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D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

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Sistemas volcánicos cercanos, parientes lejanos: similitudes y diferencias entre los reservorios de los

Centros Eruptivos Menores Caburgua-Huelemolle y el volcán Villarrica

Eduardo Morgado*, Miguel Ángel Parada, Claudio Contreras, Angelo Castruccio, Lucy McGee Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Chile/ Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA)

Francisco Gutiérrez Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Chile/ Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA)/ Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC) * email: emorgado@ing.uchile.cl Resumen. Los Centros Eruptivos Menores Caburgua-Huelemolle (CEMCH) corresponden a conos de piroclastos asociados a lavas de composición basáltica, ubicados a 10 km al NE del volcán Villarrica. En consecuencia, ambos sistemas volcánicos coexisten localmente. El presente estudio compara las condiciones de presión y temperatura de los reservorios de los sistemas mencionados a partir del estudio de las fases presentes (líquido y fenocristales de plagioclasa, olivino y clinopiroxeno) en las lavas Holocenas de CEMCH y la lava de la erupción de 1971 del volcán Villarrica, dando especial énfasis a sus similitudes y diferencias. Ambos sistemas poseen reservorios en la corteza inferior, que estarían en el límite corteza-manto. Sin embargo, las lavas de 1971 del volcán Villarrica tuvieron una historia más compleja, debido a la existencia de un reservorio en corteza superior presión de ~0.54 kbar, adonde un calentamiento habría gatillado dicha erupción. Las condiciones fueron obtenidas a partir de geotermobarometría de olivino-clinopiroxeno, mientras el calentamiento gatillante de la erupción estudiada del volcán Villarrica se determinó usando MELTS.

Palabras Claves: reservorio magmático, volcán Villarrica,

calentamiento magmático 1 Introducción De acuerdo a lo propuesto por algunos autores (e.g. Lara et al., 2006; Cembrano y Lara, 2009) los centros eruptivos menores son los volcanes con los productos más primitivos de los Andes del Sur (Hildreth y Moorbath, 1988) y son comúnmente asociados a la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO), cercanos a estratovolcanes. Sin embargo, existen casos en que esto no se cumple como el del complejo Puyehue-Cordón Caulle, en que el estratovolcán Puyehue

presenta productos más primitivos que los asociados al campo de centros eruptivos menores Carrán Los Venados (Singer et al., 2008). En consecuencia, las relaciones genéticas entre estos tipos de volcanes se conocen solo superficialmente. Un ejemplo de estudio comparativo lo constituyen dos sistemas volcánicos cercanos: los Centros Eruptivos Menores Caburgua-Huelemolle (CEMCH) y el volcán Villarrica, del cual se estudió su erupción de 1971, que corresponde a una colada bien preservada y que representa la fase actual de evolución del volcán. Los CEMCH, ubicados a 10 km al noreste del volcán Villarrica, corresponden a 20 conos de piroclastos y lavas de composición basáltica dispuestos en 8 centros eruptivos: Caburgua, Huelemolle, La Barda, Cañi, Redondo, Cordillera Cañi, Relicura y San Jorge (Fig. 1). Los CEMCH son de edad Holocena, aunque solamente la edad de Huelemolle ha sido estimada en al menos 9000 años por dataciones de C"#$ en madera carbonizada en depósitos piroclásticos (Moreno y Clavero, 2006). El volcán Villarrica es uno de los volcanes más activos de los Andes del Sur, su altura es de 2828 m.s.n.m. Se ubica en el extremo este del lineamiento que además incluye a los estratovolcanes Quetrupillán y Lanín. Su erupción de 1971 empezó en octubre con explosiones estrombolianas y efusiones de lava a través del valle Challupén (flanco SO). El 30 de diciembre del mismo año la erupción alcanzó su fase paroximal, generando dos coladas de lava basáltica: a través de los valles Pedregoso, con 6 km de extensión, y Challupén, con 16 km de extensión (Moreno y Clavero, 2006). En el presente trabajo se presentan las condiciones termodinámicas de los reservorios asociados a las lavas Holocenas de los complejos volcánicos cercanos: CEMCH y la erupción de 1971 del volcán Villarrica, resaltando tanto las similitudes de sus reservorios en la corteza inferior como sus diferencias en corteza superior, adonde

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AT 1 GeoloGía ReGional y Geodinámica andina

un calentamiento habría gatillado la erupción de 1971 del volcán Villarrica. 2 Metodología Dieciséis muestras de CEMCH y cinco de la lava de 1971 del volcán Villarrica fueron analizadas por XRF (elementos mayores) y ICP-MS (elementos traza) en ACT-Labs. Algunos de los resultados de los análisis de química de roca total se presentan en la Tabla 1. Los estudios de Microscopía Electrónica de Barrido fueron realizados en el Departamento de Geología de la Universidad de Chile. Las composiciones mineralógicas fueron obtenidas a través de Microsonda Electrónica en la Universidad of Edimburgo (Cameca SX100) y LAMARX-Universidad Nacional de Córdoba (JEOL-JXA-8230). 3 Mineralogía y química mineral 3.1 Centros Eruptivos Menores Caburgua-

Huelemolle Los fenocristales de plagioclasa tienen núcleos de composición restringida An73-80, de composición similar a los fenocristales que componen cúmulos cristalinos, en ambos casos son cristales euhedrales sin texturas de reabsorción. Un delgado borde (< 40 µm) de composición An45-65 es encontrado comúnmente en fenocristales y las caras libres de los cúmulos cristalinos. Los fenocristales ferromagnesianos, olivino y clinopiroxeno, se dan como cristales aislados o como parte de cúmulos cristalinos. Los olivinos tienen un núcleo de composición entre Fo81 y Fo87, dependiendo del centro eruptivo al que pertenecen y exhiben finos bordes (< 20 µm) de composición Fo73-80, además comúnmente contienen inclusiones de Cr-espinelas (#Cr= 25-39 y #Mg= 33-59). Los microlitos tienen una composición en el rango Fo59-77. Los clinopiroxenos son escasos y tienen composiciones en el rango Wo44-46, En45-47, Fs7-9. 3.2 Lava de 1971 del volcán Villarrica Los fenocristales de plagioclasa se clasificaron en dos grupos de acuerdo al tamaño de los cristales y las texturas de desequilibrio. El Grupo 1 incluye cristales de 0.4-4.1 mm de largo con tres zonas: núcleo con zonación oscilatoria (An45-74), zona intermedia con zonación normal (An38-44) y un borde con zonación inversa (An74-46); las primeras dos zonas exhiben texturas sieve y parche. El Grupo 2 incluye cristales de 0.3-2 mm que exhiben un núcleo de zonación oscilatoria (An39-49) y un borde de zonación inversa (An50-73); las composiciones de los bordes de ambos grupos de fenocristales son similares.

Los fenocristales de olivino y clinopiroxeno, se dan como cristales aislados y parte de cúmulos cristalinos. Los olivinos tienen un núcleo de composición Fo75-79, dependiendo del centro eruptivo al que pertenecen y exhiben finos bordes (< 20 µm) de composición Fo65-67, además comúnmente contienen inclusiones de Cr-espinelas (#Cr= 53-62 y #Mg= 26-30). Los clinopiroxenos tienen composiciones en el rango Wo37-40, En47-49, Fs12-13. 4 Condiciones P, T 4.1 Reservorio en el límite corteza-manto Se usó el geotermómetro olivino-augita (Loucks, 1996) y el barómetro olivino-clinopiroxeno (Köhler y Brey, 1990) en los mismos pares minerales pertenecientes a lavas de CEMCH y la erupción de 1971 del volcán Villarrica. En CEMCH las temperaturas obtenidas se encontraron en el rango entre 1221 y 1227 ±6 °C. Por otro lado, las presiones obtenidas están en el rango entre 7.7 y 13.7 kbar, este rango incluye el límite corteza manto de 10 kbar (~38 km; Folguera et al., 2007). Este límite constituye una barrera reológica para almacenar magma (Hildreth y Moorbath, 1988), por esta razón se consideran las presiones consistentes con ese límite. En el caso de la lava de 1971 del volcán Villarrica las temperaturas de equilibrio obtenidas se encontraron en el rango de 1209 ±6 °C. Las presiones obtenidas están en el rango entre 4.8 y 9.9 kbar. Al igual que en el caso de CEMCH, se favorecen las presiones asociadas a un reservorio profundo. 4.2 Reservorio superficial de la lava de 1971 del

volcán Villarrica Lohmar et al. (2012) proporcionaron datos de un reservorio superficial del volcán Villarrica en un estudio de la Ignimbrita Licán (~13.5 ka; P < 0.67 kbar, T entre 900 y 1100 °C, debido a un calentamiento). En el caso de la lava de 1971 del Villarrica se obtuvieron condiciones asociadas a un reservorio superficial, usando los mismos métodos usados para los reservorios profundos: temperaturas entre 1168 y 1177 ±6 °C y presiones máximas de 2.8 kbar. Adicionalmente, se reprodujeron las condiciones para el crecimiento de núcleo y borde de los fenocristales del Grupo 2 de plagioclasas a temperaturas máximas de 970 y 1180 °C, respectivamente para presiones < 0.9 kbar usando MELTS (Sack y Ghiorso, 1995). Por lo tanto, se reconoce un calentamiento previo a la erupción de 1971. Se usaron iterativamente dos ecuaciones para precisar las condiciones de presión y contenido de agua del reservorio antes y después del calentamiento: 1) la ecuación de solubilidad de agua en

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ST 3 METAMORFISMO Y MAGMATISMO EN ZONAS DE SUBDUCCIÓN

líquidos basálticos calibrada por Moore et al. (1998) y 2) el higrómetro plagioclasa-líquido calibrado por Lange et al. (2009). El calentamiento se asocia a una exsolución de 1 wt% de agua y a una descompresión de 0.4 kbar. Se sugiere que este calentamiento puede ser el gatillante de la erupción. 5 Conclusiones Ambos sistemas poseen reservorios en el límite corteza-manto, los que están a temperaturas de ~1220 ºC. Sin embargo, existen importantes diferencias con respecto a las condiciones pre-eruptivas en la corteza superior. El ascenso de las lavas de CEMCH sería rápido desde el reservorio profundo hasta la superficie, ayudado por la LOFZ. Por otro lado, la erupción de 1971 del volcán Villarrica tuvo una historia más compleja, la que incluye un reservorio en la corteza superior (~0.54 kbar), con un calentamiento de este como gatillante de la erupción: asociado a una exsolución de un 1 wt% de agua y a una descompresión de 0.4 kbar.

Figura 2. Representación esquemática de las características principales de los reservorios de CEMCH y el volcán Villarrica. Ambos complejos volcánicos estudiados tendrían reservorios profundos en el límite corteza-manto, pero a diferencia del volcán Villarrica, CEMCH no tienen una residencia prolongada en la corteza superior. 6 Agradecimientos Se agradece el financiamiento a través del Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA), FONDAP Proyecto 15090013. Referencias Cembrano, J., Lara, L., 2009. The link between volcanism and tectonics in the southern volcanic zone of the Chilean Andes: A review. Tectonophysics 471, 96-113. Folguera, A., Introcaso, A., Giménez, M., Ruiz, F., Martínez, P.,

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Figura 1. a) Ubicación del lineamiento de los estratovolcanes Villarrica, Quetrupillán y Lanín y la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO, Cembrano et al., 1996) b) Distribución de los Centros Eruptivos Menores Caburgua-Huelemolle (CEMCH), las líneas punteadas representan los lineamientos que coinciden con la traza NNE de la ZFLO y los tension cracks NE asociados.

Tabla 1. Análisis de elementos mayores de muestras representativas de los complejos volcánicos estudiados.