análisis de distribución de tamaños de partículas

Análisis de distribución de tamaños de partículas aplicados a corrientes piroclásticas del Holoceno en el Volcán Doña Juana, Nariño

Diana Fernanda Martínez Granja

Tesis de pregrado

____________________ ____________________

Directora Co-director Natalia Pardo Villaveces Miguel Ángel Cabrera Departamento de Geociencias Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Facultad de Ciencias

Departamento de Geociencias Bogotá, Colombia

2020

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A mi familia

A Natalia Pardo, mi asesora

A Miguel Cabrera, mi co-asesor

A mis compañeros egresados de Geociencias, María Alejandra Arias, Santiago Villamil y Luisa Acosta, por permitirme utilizar los datos de

muestras procesadas previamente por ellos

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Resumen Las corrientes piroclásticas (CPs) son uno de los fenómenos más destructivos que se conocen; consisten en mezclas calientes de fluidos gaseosos y partículas sólidas que se generan por explosiones volcánicas. Simultáneamente, conforman procesos de transporte y acumulación cuya naturaleza violenta es letal para la población. En este caso en particular, para los asentamientos aledaños al Complejo Volcánico Doña Juana en Nariño, Colombia (ej. Las Mesas y La Cruz). En el presente estudio, se realizó un análisis granulométrico a treintaitrés (33) muestras de depósitos de CPs formadas durante erupciones vulcanianas del Complejo Volcánico Doña Juana. Las muestras, pertenecientes a dos (2) formaciones; Fm Las Mesas y Fm El Silencio, se estudiaron mediante la técnica de tamizado en seco (basada en el método de Folk y Ward, 1957, adaptada por Cas y Wright, 1989) y análisis de partículas, a través del Analizador de Tamaño de Partículas CILAS 1190. La información obtenida permitió caracterizar los depósitos registrados e identificar los mecanismos de transporte y acumulación asociados; predominantemente de interacción entre partículas, rodamiento y suspensión.

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Índice de contenido 1. Introducción………………….............................................................................................................7

2. Marco geológico…………….............................................................................................................8

2.1 Complejo Volcánico Doña Juana……………....................………………………..................................9

3. Marco teórico……………...............................................................................................................12

3.1 Parámetros estadísticos.………….……………....................……………...........................................12

3.2 Clases de tamaño de partículas……..………....................……………...........................................15

3.3 Mecanismos de transporte.………….…………..................……………...........................................17

3.3.1 Corrientes piroclásticas (CPs)………………………......…………………………………………………….17

3.3.1.1 CP Diluida…..…......………………………………………………..…………………………………….18

3.3.1.2 CP Concentrada…...……..…………………………………….……………………………………….18

4. Metodología..……………...............................................................................................................18

5. Resultados..……………..................................................................................................................20

5.1 Análisis granulométrico……………..........................................................................................20

5.1.1 Fm Las Mesas (EU1)…………….......................................................................................21

5.1.1 Fm Las Mesas (EU2)…………….......................................................................................29

5.1.3 Fm Las Mesas (EU3)…………….......................................................................................32

5.1.4 Fm El Silencio (EU1 y EU2)……......................................................................................35

6. Discusión..……………....................................................................................................................42

7. Conclusiones.…………..................................................................................................................50

8. Bibliografía.………….....................................................................................................................51

Índice de figuras

1. Mapa ubicación Volcán Doña Juana.………………............................................................................9

2. (a) Mapa de la tectónica principal en la región NW de Suramérica y Caribe (b) Mapa del área

estudiada con las principales fallas, drenajes y asentamientos urbanos……………………………………..10

3. Mapa geológico del Complejo Volcánico Doña Juana……………………………………….…………………….11

4. Representación gráfica de los parámetros estadísticos: media, moda y asimetría……….……..….13

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5. Representación gráfica del parámetro estadístico: desviación estándar…….………………..….….…13

6. Representación gráfica del parámetro estadístico: kurtosis………….……...……………………....……...14

7. Representación gráfica del parámetro estadístico: percentil.…….………...…………………….……...…14

8. Ilustración histograma de distribución y curva acumulativa.......................................................15

9. Diagrama de clasificación de depósitos piroclásticos propuesto por Walker (1971)…………….….15

10. Diagrama esquemático (a) CDP Diluida (b) CDP Concentrada……………………............................17

11. Mapa de estaciones.……………...................................................................................................19

12. Mapa de datos de distribuciones granulométricas con la distancia en las estaciones de la Fm

Las Mesas (EU1)…………………..........................................................................................................28


Las Mesas (EU2)……………….............................................................................................................31


Las Mesas (EU3)……………….............................................................................................................34


El Silencio (EU1)……………….............................................................................................................39


El Silencio (EU2)……………….............................................................................................................41

17. Diagrama de contornos de Walker (1971)………………...............................................................42

18. Histograma comparativo estaciones DJ-09-D, DJ-09-M y DJ-09-C……………….…….……………......44

19. Histograma comparativo estaciones DJ-26-A, DJ-09-M y DJ-09-C……………….………….…………....44

20. Histograma comparativo estaciones DJ-45-B1 y DJ-45-A-1………………..….................................45

21. Histograma comparativo estaciones DJ-91-D2-1, DJ-91-B2-1 y DJ-91-B1-1……………….………....46

22. Histograma comparativo estaciones DJ-45-D-1, DJ-45B-1 y DJ-45-A-1……..……………….….........46

23. Histograma comparativo estaciones DJ-74-D-1 y DJ-77-C-1….………………………........................48

24. Histograma comparativo estaciones DJ-77-D-1, DJ-77-C-1, DJ-77-A-1……………………………….…48

25. Histograma comparativo estaciones DJ-49-B-1 y DJ-49-A1-1………………..…..............................49

26. Histograma comparativo estaciones DJ-10-D2-1 y DJ-10-D1-1……..……….................................49

27. Histograma comparativo estaciones DJ-10E2-1 y DJ-10E1-1……..………....................................50

28. Histograma comparativo de la estación DJ-45 en las tres EU’s de la Fm Las Mesas………………..51

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29. Histograma comparativo de la estación DJ-77 en las dos EU’s de la Fm El Silencio…………………51

30. Histogramas comparativos distancia estación-fuente………………………………………………………….52

Índice de tablas 1. Clases de tamaño estándar de partículas.…………….…………………….…..........................................16

2. Resumen de las estadísticas granulométricas de la Fm Las Mesas (EU1)……………….………………..23

3. Resumen de las estadísticas granulométricas de la Fm Las Mesas (EU2)…………….…………………..30

4. Resumen de las estadísticas granulométricas de la Fm Las Mesas (EU3)………….……………………..33

5. Resumen de las estadísticas granulométricas de la Fm El Silencio (EU1)…………………….…………..37

6. Resumen de las estadísticas granulométricas de la Fm El Silencio (EU2)………………………….……..40

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1. Introducción Las corrientes piroclásticas (CPs) son mezclas calientes de fluidos gaseosos (principalmente vapor de agua) y partículas sólidas producidas por explosiones volcánicas (piroclastos), inmersas en la atmósfera y controlados por la gravedad (Sulpizio et al., 2014). A su vez, constituyen procesos de transporte y acumulación muy complejos, que resultan en amenazas volcánicas peligrosas, puesto que destruyen todo a su paso, variando entre un extremo de alta concentración de partículas sólidas (CPs concentradas), caracterizados por menor turbulencia respecto a uno de baja concentración (CPs diluidas), altamente turbulento (Cas y Wright, 1989; Branney y Kokelaar, 2002). Los depósitos resultantes varían en geometría, estructura, selección, tamaño y forma de los clastos, además de los componentes involucrados con la distancia desde la fuente volcánica. Por ello, la sedimentología y, en particular la granulometría, es una herramienta fundamental para determinar los procesos físicos que controlan los procesos de transporte y acumulación (Folk y Ward, 1957; Friedman, 1979; Bui et al., 1990) y, por tanto, su peligrosidad (Branney y Kokelaar, 2002; Sulpizio et al., 2014). Las CPs se pueden formar en cualquier tipo de volcán, independientemente del ambiente tectónico y de la composición de los magmas explosivos. Los volúmenes y alcances están fuertemente relacionados con: (a) la violencia eruptiva (volumen, altura de columna, energía y eficiencia de fragmentación primaria), (b) el mecanismo de formación (por colapso de columnas, por rebosamiento, disrupción de domos o explosiones laterales dirigidas); y (c) tipo de las CPs, fuertemente ligado al estilo eruptivo, interacción con vegetación y topografía (Cas y Wright, 1989; Branney y Kokelaar, 2002; Sulpizio et al., 2014). En este estudio, se analizarán datos granulométricos de CPs formadas durante erupciones vulcanianas (Índice de Explosividad Volcánica VEI>3; Newhall, 1982) del volcán Doña Juana Joven, en el Complejo Volcánico Doña Juana (Nariño, Colombia), con el fin de caracterizar los depósitos registrados en el flanco occidental del volcán, donde se encuentra el registro geológico más completo para el Holoceno (Pardo et al., 2018). Los parámetros estadísticos de utilidad en los análisis granulométricos de depósitos piroclásticos son semejantes a los usados en otros ambientes sedimentarios (Krumbein, 1934; Folk y Ward, 1957). Sin embargo, la fragmentación primaria, dada por el ascenso rápido de magma durante las erupciones explosivas, por descompresión rápida del magma al colapsar domos de lava, por cizalla del magma con las paredes del conducto, o por explosión inducida por impacto de clastos sólidos durante colapso de domos, determina la mayor parte de la distribución granulométrica (Cashman y Scheu, 2015); luego, la fragmentación de partículas puede ser secuencial con el tiempo, por lo que la fragmentación secundaria reduce el tamaño de los piroclastos durante el transporte en el conducto, o durante el transporte en superficie, particularmente dentro de corrientes piroclásticas (Cashman y Scheu, 2015). En este contexto, la desviación estándar, que mide la selección del depósito, es interpretada ligeramente diferente a los procesos exógenos normales, pues los fluidos gaseosos no son tan eficientes como el agua líquida o el viento atmosférico para segregar tamaños de grano (Cas y Wright, 1989). En general, se determinan la media y la moda para clasificar el depósito, la desviación estándar, asimetría y la kurtosis para caracterizar la selección y conocer el enriquecimiento o empobrecimiento en finos. Esto es

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fundamental para después realizar interpretaciones sobre la dinámica de transporte (Wohletz et al., 1989; Taddeucci y Palladino, 2002). El análisis de la distribución de tamaños de partículas realizado mediante la técnica de tamizado en seco basado en el método de Folk y Ward (1957), adaptado por Cas y Wright (1989), servirá como instrumento para evaluar las propiedades y los regímenes de los sistemas de fragmentación secundaria y transporte en CDPs vulcanianas en el volcán Doña Juana (Nariño). Los resultados que se obtengan contribuirán a la integración de conocimiento sobre los mecanismos eruptivos del volcán y, particularmente, de los procesos de transporte y acumulación que han ocurrido en el flanco habitado por el corregimiento de Las Mesas (Municipio Tablón de Gómez, Nariño), incluyendo veredas aledañas. El objetivo general de este trabajo es el de caracterizar la distribución granulométrica de depósitos de corrientes piroclásticas del Holoceno, en el volcán Doña Juana (Nariño). Los objetivos específicos de este proyecto son:

1. Caracterizar las distribuciones granulométricas con la distancia desde la fuente, en las formaciones Las Mesas y El Silencio.

2. Calcular los valores de tamaño promedio, distribución de granos alrededor del promedio, distribución preferencial de granos a un lado del promedio y el grado de concentración de los granos en relación con el promedio.

3. Conocer las variaciones de las gráficas y valores obtenidos a distintas distancias desde la fuente a lo largo del eje de dispersión y lateralmente lejos del mismo.

4. Correlacionar las distribuciones granulométricas obtenidas con mecanismos de transporte (fragmentación secundaria).

5. Identificar si la distribución en la variación de tamaños de grano tiene implicaciones en la variación de mecanismos de transporte en las corrientes piroclásticas.

2. Marco Geológico La Cordillera de los Andes, con una longitud de 8500 km, se caracteriza por albergar numerosos volcanes y sistemas volcánicos activos (Taboada et al., 2000). La compleja subducción de las placas tectónicas de Nazca y Caribe debajo de la placa Sudamericana dan lugar a tres zonas volcánicas activas, en donde se estiman ángulos de subducción de ~25 a 30°, separadas por dos tramos inactivos que subducen a ~10° (Hall y Wood, 1985). El arco volcánico activo resultante está segmentado en tres zonas: Zona Volcanica Norte (ZVN), agrupa todos los volcanes activos de Colombia y Ecuador (Barberi et al., 1987; Stern, 2004), Zona Volcanica Central (ZVC), entre el sur de Perú y el norte de Chile y la Zona Volcanica Sur (ZVS), que agrupa los volcanes localizados en el sur de Chile (Bourdon et al., 2003). El Complejo Volcánico Doña Juana (CVDJ) está localizado al sur de la Cordillera Central en el Macizo Colombiano, en la ZVN (Fig. 1). Este centro eruptivo poligenético ha presentado erupciones desde hace 1.1 Ma y tuvo su último registro documentado entre los años 1897 y 1906 CE afectando las zonas pobladas de Las Mesas, San Bernardo y La Cruz en Nariño (Espinosa, 2012; Pardo et al., 2018). Debido a las repercusiones que pueden sufrir los habitantes en el área de influencia del CVDJ, el objetivo de este estudio es caracterizar la distribución granulométrica de los depósitos de CPs producidas por el edificio más reciente, denominado Doña Juana Joven, durante el Holoceno (Fig. 1).

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Figura 1. Mapa con la ubicación del Volcán Doña Juana en la ZVN. Tomada de https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/ComplejoVolcanicoDonaJuana/Paginas/generalidades-complejo-volcanico-dona-juana.aspx#

2.1 Complejo Volcánico Doña Juana (CVDJ)

El CVDJ se encuentra ubicado entre los departamentos de Nariño, Putumayo y Cauca, al sur de la Cordillera Central en el Macizo Colombiano (1°28’ N, 76°55’ W) (Pulgarín et al., 2008). Es un complejo volcánico dacítico calco-alcalino conformado por varios edificios volcánicos sobrepuestos, cuyos depósitos están confinados principalmente en la zona comprendida entre las fallas regionales El Tablón y San Jerónimo (Fig. 2). El CVDJ comprende cuatro (4) edificios principales que se superponen espacialmente, de más antiguo a más reciente: Santa Helena (datado en matriz por Ar/Ar entre 1125.4 ±4.4 y 1112.1 ±4.1 ka), Pre-Montoso, Dona Juana Ancestral (con edades Ar/Ar en Biotita reportadas entre 878.4 ±2.8 ka y 514.3 ±2.4 ka) y Dona Juana Antiguo (con edades Ar/Ar reportadas entre 230.8 ±13.3 ka en plagioclasa y 80.4 ±1.9 ka en matriz), truncados por depresiones vulcanotectónicas verticales y laterales. Dentro de la depresión más reciente (marcada como vc2 en el mapa geológico de Pardo et al., 2018), que trunca la cima del Dona Juana Antiguo, se emplazaron tres campos de domos de lava durante el Holoceno, denominados El Filo, Totoral y Doña Juana Joven. El campo de domos de lava Doña Juana Joven es responsable de las erupciones que han afectado el área occidental del CVDJ, hoy habitada por el corregimiento de Las Mesas y veredas aledañas (Pardo et al., 2018) (Fig. 3).

https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/ComplejoVolcanicoDonaJuana/Paginas/generalidades-complejo-volcanico-dona-juana.aspx

https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/ComplejoVolcanicoDonaJuana/Paginas/generalidades-complejo-volcanico-dona-juana.aspx

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Figura 2. (a) Mapa de la tectónica principal en la región NW de Suramérica y Caribe. Tomada de Cortés et al., 2005. El recuadro Negro enmarca Los Andes del Norte y el recuadro Rojo enmarca la zona de estudio. (b) Acercamiento al área estudiada que muestra los volcanes activos Doña Juana y Animas, las principales fallas, drenajes y asentamientos urbanos. Tomada de Pardo et al., (2018).

El registro del Doña Juana Joven se ha caracterizado por la alternancia de erupciones efusivas y erupciones explosivas asociadas a la destrucción y explosión de domos o tapones del conducto. Los productos asociados comprenden domos de lava, avalanchas de rocas, corrientes piroclásticas (CPs) concentradas y diluidas, proyectiles balísticos, ondas de choque, caídas piroclásticas, y lahares (Pardo et al., 2018). La mayoría de los productos asociados han afectado la cuenca alta del río Juanambú (Fig. 3). Los registros históricos dan cuenta de los últimos acontecimientos volcánicos ocurridos entre 1897 y 1936 CE, siendo en 1899 CE la erupción más violenta, con dos fases que causaron más de 60 muertes e importantes perdidas económicas (Espinosa, 2012). Aquí, se estudiarán muestras recolectadas en estudios previos en los depósitos de CPs asociados a colapso de columnas de edades más jóvenes a ~4ka, para ahondar en el conocimiento de los mecanismos de transporte asociados.

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Figura 3. Mapa geológico de la zona proximal del CVDJ que muestra las principales estructuras vulcanotectónicas (vt, vc), cicatrices de colapso (scn) y campos de domos de lava (ldn). Cada color denota un litosoma distinto, la gama de tonos de un color particular refleja las formaciones de ese litosoma específico. Tomado de Pardo et al., (2018).

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3. Marco Teórico

3.1 Parámetros Estadísticos en granulometría piroclástica Existen diversos grupos de parámetros de relación que representan estadísticamente las características granulométricas de un depósito vulcanosedimentario, con base en las unidades phi (ϕ) definidas por Udden (1914), Krumbein (1934) y Wentworth (1992). Phi (ϕ) representa cualquier tamano de grano y está definido por la (Ec. 1).

𝜙 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑑 (1)

donde 𝑑 es el diámetro en mm. Los parámetros estadísticos determinados por Folk y Ward (1957) que permiten caracterizar la granulometría de un depósito, incluyen: moda (Mo), tamaño promedio -media- (Mz), desviación estándar (), asimetría (SKi) y preferencia de tamaño de los granos en relación con el promedio -kurtosis- (Kg).

A continuación, se definen estos parámetros: Moda (Mo): Se refiere al tamaño de partículas más frecuente. Se determina a partir de los histogramas y de curvas de frecuencia acumulativas (i.e. el pico más alto en la curva) (Fig. 4). Media (𝐌𝐳): Es el promedio estadístico de tamaño de grano, expresado en unidades ϕ (Fig. 4). Asimetría (𝐒𝐊𝐢): Mide la desigualdad, respecto a la media aritmética, de la distribución del tamaño de las partículas. Representa la diferencia entre la media y la mediana en la curva. Se define como asimetría gráfica (SKg), calculada sobre el 68% de la curva acumulativa y asimetría

inclusiva (SKi), calculada sobre el 90% de la curva. Las distribuciones con asimetría positiva indican un desvanecimiento de la curva a la derecha de la media y un exceso de partículas gruesas, las distribuciones con asimetría negativa indican un exceso de partículas finas en la cola izquierda de la curva (Fig. 4). Los siguientes valores, propuestos por Folk y Ward (1957) corresponden a los diferentes grados de asimetría para depósitos volcánicos: -1,00 a -0,31 Muy negativamente asimétrico -0,30 a -0,11 Negativamente asimétrico -0,10 a 0,09 Cercanamente simétrico 0,10 a 0,29 Positivamente asimétrico 0,30 a 0,99 Muy positivamente asimétrico

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Figura 4. Explicación gráfica de los parámetros: moda, media y asimetría.

Desviación estándar ( ): Mide la uniformidad en tamaño de grano en una muestra, por lo que es una forma de cuantificar la selección de los depósitos. Se define como desviación estándar gráfica (G), medida en la parte central (68%) de la curva acumulativa y desviación estándar inclusiva (i), medida en el 90% de la misma. Este parámetro está relacionado directamente con la pendiente de las curvas de frecuencia acumulativa (a mayor pendiente, mejor selección) (Fig. 5). Los siguientes valores, propuestos por Folk y Ward (1957) y adaptados a Cas y Wright (1989) corresponden a los diferentes grados de selección para depósitos volcánicos:

≥ 4,00 ϕ Mal seleccionado

Figura 5. Explicación gráfica del parámetro desviación estándar.

Kurtosis (𝐊𝐠): Es la desviación simétrica o alejamiento de la zona central de la distribución de

frecuencias de una curva normal (histogramas en forma gaussiana). Este parámetro compara la selección de las colas y la porción central de la distribución. La curva será leptocúrtica si la porción central está bien seleccionada, por el contrario, la curva será platicúrtica si la porción central está

0,35 ϕ a 0,99 ϕ Muy bien seleccionado 1,00 ϕ a 1,99 ϕ Bien seleccionado 2,00 ϕ a 3,99 ϕ Pobremente seleccionado

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mal seleccionada. Una kurtosis con un valor igual a uno (1) indica que la curva tiene distribución log-normal, y como resultado, una curva mesocúrtica (Fig. 6). Los siguientes valores, propuestos por Folk y Ward (1957) corresponden a los diferentes grados de kurtosis para depósitos volcánicos:

0,67 Muy platicúrtica 0,67 a 0,89 Platicúrtica 0,90 a 1,09 Mesocúrtica 1,10 a 1,49 Leptocúrtica 1,50 a 2,99 Muy leptocúrtica ≥ 3,00 Extremadamente leptocúrtica

Figura 6. Explicación gráfica del parámetro kurtosis.

Percentiles (P): Es un valor para el percentil i-ésimo, donde la i toma valores del 1 al 99. El i% de la muestra son valores menores que él y el 100-i% restante son mayores. Este parámetro determina el tamaño del grano en el que un porcentaje determinado de los granos son más gruesos (Fig. 7).

Figura 7. Explicación gráfica del parámetro percentil.

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A partir de los datos y de los parámetros estadísticos, se pueden construir histogramas de distribución y curvas acumulativas (Fig. 8) así como también diagramas de clasificación granulométrica (Fig. 9).

Figura 8. Ilustración de un histograma de distribución y su respectiva curva acumulativa. Se utiliza el % en peso o en volumen de la muestra vs el tamaño en unidades ϕ.

Figura 9. Diagrama de clasificación de depósitos piroclásticos propuesto por Walker (1971) de selección de grano () vs la mediana (Md) en unidades ϕ. Se muestra los contornos de clasificación de caídas piroclásticas, así como de corrientes piroclásticas diluidas (oleadas) y concentradas (flujos piroclásticos). Modificado de Macías y Scolamacchia (2005).

3.2 Clases de tamaño de partículas

La descripción granulométrica, en términos del tamaño de las partículas constituyentes de los depósitos volcaniclásticos, se hace mediante la escala de Udden (1914), modificada por Wentworth (1992) y la escala de Schmidt (1981), modificada por Sohn y Cough (1989), por White y Houghton (2006) o por Cas y Wright (1989), tal como se compiló en la revisión de Murcia et al., (2013) (Tabla 1). Esta escala representa cualquier tamaño de grano mediante números enteros en unidades ϕ.

Tabla 1. Clases de tamaño estándar que muestra la equivalencia entre algunas escalas de clasificación de clases de tamaño de partículas. Tomado de Murcia et al., (2013).

3.3 Mecanismos de transporte

Las erupciones vulcanianas son eventos eruptivos de corta duración cuyo comportamiento se caracteriza por cambiar entre efusivo y explosivo. Se caracterizan por la descompresión súbita de fundidos viscosos en conductos altamente presurizados y obstruidos (Bachtell et al., 2015). Estos eventos comprenden diferentes condiciones eruptivas y áreas de influencia, y pueden presentarse como emisiones únicas o como una serie de emisiones explosivas-pulsatorias (Houghton y Wilson, 2015).

Los depósitos piroclásticos son el resultado de los procesos de transporte y acumulación de los materiales expulsados durante las erupciones vulcanianas. Actualmente, se distinguen dos clases principales de mecanismos de transporte. Estas se pueden identificar por la densidad del jet emergente del cráter respecto a la atmósfera en los primeros cientos de kilómetros sobre el cráter. En el primer mecanismo, columnas verticales, la trayectoria de movimiento dominante es inicialmente ascendente. En el segundo mecanismo, sistemas que se mueven lateralmente, la trayectoria dominante de movimiento es inicialmente lateral (Houghton y Wilson, 2015). Dentro de ambos procesos, se desarrollan caídas piroclásticas y corrientes piroclásticas.

3.3.1 Corrientes piroclásticas (CPs)

Las CPs son mezclas de gases que pueden ser producidas durante erupciones magmáticas, hidromagmáticas, hidrotermales o freáticas por el colapso de columnas eruptivas, colapso y explosión de domos o por despresurización de domos o de sistemas hidrotermales (Fisher y Schmincke, 1984). El transporte de las CPs es lateral, se mueven a grandes velocidades a ras del terreno, que varían entre los 25 m/s – 300 m/s, y a temperaturas mayores a 300 °C (Houghton y Wilson, 2015); además, está dominado por contrastes de densidad entre los piroclastos y el medio gaseoso (Cas y Wright, 1989). Según sea la relación fase sólida (partículas piroclásticas) / fase fluida (gases) se definen dos tipos de DP: (1) CP diluidas u oleadas piroclásticas, en que las partículas solo ocupan un pequeño porcentaje del volumen de la mezcla; (2) CPs concentradas o flujo piroclastico, en que el volumen total de partículas sólidas en la mezcla es en un gran porcentaje (Fisher y Schmincke, 1984; Sulpizio et al., 2014) (Fig. 10).

Figura 10. Diagrama esquemático que ilustra el mecanismo de transporte principal: CPs (A) CP diluida. (B) CP concentrada. Tomado de Houghton y Wilson (2015).

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3.3.1.1 CP Diluidas

Las oleadas piroclásticas son flujos veloces y turbulentos que se caracterizan por su baja concentración de partículas (<5 vol%, o completamente diluidas <0.1 vol%) y, por lo tanto, un dominio de la fracción fluida sobre la fase sólida. Transportan material principalmente por suspensión turbulenta, con una población menor de clastos más gruesos que se mueven por saltación y/o tracción deslizante (Houghton y Wilson, 2015). Por tanto, la interacción entre clastos es mínima y la transferencia de momento por colisión tiene poco efecto en el soporte y segregación de partículas. Los depósitos de las oleadas piroclásticas son poco contralados por la topografía. Adicionalmente, estos depósitos presentan estructuras de estratificación y laminación paralela y cruzada (con buena selección), dunas y antidunas como resultado del carácter diluido y turbulento de la oleada (Cas y Wright, 1989; Branney y Kokelaar, 2002). Dentro de las características generales de los depósitos de oleadas piroclásticas, se sabe que presentan distribuciones unimodales a polimodales, y moderado a buen grado de selección (Walker, 1971; Taddeucci y Palladino, 2002).

3.3.1.2 CPs Concentradas

Los flujos piroclásticos son flujos que están determinados por una concentración de partículas suficiente, como para generar soporte de partículas y transferencia de momento por colisión entre las mismas, en la base de la mezcla gaseosa; viajan al ras del suelo por la gravedad, siendo fuertemente controlados por la topografía. Transportan material por interacción partícula-partícula o por escape de fluidos. Son corrientes estratificadas por densidad y puede haber transporte por turbulencia por encima de una zona de transición, denominada zona de límite de flujo (Branney y Kokelaar, 2002). Los depósitos de los flujos piroclásticos (Houghton y Wilson, 2015) se caracterizan por ser macizos, causado por la alta concentración de partículas, y mal seleccionados. Dentro de estos depósitos también es posible identificar estratificación difusa con distintos tipos de gradación (normal, inversa, simétrica o múltiple) (Branney y Kokelaar, 2002). Adicionalmente, es importante ser cuidadoso a la hora de realizar la interpretación de estos tipos de depósitos pues, en ocasiones, pueden aparentar estratificación. No obstante, esto es el resultado de la superposición de distintos flujos (Fisher y Schmincke, 1984; Branney y Kokelaar, 2002). Dentro de las características generales de los depósitos de flujos piroclásticos, se sabe que presentan distribuciones polimodales y bajo grado de selección (Walker, 1971; Taddeucci y Palladino, 2002).

4. Metodología En primer lugar, se realizó una revisión bibliográfica sobre piroclastos y las características del tamaño del grano de los depósitos piroclásticos (Walker, 1971); sobre la distribución del tamaño de las partículas y la teoría de fragmentación/transporte secuencial aplicada a piroclastos (Wohletz et al., 1989); las relaciones tamaño-densidad de las partículas en los depósitos piroclásticos (Taddeucci y Palladino, 2002; Mackaman-Lofland et al., 2014), y sobre GRADISTAT, un paquete de distribución granulométrica y estadística para el análisis de sedimentos no

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consolidados (Blott y Pye, 2001). Esto, con el fin de familiarizarse y entender los conceptos y métodos detrás de la técnica analítica que determina el tamaño de las diferentes partículas que constituyen un determinado depósito y, así, conocer sus mecanismos de transporte. Adicionalmente, se revisó el mapa geológico, la geocronología y la estratigrafía del CVDJ para comprender el contexto geológico del presente estudio (Pardo et al., 2018). En segundo lugar, se seleccionaron treintaitrés (33) muestras de depósitos de CDP tomadas por el equipo de vulcanología del portafolio de Ecología Histórica y Memoria Social (EHMS) de vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad de los Andes en sucesivos trabajos de campo realizados entre julio de 2018 y enero de 2019. Se seleccionaron las muestras de manera que pudiera estudiarse la variación granulométrica de las distintas unidades eruptivas (Fisher y Schmincke, 1984) que componen las formaciones Las Mesas y El Silencio (Pardo et al., 2018) con la distancia desde la fuente, a lo largo de la cuenca del río Resina (Fig. 11).

Figura 11. Mapa de estaciones de muestreo de las distintas la formación Las Mesas y formación El Silencio del CVDJ. El muestreo fue realizado por el equipo de vulcanología del Portafolio EHMS de la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad de Los Andes en 2018-2019.

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Cada muestra fue procesada por los asistentes de investigación del portafolio EHMS María Alejandra Arias, Santiago Villamil y Luisa Acosta, mediante: (a) análisis de imágenes 2D para clastos mayores a -6 ϕ usando Image J (@NIH; Schneider et al., 2012); (b) tamizado en seco (Taddeucci y Palladino, 2002) para fracciones más finas a -6 ϕ y más gruesas a 4 ϕ en el Laboratorio de Preparación de Muestras Geológicas de la Universidad de Los Andes; y (c) análisis de partículas con diámetro comprendidos entre 4.5 ϕ y 14.5 ϕ con el Analizador de Tamaño de Partículas CILAS 1190 del Laboratorio de Propiedades de Materiales (LDPA) de Ingeniería Mecánica, en la Universidad de los Andes. Los datos obtenidos en los laboratorios fueron procesados por María Alejandra Arias en Excel usando el software GRADISTAT (Blott y Pye, 2001) con el fin de obtener las estadísticas correspondientes a cada muestra. Para cada una, se llevó a cabo el análisis granulométrico utilizando el método de Folk y Ward (1957) adaptado por Cas y Wright (1989). En todos los casos, se combinaron las distintas fuentes de datos (ImageJ, tamizado y LDPA) en los histogramas; por el contrario, en las curvas acumulativas, los datos de imágenes 2D se procesaron aparte, obteniendo una curva para datos 2D y otra curva con los datos de tamizado y LDPA para tener mejor control de los resultados obtenidos. Estos datos se graficaron en histogramas de distribución, curvas acumulativas y en el diagrama de Walker (1971) modificado por Macías y Scolamacchia (2005). En este trabajo, se revisaron y analizaron los resultados obtenidos. Originalmente se tenía pensado complementar la base de datos con muestras adicionales tomadas fuera del eje de dispersión de cada unidad eruptiva, pero no fue posible por el cierre de laboratorios asociado a la pandemia COVID-19 de 2020. Por tanto, este proyecto fue reajustado y se trabajó solamente con la información disponible. Para cada unidad eruptiva muestreada en cada estación, se realizaron figuras compuestas para ilustrar la curva acumulativa sobre el histograma correspondiente. Posteriormente, cada figura se localizó geográficamente en una imagen .tiff exportada desde un modelo de elevación digital suministrado por el Servicio Geológico Colombiano. De esta forma, se produjo un mapa de distribuciones para cada unidad eruptiva, que sirvió de base para estudiar las variaciones en las distribuciones granulométricas con la distancia y con variaciones topográficas (e.g. Wohletz et al., 1989; Taddeucci y Palladino, 2002; Mackaman-Lofland et al., 2014). A partir de ello, se interpretaron los resultados y se formularon posibles hipótesis sobre las implicaciones en el mecanismo de transporte en CPs producidas por el volcán Doña Juana en el Holoceno.

5. Resultados

5.1 Análisis granulométrico

De la revisión bibliográfica, se organizaron los resultados obtenidos del procesamiento de las 33 muestras en GRADISTAT, en orden estratigráfico. De base a techo, se obtuvieron las distribuciones y parámetros estadísticos de las tres unidades eruptivas que componen la Fm Las Mesas: lm-EU1 (Tabla 2), lm-EU2 (Tabla 3) y lm-EU3 (Tabla 4). Adicionalmente, se obtuvieron las distribuciones y parámetros estadísticos de las dos unidades de CPs de la Fm El Silencio: si-EU1 (Tabla 5) y si-EU2 (Tabla 6).

21

5.1.1 Fm Las Mesas (EU1)

Para esta unidad, se estudiaron 16 muestras (Tabla 2). Las muestras de las estaciones DJ-05 (7,17 km de la fuente), DJ-46 (7,23 km de la fuente), DJ-07b (7,68 km de la fuente), DJ-07 (7,68 km de la fuente) y DJ-48 (8 km de la fuente) se tomaron a lo largo de la Quebrada Humadal, paralela y cercana al eje de dispersión en un depósito macizo (Fig. 12). En particular, en las estaciones DJ-05 y DJ-46 ocurren los primeros registros de acumulación de esta unidad a lo largo de la Q. Humadal, y se encuentran después de una curvatura que da el valle, cambiando de la dirección predominante NE-SW a NW-SE y pocos antes de presentarse otra inflexión donde el valle retoma la dirección NE-SW (Fig. 12). La estación DJ-43 es cercana a estas dos estaciones y ligeramente más proximal (7,12 km de la fuente), pero se encuentra en una posición topográficamente más alta (0,12 km respecto a DJ-05 y 0,09 km respecto a DJ-46), fuera del valle, sobre el alto del basamento que divide las cuencas la Quebrada Humadal y del Río Resina. La estación DJ-07 (0,12 km más abajo respecto a DJ-43) se encuentra sobre el siguiente tramo en que el valle es predominantemente NE-SW, antes de cambiar a NNE-SSW, mientras que la DJ-48 (0,14 km más abajo respecto a DJ-43) se encuentra en la siguiente inflexión del valle, donde toma un rumbo WNW-ESE. En todos los casos, se conserva la estructura maciza (Fig. 12). Sin embargo, en la estación DJ-48 el depósito es significativamente espeso, por lo que se tomaron tres muestras, de base a techo: DJ-48-A1-1, DJ-48-A2-1 y DJ-48-A3-1.

Adicionalmente, dentro de la misma cuenca de la Quebrada Humadal, pero en posiciones progresivamente más alejadas del valle actual hacia el norte, se estudiaron las estaciones en que esta unidad eruptiva aflora sobre el techo de la terraza que separa la Quebrada Humadal y la Quebrada Manzanillo. Los afloramientos ocurren entre 8,26 km y 8,49 km en línea recta desde la fuente, siendo la estación DJ-09 la más próxima al valle, la DJ-91 la intermedia pero más alejada de la fuente, y la DJ-45, la más alejada del valle, muy cerca del escarpe norte de la terraza. En DJ-09 y DJ-45 el depósito se conserva macizo, mientras que en DJ-91, está estratificado. En dicha estación, se tomaron tres muestras: dos corresponden a las capas principales, gruesas y macizas DJ-91-B-1 y DJ-91-B-2, separadas por una capa delgada de granulometría más fina (DJ-91-B-1-Top).

Por último, para estudiar las distribuciones granulométricas en lugares muy alejados del eje principal de dispersión, se analizaron dos muestras en la desembocadura de la Quebrada La Sofía en el Río Resina, en las estaciones DJ-36B (4,69 km de la fuente) y DJ-10b (4,77 km de la fuente), donde la unidad de estudio es maciza, pero es significativamente de grano más fino a todas las demás estaciones.

A lo largo del cauce, las muestras DJ-46-A-1, DJ-07b-A1, DJ-48-A2-1 y DJ-48-A3-1 muestran distribuciones bimodales, simétricas y mesocúrticas. Los tamaños promedio disminuyen con la distancia, desde lapilli fino hasta ceniza muy gruesa. La desviación estándar varía entre 2,68ϕ y 2,16 ϕ, indicando que los depósitos son pobremente seleccionados; en general, la selección mejora ligeramente con la distancia. Así mismo, en todas las muestras el tamaño promedio tiende a ser el más abundante y las distribuciones tienden a ser log-normales (Fig. 12; Tabla 2).

22

Sobre el alto de basamento que está entre la Quebrada Humadal y el Río Resina, la muestra DJ-43-1, en que predominan tamaños de lapilli fino, la distribución se destaca por ser polimodal y platicúrtica, ligeramente mejor seleccionada que las muestras que afloran en las paredes del valle.

En la base del afloramiento más distal (muestra DJ-48-A1-1) y en el afloramiento más proximal (muestra DJ-05-M) de esta unidad a lo largo del cauce, se observan algunas diferencias. En la muestra DJ-48-A1-1 predomina el tamaño ceniza muy gruesa, que es además el tamaño más abundante, y el depósitos también es pobremente seleccionado; sin embargo, la distribución es unimodal y platicúrtica, indicando la mala selección de la zona central de la distribución respecto a las colas. Por el contrario, la muestra DJ-05-M es más contrastante a todas las muestras ya mencionadas y más semejante a las estaciones más distantes del eje de dispersión, en las estaciones de la Q. La Sofía (DJ-36b-B-1 y DJ-10b-1). Aunque estas tres muestras siguen reflejando distribuciones simétricas, mesocúrticas en depósitos pobremente seleccionados, arrojaron distribuciones distintivamente polimodales y con un claro enriquecimiento en finos. Además, la DJ-05-M se distingue de todas las muestras, por presentar una clara subpoblación de enriquecimiento en gruesos (Fig. 12; Tabla 2).

Sobre el relieve plano que separa la Quebrada Humadal y la Quebrada Manzanillo, las muestras DJ-09-M, DJ-09-C y la DJ-45-A-1 siguen siendo simétricas, mostrando un aumento en el tamaño promedio de grano desde ceniza muy gruesa a lapilli fino y medio, respectivamente. Las distribuciones tienden a ser polimodales y platicúrticas, pero en la estación DJ-45 resalta una clara subpoblación enriquecida en gruesos y se empeora la selección; adicionalmente, en esta estación, la unidad de estudio presenta el mayor tamaño de grano promedio de todas las demás estaciones analizadas (Fig. 12; Tabla. 2). Por el contrario, en la dirección de transporte principal hacia el occidente, las muestras de la estación DJ-91 son bien seleccionadas y presentan una ligera tendencia a ser asimétricamente positivas, con colas enriquecidas en finos; además, presentan el menor tamaño de grano promedio (ceniza gruesa), solamente comparable con las muestras ubicadas en la Q. La Sofía, fuera de eje principal de dispersión. Entre las tres muestras analizadas, la mejor selección ocurre en la capa intermedia más delgada (DJ-91-B1Top), donde se confirma el menor tamaño de grano promedio (ceniza gruesa) respecto a las otras dos capas (ceniza muy gruesa y lapilli fino).

Muestras

Distancia estación – fuente

(km)

Histograma

Tipo de Distribución

Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación

estándar (𝛟) (Cas y

Wright, 1989)

Asimetría (𝛟) (Folk y Ward,

1957)

Kurtosis

(𝛟) (Folk y Ward, 1974)

DJ-36B-B-1

Quebrada La Sofía

4,69

Polimodal

0,810

Ceniza gruesa

0,921

2,750

2,796

Pobremente seleccionada

-0,003

Simétrica

0,983

Mesocúrtica

DJ-10b-1

Quebrada La Sofía

4,77

Polimodal

0,454

Ceniza gruesa

0,404

-0,750

2,160


0,016

Simétrica

0,990

Mesocúrtica

DJ-43-1

Río Resina

7,12

Polimodal

-1,262

Lapilli fino

-1,359

-1,750

2,054


0,062

Simétrica

0,885

Platicúrtica

DJ-05-M

Quebrada Humadal

7,17

Polimodal

-0,080

Ceniza muy

gruesa

0,095

1,250

2,969


0,009

Simétrica

0,914

Mesocúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %

Particle Diameter (ɸ)

DJ-36B-B-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-10b-1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 3 6 11 23 45 91

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-43-1

DJ-43-1 Tamizados Gruesos

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-05-M

Fm Las Mesas (EU1)

Tabla 2. Resumen de estadísticas granulométricas de las muestras de la Fm Las Mesas (EU1). Las distancias de cada estación se tomaron en línea recta desde la cima más alta del volcán. Las estadísticas fueron obtenidas usando el software GRADISTAT (Blott y Pye, 2001). La clasificación de tamaño de grano se basa en White y Houghton (2006), la selección se clasifica de acuerdo a Cas y Wright (1989), la asimetría de acuerdo a Folk y Ward (1957) y la kurtosis de la distribución con la clasificación de Folk (1974).

24

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación


Wright, 1989)


1957)

Kurtosis


DJ-46-A-1

Quebrada Humadal

7,23

Bimodal

-1,835

Lapilli fino

-1,885

-1,500

2,679


0,004

Simétrica

0,970

Mesocúrtica

DJ-07b-A1

Quebrada Humadal

7,68

Bimodal

-0,986

Ceniza muy

gruesa

-0,986

-1,500

2,596


0,020

Simétrica

0,925

Mesocúrtica

DJ-07-M

Quebrada Humadal

7,68

Bimodal

-0,470

Ceniza muy

gruesa

-0,630

-0,750

2,040


0,144

Positivamente asimétrica

0,892

Platicúrtica

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 8 16

32

64

128

256

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0

2468

10121416

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-46-A-1

DJ-46-A-1 Tamizados Gruesos

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 8 16

32

64

128

256

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-07b-A1

DJ-07b-A1 Tamizados Gruesos

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-07-M

Tabla 2. [Continuación]

25

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación


Wright, 1989)


1957)

Kurtosis (𝛟)

(Folk y Ward, 1974)

DJ-48-A1-1

Quebrada Humadal

8

Unimodal

-0,897

Ceniza muy

gruesa

-0,928

-1,500

2,410


0,069

Simétrica

1,085

Mesocúrtica

DJ-48-A2-1

Quebrada Humadal

8

Bimodal

-0,396

Ceniza muy

gruesa

-0,465

-0,750

2,161


0,035

Simétrica

0,957

Mesocúrtica

DJ-48-A3-1

Quebrada Humadal

8

Bimodal

-1,639

Lapilli fino

-1,826

-2,500

2,512


0,069

Simétrica

1,085

Mesocúrtica

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 8 16

32

64

128

256

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

02468

1012141618

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-48-A1-1

DJ-48-A1-1 Tamizados Gruesos

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-48-A2-1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 8 16

32

64

128

256

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

02468

101214161820

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-48-A3-1

DJ-48-A3-1 Tamizados Gruesos


26

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación


Wright, 1989)


1957)

Kurtosis (𝛟)

(Folk y Ward, 1974)

DJ-09-C

8,26

Polimodal

-1,250

Lapilli fino

-1,357

-3,750

2,252


0,012

Simétrica

0,896

Platicúrtica

DJ-09-M

8,26

Bimodal

-0,833

Ceniza muy

gruesa

-0,954

-0,750

2,140


0,095

Simétrica

0,884

Platicúrtica

DJ-45-A-1

8,27

Polimodal

-2,305

Lapilli medio

-2,372

-5,250

2,600


0,088

Simétrica

0,786

Platicúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-09-C

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-09-M

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-45-A-1


27

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación


Wright, 1989)


1957)

Kurtosis


DJ-91-B1-1

8,49

Bimodal

-1,330

Lapilli fino

-1,503

-2,250

1,869

Bien seleccionada

0,156


0,923

Mesocúrtica

DJ-91-B1-1 Top

8,49

Bimodal

0,146

Ceniza gruesa

0,112

0,250

1,404

Bien seleccionada

0,077

Simétrica

0,935

Mesocúrtica

DJ-91-B2-1

8,49

Bimodal

-0,938

Ceniza muy

gruesa

-1,041

-0,750

1,821

Bien seleccionada

0,093

Simétrica

0,908

Mesocúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-91-B1-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

14

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-91-B1-1 TOP

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-91-B2-1



Para esta unidad se estudiaron tres (3) muestras (Tabla 3). Las muestras de las estaciones DJ-26 (8 km de la fuente), DJ-09 (8,26 km de la fuente) y DJ-45 (8,27 km de la fuente) se tomaron en afloramientos del techo de la terraza que separa la Quebrada Humadal y la Quebrada Manzanillo (Fig. 13). Los afloramientos de estas estaciones ocurren entre 8,00 km y 8,27 km en línea recta desde la fuente, siendo la estación DJ-09 la más próxima al valle, la DJ-26 la intermedia, y la DJ-45B la más alejada del valle, muy cerca del escarpe norte de la terraza. En las estaciones DJ-09 y DJ-026 afloran las secciones de mayor espesor de esta unidad, que se presenta maciza, con laminación inclinada de bajo ángulo al tope; en DJ-45 el depósito es mucho más delgado (varía entre 10 y 1 cm) y presenta laminación inclinada de bajo ángulo.

En este orden, se tomaron las muestras DJ-09-D, DJ-26-A y DJ-45-B1. En la DJ-09-D, la distribución granulométrica bimodal, asimétrica negativa y platicúrtica refleja el enriquecimiento en gruesos y mala selección de la porción central de la curva respecto a los extremos. La distribución granulométrica polimodal, asimétrica positiva y mesocúrtica de la muestra DJ-26-A refleja el enriquecimiento en finos, con distribución aproximadamente log-normal. En la muestra DJ-45-B1 la distribución bimodal, simétrica y leptocúrtica refleja la mejor selección de la porción central respecto a los extremos. La desviación estándar que varía entre 1,98 y 2,69 ϕ está en el límite entre pobre y buena selección. El tamaño de grano promedio disminuye desde la muestra DJ-09-D, donde predomina ceniza muy gruesa a ceniza gruesa en la muestra DJ-26-A y ceniza muy fina en la DJ-45-B1. En este mismo orden, aumenta el enriquecimiento en finos (Fig. 13; Tabla. 3).

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)

Desviación estándar (𝛟) (Cas y

Wright, 1989)

Asimetría (𝛟) (Folk y

Ward, 1957)

Kurtosis


DJ-26-A

8

Polimodal

0,974

Ceniza gruesa

1,255

2,750

2,696


-0,122

Negativamente

asimétrica

1,023

Mesocúrtica

DJ-09-D

8,26

Bimodal

-0,601

Ceniza muy

gruesa

-0,748

-1,750

1,988

Bien

seleccionada

0,120

Positivamente

asimétrica

0,876

Platicúrtica

DJ-45-B1

8,27

Bimodal

3,193

Ceniza

muy fina

3,137

2,750

2,606


0,069

Simétrica

1,225

Leptocúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14w

t %

wt %


DJ-26-A

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-09-D

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-45-B1


Fm Las Mesas (EU2)


Para esta unidad, se estudiaron tres (3) muestras (Tabla 4), en secciones terminales de distintos ejes de dispersión. La muestra de la estación DJ-77 se tomó en las exposiciones más superiores de esta unidad, en lóbulo que divide el Caño Hueco Seco y el Río Resina (Fig. 14). Por tanto, es la más próxima a la fuente (5,45 km en línea recta), a lo largo de un eje de dispersión SW. Las otras dos estaciones se encuentran en las localidades DJ-91 (zona terminal del eje W) y DJ-45 (zona lateral o terminal hacia el norte, alejada del eje de dispersión W) (Fig. 14). En DJ-45 el depósito se conserva macizo, mientras que en DJ-91, presenta laminación inclinada de bajo ángulo en la base y tope (la muestra correspondiente es de la porción principal central, maciza).

En el lóbulo que está entre el Caño Hueco Seco y el Río Resina, la muestra DJ-77-D-1-A, en que predominan tamaños de ceniza gruesa, se destaca por tener una distribución polimodal, positivamente asimétrica y mesocúrtica, con mayor contenido en finos respecto a las otras dos muestras estudiadas. La desviación estándar de 3,09 ϕ, indica que el depósito es pobremente seleccionado (Tabla 4).

Sobre el techo de la terraza que separa la Quebrada Humadal y la Quebrada Manzanillo, las muestras estudiadas son platicúrticas. La muestra DJ-45-D-1, más cercana a la fuente, pero más alejada del eje de dispersión respecto a la muestra DJ-91-D2-1, presenta una distribución unimodal simétrica. Adicionalmente, presenta mayor tamaño de grano promedio (lapilli fino) y desviación estándar (2,05 ϕ) respecto a la muestra DJ-91-D2-1, que se encuentra en el eje de dispersión. La muestra DJ-91-D2-1 es bimodal, positivamente asimétrica, con tamaño promedio ceniza muy gruesa y mejor selección (Tabla 4).

Muestras


(m)

Histograma

0 Tipo de

Distribución

Media

(𝛟)

Mediana

(𝛟)

Moda

(𝛟)


Wright, 1989)


Ward, 1957)

Kurtosis


DJ-77-D-1-A

Caño Hueco

Seco

5,45

Polimodal

0,602

Ceniza gruesa

0,422

-0,750

3,090


0,137

Positivamente

asimétrica

0,988

Mesocúrtica

DJ-45-D-1

8,27

Unimodal

-1,083

Lapilli Fino

-1,218

-2,500

2,352


0,096

Simétrica

0,894

Platicúrtica

DJ-91-D2-1

8,49

Bimodal

-0,115

Ceniza

muy gruesa

-0,235

-0,750

2,027


0,100

Positivamente

asimétrica

0,878

Platicúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-77-D-1-A

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 8 16

32

64

128

256

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

02468

1012141618

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

(mm)

wt %

wt %


DJ-45-D-1

DJ-45-D-1 Tamizados Gruesos

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-91-D2-1


Fm Las Mesas (EU3)

5.1.4 Fm El Silencio (EU1 y EU2 combinadas):

Para esta unidad pumítica, se estudiaron 8 muestras (Tabla 5), en distintos ejes de dispersión. Las muestras de las estaciones DJ-74 y DJ-77 se tomaron en las exposiciones más superiores de esta unidad, en el techo del lóbulo que separa el Caño Hueco Seco y el Río Resina (Fig. 15), donde la unidad se encuentra estratificada (Pardo, Com. Pers.). La estación DJ-74 es la más próxima a la fuente (3,66 km en línea recta), seguida por la la estación DJ-77 (5,45 km de la fuente), ambas ubicadas a lo largo del eje de dispersión (Fig. 15). Es de aclarar que, al ser desarrollado este trabajo en el contexto de la pandemia COVID-19, no se contó con la libreta de campo para poder establecer la correlación directa entre ambas estaciones. Adicionalmente, se analizaron dos muestras en la estación DJ-49 (8,31 km de la fuente), en un depósito que expone facies de canal (Pardo, Com. Pers.), en el eje de dispersión a lo largo de la Quebrada Humadal, poco antes de la desembocadura en el Río Resina (Fig. 15). El análisis de gruesos de la muestra DJ-49-B-1 no fue posible de realizar por el cierre de laboratorios asociado a la pandemia actual. Por último, se analizaron dos muestras fuera del eje principal de dispersión, en la desembocadura de la Quebrada La Sofía en el Río Resina, en la estación DJ-10 (4,69 km de la fuente) (Fig. 15). Es importante aclarar que dado que este trabajo se desarrolló en el contexto de la pandemia COVID-19, no fue posible determinar la correlación precisa entre capas de distintas estaciones, para diferenciar unidades eruptivas como se hizo en la Fm. Las Mesas. Se discutirán, por tanto, aspectos generalizados a la Fm. El Silencio.

Todas las muestras son polimodales (Tabla 5). En las muestras de la estación DJ-74 predomina el tamaño ceniza muy gruesa. En el depósito más inferior (muestra DJ-74-C-1), la distribución granulométrica simétrica y platicúrtica refleja un enriquecimiento pronunciado en gruesos. La distribución granulométrica positivamente asimétrica y mesocúrtica del depósito suprayacente (muestra DJ-74-D-)1 refleja menor contenido de gruesos. Las desviaciones estándar de ambas capas varían entre 3,31 ϕ y 3,31 ϕ, respectivamente, indicando que ambos depósitos son pobremente seleccionados (Tabla 5). A mayor distancia sobre el eje de dispersión SW, la muestra DJ-77-A-1 del depósito más inferior, se distingue por ser leptocúrtica y predominan tamaños ceniza media. La muestra de la capa suprayacente (DJ-77-C-1) es platicúrtica y vuelve a reflejar el enriquecimiento en gruesos, con predominio de tamaños ceniza muy gruesa. Las desviaciones estándar, que varían entre 2,36 ϕ y 3,20 ϕ, respectivamente, indican que los depósitos están pobremente seleccionados (Tabla 5).

En la parte más distal a lo largo del segundo eje principal de dispersión, en el valle de la Quebrada Humadal, las muestras DJ-49-A1-1 y DJ-49-B-1, en que predominan tamaños de ceniza muy gruesa y ceniza gruesa, respectivamente, son positivamente asimétricas, reflejando también un enriquecimiento en gruesos. Adicionalmente, ambas muestras son mesocúrticas y las desviaciones estándar de 3,10 ϕ y 2,86 ϕ son consistentes con la pobre selección de los depósitos (Tabla 5).

36

Fuera del eje de dispersión, en la desembocadura de la Quebrada la Sofía en el Río Resina, la muestra DJ-10-D1-1 se destaca por tener una distribución simétrica y platicúrtica, en que predominan tamaños de ceniza muy gruesa. En la parte superior de la misma capa, la muestra DJ-10-D2-1 presenta una distribución polimodal, negativamente asimétrica y mesocúrtica refleja el enriquecimiento en finos y allí predominan tamaños de ceniza media. Esta muestra se destaca por ser significativamente de grano más fino a todas las demás estaciones. Las desviaciones estándar varían entre 2,33 ϕ y 2,02 ϕ, respectivamente, indicando que ambos depósitos son pobremente seleccionados (Tabla 5).

Las muestras que se presenta en la Tabla 6 son las únicas que con seguridad corresponden a la unidad eruptiva 2 de la Fm El Silencio, más rica en pómez que la unidad eruptiva 1 (Fig. 16). En la muestra DJ-77-D-1 predominan tamaños ceniza muy gruesa, la distribución es polimodal, positivamente asimétrica y platicúrtica, con un marcado enriquecimiento en gruesos. La desviación estándar de 3,42 ϕ, es consistente con un depósito pobremente seleccionado (Tabla 6).

Las otras dos muestras, tomadas en la estación DJ-10, son simétricas, con distribuciones mucho más apretadas que la DJ-77-D-1; la muestra DJ-10E1-1 presenta una distribución polimodal platicúrtica, predominando el tamaño ceniza media; adicionalmente, se destaca por la buena selección, con una desviación estándar de 1,85 ϕ. En la parte superior de la misma capa, la muestra DJ-10E2-1 es polimodal mesocúrtica, con tamaño promedio ceniza muy gruesa. Su desviación estándar de 2,61 ϕ, consistente con la pobre seleccionada (Tabla 6). Es decir, la capa E muestra una variación entre base y techo inversa a la presentada por la capa D subyacente, entre su respectiva base y techo.

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)


Wright, 1989)


Ward, 1957)

Kurtosis (𝛟)

(Folk y Ward, 1974)

DJ-74-C-1

3,66

Polimodal

-0,495

Ceniza muy

gruesa

-0,504

-0,750

3,314


0,055

Simétrica

0,845

Platicúrtica

DJ-74-D-1

3,66

Polimodal

-0,148

Ceniza muy

gruesa

-0,315

-0,750

2,522


0,141


0,906

Mesocúrtica

DJ-77-A-1

Caño Hueco Seco

5,45

Polimodal

1,215

Ceniza media

1,295

1,250

2,364


0,052

Simétrica

1,138

Leptocúrtica

DJ-77-C-1

Caño Hueco Seco

5,45

Polimodal

-0,794

Ceniza Muy

gruesa

-0,736

-0,750

3,201


0,035

Simétrica

0,855

Platicúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-74-C-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-74-D-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-77-A-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-77-C-1

Tabla 5. Resumen de estadísticas granulométricas de las muestras de la Fm El Silencio (EU1). Las distancias de cada estación se tomaron en línea recta desde la cima más alta del volcán. Las estadísticas fueron obtenidas usando el software GRADISTAT (Blott y Pye, 2001). La clasificación de tamaño de grano se basa en White y Houghton (2006), la selección se clasifica de acuerdo a Cas y Wright (1989), la asimetría de acuerdo a Folk y Ward (1957) y la kurtosis de la distribución con la clasificación de Folk (1974).

Fm El Silencio (EU1)

38

Muestras


(km)

Histograma


Media (𝛟)

Mediana (𝛟)

Moda (𝛟)


Wright, 1989)


Ward, 1957)

Kurtosis (𝛟)

(Folk y Ward, 1974)

DJ-49-A1-1

Quebrada Humadal

8,31

Polimodal

-0,195

Ceniza

muy gruesa

-0,320

-0,750

3,106


0,100

Positivamente

asimétrica

0,924

Mesocúrtica

DJ-49-B-1

Quebrada Humadal

8,31

Polimodal

0,011

Ceniza gruesa

-0,135

-0,750

2,866


0,119

Positivamente

asimétrica

0,926

Mesocúrtica

DJ-10-D1-1

Quebrada La Sofía

4,77

Polimodal

-0,270

Ceniza muy

gruesa

-0,212

-0,212

2,338


-0,052

Simétrica

0,892

Platicúrtica

DJ-10-D2-1

Quebrada La Sofía

4,77

Polimodal

1,965

Ceniza media

2,214

2,750

2,027


-0,206

Negativamente asimétrica

1,095

Mesocúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-49-A1-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-49-B-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

14

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-10-D2-1


40

Muestras


(m)

Histograma

Tipo de

Distribución

Media

(𝛟)

Mediana

(𝛟)

Moda

(𝛟)


Wright, 1989)


Ward, 1957)

Kurtosis


DJ-10E1-1

Quebrada La Sofía

4,77

Polimodal

1,173

Ceniza media

1,127

1,250

1,855

Bien seleccionada

0,086

Simétrica

0,886

Platicúrtica

DJ-10E2-1

Quebrada La Sofía

4,77

Polimodal

0,525

Ceniza gruesa

0,498

-0,750

2,615


0,052

Simétrica

0,943

Mesocúrtica

DJ-77-D-1

Caño Hueco

Seco

5,45

Polimodal

-0,633

Ceniza

muy gruesa

-0,694

-0,750

3,422


0,104

Positivamente

asimétrica

0,888

Platicúrtica

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-10E2-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-10E1-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-77-D-1

Tabla 6. Resumen de estadísticas granulométricas de las muestras de la Fm El Silencio (EU2). Las distancias de cada estación se tomaron en línea recta desde la cima más alta del volcán. Las estadísticas fueron obtenidas usando el software GRADISTAT (Blott y Pye, 2001). La clasificación de tamaño de grano se basa en White y Houghton (2006), la selección se clasifica de acuerdo a Cas y Wright (1989), la asimetría de acuerdo a Folk y Ward (1957) y la kurtosis de la distribución con la clasificación de Folk (1974).


6. Discusión

Al graficar todas las muestras en el diagrama de Walker (1971), modificado por Macías y Scolamacchia (2005), se alcanzan a discriminar las dos unidades de estudio, siendo relativamente mejor seleccionadas las muestras de la Fm Las Mesas, rica en líticos juveniles densos, respecto a la Fm El Silencio la cual es rica en pómez. Llama la atención que, mientras las muestras de la Fm El Silencio caen dentro del campo esperado para CPs concentradas, los datos de la Fm Las Mesas se acercan más al campo de las CPs diluidas. Esto no es consistente con las observaciones de los depósitos y los demás parámetros granulométricos, puesto que; depósitos macizos, pobremente seleccionados, con distribuciones polimodales, simétricas mesocúrticas a platicúrticas, algunas con subpoblaciones enriquecidas en gruesos y otras con colas enriquecidas en finos, son mejor asociados a CPs concentradas. El resultado gráfico en el diagrama de Walker (1971) (Fig. 17) puede deberse al posible efecto de la componentría predominante de los depósitos en la selección final. Es decir, es más fácil generar matriz en CPs ricas en pómez, que en CPs ricas en líticos, no solamente por la fragilidad de las pómez ante la fragmentación producida por el transporte, sino también por la fragmentación inducida por explosión de volátiles internos a las mismas (Cashman y Scheu, 2015; Jones et al., 2016; Mueller et al., 2015)

Figura 17. Muestras de la Fm Las Mesas y Fm El Silencio en el diagrama de contornos de Walker (1971).

A continuación, se discuten las interpretaciones más relevantes a partir de los resultados obtenidos.

En la Fm Las Mesas (EU1):

En general, las distribuciones estudiadas muestran el comportamiento esperado a lo largo del eje de dispersión de CPs concentradas, en que disminuye el tamaño de grano y aumenta la selección con la distancia (Taddeucci y Palladino, 2002; Sulpizio y Dellino, 2008; Walker, 1971). Sin embargo, la fragmentación secundaria no parece ser muy eficiente en los primeros 8 km, puesto que el tamaño promedio y la desviación estándar no cambian

0

1

2

3

4

5

6

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Sele

cció

n d

el g

ran

o(σ

)

Mediana (Φ)

Gráfico Walker - Folk and Ward

Las Mesas (EU1)

Las Mesas (EU2)

Las Mesas (EU3)

El Silencio (EU1)

El Silencio (EU2)

0

1

2

3

4

5

6

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

So

rtin

g (σ

)

Mean (x)

Gráfico Walker - Folk and Ward (φ)

Las Mesas (EU1)

Las Mesas (EU2)

Las Mesas (EU3)

El Silencio (EU1)

El Silencio (EU2)

Caida piroclástica

CP Diluida

CP Concentrada

Mediana: punto medio de

la distribución del tamaño

43

fuertemente con la distancia. Tampoco parece haber un contraste muy marcado entre las distribuciones granulométricas en depósitos que afloran en la pared del valle de la Q. Humadal (ej. Estaciones DJ-07, DJ-46 y DJ-48) y aquellos que afloran sobre altos topográficos del basamento (i.e. Estación DJ-43) o que forman una relación de “onlap” sobre la terraza que separa dicho valle con el de la Q. Manzanillo (i.e DJ-09). Únicamente, parece haber mejor selección de la zona central de las curvas respecto a las colas en los afloramientos en el valle. Los cambios más significativos parecen estar asociados a la porción del flujo que se haya muestreado y a las interacciones con la paleotopografía (e.g. Fisher, 1991; Branney y Kokelaar, 2002; Pittari et al., 2006; Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014).

Por ejemplo, en la estación DJ-48 pueden verse las posibles variaciones en las distribuciones dentro de un mismo depósito con la posición estratigráfica, siendo más platicúrticas a la base y mesocúrticas en la zona central y tope, y aumentando la proporción de finos hacia el tope. La variación vertical más significativa dentro de la unidad, se observa en el afloramiento más distal (DJ-91), donde se alcanzó a desarrollar estratificación, en donde la capa delgada y de menor granulometría es mejor seleccionada a las capas macizas más gruesas y de mayor tamaño de grano.

Por su parte, las estaciones DJ-05 y DJ-45 reflejan el posible efecto de la interacción con la paleotopografía, permitiendo la acumulación de gruesos (Pittari et al., 2006; Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014). Esto parece ser más importante en la estación DJ-45, donde posiblemente el flujo chocó con el basamento, perdiendo energía y favoreciendo la acumulación de clastos mucho más grandes a los esperados sobre la terraza que separa las quebradas Humadal y Manzanillo.

Adicionalmente, las estaciones DJ-05, DJ-36 y DJ-10b se distinguen por un marcado enriquecimiento en finos, representando posiblemente la acumulación de la parte terminal del flujo (Branney y Kokelaar, 2002). De la distribución de estaciones en campo y de la literatura disponible (Pardo et al., 2018), es posible que ello coincida con la acumulación de la cola del flujo en la DJ-05, mientras que en las otras dos estaciones coincida con la acumulación de las terminaciones laterales del mismo.


Las distribuciones estudiadas en la EU2 muestran un comportamiento contrastante respecto a la EU1, siendo de granulometría promedio más fina, mejor seleccionada y significativamente más enriquecida en finos (Figs. 19-20). Ello sugiere menor velocidad de transporte y mayor turbulencia por menor concentración de gruesos (Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014). Los datos reflejan la alta variabilidad interna en la EU2, que en campo se ve reflejada con fuertes cambios laterales de espesor y desarrollo de estructuras internas (Pardo., com. Pers.). La muestra DJ-09-D es relativamente más enriquecida en gruesos, reflejando la tendencia de la EU1 y, por tanto, la pérdida de energía por posible

44

efecto de la interacción con la paleotopografía (Pittari et al., 2006; Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014).

En las estaciones DJ-09 (Fig. 18) y DJ-26 (Fig. 19), las distribuciones son consistentes con CPs concentradas, mientras que en la DJ-45 se observan distribuciones consistentes con CPs diluidas (Fig. 20) (Taddeucci y Palladino, 2002; Sulpizio y Dellino, 2008; Walker, 1971). La distribución leptocúrtica en DJ-45 es consistente con su posición más alejada del eje de dispersión, por ende, la probabilidad que la distribución sea unimodal es más alta. La mejor selección de la zona central sugiere menor velocidad de transporte (Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014).

Figura 18. Histograma comparativo de la estación DJ-09-D perteneciente a la Fm Las Mesas (EU2) en azul oscuro, en contraste con las estaciones DJ-09-M y DJ-09-C pertenecientes a la Fm Las Mesas (EU1) en escala de grises.

Figura 19. Histograma comparativo de la estación DJ-26-A perteneciente a la Fm Las Mesas (EU2) en azul oscuro, en contraste con las estaciones DJ-09-M y DJ-09-C pertenecientes a la Fm Las Mesas (EU1) en escala de grises.

45

Figura 20. Histograma comparativo de la estación DJ-45B-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU2) en azul oscuro, en contraste con la estación DJ-45-A-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU1) en gris.


En general, las distribuciones estudiadas son consistentes con CPs concentradas, en donde se observa una disminución en el tamaño de grano y un aumento en la selección con la distancia (Taddeucci y Palladino, 2002; Sulpizio y Dellino, 2008; Walker, 1971). En la estación DJ-77, la acumulación de gruesos acompañada con una cola enriquecida en finos, es consistente con la acumulación de la parte terminal del flujo que se dispersó hacia el SW, entre el Caño Hueco Seco y el Río Resina (Branney y Kokelaar, 2002). En estaciones más lejanas hacia el W, donde se encuentran superpuestos los depósitos, las distribuciones de EU3 son comparables con las de la EU1 y contrastantes con las de la EU2 (Figs. 21-22). En la estación DJ-91, la distribución también es consistente con la parte terminal del flujo en esta dirección, dada la cola enriquecida en finos (Fig. 21).

46

Figura 21. Histograma comparativo de la estación DJ-91-D2-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU3) en azul claro, en contraste con las estaciones DJ-91-B2-1 y DJ-91-B1-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU1) en escala de grises.

En la estación DJ-45, se ven proporciones modales de granulometría más fina respecto a la EU1. Ello sugiere menor energía y menor velocidad de transporte (Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014). No obstante, se distingue nuevamente una subpoblación de gruesos, que puede reflejar la posible interacción con la paleotopografía (Pittari et al., 2006; Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014) (Fig. 22).

Figura 22. Histograma comparativo de la estación DJ-45-D-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU3) en azul claro, en contraste con las estaciones DJ-45-B1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU2) en azul oscuro y DJ-45-A-1 perteneciente a la Fm Las Mesas (EU1) en gris.

47

En la Fm El Silencio (EU1 y EU2 combinadas):

De manera general, las distribuciones estudiadas muestran un comportamiento contrastante respecto a las unidades eruptivas de la Fm Las Mesas, siendo de granulometría promedio más gruesa, peor seleccionadas y significativamente más enriquecidas en gruesos (Figs. 23-25). Ello puede deberse a la mayor proximidad a la fuente y a la sección del depósito muestreado; es decir, las estaciones DJ-74 y DJ-77 están ubicadas en el eje de transporte y, particularmente la DJ-77, en el frente del depósito (Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014). Adicionalmente, los resultados pueden reflejar la diferencia composicional, teniendo en cuenta que la Fm Las Mesas es de dominio lítico-cristalino, mientras que la Fm El Silencio es de dominio vítreo-cristalino, con abundantes fragmentos de pómez, los cuales tienen densidades mucho menores que las dacitas densas.

Todas las distribuciones granulométricas de las estaciones DJ-74-C-1, DJ-77-C-1, DJ-77-D-1 y DJ-49-A1-1 son consistentes con CPs concentradas (Taddeucci y Palladino, 2002; Sulpizio y Dellino, 2008; Walker, 1971). Se distinguen por un marcado enriquecimiento en gruesos que reflejan la acumulación de los mismos por perdida de energía, ya sea en el eje del flujo (DJ-74) (Fig. 23), en el frente del flujo (DJ-77) (Fig. 24), o al interactuar con la topografía (DJ-49) (Fig. 25) (e.g. Pittari et al., 2006; Sulpizio y Dellino, 2008; Sulpizio et al., 2014). Adicionalmente, en estas estaciones puede inferirse la acumulación de la cola del flujo, enriquecida en finos (Sulpizio y Dellino, 2008). Por útlimo, en la estación DJ-10, fuera del eje de transporte (Fig. 26-27), es clara la menor granulometría asociada a la acumulación de una porción lateral del flujo, junto con sus respectivas colas. Las dos capas estudiadas (D y E), reflejan la acumulación de una porción más concentrada y otra relativamente más diluida o con menor capacidad de carga (e.g. Taddeucci y Palladino, 2002; Sulpizio y Dellino, 2008; Walker, 1971). En la capa D la porción más concentrada está a la base, mientras que en la E está al tope, lo cual puede deberse a la acumulación diferencial de las distintas zonas turbulentas de la CP: en D, se acumuló la zona turbulenta terminal en la zona superior, mientras que en E se pudo acumular la zona turbulenta frontal, inferior (e.g. Sulpizio et al., 2014). El marcado enriquecimiento en finos y buena selección de la capa DJ-10-D2-1 (Fig. 26), por su parte, representa la posible acumulación de la nube acompañante (co-CP) en estas zonas laterales (e.g. Horwell et al., 2001; Branney y Kokelaar, 2002).

48

Figura 23. Histograma comparativo de la estación DJ-74-D-1 en morado oscuro, en contraste con la estación DJ-74-C-1 en morado claro. La unidad inferior en este punto (C) está enriquecida en gruesos, también presenta enriquecimiento en finos y es mejor seleccionada respecto a la capa suprayacente (D).

Figura 24. Histograma comparativo de las muestras tomadas en distintas capas, en la estación DJ-77. De base a techo, la mejor selección de la capa A puede responder a la llegada del frente más diluido del flujo, mientras que las muestras C-1 y D-1 reflejan la acumulación del cuerpo principal de la CP concentrada, enriquecida en gruesos, también al frente.

49

Figura 25. Histograma comparativo de las dos muestras tomadas en la estación DJ-49. La muestra B-1 es ligeramente más enriquecida en gruesos que la A1-1.

Figura 26. Histograma comparativo de las muestras tomadas en la estación DJ-10, para la EU1 de la Fm El Silencio, fura del eje de dispersión. Se observa claramente la acumulación de la zona principal de CP (DJ-10-D1-1) contrastando con la acumulación de la co-CP enriquecida en finos y mucho mejor seleccionada (DJ-10-D2-1).

50

Figura 27. Histograma comparativo de las muestras tomadas en la estación DJ-10, para la EU2 de la Fm El Silencio, fura del eje de dispersión. En este caso, la capa inferior (DJ-10E1-1) muestra mejor selección respecto a la capa superior (DJ-10E2-1).

7. Conclusiones

A partir del análisis granulométrico en depósitos de CPs formadas durante erupciones vulcanianas del CVDJ (Nariño, Colombia) se encontró que, en general, los depósitos están conformados por granos de tamaño entre 0 ϕ y -1 ϕ, correspondientes a ceniza muy gruesa. Las distribuciones granulométricas tienden a ser polimodales, simétricas, mesocúrticas-platicúrticas y mal seleccionadas, consistentes con la acumulación de CPs concentradas.

En la Fm Las Mesas, los depósitos son consistentes con CPs concentradas (EU1 y EU3) y con CPs diluidas (EU2) (Fig. 28), siendo la EU2, en azul oscuro, de granulometría promedio más fina, mejor seleccionada y significativamente más enriquecida en finos respecto a las EU1 y EU3, en azul claro y gris, respectivamente. Los mecanismos de transporte/acumulación están dominados por interacción entre clastos y rodamiento para el caso de las CPs concentradas; constituyendo así flujos granulares, y por suspensión para el caso de las CPs diluidas; constituyendo flujos turbulentos.

51

Figura 28. Histograma comparativo de la estación DJ-45 en las tres unidades eruptivas de la Fm Las Mesas; EU1 (gris), EU2 (azul oscuro) y EU3 (azul claro).

En la Fm El Silencio, los depósitos son consistentes con CPs concentradas (Fig. 29), siendo La EU1, en morado, de granulometría promedio más gruesa respecto a la EU2, en rosado. No obstante, la granulometría fina de la estación DJ-10, es una excepción a lo que se ve en general; los depósitos son consistentes con la acumulación diferencial de las distintas zonas turbulentas de una CP. En particular, la alta concentración de finos junto a la buena selección de la muestra DJ-10-D2-1, sugiere acumulación de la nube acompañante (co-CP). Los mecanismos de transporte/acumulación están dominados por interacción entre clastos, rodamiento y suspensión.

Figura 29. Histograma comparativo de la estación DJ-77 en las dos unidades eruptivas de la Fm El Silencio; EU1 (morado) y EU2 (rosado).

Por otra parte, las colas enriquecidas en finos en la mayoría de muestras de ambas formaciones, especialmente en la Fm El Silencio, evidencian el aumento de finos a mayor distancia de la fuente (Fig. 30).

Fm Las Mesas (EU2)

Fm Las Mesas (EU1)

Fm Las Mesas (EU3)



52

Figura 30. Histogramas correspondientes a estaciones de la Fm Las Mesas y la Fm El Silencio, cerca al VDJ y lejos del VDJ.

Finalmente, el enriquecimiento en líticos de la Fm Las Mesas versus el enriquecimiento en pómez de la Fm El Silencio, sugieren un cambio en la fuente. Este cambio se puede deber a cambios en el mecanismo de fragmentación, que podrían tender a ser más freatomagmáticos en Las Mesas y más magmáticos en El Silencio. Sin embargo, se recomienda realizar un analisis de componentes, así como también, un estudio de las morfologías de los fragmentos vitreos mediante el microscopio electrónico de barrido (SEM) para caracterizar los mecanismo de fragmentación y así, recopilar más información que sirva para la evaluación de la dinámica de futuros eventos.

8. Bibliografía

Bachtell, A., Esposti, T., & Belousov, A. (2015). Vulcanian Eruptions. En H. Sigurdsson, B. Houghton, S. R. McNutt, H. Rymer, & J. Stix (Edits.), The Encyclopedia of Volcanoes (Second ed.). Academic Press.

Barberi, F., Coltelli, M., Ferrara, G., Innocenti, F., Navarro, J. M., & Santacroce, R. (1987). Plio- quaternary volcanism in Ecuador. Geological Magazine, 125(1), 1-14.

Blott, S. J., & Pye, K. (2001). GRADISTAT: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth surface processes and Landforms, 26(11), 1237-1248.

Fm Las Mesas

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-74-C-1

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %


DJ-49-A1-1

CERCAA LA FUENTE

LEJOSDELA FUENTE

CERCAA LA FUENTE

LEJOSDELA FUENTE

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %

P article D iameter (ɸ)

DJ-07-M

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

14

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

wt %

wt %

P article D iameter (ɸ)

DJ-91-B1-1 TOP

Fm El Silencio

53

Bourdon, E., Eissen, J. P., Gutscher, M. A., Monzier, M., Hall, M. L., & Cotten, J. (2003). Magmatic response to early aseismic ridge subduction: the Ecuadorian margin case (South America). Earth and Planetary Science Letters, 205(3-4), 123-138. Branney, M. J., Kokelaar, P., & Kokelaar, B. P. (2002). Pyroclastic density currents and the sedimentation of ignimbrites. Geological Society of London. Bui EN, Mazullo J, Wilding LP. 1990. Using quartz grain size and shape analysis to distinguish between aeolian and fluvial deposits in the Dallol Bosso of Niger (West Africa). Earth Surface Processes and Landforms 14: 157–166. Cas, R., & Wright, J. (1989). Volcanic successions modern and ancient: A geological approach to processes, products and successions. Springer Science & Business Media. Cashman, K. V., & Scheu, B. (2015). Magmatic fragmentation. In The encyclopedia of volcanoes (pp. 459-471). Academic Press. Cortés, M., Angelier, J., & Colletta, B. (2005). Paleostress evolution of the northern Andes (Eastern Cordillera of Colombia): Implications on plate kinematics of the South Caribbean region. Tectonics, 24(1). Espinosa, A., 2012. Enciclopedia de Desastres Naturales Históricos en Colombia, Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales-Universidad del Quindio. 2nd ed. (1840p., Pereira, Colombia. ISBN: 978-958-920-59-4). Fisher, R. V. & Schmincke, H.-U. (1984). Pyroclastic rocks. Springer Science & Business Media. Fisher, R. V., & Smith, G. A. (1991). Volcanism, tectonics and sedimentation. Folk, R. L. (1974). Petrology of sedimentary rocks. Hemphill Publishing Company. Folk, R. L., & Ward, W. C. (1957). Brazos River bar [Texas]; a study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Research, 27(1), 3-26. Friedman GM. 1979. Differences in size distributions of populations of particles among sands of various origins. Sedimentology 26: 3–32.

Hall, M. L., & Wood, C. A. (1985). Volcano-tectonic segmentation of the northern Andes. Geology, 13(3), 203-207.

Horwell, C. J., Braña, L. P., Sparks, R. S. J., Murphy, M. D., & Hards, V. L. (2001). A geochemical investigation of fragmentation and physical fractionation in pyroclastic flows

54

from the Soufrière Hills volcano, Montserrat. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 109(4), 247-262.

Houghton, B., Wilson, C., 2015. Pyroclast Transport and Deposition. In: The Encyclopedia of Volcanoes, H. Sigurdsson, Ed. in Chief, Academic Press, San Diego, 545-554

Jones, T. J., McNamara, K., Eychenne, J., Rust, A. C., Cashman, K. V., Scheu, B., & Edwards, R. (2016). Primary and secondary fragmentation of crystal-bearing intermediate magma. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 327, 70-83.

Krumbein, W. C. (1934). Size frequency distributions of sediments. Journal of sedimentary Research, 4(2), 65-77.

Macías, J. L., & Scolamacchia, T. (2005). Distribution and stratigraphy of deposits produced by diluted pyroclastic density currents of the 1982 eruption of El Chichón volcano, Chiapas, Mexico. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, 22(2), 159-180.

Mackaman-Lofland, C., Brand, B. D., Taddeucci, J., & Wohletz, K. (2014). Sequential fragmentation/transport theory, pyroclast size–density relationships, and the emplacement dynamics of pyroclastic density currents—A case study on the Mt. St. Helens (USA) 1980 eruption. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 275, 1-13.

Mueller, S. B., Lane, S. J., & Kueppers, U. (2015). Lab-scale ash production by abrasion and collision experiments of porous volcanic samples. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 302, 163-172. Murcia, H. F., Cortés, G. P., & Hurtado, B. O. (2013). Métodos e integración de análisis granulométrico para depósitos volcaniclásticos. Boletín Geológico, (42), 129-140. Newhall, C. G., & Self, S. (1982). The volcanic explosivity index (VEI) an estimate of explosive magnitude for historical volcanism. Journal of Geophysical Research: Oceans, 87(C2), 1231-1238.

Pardo, N., Pulgarin, B., Betancourt, V., Lucchi, F., & Valencia, L. J. (2018). Facing geological mapping at low-latitude volcanoes: The Dona Juana Volcanic Complex study-case, SW-Colombia. Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Pittari, A., Cas, R. A. F., Edgar, C. J., Nichols, H. J., Wolff, J. A., & Martí, J. (2006). The influence of palaeotopography on facies architecture and pyroclastic flow processes of a lithic-rich ignimbrite in a high gradient setting: the Abrigo Ignimbrite, Tenerife, Canary Islands. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 152(3-4), 273-315.

55

Pulgarín, B., Cardona, C. E., Santacoloma, C. C., Agudelo, A., Calvache, M. L., & Monsalve, M. L. (2008). Erupciones del Volcán Nevado del Huila, en febrero y abril de 2007, y los cambios en su masa glaciar. Boletín Geológico, (42), 109-128.

Schmid, R., 1981. Descriptive nomenclature and classification of pyroclastic deposits and fragments: Recommendations of the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Geology 9: 41-43

Schneider, C. A., Rasband, W. S., & Eliceiri, K. W. (2012). NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature methods, 9(7), 671-675.

Sohn, Y. K., & Chough, S. K. (1989). Depositional processes of the Suwolbong tuff ring, Cheju Island (Korea). Sedimentology, 36(5), 837-855. Sulpizio, R., Dellino, P., Doronzo, D. M., & Sarocchi, D. (2014). Pyroclastic density currents: state of the art and perspectives. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 283, 36-65. Sulpizio, R., & Dellino, P. (2008). Sedimentology, depositional mechanisms and pulsating behaviour of pyroclastic density currents. Developments in Volcanology, 10, 57-96.

Stern, C. R. (2004). Active Andean Volcanism: its geologic and tectonic setting. Revista Geológica de Chile, 31(2), 161-206.

Taddeucci, J., & Palladino, D. M. (2002). Particle size-density relationships in pyroclastic deposits: inferences for emplacement processes. Bulletin of Volcanology, 64(3-4), 273-284. Taboada, A., Rivera, L. A., Fuenzalida, A., Cisternas, A., Philip, H., Bijwaard, H., ... & Rivera, C. (2000). Geodynamics of the northern Andes: Subductions and intracontinental deformation (Colombia). Tectonics, 19(5), 787-813. Udden, J. A. (1914). Mechanical composition of clastic sediments. Bulletin of the Geological Society of America, 25(1), 655-744. Walker, G. P. (1971). Grain-size characteristics of pyroclastic deposits. The Journal of Geology, 79(6), 696-714. Wentworth, C. K. (1922). A scale of grade and class terms for clastic sediments. The journal of geology, 30(5), 377-392. White, J. D. L., & Houghton, B. F. (2006). Primary volcaniclastic rocks. Geology, 34(8), 677-680.

56

Wohletz, K. H., Sheridan, M. F., & Brown, W. K. (1989). Particle size distributions and the sequential fragmentation/transport theory applied to volcanic ash. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 94(B11), 15703-15721.

análisis de distribución de tamaños de partículas

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