INTRODUCCIÓN MARCO GEOLÓGICO

Transcripción

1 Petrología y geoquímica de las rocas ígneo-metamórficas máficas del extremo sur de la Sierra Sonobari, Sinaloa, México. Evidencia de Arcos basálticos de Isla Oceánica. *Oscar Silvestre Gómez-Juárez 1, Ricardo Vega-Granillo 2 y Vidal-Solano Jesús Roberto 2 1 Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, Universidad Autónoma de Guerrero, Taxco el Viejo, Guerrero, México 2 Departamento de Geología, Universidad de Sonora, Hermosillo, Sonora Figura 1. Localización del área de estudio en relación a los limites estatales; modificado de IRIS 3.0, INEGI. INTRODUCCIÓN Este trabajo incluye el estudio geoquímico de las rocas máficas de la porción sur de la Sierra Sonobari, la cual se ubica en la porción noroeste del estado de Sinaloa, México (Figura 1). Las rocas máficas del área ocurren en dos conjuntos litológicos, el más antiguo corresponde a un conjunto con metamorfismo regional denominado Gneis Francisco y el más reciente corresponde a un conjunto ígneo denominado Complejo Macochin, los cuales afloran en la Sierra San Francisco y Sierra Macochin respectivamente. Aunque estudios geoquímicos habían sido realizados en las rocas máficas del Gneis Francisco (Keppie et al., 2007) consideramos pertinente confirmar los datos y ampliar los estudios a las rocas máficas del Complejo Macochin las cuales no habían sido estudiadas a la fecha. Los estudios geoquímicos nos permiten la clasificación precisa de las rocas, su comparación con rocas similares de otras áreas y la interpretación del contexto tectónico en que fueron emplazadas. A un nivel regional, las rocas metamórficas del Gneis Francisco en conjunto con otras secuencias con metamorfismo regional que afloran en la región de El Fuerte, Sinaloa, han sido consideradas como el basamento de la región (Mullan, 1978). Sin embargo, lo aislado de los afloramientos y la escasez relativa de estudios detallados, impiden establecer la relación entre los diferentes conjuntos. MARCO GEOLÓGICO El Gneis Francisco está formado principalmente por orto y paragneises cuarzofeldespáticos con biotita y hornblenda con los que se intercalan numerosos cuerpos tabulares de anfibolita de algunos metros de espesor. El conjunto anterior es intrusionado por numerosos diques de pegmatita con granate-muscovita que postdatan el metamorfismo y la deformación del Gneis Francisco. Los gneises presentan migmatización y todo el conjunto presenta una foliación penetrativa y un metamorfismo en facies de anfibolita (Mullan, 1978; Keppie et al., 2006). Se han obtenido edades del Triásico Tardío (~ Ma) en el Gneis Francisco (Anderson and Schmidt, 1983; Keppie et al., 2007). Keppie et al. (2007) consideran que el metamorfismo de alto grado ocurrió durante el Cretácico Tardío- Paleoceno y que las rocas fueron exhumadas en una estructura tipo core complex en el Mioceno Temprano-Medio.En la Sierra Macochin afloran gabros de hornblendaplagioclasa intrusionados por un granito y diques pegmatíticos cuarzo-feldespáticos. Los gabros presentan un ligero metamorfismo retrógrado y están prácticamente indeformados. 255

2 Las relaciones cartográficas indican que el Complejo Macochin sobreyace al Gneis Francisco en la parte sur de la Sierra Macochin. Las rocas del área fueron originalmente incluidas bajo el término de Complejo Sonobari (De Cserna y Kent, 1961), y en el concepto de terrenos se le llamó terreno Sonobari (Campa y Coney, 1983). Debido a las rocas mesozoicas sobreyacientes, la región se incluye dentro del terreno Guerrero (Campa y Coney, 2003) o como el terreno Guerrero Compuesto (Centeno-García et al., 2008). Posteriormente, Coney y Campa (1987) lo consideran parte del Terreno Cortés del noroeste de México que consiste principalmente de rocas Paleozoicas. Por su parte, en su revisión de terrenos de México, Sedlock et al., (1993) lo nombran como terreno Tahué formado por rocas metasedimentarias del Paleozoico medio-tardío sobreyacidas por unidades volcanosedimentarias Mesozoicas. Por su parte, Poole et al. (2005) incluyen las rocas metamórficas del área como integrantes del Bloque El Fuerte. Lo que es evidente es que es imprescindible caracterizar las unidades geológicas del sur de Sonora y Sinaloa, desde todos los aspectos posibles, geocronológicos, geoquímicos, estratigráficos, estructurales, etc., para poder establecer su evolución geológica y tectónica, y entonces analizar la pertinencia de incluirlos en un determinado bloque o terreno. PETROLOGÍA Rocas máficas del Gneis Francisco. Las anfibolitas del Gneis Francisco ocurren como cuerpos tabulares de centímetros a varios metros de espesor intercalados entre orto y paragneises. Esta relación llevó a Keppie et al. (2007) a considerar que este conjunto se trata de una suite bimodal intercalada con metasedimentos. Según las relaciones de campo observadas por nosotros, consideramos que el protolito de las anfibolitas son diques en vez de flujos. Las anfibolitas muestran una foliación penetrativa producida por la orientación preferente de los cristales de anfíbol y biotita. Dicha foliación es paralela o subparalela a la foliación de los gneises encajonantes. Las anfibolitas muestran ocasionalmente un plegamiento cerrado a subisoclinal. Los cristales de anfíbol son en promedio de 1 a 2 mm de longitud, aunque localmente hay zonas con cristales mayores probablemente asociados a cristalización ígnea tardía. Una característica de las anfibolitas es que presentan rutilo accesorio. En general la unidad presenta la sobreposición leve de una deformación milonítica con indicadores cinemáticos y lineación mineral. Posterior al evento metamórfico que generó anfibolitas se produjo una retrogresión evidenciada por el cambio de biotita y hornblenda a epidota, anillos de reacción de ilmenita en rutilo, clorita alterando a biotita y plagioclasa, y esfena en bordes de reacción con rutilo. Estudios geoquímicos indican que el protolito de las anfibolitas son basaltos tholeíticos y se sugiere fueron emplazados en un contexto de intraplaca continental (Keppie et al., 2007). Rocas máficas del Gabro Macochin Las rocas máficas de esta unidad fueron originalmente cartografiadas por Mullan (1978). Los afloramientos son escasos y en gran parte se encuentran fuertemente intemperizados y erosionados. Las rocas máficas masivas son cortadas por diques pegmatíticos cuarzo-feldespáticos y rocas graníticas, que son más resistentes a la erosión e intemperismo. Las rocas máficas están formadas principalmente de hornblenda y plagioclasa. La masa principal tiene una textura hipidiomórfica granular de grano medio a grueso, aunque presenta varíaciones texturales como aglomeración de ferromagnesianos y 256

3 facies pegmatíticas con cristales de hornblenda de más de 10 cm de longitud, esta última aflorando como bolsas de tamaño menor. Los minerales están parcialmente afectados por minerales de retrogresión. Las muestras petrográficas presentan deformación intracristalina limitada evidenciada por microkinks en biotita y clorita, además de maclas de deformación en plagioclasa. GEOQUÍMICA Se analizaron ocho muestras correspondientes al sur de la Sierra Sonobari, Sinaloa; tres de las muestras corresponden a gabros colectados en el Gabro Macochin y las cinco restantes corresponden a muestras de anfibolita colectadas del Gneis Francisco. Los resultados geoquímicos obtenidos de las ocho muestras fueron realizados por el laboratorio comercial CHEMEX-ALS en Vancouver, Canadá. Los valores de los elementos mayores fueron recalculados al 100% en base anhidra para la creación de los diagramas geoquímicos de clasificación. Con fines comparativos se grafican también los datos publicados por Keppie et al. (2007). Las rocas máficas del Gneis Francisco y los gabros de la Sierra Macochin, presentan concentraciones de elementos mayores con un comportamiento muy similar. Ambos se caracterizan por presentar valores relativamente altos en titanio (1-2%) y bajos en alúmina (14-16%) a excepción de una muestra pegmatítica del gabro. De acuerdo con el diagrama de álcalis total vs sílice (TAS Figura 2A) de Le Bas et al. (1986) y el de Zr/Ti-Nb/Y de Winchester y Floyd (1977), tanto las anfibolitas como los gabros corresponden a variedades subalcalinas El diagrama de la Figura 2B, que utiliza elementos traza incompatibles e inmóviles proporciona prácticamente los mismos resultados que el TAS, remarcando que no existe una movilidad importante de elementos mayores, a pesar de que las rocas del gneiss han sufrido un metamorfismo en facies de anfibolita. Por su composición, mineralogía y su textura granular, las rocas máficas de la Sierra de Macochin se pueden clasificar como gabro de hornblenda de acuerdo al diagrama de Streckeisen, (1976). En los diagramas de la figura Figura 3 a y 3b se aprecia una dominante firma en FeO con respecto a los valores de Mg que indican la afinidad toleítica de las rocas máficas del Gneis Francisco y del Gabro Macochin. Los patrones de tierras raras generados a partir de las concentraciones normalizadas con condrita de Sun y McDonough (1989); muestran por un lado, para las rocas máficas del Gneiss Francisco (Figura 4A), un espectro relativamente plano con concentraciones de LREE ligeramente enriquecidas que guardan una gran relación con las rocas máficas estudiadas por Keppie et al. (2006), por otro lado, para los gabros (Figura 4B), un espectro dominado por un empobrecimiento más marcado de HREE y una forma que es característica de los coeficientes de repartición del anfíbol, remarcando la presencia de este mineral como dominante en la composición de las rocas. El diagrama multi-elementos normalizado con MORB propuesto por Pearce, (1983) para las rocas máficas estudiadas en la región (Figura 5A y B), permite observar una perfecta congruencia en la distribución de los elementos traza, siguiendo la misma tendencia de la firma modelo de un basalto subalcalino de arco de isla oceánica (Wilson, 1983). Este aspecto que es similar en los espectros de las rocas máficas reportadas por Keppie et al., (2007), es generado, por una parte, por el enriquecimiento de los elementos 257

4 LILE y una marcada anomalía de Nb-Ta, comparado con los valores de los MORB, remarcado la participación de un componente de subducción en la fuente de los magmas, por otra parte, por el comportamiento relativamente plano y semi paralelo al patrón MORB, de los elementos incompatibles inmóviles Nb, Zr, Hf, Ti, Y y Yb, que probablemente refleja la característica original de su fuente derivada de una manto superior astenosferico (Hawkesworth y Powell, 1980; Wilson, 1983). De acuerdo con la concentración de los elementos traza inmóviles e incompatibles se llevo a cabo un acercamiento a la determinación del ambiente tectónico en ambos grupos de roca. El diagrama Nb/Y-Ti/Y (Figura 6A) muestra que las anfibolitas y los gabros se enmarcan dentro del campo de los MORB y VAB (basaltos de arco volcánico), hecho que se corrobora con el diagrama Ti-V (Figura 6B), en el que las muestras se distribuyen diagonalmente sobre el campo de MORB y los basaltos de cuenca tras arco (BAB). En estos diagramas una firma MORB puede ser completamente descartada a partir del reconocimiento previo de un componente de subducción en la fuente. Este factor es más claro en el diagrama Ta/Yb-Th/Yb de Pearce (1983) (Figura 7) donde se muestra que las anfibolitas y los gabros se separan del arreglo mantélico por medio de un componente de subducción, dispersandose en los campos de los arcos oceánicos con afinidad toleítica a calcoalcalina. DISCUSIÓN Los resultados de las muestras estudiadas en este trabajo y los obtenidos por Keppie et al. (2007) en las anfibolitas del Gneis Francisco son coincidentes en la mayoría de los rasgos químicos observados en los diagramas. No obstante, Keppie et al. (2007) interpretan las rocas máficas como generadas en un contexto de magmatismo bimodal en un ambiente de intraplaca continental. La interpretación de nuestros resultados es apoyada en la combinación de varios aspectos químicos que proponen, para ambas rocas. un origen asociado con una manto metasomatizado que puede ser relacionado con la fuente de los magmas en un arco de islas oceánico. Asimismo, más que un magmatismo bimodal, los datos de campo indican que se trata de diques basálticos que cortan un conjunto de rocas cuarzo-feldespáticas metamorfoseadas con protolitos ígneos y sedimentarios. Desde el punto de vista geoquímico no es posible diferenciar las rocas máficas del Gneis Francisco de las del Gabro Macochin. La diferencia radica en que las rocas del Gneis Francisco han experimentado al menos un evento de metamorfismo regional de facies de anfibolita mientras que el Gabro Macochin no muestra evidencias de este evento. Así, es factible, que las rocas máficas de ambos conjuntos se hayan emplazado en un contexto similar, pero que ocurrieron antes y después de un evento de deformación-metamorfismo. CONCLUSIONES El análisis petrográfico realizado para este estudio, sugiere un protolito ígneo plutónico, pues ninguna muestra de la anfibolita presenta relictos volcánicos y si un desarrollo de contacto grano a grano, característico de rocas plutónicas. Las relaciones de campo muestran zonas con xenolitos de la roca encajonante dentro de los diques de anfibolita, que sustentan las observaciones petrográficas. Los resultados geoquímicos producen valores similares para las anfibolitas de la Sierra San Francisco, los gabros de la Sierra Macochin y las rocas máficas reportadas por Keppie et al. (2007). Sin embargo se toma en cuenta que entre estas dos unidades el rango de edad es distinto, así como el hecho 258

5 de que las anfibolitas de la Sierra San Francisco y los gabros de la Sierra Macochin presentan caracteres estructurales y petrográficos distintos. Los dos paquetes litológicos descritos están formados por rocas máficas subalcalinas con afinidad toleítica pero con cierta variación hacia la serie calcoalcalina. Todas las muestras presentan una analogía en ambiente tectónico que corresponde a basaltos de arco isla oceánica. Figura 2A Figura 4A Figura 4B Figura 2B Figura 5A Figura 5B Figura 3A Figura 6A Figura 6B Figura 7 Figura 3B Diagramas geoquímicos mencionados en el texto para las anfibolitas de la Sierra San Francisco, los gabros de la Sierra Macochin y rocas máficas en Keppie et al., (2006), Figura 2.- A:TAS de LeBas et al, (1986), B: Diagrama Zr/Ti-Nb/Y de Winchester y Floyd (1977); Figura 3.- A: Diagrama de Miyashiro (1974), B: Diagrama AFM de Irvine y Baragar (1971). Figura 4.- A: Diagramas REE normalizado con condrita de Sun y McDonoug (1989), B: para los gabros de la Sierra Macochin; Figura 5.- A: Diagrama multielementos normalizado con MORB de Pearce (1983), B: para los gabros de la Sierra Macochin; Figura 6.- A: Diagrama Nb/Y-Ti/Y de Pearce (1982), B: Diagrama Ti-V de Shervais (1982); Figura 7.- Diagrama Ta/Yb-Th/Yb de Pearce (1983). 259

6 REFERENCIAS Anderson, T.H., and Schmidt, V.A., The evolution of Middle America and the Gulf of Mexico- Caribbean region during Mesozoic time: Geological Society of America Bulletin 94 (8), De Cserna, Z., Kent B.H., 1961, Mapa Geológico de reconocimiento y secciones estructurales de la región de San Blas y El Fuerte, Estado de Sinaloa, Cartas Geológicas y Mineras No. 4, Instituto de Geología UNAM. Keppie, J.D., Dostal, J., Miller, B.V., Ortega-Rivera, A., Roldán-Quintana, J Geochronology and Geochemistry of the Francisco Gneiss: Triassic Continental Rift Tholeiites on the Mexican Margin of Pangea Metamorphosed and Exhumed in a Tertiary Core Complex, Journal International Geology Review 48 (1), Campa, U. M. F., Coney, P., 1983, Tectono-stratigraphic terranes and mineral resource distributions of Mexico: Canadian Journal of Earth Sciences, 20, Centeno-García E., Guerrero-Suastegui M., and Talavera-Mendoza O., The Guerrero Composite Terrane of western Mexico: Collision and subsequent rifting in a supra-subduction zone. In: Amy Draut, Peter Clift, and Dave Scholl, (eds) Formation and applications of the sedimentary record in arc collision zones, GSA Special Paper 436. Hawkesworth and Powell, 1980C.J Hawkesworth and M Powell, Magma genesis in the Lesser Antilles island arc, Earth Planet. Sci. Lett. 51 (1980), pp Irvine, T. N. & Baragar, W. R. A. (1971). A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences 8, Le Bas, M. J., Le Maitre, R. W., Streckeisen, A. & Zanettin, B. (1986). A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali silica diagram. Journal of Petrology 27, Mullan, H.S Evolution of the Nevadan orogen in northwestern Mexico. Geological Society of America Bulletin 89 (8) Pearce, J. A. (1982) Trace element characteristics of lavas from destructive plate boundaries. In Thorpe, R.S. ed., Andesites, , John Wiley and Sons, Chichester, U.K. Pearce, J. A. (1983) Role of the cub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margines, In Hawkesworth, C. J. and Norry, M. J. eds., Continental basalts and mantle Xenoliths, , Shiva, Nantwich, Cheshire, U.K. Poole, F. G., Perry Jr., W.J., Madrid, R.J., Amaya-Martínez, R., 2005, Tectonic synthesis of the Ouachita- Marathon-Sonora orogenic margin of southern Laurentia, Stratigraphic and structural implications for timing of deformational events and plate-tectonic model, in Anderson, T.H., Nourse, J.A., McKee, J.W., Steiner, M.B. (eds.), Geological Society of America Special Paper 393, :, Geological Society of America Special Paper 393, Rollinson, H.R Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation. Longman,Essex Saunders, A.D.; Norry, M.J.; Tarney, J. J. Petrol. 1988, Fluid Influence on the Trace Element Compositions of Subduction Zone Magmas, Special Lithosphere Issue, Sedlock, R. L., F. Ortega-Gutiérrez, R.C. Speed, 1993, Tectonostratigraphic Terranes and Tectonic Evolution of Mexico, Geol. Soc. Am. Special Paper 278, Boulder, Colorado. 153 Shervais, J. W. (1982). Ti V plots and the petrogenesis of modern and ophiolitic lavas. Earth and Planetary Science Letters 59, Streckeisen, A. (1976): To each plutonic Rock its proper name.- Earth Science Rev. Bd. 12 p.1-33 Amsterdam, London, New York Sun, Shen-su and McDonough, W. F. (1989) Chemical and Isotopic Systematics of oceanic basalts: implications for Mantle Composition and Processes. In A.D. Saunders and M.J. Norry (eds.) Magmatism in the Ocean Basins, Spec. Publ. Vol. Geol. Soc. Lond., No. 42, pp Wilson, B.M "Igneous Petrogenesis A Global Tectonic Approach" Springer, ISBN: , 466 pages Winchester, J. A. & Floyd, P. A. (1977). Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chemical Geology 20,