo ignimbríticos de tonalidades rosáceas,

blancas y amarillas, con grados variables de soldamiento,

que afloran en los alrededores del salar Grande,

principalmente al este” (Naranjo et al., 2013a). Se

disponen sobre lavas andesíticas y dacíticas del Mioceno

medio y están parcialmente cubiertas por lavas andesítico-

basálticas del Mioceno Superior y depósitos de gravas del

Mioceno Superior-Plioceno. Las edades varían entre

12.7±0.6 Ma y 9.8 ± 0.8 Ma (Naranjo y Cornejo, 1992;

Clavero et al., 1998; Ramírez, 2014). Se identificó en el

área del Salar Grande una estructura de caldera de 50x25

km (Fig. 1) y se asigna como fuente de estas ignimbritas

(Naranjo, et al., 2013a; este congreso).

Metodología La muestra fue obtenida en los alrededores del salar

Grande (Fig. 1), donde se muestreó aproximadamente 3 kg

de la ignimbrita del mismo nombre. La molienda,

separación desde la matriz y la datación de los circones se

realizó en el Laboratorio del Servicio Nacional de

Geología y Minería. Se seleccionaron cerca de 190

circones con lupa binocular, se realizaron imágenes de

cátodo-luminiscencia en SEM (Scanning Electron

Microscope) y datación puntual (Spot de 30 µm) en LA-

ICP-MS. Para calcular la edad U-Pb se ocuparon las

herramientas del software “isoplot 3.75”, tuffzircage para

seleccionar las edadesy weighted average age para calcular

la edad promedio ponderada. Además, utilizando el mismo

software se realizó la corrección por plomo común según

él modelo de Stacey y Kramers (1975).

Resultados

Histograma de edades Se obtuvo 147 edades puntuales de los circones. Estos

cristales son ocasionalmente subhedrales fracturados y

comúnmente prismáticos euhedrales, con desarrollo de

prismas y pirámides, con zonación oscilatoria, sectorial, y

en menor medida homogénea. Se identificaron 4 grupos de

edades asociados a los peaks principales observados en el

histograma (Fig. 2).

Figura 2. Histograma de edades con los principales 4 grupos. Se

excluyeron edades del grupo 4 y las edades de 2.687 y 1.044 Ma

para poder representar todos los grupos en un mismo gráfico.

El grupo 1 y más antiguo, presenta 10 edades de hasta

2.687 Ma, la mayoría entre 601 y 488 Ma. El grupo 2,

consta de 18 edades entre 333 y 212 Ma. El grupo 3 tiene 4

circones entre 163 y 37 Ma. El grupo 4, corresponde a las

115 edades más jóvenes, las que varían entre 17 y 9.4 Ma.

Es importante destacar la presencia de circones con núcleo

y borde recristalizado con edades disimiles (Fig. 3). Las

edades de los núcleos varían entre 333 y 212 Ma (grupo 2)

y aquellas realizadas en los bordes, varían entre 13,7 y

11,2 Ma (grupo 4). Por otro lado, varios cristales del grupo

1 y 2 presentan núcleo con borde de crecimiento menor a

30 µm, por lo que no fue posible realizar una datación.

Adicionalmente, se determino que un 12% del total de

circones son aciculares, con razones ancho:largo entre 1:5

y 1:3. El 100% de estos circones pertenece al grupo 4.

Figura 3. Circones y edades del núcleo heredado y borde

recristalizado. Como escala el punto de datación de 30 µm.

Edad U-Pb

Se calculó una edad promedio ponderada con un grupo de

81 edades seleccionadas por la herramienta tuffzircage a

partir del grupo 1. El resultado fue de 12.1 ± 0.1 Ma

(MSWD = 1.2).

Discusión Edad U-Pb de los circones

Las edades U-Pb en circones de ignimbritas han sido

comúnmente interpretadas como edades de cristalización

en la cámara magmática, previo a su erupción (Schmitt et

al., 2002; Costa, 2008). Esta interpretación es aplicable

para los circones de este estudio, ya que presentan

sistemática zonación oscilatoria, lo cual indicaría un

crecimiento prolongado, con variaciones de las

condiciones físico-químicas del magma (Corfu, et al.,

2003). Además, cerca del 18% de los circones del grupo 4,

a partir del cual se calculó la edad, son aciculares (razones

de ancho:largo 1:5 a 1:3). Circones con estas

características morfológicas serian de cristalización rápida

en una cámara o reservorio magmático somero (Corfu, et

al., 2003). Por los antecedentes anteriores, la edad U-Pb de

12.1 ± 0.1 Ma se interpreta como edad de cristalización de

los circones en la cámara o reservorio magmático, previo a

la erupción de la ignimbrita Salar Grande.

Proveniencia de los circones

A continuación se discute la posible proveniencia de los

circones de los grupos identificados y su relación con el

sistema magmático asociado a la ignimbrita Salar Grande y

la caldera homónima: El grupo 1 presenta las edades más

antiguas cuyos cristales de mayor edad, datados en 2.687 ±

20 y 1.044 ± 28 Ma, tienen núcleos y bordes

recristalizados irregulares. Las otras 8 edades del grupo se

encuentran entre 601 y 488 Ma. Este intervalo de edades es

coincidente con el de aquellas unidades ubicadas 38 km al

NE del salar Grande, donde afloran esquistos, gneises y el

granito Cerro Plegado, asignadas al lapso Cámbrico-

Ordovícico Inferior (Seggiaro et al, 2007).

Además, el intervalo de edades cámbricas y precámbricas

de los circones es equivalente con la edad del basamento

metamórfico e intrusivo de las Sierras Pampeanas

Orientales de 600 a 525 Ma y Occidentales de 515 a 460

Ma (Loewy et al, 2004; Ramos, 2008). Similares edades se

obtuvieron en núcleos heredados de circones de las

ignimbritas de la caldera Galán (Folkes, et al., 2011).

El grupo 2 posee edades entre 333 y 212 Ma (Fig. 4a). Este

intervalo coincide con aquellas edades de la extensa

actividad plutónica y volcánica registrada desde el

Carbonífero temprano hasta el Jurásico temprano (328 -

194 Ma; Fig. 4b), en los Andes del norte de Chile, al oeste

de Argentina (20°S - 31°S) y al sur de Perú (Hervé et al.,

2014; Maksaev et al., 2014). Específicamente entre los

28°S y 31°S, Hervé et al., (2014) reconocen, sobre la base

de edades U-Pb en circones, 4 subdivisiones de las

unidades intrusivas del Carbonífero al Triásico en un rango

de 330 a 215 Ma, mismo intervalo que los circones del

grupo 2.

La zona de la caldera Salar Grande está cubierta por rocas

volcánicas y depósitos sedimentarios cenozoicos.

Aproximadamente 20 km al SW del salar Grande, en la

Sierra de Aliste, afloran granitoides (263,8 ± 3.4 Ma, U-Pb

en circón), pórfidos riolíticos y lavas porfíricas de la

formación La Tabla (Clavero et al., 1998; Naranjo et al, en

prep.). Cerca de 40 km al NE del salar Grande, aflora la

formación La Tabla con edades U-Pb en circón de 270,7 ±

4 Ma y 265,1 ± 2,6 Ma, además de las unidades intrusivas

Granito Parinas y Granodiorita León Muerto, cuyas edades

U-Pb en circón, varían entre 270,7 ± 4 Ma y 253,7 ± 1.9

Ma (Naranjo et al, 2013a).

Figura 4. Histogramas de edades U-Pb en circón. (a)

Distribución de edades afines con Maksaev et al. (2014). (b)

Histograma de edades de rocas igneas entre los 20°S y 31°S

modificado de Maksaev et al. (2014). C: Carbonífero. P: Pérmico.

T: Triásico. J: Jurásico.

Como se muestra en la figura 3, algunos de los circones

tienen núcleo y borde recristalizado, con edades más

jóvenes, cercanas a la edad de cristalización de la

ignimbrita (ca. 12 Ma). El sobrecrecimieto indica la

asimilación de las rocas de caja de edades carboníferas a

triásicas que constituirían el basamento de la caldera Salar

Grande, y posterior recristalización en torno a los núcleos

heredados, posiblemente durante la formación de la cámara

o reservorio magmático. Por otro lado, la presencia de

bordes de crecimiento en núcleos de los grupos 1 y 2 que

no fueron datados, indicaría que esta asimilación podría,

inclusive, extenderse a rocas proterozoicas.

Los circones del grupo 3 se descartaron del análisis debido

a que la datación fue realizada traslapando un núcleo

heredado con un borde, obteniendo edades promediadas.

Por último, el grupo 4, tiene edades prácticamente

continuas entre 10 y 15 Ma. El grano más antiguo del

grupo tiene ca. 17 Ma y corresponde probablemente a un

circón accidental de las unidades volcánicas que afloran en

los alrededores del salar Grande, como la ignimbrita Rio

Frio o rocas efusivas riodacíticas con edades entre 16 y 20

Ma (Clavero et al, 1998, Naranjo et al, 2013a; en prep.).

a

b

Conclusiones La edad U-Pb calculada de 12,1 ± 0.1 Ma se interpreta

como la edad de cristalización de los circones en la

cámara o reservorio somero, que albergó los magmas

fuente del nivel de la ignimbrita Salar Grande.

Los circones estudiados se interpretan como

xenocristales (accesorios) compuestos por circones

formados en la cámara o reservorio magmático del

sistema de la caldera Salar Grande, núcleos heredados

con o sin borde recristalizado y circones detríticos

(accidentales) incorporados al momento del

emplazamiento de la ignimbrita. Aquellos circones con

núcleo heredado y borde recristalizado pudieron ser

asimilados a partir de la roca caja (basamento) a la

cámara o reservorio magmático.

La recristalización a partir de los núcleos heredados

ocurre en torno a los 12 Ma, posiblemente durante la

formación del cuerpo magmático, asociado a la caldera

Salar Grande.

Las edades de los núcleos heredados indicarían de

manera indirecta, las unidades que conforman el

basamento cubierto por rocas del arco volcánico

cenozoico en la zona de la caldera Salar Grande. Las

edades entre 601 y 488 Ma (Grupo 1) coinciden

cronológicamente con unidades intrusivas y

metamórficas del Cámbrico-Ordovícico Inferior que

afloran en los alrededores de la Pampa Los Colorados y

unidades de las Sierras Pampeanas Occidentales y

Orientales. Por otro lado, las edades entre 333 y 212 Ma

(Grupo 2) coinciden, de manera importante, con aquellas

unidades volcánicas e intrusivas del Carbonífero

temprano al Jurásico temprano, ampliamente distribuidas

a lo largo de los Andes, particularmente entre los 20°S y

31°S, y al sur de Perú.

Agradecimientos Los autores agradecen a los funcionarios del Laboratorio

del Sernageomin por su importante contribución en

aspectos técnicos y analíticos. Al conductor Gonzalo

Núñez por el apoyo logístico en terreno y a Marcos Lienlaf

por el apoyo técnico. Este trabajo es una contribución del

Plan Nacional de Geología (PNG) del Departamento de

Geología General del Servicio Nacional de Geología y

Minería, mediante el Proyecto PNG N°8011, Carta

Geológica de Chile: Áreas Salar de Agua Amarga y

Portezuelo del León Muerto, Áreas Salar de Pajonales y

Cerro Mono y Áreas Cerro Panteón de Aliste y Cerro

Colorado.

Referencias Clavero, J., Gardeweg, M., Mpodozis, C. (1998). Mapa Geológico

Preliminar del Área del Salar de Piedra Parada, Región de Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería (Chile). Mapas

Geológicos Nº, Escala 1:100.000.

Corfu, F., John M. Hanchar, Paul W.O. Hoskin,and Peter Kinny (2003).

In Atlas of Zircon Textures. Reviews in Mineralogy and

Geochemistry, v. 53, p. 469-500. Costa, F. 2008. Residence times of silicic magmas associated with

calderas. In: Caldera Volcanism: Analysis, Modelling and

Response, Gottsmann, J. Marti J. (eds), Developments in Volcanology 10: 1-55.

De Silva, S. L. (1989). The Altiplano-Puna volcanic complex of the

Central Andes. Geology 17, 1102-1106. De Silva, S., y Francis, P., (1989). Correlation of large ignimbrites: Two

case studies from the central Andes of northern Chile. Journal of

Volcanology and Geothermal Research, 37, 133-149 Folkes, C., de Silva, S., Schmitt, A., Cas, R., (2011). A reconnaissance of

U-Pb zircon ages in the Cerro Galán system, NW Argentina:

Prolongated magma residence, crystal recycling, and crustal assimilation. Journal of Volcanology and Geothermal Research

206, 136-147.

Francis, P., Oppenheimer, C., 2003. Volcanoes, second edition.Oxford University.Press, Oxford.

Hervé F., Fanning, M., Calderón, M., Mpodozis, C. (2014). Early

Permian to Late Triassic batholiths of the Chilean Frontal Cordillera (28°–31°S): SHRIMP U–Pb zircon ages and Lu–Hf and

O isotope systematic. Lithos, 184-187, 436 – 446.

Loewy, S.L., Connelly, J.N., Dalziel, I.W.D., 2004. An orphaned basement block: the Arequipa-Antofalla Basement of the central

Andean margin of South America. Geol. Soc. Am. Bull. 116:171–

87

Maksaev, V., Munizaga, F., Tassinari, C. Timing of the magmatism of the

paleo-Pacific border of Gondwana: U-Pb geochronology of Late

Paleozoic to Early Mesozoic igneous rocks of the north Chilean Andes between 20°S and 31°S. 2014. Andean Geology

Vol.41 N°3, 32 pp.

Naranjo, J. A., Cornejo, P., (1992). Hoja Salar de la Isla, Regiones de Antofagasta y Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería,

Carta Geológica de Chile, No. 72. Naranjo, J.A.; Villa, V.; Venegas, C. 2013a. Geología de las áreas Salar

de Aguilar y Portezuelo del León Muerto, Regiones de Antofagasta

y Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta

Geológica de Chile, Serie Geología Básica 151-152, 1 mapa escala

1:100.000.

Naranjo, J.A.; Villa, V.; Venegas, C. 2013b. Geología de las áreas Salar

de Pajonales y Cerro Moño, regiones de Antofagasta y Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de

Chile, Serie Geología Básica, Nos. 153-154, 1 mapa escala

1:100.000. Santiago. Naranjo, J.A, Ramírez, C.A., Villa, V.A. En preparación. Geología de las

áreas Cerro Panteón de Aliste y Cerro Colorado. Servicio Nacional

de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geología Básica. 1 mapa escala 1:100.000. Santiago.

Naranjo, J.A., Villa, V., Ramirez, C.A., Pérez de Arce, C. (este

Congreso). Oligo-Holocene evolution of the southern part of the Central Andes: volcanism and tectonic, 4 p.

Ramírez, C.A. (2014). Análisis de Litofacies y Geocronología de las Ignimbritas Salar Grande, Región de Atacama, Andes Centrales de

Chile (25°45´S – 26°15´S). Memoria de Título, Universidad de

Chile, 85 p. Ramos, V.A., (2008). The basement of the Central Andes: The Arequipa

and related terranes: Annual Review of Earth and Planetary

Sciences, v. 36, p. 289–324. Seggiaro, R., Becchio, R., Pereyra, F., &Martinez, L. (2007). Hoja

Geológica 2569-IV. Antofalla, provincias de Catamarca y Salta.

Buenos Aires.: Instituto de Geología y Recursos Minerales. Servicio Geológico y Minero Argentino. Boletin 343, 62 p.

Stacey, J.S. and Kramers, J.D. (1975).Approximation of Terrestrial Lead

Isotope Evolution by a 2-Stage Model. Earth and Planetary Science Letters 26(2): 207-221.

Stern C. R. (2004). Active Andean volcanism: its geologic and tectonic

setting. Revista Geológica de Chile, Vol. 31, N°2, 161-206. Schmitt, A. Lindsay, J., de Silva, S., Trumbull, R. 2002. U-Pb zircon

chronostratigraphy of early-Pliocene ignimbrites form La Pacana,

north Chile: implications for the formation of stratified magma chambers. Journal of Volcanology and Geothermal Research 120,

43-53.