INTRODUCCIÓN
La historia geológica en los últimos 30 millones de años del noroeste de México es compleja e incluye varios eventos magmáticos y tectónicos. Uno de estos eventos ha sido el emplazamiento en la actual península de Baja California de las lavas calcoalcalinas del arco Comondú como resultado de la subducción de la placa de Farallón bajo la placa de Norteamérica (Gastil et al., 1979; Hausback, 1984; Sawlan and Smith, 1984; Sawlan, 1991; Umhoefer et al. , 2001; Bryan et al., 2014). La reorganización cinemática de las placas implicadas provocó el emplazamiento de lavas y rocas volcánicas atípicas (para un contexto de subducción) en Baja California y en Sonora. Así, el magmatismo calcoalcalino, aunque permaneció hasta el Pleistoceno tardío (p. ej., volcán de Las Tres Vírgenes; Demant, 1984; Sawlan, 1986), fue reemplazado progresivamente y en ocasiones alternó en el tiempo con una gran variedad de magmas que generaron rocas basálticas del tipo basaltos de dorsal oceánica (MORB, Mid Ocean Ridge Basalt), basaltos de islas oceánicas (OIB, Ocean Island Basalts), basaltos toleíticos, basaltos ricos en Nb (Aguillón-Robles et al., 2001), andesitas magnesianas (Saunders et al., 1987; Calmus et al., 2003), adakitas (Aguillón-Robles et al., 2001; Calmus et al., 2008), riolitas hiperalcalinas e islanditas (Vidal-Solano et al., 2008a, 2008b).
En Sonora, el magmatismo de arco continental relacionado al sistema de subducción Farallón-Norte América continuó activo al término del Oligoceno y principios del Mioceno (Cochemé y Demant, 1991). Numerosas manifestaciones volcánicas ampliamente distribuidas al poniente de la Sierra Madre Occidental, comprueban la existencia de este magmatismo orogénico, el cual es contemporáneo al evento tectónico distensivo Basin and Range (Dickinson, 1991), que provocó la exhumación del batolito laramídico (Damon et al., 1983), y el desarrollo de estructuras del tipo horst y graben o conjuntos de semigrábenes escalonados, que produjeron cuencas endorreicas que fueron rellenadas por sedimentos detríticos asociados con volcanismo. A estos depósitos continentales se les denomina en algunas localidades como Formación Báucarit (King, 1939; Radelli, 1989; Münch, 1993; De la O-Villanueva, 1993). En esos registros es común observar la intercalación de lavas máficas conocidas como SCORBA (Southern Cordillera Basaltic Andesite) generadas en un régimen extensional, pero que poseen una afinidad geoquímica e isotópica de carácter orogénico (Cameron et al., 1989).
La región de Rayón se localiza en la porción central del Estado de Sonora al suroeste del poblado de Rayón y al noreste de la ciudad de Hermosillo (Figuras 1a y 1c). Esta región forma parte de la provincia fisiográfica Basin and Range, caracterizada por sierras alineadas de manera general en dirección NW-SE (Figura 1a). En este sector, las rocas magmáticas atribuidas tentativamente al Oligoceno-Mioceno varían de intermedias a máficas y se encuentran también asociadas a sedimentos continentales (Castro-Rodríguez y Morfín-Velarde, 1988; SGM, 1999). Otras lavas consideradas del Plioceno son esencialmente de composición basáltica (Valenzuela-Rentería, 2001). Sin embargo, la falta de estudios petrológicos y geocronológicos de estas unidades ha generado que no sean bien reconocidas o correlacionadas. El presente trabajo tiene como objetivo principal la caracterización petrográfica, geoquímica y geocronológica de las unidades volcánicas, así como su relación petrológica con las manifestaciones intrusivas que afloran en el área de Rayón, Sonora, poniendo en realce su afinidad química peculiar, diferenciación y su posible origen. Por último, con el fin de ubicar este evento en la evolución magmática del Noroeste de México se establece una correlación con rocas volcánicas similares reportadas en la literatura.
MARCO GEOLÓGICO REGIONAL
Las rocas más antiguas de la región forman parte de un basamento Precámbrico y Cretácico que ha sido descrito con más detalle en algunas tesis profesionales y en la cartografía realizada por el Servicio Geológico Mexicano (SGM, 1999). En estos estudios, generalmente de enfoque cartográfico, se elaboraron planos geológicos a escala 1:50,000 (Castro-Rodríguez y Morfín-Velarde, 1988; Figueroa-Valenzuela y Grijalva-Haro, 1989; Valenzuela-Rentería, 2001; Huitrón-López, 2004). Las rocas asignadas al Precámbrico corresponden a secuencias sedimentarias que ocurren, específicamente al sur de la localidad de Cerro de Oro (Figura 2). Tal es el caso del Grupo La Palma (Castro-Rodríguez y Morfín-Velarde, 1988), que ha sido correlacionado con unidades situadas más al norte en la región conocida como La Poza (Huitrón-López, 2004). El grupo antes citado se encuentra cabalgando a una secuencia cretácica marina compuesta de arenisca, conglomerado, caliza y lutita (Castro-Rodríguez y Morfín-Velarde, 1988; González-León, 1989).
Las rocas antes descritas son intrusionadas por granitoides que afloran principalmente al este del poblado de Rayón (Figura 2), los cuales se han atribuido al evento Laramídico reportado entre 90 y 40 Ma (Damon et al., 1983). Asociadas a las rocas plutónicas, se encuentran rocas volcánicas andesíticas con un alto grado de alteración que son correlacionadas con la Formación Tarahumara fechada entre 90 y 70 Ma en la parte central-este de Sonora (McDowell et al., 2001). Sobreyaciendo al basamento pre-Cenozoico (Precámbrico-Cretácico), se depositaron secuencias volcánicas y detríticas gruesas, que actualmente ocupan buena parte de los afloramientos de la región y que han sido atribuidas al Neógeno por correlación (Gómez-Valencia, 2011).
Geología local
De acuerdo con el trabajo de Gómez-Valencia (2011), los depósitos sedimentarios en este sector pueden subdividirse en tres unidades: (1) conglomerado tipo Báucarit; (2) unidad detrítica del Mioceno medio, y (3) sedimentos Plio-Cuaternarios. Mientras que las unidades volcánicas del Cenozoico se dividen en dos unidades oligocénicas (Gómez-Valencia, 2014): [1] unidad volcánica Los Lobos, [2] unidad volcánica El Cajón-Las Palomas; y tres unidades miocénicas: [3] miembro volcánico Cerro Prieto, [4] complejo volcánico Las Agujas e [5] ignimbrita hiperalcalina. Estas tres últimas unidades hacen el objeto principal de este estudio.
Miembro volcánico Cerro Prieto (MVCP)
En este trabajo se designa como una nueva unidad litoestratigráfica de la Formación Báucarit al miembro volcánico Cerro Prieto, nombrado por la localidad tipo que se encuentra en el cerro Prieto localizado al W del cerro El Cielo y del poblado de Cerro de Oro, en el municipio de Rayón, Sonora. En la localidad tipo, estas rocas se encuentran ampliamente distribuidas en la zona centro-sur al interior de una estructura circular que ha sido denominada de manera informal como caldera de Rayón (Figura 3a), y en menor proporción en la porción norte de el área de estudio, en los Cerros Las Lajas y La Nopalera (Figura 2). Estas rocas afloran de manera discordante, en el trayecto del Arroyo Los Lobos, sobre unidades detríticas gruesas y estratificadas correlacionables con la secuencia molásica ampliamente reportada en el Estado de Sonora bajo el nombre de Formación Báucarit (King, 1939).
En el Cerro Prieto (Figuras 2 y 3a), la secuencia volcánica forma un apilamiento de más de 100 m de espesor, y está constituida de al menos seis derrames andesíticos con textura fluidal, que varían de porfídicos a glomeroporfídicos, resaltando la presencia de fenocristales de plagioclasa, clinopiroxeno, ortopiroxeno y olivino. Estos flujos andesíticos sobreyacen en discordancia a coladas basálticas, riolitas, andesitas y tobas félsicas del Oligoceno que conforman a la unidad volcánica El Cajón - Las Palomas, una secuencia relacionada al registro del último pulso de la Sierra Madre Occidental (Figura 2, Gómez-Valencia, 2011).
Las coladas andesíticas del miembro volcánico Cerro Prieto presentan un aspecto vítreo, con texturas vesiculares a amigdalares, rellenas de calcita y zeolitas de color gris azulado (Figura 3b). En la base de los derrames es posible observar una autobrecha de arrastre (Figura 3c). En el Cerro Las Lajas, al norte del área de estudio, en la parte intermedia de la secuencia ocurren derrames bandeados con horizontes de flujo de colores café y beige, como evidencia de inmiscibilidad (mingling) en un líquido magmático (Gómez-Valencia et al., 2010 y Gómez-Valencia, 2011; Figuras 3d y 3e). En algunos casos es posible observar superficies con diaclasas de enfriamiento (Figura 3f). Los últimos derrames de la secuencia son vítreos, tienen una coloración rojiza y un espesor menor a 7 m.
Complejo volcánico Las Agujas (CVLA)
Este complejo aflora en el área de estudio como altos topográficos con una orientación NW-SE y se encuentra distribuida ampliamente en la región centro-norte de la zona de estudio (Figura 2). El complejo volcánico Las Agujas está constituido por las siguientes cuatro unidades:
Cuerpo hipabisal Las Agujas. Este cuerpo aflora en el Cerro Las Agujas (Figuras 2 y 3h) y su extensión al norte en el barranco El Tigre; también aflora en el Cerro Los Columpios (Figura 2). Este cuerpo es representado por al menos cinco cuerpos hipabisales de forma semicircular que afloran a manera de crestones con diaclasas de enfriamiento subverticales (coloquialmente llamados agujas, Figuras 2 y 3h). Estos cuerpos, que fungieron como alimentadores de algunos de los derrames volcánicos aledaños, representan la raíz de los edifi-cios volcánicos. Todos son de composición andesítica, de color gris claro, porfíricos con fenocristales de anfíbol y plagioclasa y presentan texturas cristalinas sacaroides cuyo grano disminuye hacia los bordes de los cuerpos. En las rocas del Cerro Los Columpios se presentan localmente algunos megacristales de hornblenda que llegan a medir hasta 4 cm de largo (Figura 3g).
Derrames volcánicos Las Agujas. Estos derrames se ubican en el extremo oeste del Cerro Las Agujas (Figura 2), siendo delimitados al occidente por el cerro Los Columpios, así como por abanicos aluviales cuaternarios. Estos derrames están constituidos por andesitas y dacitas porfídicas de plagioclasa y hornblenda; esta última se encuentra fuertemente alterada con formación de óxidos de hierro. Estas rocas presentan tonalidades café obscuro en superficie intemperizada y café rosado en superficie fresca. En los bordes de estos derrames se observa una brecha de base con juveniles porfídicos de hornblenda ocasionalmente fresca.
Derrames volcánicos La Nopalera. Estos derrames (Figura 2) se localizan en el cerro La Nopalera y al oriente del mismo. En esta localidad, al menos cinco derrames con sus respectivas brechas de base sobreyacen a la secuencia del MVCP. Los derrames observados forman parte de un apilamiento de lavas con características muy similares, es decir, presentan la misma asociación mineralógica de plagioclasa, anfíbol y piroxeno. En el campo se distinguen por sus tonalidades claras y por un fuerte diaclasamiento, donde destaca, en la parte superior, un derrame subhorizontal (actitud N54°W; 10°SW) que se caracteriza por tener prismas de enfriamiento bien desarrollados. Estos derrames tienen en conjunto un espesor no mayor a 50 m; todos presentan una textura sacaroide y su composición es intermedia.
Derrames volcánicos El Picacho. Consisten de un par de derrames subhorizontales que ocurren en el cerro El Picacho, que es un remanente de erosión que forma las partes más altas de la región. Estas lavas andesíticas muestran una tonalidad café amoratado y un espesor cercano a los 30 m (Figura 2). Estos derrames presentan brechas basales y una textura predominantemente porfídica con fenocristales de plagioclasa y piroxeno, aunque en sus partes centrales pueden tener una textura sacaroide, como los derrames de La Nopalera. Esta unidad es repetida por fallas normales que la desplazan.
Ignimbrita de Hermosillo/Toba de San Felipe
Sobreyaciendo en discordancia angular al MVCP y al CVLA, y cubriendo a estratos conglomeráticos brechoides poco consolidados, se identificó un depósito ignimbrítico que cubre una región aproximada de 50 km2 (Figura 2). Este depósito corresponde a una sola unidad de enfriamiento de espesores reducidos que varían entre 5 y 22 m, muy soldada y con la presencia de un vitrófiro basal. Presenta cinco facies de enfriamiento de la base a la cima: a) una oleada de base (ground surge) que corresponde a una toba poco soldada con lapilli de pómez alargadas color beige, b) un vitrófido de color café a negro poco desvitrificado con flamas centimétricas, c) una toba masiva soldada de color rosa, d) una toba masiva soldada vesicular de color rosa y, e) en la cima, una toba masiva soldada color gris. En general, estas facies presentan una matriz eutaxítica poco porfírica a glomeroporfírica (>7%), con una asociación de fenocristales de feldespato alcalino, clinopiroxeno verde y fayalita. La cantidad de líticos se incrementa de la base a la cima y hacia la base contiene esporádicos enclaves traquíticos.
Investigaciones previas de esta unidad iniciaron un poco más al sur de Rayón, en la región de San Miguel de Horcasitas (Figura 1b), donde se reportó la presencia de un volcanismo ácido hiperalcalino del Mioceno medio (Vidal-Solano, 2005), nombrado Ignimbrita de Hermosillo-Toba de San Felipe (Vidal-Solano et al., 2013), correspondiendo a depósitos distales provenientes de un punto de emisión situado tentativamente en el SW del Estado de Sonora en la región de la Sierra Libre (Barrera-Guerrero, 2012; Vidal-Solano et al., 2013). Recientemente fue propuesto que esta unidad estratigráfica, clave para la estratigrafía del Mioceno medio en el NW de México, pertenece a una secuencia anorogénica denominada Grupo Sierra Libre (Gómez-Valencia, 2014), permitiendo ubicar en el tiempo al miembro volcánico Cerro Prieto y al complejo volcánico Las Agujas.
PETROGRAFÍA
El estudio petrográfico de las unidades volcánicas en 26 láminas delgadas (Tabla 1), muestra que ambos grupos presentan agrupaciones de fenocristales principalmente compuestos por plagioclasa, ortopiroxeno y clinopiroxeno, en varias proporciones (Figura 4d, 4e y 4h), pero en todos los casos, la plagioclasa es el fenocristal dominante (Tabla 1). El MVCP está compuesto por andesitas porfídicas a glomeroporfídicas de matriz vítrea (Figura 4) y, en algunos casos vesiculares, que contienen fenocristales de plagioclasa (Pl), clinopiroxeno (Cpx), ortopiroxeno (Opx), olivino (Ol) y óxidos de Fe-Ti (Ox Fe-Ti). En este grupo, los fenocristales agrupados presentan generalmente mayor tamaño y abundancia en las coladas-brecha de la base de la secuencia (muestras CPR09-02, CPR09-03, CPR09-04 y CPR09-07; Figura 4), mientras que los derrames de la cima (muestra CPR09-06 en Tabla 1), contienen fenocristales de olivino iddingsitizado, algunos con bordes oxidados y otros con texturas esqueléticas. Ocasionalmente, en estos derrames de la cima, el olivino (de composición fayalítica), ocurre de forma tardía dentro de las bandas de flujo que componen a la matriz (Figura 4f).
Las muestras del CVLA corresponden a dacitas hipabisales porfídicas a glomeroporfídicas de matriz microcristalina a criptocristalina con fenocristales de plagioclasa, clinopiroxeno, ortopiroxeno, hornblenda (Hbl) y óxidos de Fe-Ti (Figura 4). Las lavas y cuerpos hipabisales de composición dacítico-andesítica son altamente cristalinos en una matriz microcristalina a vítrea, donde la presencia de grupos de cristales es menos importante y las dimensiones de los fenocristales son menores también. En algunas de estas lavas se observa hornblenda, tanto en la matriz como en megacristales (Figura 4m), éstos últimos se encuentran en su mayoría parcialmente oxidados. Destaca la presencia de fenocristales de Cpx y Opx, observándose en los cuerpos hipabisales que el Opx está en desequilibrio y es englobado por Cpx (Figura 4j). La plagioclasa ocurre abundantemente en cristales euédricos, ya sea como fenocristales aislados, en grupos, o en la matriz. La plagioclasa corresponde a oligoclasa de composición homogénea (An10-30 con base en mediciones petrográficas de sus maclas), y a veces está alterada a albita (An0-10), principalmente en las rocas hipabisales.
Los piroxenos (Opx y Cpx) aparecen sólo como fenocristales aislados o en cúmulos, con formas subédricas a anédricas. La hornblenda es el mineral característico y se presenta en cristales euédricos con bordes oxidados o casi totalmente oxidados. En algunas muestras, la hornblenda, a la par de los óxidos de fierro, forma bandas delgadas de microcristales rodeadas por matriz (Figura 4m).
GEOQUÍMICA
Para el estudio geoquímico se seleccionaron muestras de distintas litologías del miembro volcánico Cerro Prieto y del complejo volcánico Las Agujas, con base en un estudio petrográfico minucioso. Una descripción detallada de la preparación de las muestras para el análisis, así como de las técnicas analíticas utilizadas se encuentra en Gómez-Valencia (2011, 2014). Las concentraciones de los elementos mayores y traza obtenidos para estas muestras se presentan en la Tabla 2.
Los errores analíticos para los elementos mayores son del 1-3% y para los elementos traza del 3%. Las abreviaturas mostradas en la tabla: Tipo de roca: A, Andesita; DH, Dacita hipabisal; AH, Andesita hipabisal; Localidades: ALL, Arroyo los Lobos; CPR, Cerro Prieto; BET, Barranco El Tigre; CLC, Cerro Los Columpios; CLN, Cerro La Nopalera. n.d.: no determinado.
Elementos mayores
La proporción de los contenidos en sílice y álcalis de las rocas analizadas es bien ilustrada en el diagrama de Le Bas et al. (1986; Figura 5a), donde ambas unidades volcánicas se ubican en el dominio subalcalino. En este diagrama, las muestras del miembro volcánicoCerro Prieto se ubican en el campo de la traquiandesita. Sin embrago, debido a que las rocas de esta unidad tienen un contenido de Na2O-2.0<K2 O, son ahora denominadas latitas (Le Maitre et al., 2002, Figura 5c y Tabla 2). La mayoría de los análisis de ambas secuencias magmáticas caen en el campo calcoalcalino del diagrama de Miyashiro (1974; Figura 5b). Las rocas del miembro volcánico Cerro Prieto tienen contenidos muy similares en SiO2 y valores de FeOt/MgO relativamente bajos que son característicos de una serie calcoalcalina (Miyashiro, 1974; Figura 5b). Por otra parte, estas rocas son del tipo calcoalcalino alto en K de acuerdo con el concepto de Peccerillo y Taylor (1976) modificado por Le Maitre et al. (2002) (Figura 5c). Los valores moderados del Mg# (=100 [MgO/(MgO+FeO)] entre 42.60 y 50.76 recalcan el carácter diferenciado de estos magmas.
Por otro lado, las rocas del complejo volcánico Las Agujas, presentan contenidos en sílice en el rango de 61-66 % en peso indicando variedades intermedias a félsicas, principalmente en el dominio de las dacitas (Figura 5a). Los valores de FeOt/MgO en estas lavas son relativamente más altos y muestran una tendencia hacia la serie toleítica (Figura 5b). Sin embargo, los valores de K2O coinciden con los reportados por Peccerillo y Taylor (1976) para la serie calcoalcalina de medio K (Figura 5c). Estas afinidades químicas que subrayan una sobresaturación en sílice en esta serie, se encuentran en completa congruencia, tanto con las descripciones petrográficas (Tabla 1), como con la aparición de cuarzo, diópsida e hiperstena en la norma CIPW (q, di, hy, respectivamente; Tabla 2).
Los diagramas de variación de tipo Harker (Figura 6) muestran una correlación negativa del Al2O3, MgO, Fe2O3, TiO2, CaO, P2O5, Sr, V y Ni en relación con el sílice y una correlación positiva con Na2O, K2O, Ba y Rb. Estas evoluciones señalan el rol eminente de la cristalización fraccionada de plagioclasa y piroxenos en la evolución de los magmas (Figura 6o).
Elementos traza
El diagrama de elementos de las Tierras Raras normalizado a condrita (Sun y McDonough, 1989; Figura 7a), muestra un paralelismo entre los espectros de ambas unidades volcánicas, aunque con contenidos mayores en las muestras en el miembro volcánico Cerro Prieto y la presencia en éstas de una ligera anomalía negativa en Eu, que no se observa en las muestras del complejo volcánico Las Agujas. Los espectros se caracterizan por valores elevados en elementos de las Tierras Raras ligeras (LREE, Light Rare Earth Elements), una pendiente pronunciada entre La y Dy, una anomalía negativa muy poco pronunciada en Eu y patrones de los elementos de las Tierras Raras pesadas (HREE, Heavy Rare Earth Elements) subhorizontales (La/Yb 16-20; Tabla 2). Una notable diferencia entre ambos grupos es un marcado empobrecimiento de los REE en las lavas del CVLA, a pesar de tratarse de rocas más ricas en sílice (Figura 7a).
El diagrama multielemental normalizado con manto primitivo (Sun y McDonough, 1989; Figura 7b), confirma una similitud en las proporciones de las concentraciones de los elementos traza de todas las lavas, exhibiendo un arreglo espectral con un enriquecimiento progresivo en los elementos más incompatibles, que es uniforme en cada unidad volcánica. Los espectros se caracterizan por presentar rasgos de magmas orogénicos con pronunciadas anomalías negativas en Nb-Ta, P, Ti y, positivas en Ba, K y Pb, las cuales aumentan con el grado de diferenciación de los magmas en cada grupo. La diferencia más marcada entre ambos grupos de espectros radica en una menor concentración de elementos traza y una anomalía positiva en Sr para el complejo volcánico Las Agujas (Figura 7b) con respecto al miembro volcánico Cerro Prieto.
GEOCRONOLOGÍA 40 Ar/ 39 Ar
En este trabajo se analizaron por el método 40Ar/39Ar dos muestras de roca volcánica, una del miembro volcánico Cerro Prieto y la otra del complejo volcánico Las Agujas. Las mediciones fueron efectuadas tanto en minerales separados como en el vidrio de la matriz, los cuales fueron preparados siguiendo la metodología del Laboratorio de Geocronología del CICESE (Cerca-Martínez et al., 2000). Las muestras fueron irradiadas en el reactor de investigación de la Universidad de McMaster en Canadá. En el análisis se utilizó un estándar de sanidino de la toba Fish Canyon (FCT2C de 28.201±0.046 Ma; Kuiper et al., 2008) como monitor de irradiación, obteniéndose un valor de J = 0.003147±0.000015. Las constantes recomendadas por Steiger y Jäger (1977) se usaron en todos los cálculos. Para el cálculo de las líneas rectas se utilizaron las ecuaciones presentadas por York et al. (2004). Los errores se reportan a 1σ, la edad integrada, de meseta y de isócrona incluyen la incertidumbre en el factor de irradiación J. El análisis isotópico de argón se realizó en el Laboratorio de Geocronología del CICESE con un espectrómetro de masas VG5400. Los resultados de estos experimentos y sus diagramas de correlación se discuten a continuación.
El análisis de la latita CPR09-09 corresponde a un separado de matriz de la facies vítrea del miembro volcánico Cerro Prieto (Gómez-Valencia, 2011). Los resultados obtenidos en 10 pasos de calentamiento (Tabla 3a), producen un espectro de edad con forma escalonada (Figura 8a), la primera fracción aplicando 0.3 W de potencia con el láser, arroja una edad de 33.53±3.82 Ma que inmediatamente disminuye a 20.72±1.38 Ma y gradualmente continúa decreciendo, observándose un segmento relativamente plano que es determinado por cuatro fracciones que definen una edad de 18.88±0.44 Ma. En el diagrama 37ArCa/39ArK (Figura 8b) se presenta un espectro ascendente de ~0.5 a ~1.1 indicando una composición relativamente homogénea. Por último, en el diagrama de correlación 36Ar/40Ar vs. 39Ar/40Ar se observa una línea recta, con un MSWD=0.61, definida por siete fracciones. El inverso de la intercepción de la línea recta con el eje de las ordenadas indica que el (40Ar/36Ar)i es ligeramente mayor que el valor atmosférico (295.5), es decir se infiere la presencia de un exceso de argón. Por esta razón la mejor estimación de la edad de la muestra CPR 09-09 debe ser tomada del inverso de la intercepción de la línea recta con el eje de las abscisas, el cual arroja una edad de 16.51 ± 0.64 Ma (Figura 8c). Esta edad es congruente con las relaciones y evidencias cronológicas de campo, que aunadas a las relaciones petrográficas y geoquímicas indican que el miembro volcánico Cerro Prieto corresponde a pulsos magmáticos del Mioceno temprano-medio.
El análisis de la dacita CLNR12-01A, correspondiente a una facies hipabisal del complejo volcánico Las Agujas, se realizó con un concentrado de plagioclasa. Los resultados obtenidos para dos experimentos con un total de 15 pasos de fusión con láser, reflejan un espectro de edad relativamente homogéneo (Figura 8d). Los experimentos arrojan resultados reproducibles, liberando más del 60% del 39Ar en las fraccio-nes colectadas aplicado una potencia del láser entre 1 y 6 Watts. Para el segundo experimento, las ocho fracciones colectadas cumplen los criterios para calcular una edad de meseta de 14.88± 0.47 Ma (Tabla 3b). El diagrama 37ArCa/39ArK (Figura 8e) sugiere una composición variable en relación al Ca/K para el concentrado de plagioclasa analizado, ya que las fracciones liberadas a baja temperatura se caracterizan por valores de 37ArCa/39ArK de ~6, en contraste con las fracciones colectadas a alta temperatura con un 37ArCa/39ArK de ~12 (Tabla 3b). Sin embargo, esto no afecta al geocronómetro K-Ar, debido a que se obtuvo un espectro de edad casi plano. Además, en el diagrama de correlación 36Ar/40Ar vs. 39Ar/40Ar (Figura 8f), los datos de las 15 fracciones colectadas se alinean para definir una línea recta (MSWD = 0.84) que arroja una edad de isócrona de 14.80 ± 0.65 Ma, estadísticamente indistinguible de la edad de meseta. Debido a la mejor precisión de la edad de meseta (tp = 14.88±0.27 Ma) se toma ésta edad como la mejor estimación de la edad de la muestra CLNR12-01A. La edad de meseta es congruente con las relaciones y evidencias de campo, que indican que el complejo volcánico Las Agujas sobreyace al MVCP y corresponde a un evento del Mioceno medio.
DISCUSIÓN
Magmatismo del Oligoceno-Mioceno en Sonora
Numerosas rocas volcánicas con edades oligo-miocénicas, que ocurren asociadas con unidades detríticas, han sido reportadas en otras regiones de Sonora, a excepción de la región costera, donde sólo se conocen en la porción norte. Estos registros volcánicos son más antiguos que 14 Ma, pero más jóvenes que 25 Ma y poseen un carácter orogénico (McDowell y Roldán-Quintana, 1991; Bartolini et al., 1994; McDowell et al., 1997; Gans, 1997; Mora-Álvarez y McDowell, 2000), y han sido asociados a un contexto de tipo arco continental (Till et al., 2009). En conjunto, estas lavas altamente porfíricas de plagioclasa, presentan composiciones intermedias, que corresponden en parte a series magmáticas calcoalcalinas a shoshoníticas (Vidal-Solano et al., 2008b). Los afloramientos de estas rocas cercanos al área de estudio ocurren primeramente al sur de Rayón (Figura 1a), en las regiones de San Miguel de Horcasitas y de la mina La Colorada (Figura 1a). En estas localidades, Vidal-Solano (2005) reportó la presencia de domos y de coladas de composición intermedia a félsica. Estas rocas varían de andesitas basálticas, andesitas con alto contenido en sílice, hasta dacitas, y se caracterizan por la coexistencia de dos piroxenos y por presentar una afinidad calcoalcalina. Por otra parte, Bartolini et al. (1994) reportan al menos 13 localidades donde se han estudiado rocas volcánicas que van desde basaltos hasta dacitas que se intercalan con rocas detríticas continentales, las cuales produjeron edades K-Ar desde ~24 a 14 Ma. Al oeste del área de estudio, este tipo de rocas ha sido también estudiado en la región de Trincheras (Tarazón-Pacheco, 2002; Tarazón-Pacheco y Paz-Moreno, 2004; Tarazón-Pacheco, 2007; Figura 1a), donde se ha propuesto una edad menor a 25 Ma. Más al oeste, las rocas volcánicas similares que afloran al norte de Caborca (Figura 1a) fueron fechadas en 24.34 Ma (Izaguirre-Pompa, 2006). En ese lugar se distinguió una secuencia volcánica de composición intermedia constituida por: 1) dacitas calcoalcalinas ricas en potasio, y 2) dacitas, traquitas y latitas calcoalcalinas que contienen valores más elevados de potasio, alcanzando el dominio de las rocas shoshoníticas. Al noreste de la región de estudio, dentro de la cuenca tectónica distensiva de los ríos Batepito y Bavispe, se han reportado importantes volúmenes de lavas con las mismas características petrológicas en las que se obtuvo una edad de 22.2 ± 0.9 Ma (Paz-Moreno et al., 2009). Así mismo, se han reportado stocks con afinidad calcoalcalina en la región de Sobai Satechi (Almirudis-Echeverria, 2010), los cuales han sido atribuidos al Mioceno temprano (Figura 1a). Por otra parte, en la región de Arizpe, González-León et al. (2010) obtuvieron edades de 25 y 18 Ma en importantes secuencias de basaltos y traquiandesitas basálticas ricas en K2O (Paz-Moreno et al. 2009), que han sido relacionadas a la tectónica distensiva Basin and Range. También, González-Becuard (2011)reporta la presencia de algunos plutones con edades de 19.8±0.2 y 19.2±1.2 Ma (Gabro Garambullo y Granodiorita Las Mayitas, respectivamente), que se emplazaron de forma contemporánea a la extensión Basin and Range en el área de Puerta del Sol (Figura 1a). En síntesis, el registro encontrado en las unidades volcánicas reportadas en la literatura (Figura 9) indica que esas rocas pueden ser solo correlacionadas con las del evento magmático más antiguo aquí estudiado (miembro volcánico Cerro Prieto).
Rasgos geoquímicos de los magmas oligo-miocénicos de Sonora
A fin de evidenciar los rasgos geoquímicos de las lavas oligo-miocénicas de Sonora descritas con anterioridad, se recopilaron los datos geoquímicos existentes en la literatura. Estos datos muestran, por un lado, que las lavas poseen una firma de arco, con concentraciones de elementos traza muy similares, que se caracterizan por un mayor enriquecimiento en elementos incompatibles de alto potencial iónico (HFSE, high field strength elements), una ligera anomalía en Eu y una anomalía negativa en Nb y Ta acentuada, en comparación con las firmas del Manto Primitivo (MP, Fitton et al., 1991; Figuras 7a y 7b). Todos estos líquidos tienen valores de Nb/Y de 0.5-0.6, próximos a los de una fuente de tipo MORB o inclusive de tipo Manto Primitivo, aunque con cocientes elevados de Ba/Nb y Ba/Y (70-90 y 40-50 respectivamente), que indican una participación importante de un componente de sub-ducción, sin descartar la posibilidad de un fenómeno de contaminación cortical en estos magmas.
Diferenciación magmática
Una característica petrográfica en las lavas de la región de Rayón son las numerosas evidencias de desequilibrio en sus minerales. La presencia de fenocristales de plagioclasa con textura en tamiz (sieve-textured feldespar; MacKenzie et al., 1982) y la ocurrencia de agrupaciones de fenocristales de olivino, que aparecen selectivamente oxidados en las latitas del miembro volcánico Cerro Prieto, evidencian en su génesis la interacción entre líquidos magmáticos de composiciones contrastantes. En el campo, algunos de las lavas de esta unidad muestran una alternancia de bandas con tonalidades claras y oscuras que indican el flujo de los derrames (Figuras 3d y 3e), denotando petrográficamente que el cambio de coloración resulta de una inmiscibilidad de líquidos magmáticos (Gómez-Valencia et al., 2009 y Gómez-Valencia et al., 2010). Este proceso ha sido identificado y estudiado con anterioridad en las rocas volcánicas intermedias del Mioceno temprano de Sonora central, por medio de análisis de microsonda electrónica en las asociaciones minerales de cada líquido magmático (Vidal-Solano, 2005). Por otro lado, el buen desarrollo de los fenocristales y de los cúmulos en estas lavas indica una etapa temprana de cristalización durante un periodo de residencia en la corteza. Probablemente, después de esta etapa, el olivino fue alterado por un cambio en la fugacidad del oxígeno durante su ascenso hacia la superficie.
Las dacitas del CVLA, aunque muestran valores más altos en sílice y cierta similitud en las características geoquímicas de las rocas del MVCP, tiene rasgos distintivos que muestran que no es posible generar esos magmas a partir de la diferenciación de los líquidos latíticos del miembro volcánico Cerro Prieto. Estos rasgos son: (1) una concentración más elevada de Al3O2, Na2O, CaO y Sr, así como un patrón de variación diferente en los diagramas tipo Harker (Figura 6); (2) una menor concentración de las REE y, finalmente, (3) una ausente anomalía negativa en Eu (Figura 7a), sugiriendo además que la cristalización fraccionada de plagioclasa no juega un papel tan importante en su génesis.
Tendencia adakítica de las secuencias volcánicas
Adakita es un término geoquímico relativamente nuevo, que fue propuesto originalmente para referirse a un grupo petrológico de rocas silícicas de arco, producidas de forma primaria por la fusión directa de la parte basáltica de la corteza oceánica subducida (Defant y Drummond, 1990) y, que ha sido reconocida en la mitad de los arcos volcánicos activos del planeta (Martin, 1999). Estas rocas se caracterizan por sus relaciones elevadas de Sr/Y (>20) y La/Yb (<20) y por los contenidos bajos de Y (<15ppm) y Yb (<1.9ppm). En los últimos años se ha propuesto que la geoquímica de las adakitas puede explicarse por la fusión del slab en subducción, sin embargo, se ha indicado que una gran variedad de rocas con características químicas similares no se forman necesariamente a través de la fusión del slab sino que pueden derivarse de mezclas entre magmas provenientes de la fusión del slab y magmas derivados de la cuña del manto astenosférico, e inclusive de la fusión de un manto astenosférico metasomatizado por magmas derivados del slab. A estas últimas rocas que presentan una tendencia adakítica, independientemente de la fuente de la que provengan, Castillo (2006) proponen considerarlas como "rocas adakíticas" con el propósito de reservar exclusivamente el término "adakita" a las rocas derivadas de la fusión del slab. Es bajo esta consideración, que en el presente trabajo se pone en realce la afinidad adakítica de las rocas de Rayón, como un rasgo geoquímico particular en el miembro volcánico Cerro Prieto y en el complejo volcánico Las Agujas, que muestra una importante concentración en Sr, un fuerte empobrecimiento en Y y un marcado fraccionamiento de HREE en los espectros de REE (Figuras 7 y 10). Este rasgo, característico de las rocas adakíticas (Castillo, 2006), ha sido recientemente reconocido en los plutones del arco cretácico tardío que forman el basamento en la parte este-central del Estado de Sonora (Pérez-Segura et al., 2009). Una diferencia importante en las rocas adakíticas de Rayón es que las lavas del MVCP poseen un contenido menor en SiO2, que es análogo al de adakitas bajas en sílice (LSA, low silica adakites de Martin et al., 2005), así como al de las bajaítas reportadas por Rogers et al. (1985), o al de las andesitas magnesianas de Richards y Kerrich (2007). Por otro lado, de acuerdo con los contenidos más elevados de SiO2 en las lavas de la CVLA, éstas coinciden con los de las características de las adakitas altas en sílice (HSA, high silica adakites de Martin et al., 2005). Esta diferencia química en los dos grupos de distintas edades realza su distinción, sugiriendo una evolución en los procesos petrogenéticos que los originaron.
CONCLUSIONES
Los resultados del estudio geoquímico y geocronológico en las rocas de los últimos eventos volcánicos en la región de Rayón, Sonora, indican que se trata de magmas orogénicos generados en un ambiente de arco continental durante el Mioceno temprano a medio. Los derrames del miembro volcánico Cerro Prieto corresponden a lavas potásicas de tipo latita que han sido fechadas en 16.51 ± 0.64 Ma mediante el método de 40Ar/39Ar (roca total). El complejo volcánico Las Agujas corresponde a cuellos volcánicos y derrames de dacita que produjeron una edad de 14.88 ± 0.47 Ma. Los datos geoquímicos indican que las lavas del miembro volcánico Cerro Prieto corresponden a adakitas bajas en sílice (low silica adakites), mientras que las del complejo volcánico Las Agujas corresponden a adakitas altas en sílice (high silica adakites). Esta característica petrológica muestra que los magmas adakíticos evolucionaron en el tiempo dentro de los últimos registros del arco continental en la región, quedando por explicar su significado geodinámico, el cual pudiera estar relacionado a una configuración particular de las unidades litosféricas implicadas en el final del proceso de subducción.