Estado actual de la investigación geoquímica en el campo monogenético de la Sierra de Chichinautzin: análisis de información y perspectivas | Estado actual de la investigación geoquímica en el campo monogenético de la Sierra de Chichinautzin: análisis de información y perspectivas

Inglés. In the present paper are reported the results of an exhaustive literature survey and a critical analysis of information related to geological, geochronological and geochemical studies in the Sierra de Chichinautzin volcanic field (SCN), located in the central part of the Mexican Volcanic Belt (MVB). The SCN is composed by 221 monogenetic-type volcanoes that can be classified as cinder cones with associated lava flows, shield volcanoes and lava domes. Geochronological 14C data suggest ages younger than 40,000 years for volcanic activity in the SCN. The average magma output rate has been estimated as ~11.75 km3/1,000 years, being greater than that for the Michoacán- Guanajuato monogenetic field. The volcanic cones in the SCN are preferentially aligned along an east-west trend, which has been related with a north-south extensional environment. In general, SCN rocks show a porphyritic texture with <26% of phenocrysts and a fine-grained groundmass, constituted by plagioclase together with orthopyroxene, clinopyroxene, and titanomagnetite. Ol ± Plg and Opx ± Ol ± Cpx ± Plg have been reported as mineralogical assemblages, although in some lavas were identified abundant mineralogical disequilibrium textures (e.g., olivine or pyroxene with reaction rims, plagioclase with oscillatory zoning) and hydrated minerals (biotite or amphibole), suggesting magma mixing phenomena. In the surveyed literature, the geochemical information was used to classify the magmas and, in some cases, develop quantitative models. However, in many cases the applied analytical methodology or geochemical data handling was inadequate. According to TAS diagram, the mafic rocks are classified as basalts, trachybasalts and basaltic trachyandesites, with normative hy or ne. Evolved magmatism is represented by basaltic trachyandesites and basaltic andesites with high-MgO (SiO2 = 53-55%, MgO = 8.8-10.1%), and by basaltic andesites, andesites and dacites. Disequilibrium magmas cover a wide range of whole-rock compositions (SiO2 = 55.5- 67.0%) and are classified as basaltic trachyandesite, andesite and dacite. In MORB-normalized multielement plots, mafic magmas are characterized by LILE enrichments, but do not show significant negative anomalies for HFSE. Primitive mantle-normalized REE plots for these magmas are charac- terized by enrichments in light REE, a nearly horizontal pattern for heavy REE and an absence of Eu and Ce anomalies. Evolved magmas showed multielement patterns with enriched LILE and negative anomalies for HFSE, whereas the REE plots display enrichment in light REE and, in some cases, a small negative Eu anomaly. REE contents in some evolved magmas were lower than in other magmas with a minor SiO2 concentration, which precludes simple fractional crystallization as a viable process for magma evolution. In discrimination diagrams, mafic magmas plotted in the rift or oceanic island field. These magmas are also characterized by 87Sr/86Sr and 143Nd/144Nd isotopic ratios that plot on the “mantle array”. In comparison, the evolved magmas showed slightly lower isotopic ratios in Nd and significantly higher in Sr. Quantitative modeling was used to decide between the different hypotheses proposed to explain the origin of the SCN mafic magmatism: subduction and rifting. However, quantitative models reported in favor of subduction are strongly dependent on assumed chemical and mineralogical source composition and not supported by geochemical and geological data. Sr, Nd and Pb isotopic ratio mixing models and trace-element geochemistry, suggest that the mafic magmas in the SCN were generated by partial melting of a heterogeneous peridotitic source. The eruption from monogenetic volcanoes was facilitated by crustal weakening, caused by tensional stress in this area. The origin of the most evolved magmas was related to partial melting of the lower crust. Intermediate magmas may reflect magma mixing processes between the most evolved magmas and the mantle-derived mafic magmas. As a complement of this review on the SCN, a preliminary partial melting model (inversion methods) in equilibrium conditions was developed for mafic magmas. The results of this exercise suggest that the mafic magmas were formed by approximately 2-10% partial melting of a peridotitic mantle.

Español; castellano. Se reportan los resultados de una revisión exhaustiva y el análisis crítico de información geológica, geocronológica y geoquímica de la Sierra de Chichinautzin (SCN), ubicada en la parte central del Cinturón Volcánico Mexicano (CVM). La SCN está conformada por 221 volcanes de tipo monogenético, que se clasifican en conos de escoria con flujos de lava asociados, volcanes tipo escudo y domos de lava. Datos geocronológicos de 14C sugieren que la actividad volcánica presenta edades <40,000 años. La tasa de erupción ha sido estimada en ~11.75 km3/1,000 años, siendo superior a la observada en el campo monogenético Michoacán-Guanajuato. Los volcanes en la SCN se encuentran alineados preferencialmente en una orientación este-oeste, que se ha relacionado a un ambiente extensional norte-sur. En general, las rocas de la SCN presentan una textura porfirítica con <26% de fenocristales en una matriz fina, constituida por plagioclasa con ortopiroxeno, clinopiroxeno y titanomagnetita. Se ha reportado Ol ± Plg y Opx ± Ol ± Cpx ± Plg como asociaciones mineralógicas para rocas de la SCN, aunque en algunas lavas se identificaron texturas de desequilibrio mineralógico (e.g., olivino o piroxeno con bordes de reacción, plagioclasa con zonación oscilatoria) y minerales hidratados (e.g., biotita, anfibol), que sugieren procesos de mezcla de magmas. En la literatura revisada, la información geoquímica se ha utilizado para clasificar los magmas y, en ocasiones, para desarrollar modelado cuantitativo. Sin embargo, en muchos casos la metodología analítica aplicada o el manejo de los datos geoquímicos ha sido inadecuada. De acuerdo con el diagrama TAS, los magmas máficos se clasifican en basaltos, traquibasaltos y traquiandesita basálticas, con hy o ne normativa. El magmatismo evolucionado está representado por traquiandesitas basálticas y andesitas basálticas con alto MgO (SiO2 = 53-55%, MgO = 8.8- 10.1%) y por andesitas basálticas, andesitas y dacitas. Los magmas con texturas de desequilibrio cubren un amplio intervalo composicional (SiO2 = 55.5-67.0%) y han sido clasificados como traquiandesitas basálticas, andesitas y dacitas. Los diagramas multi-elementos, normalizados a MORB, para los magmas máficos presentan un enriquecimiento en elementos LILE, sin anomalías negativas de elementos HFSE. Los diagramas de REE de estos magmas, normalizados a manto primitivo, se caracterizan por enriquecimientos en REE ligeros, un patrón horizontal para REE pesados y ausencia de anomalías de Eu y Ce. Los magmas evolucionados mostraron patrones multielementos con elementos LILE enriquecidos y anomalías negativas para elementos HFSE, mientras que los diagramas de REE describen enriquecimiento en REE ligeros y, en algunos casos, una pequeña anomalía negativa de Eu. Las concentraciones de REE en algunos magmas evolucionados fueron más bajas que en otros con concentraciones menores de SiO2, por lo que se descartó la cristalización fraccionada simple como proceso que controla la diferenciación magmática. En diagramas de discriminación, los magmas máficos de la SCN se situaron en los campos de rift e islas oceánicas. Se caracterizaron, además, por relaciones isotópicas 87Sr/86Sr y 143Nd/144Nd que se sitúan en el "arreglo del manto". Los magmas evolucionados mostraron relaciones isotópicas ligeramente menores en Nd y significativamente mayores en Sr. El modelado geoquímico fue utilizado para apoyar las dos hipótesis contrarias propuestas para explicar el origen del magmatismo máfico de la SCN: subducción y extensión. Sin embargo, los modelos cuantitativos reportados en trabajos pro-subducción parten de suposiciones que no tienen un sustento geológico y geoquímico aceptable y son fuertemente dependientes de suposiciones en composición química y mineralógica de la fuente. En contraposición, modelos cuantitativos de mezcla para isótopos de Sr, Nd y Pb, apoyados en la geoquímica de elementos traza, sugieren que los magmas máficos de la SCN se generaron por fusión parcial de una fuente peridotítica heterogénea. La erupción por volcanes monogenéticos fue facilitada por el rompimiento cortical debido al régimen extensional en esta zona. Por otro lado, la génesis de los magmas más evolucionados se relacionó a fusión parcial de corteza inferior. Los magmas intermedios serían el producto de la mezcla entre los máficos y los más evolucionados. Para complementar la revisión y análisis de la información, se llevó a cabo un modelado preliminar de fusión parcial en condiciones de equilibrio (aplicando métodos de inversión) para magmas máficos. Los resultados del modelado sugieren la generación de los magmas máficos por fusión parcial de aproximadamente  2-10 % de un manto peridotítico.