8.3Fusion Cortical 2011

8/10/2019 8.3Fusion Cortical 2011

1/29

Algunas evidencias de fusin cortical (anatexis):

El empobrecimiento en elementos incompatibles en la corteza

inferior indica extraccin de magmas.

Presencia en magmas de cristales heredados de una fuente ms

antigua (p. ej. zircones).

Grandes volmenes de magma flsico generado en arcos

continentales, slo volmenes menores en arcos insulares.

Los grandes volmenes de magma flsico emplazados en arcos

volcnicos no se pueden generar por diferenciacin de magmabasltico (se requeriran volmenes enormes de magma basltico

parental).

Evidencia isotpica de la contribucin de componentes

enriquecidos; edades modelo de Nd.

8.3. Fusin cortical


2/29

El gradiente geotrmico de una litsfera fanerozoica normal indica que

la corteza debe ser slida (T del moho = 500 - 600C).

Para que ocurra la anatexis se requiere una fuente de calor que perturbe

el gradiente geotrmico.

Figura 8.55. Diagrama P-T mostrando

geotermas tpicas, y la posicin del liquidus

a diferentes contenidos de agua para (a)

rocas pelticas y (b) rocas baslticas. En

ambos casos, la geoterma del fanerozoico

cruza el liquidusa profundidades por debajo

del Moho.

a) b)

Existen varios mecanismos que

pueden perturbar las geotermas y

dar lugar a la generacin de magmas

en niveles corticales.


3/29

Underplat ing

Deep crustal hot zones

Annen et al., 2006, The genesis of intermediate and silicic magmas in deep crustal hot zones: J. Petrol., 47, 505539

Lquidos silcicos e intermedios se generan por:

Liberacin de calor y fluidos del magma

basltico que da lugar a la fusin parcial de la

corteza circundante.

Cristalizacin parcial de los sills baslticos

(generan lquidos residuales ricos en agua)

Sills a profundidad fija Sills a profundidad variable


4/29

A menor tasa de

emplazamiento:

el incremento de la

temperatura es ms

lento.la fraccin y la

composicin del

fundido son ms

homogeneas.

Modelo de zonas

corticales calientes

Evolucin de la tempera-

tura y la fraccin de

fundido con el tiempo

para sills baslticos de 50m de espesor inyectados

en la corteza inferior.

La temperatura inicial es

de 1,285 C y el

contenido inicial de agua

es de 2.5 % en peso.

Tasa de emplazamiento: 1 sill/10 ka = 5 mm/a

Tasa de emplazamiento: 1 sill/25 ka = 2 mm/aAnnen et al. (2006)


5/29

Annen et al. (2006)

Productividad:

Espesor del fundido acumuladodividido entre el espesor total de

basalto emplazado.

Contenido inicial de

agua: 2.5 %

1 sill cada 10 ka

Profundidad de emplazamientofija a 10, 20 y 30 km o variable

entre 20 y 30 km.

Modelo de zonas corticales calientes


6/29

Engrosamiento de la corteza

Puede ser causado por colisin continental, por plegamiento o por flujo de material

cortical. Este engrosamiento transporta material cortical a profundidades y

temperaturas suficientemente altas para causar la fusin parcial.

Las caractersticas son:

El calentamiento es progresivo.

Transferencia de calor por conduccin de calor derivado de fuentes internas (p. ej.,

decaimiento radiactivo) despus del engrosamiento de la corteza.

Tasas de calentamiento bajas (5 - 50 C/Ma),

Tiempos del orden de millones de aos para alcanzar las temperaturas necesarias

para iniciar la fusin.

Una vez rebasada la temperatura del solidus, el tiempo requerido para alcanzar la

fraccin mxima de lquido es corto (~ 1 ao).


7/29

La anatexis se restringe por lo general a

niveles inferiores y medios de la corteza.

Puede ocurrir a profundidades menoresque 10-15 km slo en el caso de

geotermas extraordinarias (HT-LP) que

pueden ocurrir por la extensin (colapso)

de la corteza engrosada, la cual puede ir

acompaada por delaminacin de la

litsfera.

Figura 8.57. a) Colisin continental. b) Cambio en la

posicin de las isotermas durante el proceso decolisin/colapso.

a)b)

Herman et al., 2010, J. Geophys. Res., v. 115

Leucogranitos


8/29

Atherton & Ghani, 2002: Lithos 62, 6585.

Basado en el trabajo de Davies & von Blanckenburg, 1995, Slab breakoff, a model of lithosphere detachment and its test

in the magmatism and deformation of collisional orogens: Earth and Planetary Science Letters, 129, 85102.

Colisin, ruptura de la placa en subduccin

Volcanismo

puede generarse

tanto en el manto

litosfrico como

en la base de la

corteza


9/29

Efecto de migracin de magmasy formacin de plutones

Se muestran las curvas de reaccin relevantes

para la facies granultica.

And: andalusita; Ky: cianita; Ms: muscovita; Pl:

plagioclasa; Qtz: cuarzo; Kfs: feldespato

potsico; Als: aluminosilicato; V: vapor; Sil:

sillimanita; Hbl: hornblenda; Opx:

ortopiroxeno; Cpx: clinopiroxeno; L: lquido;

Grt: granate.

El plutonismo de larga duracin

genera una geoterma con rpido

incremento de la T en la corteza

superior, as como condiciones

casi isotrmicas en la corteza

media e inferior que resultan delefecto de amortiguamiento trmico

de las reacciones de fusin por

deshidratacin.

La migracin de magmas y la

construccin de plutones hacenque toda la corteza media e

inferior alcancen temperaturas de

~800 C y que los 12 km inferiores

de la corteza sean fundidos

parcialmente, dejando un residuo

granultico.

Depine et al., 2008, Near-isothermal conditions in the middle and lower crustinduced by melt migration: Nature, 452

Condiciones de formacin de granulitas


10/29

Condiciones de fusin

Mnimo a P =1kb (0.1GPa), T=720C

Eutctico a partir de P~3.6 kbar (0.36GPa)Eutctico a 10 kb (1 GPa), T =620C

Figura 8.58. Sistema Ab-Or-Qz a 0.1-3.0 GPa, mostrando las

curvas cotctica ternarias y los mnimos eutcticos. Se

muestra el efecto en la posicin del mnimo de la presin y

de los contenidos de An, B y F. La composicin de la

mayora de los granitoides se muestra en el rea sombreada.Winter (2001)

Sistema grantico

Temperaturas en la base de la corteza:

300-400C en escudos continentales

500-600C en reas jvenes orognicas

>650-750C en zonas de rift

La composicin de los magmasgenerados por fusin cortical es

grantica (en sentido amplio).

A este grupo de rocas se las llama

tambin granitoides, trmino que se

refiere a un amplio rango decomposiciones flsicas.


11/29

Reacciones de fusin por deshidratacin

Estudios experimentales y geoqumicos indican que

el mecanismo ms probable de generacin de

magmas granticos anatcticos son las reacciones

de fusin por deshidratacin en rocas corticalessecas, que contengan minerales hidratados.

Se requiere que todas las fases participantes

en la reaccin estn en contacto entre s.

La liberacin de fluidos genera un aumento en

el volumen del sistema. La sobrepresinresultante promueve el fracturamiento, el cual

hace que aumente la permeabilidad de la

roca, facilitando la segregacin del lquido.

La composicin de los magmas generados de

esta forma es controlada por

la mineraloga de la fuente, la contribucin relativa de los minerales

que entran al lquido (tipo de reaccin de

fusin),

el grado de fusin,

la disolucin de fases accesorias, y

el tiempo de residencia del lquido encontacto con el residuo slido.

Figura 8.59. Diagrama de fases P-T simplificado. Las

reas en color azul indican la generacin de fundido.

Winter (2001) An Introduction to Igneous and

Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


12/29

Condiciones de fusin

Figura 8.61. Cantidad de lquido generado durante la

fusin de rocas corticales con muscovita y biotita.

Clarke (1992); Vielzeuf and Holloway (1988);

Winter (2001)

Figura 8.60. Condiciones P-T para fusin

por deshidratacin de rocas que contienen:

A: Muscovita

B: Biotita

C. Hornblenda


13/29

Fertilidad de las rocas

Figura 62. Variacin en la fraccin de magma (vol.%) en

funcin de la temperatura para diferentes rocas corticales quefunden en ausencia de fluidos.

Fracciones (0.2-0.4) requeri-

das para generar la mayora

de las comp. granticas

La composicin del protolito

determina la temperatura a la

que inicia la fusin y el

porcentaje mximo de lquido

que se puede generar por

fusin parcial.

El porcentaje mximo de

fusin depender adems de

la temperatura que alcance la

roca.


14/29

Los minerales presentes, la

proporcin en que entran allquido y la secuencia en que

se agotan determinan la

composicin del lquido

generado.

Fertilidad de las rocas

Figura 8.63. Fusin parcial por

deshidratacin (experimental) de rocas

metamorfizadas de comoposicin: lutita,

tonalita, y basalto.

C i i d i


15/29

F. P. por deshidratacin en sist. subsaturado en agua

F. P. en sistema saturado en agua

Sistema subsaturado en agua

Lquidos con composicin de Grani to-

trondhjemita- tonal i taal avanzar el grado defusin. De protolito basltico de bajo K; granate

residual, no plagioclasa residual.

Sistema saturado en agua

Lquidos con composicin de Granito

Granodior i ta Tonali taal avanzar el grado de

fusin. Protolito basltico (alto K, con Plg,anfbol, biotita), intermedio o peltico.

Figura 8.64. Lquidos producidos experimentalmente

por fusin parcial de rocas con composicin basltica

Composicin de magmas anatcticosEfecto de voltiles

Sisson et al., 2005, Contrib. Mineral. Petrol.,148, 635661.

Lquidos exp.

700 MPa de

basalto de alto K


16/29

Fi 8 66 M d l d i l i t d


17/29

Ascenso de magmas

Compactacin y

flotacinAscenso por flotacin a travs

de roca encajonante msdensa, muy viscosa y dctil

(deformacin dctil)

Porcentaje crtico de lquido:

30-50%.

V de ascenso ~ 0.150 m/ao

Tiempo de ascenso: 104-105 a

Flujo poroso y diquesAscenso a travs de diques

(deformacin frgil) que

pueden alimentar una cmara

que crece por desplazamientode la roca encajonante (dctil)

o por fracturas de dilatacin

(frgil).

Segregacin a 1-5 % F

V de ascenso ~ 0.11 m/s

Tiempo de ascenso: horas o

dasVigneresse (2004)

Figura 8.66. Modelos de segregacin y emplazamiento de magmas


18/29

La tasa de calentamiento determina la tasa de produccin de lquido y por lo

tanto influye en la composicin de los lquidos generados.

Una alta tasa de deformacin favorece el fracturamiento, permitiendo la

segregacin en corto tiempo de fracciones de magma muy pequeas (1-5%)

(Modelo viejo: segregacin por flotacin, porcentaje crtico de lquido de 30-50%)

Altas tasas de fusin (p. ej. underplating) y las reacciones de fusin pordeshidratacin, aumentan temporalmente la permeabilidad de la roca.

La segregacin puede ocurrir prcticamente a cualquier valor de fraccin de

magma. La fraccin de magma a la que ocurra la segregacin definir

- el grado de fusin,- el grado de disolucin de fases accesoriasy

- el tiempo de residencia del magma en contacto con el residuo,

y por lo tanto la composicin de la roca generada.

Influencia de los modelos de generacin y ascenso


19/29

Como la fusin cortical ocurre a temperaturas relativamente bajas y en algunos

casos en tiempos muy cortos, no siempre se alcanza el equilibrio entre lquido y

residuo. El equilibrio est gobernado principalmente por la tasa de segregacin yla tasa de fusin. El equilibrio es favorecido por:

Fusin cortical en equilibrio

Proceso lento de generacin de magmas, en escalas tiempo de 105a

106Ma

Tasa de segregacin baja entre lquido y residuo (lquido permanece

en contacto con el residuo un tiempo suficientemente largo para

alcanzar el equilibrio)

Alta temperatura (que incrementa la tasa de difusin)

En estos casos se pueden emplear las ecuaciones de fusin parcial para

el modelado de la composicin de lquidos.


20/29

NOTA:

Algunos elementos estncontenidos en minerales accesorios como componentes

estructurales esenciales:

Zr, Hf, Th, U en zircn

REE, Y,Th,U en apatita

LREE, Th, U en monacita y alanita

Y, REE, U, Th, Zr, en xenotime, etc.

En rocas granticas, en estos minerales accesorios estn contenidos:65 a 95% de Y y REE (excepto Eu)

75 - 95% de Th,

95% de U

La presencia de estos accesorios causa un comportamiento no Henrynianode

REE, Y, Th y U durante los procesos de fusin parcial.

La concentracin de esos elementos est determinada por la solubilidad de

las fases accesorias en el lquido (no por coeficientes de particin).

Esto hace que esos elementos no sean adecuados para el modelado

geoqumico basado en ecuaciones de fraccionamiento de elementos traza.


21/29

Fusin cortical en desequilibrio

Proceso de generacin de magmases rpido.

Tasa de segregacin entre lquido y

residuo es alta.

Baja temperatura (tasa de difusin

baja inhibe que se alcance el

equilibrio).

Coeficiente de particin efectivo = 1.

La composicin de los lquidos

estar determinada por la solubilidadde las fases en el lquido y/o por la

accesibilidad de las fases.Figura 8.67. Relacin entre la temperatura y las tasas

de difusin y segregacin. Cuando la tasa de

segregacin es mayor que la tasa de difusin se

generan lquidos en desequilibrio con el residuo

(Sawyer, 1991).

Segregacin

lquido residuo

Difusin de elementos traza

TASA

TEMPERATURA

Difusin > SegregacinL iquidos en equi li brio

Segregacin > Difusin

L iquidos en desequi li bri o


22/29

Clasificacin de granitoides

Figura 8.68. Clasificacin de granitoides por ambiente tectnico

Magma grantico Lquidos del mantoacrecionados

(underplating)


23/29

Granitos de dorsal ocenica Granitos de arco Granitos de intraplaca

Granitos de intraplaca(corteza adelgazada)

Granitos sin-colisionales Granitos post-colisionales

Figura 69. Composicin de los diferentes tipos de granitoides

Tomado de Pearce et al. (1984)


24/29

La composicin de los granitoides es definida

por:

- la composicin de la(s) fuente(s) que

participa(n)

- el tipo de reaccin de fusin

- el grado de fusin

- los procesos de diferenciacin

(mezcla, asimilacin, cristalizacin)

C d d


25/29

Tipo deGranitoide

M(Manto)

I(gneo)

S(Sedimentario)

A(Anorognico)

SiO2 54-70% 54-76% 65-74% 70-78%

K2O/Na

2O Bajo Bajo Alto Na

2O alto

Ca, Sr Alto Alto en rocas mficas Bajo BajoMolarAl/(Ca+Na+K)

BajoBajo, metaluminosoa

dbil. eraluminosoAlto, peraluminoso Variable, peralcalino

Fe3+/Fetotal Bajo Moderado Bajo Variable

Cr, Ni Bajo Bajo Alto Bajo

18

O < 9 < 9 > 9 Variable87Sr/86Sr < 0.705 0.706 - 0.712 > 0.707 0.704 - 0.712

Composicinqumica

Bajo Rb, Th, U, LIL,

y HFS

Alto LILE/HFSE;

medio Rb, Th, U

Variable LILE/HFSE,

alto Rb, Th, U

Bajo LILE/HFSE; alto

Fe/Mg, Ga/Al, REE, Zr, F, Cl

Mineraloga Hbl, Px, Ilm, Mt Bt, Anf, Px, Mt, Ilm Bt, Ilm, muscovitacordierita, silicatos

de Al(silimanita,andalusita), granate,turmalina.No magnetita

Minerales ricos en Fe (annita,fayalita, hedenbergita,

granate). Mt, Ilm. En rocasperalcalinas: egirina,ribequita, arfvedsonita.

Petrognesis Zona desubduccin, dorsal,

intraplaca

ocenica;

"plagiogranito"

Zona de subduccin,

fusin cortical,

fuente gnea mfica aintermedia

Zona de subduccin,

fusin cortical,

fuente sedimentaria

Anorognico, zona de rift,

fusin cortical, fuentegranultica

Composicin de granitoides

I t


26/29

Istopos

Figura 8.71. Composicin isotpica de granitoides

tipo I y tipo S del Lachlan Fold Belt, y miembros

extremos que participan en un modelo de mezcla de

tres componentes (Keay et al.,1997) .

Las rocas anatcticas heredan la composicin isotpica de la fuente cortical.

La composicin isotpica de granitoides indica que por lo general no se tienen magmas


27/29

La composicin isotpica de granitoides indica que por lo general no se tienen magmas

anatcticos puros, sino una mezcla entre magmas de la corteza (25-66%) y magmas

derivados del manto.

Figura 8.73. Modelado del proceso de mezcla

entre varias fuentes corticales y el manto

empobrecido para reproducir la composicin

de granitoides jursicos del macizo Gyeonggi,

Corea (Jwa, 2004).

Figura 8.72. Composicin isotpica de

Sr y Nd de rocas granticas de

localidades de Europa,

Australia,Norteamrica y China.

Vigneresse (2004)

Modelado del proceso de fusin parcial


28/29

Modelado del proceso de fusin parcialGranitos sinmetamrficos, Cinturn metamrfico Hidaka, Japn

Tonalita tipo I

Metabasita

Granulita mfica con Grt y 2Px (restita)

Mineraloga residual de granulitas

aflorantes: 19% Opx, 19% Cpx, 24%

Hbl,34% Plg, 3% Grt, 0.01% espinela y

apatito.

Tonalita tipo S

Metasedimento (peltico-psamtico)

Grt-Opx-granulita (restita)

Mineraloga residual de granulitas

aflorantes: 30% Opx, 20% Grt, 37% Plg,

3% Kfs, 5% Ilm, 0.01% de Circn,

Monacita, Ap.

Anlisis de rocas metamrficasCoeficientes de particin adecuados !! Shimura et al., 2004



29/29


8.3Fusion Cortical 2011

Documents

Transcript of 8.3Fusion Cortical 2011