parte iii. volcanismo hiperalcalino en la sierra...

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“Estudio de los mecanismos eruptivos y de la petrogénesis del volcanismo hiperalcalino en la Sierra Libre, Sonora, México”

S Santa Barrera Guerrero Parte III

PARTE III. VOLCANISMO HIPERALCALINO EN LA SIERRA LIBRE Y SU

CONTEXTO EN LA GEOLOGÍA DEL NW DE MÉXICO

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Capitulo 1. La Sierra Libre y su contexto en el volcanismo hiperalcalino del NW de

México

Introducción

El conocimiento sobre el volcanismo hiperalcalino en el NW de México resulta de

una investigación científica realizada en el Departamento de Geología durante 14 años. La

identificación de este fenómeno magmático en la región inicia a finales de los noventa en el

NW del Estado de Sonora, con el estudio de los domos e ignimbritas que ocurren dentro de

la secuencia litológica miocénica del Evento Volcánico Pre-Pinacate (Vidal-Solano, 1998;

2001). Desde entonces, los depósitos ignimbríticos asociados con este volcanismo fueron

estudiados en otras regiones de Sonora, como en Hermosillo (Paz-Moreno et al., 2000), ha

proliferado permitiendo un estudio regional sobre su caracterización, origen y petrogénesis,

tanto en Sonora central, como en El Pinacate (Vidal-Solano, 2005).

Las últimas investigaciones sobre el volcanismo hiperalcalino han permitido una

correlación de los afloramientos ignimbríticos hiperalcalinos de Sonora central, con los de

la Toba de San Felipe en la región de Puertecitos, Baja California (Stock et al., 1999), por

medio de un análisis geocronológico, geoquímico y petrográfico fino, estableciendo una

edad Mioceno Medio y poniendo en manifiesto el papel clave de este episodio volcánico

dentro de la evolución tectono-magmática terciaria del NW de México. La presencia de este

volcanismo en las regiones de Sonora y Baja California ha contribuido al esclarecimiento

sobre la evolución del margen occidental americano, desde el cese de la subducción hasta la

apertura oceánica actual (Oskin, 2001; Stock et al., 2005; Stock et al., 2006, Bennett,

2009). El volcanismo hiperalcalino es en efecto asociado a un contexto en extensión que

conduce a la formación de rift intra-continentales que pueden evolucionar a la formación de

océanos. Éste representa por lo tanto la firma de un cambio drástico del régimen

geodinámico, donde ya no ocurre una subducción, sino por el contrario, se desarrollan

fenómenos de rifting relacionados con procesos de adelgazamiento de la corteza y ascenso

del manto astenosférico. Estos fenómenos subrayan los procesos de ruptura continental que

llevaron posteriormente a la apertura del Golfo de California (proto-Golfo de California,

Vidal-Solano, 2005; Vidal-Solano et al., 2007, 2008). Por lo tanto, es importante definir

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dónde, cuándo y cómo ocurre este volcanismo en el NW de México. Bajo esa premisa

surge el interés del presente estudio en la Sierra Libre.

En este último apartado, se presentará un análisis, sobre los afloramientos

hiperalcalinos estudiados hasta el momento en el Noroeste de México y su relación con el

volcanismo hiperalcalino de la Sierra Libre.

1.1 Volcanismo hiperalcalino de la región central y costera del Estado de Sonora

El volcanismo hiperalcalino en el Estado de Sonora está representado

principalmente por una ignimbrita riolítica, que se ha denominado Ignimbrita de

Hermosillo / Toba de San Felipe, que se manifiesta de manera dispersa y aislada. Fue en los

alrededores de la ciudad de Heromosillo donde se establecio como tal por primera vez su

afinidad hiperalcalina (Paz-Moreno et al., 2000) y definida su edad en 12.44 ± 0.05 y 12.56

± 0.08 Ma (Vidal-Solano et al., 2005). Posteriormente el avance en el conocimiento sobre

la extensión de esta unidad hiperalcalino fue enriquecido en gran medida con la

identificación de sus límites en diversas regiones del Estado, como en Rayón, ubicado al

norte (Gómez-Valencia y Vidal-Solano, 2010; Gómez-Valencia, 2011), en la región de San

José de Batúc al Este y, al sur en la zona de Suaqui Grande y Obregón (Vidal-Solano,

2010). El límite oriental del depósito piroclástico se encuentra en Baja California, en las

regiones desde San Felipe (Stock et al., 1999) en el Norte, hasta Cataviñá y San Agustín

(Olguín-Villa, 2010) en el Sur, donde sus manifestaciones son únicamente en forma de

ignimbrita.

En la región central y costera del Estado de Sonora ocurre una secuencia litológica

más amplia, compuesta por diversas unidades volcánicas asociadas con los diferentes

contextos tectónicos durante el Mioceno Medio. Dentro de ésta son evidentes y de gran

importancia los vestigios del volcanismo hiperalcalino del Mioceno Medio donde no sólo

ocurren como depósitos ignimbríticos, sino también como coladas y domos, en

discordancia sobre unidades volcánicas de arco continental. Estas unidades son cubiertas

por lavas intermedias a félsicas pertenecientes a una serie toleítica y cuyo emplazamiento

se considera que ocurre en un contexto anorogénico, variedad de rocas denominada como

islanditas (Vidal-Solano et al., 2008). Hasta ahora, tanto las unidades hiperalcalinas como

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las toleíticas han sido localizadas en los alrededores de la Sierra Libre, en las Sierras San

Antonio, Lista Blanca y Cerro Sarpullido (Fig. 1), tal y como lo describe Vidal-Solano et

al. (2005, 2007 y 2008):

- En el Cerro Sarpullido, se distinguen ignimbritas hiperalcalinas cubiertas por una

serie de domos y coladas de riolita de la misma afinidad, con niveles de pómez que

son asociados a su emplazamiento. Las ignimbritas hiperalcalinas presentan dos

unidades de enfriamiento. La primera, con un espesor de 90 m, posee en la base un

vitrófiro de 1 m de espesor y reposa sobre sedimentos detríticos del Mioceno Medio

(Fm. Báucarit Superior). La segunda, de color café (~20 m), no presenta vitrófiro

pero es rica en fragmentos de pómez alargadas (fiammes) de color negro. Encima de

las ignimbritas afloran lavas riolíticas moderadamente porfíricas con abundante

contenido de cuarzo.

- En la Sierra Lista Blanca de la base a la cima ocurren: areniscas-calizas y areniscas-

lutitas con algunos conglomerados del Grupo Barranca (Morales-Montaño et al.,

1990; Bartolini et al., 1991), areniscas y conglomerados (Formación Báucarit), una

ignimbrita hiperalcalina fechada por McDowell et al. (1997) en 12.2 ± 0.3 Ma y

otra ignimbrita violácea de la misma naturaleza (Vidal-Solano, 2005) coronadas por

una toba blanca con biotita con niveles de cenizas volcánicas estratificadas en su

base. Hacia la cima de la secuencia se encuentran basaltos doleríticos transicionales

intercalados en un material compuesto de depósitos volcaniclásticos y de oleadas

piroclásticas. Finalmente lavas vítreas negras porfíricas de plagioclasa y piroxeno

de afinidad toleítica, que cubren todo el flanco occidental de la Sierra, han sido

fechadas en 10.4 ± 0.4 Ma por Bartolini et al. (1994) y en 11.5 ± 0.3 Ma por

McDowell et al. (1997).

- Sierra San Antonio. En esta zona se aprecian los mismos depósitos ignimbríticos

hiperalcalinos descritos en el Cerro Sarpullido, los cuales son cubiertos por domos

de riolita hiperalcalina que han conservado parcialmente su caparazón vítreo y

muestran intensos fenómenos de oxidación, silicificación y desvitrificación. En la

parte alta de la sierra, al igual que en la Lista Blanca, se encuentra el mismo tipo de

lava vítrea negra (70 m de espesor) con plagioclasa y piroxeno.

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La manifestación volcánica toleítica superior, es más amplia y completa en la

porción sur del Estado de Sonora (Vidal-Solano et al., 2006) en este caso hacia la porción

sur de la Sierra Libre, sin embargo, hasta el momento y tampoco en este trabajo se ha

reportado cubriendo al volcanismo hiperalcalino. Esta corresponde a un conjunto de

carácter bimodal que ocurrió en el Mioceno Tardío, constituida por basaltos de tendencia

toleítica y, en menor proporción, ignimbritas riolíticas, que componen la parte superior de

la Sierra Santa Úrsula (Cochemé, 1981; Mora-Álvarez y McDowell, 2000). Una edad de

7.7 Ma por el método K/Ar en plagioclasa ha sido calculada para una unidad ignimbrítica

en la cima del Cerro El Vigía ubicado en el Pto. de Guaymas (Paz-Moreno, 1992). El

volcanismo toleítico también se ha reconocido en basaltos en forma de mesas que ocurren

en algunos sectores de los bordes del Graben de Empalme (Trincheras basalt, Mora-

Álvarez y McDowell, 2000) como lavas caracterizadas por una textura dolerítica de

plagioclasa + augita + pigeonita + olivino + óxidos de Fe-Ti, con escasos fenocristales de

olivino y plagioclasa (Vidal-Solano et al., 2006).

1.2 La Sierra Libre vs afloramientos de unidades hiperalcalinas en el NW de México

La Sierra Libre se distingue de otras localidades con rocas hiperalcalinas en el NW

de México por tener una gama y un volumen de lavas hiperalcalinas más amplio. Esta vasta

secuencia se compone de 17 unidades todas de composición riolítica hiperalcalina

constituida por derrames y domos e interdigitación de ignimbritas con diferentes facies.

Esta localidad presenta la secuencia más completa (800 m) conocida hasta hora. A

diferencia de los afloramientos con unidades hiperalcalinas reportados en el NW de

México, En la SL ocurren potentes coladas de riolita fluidal, y en el Cerro Sarpullido en la

Sierra San Antonio la expresión efusiva se limita exclusivamente a algunos domos (Vidal-

Solano et al., 2007).

En las cuatro ignimbritas encontradas en la SL (Fig. columnas14), se puede

reconocer que una de ellas se trata de la Ignimbrita Hermosillo/Toba de San Felipe, debido

a que presenta las características típicas de este importante marcador estratigráfico para el

Mioceno Medio (Demant, 2005; Vidal-Solano et al., 2007) donde destacan: un marcado

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flujo y fábrica, enclaves obscuros, vitrófiro negro en la base, 5-15% de fenocristales

compuestos de feldespato alcalino, clinopiroxeno rico en Fe, fayalita, óxidos de Fe-Ti y

abundante zircón como mineral accesorio (Vidal-Solano et al., 2008 y 2009). Sin embargo,

esta ignimbrita en la SL no siempre presenta un vitrófiro en su base como se observa en

San Francisco (Fig. 14 columnas), posiblemente porque no hubo un importante contraste de

temperatura al momento de entrar en contacto con el substrato, causando un enfriamiento

menos violento y por consiguiente evitando el temple. En otras regiones distales como

Rayón ubicada a 135 km al norte de la SL (Fig. 33) las facies de la IgnHillo/Toba de San

Felipe fueron depositadas en paleocanales con dirección NW-SE (Gómez-Valencia y Vidal-

Solano, 2010), que posiblemente al existir un medio acuoso se dieron las condiciones para

el desarrollo de un vitrófiro, proceso que de igual manera ocurre en la mayoría de los

afloramientos de Sonora. Sin embargo, en Baja California esta facies sólo se presenta en

San Felipe, mientras que en Cataviñá su ausencia y poco espesor se debe a que se trata de

las facies occidentales más distales y más frías con respecto a las que ocurren próximas a la

fuente de emisión (Olguín-Villa, 2010), punto que será abordado más adelante.

Continuando con la comparación de la secuencia de volcanismo hiperalcalino en la

SL con otros afloramientos de la misma afinidad en el NW de México, se observa que las

unidades de la SL se emplazaron sobre derrames de andesita, dacita y algunas tobas

correspondientes a un volcanismo de arco magmático, donde hasta el momento no se han

encontrado rocas detríticas que sugieran la presencia de valles con la acción de ríos o

arroyos importantes al momento de su edificación. Los afloramientos de la Ignimbrita

Hermosillo/Toba de San Felipe en la mayoría de las localidades reportadas en Sonora, se

depositaron rellenando los cauces de paleo-ríos y valles lineales N-S producidos por un

fallamiento de tipo “Basin and Range”, mientras que en los afloramientos de Baja

California la ignimbrita rellenó paleocanales con un drenaje de rumbo E-O (Stock et al.,

2011).

La Sierra Libre se destaca como un elemento geomorfológico anómalo, ya que la

cima de la secuencia del Mioceno medio se encuentra a una elevación de hasta 1,160

m.s.n.m. Sobresaliendo entonces del resto de los afloramientos de unidades hiperalcalinas y

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volcánicas de esa edad en Sonora, los cuales no sobrepasan los 800 m.s.n.m, como ocurre

en Guaymas, San Carlos, Sierra Santa Úrsula, Sierra Bacatete, Rayón y hacia el pie de la

Sierra Madre Occidental. Sin embargo, en Baja California, los únicos vestigios de

volcanismo hiperalcalino conocido que corresponden a afloramientos de la Ignimbrita

Hermosillo/Toba de San Felipe, se encuentran a una altura de hasta 1600 m.s.n.m. Esta

ocurrencia ha sugerido un levantamiento máximo de 1.5 km en este sector de la península,

como un resultado de los desplazamientos laterales y verticales posteriores a los 12 Ma,

según los estudios paleomagnéticos realizados por Stock et al. (2011). En la Sierra Libre de

igual manera pudo haber ocurrido este fenómeno de levantamiento de la parte centro de

menor altura que obedecería a un evento de trastensión relacionado con el Proto-Golfo de

California en el Mioceno Medio-Superior, como ya se mencionó en el apartado estructural

de este trabajo

Figura 33. Distribución de los afloramientos del Volcanismo ácido hiperalcalino en el NW de México. En Baja California: SF San Felipe; CSR Cuenca Santa Rosa; D Delicias; AM Arroyo Matomí; PU Puertecitos; SA San Agustín; C Cataviñá; e IAG Isla Ángel de la Guarda. En Sonora: PC Punta Chueca; BK Bahía de Kino; H Hermosillo; R rayón; SMH San Miguel de Horcasitas; EG El Gavilán; SL Sierra Libre; S Sarpullido; LC La Colorada; SJP San José de Pimas; O Onavas; LB Lista Blanca e, IT Isla Tiburón). Mapa realizado bajo la investigación del Proyecto CONACYT “Estudio de los mecanismos eruptivos y de la petrogénesis del volcanismo hiperalcalino del NW de México: Sonora y Baja California”.

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1.3 La Sierra Libre un punto extraordinario de emisión del volcanismo hiperalcalino

en el NW de México.

Desde hace algunos años el avance en el conocimiento del volcanismo hiperalcalino

en el NW de México, principalmente se había concentrado en el estudio de la unidad

volcánica félsica explosiva nombrada Ignimbrita Hermosillo/Toba de San Felipe, debido a

que es la única manifestación que se encuentra ampliamente distribuida tanto en Baja

California como en Sonora. Algunos estudios anteriores han intentado encontrar un punto

de emisión para este depósito, donde hipotéticamente era factible, como en la región de

Rayón, donde los afloramientos de esta unidad bordean a estructuras semi-circulares de tipo

caldera (Gómez-Valencia et al., 2008). Sin embargo, las evidencias más claras de la fuente

para este tipo de depósitos, que son representados por facies proximales al punto de

emisión, han sido identificadas en los alrededores de Punta Chueca, donde ocurren los

espesores más importantes, facies reomórfica y una ausencia de vitrófiro (Oskin, 2001y

Bennett, 2009).

El presente trabajo demuestra que la Sierra Libre es un punto extraordinario de

emisión del volcanismo hiperalcalino en el NW de México para el Mioceno Medio y

propone que el punto de emisión de la IgnHillo/TSF pudo haberse situado en este sector.

En esta región ocurre el mayor volumen de rocas félsicas hiperalcalinas, que además es

conformado principalmente por grandes volúmenes de coladas de riolita fluidal,

considerando que las lavas riolíticas son viscosas y por lo tanto incapaces de viajar grandes

distancias de su lugar de emisión. Estas lavas presentan interdigitaciones de ignimbritas,

entre las que se encuentra la Ignimbrita Hermosillo/Toba de San Felipe. Aunque las facies

de esta ignimbrita en la Sierra Libre, reconocidas hasta el momento, no son similares a las

reportadas como intracaldera en la localidad de Punta Chueca, la ausencia de un vitrófiro en

algunos lugares, la presencia de enclaves traquíticos más densos y de gran dimensión (hasta

40 cm), su relación estratigráfica con otros voluminosos pulsos de riolita de la misma

naturaleza y no con depósitos detríticos en la base, así como el aumento del espesor de la

IgnHillo/TSF hacia la SL, hacen pensar también, que se encuentra muy cercana a su punto

de emisión.

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Por otro lado, el gran volumen de riolitas de la Sierra Libre fue emitido en un

período extraordinariamente muy corto de tiempo (1 Ma), y la gran cantidad de magma

emitida por el volcán fue de volúmenes considerables, haciendo la consideración que

derivan de un proceso de cristalización fraccionada, se puede plantear que lo que aflora es

apenas una pequeña parte del magma original emplazado a profundidad. De ser así,

deberían de existir rocas intrusivas, tal y como se sugirió a partir de las observaciones

realizadas por la fotomagnetometría, donde se aprecian anomalías que pueden corresponder

con cuerpos intrusivos emplazados por debajo de las rocas volcánicas. Algunos de estos

intrusivos pudieram haber producido un “doming” que permitiría explicar la gran altura a la

que se encuentran las unidades superiores de la Sierra Libre.

En Baja California, el estudio petrogenético de un apilamiento volcánico del

Mioceno Medio donde ocurre la unidad hiperalcalina, concluyó que el líquido de la

IgnHillo/TSF no está genéticamente relacionado a la fuente magmática de las lavas que

conforman la secuencia en esa región (Olguín-Villa, 2010). Además, en esa investigación a

partir de estudios de petro-fábrica y paleomagnetismo se determinó que el emplazamiento

de la corriente piroclástica densa, se efectuó de Este a Oeste, en al menos tres lóbulos, los

cuales comprenden las áreas de San Felipe, Cataviñá y Puertecitos (Olguín-Villa, 2010),

revelando que el flujo invadió esa región proveniente del oriente a lo largo de paleocanales.

Posterior al depósito de la ignimbrita, la zona fue deformada y segmentada en varios

bloques por un sistema de fallas de rumbo dextral formadas en un contexto de transtensión,

que hasta la fecha es responsable de la configuración que guarda el Golfo de California.

Este último episodio tectónico aunado a que la erosión no afectó a estas unidades

volcánicas es posible apreciar actualmente a los afloramientos de la IgnHillo/TSF tanto en

Baja California, como en Sonora y en algunas islas del Golfo (Isla Tiburón e Isla Ángel de

la Guarda).

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