Estudio petrológico, geoquímico, isotópico y geocronológico de granitos peraluminosos tipo A del Paleozoico Superior en Sierras Pampeanas: batolitos de Achala y Vinquis

Abstract

El magmatismo devónico-carbonífero en uno de los más importantes registrados en las Sierras Pampeanas de Argentina. Tanto en el Devónico como en el Carbonífero muchos de los cuerpos ígneos desarrollados tienen una composición dominantemente granítica y una filiación geoquímica de granitos tipo A metaluminosa y peraluminosa. La génesis de los granitos de tipo A ha sido controvertida, lo que ha generado mucha discusión durante los últimos 30 años, siendo más problemática aún la de los inusuales granitos fuertemente peraluminosos tipo A (por ejemplo, Dall'Agnol et al., 2012, Dahlquist et al., 2014 y referencias allí). Los batolitos de Achala y de Vinquis, aflorantes en las sierras Pampeanas de Córdoba y Catamarca, respectivamente, son importantes exponente de este enigmático grupo de rocas. Los granitos de la región norte del batolito de Achala (suite Characato) están constituidos por cinco facies texturales dominantes con composiciones monzograníticas de dos micas y muscovíticas. La sierra de Vinquis, a su vez, cuenta con cuatro facies principales monzograníticas de dos micas y una biotítica. En dicha sierra, un plutón de forma subcircular (Plutón Oeste) constituido por cuarzo monzonitas y sienogranitos biotíticos porfíricos de megacristales con una señal geoquímica tipo A levemente peraluminosa, intruye las facies antes mencionadas. Los granitos fuertemente peraluminosos de ambos batolitos cuentan con evidencias texturales y mineraloquímicas de las micas que indican que la peraluminosidad de los magmas es primaria y que están enriquecidos en F. Por otro lado, los leves contrastes geoquímicos que muestran estas rocas con los clásicos granitos tipo S, ciertos rasgos en común con los granitos tipo A, el emplazamiento simultáneo con granitos tipo A metaluminosos a débilmente peraluminosos y el contexto tectónico de retroarco planteado para el momento de su generación es que acordamos con la denominamos de “granitos tipo A fuertemente peraluminosos” para los granitos en estudio. Los granitos fuertemente peraluminosos del batolito de Vinquis y los de la suite Characato se emplazaron próximos al límite Devónico-Carbonífero. La datación de U – Pb sobre circón para los primeros produjo una edad de cristalización de 355 ± 7, mientras que para los granitos del norte de Achala fue de 359 ± 5 Ma. Estas rocas son eslabones temporales importantes para plantear el continuo entre el magmatismo del Devónico medio y superior con el del Carbonífero inferior. El plutón Oeste intruye a las rocas peraluminosas de Vinquis y su edad de emplazamiento podría estar restringida entre la edad de cristalización de los granitos de Vinquis (355 Ma) y el emplazamiento del plutón más joven del Carbonífero inferior (322 Ma). A partir de datos de geoquímica de roca total, isótopos Sr-Nd, herencia de circón y composición isotópica de Hf en circón, sugerimos que la fuente de los monzogranitos de la suite Characato es una corteza heterogénea compuesta principalmente por granitos tipo-S y/o migmatitas pampeanas, granitoides famatinianos y, probablemente, rocas metamórficas de grado bajo a medio de la Serie Puncoviscana de las Sierras de Córdoba. Para los granitos fuertemente peraluminosos de Vinquis sugerimos que la fuente se podría corresponder con una corteza heterogénea formada por rocas ígneas famatinianas y rocas metasedimentarias pospampeanas. Aunque tampoco se puede descartar una fuente metasedimentaria que haya recibido el producto de la erosión de los orógenos previos (Famatiniano y Pampeano). Distintas evidencias geoquímicas sugieren que la biotita habría jugado un rol relevante como fase reactante mientras que la plagioclasa uno como fase residual en el proceso de fusión parcial de la corteza para desarrollar los magmas fuertemente peraluminosos tipo A. Así, la petrogénesis propuesta para la generación de los magmas en estudio es la fusión parcial en condiciones de deshidratación por rotura de la biotita a altas temperaturas (>800°) a una presión de fusión inferior a 10 kbar (menores a 35 km). No descartamos que procesos de fertilización de la corteza, como la adición de leves fracciones de agua, hayan facilitado la elevada producción de magmas. Las tendencias geoquímicas hacia granitos evolucionados, así como la variación mineralógica encontrada (granitos con biotita dominante a granitos con muscovita dominante y/o granitos muscovíticos) reconocida en ambas zonas de estudio responderían a procesos de cristalización fraccionada. Los modelos de elementos mayoritarios y trazas sugieren que las rocas graníticas más evolucionadas pueden ser explicadas por el fraccionamiento de un sólido residual formado por cuarzo, feldespato potásico, plagioclasa, biotita, muscovita y menores proporciones de apatita, ilmenita, circón y monacita. El voluminoso magmatismo cortical de alta temperatura que representan los granitos de Vinquis como los del batolito de Achala, se enmarcarían en un contexto geotectónico de retro-arco. Varias evidencias sugieren que una anomalía térmica vinculada a un ascenso del manto astenosférico habría “gatillado” el magmatismo.

The Devonian and Carboniferous magmatism is one of the most important recorded in the Sierras Pampeanas of Argentina. Many of the igneous bodies developed in Devonian or earliest Carboniferous time have a dominant granitic composition with metaluminous and peraluminous A-type geochemical signature. The genesis of Atype granites has been controversial, which has generated a lot of discussion over the last 30 years, and there exists limited knowledge about the petrogenesis of peraluminous A-type granites (e.g., Dall'Agnol et al., 2012, Dahlquist et al., 2014 and references there). Achala and Vinquis batholiths that crop out in the Pampean mountains of Córdoba and Catamarca, respectively, are important exponents of this enigmatic group of rocks. The granites of the north region of the Achala batholith (Characato suite) are constituted by five dominants textural facies of two-mica monzogranites or muscovite-bearing leucogranites. The Sierra de Vinquis, in turn, is composed of four main two-mica monzogranites facies and one of biotite monzogranite. The strongly peraluminous granites of Vinquis are intruded by a subcircular shaped pluton (Oeste pluton) which is made up of porphyritic slightly peraluminous A-type quartz monzonites and syenogranites with K-feldspar megacrysts. Mineral chemistry and textural evidences of micas from strongly peraluminous granites of both batoliths indicate that the peraluminosity of these magmas is primary and they are enriched in F. On the other hand, we agree with the denomination of "strongly peraluminous A-type granites" for the studied granites because of: i) the slight geochemical contrasts between these rocks and the classical S-type granites, ii) certain features in common with A-type granites, iii) the simultaneous emplacement with metaluminous to weakly peraluminous A-type granites in a retro-arc region. The strongly peraluminous granites of the Vinquis batholith and those of the Characato suite were emplaced close to the Devonian-Carboniferous boundary. U–Pb zircon dating yielded a crystallization age of 355 ± 7 Ma for the former and 359 ± 5 Ma for the latter. These rocks are important temporal links between the Middle and Upper Devonian magmatism the Lower Carboniferous magmatism. The Oeste pluton intrudes into the peraluminous rocks of Vinquis and its emplacement age could be restricted between the age of crystallization of Vinquis granites (355 Ma) and the youngest age of the lower Carboniferous magmatism (322 Ma). From whole-rock chemistry, Sr-Nd isotopes, zircon inheritance and Hf isotopic data in zircon, we suggest that the source of the monzogranites of the Characato suite is a heterogeneous crust composed mainly of S-type granites and/or pampean migmatites, famatinian granitoids and, probably, low to medium grade metamorphic rocks from the Puncoviscana Series of the Sierras de Córdoba. For the strongly peraluminous granites of Vinquis we suggest that the source could correspond to a heterogeneous crust formed by famatinian igneous rocks and post-Pampean metasedimentary rocks. Although it is not possible to rule out a metasedimentary source that has received the product of the erosion of the previous orogens (Famatiniano and Pampeano). Different geochemical evidences suggest that the biotite and plagioclase would have played a relevant role in the partial melting of the crust to develop the strongly peraluminous A-type magmas. The first as a reactive phase and the second as a residual phase. Thus, the proposed process for the generation of these magmas is the partial melting of preexisting crust under dehydration conditions through biotite breakdown at high temperatures (>800°) and pressure lower than 10 kbar (less than 35 km). However, we do not rule out that bark fertilization processes, such as the addition of small fractions of water, have facilitated the high production of magmas. The geochemical trends towards evolved granites, as well as the observed mineralogical variation (granites with dominant biotite to granites with dominant muscovite and/or muscovite granites) recognized in both studied areas would correspond to processes of fractional crystallization. Major and trace element models suggest that the most evolved granitic rocks can be explained by the fractionation of a residual solid formed by quartz, potassium feldspar, plagioclase, biotite, muscovite and lower proportions of apatite, ilmenite, zircon and monazite. The voluminous high temperature crustal magmatism represented by the Vinquis and Achala granites would be framed in a retro-arc geotectonic context. Several evidences suggest that a thermal anomaly linked to an ascent of the astenospheric mantle would have triggered the magmatism.