Origen del magmatismo cuaternario de la Cuenca de Serdán Oriental: evidencias petrográficas y geoquímicas

Abstract

La actividad magmática cuaternaria en la Cuenca de Serdán-Oriental (CSO), en el sector oriental de la Faja Volcánica Trans-Mexicana, ha producido conos monogenéticos de composición máfica-intermedia y afinidad geoquímica variable, los cuales están emplazados sobre un basamento continental antiguo de más de 45 km de espesor, a ~360-420 km de distancia desde la trinchera, en una región bajo la cual la placa de Cocos se está subduciendo >120 km de profundidad. Por estas características peculiares, las secuencias volcánicas de la CSO ofrecen la oportunidad de entender los mecanismos de reciclaje de elementos y el origen de la diversidad magmática del arco mexicano. Los datos geoquímicos obtenidos en este trabajo han permitido identificar una relación entre la variabilidad composicional del magmatismo de la CSO y su distribución geográfica a lo largo del área de estudio. La mayoría de los conos emplazados hacia el frente volcánico (grupo CSO sur) varían en composición desde basalto hasta andesita calcialcalina, y muestran características geoquímicas típicas de rocas de arco continental, como altas relaciones LILE-LREE/HFSE, y patrones de REE moderadamente fraccionados; la porción meridional de la CSO alberga también algunos conos máficos de alto-K (suite CSO sur de alto-K), que presentan un mayor enriquecimiento en LILE-LREE a contenidos similares de HFSE, y patrones de REE más fraccionados, con respecto a los productos coexistentes. Los basaltos y andesitas basálticas emplazados a distancia progresivamente más grande desde la trinchera, hacia los sectores central y septentrional de la cuenca (grupo CSO), muestran concentraciones mayores de Ti y HFSE con respecto a las de las suites CSO sur a contenidos similares de LILE, y por lo tanto tienen un caracter más transicional. El patrón de distribución magmática reconocido en la CSO, y las características químicas de las secuencias volcánicas estudiadas, son consistentes con un origen de estos productos por varios grados de fusión parcial de la cuña del manto, en relación con contribuciones variables de la litósfera subducida. En particular, la disminución gradual de las relaciones Ba(La)/Nb y Zr/Nb en los productos volcánicos emplazados desde el frente hacia el tras-arco refleja una disminución progresiva en el aporte de fluidos hacia el manto, y por ende menores grados de fusión parcial de las peridotitas, conforme la placa de Cocos se hunde a mayor profundidad. Las características geoquímicas de la suite de alto-K, que presenta la señal de la subducción más pronunciada, indican que el agente metasomático involucrado en la petrogénesis es un magma derivado de la fusión parcial de la litósfera subducida, metamorfizada en facies de eclogita. En específico, el fuerte fraccionamiento de HREE en las rocas potásicas, acompañado por altas relaciones Nb/Ta y Zr/Ta, reflejan la presencia de granate y rutilo residuales en la placa oceánica; mientras que la fusión preferente de fengita y allanita/monazita a gran profundidad pudo haber sido responsable del notable enriquecimiento en LILE y LREE que caracteriza la suite de alto-K. La contribución de un agente metasomático liberado a alta presión por la placa oceánica es consistente con la geometría inclinada de la placa de Cocos, y con su gran profundidad por debajo de la CSO. Este mismo componente de la subducción parece haber contribuido en proporciones menores a la génesis de las rocas calcialcalinas que coexisten con la suite de alto-K en la región del frente; y se vuelve progresivamente más diluido en los productos transicionales emplazados hacia el tras-arco, a lo largo de los sectores central y septentrional de la CSO.