Análisis de petrografía y geoquímica del Plutón Calmallí, centro de la Península de Baja California

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1 Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016 Memorias Análisis de petrografía y geoquímica del Plutón Calmallí, centro de la Península de Baja California Rocío Lley García Mesino Unidad Académica Ciencias de la Tierra de la UAGro Programa de verano Delfín rocio_lley@outlook.es Área I: Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra Dr. Luis Alberto Delgado Argote Investigador de la División de Ciencias de la Tierra, CICESE ldelgado@cicese.mx Ing. D. Karina Gómez Alvarez Estudiante de maestría de la División de Ciencias de la Tierra CICESE dgomez@cicese.edu. mx Resumen El Cinturón Batolítico Peninsular está formado por un conjunto de plutones que afloran desde el sur de California, E.E.U.U., hasta la mitad de la península de Baja California. Según Gastil et al. (1975), el CBP tiene más de 400 plutones discretos con dimensiones variables, dentro de los que se encuentra el plutón Calmallí. Se analizaron óxidos de Fe y Ti de una serie que varía de quarzodiorita a gabro pues pueden ser utilizados como buenos indicadores petrogenéticos y para apoyar los estudios paleomagnéticos que se están realizando. El plutón Calmallí tiene una litología definida desde gabrodiorita hasta granodiorita rica en hornblenda y piroxenos. Los piroxenos disminuyen conforme se incrementa el contenido de cuarzo. Los óxidos de Fe-Ti principales son la magnetita con ilmenita en inclusiones externas. La abundancia de óxidos en las rocas de composición máfica es mayor que en las rocas de composición félsica. En consecuencia, la susceptibilidad magnética de las rocas es mayor en las rocas de composición máfica. Palabras clave: Cinturón Batolítico Peninsular, plutón Calmallí, indicadores petrogenéticos, paleomagnético, Susceptibilidad magnética.

2 Introducción 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 El Cinturón Batolítico Peninsular (CBP) forma parte del arco magmático Jurásico- Cretácico que aflora desde el sur de California en el paralelo 34 N, hasta el paralelo 28 N en Baja California, en la mitad de la península de Baja California. Según Gastil et al. (1975), en Baja California el CBP tiene más de 400 plutones discretos con dimensiones variables, los cuales se formaron sobre litosfera oceánica en el oeste y corteza continental en el este. Esta zona es una de las más estudiadas pero de gran controversia geológica. Según diversos autores (Torres-arrillo et al., 2015) Sugieren un transporte largo hacia el norte (1200 km o más) y rotaciones en sentido horario de 20 a 50 de la península desde el Cretácico. Las evidencias geológicas no soportan esta información. Por lo tanto, se han realizado trabajos de paleomagnetismo para verificar el movimiento de los cuerpos plutónicos que conforman el CBP en la porción meridional de la península de Baja California. Estudios realizados por Avilez-Serrano (2012) al norte y noroeste del área de estudio, dividen la región meridional del CBP en tres zonas según el contenido de óxidos de Fe-Ti en los plutones. Las zonas, están orientadas NW-SE, paralelas a la tendencia estructural regional y se definende la forma siguiente: zona I en la parte occidental, donde los plutones son de composición gabroica a tonalítica con magnetita y titanomagnetita con exsoluciones de ilmenita; zona II, en la parte central, está definida por plutones de composición cuarzodiorítica a tonalítica con magnetita, es pobre en titanomagnetita e ilmenita; zona III, en el oriente, donde los plutones son principalmente de composición tonalítica con titanomagnetita e ilmenita primaria. El área de estudio se encuentra en la proyección hacia el sur de la Zona II. Para validar dicha proyección se analizaron los óxidos de Fe-Ti del plutón Calmallí. Los óxidos de Fe y Ti son formadores de rocas, se encuentran en todo el planeta. Los óxidos de Fe y Ti que se forman en el manto superior, son un constituyente menor de las rocas (<1 a 3% en volumen), aunque sus rangos composicionales pueden ser utilizados como buenos indicadores petrogenéticos. Aspectos como temperatura, presión, fugacidad de oxígeno, composición de la roca y del fluido, y registro de episodios de fusión, pueden ser obtenidos mediante el análisis de los óxidos de Fe y Ti. Los óxidos de Fe son los portadores principales de magmatismo en las rocas y son los registros más efectivos de la migración de placas a través del tiempo en la superficie del planeta. El mineral magnético más abundante en las rocas de la corteza es la magnetita. Por lo tanto, la susceptibilidad magnética de las rocas está en función del contenido de magnetita. El objetivo de este trabajo será, analizar los óxidos de Fe y Ti que conforman estas rocas, ya que pueden ser utilizados como indicadores petrogenéticos, según sus rangos composicionales. De esta forma mi trabajo contribuye a reforzar mediciones paleomagnéticas que se realizarán más adelante.

3 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Materiales y Métodos Se elaboraron 8 láminas delgadas de rocas intrusivas para la descripción petrográfica con un microscopio petrográfico (ZEISS Axiolab) (iilustración 1) en el Laboratorio de Petrografía de la División de Ciencias de la Tierra del CICESE, con el cual se observaron las propiedades ópticas de cada mineral para poder saber que mineral es. Se realizó un conteo modal (Ilustración 2) de un mínimo de300 puntos por lámina, separados cada 1mm y se definieron las características texturales de las rocas. El resultado de la moda fue utilizado para clasificar las rocas con base en el diagrama Streckeisen (1976) para rocas plutónicas. Ilustración 1. Foto del microscopio petrográfico del departamento de Geología donde se realizó el análisis de las rocas. Fuente: Propia. Ilustración 2. Foto del contador para el conteo de puntos, en ella se iba indicando la cantidad de cada mineral visto. Fuente: Propia Para el análisis de óxidos en el microscopio electrónico de barrido (SEM) se utilizaron láminas delgadas con pulido espejo. Previamente se seleccionaron los minerales opacos usando un microscopio estereoscópico (LEICA EZ4HD) (Ilustración 3) y se realizó un mapa de los minerales elegidos. El análisis del SEM consistió en identificar texturas de exsolución, inclusiones y las diferentes fases de óxidos de Fe-Ti que componen la roca. Este trabajo se realizó en el laboratorio de microscopia electrónica de barrido (Ilustración 4) de la División de Ciencias de la Tierra, con un MEB JOEL JSM-35C, con la ayuda de L. Gradilla-Martínez.

4 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Ilustración 3. Foto del microscopio estereoscópico de la División de Ciencias de la Tierra, con el que se realizó la selección de los minerales opacos para que fueran analizados en el SEM. Fuente: Propia. Ilustración 4. Foto del equipo SEM de la División de Ciencias de la Tierra, donde se realizó el análisis de óxidos de las rocas. Fuente: Propia. Para la medición de la susceptibilidad magnética se usó el susceptibilímetro portátil KT- 10R Plus S/C con bobina circular (Ilustración 5), el cual permite medir simultáneamente la susceptibilidad magnética y conductividad eléctrica de muestras de rocas. Se realizaron dos disparos por muestra y se calculó la media para cada roca, de esta forma al obtener los datos se eléboro una gráfica para observar la tendencia de las susceptibilidades de acuerdo con la composición de las rocas. Resultados Petrografía Se realizó un análisis petrográfico de ocho muestras del plutón Calmallí (pc), las cuales fueron clasificadas según su textura y composición mineralógica. El conteo modal, consistió de 300 puntos por lámina (Tabla 1), posterior a ello los valores obtenidos son normalizados (Tabla 2 y 3) para poder graficarlos en el diagrama QAP de Streckeisen (1976) para clasificar las rocas. Los resultados de este análisis nos revela que tenemos rocas de composición similar pero en porciones diferentes, dichos valores normalizados se graficaron en el diagrama QAP. En el diagrama (Figura 1) se muestra la tendencia del plutón, observándose que tenemos cuatro tipos de rocas diferentes del pc y tiene un espectro de composición desde gabrodiorita hasta granodiorita.

5 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Tabla 1. Valores obtenidos del conteo modal de cada muestra con su total de puntos. Donde Pl= Plagioclasa, Bt= Biotita, Hbl= Hornblenda, Qtz= Cuarzo, Fk= Feldespato potásico, Ox= Óxidos, Opx= Ortopiroxeno, Cpx= Clinopiroxeno y Acc= Minerales accesorios. Fuente: Karina Gómez. MUESTRA Pl Bt Hbl Qtz Fk Ox Opx Cpx Acc TOTAL P8-VI P9-VI VI II-15B II X X XI Tabla 2. Muestra los valores normalizados al 100% del conteo modal de cada muestra. Fuente: Elaboración propia. MUESTRA Pl Qtz Fk TOTAL Pl Qtz Fk TOTAL P8-VI P9-VI VI II-15B II X X XI Tabla 3. Muestra en las cinco primeras columnas los valores obtenidos del conteo modal de los minerales que serán grafiados en el diagrama QAP. En las cuatro últimas columnas se muestran los valores normalizados al 100% y son los valores que se ocupan en el diagrama. Fuente: Elaboración propia.

6 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Diagrama 1. En este diagrama se insertaron los valores normalizados de los minerales que se encuentran en los vértices. Del lado derecho se encuentra la simbología para cada muestra. CUARZO DIORITA La lámina con clave P8-VI-16 presenta una textura holocristalina, contiene minerales como cuarzo 10%, hornblenda 14%, biotita 23%, plagioclasas de tipo andesina 50% y feldespatos 3% (Foto 1), de igual manera también presenta minerales opacos que se encuentran en inclusiones de los minerales antes mencionados. GRANODIORITA La lámina con clave P9-VI-16, presenta una textura holocristalina, contiene minerales como biotita 23%, plagioclasas de tipo andesina 48%, hornblenda 8%, cuarzo 13% y feldespatos 7% (Foto 2), de igual manera presenta minerales opacos que se encuentran en inclusiones de los minerales antes mencionados. CUARZO MONZODIORITA Las láminas con clave 1-X-14 y 1-VI-16, presentan una textura holocristalina, contiene minerales como plagioclasas de tipo oligoclasa y andesina 63%, hornblenda 9%, cuarzo 7%,

7 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) clinopiroxeno 3%, ortopiroxeno 7% y feldespato 2% y biotita 9% (Foto 3), también presenta minerales opacos que se encuentran en inclusiones de los minerales antes mencionados. GABRODIORITA Las láminas con clave 3-X-14, 37-X-15, 11-III-15 y 8-XI-15, presentan una textura holocristalina, contiene minerales como plagioclasa de tipo andesina 62%, biotita 1%, hornblenda 19%, cuarzo 5%, feldespato 4%, ortopiroxeno 4%, clinopiroxeno 3%, epidota 1% y clorita 1% (Foto 4), también presenta minerales opacos que se encuentran en inclusiones de los minerales antes mencionados. Foto 1. Cuarzo Diorita en Nicoles Cruzados, donde se observa su textura y algunos minerales como Plg= Plagioclasa, Bt= Biotita y Ox= Óxidos. Fuente: Propia Foto 1. Granodiorita en Nicoles Cruzados donde se observa su textura y algunas minerales como Hbl= Hornblenda, Plg= Plagioclasa, Ox= Óxidos. Fuente: Propia. Foto 3. Cuarzo Monzodiorita en Nicoles Cruzados, donde se observa su textura y algunos minerales como Plg= Plagioclasa, Ox= Óxidos, Cpx= Clinopiroxeno, Opx= Ortopiroxeno. Fuente: Propia. Foto 4. Gabrodiorita en Nicoles cruzados, donde se observa su textura y algunos minerales como Ox= Óxidos, Opx= Ortopiroxeno, Hbl= Hornblenda, Cpx= Clinopiroxeno, Plg= Plagioclasa. Fuente: Propia.

8 MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO DE LOS ÓXIDOS 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Se analizaron los óxidos de Fe y Ti de las ocho muestras del pc. Los productos de oxidación de titanomagnetitas (ya sea por exsolución u oxidación deutérica) se clasificaron según Haggerty (1991), quien divide los intercrecimientos de ilmenita en magnetitas en tres tipos de acuerdo con su morfología: 1) lamelas en enrejado, 2) bandas tipo sándwich e 3) inclusiones (composite inclusions) externas e internas, dependiendo si la ilmenita se encuentra parcial o totalmente incluida, respectivamente, en la titanomagnetita huésped. Los resultados de los análisis semicuantitativos EDS (espectrometría de energía dispersiva, por sus siglas en inglés) de la composición química de los óxidos de Fe-Ti, se presentan en la Tabla 4. Muestra Círculo P8-VI Punto a b c d e a b a b c d Na Mg Al Si K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Total magnetita magnetita ilmenita ilmenita ilmenita magnetita ilmenita magnetita ilmenita ilmenita magnetita Tabla 4. Ejemplo de los resultados que arroja el análisis del SEM para cada muestra, en este caso, solo es de una muestra, y se ve claramente los valores (ppm) para elemento. Fuente: Karina Gómez. En las muestras los óxidos forman el 2% de la roca. Se realizaron análisis en óxidos cuyo tamaño varía de 20 a 300 µm con formas anhedral y subhedral. Los cristales de magnetita se encuentran como inclusiones (Foto 5 y 6). La ilmenita se observa en bandas tipo sándwich y de inclusiones externas (Foto 5 y 6). Las magnetitas de estas muestras tienen valores relativamente altos de Al2O3, MgO y V2O3 (Tabla 4). En las ilmenitas resaltan los valores de TiO2 FeO. Con base en los resultados se elaboró una gráfica (Gráfica 1) donde se puede observar que las rocas máficas tienen más abundancia de óxidos a diferencia que las félsicas.

9 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Foto 2 y 6. Se muestra los minerales óxidos Mag= Magnetita, Ilm= Ilmenita, Ap= Apatito. La magnetita la podemos encontrar de inclusión en otro mineral y la ilmenita en bandas tipo sándwich y de inclusiones externas. Fuente: Karina Gómez Oxidos vs tipo de roca Cuarzodiorita Granodiorita Cuarzo-Monzodiorita Gabrodiorita Gráfica 1. Los óxidos son más abundantes en las rocas máficas en comparación de las rocas félsicas, es decir, las rocas máficas tienen mayor contenido de óxidos mientras que las félsicas que tienen pocos o inclusive no presentan óxidos. Fuente: Elaboración propia.

10 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 SUSCEPTIBILIDAD MAGNÉTICA La susceptibilidad magnética de las rocas es un principio controlado por el tipo y la cantidad de minerales magnéticos en las rocas. A veces, está controlada por los minerales paramagnéticos (silicatos máficos como olivino, piroxenos, anfíboles, micas, turmalina, granate), a menudo por minerales ferromagnéticos (óxidos de hierro o sulfuros, representados por la magnetita y/o pirrotita, respectivamente) y con mucha menos frecuencias por los minerales diamagnéticos (calcita, cuarzo). Se realizó el análisis de susceptibilidad para todas las rocas, donde se obtuvieron valores bajos en las rocas cuarzo diorita y valores altos en gabrodioritas. En base a estos resultados se elaboró un grafica (Grafica 2) donde podemos observar que las rocas máficas son las que presentan mayor susceptibilidad mientras que las rocas más félsicas tienen una susceptibilidad baja Susceptibilidad vs tipo de roca Cuarzodiorita Granodiorita Cuarzo-Monzodiorita Gabrodiorita Gráfica 2. Las rocas máficas tienen una susceptibilidad magnética mayor a comparación que las rocas félsicas, es decir, mientras más máfica sea una roca mayor susceptibilidad magnética tendrá debido a la presencia de óxidos en ella. Fuente: Elaboración propia.

11 Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016) Discusión y conclusiones El cp comparte características composicionales con los plutones tipo I de la zona occidental del CBP, mostrando composiciones de gabro con magnetita a granodiorita, cuya susceptibilidad magnética es mayor de 2 * 10-3 SI. Avilez-Serrano (2012) realizó análisis de óxidos de Fe-Ti en la parte meridional, mostrando que los plutones de la zona oeste se caracterizan por ser más máficos, típicamente muestran más de 2.5% de magnetita-titanomagnetita (la ilmenita es producto de exsolucuión). Del presente trabajo se ha logrado recopilar un conjunto de datos de los óxidos de Fe-Ti que conforman el plutón Calmalli. La magnetita y la ilmenita (normalmente como inclusiones externas y exsoluciones) son los óxidos principales. Esto depende de la fugacidad de oxígeno y la abundancia del elemento en cuestión. La susceptibilidad magnética es más fuerte en las rocas gabroicas y más ligera en las granodioritas Mineralógicamente, los piroxenos son abundantes en las rocas gabroicas y su volumen disminuye hasta desaparecer en las granodioritas. La hornblenda está presente en todas las rocas y la biotita aparece como mineral accesorio en las dioritas. Con base en la composición se puede decir que entre más máfica es una roca posee más óxidos y tiene una mayor susceptibilidad magnética, y en las rocas félsicas tendrá menor presencia de óxidos y una susceptibilidad menor. La importancia de este plutón radica en que, coincide con la posición de la zona de sutura, por lo tanto se esperaría que mostrara una rotación en sentido horario (Torres-Carrillo et al., 2015). Mediante el análisis de óxidos de Fe y Ti que conforman estas rocas, según sus rangos composicionales, serán utilizados como indicadores petrogenéticos, para saber los grados de rotación. Agradecimientos Agradezco al Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), en especial a la División de Ciencias de la Tierra (CT), que por medio de su programa educativo me permitió realizar mi estancia de verano. Gracias al programa DELFIN, Verano de Investigación Científica y Tecnológica del Pacifico 2016, por la beca otorgada y por permitirme realizar esta maravillosa experiencia. Agradezco al Dr. Luis A. Delgado Argote por aceptarme y permitirme realizar esta estancia de verano bajo su supervisión, de igual manera agradezco a la Ing. Doris Karina Gómez Álvarez por apoyarme en esta estancia con sus asesorías y contribuir con mi desarrollo académico y personal. Un agradecimiento especial a mis padres que me apoyaron a realizar esta estancia tanto emocional como económicamente, ya que sin su apoyo esto no sería posible.

12 4 Encuentro de Jóvenes Investigadores CONACYT Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016 Referencias Avilez-Serrano, P. (2012). Petrología y ambientes de emplazamiento de los plutones de la zona centro-meridional del Cinturón Batolítico Peninsular, Baja California, México. Tesis de Maestría en Ciencias, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada. 169 p. Contreras López, M., Petrología, geoquímica y relaciones estructurales del putón Calmallí, al sur del Cinturón Batolítico Peninsular, Baja California, México. Tesis de Maestría, División de Ciencias de la Tierra. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) p. Gastil, R. G., Phillips, R. P. and Allison, G. C. (1975). Reconnaissance Geology of the State of Baja California. Geological Society of America Memoir, 140, Haggerty, S. E. (1991). Oxide textures: a mini-atlas. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 25(1) p. MacKenzie, W. S., Donaldson, C. H. and Guilford, C. (1982). Atlas of igneous rocks and heir textures (pp.148). United States of America, Longman Torres-Carrillo, X. G., Delgado-Argote, L. A., Böhnel, H., Molina-Garza, R. S., and Weber, B. (2016). Palaeomagnetic assessment of plutons from the southern Peninsular Ranges batholith and the Jurassic Vizcaíno igneous suites, Baja California, México. International Geology Review, 58(4) p.