Identificación de cumulados cristalinos a partir de la geoquímica de roca total y la mineralogía modal: caso de estudio del Plutón San Gabriel y Plutón La Gloria

Abstract

La cristalización fraccionada es considerada uno de los procesos más importantes para explicar la variabilidad composicional de los magmas, ya que permite la separación de un fundido residual con mayor contenido de sílice que la del cumulado cristalino restante. Este proceso se puede abordar mediante el estudio de las tierras raras y su distribución en las fases del magma. Sin embargo, identificar los productos de este proceso como los cumulados cristalinos puede ser complejo, debido, por ejemplo, a que fundidos residuales quedan atrapados dentro de estos cumulados. Esta investigación busca explorar la problemática de cómo reconocer las rocas que representan cumulado o fundido residual que cristalizó en condiciones de equilibrio, evaluando el efecto de los procesos de acumulación de cristales y segregación de fundidos residuales en la mineralogía modal y en la concentración de elementos traza en la roca total. Para esto se usan herramientas como Rhyolite-MELTS para modelación termodinámica junto con los coeficientes de partición para estudiar los elementos traza, esto usando las muestras disponibles en el contexto del proyecto FONDECYT N° 1180577 para el estudio de los plutones San Gabriel y La Gloria, ambos intrusivos emplazados en Chile central durante el Mioceno, donde se han reconocido procesos de segregación fundido-cristales y presencia de cumulados cristalinos. Los resultados indican que durante la cristalización del magma parental (propuesto en estudios previos), la mineralogía modal del sólido final simulado difiere a la observada bajo microscopio óptico, mayormente en las fases máficas como titanita y hornblenda (no generados en las simulaciones). Mientras que, al obtener la mineralogía normativa de los fundidos residuales simulados en el plutón San Gabriel es posible reproducir la mineralogía modal de las unidades que componen el plutón. Sin embargo, para el plutón La Gloria las fases minerales tienden a diferir. En el caso de las unidades previamente interpretadas como cumuladas, la mineralogía modal no es consistente con la totalidad de los sólidos generados en las simulaciones, lo que se puede explicar por el efecto de la cristalización de aproximadamente un 23-26% en volumen de fundidos residuales atrapados en los intersticios de la red cristalina. Se realizaron cálculos de la partición de elementos traza en las fases reproducidas por las simulaciones, utilizando la ley de soluciones diluidas. El contenido de elementos traza (REE, Sr, Ba, Y, Zr, Rb) en el plutón San Gabriel muestra tendencias que difieren a lo entregado por la simulación, lo que se explica por la inexactitud de la simulación la cristalización de fases como hornblenda y titanita, o la no reproducción de minerales como el circón. Sin embargo, estas tendencias se pueden corregir para algunas tierras raras al insertar artificialmente las fases observadas en las rocas. Como conclusión, la identificación de cumulados cristalinos en el plutón San Gabriel es posible cuando la mineralogía de la simulación es similar a lo descrito en las muestras. Sin embargo, en el plutón La Gloria la baja consistencia entre la simulación y las muestras no lo hace posible debido a la menor eficiencia en la segregación de fundidos y a la baja heterogeneidad composicional en comparación al plutón San Gabriel.

La cristalización fraccionada es considerada uno de los procesos más importantes para explicar la variabilidad composicional de los magmas, ya que permite la separación de un fundido residual con mayor contenido de sílice que la del cumulado cristalino restante. Este proceso se puede abordar mediante el estudio de las tierras raras y su distribución en las fases del magma. Sin embargo, identificar los productos de este proceso como los cumulados cristalinos puede ser complejo, debido, por ejemplo, a que fundidos residuales quedan atrapados dentro de estos cumulados. Esta investigación busca explorar la problemática de cómo reconocer las rocas que representan cumulado o fundido residual que cristalizó en condiciones de equilibrio, evaluando el efecto de los procesos de acumulación de cristales y segregación de fundidos residuales en la mineralogía modal y en la concentración de elementos traza en la roca total. Para esto se usan herramientas como Rhyolite-MELTS para modelación termodinámica junto con los coeficientes de partición para estudiar los elementos traza, esto usando las muestras disponibles en el contexto del proyecto FONDECYT N° 1180577 para el estudio de los plutones San Gabriel y La Gloria, ambos intrusivos emplazados en Chile central durante el Mioceno, donde se han reconocido procesos de segregación fundido-cristales y presencia de cumulados cristalinos. Los resultados indican que durante la cristalización del magma parental (propuesto en estudios previos), la mineralogía modal del sólido final simulado difiere a la observada bajo microscopio óptico, mayormente en las fases máficas como titanita y hornblenda (no generados en las simulaciones). Mientras que, al obtener la mineralogía normativa de los fundidos residuales simulados en el plutón San Gabriel es posible reproducir la mineralogía modal de las unidades que componen el plutón. Sin embargo, para el plutón La Gloria las fases minerales tienden a diferir. En el caso de las unidades previamente interpretadas como cumuladas, la mineralogía modal no es consistente con la totalidad de los sólidos generados en las simulaciones, lo que se puede explicar por el efecto de la cristalización de aproximadamente un 23-26% en volumen de fundidos residuales atrapados en los intersticios de la red cristalina. Se realizaron cálculos de la partición de elementos traza en las fases reproducidas por las simulaciones, utilizando la ley de soluciones diluidas. El contenido de elementos traza (REE, Sr, Ba, Y, Zr, Rb) en el plutón San Gabriel muestra tendencias que difieren a lo entregado por la simulación, lo que se explica por la inexactitud de la simulación la cristalización de fases como hornblenda y titanita, o la no reproducción de minerales como el circón. Sin embargo, estas tendencias se pueden corregir para algunas tierras raras al insertar artificialmente las fases observadas en las rocas. Como conclusión, la identificación de cumulados cristalinos en el plutón San Gabriel es posible cuando la mineralogía de la simulación es similar a lo descrito en las muestras. Sin embargo, en el plutón La Gloria la baja consistencia entre la simulación y las muestras no lo hace posible debido a la menor eficiencia en la segregación de fundidos y a la baja heterogeneidad composicional en comparación al plutón San Gabriel.