Cenizas volcánicas alteradas de la Formación San Felipe (Sierra Madre Oriental) en Galeana, N.L.

Share This
Etiquetas

Fernando Velasco Tapia*, Stephanie Nohemí Leal Gómez*, Patricia Saraí Soto Borrego*, María Esther Cruz Gámez*

CIENCIA UANL / AÑO 20, No. 85 julio-septiembre 2017

Resumen

Se reporta el estudio petrográfico y geoquímico de estratos de ceniza volcánica alterada de la Formación San Felipe (Sierra Madre Oriental; Cretácico Superior) en la localidad de Puerto de Pastores, Galeana, Nuevo León. Estos estratos están constituidos por cuarzo, feldespato potásico, plagioclasa sódica, zircón y minerales opacos embebidos en una matriz vítrea con calcita, illita y clorita. Las rocas se clasifican como riodacita, riolita y traquiandesita con una afinidad tectónica a un ambiente de arco continental.

Palabras clave: Formación San Felipe, cenizas volcá- nicas alteradas, Mar Interior Occidental de Norteamérica, Cretácico Superior.

Abstract

The following paper reports a petrographic and geochemical study of altered volcanic ash strata from the Formación San Felipe (Sierra Madre Oriental; Late Cretaceous) in the town of Puerto de Pastores, Galeana, Nuevo León. These stratum consist of quartz, feldspar, potassium, sodium plagioclase, zircon and opaque minerals embedded in a glass matrix with calcite, illite, and chlorite. The rocks are classified as rhyodacite, rhyolite, and trachyandesite, with a tectonic affinity to a continental arc environment.

Keywords: Formación San Felipe, altered volcanic ash, Western Interior Seaway of North America, Late Cretaceous.

Las columnas estratigráficas correspondientes al Cretá- cico Superior desde Alaska hasta el sureste de Estados Unidos incluyen estratos de ceniza volcánica alterada (Cadrin et al., 1995; Lerbekmo, 2002; Fanti, 2009). Las características mineralógicas y geoquímicas de estos horizontes han sido útiles para inferir procedencia, condiciones de depósito, procesos diagenéticos y la edad de la actividad volcánica, así como sus implicaciones paleogeográficas (Cadrin et al., 1995; Lerbekmo, 2002; Fanti, 2009; Walker et al., 2013).

Recientemente, Velasco-Tapia et al. (2016) reportaron un estudio mineralógico, geoquímico y geocronológico de estos materiales incluidos en la Formación San Felipe (Cretácico Superior), la cual forma parte del registro estratigráfico de la Sierra Madre Oriental. A fin de incrementar la base de datos mineralógica y química ya existente, se ha levantado y muestreado un nuevo perfil en la localidad Puerto de Pastores, Galeana, Nuevo León (N.L.). En este trabajo se presenta el análisis de estos nuevos resultados, considerando parte de la información ya documentada.

Marco geológico

Mar Interior Occidental de Norteamérica

Durante el Cretácico Superior, la zona interior de Norteamérica fue ocupada por una cuenca asimétrica y alargada, con dirección N-S, denominada Mar Interior Occidental (MIO). Éste se extendía a lo largo de ~5000 km, permitiendo la conexión entre el Mar Boreal, al norte de Canadá, y el mar ecuatorial de Tetis (Sageman y Lyons, 2004). El origen del MIO se ha relacionado con una serie de variaciones eustáticas que ocurrieron durante el Cretácico, como resultado de una intensa actividad tectónica y volcánica, un efecto invernadero y una gran retención de radiación solar, que provocaron la ausencia de hielo y glaciares en las regiones polares (Kauffman y Caldwell, 1993).

Eventos tectónicos de empuje y acortamiento durante el Cretácico, como la orogenia Laramide, contribuyeron al desarrollo de la Cordillera Occidental de Norteamérica, la cual marcó la frontera occidental del MIO, además de ser su fuente principal de aporte clástico (Kauffman y Caldwell, 1993). Por otra parte, horizontes de ceniza volcánica alterada se encuentran dispersos a lo largo del MIO (Payenberg et al., 2002; Foreman et al., 2008; Meyer et al., 2013; Shimer et al., 2016). Éstos han sido relacionados con la actividad volcánica que ocurrió junto con la formación de la Cordillera Occidental de Norteamérica en el Cretácico Superior. Esta actividad se inició probablemente entre el Triásico Tardío-Jurásico Temprano, relacionada con la subducción a lo largo del margen occidental de Norteamérica (Dickinson, 2004).

Figura 1. Ubicación del área de estudio (modificado de SGM, Carta Geológico-Minera Galeana G14-C56, 2007).

La secuencia sedimentaria del Mesozoico y su basamento experimentaron un evento de deformación (orogenia Sevier-Laramide; English y Johntson, 2004) entre el Cretácico Superior y el Paleoceno (80-55 Ma), debido a la subducción de la placa Farallón bajo Norteamérica y a la colisión del Terreno Guerrero a lo largo de la costa occidental de México, dando lugar a este extenso cinturón plegado y cabalgado (Martini y Ortega-Gutiérrez, 2017).

Sierra Madre Oriental

La Sierra Madre Oriental (SMO) es el rasgo tectónico más sobresaliente del NE de México, el cual se llega a extender hasta el centro del país. Dicha provincia geológica está compuesta por una secuencia sedimentaria del Mesozoico de 2-3 km de espesor que fue depositada sobre un basamento metamórfico Prejurásico (Eguiluz, Aranda-García y Marret, 2000). La columna estratigrá- fica general de la SMO está compuesta por rocas evaporíticas, siliciclásticas y carbonatos, cuyos ambientes de deposición y distribución de facies varían a través del tiempo y espacio como resultado de la actividad tectónica, cambios en el nivel del mar y variaciones en el aporte de detritos (Goldhammer y Johnson, 2001).

Formación San Felipe

El término “Formación San Felipe” fue empleado por primera vez por Jeffreys en 1910 para referirse a una alternancia de calizas y lutitas del Conaciano-Santoniano Inferior.

Muir (1934) indicó que las rocas en esta unidad están constituidas por caliza gris interestratificada con marga limosa, mientras que en la base presenta estratos con una coloración verde. Posteriormente, este autor estableció (Muir, 1936) que la unidad se encuentra conformada por dos miembros. El miembro inferior muestra un espesor de ~61 m de calizas arcillosas, intercalaciones de lutita y horizontes de ceniza volcánica alterada de color verde.

El miembro superior está constituido con un espesor de 91-122 m de caliza alternada con lutita que varía de facies calcárea a facies arcillosas debido a la transición a la Formación Méndez que lo sobreyace.

Seibertz (1988) describió esta unidad litológica como una secuencia caliza arcillo-margosa, delgada y compactada de color gris claro a verde a causa del intemperismo y con intercalaciones de lutita. Este autor la dividió además en dos miembros: Inferior La Boca: compuesto por intercalaciones de arenisca verde, limolita y caliza, con espesores de 32 m; y Superior Solís: con espesor de 95 m y compuesto por una secuencia de caliza con capas delgadas de pedernal e intercalaciones de arenisca verde, lutita, limolita y caliza, la consideró de ambiente de depósito en base de talud y cuenca.

Trabajo de campo y experimental

Las actividades de campo se realizaron en la localidad Puerto Pastores, Galeana, N.L. (figura 1), en donde se efectuó un levantamiento y muestreo de la unidad. Se seleccionaron algunas muestras para elaborar láminas delgadas en el Laboratorio de Preparación, Facultad de Ciencias de la Tierra, UANL. El análisis petrográfico se efectuó por medio de un microscopio Leica de luz polarizada. Muestras selectas fueron analizadas por difracción de rayos-X en el Cinvestav-IPN (Mérida, Yucatán), utilizando un equipo Siemens D-5000. Por otra parte, muestras de este afloramiento fueron pulverizadas en un mortero de ágata. Su composición química fue determinada en los laboratorios de Actlabs (Canadá) siguiendo el protocolo “4LithoRes”. El material fue fundido con una mezcla de metaborato-tetraborato de litio y el producto disuelto con HNO3 5%. La disolución fue utilizada para determinar los elementos mayores por el método ICP-OES, mientras que los elementos traza fueron analizados por medio de ICP-MS.

Resultados

Se levantó una sección de ~97 m de la Formación San Felipe, con un contacto bien definido con la Formación Agua Nueva (base). Se documentaron 19 horizontes de ceniza volcánica alterada de 5-30 cm de espesor (figura 2). Éstos se encuentran intercalados en una secuencia de caliza y lutita, que se hace más arcillosa conforme se asciende estratigráficamente.

En análisis petrográfico indica un arreglo mineralógico de cuarzo, feldespato potásico, plagioclasa sódica, zircón y minerales opacos (figura 3), que se encuentra embebido en una matriz vítreo-arcillosa de calcita, clorita e illita. El cuarzo se presenta, en general, de forma monocristalina y anhedral. El feldespato potásico se observa anhedral a subhedral. En un estudio previo, la difracción de rayos-X mostró que es de tipo sanidino (Velasco-Tapia et al., 2016). La plagioclasa ocurre de forma subhedral y, en ocasiones, con maclado polisintético. Un gran número de especímenes tanto de feldespato potásico como de plagioclasa muestran sericitización. Los cristales de zircón son pequeños y subhedrales, con un relieve alto, mostrando un color amarillo pálido en nicoles paralelos.

Figura 2. Afloramiento de la Formación San Felipe (Cretácico Superior) en donde se observa la intercalación de estratos de ceniza volcánica alterada (color verde) con horizontes delgados de caliza y lutita.

En general, las rocas (n = 10) muestran composiciones variables en %SiO2 (= 53.9 – 72.4), %Al2O3 (= 10.7-20.2), %Na2 O (= 0.3 – 7.3) y %K2 O (= 0.6 – 8.9), que reflejan una fuente volcánica heterogénea o varios centros de emisión. El %CaO es de 0.6-9.1, lo que refleja una diferente incorporación de carbonatos durante el depósito. Por otra parte, las rocas se caracterizan por las siguientes composiciones en elementos traza (en ppm): La = 17.0-36.8; Yb = 1.4-5.8; Ba = 245-4000; Nb = 7.0-16.0 e Y = 13.0-57.0.

Discusión

El análisis petrográfico indica una fuente volcánica de composición félsica, dominada por cuarzo, plagioclasa sódica, feldespato potásico y zircón, los cuales son embebidos en una matriz vítrea. Los procesos de diagénesis han provocado una alteración intensa del vidrio y los fenocristales, dando lugar a una acumulación importante de sericita, carbonatos, illita y clorita. Los carbonatos también pueden tener un origen biogénico.

Debido al grado de alteración descrito, elementos como Ti, Y, Zr, Hf, Nb, Ta, Th y REE, que al considerarse inmóviles, son muy útiles para establecer la clasificación, procedencia y ambiente tectónico de los depósitos de ceniza volcánica (Christidis y Huff, 2009), siendo usados en este trabajo con los propósitos antes señalados.

Figura 3. Microfotografía de un estrato de ceniza volcánica alterada (muestra PP7; 10×). (A) Nicoles cruzados: cristales de plagioclasa (Plg), cuarzo (Qz) y circón (Zrn) con agregados de calcita (Ca) y clorita (Chl) en una matriz vítrea (MV). (B) Nicoles paralelos: acumulación de minerales opacos (Op) y clorita (Chl); fracturamiento en sesgo relleno de óxidos de fierro.

De acuerdo al diagrama Zr/Ti-Nb/Y de Floyd y Winchester (1978), las rocas se clasifican como riodacita, riolita y traquiandesita, lo que confirma su derivación de un vulcanismo félsico (figura 4).

Figura 4. Clasificación de las cenizas volcánicas San Felipe, basado en relaciones de elementos inmóviles (Floyd y Winchester, 1978).

En los diagramas multielementos (figura 5), normalizados a MORB (Rollinson, 1993), las rocas presentan un enriquecimiento en elementos altamente incompatibles y una anomalía negativa de Nb-Ta. Estos patrones son típicos para magmatismo de arco.

Figura 5. Diagramas multielementos, normalizado a MORB (Rollinson, 1993), de las cenizas volcánicas alteradas de la Formación San Felipe.

La aplicación de diagramas de discriminación tectónica convencionales, como el propuesto por Gorton y Schandal (2000; figura 6), confirma la afinidad del vulcanismo a un ambiente tectónico de arco continental.

Figura 6. Discriminación tectónica de las cenizas volcánicas alteradas de la Formación San Felipe, de acuerdo a Gorton y Schandal (2000).

Conclusiones

Los estratos de cenizas volcánicas de la Formación San Felipe de la localidad Puerto de Pastores (Galeana, Nuevo León) se clasifican como riodacita, riolita y traquiandesita. Están constituidos por cuarzo, feldespato potásico (sanidino), plagioclasa sódica, zircón y minerales opacos, dentro de una matriz vítreoarcillosa conformada por calcita, illita y clorita.

Diversos indicadores mineralógicos y geoquímicos sugieren un origen ligado a un vulcanismo félsico (enriquecido en elementos litófilos) de arco continental durante el Cretácico Superior, posiblemente asociado a la subducción de la placa Farallón bajo el margen continental de Norteamérica.

Agradecimientos

Este trabajo fue desarrollado con financiamiento de fondos de Ciencia Básica Conacyt (Proyecto 0106939) y del Programa de Apoyos a la Investigación Científica y Tecnológica – UANL (Proyecto CT293-10), otorgados al primer autor. Asimismo, se agradece el apoyo a través de fondos del proyecto Prodep-SEP clave DSA/103.5/15/6797; UANL-PTC-841, otorgado a E.M. Cruz Gámez.

* Universidad Autónoma de Nuevo León.

Contacto: fernando.velascotp@uanl.edu.mx

 

Referencias

Cadrin, A.A.J., et al. (1995). Isotopic and chemical compositions of bentonites as paleoenvironmental indicators of the Cretaceous Western Interior Seaway. Palaeogeography, Palaeoclimatology and Palaeoecology, 119, 301-320.

Christidis, G.E., y Huff, W.D. (2009). Geological aspects and genesis of bentonites. Elements, 5, 93-98.

Dickinson, W.R. (2004). Evolution of the North American Cordillera. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 32, 13-45.

Eguiluz de A., S., Aranda-García, M., y Marret, R. (2000). Tectónica de la Sierra Madre Oriental, México. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 53, 1-26.

English, J.M., y Johntson, S.T. (2004). The Laramide orogeny: What were the driving forces? International Geology Review, 46, 833-838.

Fanti, F. (2009). Bentonite chemical features as proxy of late Cretaceous provenance changes: a case study from the Western Interior Basin of Canada. Sedimentary Geology, 217, 112-127.

Floyd, P.A., y Winchester, J.A. (1978). Identification and discrimination of altered and metamorphosed volcanic rocks using immobile elements. Chemical Geology, 21, 291-306.

Foreman, B.Z., et al. (2008). Geochemical characterization of bentonite in the Two Medicine Formation (Campanian, Montana), including a new 40Ar/39Ar age. Cretaceous Research, 29, 373-385.

Goldhammer, R.K., y Johnson, C.A. (2001). Middle Jurassic-Upper Cretaceous paleogeographic evolution and sequence-stratigraphic framework of the Northwest Gulf of Mexico rim. En: Bartolini, C., Buffler, R.T., Cantú-Chapa, A. (Eds.), The Western Gulf of Mexico Basin: Tectonics, Sedimentary Basins, and Petroleum Systems. American Association Petroleum Geologists Memoir, 75, 45-81.

Gorton, M.P., y Schandl, E.S. (2000). From continents to island arcs: a geochemical index of tectonic setting for arc-related and within-plate felsic to intermediate volcanic rocks. Canadian Mineralogist, 38, 1065-1073.

Kauffman, E.G., y Caldwell, W.G.E. (1993). The Western Interior Basin in space and time. En: Caldwell, W.G.E., Kauffman, E.G. (Eds.), Evolution of the Western Interior Basin; Geological Association of Canada Special Paper, 39, 1-30.

Lerbekmo, J.F. (2002). The Dorothy bentonite: an extraordinary case of secondary thickening in a Late Campanian volcanic ash in central Alberta. Canadian Journal Earth Sciences, 39, 1745-1754.

Martini, M., y Ortega-Gutiérrez, F. (2017). Tectono-stratigraphic evolution of eastern Mexico during the break-up of Pangea: A review. Earth-Science Reviews, en prensa.

Meyer, S.R., et al. (2013). Intercalibration of radioisotopic and astrochronologic time scales for the Cenomanian-Turonian boundary interval, Western Interior Basin, USA. Geology, 40, 7-10.

Muir, J.M. (1934). Limestone reservoir rocks in the Mexican oil field. American Association Petroleum Geologists, 377-398.

Muir, J.M. (1936). Geology of the Tampico Region Mexico. American Association of Petroleum Geologists, 1-280.

Payenberg, T.H.D., et al. (2002). Litho and chronostratigraphic relationships of the Santonian-Campanian Milk River formation in southern Alberta and Eagle formation in Montana utilizing stratigraphy, U-Pb geochronology, and palynology. Canadian Journal of Earth Sciences, 39, 1553-1577.

Rollinson, H.R. (1993). Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation. Longman Group, Londres, Gran Bretaña, 352 p.

Sageman, B.B., y Lyons, T.W. (2004). Geochemistry of fine-grained sediments and sedimentary rocks. En: Holland, H.D., Turekian, K.K. (Eds.), Treatise of Geochemistry; Amsterdam, Elsevier, 7, 115-158.

Seibertz, E. (1988). El desarrollo cretácico del Archipiélago de Tamaulipas: I. Litogénesis, paleogeografía y datación bioestratigráfica de la Formación San Felipe por medio de inoceramidos en el Estado de Nuevo León (Turoniano, NE México). Actas de la Facultad de Ciencias la Tierra, UANL, 3, 9-29.

Shimer, G.T., et al. (2016). 40Ar/39Ar ages and geochemical characterization of Cretaceous bentonites in the Nanushuk, Seabee, Tuluvak, and Schrader Bluff formations, North slope, Alaska. Cretaceous Research, 57, 325-341.

Velasco-Tapia, F., et al. (2016). Altered volcanic ash layers of the Late Cretaceous San Felipe Formation, Sierra Madre Oriental (Northeastern Mexico): U-Pb geochronology, provenance and tectonic setting. Journal of South American Earth Sciences, 70, 18-35.

Walker, J.D., et al. (2013). The Geological Society of America Geologic time scale. Geological Society of America Bulletin, 125, 259-272.

Recibido: 01/06/17

Aceptado: 01/07/17