Introducción

El Noroeste de México ha sido afectado desde el Cretácico superior y el Cenozoico por una variación en las condiciones tectónicas regionales que involucran la transición de un ambiente de arco continental a uno de tipo extensional. Donde como producto se formó una de las provincias silícicas más importantes del mundo, conocida como la Sierra Madre Occidental (SMO; Figura 1) [1]. Ferrari et al. [1] señalaron que esta provincia magmática fue el producto de varios episodios relacionados a la subducción de la placa Farallón y la apertura del Golfo de California. Estos autores reconocieron cinco conjuntos ígneos: (a) rocas plutónicas y volcánicas del Cretácico superior-Paleoceno, (b) rocas andesíticas y, de forma limitada, dacitas-riolitas del Eoceno, (c) ignimbritas silícicas del Oligoceno temprano (32-28 Ma) y el Mioceno (24-20 Ma), (d) coladas basáltico-andesíticas transicionales, posteriores a cada pulso ignimbrítico, (e) vulcanismo post-subducción consistente en basaltos alcalinos e ignimbritas del Mioceno tardío, Plioceno y Cuaternario.

En el estado de Chihuahua, las manifestaciones volcánicas de mayor exposición son de composiciones geoquímicas ácidas (>62 % en peso de SiO₂; Figura 1), generadas a través de varios pulsos magmáticos desde los 46 a los 27 Ma, que derivaron en lavas de composición riolítica y depósitos ignimbríticos [1]. Estas unidades félsicas son consideradas mayormente como parte del magmatismo orogénico que generó principalmente a las rocas de afinidad calcoalcalina de la SMO [2]. Ejemplares de estas riolitas fueron identificadas en la región de Batopilas, Chihuahua. Petrológicamente, son divididas por Cameron et al. [3] en dos tipos. El primero, con K₂O moderado (2.5-4.5 de K₂O para rocas con 70 % de SiO₂ en peso), se caracteriza por presentar una mineralogía de clinopiroxeno > ortopiroxeno, ambos ricos en Mg y fenocristales de plagioclasa, y solo las rocas con contenidos de SiO₂, mayores a 75 % en peso, contienen biotita y hornblenda. El segundo tipo se trata de rocas de K₂O alto (4.5-5.5 % en peso y 70% SiO₂), que presentan fenocristales de feldespato potásico, anfíbol, biotita y dos piroxenos, tanto en las variedades riolíticas, como dacíticas [3]. Magonthier [4] reporta a este tipo de unidades en la parte central de SMO y las reconoce como riolitas de biotita con edades K-Ar en Feldespato, que van desde los 36 a los 34 Ma. La mineralogía de ferromagnesianos hidratados en estas unidades, ha sido estereotipada para el volcanismo félsico orogénico de la SMO en el estado de Chihuahua [2], [3], [4].

Por otro lado, se ha reportado la ocurrencia de unidades volcánicas ricas en sílice, pero de un origen de rift, contemporáneas al volcanismo de la SMO. Estas rocas anorogénicas son relacionadas al desarrollo de un adelgazamiento cortical en continente dentro de la región del estado de Texas y al noreste de Chihuahua (Figura 1) [2], [4]. Las rocas félsicas derivadas de este evento tectonomagmático se caracterizan por una asociación mineralógica sin ferromagnesianos hidratados (sanidina + egirina + fayalita). Así como lo reporta Cameron [3] para el grupo de riolitas, que genéticamente se diferencian de las típicas riolitas calcoalcalinas de la SMO, y que son contemporáneas entre sí. Estas rocas se distribuyen sobre la provincia del Basin and Range, al Este del altiplano ignimbrítico de la SMO, donde se describen como un conjunto riolítico de ferroaugita, caracterizado por la presencia de clinopiroxeno rico en Fe (augita), fayalita y como feldespato característico la variedad sanidina. Este grupo riolítico, presenta altas proporciones molares de (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃, que varían en un rango de 0.89 a 1.03, lo que es significativamente diferente a la proporción en las riolitas calcoalcalinas, que suelen tener bajos valores (x < 0.9). Mientras que el contenido de Y, Zr y Pb es mayor que en las riolitas de ferroaugita, y poseen menores valores de Sr [3]. Otras unidades son reconocidas a lo largo del borde oriental de la SMO bajo esa misma asociación mineralógica por Magonthier [4] y nombradas como riolitas de fayalita. Se ha propuesto que esas riolitas, que fueron fechadas entre 31.5 y 28 Ma (K-Ar en feldespato alcalino), podrían ser resultado de un magmatismo relacionado con la extensión en un entorno de retroarco [4]. Bajo esas características, Magonthier y Cameron [3], [4] establecen una relación entre las riolitas de ferroaugita con las rocas alcalinas silícicas del Terciario medio desarrolladas en el oeste de Texas, que son descritas como parte de la provincia volcánica del Trans-Pecos [5]. Este tipo de rocas silícicas, de química y mineralogía peculiar, han sido bien documentadas a lo largo del Rift del Río Grande (RRG) [5], que se distribuye en por al menos 600 km, desde los estados de Colorado, pasando por Nuevo México y Texas en EUA, hasta el estado de Chihuahua en México [6].

En Chihuahua ya existen estudios que reportan a estas unidades, principalmente en la frontera con EUA. Sin embargo, hasta la fecha no se tiene un registro definido de su distribución espacial en otras localidades del estado y de su relación con la Provincia Magmática del Rift de Río Grande (PMRRG). En consecuencia, la mayor parte de las rocas volcánicas silícicas anteriormente estudiadas en Chihuahua solo han sido asociadas al volcanismo de la SMO. De esta manera, derivado de una importante recopilación de datos geoquímicos, mineralógicos y geocronológicos disponibles para las rocas félsicas del Eoceno Tardío-Oligoceno (38 -23 Ma, mayormente por el método K-Ar en feldespato alcalino) en el estado de Chihuahua, obtenida a partir de tesis de licenciatura realizadas en el marco de un reciente proyecto investigación [7], [8], el presente trabajo presenta una caracterización y una distinción petrológica, que permite el establecimiento y la distribución de las unidades magmáticas asociadas aquí a la PMRRG.

Metodología

El desarrollo de esta investigación se llevó a cabo mediante la recopilación de datos de rocas félsicas (contenidos de SiO₂ normalizados en base anhidra, X ≥ 62%) reportadas para el estado de Chihuahua, que contaran con alguna información geoquímica de elementos mayores, traza y Tierras Raras (REE), información mineralógica y ubicación geográfica. Se estableció un rango de la edad de interés para el Eoceno tardío-Oligoceno (38-23 Ma), tomando como una referencia al volcanismo félsico en la provincia magmática del Trans-Pecos, que ocurre desde los 37 a los 30 Ma.

Las plataformas de acceso abierto utilizadas consistieron en: a) GeoInfoMex del Servicio Geológico Mexicano [9], donde se obtuvieron las cartas geológicas mineras a escala 1:50000 y escala 1:25000, con sus respectivos informes técnicos; b) “The North American Volcanic and Intrusive Rock Database (NAVDAT)[12] y c) Geochemistry of Rocks of the Oceans and Continents (GEOROC) [13], donde se descargaron los datos del estado de Chihuahua, con las edades de interés; finalmente, d) Catalog of the Greater American Southwest archaeological obsidian sources[14], donde se obtuvo una recopilación de muestras asociadas a yacimientos de obsidiana arqueológica, considerando a los datos de los yacimientos que geográficamente se reportan dentro del estado de Chihuahua.

Una vez obtenida esta información, se elaboró una base de datos en Excel, en la que se organizó toda la información de las muestras. Se incluyeron encabezados como el nombre de la muestra, nombre de la roca, coordenadas, tipo de roca, edad, las columnas de elementos mayores, traza y REE, etc. Después de tener la base de datos, se procedió a analizar el comportamiento de las muestras, tomando los diferentes comportamientos geoquímicos y mineralógicos en relación con la ubicación. Los programas utilizados para considerar los aspectos de distribución geográfica y elaboración de mapas fueron ESRI ArcGIS y Google Earth. Mientras que la visualización del comportamiento geoquímico se hizo a través del software IGPET. Es importante mencionar que todos los datos de elementos mayores se normalizaron al 100% en base anhidra para realizar los diagramas geoquímicos.

Después del procesamiento de los datos, como parte de la metodología para la distinción de los rasgos petrológicos por medio de información geoquímica y mineralógica, se ubicaron muestras félsicas del volcanismo orogénico de la SMO. El comportamiento de esas muestras resultó luego de considerar a las rocas reportadas como riolitas de biotita [4] y riolitas de Batopilas [2] (riolitas calcoalcalinas). Lo anterior se realizó con el fin de comparar en la base de datos y distinguir mediante los diferentes diagramas geoquímicos las muestras con un comportamiento distinto. Además, otras rocas reportadas como riolitas de fayalita también se utilizaron como una referencia para observar una tendencia del volcanismo anhidro asociado a un ambiente extensional [4]. La clasificación y caracterización geoquímica se basó en la utilización de los siguientes diagramas: 1) TAS de Le Bas et al. [20]; 2) diagrama Spider normalizado a MORB según Pearce [18]; 3) diagrama de tierras raras normalizado a condrita, propuesto por Sun y McDonought [19]; 4) diagramas de variación de elementos mayores en función del sílice (Na₂O+K₂O vs SiO₂ y CaO vs SiO₂); 5) diagrama de discriminación SiO₂ vs Fe* ($\frac{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}}{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}+\mathbf{M}\mathbf{g}\mathbf{O}}$) de Frost y Frost [8].

Resultados y discusiones

Como resultado de la recopilación de datos del estado de Chihuahua, se obtuvo una base de datos con alrededor de 230 muestras de rocas volcánicas ricas en sílice, con edades entre 38-23 Ma. Así, mediante la información geográfica, geocronológica, geoquímica y mineralógica, fue posible analizar el comportamiento petrológico de estas unidades volcánicas.

En función de la distribución geográfica, se agruparon las muestras en siete zonas para facilitar el manejo de los datos de las muestras. Estas zonas se nombraron como grupo A (36 muestras, B (32 muestras), C (5 muestras), D (60 muestras), E (6 muestras), F (58 muestras) y G (19 muestras; Figura 2).

Por medio del diagrama de clasificación geoquímica TAS de Le Bas et al. [15], se pudo observar que el volcanismo silícico del estado de Chihuahua, aquí considerado, es representado principalmente por riolitas, traquitas, dacitas y traquidacitas (de mayor a menor abundancia respectivamente Figura 3).

El procesamiento de los datos geoquímicos de los grupos de rocas permite reconocer entre dos comportamientos por medio de distintas tendencias que pueden ser comparadas con las dos firmas conocidas y reportadas anteriormente en las rocas volcánicas de la SMO (riolitas de fayalita y riolitas de biotita; rocas de afinidades anorogénicas y orogénicas respectivamente; Figura 4 y 5).

De acuerdo con los contenidos de los elementos mayores Si, Na, K, Ca, Fe y Mg, por un lado, los rasgos de los grupos de rocas de la serie anorogénica consisten en proporciones más importantes de álcalis (Na₂O+K₂O) con respecto al sílice, en comparación con las rocas de la serie orogénica, que sigue un comportamiento muy similar a la mayoría de las rocas volcánicas de la SMO (Figura 4A). Por otro lado, las proporciones de Ca vs Si en las rocas de la serie anorogénica son menores, comparado con las orogénicas (Figura 4B). Por último, la relación de ($\frac{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}}{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}+\mathbf{M}\mathbf{g}\mathbf{O}}$) vs. SiO₂ propuesta por Frost y Frost [16] indica que las rocas de la serie anorogénica se distribuyen en el campo ferroano, con proporciones más importantes de FeO, a diferencia de las rocas orogénicas que se distribuyen en el campo magnesiano (Figura 4C y 4D). Coincidiendo estas últimas con el comportamiento de las rocas félsicas más comunes y típicas de la SMO, representadas por las riolitas de biotita [4] y las riolitas de Batopilas [2].

El comportamiento de los elementos mayores permite que los grupos aquí nombrados F y C, sean asociados a una afinidad más acorde a las riolitas de biotita (rocas típicas y más comunes en la Sierra Madre Occidental), definiendo a estos dos grupos como parte del magmatismo orogénico. Mientras que los grupos A, D, E y G, presentan un comportamiento similar al de las riolitas de fayalita (rasgos anorogénicos). Sin embargo, solo para el caso del grupo B se reconocieron las dos firmas.

La distribución geográfica de los datos obtenidos para las dos principales tendencias geoquímicas identificadas (orogénica y anorogénica) muestra tener una identidad. Esta se caracteriza por la predominancia de rocas anorogénicas al norte y noroeste del estado de Chihuahua, mientras que la serie de las rocas orogénicas es más abundante hacia el suroeste (Figura 2).

Con respecto a los rasgos en las proporciones de elementos traza, también es posible observar un comportamiento diferente asociado a cada tendencia. Mediante diagramas multielementales como el normalizado a MORB según Pearce [17], las rocas orogénicas (e.g. tipo SMO) contienen menores concentraciones de Zr, Hf, Sm, Y e Yb, con respecto a los grupos anorogénicos, que además presentan mayores contenidos en Nb, Ce, Rb y Th, y anomalías negativas de Sr, Ba y P más pronunciadas (Figura 5A y 5B). Es de notar que dichas anomalías son similares a las presentadas por las rocas hiperalcalinas reportadas en la Provincia Magmática del Trans-Pecos (PMTP) [4].

Considerando al grupo de elementos de tierras raras (REE), las rocas de tendencia anorogénica muestran en general un enriquecimiento más importante y una anomalía negativa en Eu más pronunciada, como lo muestran las rocas del grupo B (Figura 5C). Este rasgo puede resultar de una cristalización fraccionada temprana de plagioclasa en los magmas. A diferencia de las rocas orogénicas, que claramente muestran un comportamiento más acorde al de las riolitas de la SMO, que son representadas en este caso por las riolitas de biotita (Figura 5D) [4].

Asociación mineralógica en las unidades anorogénicas

Como parte de los datos recopilados y los obtenidos en un análisis petrográfico realizado en algunas muestras del grupo D, por Arredondo-Contreras [7] en el marco de esta investigación, fue posible poner en evidencia sus rasgos mineralógicos peculiares. Estos constan de una asociación mineral de feldespato alcalino de tipo sanidina, clinopiroxeno verde de tipo aegirina y, olivino rico en Fe de tipo fayalita (Figura 6) [8]. Esta asociación mineralógica, como se ha mencionado anteriormente, puede distinguirse fácilmente de las muestras de referencia asociadas a la SMO (e.g. riolitas de biotita), que son caracterizadas por la presencia importante de plagioclasa y ferromagnesianos como biotita y hornblenda.

Comparación con el volcanismo anorogénico del Rift del Rio Grande

El volcanismo anorogénico del Rift del Río Grande, que es caracterizado por la ocurrencia de rocas félsicas hiperalcalinas; se presenta en un periodo de tiempo entre los 37 Ma y los 27 Ma, en los estados de Colorado, Nuevo México y Texas [16]. Particularmente al norte de Chihuahua, en la región del Trans-Pecos en Texas, donde se encuentra la mayor concentración del volcanismo francamente hiperalcalino [8], su constitución mineralógica incluye a las especies minerales de sanidina, fayalita, aegirina, arfvedsonita y aenigmatita [19]. Esta misma mineralogía, que se incluye en las riolitas de ferroaugita [3], [4] y en las hiperalcalinas del centro de Chihuahua mostradas en este estudio (Figura 6), podría ser un punto de partida para proponer una relación entre el volcanismo en ambas regiones. Por otro lado, los datos geocronológicos recopilados en este trabajo indican que el volcanismo félsico del RRG (37-27 Ma) [8 y 20] es contemporáneo al volcanismo de afinidad anorogénica reconocido en Chihuahua [3], [4], [8], [9], desde los 31.5 Ma a los 28 Ma [4]. Una variación en edad de 37 Ma a 30 Ma ha sido reportada para el magmatismo félsico de la provincia extensional del Trans-Pecos, lo cual muestra una posible migración de este volcanismo hacia la frontera con Chihuahua [5].

Geoquímicamente, las unidades con tendencia anorogénica del estado de Chihuahua muestran rasgos similares a las rocas hiperalcalinas del Rift del Río Grande. Como se muestra en la Figura 4A, ambos tipos de rocas muestran una proporción más importante de álcalis (Na₂O+K₂O) y menores contenidos de CaO (Figura 4B) en comparación con las rocas de tendencia orogénica de la SMO (e.g. riolitas de Biotita). En general, las rocas a partir de concentraciones superiores al 66% de SiO_2, contienen importantes cantidades de álcalis (K₂O+Na₂O), regularmente superiores al 9 %. Sin embargo, es de notar una alcalinidad más alta en las rocas hiperalcalinas del RRG, que llegan a contener valores de hasta 13% de álcalis para contenidos de 66% de sílice. En aquellas variedades que tienen una fuerte diferenciación (>75% en sílice), se puede percibir una disminución de álcalis que puede adquirir valores muy cercanos a los de las riolitas de tendencia orogénica de la SMO.

La relación de $\frac{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}}{\mathbf{F}\mathbf{e}\mathbf{O}+\mathbf{M}\mathbf{g}\mathbf{O}}$ permite distinguir a magmas félsicos con un enriquecimiento importante en Fe con respecto al Mg como ocurre en los datos de las rocas de tendencia anorogénica de Chihuahua y lo de las rocas hiperalcalinas del RRG [16] (Figura C). Esto ha sido interpretado como derivado de magmas formados bajo condiciones reductoras que son asociadas a ambientes extensionales [16].

La proporción de Rb contra el contenido de Y+Nb permite, mediante el diagrama propuesto por Pearce et al. [21], discriminar entre varios contextos tectónicos anorogénico y orogénicos. Las rocas de tendencia orogénica de la Sierra Madre Occidental son clasificadas como de un ambiente de Arco Volcánico (VAG), mientras que, en el caso contrario, las proporciones más altas de Nb+Y provienen de las rocas félsicas de los grupos identificados con tendencia anorogénica en Chihuahua, y ocupan el campo de rocas de un contexto de Intraplaca (WPG), de la misma forma que las rocas hiperalcalinas del RRG (Figura 7). Esto permite establecer otra relación más en cuanto al contexto tectónico de los magmas que se relacionan a la PMRRG.

Las rocas félsicas relacionadas a la provincia anorogénica del RRG en el estado de Chihuahua, que han sido identificadas hasta el momento, permiten visualizar su distribución a lo largo de una franja oriental, desde la frontera con el estado de Texas hasta la porción Este de lo que se conoce como la provincia fisiográfica de la Sierra Madre Occidental. Esto permite considerar que el volcanismo félsico del RRG se prolonga más al sur de EUA dentro del estado de Chihuahua, como ya lo han propuesto algunos autores [22]. Sin embargo, en este estudio se observa que los productos asociados a este rift no los se restringen a la frontera, sino que ocupan gran parte del territorio del estado, extendiéndose hasta al borde oriental de la provincia fisiográfica de la SMO (Figura 8). Por el momento es difícil establecer un límite geográfico para la provincia magmática RRG en México, debido a que hacen falta integrar más datos de rocas similares al sur de Chihuahua y al menos los de los estados Coahuila y Durango. Esta tarea puede ser en ocasiones complicada para aquellos sitios en donde ambos tipos de rocas con afinidad orogénica y anorogénica coexisten espacialmente.

Conclusión

Agradecimientos

Esta problemática es parte de la investigación de Maestría en Ciencias-Geología de la autora dentro del proyecto de investigación intitulado “El rift del Río Grande en México, ¿posible fuente de REE?”, desarrollado en el Departamento de Geología de la Universidad de Sonora bajo la dirección del Dr. Vidal-Solano, financiado por el Proyecto CONACYT CB/CF 320694 a través de la convocatoria de Ciencia Básica y/o Ciencia de Frontera en la Modalidad: Paradigmas y Controversias de la Ciencia 2022. Agradecemos a todo el equipo de trabajo en este proyecto: Geol. Tania Arredondo-Contreras, Dra. Alejandra Gómez-Valencia, Pedro Escatel, Alondra Miranda, Geol. Iván Herrera, M.C. Gerardo Lopez-Velarde y al personal del SGM Gerencia Norte. Finalmente, agradecemos al Dr. José Luis Arce Saldaña y a los revisores anónimos que ayudaron a enriquecer en gran medida este trabajo.

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Author notes

*Autor de Correspondencia: Jesús Roberto Vidal-Solano, roberto.vidal@unison.mx