Evidencias geológicas y petrológicas sobre el origen y la evolución progresiva de la corteza plutónica del Arco Famatiniano en la Sierra de Valle Fértil.

OTAMENDI, J., CRISTOFOLINI, E. Y TIBALDI A.

Congreso; 2do Simposio sobre Petrología Ígnea y Metalogénesis Asociada; 2013

Sobre la base de evidencias fundamentalmente de campo, con apoyo de datos petrográficos, geoquímicos y geocronológicos, se ha investigado la petrogénesis y construcción de sucesiones magmáticas típicas de arco, utilizando el ejemplo natural expuesto en la Sierra de Valle Fértil, provincia de San Juan, Argentina. En la Sierra de Valle Fértil se encuentra una sección plutónica completa, de la parte superior de la corteza inferior y media, del arco magmático que estuvo activo en el Ordovícico inferior, y evolucionó en la placa superior del margen destructivo del Gondwana occidental. Las relaciones de campo a escala regional muestran una variación del tipo de roca plutónica ígnea predominante gradual y continua desde oeste a este. No obstante, en la secuencia expuesta en la Sierra de Valle Fértil se han diferenciado unidades lito-estratigráficas, utilizando como criterio el tipo litológico más abundante. Además, cada una de las unidades litoestratigráficas se puede cartografiar a escala regional, por lo que fueron denominadas: 1- máfica,con gabros cumulares y no cumulares intercalados con dioritas; 2- intermedia, con dioritas cuarzosas y tonalitas; 3- intermedia transicional, formada por una mezcla intima de tonalitas y leucogranitos; 4- silícica, en donde predominan granodioritas, pero también se encuentran tonalitas y granitos; y 5- metasedimentaria, constituida por migmatitas, mármoles, anfibolitas asociadas a mármoles, complejos de pegmatitas y granitos anatécticos. También, las observaciones de campo han permitido demostrar que la secuencia plutónica está dominada por rocas que son progresivamente más diferenciadas hacía el oriente, en el mismo sentido que disminuyen las paleo-profundidades del arco ordovícico. La secuencia plutónica sólo se interrumpe por la presencia de migmatitas metasedimentarias, las cuales conforman fajas kilométricas, lentes de centenares de metros, o tabiques métricos. Leucogranitos, que aparecen espacialmente asociados a rocas metasedimentarias o que forman cuerpos tabulares discretos, son interpretados como fundidos anatécticos generados en las rocas metasedimentarias y segregados completamente desde ellas. El balance de masas por regresión múltiple con elementos mayoritarios permite estimar que a partir de una magma máfico típico, la cristalización fraccionada debería avanzar un 80%, y en varias etapas, para generar una granodiorita de la unidad silícica. Además, se pudo documentar que la cristalización fraccionada estaría dominada por plagioclasa y hornblenda, con proporciones menores de óxidos de Fe y Ti. La ausencia de un volumen significativo de rocas cumulares constituidas por plagioclasa y hornblenda, tal como es estimado teóricamente por el balance de masas, indica que la secuencia plutónica no fue generada enteramente por cristalización fraccionada en un sistema cerrado. Por esta razón se evalúan dos mecanismos petrológicos que actúan en sistemas abiertos, esto son: 1) asimilación de rocas metasedimentarias dentro de magmas máficos, y 2) interacción (mingling and mixing) en estadios múltiples entre magmas máficos e intermedios con fundidos leucograníticos derivados de rocas metasedimentarias. Estas hipótesis son consistentes con: 1) la variación de elementos mayoritarios en geoquímica de roca total, y 2) la variación relativa de las relaciones isotópicas 87Sr/86Sr(T) and 143Nd/144Nd(T) que forman un hipérbola entre dos extremos, uno ocupado por las rocas máficas isotópicamente más primitivas y el otro por rocas metasedimentarias y leucogranitos. A partir de un modelo petrogenético integral para la sección plutónica de Valle Fértil, y del conocimiento del contexto geológico en el que se generó, se deduce la secuencia evolutiva que construyo la corteza magmática del arco ordovícico. La generación del magmatismo combina material ígneo proveniente del manto con sucesiones sedimentarias que constituían la corteza donde se instaló un sistema de arco (¿frontal?). Durante los estadios iniciales, el magmatismo fue predominante máfico. Ejemplos de este magmatismo inicial se encuentran, no sólo dominando la corteza inferior en Valle Fértil, sino que también en niveles someros del arco expuesto en el Sistema de Famatina. La entrada continua de magmas máficos provoca un calentamiento progresivo de la corteza, desde abajo hacía arriba, y desencadena la fusión parcial de rocas metasedimentarias en niveles profundos a medios de la corteza, este proceso ha sido calculado teóricamente por el modelo llamado ?hot zone?, y se ha determinado que el gradiente geotérmico aumenta hasta estabilizarse después de un millón de años de magmatismo máfico (Annen y Sparks 2002). Cuando las secuencias sedimentarias experimentan fusión parcial intensa, y liberan fundidos leucograníticos, se desencadena un proceso complejo de hibridización entre rocas y/o magmas máficos y fundidos leucograníticos. El resultado final de este proceso petrológico es la generación de magmas intermedios, desde dioríticos a tonalíticos que comienzan a crecer, ascender, y ocupar espacios voluminosos. Las condiciones necesarias para la generación de magmas silícicos (granodioríticos a monzograníticos) se alcanzan cuando los magmas intermedios han invadido casi toda la corteza media. Las granodioritas se generan por cristalización fraccionada de magmas intermedios (tonalíticos) o por la hibridización de estos mismos magmas con leucogranitos anatécticos. Los modelos numéricos indican que entre 1,5 y 5,0 millones de años de evolución, las condiciones térmicas de la corteza media (entre 14 y 20 km de profundidad) alcanzan temperaturas cercanas o superiores a 800 ºC, y la velocidad de generación de magmas intermedios y silícicos es tan grande que impulsa el ascenso de estos magmas hacía la corteza superior. La producción de magmas intermedios y silícicos se desarrolló de manera progresiva, secuenciada, y el emplazamiento se produjo por pulsos. La idea con mayor consenso es que, la transferencia de magmas desde las zonas de generación hacía niveles superiores se produce a través de una red de canales de cuerpos irregulares, y/o pequeños diapiros elongados en su orientación vertical. En efecto, la geología regional muestra que, la corteza superior del arco Famatiniano está formada por batolitos, constituidos por numerosos plutones, y en general alineados siguiendo la orientación del eje del arco. Todas las observaciones indican que el sistema plutónico ? volcánico del arco Famatiniano se construyó de manera progresiva. La construcción del sistema plutónico avanzó con el tiempo desde niveles profundos hacía niveles someros, y el magmatismo máfico que en principio se instaló en toda la corteza, cuando el sistema magmático del arco maduró, se restringió a intrusiones en la corteza inferior a media. Luego de un tiempo de entrada de magmas máficos se alcanzaron las condiciones para generar magmas intermedios; en tanto que los magmas silícicos no se formaron hasta que los magmas intermedios fueron voluminosos. Una amplia base de datos de geocronología demuestra que todo el proceso de construcción de la columna vertical magmática Famatiniana se desarrollo en menos de 10 Ma (Ducea et al. 2010).