Estudio paleomagnético de la migración volcánica y la tectónica regional en el sector centro-oriental de la faja volcánica transmexicana.

En el capítulo 1 se enmarca el trabajo en el contexto de la actividad geodinámica de la zona y se exponen los antecedentes existentes en ella. En algunas regiones se han encontrado paleodeclinaciones desviadas que se interpretan en términos de grandes rotaciones de bloques sobre ejes verticales. Éstas se detectan mejor por las observaciones paleomagnéticas que por la geología estructural, ya sea porque no existan rotaciones relativas dentro de la región deformada o por dificultades inherentes a la interpretación de las estructuras.

Los principios básicos del paleomagnetismo pueden exponerse de manera simplificada como sigue a continuación:
Una roca puede adquirir diferentes componentes o magnetizaciones a lo largo de su historia, desde el momento de su formación hasta el presente. Cada componente registra la dirección del campo geomagnético ambiental en el momento de la magnetización. En condiciones ideales, la dirección y la intensidad de cada una de esas componentes puede determinarse estudiando la roca en el laboratorio, y se pueden establecer sus edades relativas y sus relaciones con eventos geológicos. La inclinación de cada componente está relacionada directamente con la latitud geográfica de la roca en el momento de la magnetización, mientras que la declinación del vector imanación informa sobre posteriores rotaciones con respecto al norte geográfico. Por lo tanto, se puede así obtener información sobre movimientos latitudinales y rotacionales de las rocas estudiadas.
Esta simplicidad se ve, por supuesto, complicada por numerosos factores que afectan a la magnetización registrada por una roca y por un extenso rango de procedimientos y dificultades experimentales.
Se hace por tanto necesario el uso de una compleja terminología, que puede dificultar la comprensión de un estudio paleomagnético a alguien no familiarizado con los términos técnicos del paleomagnetismo y el magnetismo de rocas.

Es por ello que en los capítulos 2 y 3 se exponen los fundamentos teóricos y la metodología paleo magnética empleada en este trabajo.
En el capítulo 2 se pretende aportar un punto de referencia acerca de los mecanismos de magnetización y remanencia (o retención de esa imanación) de las rocas, así como conceptos básicos sobre las rocas ígneas, el campo magnético terrestre y las rotaciones de bloques.
En el capítulo 3 se hace referencia al trabajo de campo, las técnicas de laboratorio empleadas y el posterior tratamiento y análisis de los datos obtenidos.

Los capítulos 4 y 5 muestran los resultados obtenidos en la Sierra de las Cruces (Valle de México) y en el sector oriental de la faja volcánica transmexicana, respectivamente. En el capítulo 6 se exponen las conclusiones obtenidas en ambas regiones.

Para finalizar, se añade un anexo con datos paleomagnéticos y gráficas representativas referentes a cada afloramiento investigado.

Este trabajo de investigación ha aportado, además de la relevancia científica de sus resultados, la incorporación en el Departamento de una nueva metodología (el análisis de los círculos de reimanación, explicado en la memoria) para el cálculo de direcciones paleomagnéticas que por su solapamiento con otras no pueden resolverse por las técnicas tradicionales de regresión lineal.
Asimismo como consecuencia de los estudios detallados realizados se ha identificado, como consta en la memoria, una imanación secundaria causada por uno de los magnetómetros del Laboratorio de Paleomagnetismo de la Fac. de CC. Físicas de la UCM, que es necesario considerar en los futuros estudios paleomagnéticos que se realicen en él.

Este trabajo de investigación ha abarcado una extensa zona de muestreo en el sector centro-oriental de la faja volcánica transmexicana para determinar la existencia o no de rotaciones de bloques en afloramientos de edad conocida.
Además de este estudio regional, se ha realizado otro más detallado en la Sierra de las Cruces, donde a la vez que se ha estudiado el patrón rotacional, se ha caracterizado magnetoestratigráficamente la región.

La repercusión de los resultados es notoria, por un lado debido a los datos aislados y contradictorios con los que se contaba en la región y a la ausencia de estudios que persiguieran sistemáticamente la obtención de estos objetivos, y por otro por las consecuencias que tiene tanto en la revisión de algunos datos paleomagnéticos y modelos tectónicos anteriores como en la planificación de futuros estudios paleomagnéticos en la región.
La migración volcánica identificada en la Sierra de las Cruces ha permitido seleccionar en las distintas magnetozonas nuevas dataciones radiométricas que se están realizando en la actualidad para el estudio comparativo de la velocidad de la migración con la de subducción de la placa oceánica.

O. INTRODUCCIÓN RESUMEN 1

1. ANTECEDENTES Y PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO 2

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 5
2.1. Magnetización : Propiedades magnéticas de los sólidos : diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo, magnetización espontánea, ferrimagnetismo, antiferromagnetismo. Dominios magnéticos. Ciclos de histéresis.
2.2. Remanencia. Magnetización remanente, IRM, superparamagnetismo, tiempo de relajación, temperatura de bloqueo, volumen de bloqueo, CRM, VRM, TRM, DRM, temperatura de Curie.
2.3. Mineralogía y propiedades magnéticas de las rocas ígneas : Titanomagnetitas, titanomaghemitas, titanohematites, óxidos primarios, exolución, oxidación deutérica y de baja temperatura
2.4. Campo magnético terrestre : Inversiones, variación secular, magnetoestratigrafía. 2.5. Rotaciones de bloques.

3. METODOLOGÍA 15 3.1. Trabajo de campo : Muestreo y orientación.
3.2. Trabajo de laboratorio : Componentes magnéticas. Técnicas de desimanación. Medida de la susceptibilidad magnética. Apantallamiento del campo magnético ambiental. Instrumentación
3.3. Tratamiento y análisis de los datos : Proyecciones polares de igual área o de Lambert. Caída de intensidad durante la desimanación. Diagramas de Zijderveld. Análisis de la componente principal (PCA). Círculos de reimanación. Parámetros estadísticos. Test de inversión.

4. SIERRA DE LAS CRUCES 22
4.1. Muestreo y marco geológico.
4.2. NRM y Susceptibilidad inicial. 4.3. Análisis de las muestras piloto.
4.4. Desimanación selectiva por campos alternos decrecientes. 4.5. Afloramientos afectados por descargas eléctricas. 4.6. Test de inversión y dirección media total.

5. SECTOR ORIENTAL 36
5.1. Muestreo y marco geológico.
5.2. NRM y Susceptibilidad inicial. 5.3. Análisis de las muestras piloto.
5.4 Componente secundaria adquirida en el laboratorio.
5.5 Componente secundaria debida a una VRM de temperatura ambiente
o pTRM de baja temperatura.
5.6 Afloramientos con dos componentes solapadas : círculos de reimanación.
5.7 Resto de afloramientos desimanados por campos alternos decrecientes. 5.8 Afloramientos desimanados térmicamente. 5.9 Direcciones medias, dirección media total y test de inversión.

6. CONCLUSIONES 57 6.1. Sierra de las Cruces
6.2. Sector Oriental.

7. ANEXOS 64 7.1. Sierra de las Cruces : Datos de cada afloramiento. 7.2. Sector Oriental.: Datos de cada afloramiento.

Financiación Referencias Agradecimientos

No se ha observado ninguna correlación entre las direcciones obtenidas en cada sitio y su situación geográfica. Las direcciones se encuentran relativamente bien agrupadas, y la dispersión que se aprecia es muy probablemente debida a la variación secular.

La dirección media obtenida es consistente con la esperada (Urrutia – Fucugauchi, 1979). Teniendo en cuenta que los estudios radiométricos dan edades que oscilan entre 1.79 ± 0.1 y 2.87
± 0.15 para la parte sur de la región investigada, y que las investigaciones geomorfológicas indican que las localidades muestreadas al norte tienen probablemente una edad superior, se puede concluir que en esta región no se han producido rotaciones significativas desde 3 M.a. (aproximadamente) hasta la actualidad.

En la figura 6.1 se indica también la polaridad que se ha encontrado en cada uno de los afloramientos investigados. Como se puede observar, se aprecia una clara distribución geográfica de las polaridades. Integrando estos estudios, las dataciones radiométricas existentes y los resultados paleomagnéticos previos obtenidos por Mooser et al. (1974) (concentrados éstos al sur de Cuajimalpa, fundamentalmente) (fig. 6.1), podemos indicar una posible secuencia de eventos volcánicos.
De SSE a NNW, siguiendo la orientación de la Sierra, encontramos:

– Al sur de Cuajimalpa la mayor parte de los estudios paleomagnéticos realizados por Mooser et al. (1974) y resumidos por Mora-Alvarez et al. (1991) indican una polaridad invertida. Los estudios radiométricos llevados a cabo en esta región indican una edad de 1.92 ± 0.13 M.a. y 1.79 ± 0.1 M.a., por lo que los afloramientos TOl y T03 se inscriben probablemente en el crono lr o 2r, o de Matuyama (de polaridad invertida). Los sitios T02 y T04 se encuentran próximos a la localidad que presenta una edad de 1.79 ± 0.1 M.a., por lo que podrían corresponder al
subcrono de polaridad normal 2n (1.69-1.89 m.a.) o de Gilsa.

– Al oeste de Cuajimalpa estudios radiométricos datan un afloramiento en 2.76 ± 0.19 M.a. y al noroeste de éste, muy próximo a la localidad PC2, otro afloramiento da una edad de 2.87 ± 0.15 M.a.. Ambos datos los sitúan en el crono 2An o de Gauss. Los afloramientos CHI, CH2, CH3, GU3 y PC2 presentan polaridad normal como corresponde a este crono, aunque el afloramiento PC2, muetreado en la cantera de Peñas Cuatas, la misma localidad de la segunda datación, puede por ello asociarse al subcrono 2An.1n.

– Al norte de esta última localidad se carece de datos radiométricos, pero los estudios paleomagnéticos revelan otros nueve afloramientos con polaridad normal y al noroeste de ellos permiten diferenciar una zona de clara polaridad invertida (integrada por las localidades IT, IT2, AJ1, AJ2, JIl, ST2, ST3, CM1 y JQ4), seguidas de otra región de polaridad normal. Esto indica que existe una diferencia de edad entre los materiales volcánicos de estas regiones.

En la fig. 6.1 se muestra esta migración del vulcanismo a lo largo de la sierra, señalándose la localización y polaridad de los afloramientos investigados, y la paleodeclinación media obtenida con ellos..

Los resultados paleomagnéticos obtenidos en este trabajo concuerdan, pues, con los datos existentes de K-Ar y permiten realizar una zonificación magnética previa señalando aquellas regiones que, al presentar diferente polaridad, se inscriben en intervalos de tiempo diferente. A partir de estos resultados, se están llevando a cabo nuevos estudios radiométricos en la parte norte de la Sierra con el fin de comprobar la aparente migración del vulcanismo.

6.2 SECTOR ORIENTAL

No se ha observado una correlación entre las direcciones medias obtenidas en las diferentes agrupaciones de afloramientos y su tipo de magmatismo (calcoalcalino / alcalino), edades (desde 17 ma. al cuaternario), o situación geográfica (Altiplano, Borde del Altiplano, incluso la región alcalina del este)

Con el objetivo de identificar diferentes episodios tectónicos regionales y/o temporales a, se han realizado las siguientes divisiones y asociaciones:
– El afloramiento más antiguo es PS2 (17.0 ± 0.6 m.a.) tiene paleodeclinación 347.1, pero al ser el único de esa época, poco puede decirse estadísticamente, y se ha integrado en el cálculo de la dirección media de la región alcalina del este.
– La dirección media de los episodios volcánicos que corresponden a la aparente migración del magmatismo andesítico entre los 9 y 3 ma (Pachuca, Teziutlan, y el afloramiento PS4) difiere en menos de dos grados si se excluye éste último afloramiento de la región alcalina del este ; y es también estadísticamente indistinguible de la del magmatismo alcalino que ocurre en eventos no contemporáneos con los anteriores entre los 8 y 4 m.a..
Tampoco subdividiendo esta última actividad volcánica entre la ocurida entre los 8 y 6 ma. en el Norte de Hidalgo y la más reciente en el Sur de Hidalgo y Veracruz se pueden apreciar diferencias significativas.
– A efectos de calcular la dirección regional, también se puede incluir la dirección de los eventos volcánicos de menos de 3 ma. de edad (sección de Atotonilco), ya que la diferencia entre su paleodeclinación y la de la paleodeclinación conjunta es menor a tres grados, y dentro del error estadístico.
Por todo ello, pero teniendo en cuenta la especificidad de la región alcalina del este (Palma Sola), se han calculado las direcciones medias por separado de esta región (D= 354.7, I=36.0, pero con tan sólo tres afloramientos) y la de los 17 afloramientos restantes (D= 349.6, I=38.6), que pasan el test de inversión, por lo que se ha promediado la variación secular.

El valor del parámetro R, que define la diferencia entre la declinación observada y la esperada para la época y la zona, es de R= -6.1 para Palma Sola y de R= -11.2 para el sector oriental sin P.S., tomando como referencia el polo de 10 m.a. para el Centro de México de Irving & Irving, 1989 (D= 0.8,1=33.0).

Como los límites de confianza de las declinaciones observada y esperada llegan a solaparse, puede decirse que si existe una rotación sobre ejes verticales regional, ésta sería una rotación antihoraria de menor cuantía que la que los estudios paleomagnéticos locales previos dicen haber detectado en el sector este de la FVTM (grandes rotaciones antihorarias entre -15º y – 56º).

Por otra parte, las polaridades normales e invertidas detectadas en sitios de los que se disponía dataciones readiométricas, o en su defecto se conocía la edad relativa por correlación geológica, han permitido permitido precisar aún más la época de su formación:
– Palma Sola
PS2 ( datado en 17.6-16.4m.a.) : De polaridad invertida, pertenece al cron 5Cr (17.27716.726 m.a.) o al 5Cn.2r (16.556-16.488).
PS3 (14.5-13.5 m.a.) : De polaridad invertida, al cron 5ACr (14.178-14.076 m.a.) o al 5ABr (13.703-13.5 10).
PS4 (6.7-6.3 m.a.) : Polaridad normal, pertenece al cron 3An.2n (6.567-6.269 m.a.).
PS1 (de edad cuaternaria, menor de 2 ma.) : Polaridad normal, pertenece a los cronos 2normal (1.950-1.770 m.a.), o lr.ln, (1.070-0.990 m.a.), o ln (0.780 m.a. a la actualidad).
– Pachuca
Correlacionados geológicamente con Zimapán (9.00±0.30 ma.), de polaridades normales (MC2, MM1) e invertida (CA2), pertenecerían a los cronos 4An y 4Ar.
– Teziutlan
Sus tres afloramientos (CY1, MI1 y XO1, datados entre 8.00 y 7.40 m.a.) presentan polaridad invertida, son contemporáneos entre sí, pertenecen al cron 4n.lr (7.650-7.562 ma.) o al 3Br.3r (7.432-7.375 m.a.).
– Norte de Hidalgo
JAI (8.0-6.8 ma.) : Polaridad normal, pertenece al cron 4n.2n (8.072-7.650 ma.) o al 4n.in (7.562-7.432 ma.), o al 3Br.2n (7.375-7.341 ma.), o al 3Br.ln (7.170-7.135 m.a.), o al 3Bn (7.091-6.935 m.a.).
TRT (7.4-6.8 ma.) : Polaridad normal, pertenece al cron 4n.ln (7.562-7.432 ma.), o al 3Br.2n (7.375-7.341 m.a.), o al 3Br.ln (7.170-7.135 m.a.), o al 3Bn (7.091-6.935 m.a.).
MO1 (6.8-6.2 m.a.) : Polaridad invertida , pertenece al cron 3Ar (6.935-6.567 m.a.) o al 3An.lr (6.269-6.137 m.a.).
– Sur de Hidalgo
MZ1 (5.40-4.90) : Polaridad invertida, asociada a los cronos 3r (5.230-5.894 m.a.) o 3n.3r (4.980-4.890 m.a.)
ZC1 (4.50-4.30 m.a.) : Polaridad normal, al crono 3n.2n (4.620-4.480 m.a.), es decir, formado entre 4.50 y 4.48 m.a.
ZC2 (por correlación geológica, entre ZC1 y PL1) : de polaridad normal, pertenece o al crono 3n.ln (4.290-4.180 ima.), o al 2An.3n (3.330-3.580 m.a.), o al 2An.2n (3.110-3.220 m.a.), o al 2An.ln (3.040-2.581 m.a.).
– Veracruz
MS2/3 (4.30-4.10 m.a.) : polaridad normal, asociado al crono 3n.ln (4.290-4.180 m.a.).
– Secuencia de Atotonilco
PL1 (2.64-2.48 La.) : polaridad normal, perteneciente al crono 2An.ln (3.040-2.581 m.a.).
AT1 (2.46-2.30 La.) : polaridad normal, al criptocrono 2r.2r-1, que tan sólo abarca el periodo entre 2.441-2.420 m.a., con lo que la precisión de la datación es altísima.
SB1 y ZC3 están correlacionados geológicamente con la secuencia de Atotonilco, cubriendo las ignimbritas de ZC1 (menor de 4.4 m. a.)
ZC3 presenta polaridad normal, y lo más probable es que pertenezca al cron 2An.ln (3.040-2.581 m.a.), como PL1, o al criptocrono 2r.2r-1 (2.441-2.420 m.a.), como AT1 ; pero también podría pertenecer a algún crono de los de ZC2 ; o a los más jóvenes 2r.1normal o 2n..
SB1 en cambio presenta polaridad invertida, por lo que, aunque lo más probable es que pertenezca a los cronos 2r.2r (2.581-2.150 m.a.) o 2r.lr (2.140-1.950 m.a.), también podría pertenecer al 3n.lr, al 2Ar, 2An.2r, 2An.lr, o al lr.2r.

Se ha podido, por tanto, aumentar la precisión de las dataciones radiométricas previas con la característica de las magnetozonas de la escala temporal de polaridades de Cande y Kent, 1995.