Evolución magmática del sector central del campo volcánico monogenético El Negrillar, Andes Centrales, Chile

Abstract

El campo volcánico El Negrillar se ubica en los Andes Centrales en la latitud 24.18°S y longitud 68.25°O, al sur del Salar de Atacama. Está constituido por 84 fases eruptivas procedentes de 35 centros eruptivos menores los cuales se distribuyen en tres clusters principales (identificados según su posición relativa con respecto a la avalancha del volcán Socompa): El Negrillar Norte (NEN), El Negrillar Central (CEN) y El Negrillar Sur (SEN). La presente Tesis de Magíster se enfoca en el estudio de El Negrillar Central, compuesto de 27 coladas de lava emitidas por 11 centros eruptivos, que emplazó 2.3 km3 de magma (2.1 km3 DRE, considerando su vesicularidad), superando en más de un orden de magnitud el volumen emitido por otros clusters monogenéticos de la región del Salar de Atacama (e.g., El País, Tilocálar Norte, Tilocálar Sur, La Albóndiga y Cerro Overo).

El estudio de CEN ofrece una oportunidad única para evaluar la evolución volumétrica, morfométrica, reológica y composicional de la actividad efusiva monogenética de la Zona Volcánica Central (ZVC); la gran extensión y exposición de estos centros eruptivos es difícil de observar en otros campos monogenéticos de la ZVC, ya que normalmente ocurren como centros eruptivos aislados o en pequeños clusters (<3 centros eruptivos) con 1 a 2 fases eruptivas asociadas. La metodología del presente trabajo utiliza herramientas cartográficas de Sistemas de Información Geográficas (GIS) para delinear las diferentes fases eruptivas de CEN y generar un mapa detallado de flujos de lava, permitiendo estimar el volumen emitido por cada centro eruptivo. Este análisis fue posible gracias a la paleoreconstrucción de los flujos de lava que se encontraban cubiertos por fases eruptivas más jóvenes; permitiendo analizar la variación en el aporte magmático durante la erupción.

Se analizó la composición de los flujos de lava de CEN. Se identificó que las lavas andesíticas representan más del 74 % del volumen generado por el clúster. Las características físicas y la variación composicional de los centros eruptivos de CEN sugiere una fuerte incidencia de los factores externos que afectaron el desarrollo de su actividad eruptiva (estructuras, sistemas de fallas e hidrogeología de la zona). También se analizó la cronoestratigrafía relativa de las fases eruptivas junto a su variación composicional (elementos mayores, trazas e isótopos). La composición de los flujos de lava varía de andesitas basálticas a dacitas, con contenidos de 53.07-65.29 wt.% de SiO2 y 4.4-7.3 wt.% de Na2O + K2O. Los diagramas bivariantes de elementos mayores mostraron una disminución de FeOT (3.9-7.7 wt.%), MgO (1.9-7.9 wt.%), TiO2 (0.7-1.3 wt.%), CaO (4.1-8.7 wt.%) y P2O5 (0.3-0.5 wt.%) a medida que aumenta el contenido de SiO2. Las concentraciones de Al2O3 (16-17 wt.%) y Na2O (3.3-4.5 wt.%) no muestran una tendencia bien definida con el aumento de SiO2, mientras que el contenido de K2O (1.1-2.8 wt.%) exhibe una tendencia positiva con el aumento de SiO2. La concentración de elementos trazas también se analizó con respecto al contenido de SiO2. Se identificó que los centros eruptivos de CEN exhiben concentraciones de Ni (19- 140 ppm), Sc (7-31 ppm) y Cr (31-427 ppm) relativamente más bajas que otros centros eruptivos monogénicos máficos de la ZVC. La única excepción es Blanca, el centro eruptivo de composición más máfica de CEN (andesita basáltica), el cual muestra un contenido elevado de estos tres elementos (Ni 140 ppm; Sc 31 ppm; Cr 427 ppm). Elementos incompatibles como el Ba, La, Sr y Rb muestran correlaciones positivas con el aumento de SiO2 y sus altas concentraciones destacan respecto a los otros centros máficos de la ZVC. Adicionalmente, un diagrama multielementos normalizado a N-MORB muestra un enriquecimiento de LREE y empobrecimiento de HREE, elementos que además exhiben concentraciones significativamente más bajas que otros centros monogenéticos máficos de la ZVC que presentan patrones similares. Finalmente, los valores 143Nd/144Nd (0.51241- 0.51252), 87Sr/86Sr (0.70628-0.70696), 206Pb/204Pb (18.681-18.754), 207Pb/204Pb (15.624-15.641) y 208Pb/204Pb (38.55-38.77) obtenidos se interpretan como firmas magmáticas de arco, y se encuentran dentro del rango isotópico de los volcanes del segmento sur de la ZVC.

El análisis composicional de los centros eruptivos de CEN se relacionan mediante un proceso de cristalización fraccionada (CF) y, en muy bajo grado, a un proceso de asimilación cortical que afectó a la actividad magmática tardía del clúster. Las composiciones isotópicas de Sr-Nd-Pb permitieron caracterizar la fuente del manto de los fundidos de CEN, señalando una mezcla entre un componente de manto enriquecido tipo 1 (EM1) y tipo 2 (EM2) posiblemente debido a una mezcla de la litosfera subcontinental en el manto e incidencia de la corteza continental durante la evolución magmática del clúster. Además, las relaciones de elementos trazas indican una fuente del manto enriquecida en granate y una similitud composicional con los productos volcánicos de la zona del trasarco, sugiriendo una génesis similar entre el volcanismo máfico monogenético del trasarco y los centros eruptivos de CEN.

The El Negrillar volcanic field is located in the Central Andes at 24.18°S, 68.25°W, to the south of the Salar de Atacama. Comprises 84 eruptive phases from 35 minor eruptive centers which are distributed in three main clusters, accordance with their relative position to the Socompa volcano debris avalanche deposit (DAD): El Negrillar Norte (ENN), El Negrillar Central (CEN) and El Negrillar Sur (ENS). The present Master Thesis focuses on the study of El Negrillar Central, made up of 27 lava flows erupted by 11 eruptive centers, which emitted 2.3 km3 of magma (2.1 km3 DRE, without vesicles) exceeding by more than an order of magnitude the volume emitted by other monogenetic clusters in the Salar de Atacama region (e.g., El País, Tilocálar Norte, Tilocálar Sur, La Albóndiga and Cerro Overo). Our methodology uses GIS mapping tools to delineate the different CEN eruptive phases to create a detailed lava flow map, allowing us to estimate the volume emitted by each eruptive center. This analysis was also possible through the paleoreconstruction of the buried lava flows, allowing the determination of the variation in the magma supply. The CEN lava flows were analyzed to determine their composition. Andesitic lavas represented more than 74% of the volume generated by the cluster. The physical characteristics and compositional variation of the CEN eruptive centers suggest a strong control of external factors that affected the development of the eruptive activity (structures, fault systems and hydrogeology of the area). The composition of the lava flows ranges from basaltic andesites to dacites, with contents of 53.07-65.29 wt.% SiO2 and 4.4-7.3 wt.% Na2O + K2O. Bivariate diagrams of major elements showed a decrease in FeOT (3.9 7.7 wt.%), MgO (1.9-7.9 wt.%), TiO2 (0.7-1.3 wt.%), CaO (4.1-8.7 wt.%) and P2O5 (0.3-0.5 wt.%) as SiO2 content increases. The concentrations of Al2O3 (16-17 wt.%) and Na2O (3.3-4.5 wt.%) do not show a well-defined trend with increasing SiO2, while the K2O content (1.1-2.8 wt.%) exhibits a positive trend with increasing SiO2. Trace element concentration was also analyzed relative to SiO2 content. It was identified that the CEN eruptive centers exhibit lower Ni (19- 140 ppm), Sc (7-31 ppm) and Cr (31-427 ppm) concentrations than other monogenic mafic eruptive centers in the CVZ. The only exception is Blanca, the most mafic eruptive center of CEN (basaltic andesite, SiO2 53.1 wt.%, MgO 7.9 wt.% and CaO 8.7 wt.%), which shows an elevated content of these three elements (Ni 140 ppm; Sc 31 ppm; Cr 427 ppm). Incompatible elements such as Ba, La, Sr and Rb show a positive correlation with the increase of SiO2 and their high concentrations stand out with respect to other mafic centers of the CVZ. Additionally, a multi-element diagram normalized to N-MORB shows an enrichment of LREE and depletion of HREE elements; however, the concentration of these elements is significantly lower compared with other monogenetic centers of the CVZ with similar patterns. Finally, the 143Nd/144Nd (0.51241- 0.51252), 87Sr/86Sr (0.70628-0.70696), 206Pb/204Pb (18.681-18.754), 207Pb/204Pb (15.624- 15.641) and 208Pb/204Pb (38.55-38.77) values obtained are interpreted as arc magmatic signatures, and are within the isotopic range of the volcanoes located in the southern segment of the CVZ. The compositional analysis of the CEN eruptive centers is related by a process of fractional crystallization (CF), and to a very low degree of cortical assimilation which affected the youngest eruptive centers. Sr-Nd-Pb isotopic compositions allowed characterizing the mantle source of the CEN melts, pointing to a mixture between an enriched mantle component type 1 (EM1) and type 2 (EM2) possibly due to a mixing of the subcontinental lithosphere into the mantle and continental crust during the magmatic evolution of the cluster. In addition, trace element ratios indicate a garnet-enriched mantle source and compositional similarity with the volcanic products of the back-arc zone, suggesting a similar genesis between the monogenetic mafic volcanism of the back-arc and the CEN eruptive centers.