Petrology of very high temperature crustal xenoliths in the Puente Negro intrusion: a sapphire-spinel-bearing Oligocene andesite, Mixteco terrane, southern Mexico

• Autores: Fernando Ortega Gutiérrez, Bárbara Martiny, Dante J. Morán Zenteno, Adela Margarita Reyes Salas, Jesús Solé Viñas
• Localización: Revista mexicana de ciencias geológicas, ISSN-e 2007-2902, ISSN 1026-8774, Vol. 28, Nº. 3, 2011, págs. 593-629
• Idioma: inglés
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    Este estudio presenta datos petrológicos, químicos, geocronológicos e isotópicos, así como interpretaciones petrogenéticas sobre una localidad volcánica única en el sur de México que contiene xenolitos y xenocristales ígneos y metamórficos de origen profundo, afectados por pirometamorfismo extremo durante su ascenso rápido en un dique andesítico compuesto. La intrusión tiene una edad de de 29.2± 0.3 Ma (matriz volcánica) y de 30.5±0.6 Ma (xenocristales de hornblenda), y es parte de un evento magmático regional en el sur de México que, localmente en Puente Negro, intrusionó gneisses cuarzo-feldespáticos y esquistos micáceos del Complejo Acatlán paleozoico. Los xenolitos consisten en gneisses granatíferos, metapelitas aluminosas, cuarcitas impuras y abundantes rocas gabroicas ricas en hornblenda. Granate, corindón (incluyendo safiro azul-púrpura), espinela y ortopiroxena aluminosa constituyen los tipos principales de xenocristales profundos procedentes de rocas metamórficas disgregadas en la andesita. Asociaciones de presión baja con tridimita, espinela, mullita, silimanita, clinopiroxena y ortopiroxena, óxidos de Fe y Ti y vidrios anatexíticos altos en sílice indican temperaturas pico en el campo del pirometamorfismo superiores a 1100 ºC. Las coronas de descompresión alrededor de granates polimetamórficos formadas por espinela-plagioclasa-ortopiroxena ± corindón ± vidrio en gneisses restíticos de plagioclasa-ortopiroxena-espinela, ortopiroxena aluminosa en los centros de xenocristales de ortopiroxena pobre en aluminio, pseudomorfos de espinela-plagioclasa-corindón probablemente reemplazando granate, y la preservación local de asociaciones de ortopiroxena-silimanita y granate-hiperstena-espinela-cuarzo, claramente apoyan la interacción de un magma basáltico original con la corteza inferior. El contenido de aluminio en ortopiroxena (hasta 11.6 % Al2O3), que coexiste con espinela, pares de ilmenita-magnetita y la distribución Fe/Mg entre ortopiroxena y espinela en las coronas alrededor de granate, indican temperaturas metamórficas durante la descompresión cercanas a los 990 ºC, mientras que pares coexistentes de hornblenda-plagioclasa o de dos piroxenas en los xenolitos gabroicos, proporcionan temperaturas de cristalización de 800 a 950 ºC. Este primer magma basáltico hidratado, representado por los xenolitos gabroicos, se diferenció en la corteza media a presiones de 4�6 kbar, calculadas por barometría del contenido de aluminio en las anfíbolas. La inyección subsecuente a través de esta cámara magmática parcial o totalmente cristalizada de nuevos magmas basálticos, aparentemente causó la desintegración de sus rocas ricas en hornblenda, emplazándose muy cerca de la superficie con su carga de xenolitos y fundiendo parcialmente los gneisses encajonantes. Con estas bases y datos isotópicos (Sr, Pb y Nd) y geoquímicos adicionales, concluimos que la �andesita� Puente Negro fue el producto final de un sistema magmático de larga duración relativa y composición basáltica derivado del manto, el cual, durante el Oligoceno temprano (30�29 Ma), interactuó con niveles inferiores, intermedios y someros de la corteza continental representados respectivamente por xenolitos de metapelitas y cuarcitas en facies de granulita, rocas gabróicas máficas y ultramáficas y buchitas cuarzofeldespáticas en facies de sanidinita.

  • English

    This study presents petrologic, chemical, geochronological and isotopic data, as well as petrogenetic interpretations about a unique subvolcanic locality in southern Mexico that contains deep-seated xenoliths and xenocrysts (igneous and metamorphic), albeit affected by extreme pyrometamorphism during rapid ascent in a composite andesitic dike. The intrusion has a K-Ar age of 29.2 ± 0.3 Ma on volcanic matrix and 30.5 ± 0.6 Ma on hornblende xenocrysts,and it is part of an arc-related regional magmatic event in southern Mexico. This magma at Puente Negro intruded quartzo-feldspathic gneisses and micaceous schists of the Paleozoic Acatlán Complex. Xenoliths consist of high-grade garnet-bearing gneisses, aluminous metapelites, impure quartzites, and abundant hornblende-rich gabbroic rocks. Garnet, corundum (including purple-blue sapphire), spinel, and aluminous orthopyroxene constitute the main types of deep-seated xenocrysts derived from disaggregation of metamorphic rocks in the andesite.

    Low pressure assemblages with tridymite, spinel, Al-silicates (mullite and sillimanite), two pyroxenes, Fe-Ti oxides, and high-silica anatectic glasses indicate peak temperatures of pyrometamorphism above 1100 ºC. Decompression coronas of spinel-plagioclase-orthopyroxene ± corundum ± glass about polyphase garnet porphyroblasts in plagioclase-orthopyroxene-spinel restitic gneisses, Al-rich orthopyroxene coring Al-poor orthopyroxene xenocrysts, spinel-plagioclase-corundum xenocrystic pseudomorphs probably after garnet, and local preservation of orthopyroxene-sillimanite and garnet-hypersthene-spinel-quartz assemblages strongly support interaction of original basaltic magmas with the lower crust. Aluminum in orthopyroxene (up to 11.6 Al2O3 wt. %) coexisting with spinel, ilmenite-magnetite pairs, and Fe/Mg partitioning between orthopyroxene and spinel in garnet coronas yield decompression metamorphic temperatures around 990 ºC, whereas coexisting hornblende-plagioclase and two pyroxenes in gabbroic xenoliths yield magmatic temperatures of 800 to 950 ºC. The first basaltic hydrous magma represented by the gabbroic xenoliths differentiated in a magmatic chamber in the middle crust at 4�6 kbar based on Al-in-hornblende barometry. The subsequent injection of this partially to totally crystallized magma chamber by a new basaltic batch apparently caused disaggregation of the hornblende-rich rocks and transported the xenolith-xenocryst load to the surface. Based on major and trace elements and Sr, Pb, and Nd isotope data, we conclude that the Puente Negro �andesite� was the end product of a mantle-derived, relatively long-lived plumbing system of original basaltic composition that in the early Oligocene (29�30 Ma) interacted with the continental crust at lower, middle and shallow levels, which are represented, respectively, by xenoliths of granulite facies quartzites and metapelites, mafic and ultramafic gabbroic rocks, and sanidinite facies quartzo-feldspathic buchites.