petrología y geoquímica de rocas del volcán misti
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Expositor: Rivera, Marco / Semana de la Facultad de Geología de la Universidad Nacional San Agustín de Arequipa14/11/2011TRANSCRIPT
PETROLOGÍA Y GEOQUÍMICA DE ROCAS
DEL VOLCÁN MISTI
DIRECCIÓN DE GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICODIRECCIÓN DE GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICODIRECCIÓN DE GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICODIRECCIÓN DE GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICO
RIVERA M., HERVE M., LE PENNEC J.L., RIVERA M., HERVE M., LE PENNEC J.L., RIVERA M., HERVE M., LE PENNEC J.L., RIVERA M., HERVE M., LE PENNEC J.L., THOURET J., & GERBE M.C.THOURET J., & GERBE M.C.THOURET J., & GERBE M.C.THOURET J., & GERBE M.C.
Contexto Geodinámico
• Subducción de la placa Nazca bajo la placa Sud-americana.
• Una convergencia oblicua a una velocidad de 5-7 cm/a.
• Edad de la placa oceánica: 40-50 Ma.
• Placa subducida casi libre de sedimentos.
Misti
(Bernal et al., 2003)
Geometría de la subducción en Perú
� La placa Nazca subduce con un angulo de ~30°.
� El plano de Benioff se encuentra entre 100 y 150 km bajo el arco volcánico plio-cuaternario.
� El arco volcánico calco-alcalino está situado entre 220 y 300 km al Este de la fosa.
Volcanes activos y potencialmente activos del sur del Perú
• La cadena volcánica está situada en la Cordillera Occidental.
• 12 volcanes son potencialmente activos.
• 7 volcanes han presentado erupciones hace menos de 500 años.
Lago Titicaca
Oceano
Pacífico
0 100 km
Imagen Landsat 1996
TACNA
MOQUEGUA
AREQUIPA Huaynaputina
Yucamane
MistiUbinas
TutupacaTicsani
Sabancaya
Casiri
Coropuna
Conos de Andahuay Orcopampa
Solimana
Sara Sara
Chachani
70ºW74ºW
15ºS
• Reservorios: cuña del manto, corteza inferior
• Procesos petrogenéticos:
�La fusion parcial de la cuña del manto;
�Procesos MASH en base de la corteza continental;
�Procesos intra-corticales (cristallización fraccionada, AFC, mezcla de magmas).
MASH (fusión, asimilación, almacenamiento, homogenisación)
propuesto por Hildreth y Moorbath (1988)
Fluidos derivados de ladeshidratación de la corteza
Fusión parcial delmanto
Astenosfera
Corteza inferior
Corteza media
Arco principalAnte-arco Tras-arco
Corteza superiorCF AFC
Mezcla
MohoMASH
Cuña del manto
PETROGÉNESIS DE MAGMAS EN LA ZONA VOLCÁNICA CENTRAL DE LOS ANDES (ZVC)
• Los procesos petrogenéticos de magmas del volcán Mistison poco conocidos.
• Falta de precisión sobre la evolución magmática yvolcánica a través del tiempo.
• ¿Como influye la composición de los magmas en elcomportamiento eruptivo del Misti?.
Problemática de la génesis de magmas del Misti
� Datos que ayudarán a prever mejor el comportamiento del Misti en el futuro
• Identificar los diferentes procesos petrogenéticos y définirsu participación en la génesis y la evolución de losmagmas del Misti (<883 ka).
• Caracterizar la evolución petrogeoquímica de magmas através del tiempo, en relación con la sucesión de losepisodios volcánicos.
• Conocer el comportamiento magmático y dinámico delMisti, afin de anticipar mejor los riesgos asociados en casode una futura erupción.
Objetivos iniciales
Métodos• Cartografía de depósitos y muestreo de productos
• Análisis químicos (elementos mayores y trazas) : 105 del Misti- Universidad de Bretagne Occidental (Francia)- Universidad de Göttingen (Alemania)- Acme Labs (Canada)
• Análisis quimicos de minerales (microsonda electrónica) :- Laboratorio Magmas y Volcanes
• Análisis isotópicos de roca total (Sr, Nd, O) :- Laboratorio Magmas y Volcanes- Equipo de Transferts Lithosphériques (Saint-Etienne)
• Dataciones 49Ar/39Ar (biotitas y vidrios) :- Laboratorio Sciences du Climat et de l’Environnement (Gif-sur-Yvette)
II. ESTRATIGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DEL
VOLCÁN MISTI
VOLCÁN MISTI • Volcán activo con ~12 episodios eruptivos de magnitud leve descritos desde 1550.
• El estratocono posee un volumen aproximado de ~60 km3.
• Una tasa eruptiva de : 0,63 km3/ka (<112 ka ; Thouret et al., 2001).
• La ciudad de Arequipa (~1 millón de habitantes) se extiende a menos de 10 km al suroeste.
EL VOLCÁN MISTI
Misti 1 (~833 – 112 ka)
Misti 2 (112 – 40 ka)
Misti 3 (40 – 11 ka)
Misti 4 (< 11 ka)
Ignimbrita “La Joya”~4,8 Ma
Ignimbrita “El aeropuerto de Arequipa” ~1.65 Ma
5822 m.
Crater de edad histórica
(Modificado de Thouret et al., 2001)
• Según Thouret et al. (2001): 4 etapas de evolución volcánica.
• El Misti sobreyace secuencias ignimbriticas y rocas sedimentarias del Jurásico.
• Última actividad: erupción vulcaniana ocurrió en 1440 – 1470.
120 m
MAPA GEOLÓGICO DEL VOLCÁN MISTI
Depósito de cenizas del siglo XV.
Depósito de flujo de pómez y cenizas
Falla
Limite probable de unacaldera antigua
Depósito de caida de pómez y cenizas
Lahars
Ignimbritas del Cenozoico : “Río Chili” (13,19 Ma); "La Joya” (4,88 Ma);“Aeropuerto de Arequipa" (1,64 Ma).
Depósito de flujos de pómez de hace 2 ka.
Escarpa
H-Ce
Secuencia de flujos piroclásticos (40-11 ka)
M2/cps
FORMACIONESEDIFICIOS
DESCRIPCIÓN
Secuencia de flujos y caídas piroclásticas
Avalancha de escombros
Flujos de lava andesíticas M1/I
Flujos de lava andesítica
Lavas andesíticas La-a
M1/Da
M2/Ia
M3/Ia
M3-bpr
M3-bc
M3-pc
M4-rc
M4-dp
H-La
Falla probable
Crater
Coladas de lava andesíticas
Secuencia volcanoclásticaM1/vo
Caídas de cenizas de menos de 11 ka.
M2/cpb Depósito de flujo de pómez y cenizas, y flujos de bloques y cenizas.
P-Ig/J
40 ka
112 ka
830 ka
~11 ka
Lavas andesíticas (5,8 Ma).M-La2
M3-rp
VO
LC
AN
MIS
TI
MIS
TI
1M
IST
I 2
MIS
TI
3M
IST
I 4
Según Thouret et al. (2001) y este estudio
Depósito de flujo de pómez y cenizas, y flujos de escorias.
~93 ka
5,8 Ma
0 4 km
Mis
ti 3
(31
–12
ka)
Mis
ti 4
(<
11ka
)
Flujo de bloques y cenizas
Flujo de pómez y cenizas
Caída de pómezFlujo de pómez y cenizas
Flujo de escorias y cenizas
Flujo de bloques y cenizas
Flujo de bloques y cenizas
Mis
ti 3
(31
–12
ka)
Misti 4 (<11ka)
Flujo de pómez y cenizas
Caída de pómez
Flujo de escorias y cenizas
Depósito de bloquesmonolitológicos
Mis
ti 2
Caídas de pómez del volcán Chachani
Flujo de pómez y cenizas
Qda. Honda
Qda. Pastores
Depósito de flujo piroclásticode pómez y cenizas de hace
2000 años(Quebrada San Lazaro)
12 depósitos caídas de tefras de menos de 11,000 años(pie del flanco oeste del Misti)
III. EVOLUCIÓN PETROGÉNETICA
DE MAGMAS
Localización de muestras del volcán Misti
0.35.56.06.57.07.5
0.5
1.0
EdenitaMagnesio-hastingsita
(AlVI < Fe3+)
Ferropargasita
CaB = 1,50(Na+K)A= 0,50
Ti < 0,50
0.5
1.0
5.56.06.57.0Si (c.p.u.f.)
Tschermakita
Misti 4Misti 3Misti 2
Si (c.p.u.f.)
Magnesio-hornblenda
CaB = 1,50
(Na+K)A < 0,50CaA < 0,50
En
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Misti 1 y 2Wo Misti 3
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Fs
Misti 4
Pigeonita
Augita
Diopsido
Enstatita
50 50
MagnetitaFeO
Misti 1 y 2
MagnetitaFeO
Misti 4
MagnetitaFeO
Misti 3
Or 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Misti 3Misti 2
Fo Fa
En
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Misti 3Wo
Pigeonita
Augita
Fs
Pigeonita
Augita
50 50
HedenbergitaDiopside Diopsido
Misti 1 y 2 Misti 4
FeO.TiO2
2FeO.TiO2
FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3
Bitownita
Labradorita
Andesina
Oligoclasa
Ab
An
Misti 1 y 2
Anortoclasa
Misti 3
Anortoclasa
An
Sanidina
Misti 4
Microlitos
An
Mg# 71-88
Ortopiroxeno
Clinopiroxeno
Feldespato
Mg# 66-86
Ilmenita
Ulvospinella
Fo68-80
Anfíbol
Olivino
Oxido de Fe-Ti
Mg
/(M
g+
Fe2
+)
Mg
/(M
g+
Fe2
+)
Mineralogía de los productos
Profundidad de la cámara magmática del Misti
Temperatura (°C)
Pre
sió
n (
Mp
a)
Cono volcánico
Reservorio superficial
Cálculo empleando el geotermómetro
de Ridolfi et al., 2010
9 km
15.4 km
?412 Mpa
235 Mpa
927 °C 1017 °C
Misti 1 y 2: andesitas y dacitas
Misti 3: andesitas a riolitasMisti 4: andesitas
Rocas moderadamente potásicas
Clasificación de la serie magmática
40 45 50 55 60 65 70 750
2
4
6
8
10
12
14
RiolitaTraquidacita
Traqui-andesitaTraqui-
andésitabasáltica
Traqui-basalto
Tefritabasanita
Fono-tefrita
Tefri-fonolita
Basalto Andesitabasáltica
Andesita
Dacite
Misti 4 (<11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 1 y 2(833 - 40 ka)
(Na2O + K2O) wt%
SiO2 wt%
Modificado de Le Bas et al., (1986)
• Los tenores en elementos mayores disminuyen con la diferenciación.
• Ciertos elementos trazas muestran un comportamiento compatible.
• K2O y Rb muestran un comportamiento incompatible durante la diferenciación.
• Existe un « gap » de composición (67-73% SiO2).
15
16
17
18
19
2.0
4.0
6.0
CaO
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
55 60 65 70 75
1.0
2.0
3.0
4.0MgO
5.0
8.0
20
SiO2 wt%
55 60 65 70
Cr
Rb
Co
Sr
75
200
400
600
800
15
30
45
60
75
90
105
120135
0
1000
1200
1400
20
10
20
30
40
50
60
40
60
80
100
SiO2 wt%
Al2O3
K2O
Misti 4 (<11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 2 (112 - 40 ka)
Geoquímica de los productos
(normalizado con respecto al Manto Primitivo de McDonoung and Sun, 1989)
Rocas presentan elevadas concentraciones en elementosincompatibles LILE (K, Rb, Ba), así como un marcadoempobrecimiento en HFSE (Nb, Zr) y HREE (Yb).
Estas características son propias de magmas de zonas desubducción.
Diagrama multielementos de rocas del Misti
Ro
ca /
Man
to P
rim
itiv
o
~ 40 - 38 ka
~ 11 ka
~ 112 ka
MISTI 2
MISTI 3
MISTI 4
EDIFICIOS
• Ligera variación de concentration en elementos mayores, trazase isotopos entre las etapas éruptivas sucesivas.
• Variación más marcada durante la etapa Misti 3 (entre 34 y 31 ka).
87Sr/86SrSiO2 (wt%) MgO (wt%) Sr/Y δ18O ‰ (VSMOW) Rb (ppm)
Evolución en el tiempo
Datos isotópicos: la contaminación cortical
SiO2 wt%
AFC
CF
δ18
O‰
VS
MO
W
87Sr/86Sr
AFC
87Sr/86Sr
• Contaminante potencial: el gneis de Charcani (Masizo de Arequipa) hace parte de la corteza media – superior.
55 60 65 70 750.7070
0.7074
0.7078
0.7082
0.7086
0.7090 • Los datos isotópicos muestran lineas de fuerte pendiente.
• La cristalización fraccionada no puede ser el mecanismo principal de la evolución de los magmas.
Modelización geoquímica: cuantificación de
procesos petrogenéticos
Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
� Magma padre (Andesita 58% SiO2)
�Roca hija real (riolita 73% SiO2)�Composición del cumulado:
54%plg, 36%anf, 1%cpx, 7%Mt, 2%Ol.
�Roca contaminante: gneis de Charcani
Parámetros
1
10
100
1000
Roc
a / M
anto
prim
itivo
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er Yb
Cl = F + r * Ca * (1- F )Co r-1 zCo
Cl = Concentración del elemento en el liquido finalCo = Concentración del elemento en el liquido inicial(1-F) = Tasa de cristalizaciónCa = Concentración del elemento en el contaminanter = Masa asimilada/masa cristalizada
-z -z
{ }Modelo
De Paolo, 1981
• Razón masa asimilada / masa cristalizada (r) = ≤0,22
� Tasa de asimilación: ≤ 14%
1
10
100
1000
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er
Roc
a / M
anto
prim
itivo
Yb
Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
Resultado
Magma padre
Roca hija
r = 0.22r = 0.18 r = 0.16
�Modelos muestran que la AFC explicaría la evolución de la serie del Misti.
Evidencias:
– Textura mingling o de bandeamiento
– Minerales con zonaciones inversas
– Fases minerales en desequilibrio.
Mezcla de magmas
Misti : pómez de la erupción de 2050 años BP.
0 100 µm
Magmas pobres en HREE e Y
• Características casi similaires a las adakitas.
• En el sur del Perú, la corteza oceánica es vieja (40-50 Ma) y por ende fría.
• Estudios en la ZVC apuntan en favor de la asimilación de magmas en base de la corteza, vía un proceso MASH.
Génesis y evolución de magmas
Según Martin (1987) ; Drummond y Defant (1990)
La contaminación cortical
• Una linea magmática proveniente de la fusión parcial del manto.
• La evolución petro-genética de magmas es controlada par la contaminación par la corteza continental.
Génesis y evolución de magmas
87Sr/86Sr
143 N
d/1
44N
d
0.702 0.703 0.704 0.705 0.706 0.707 0.708 0.709 0.710
0.5131
0.5129
0.5127
0.5125
0.5123
0.5121
0.5119
Gneis deCharcani
(0,740; 0,5115)
Según Davidson et al. (1991); Delacour et al. (2007)
• Fusión parcial del manto y producción de magmas
• Asimilación en base de la corteza vía un proceso MASH (empobrecimiento en HREE e Y).
• Evolución de magmas mediante un proceso de AFC, cuyo contaminante es el gneis de Charcani.
• La tasa de asimilación es ≤14% (más importante entre 34 - 31 ka).
• Eventuales procesos de mezcla de magmas.
50 Km2000 100 150 250 300
50
100
150Km
0 Masivo de Arequipa
Modelo de génesis y evolución de magmas
Conclusiones
• El Misti a emitido andesitas y algunas dacitas, cuyacomposición química varia en una gama limitada. Las únicasriolitas han sido emitidos entre 31 y 34 ka (« Misti 3 »).
• La composición de los minerales de cada tipo petrográficono ha evolucionado de manera significativa en el tiempo. Enconsecuencia no existen ciclos magmático totalmenteindependientes.
• Los principales procesos que participan en la génesis y en la evolución de magmas son : - Fusión parcial del manto, - mecanismos intra-crustales (AFC, CF, mezcla de magmas).
Conclusiones
1) Petrogénesis y evolución de magmas
2. Evaluación de la actividad eruptiva (a corto plazo):
• Dado que en el período reciente el Misti hapresentado un comportamiento eruptivo moderado aintenso (erupciones vulcanianas modestas aerupciones plinianas), es necesario siempre preverescenarios con erupciones plinianas voluminosas.
• Las consequencia de tales erupciones seríandesastrozas para la ciudad de Arequipa.
Gracias por su atención!!
Misti 2006