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Petrognesis gnea de la Faja Volcnica Transmexicana BOLETN DE LA SOCIEDAD GEOLGICA MEXICANA VOLUMEN CONMEMORATIVO DEL CENTENARIO TEMAS SELECTOS DE LA GEOLOGA MEXICANA TOMO LVII, NM. 3, 2005, P. 227-283

227D DAGEOL CA GI

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1904

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2004 . I C AN A A

C i e n A os

Petrognesis gnea de la Faja Volcnica TransmexicanaArturo Gmez-Tuena*, Ma. Teresa Orozco-Esquivel, Luca FerrariCentro de Geociencias, Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Campus Juriquilla, Apartado postal 1-742, Quertaro, Qro., 76001, Mxico * [email protected]

Resumen La extraordinaria diversidad magmtica de la Faja Volcnica Transmexicana est controlada (directa o indirectamente) por dos placas ocenicas independientes cuyos parmetros geofsicos y composicionales se modican constantemente a lo largo de la trinchera, por un rgimen tectnico esencialmente distensivo que opera con distinta intensidad sobre la placa continental, por un basamento cortical con diferentes edades, espesores y composiciones, y por una fuente mantlica primaria de composicin extremadamente variable que ha sido inuenciada, en mayor o menor medida, por los agentes qumicos derivados de la subduccin. El rgimen tectnico convergente y, en consecuencia, el arco magmtico, tampoco han evolucionado de forma homognea a lo largo su historia, sino que han mostrado transformaciones notables en su posicin, geometra y composicin. Por estos motivos, la Faja Volcnica Transmexicana es el resultado de uno de los sistemas tectnicos convergentes ms complejos del planeta, el objeto de ms de un siglo de investigaciones cientcas, y tambin el centro de las controversias ms notables sobre la geologa mexicana. Palabras clave: Faja Volcnica Transmexicana, Mxico, subduccin, arco magmtico, petrologa gnea, manto, corteza.

Abstract The magmatic diversity of the Transmexican Volcanic Belt is directly or indirectly controlled by two independent oceanic plates with differing geophysical and compositional parameters, by an extensional tectonic regime that operates with different intensities over the upper plate, by a continental basement with a diversity of ages, thicknesses and compositions, and by a compositionally heterogeneous mantle wedge that has been modied to various extents by the subduction-derived chemical agents. The convergent margin and the magmatic arc have not been evolving homogenously though their geologic histories, but instead have shown signicant changes in position, geometry and composition. For these reasons, the Transmexican Volcanic Belt is the result of one of the most complex convergent margins on the planet, the subject of more than a century of scientic investigations, and the core of the most notable debates on the Mexican geology. Key words: Transmexican Volcanic Belt, Mexico, subduction, magmatic arc, igneous petrology, mantle, crust.

C

.

M

228

Gmez-Tuena et al.

1. Introduccin y objetivos La provincia geolgica denominada como la Faja Volcnica Transmexicana (FVTM) es probablemente la regin de nuestro pas que mayor atencin ha tenido en las investigaciones geolgicas y geofsicas. Esta gran actividad cientca est ampliamente justicada dada la importancia que tiene el estudio detallado de una regin geolgicamente activa que adems concentra a la mayor parte de la poblacin e infraestructura del pas. Sin embargo, y a pesar del abultado volumen de publicaciones sobre su estructura, estratigrafa, petrologa, geoqumica, geofsica y entorno ambiental, es todava difcil asegurar que se encuentre adecuadamente descrita y comprendida. Cada ao las aportaciones cientcas ofrecen nuevas hiptesis que nos acercan a una comprensin global de su origen, pero tambin es cierto que muy pocas de ellas han despertado un consenso generalizado entre la comunidad cientca. Por estos motivos, no cabe duda que la FVTM representa todava uno de los temas ms apasionantes de la investigacin geolgica mexicana, y estamos convencidos de que lo seguir siendo en tiempos venideros. El principal objetivo de esta contribucin es promover y facilitar el estudio interdisciplinario del arco magmtico mexicano mediante la revisin de los datos y las ideas que han sido planteadas a lo largo de los aos para explicar su origen. Lograr este objetivo de manera exhaustiva dista mucho de ser una tarea sencilla. Los textos publicados sobre los volcanes mexicanos representan ms de un siglo de investigaciones, y su sola compilacin y lectura podra llevar fcilmente varios meses de arduo trabajo. Por eso deseamos hacer notar que esta revisin estar muy lejos de ser enciclopdica, y que probablemente dedicaremos mucho ms espacio e inters a aquellos descubrimientos y problemas que han sido planteados en las ltimas dos dcadas y que consideramos sern de mayor provecho para los lectores. En la primera parte del trabajo revisaremos el estado actual del conocimiento geolgico y geofsico del arco, pues es evidente que estos parmetros representan el marco de referencia bajo el cual debe elaborarse cualquier interpretacin petrogentica. Posteriormente, se analizarn las caractersticas petrolgicas y geoqumicas de las diversas secuencias volcnicas emplazadas en el arco, utilizando una base de datos con ms de mil anlisis geoqumicos. Por ltimo, se revisarn las ideas que han sido planteadas en los ltimos aos para explicar el origen de la extraordinaria diversidad de magmas emplazados en la FVTM. Buscaremos afrontar las distintas hiptesis con un sentido crtico, haciendo nfasis en las premisas y suposiciones, sin dejar de lado las inconsistencias y las observaciones no resueltas. De esta forma esperamos poder abrir los caminos necesarios y ubicar los nichos adecuados para las investigaciones futuras.

2. Contexto geolgico y geodinmico Se acostumbra denir a la Faja Volcnica Transmexicana (FVTM) como un arco magmtico continental, constituido por cerca de 8 000 estructuras volcnicas y algunos cuerpos intrusivos, que se extiende desde las costas del Pacco, en San Bls, Nayarit y Baha de Banderas, Jalisco, hasta las costas del Golfo de Mxico en Palma Sola, Veracruz (Demant, 1978). La provincia tiene aproximadamente 1000 km de longitud y una amplitud irregular entre los 80 y 230 km, y se distribuye con una direccin preferencial E-W en su parte central y oriental, WNW-ESE en su parte occidental, formando un ngulo cercano a los 16 con respecto a la Trinchera Mesoamericana (Figura 1). Esta caracterstica ha dado lugar a que la provincia reciba el nombre de Faja Volcnica Transmexicana, pues claramente muestra una distribucin transversal con respecto a las grandes provincias geolgicas mexicanas que corren con una orientacin preferencial NNW-SSE (Ortega-Gutirrez et al., 1992). Se ha vuelto costumbre dividir a la FVTM en tres sectores o porciones con base en su geologa y tectnica (Demant, 1978; Pasquar et al., 1988) (Figura 1): una porcin occidental entre la costa del Golfo de California y la junta triple de los rifts de Zacoalco, Chapala y Colima (Allan, 1986); una porcin central comprendida entre dicha estructura y el sistema de fallas Taxco-San Miguel de Allende (Alaniz-lvarez et al., 2002a); y una porcin oriental entre este sistema y la costa del Golfo de Mxico. Consideramos que esta subdivisin es conveniente y por lo tanto es la que adoptaremos en el presente trabajo.

105W

100

95 30N

Placa de Rivera

Placa del Pacfico

Figura 1. Ubicacin de la Faja Volcnica Transmexicana (en gris), de las principales provincias geolgicas de Mxico y de las placas tectnicas actuales. Tambin se muestra la ubicacin de los tres sectores de la FVTM que sern mencionados en este trabajo.

rra Sie M

Placa de Norteamricac Oc re ad ide l ntaOcc

Central Oriental

e dr Ma tal rra ien Sie OrMadre del Sur

Golfo de Mxico

25

SierraPlaca de Cocos

sa al Me entr C

20

15

Petrognesis gnea de la Faja Volcnica Transmexicana

229

2.1. Evolucin geolgica de la Faja Volcnica Transmexicana Aunque la evolucin espacio-temporal del magmatismo, y particularmente la transicin entre la Sierra Madre Occidental y la FVTM, estuvo sujeta a discusin por largo tiempo (Mooser, 1972; Demant, 1978; Cantagrel y Robin, 1979; Demant, 1981; Robin y Cantagrel, 1982; Venegas et al., 1985; Nixon et al., 1987), en la actualidad, y gracias a la abundancia de fechamientos isotpicos obtenidos en las ltimas dos dcadas, parece ser claro que la individualizacin de la FVTM como una entidad geolgica distintiva ocurri durante el Mioceno medio y tardo, como resultado de una rotacin antihoraria del arco que form la Sierra Madre Occidental (Ferrari et al., 1999). Recientemente, Ferrari et al. (2005a) elaboraron la primera cartografa geolgica digital de la FVTM. Este documento, que incluye una base de datos con ms de 1300 edades y cerca de 3 000 anlisis qumicos, constituye la plataforma para la sntesis de la evolucin geolgica de la FVTM que se presenta aqu (Lmina 1, Figura 2). De manera muy sinttica la historia geolgica de la FVTM se puede dividir en cuatro episodios principales: (1) la instauracin de un arco de composicin intermedia en el Mioceno medio y tardo, (2) un episodio mco del Mioceno tardo, (3) un episodio silcico de nales de Mioceno que llega a ser bimodal en el Plioceno temprano, y (4) la reinstauracin de un arco con gran variabilidad composicional a partir del Plioceno tardo. 2.1.1. Arco del Mioceno medio y tardo Los albores de la actividad volcnica en la FVTM se remontan al Mioceno medio, cuando un arco con orientacin aproximada E-W se emplaza en el centro de Mxico, entre la longitud de Morelia-Quertaro y las costas del Golfo de Mxico (Figura 2a). Los vestigios de esta actividad inicial se encuentran en proximidad con el frente volcnico actual del sector central de la FVTM: en los complejos volcnicos de la sierra de Mil Cumbres y la sierra de Angangueo, en Michoacn (Pasq