Procedencia y paleointemperismo de los miembros siliclásticos de la caliza mural, sección Rancho Bufalo, Fronteras Sonora

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(1)UNIVERSIDAD DE SONORA. DIVISIÓN DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA PROCEDENCIA Y PALEOINTEMPERISMO DE LOS MIEMBROS SILICLÁSTICOS DE LA CALIZA MURAL, SECCIÓN RANCHO BUFALO, FRONTERAS SONORA.. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: GEÓLOGO. PRESENTA JULIO CÉSAR SAUCEDO SAMANIEGO. Hermosillo, Sonora, México, Agosto de 2015. Director: Dr. Inocente Espinoza Co-Director: Dr. Madhavaraju Jayagopal.

(2) Universidad de Sonora Repositorio Institucional UNISON. Excepto si se señala otra cosa, la licencia del ítem se describe como openAccess.

(3) Agradecimientos. Agradezco a la Universidad de Sonora, por permitirme formar parte de ella. A mis maestros por enseñarme nuevos conocimientos y sobre todo mostrarme que hay tanto por aprender. Al departamento de Geología por el préstamo de vehículos y recursos para campo para este trabajo.. Al instituto de Geología de la UNAM, Estación Regional del Noroeste (ERNO), por permitirme ser parte del proyecto que dio origen a esta tesis.. Quiero agradecer a mis directores de tesis, el Dr. Inocente Guadalupe Espinoza por sus enseñanzas y discusiones y al Dr. Madhavaraju Jayagopal por todo el tiempo brindando y gran pilar en la realización de todo este trabajo.. De igual modo quiero agradecer a mis sinodales el Dr. Francisco Grijalva y al Dr. Rogelio Monreal, por sus comentarios, correcciones y ayuda a entender temas bases para este trabajo.. Mi más sincero agradecimiento al Dr. Carlos Gonzáles, Investigador Titular B, Estación Regional Noroeste, Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, por su valiosa información sobre la geología y estratigrafía del área de estudio.. A Martín Valencia Moreno, Jefe del Instituto de Geología de UNAM, Estación Regional de Noroeste, por las facilidades prestadas para este proyecto. Agradezco al Dr. César Jaques Ayala el apoyo con petrografía y al Sr. Rufino Lozano Santa Cruz, del Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México por su ayuda en el análisis de XRF. También, me gustaría agradecer a Pablo Peñaflor Escarcega, de la Estación Regional del Noroeste, Instituto de Geología, UNAM por su ayuda en la pulverización de las muestras para los estudios geoquímicos y geocronología, de mismo modo a la Geol. Adriana Aimé Orcí Romero por su preparación de láminas delgadas para petrografía también del Instituto de Geología, ERNO, Universidad Nacional Autónoma de México.. Por sobre todo quiero agradecer a mi familia..

(4) Contenido CAPÍTULO 1. CONCEPTOS GENERALES ....................................................................... 1 Introducción .............................................................................................................................. 1 1.1 Localización y Vías de Acceso ........................................................................................... 2 1.2. Antecedentes .................................................................................................................... 2. 1.3 Justificación ........................................................................................................................ 6 1.4. Objetivos .......................................................................................................................... 6. CAPÍTULO 2. 2.1. GEOLOGÍA LOCAL .................................................................................... 7. Paleogeografía.................................................................................................................. 7. 2.2 Estratigrafía ......................................................................................................................... 9 2.2.1. Caliza Mural....................................................................................................... 11. 2.3Estratigrafía del Área de Estudio ....................................................................................... 14 2.3.1 Miembro Fronteras .............................................................................................. 14 2.3.2 Miembro Rancho Bufalo...................................................................................... 14 2.3.3 Miembro Cerro La Ceja ....................................................................................... 15 2.3.4 Miembro Lutita Tuape ......................................................................................... 15 2.3.5. Miembro Los Coyotes........................................................................................ 17. 2.3.6. Miembro Cerro La Puerta .................................................................................. 17. 2.3.7. Miembro Cerro La Espina ................................................................................. 17. 2.3.8. Miembro Mesa Quemada.................................................................................... 18. CAPÍTULO 3 PETROGRAFÍA ............................................................................................ 19 3.1 Metodología ...................................................................................................................... 20 3.2 Resultados ......................................................................................................................... 20 CAPÍTUlO 4. GEOQUÍMICA ............................................................................................... 26 4.1 Métodos y materiales ........................................................................................................ 27 4.2 Resultados ......................................................................................................................... 30.

(5) 4.2.1 Elementos mayores ............................................................................................... 30 4.2.2 Elementos traza ...................................................................................................... 36 4.2.3. Elementos Tierras Raras (REE) ......................................................................... 39. 4.3 Intemperismo del área de origen, clasificación y reciclaje ............................................... 42 4.4 Proveniencia Tectónica ..................................................................................................... 47 4.5 Restricciones sobre la proveniencia ................................................................................. 52 CAPÍTULO 5 GEOCRONOLOGÍA ..................................................................................... 59 5.1 Metodología ...................................................................................................................... 60 5.1.1 Metodología datación U-Pb empleada en Arizona Laserchron Center .................. 60 5.1.2 Procedimientos para determinación de edad por U-Pb en Centro de Geociencias, UNAM .................................................................................................................................. 62 5.2 Proveniencia de zircones detríticos................................................................................... 69 5.3 Geoquímica en zircón ....................................................................................................... 74 5.3.1 Metodología de REE en zircón .............................................................................. 75 5.4 Elementos traza en zircón ......................................................................................... 76 5.5 Elementos de tierras raras en zircón ............................................................................ 78 5.6 Implicaciones para estudios de zircón detrítico ........................................................ 80 Conclusiones ........................................................................................................................... 82.

(6) LISTA DE FIGURAS Figura 1. Mapa de localización del área de estudio ubicada en Rancho Bufalo. ................. 4 Figura 2. Correlación estratigráfica y delimitación paleogeográfica del Grupo Bisbee durante el Jurasico tardío y Cretácico temprano en el suroeste de Arizona y noroeste de Sonora. Modificado de GonzálezLeón et al. (2008).......................................................... 8 Figura 3. Columna estratigráfica de las 4 Formaciones representativas del Grupo Bisbee, de la base a la cima. .................................................................................................. 9 Figura 4. Correlación de columnas estratigráficas de los miembros de la Caliza Mural, de oeste-este, comenzando por El Chanate y terminando en Rancho Búfalo Modificado de González-León et al. (2008). .......................................................................................... 13 Figura 5. Afloramiento de caliza del miembro Fronteras dentro del Rancho Búfalo, Fronteras, Sonora. ................................................................................................................ 16 Figura 6. Afloramiento de Arenisca de miembro Rancho Búfalo en Rancho Búfalo, Fronteras. ............................................................................................................................. 16 Figura 7. Columna litoestratigráficas de la Caliza Mural en la localidad del Rancho Bufalo, Norte de Sonora ...................................................................................................... 18 Figura 8. Arenisca rica en cuarzo (Q), (Muestra RB94-10X). ........................................... 22 Figura 9. Arenisca rica en cuarzo (Q), plagioclasas (P) y líticos volcánicos (Lv) (muestra RB 130 -40X). ...................................................................................................... 22 Figura 10. Arenisca rica en cuarzo (Q), (Muestra RB140-10X). ....................................... 23 Figura 11. Arenisca rica en líticos de origen volcánico (muestra RB194-4X).................. 23 Figura 12. Diagrama de clasificación ternario de areniscas (Folk, 1980) de miembros Fronteras, Rancho Bufalo y Cerro La Ceja de la Caliza Mural. .......................................... 25 Figura 13. Diagrama ternario de clasificación de ambiente tectónico................................ 26 Figura. 14 Diagrama de clasificación geoquímica usando log (Fe2O3/K2O) – log (SiO2/Al2O3) (según Herron, 1988). .................................................................................. 33 Figura. 15 Relación Al2O3/TiO2 vs. SiO2 para las areniscas de la Caliza Mural. Los campos basados en (SiO2)ajd son de Le Bas et al. (1986). .......................................... 34.

(7) Figura 16. Gráfica de araña de composiciones de elementos mayores para areniscas normalizadas contra valores de UCC. Los valores UCC son de Taylor y McLennan (1985). .................................................................................................................................. 35 Figura 17. Diagrama multielemental normalizado contra corteza continental superior promedio (UCC: Taylor y McLennan, 1985).A: miembro Fronteras, B) miembro Rancho Bufalo, y C) Cerro La Ceja. ............................................................ 37 Figura 18. Patrones de REE normalizados a condrita para areniscas de Caliza Mural..................................................................................................................................... 4| Figura 19. Diagrama ternario A-CN-K (de Nesbit y Young, 1982).. ................................. 45 Figura 20. Diagrama de Rb vs. K2O para areniscas de Caliza Mural................................. 46 Figura 21. Grafica de Sm vs Ce para areniscas de Caliza Mural. ...................................... 46 Figura 22. Diagrama de Th/Sc vs. Zr/Sc (McLennan et al., 1993). .............................. 47 Figura 23. Diagrama de K2O/Na2O vs SiO2 para identificación de arreglo tectónico para areniscas de Caliza Mural. ........................................................................................... 49 Figura 24. Diagrama de SiO2/Al2O3 vs. K2O/Na2O para areniscas de Caliza Mural. Campos de marcos tectónicos de Maynard et al. (1982).. ................................................... 50 Figura 25. Diagrama de Sc/Cr – La/Y de Bhatia y Crook (1986). ..................................... 51 Figura 26. Diagrama de (La/Yb)N vs. Eu/Eu* de McLennan et al. (1990). ...................... 51 Figura 27. Diagrama multidimencional de función discriminante para sedimentos clásticos de alto y bajo sílice (Verma y Armstron-Altrin, 2013). ........................................ 53 Figura 28. Diagrama de TiO2 vs. Ni para areniscas de Caliza Mural (campos de Floyd et al., 1989). ............................................................................................................... 56 Figura 29. Diagrama de K2O/Al2O3 vs. Rb/Al2O3 para areniscas de la Caliza Mural. .. 56 Figura 30. Diagrama de TiO2 vs. Zr (Hayashi et al., 1997). ............................................ 57 Figura 31. Diagrama ternario La-Th-Sc para areniscas de Caliza Mural. .......................... 58 Figura 32. Datos de elementos tierras raras de los miembrs FS, RB y CLC comparados con Bloque Caborca (CB) y Bloque Mazatzal (MB)........................................................... 59.

(8) Figura 33. Partes fundamentales del Sistema de ablación de láser excimer ...................... 63 Figura 34A. Diagrama Concordia de edades U-Pb del miembro Fronteras de Caliza Mural (muestra RB-7).......................................................................................................... 66 Figura 34B. Histogramas de edades por U-Pb en zircones detríticos y probabilidad de distribución relativa del miembro Fronteras (RB-7). ........................................................... 67 Figura 35A. Diagrama Concordia para edades por U-Pb del miembro Rancho Bufalo de Caliza Mural (RB-163). ...................................................................................... 67 Figura 35B. Histograma de edades de U-Pb en zircones detríticos y probabilidad de distribución relativa de la arenisca (RB-163) del miembro Rancho Bufalo. ...................... 67 Figura 36A. Diagrama Concordia de edades U–Pb del miembro Cerro La Ceja ............. 68 Figura 36B. Histogramas de edades de U-Pb de zircones detríticos y distribución de probabilidad relativa de arenisca (RB-194) del miembro Cerro La Ceja. ........................... 68 Figura 37A. Distribución de edades en zircones de U-Pb y promedio de edades de un grupo de 22 zircones con edades sobrepuestas de muestra 12906. ........................................ 9 Figura 37B. Histograma de edades U-Pb de zircones detríticos y distribución probable de edad relativa para muestra 12906. ................................................................................... 69 Figura 38. Diagrama Th/U vs. Edades. Comparación de circón detríticos de los miembros con tobas volcánicas y rocas plutónicas del Bloque Caborca y provincia Mazatzal de Sonora (Iriondo et al., 2004). .......................................................................... 72 Figura 39. Diagrama discriminante geoquímico para zircones: A) gráfica Yb vs. U y B) gráfica Hf vsU/Yb¡Error! Marcador no definido.………………………………………………………………...79 Figura 40. A) Patrones de elementos tierras raras normalizados a condrita para zircones del miembro Fronteras y B) Tres granos de zircon del miembro Fronteras Valores condríticos de Taylor y McLennan, 1985. ............................................................ 81.

(9) Resumen. La Caliza Mural Cretácico inferior está bien expuesta en la parte norte central de Sonora, México y ha sido divida en 8 miembros los cuales son. . i) Fronteras (FS), ii) Rancho Bufalo (RB), iii) Cerro La Ceja (CLC), iv) Lutita Tuape (TS), v) Los Coyotes (LC), vi) Cerro La Puerta (CLP), vii) Cerro La Espina (CLE) y viii) Mesa Quemada (MQ). Se realizaron estudios de petrografía, geoquímica de roca total (elementos tierras raras, mayores y traza) y geocronología de zircón detrítico en muestras de areniscas de los miembros FS, RB y CLC de la Caliza Mural que aflora en el área del Rancho Bufalo.. Basado en la petrografía, las areniscas son clasificadas como sublitaernita, litarenita, litarenita feldespática y arcosa lítica. Las areniscas contienen una relativa mayor proporción de cuarzo monocristalino que de cuarzo policristalino. Adicionalmente, análisis modal de areniscas y diagramas ternarios sugieren que la mayoría de las muestras caen en el campo de orógeno reciclado y pocas otras grafican en el de cratón estable y arco transicionales.. Las areniscas de estos miembros de la Caliza Mural muestran gran variación en elementos mayores y traza. Geoquímicamente las areniscas son clasificadas en wacka, litarenita, sublitoarenita y arenas ferróseas. La concentración absoluta de ΣREE varía ampliamente de los 3 miembros (FS: 45.3 – 83.6 ppm, 60 ± 16.4; RB: 29.5 - 94.9 ppm, 66.1 ± 28.2; CLC: 68.1–131.4 ppm, 87 ± 30). Los patrones de elementos tierras raras (REE) de las areniscas normalizados a condrita son moderadamente fraccionados en REE ligeros (LREE) con un enriquecimiento relativo a un patrón de REE pesados (HREE) con un patrón planar a ligeramente empobrecido. Los valores de índice de alteración química (CIA: 44 – 70), de índice de alteración de plagioclasas (PIA: 45 – 73) y la relaciones A-CN-K (Al2O3 – CaO+Na2O – K2O) indican intensidad de intemperismo baja a moderada en el área de origen. La gráfica de patrón de REE normalizada a condrita, la relación Al2O3, relaciones elementales como La/Sc, Th/Sc, Th/Co, La/Co y Eu/Eu* y el diagrama ternario La-Th-Sc sugieren que estas areniscas fueron principalmente derivadas de rocas félsicas e intermedias.. La geocronología de U-Pb en zircón detrítico de las areniscas de los miembros Fronteras, Rancho Bufalo y Cerro La Ceja muestras cinco grupos de poblaciones de edades. principales.

(10) de zircón detrítico: (1) Proterozóico; (2) Paleozóico; (3) Triásico; (4) Jurásico; y (5) Cretácico temprano. Granos arqueanos son raros y se presentan solo en una muestra (RB-7). La Caliza Mural muestra granos de zircón detrítico con edades entre 1800 y 2100 Ma y 2500 y 3000 Ma. Zircones con estas edades no están distribuidas en el suroeste de norte américa y las rocas del basamento de la región del arco Peace River pueden haber contribuido con zircones con tales edades. Los granos de zircón detrítico con edades entre 1000 y 1800 Ma fueron principalmente derivados de rocas precámbricas del Bloque Caborca. Una posible fuente de los zircones Jurásico medio en la Caliza Mural son el Grupo Barranca y Antimonio expuestos en el Bloque Caborca. Los zircones Triásico tardío y Jurásico fueron derivados del arco volcánico continental Triásico Jurásico en el noroeste de México, sur de Arizona y sur de California. Los zircones Cretácico temprano fueron derivados principalmente del Arco Alisitos del Cretácico temprano que posicionaba oeste del área de estudio antes de la apertura del Golfo de California..

(11) CAPÍTULO 1.. CONCEPTOS GENERALES. Introducción. Las rocas cretácicas en Sonora han sido ampliamente estudiadas por distintos investigadores desde inicios del siglo pasado e incluso antes, en la parte de Arizona. En el poblado minero de Bisbee ubicado en el sureste de Arizona fue donde se documentó por primera vez que estas rocas sedimentarias marcaban una serie de eventos de transgresión y regresión.. El Grupo Bisbee comenzó a depositarse durante el Jurásico tardío en el área central, noreste y norte de Sonora y el sureste de Arizona, dentro de una cuenca de rift orientado hacia el noroeste y a partir de una invasión de aguas provenientes del sureste. Inicialmente se deposita el Conglomerado Glance, que es la base del grupo, en ambientes dominantemente fluviales y de abanico aluvial; después, en el Cretácico se desarrollan ambientes fluviales que depositan a la Formación Morita, seguida de la Caliza Mural que representa un ambiente marino somero que fue la máxima expresión del avance del mar en la cuenca durante el Aptiano – Albiano; y por último la Formación Cintura indica el retroceso del agua depositándose en un ambiente fluviodeltaico. El Grupo Bisbee registra un gran ciclo de transgresión – regresión, pero dentro de la Mural en períodos más cortos existen otros. La C a l i z a Mural cuenta con 8 miembros (Fronteras, Rancho Búfalo, Cerro La Ceja, Lutita Tuape, Los Coyotes, Cerro La Puerta, Cerro La Espina y Mesa Quemada). El miembro Fronteras consiste en una secuencia carbonatada rica en fósiles donde abundan las calizas. Sobre éste está el miembro Rancho Búfalo ubicado en el rancho del mismo nombre, que consiste de rocas siliclásticas principalmente areniscas y limolitas rojizas, y cubriéndolo está el miembro Cerro La Ceja donde su parte basal es terrígena y calizas con alto contenido de ostreas en la parte superior. Estos tres miembros indican otro registro de cambios de ambientes de depósito, es decir otra transgresión – regresión donde se propone (González-León et al. 2008) el agua estaba en un ambiente marino (miembro Fronteras) y ocurre una regresión (miembro Rancho Bufalo), posteriormente agua vuelve y se forma el ambiente marino (miembro Cerro La Ceja). Este trabajo será el de analizar geoquímicamente las rocas 1.

(12) siliclásticas de estos tres miembros con un total de 17 muestras que se analizaron por óxidos mayores, elementos traza y tierras raras, y en las cuales se llevó a cabo un estudio de procedencia para aportar datos a la paleogeografía, así como dataciones en zircón detrítico por U-Pb.. 1.1 Localización y Vías de Acceso. El área de estudio de localiza en el Rancho Búfalo del municipio de Fronteras en el extremo noreste del Estado de Sonora (Fig. 1). Este municipio se localiza a 250 km en línea recta desde Hermosillo hacia el noroeste, y a 40 km de Agua Prieta (frontera con E.U.A.) hacia el sur. Saliendo de Hermosillo se toma la carretera Federal número 15 Hermosillo-Moctezuma por163 km hacia el noroeste, en Moctezuma antes de entrar al poblado se gira a la izquierda y se tomará la carretera federal número 17 Moctezuma-Nacozari de García por 140 km hacia el norte. En el poblado de Nacozari de García de igual modo antes de entrar al poblado se continúa por la carretera federal número 17 Nacozari de García-Agua Prieta hacia la izquierda por 70 km hacia el norte llegando al pequeño poblado de Km 47. En éste se toma terracería (sin cruzar las vías del ferrocarril) conectando el primer camino del pueblo hacia el sur este (izquierda) por 2 km, después se toma otra que lleva hasta el Rancho Búfalo que es donde se encuentra el área por 2.5 km.. 1.2 Antecedentes. El Grupo Bisbee se encuentra distribuido en el sur de Arizona y una buena parte de la mitad norte de Sonora (Grijalva-Noriega, 1991; Escalona-Alcázar y Roldán-Quintana, 1993; Fernández- Aguirre et al., 1993). Ha sido reportado tan lejos como Caborca en el noroeste de Sonora (Jacques- Ayala, 1995) y hasta Cerro de Oro, al suroeste de Rayón, centro de Sonora (Servicio Geológico Mexicano, 2004; González- León et al., 2006).. Dumble (1902) describió i n i c i a l m e n t e un conjunto de estratos arenosos y calcáreos cerca de Bisbee, Arizona, a los cuales informalmente nombró como ´´Capas Bisbee´´, estimando un espesor de 1,000 m. Antes de que se propusiera este nombre informal a los estratos arenosos, Aguilera (1888, in Sueter, 2007) cartografió dos afloramientos: uno al este del valle de 2.

(13) San Bernardino y otro al oeste del valle de Agua Prieta. En estos lugares Aguilera (1888, p.2021) encontró caliza gris, compacta, fosilífera que probablemente pertenecería a la serie Comanche descrita en Texas. Ahora se sabe que esta descripción corresponde a la Caliza Mural del Grupo Bisbee. El mismo Dumble (1901b) describió una sección de la litología de la Caliza Mural compuesta por una interestratificación no homogénea de arenisca y lutita, caliza con Gryphaea y Trigonia en los alrededores de Cabullona, noreste de Sonora. Más tarde Ransome (1904) propone el nombre de Grupo Bisbee para esta unidad del Jurásico superior – Cretácico inferior y la divide en cuatro formaciones, de la base a la cima: Conglomerado Glance, Formación Morita, Caliza Mural y Formación Cintura. Warseski (1987) en el Cerro El Caloso subdivide la Caliza Mural en cinco miembros (Cánova, Caloso, Angostura, La Aguja y Agua Prieta).. Taliaferro en (1933) identificó el Grupo Bisbee en la Sierra de Anibacachi faltando su formación superior. Más tarde cerca de esa área en el Cerro El Caloso, GYMSA (1981) identifica todas las formaciones; Conglomerado Glance, Formación Morita, Caliza Mural y Formación Cintura. Imlay (1939) reporta en la Sierra El Tigre una secuencia del Cretácico temprano (Aptiamo-Albiano) de 950 m de espesor, cuya parte inferior está constituida por una alternancia de lutitas, areniscas y capas de calizas muy fosilíferas (Exogira aff. Latissima var. aquila), esto correspondiente al miembro inferior de la Caliza Mural. La parte superior de la secuencia descrita está constituida por alternancias de paquetes delgados de areniscas y calizas (abundando más a la cima) y termina con alternancia de calizas, lodolitas y areniscas. Esta parte superior de la secuencia en la Sierra El Tigre correspondería al miembro superior de la Caliza Mural (Monreal et al., 1994). Para la parte basal de la secuencia (Imlay, 1939) reporta una edad Aptiano – Albiano.. Navarro (1988) reconoció el Grupo Bisbee al oeste de la ciudad de Santa Ana, Sonora. Una secuencia carbonatada informalmente nombrada por dicho autor como formación Represo pero que corresponde a la Caliza Mural (Monreal et al., 1994). En la parte superior de ésta unidad se presentan calizas masivas fosilíferas con fauna de rudistas (Coalcomana ramosa) y calizas en capas delgadas con Orbitolina texana.. 3.

(14) Figura 1. Mapa de localización del área de estudio ubicada en Rancho Bufalo.. González-León y Jaques-Ayala (1988) y Monreal (1994) reconocen en Cerro de Oro, al noroeste de Hermosillo, la presencia del Grupo Bisbee y reportan lo que sería la extensión más occidental del dominio marino durante el Barremiano (Formación Cerro de Oro). Según los autores las formaciones presentes son, de la base a la cima: Formación Cerro de Oro, Formación Morita, Caliza Mural y Formación Cintura. La Caliza Mural en esta área está representada por capas masivas de calizas fosilíferas separadas por paquetes de sedimentos finos. Los principales 4.

(15) fósiles encontrados en ella son: Exogira texana (ROEMER), Exogira quitamensis (STANTON), Coalcomana sp., Collinella mulliniedi (IMPLY) y le asignan una edad de Aptiano tardío – Albiano temprano medio (González-León y Jaques-Ayala, 1988; Monreal, 1994). Jaques-Ayala et al. (1989) identificaron en El Chanate al Grupo Bisbee, las formaciones; Conglomerado Glance, Morita, Formación Arróyo Sásabe (en lugar de la Caliza Mural) y la Formación Cintura.. Rosales-Domínguez et al. (1995) realizaron un estudio bioestratigráfico en el Rancho Culantrillo. cerca. del. área. de. estudio. y. encontraron. abundante. amonites. Hypacanthiplimilletioide. En su estudio señala que en el Rancho Culantrillo la presencia de H. milletioides y fauna asociada sugiere que el límite entre el Aptiano-Albiano no se encuentra entre el límite del miembro inferior con el superior de la Caliza Mural, sino que se encuentra en la base del miembro inferior.. Respecto a los estudios geoquímicos relacionados con el objetivo del presente trabajo, como se ha mencionado anteriormente, éstos son demasiado escasos en el estado de Sonora; Reyes (2008) realizó un análisis petrográfico y geoquímico de REE, trazas y óxidos mayores en Cerro Pimas en el área de Santa Ana al noroeste de Hermosillo, las muestras fueron tomadas de capas de caliza de la Caliza Mural, las cuales tienen un alto contenido de REE producto de una influencia deltaica- fluvial.. Madhavaraju et al. (2010) realizaron un estudio geoquímico de la Caliza Mural en las áreas de Cerro Pimas y Sierra San José, donde concluyeron que los materiales terrígenos incluidos en las rocas carbonatadas son principalmente derivados de rocas ígneas félsicas a intermedias; también mostraron una anomalía positiva de Eu, misma que probablemente es controlada por el contenido de feldespato; por otro lado, el elemento Ce mostró una variabilidad principalmente en los miembros de la Caliza Mural, lo que puede ser resultado de la inclusión de materiales terrígenos así como de coloides ricos en Fe de los ríos. Después Madhavaraju y González-León (2012) llevaron a cabo un trabajo de investigación de elementos tierras raras (REE) en las capas de caliza de la Caliza Mural, del Cerro El Caloso Pitaycachi, donde sus resultados arrojaron 5.

(16) anomalías positivas y negativas de Ce, esta variación estuvo controlada por procesos de expulsión así como de entrada de detritos; también mostraron valores positivos de Mn* y bajos contenidos de U y U autigénico lo cual señala que estas capas de caliza se depositaron bajo ambientes óxicos. Posteriormente, Madhavaraju et al. (2013, 2015) estudiaron la Caliza Mural en el área de Cerro Pimas, realizando estudios isotópicos de carbono, oxígeno y estroncio; donde los isótopos de oxígeno señalan una sepultura por diagénesis poco profunda. RamírezMontoya (2014) realiza trabajo de tesis en sección Tuape sobre procedencia, oxigenación y paleointemperismo de lutitas de miembros de la Caliza Mural.. 1.3 Justificación. En este trabajo se realiza un estudio para tener un mayor conocimiento sobre la procedencia de los granos de estas areniscas, también para comprender el paleointemperismo de los mismos en base a diagramas y junto con procedencia tener un bosquejo de paleogeografía y paleotectónica. Ciertamente estos estudios son muy escasos en Sonora y México. El análisis es a los 3 miembros inferiores de la Caliza Mural; Fronteras, Rancho Búfalo y Cerro La Ceja para conocer características de los granos mediante distintos análisis geoquímicos y petrográficos representados en diagramas. 3 dataciones por U/Pb se realizarán de igual modo en éstos miembros inferiores aportando para trabajos futuros y se utilizarán relaciones que brinden estas dataciones en especial Th/U para mayor comprensión de su origen.. 1.4 Objetivos. Este estudio tiene como principales objetivos los siguientes:. Entender las características de las petrografías de los diferentes miembros de la Caliza Mural. Caracterizar los elementos mayores, traza, y tierras raras en las rocas clásticas y evaluar las condiciones del paleointemperismo, marco tectónico y características de procedencia de las rocas clásticas de la Caliza Mural. Determinar nuevas edades por medio de fechamiento U-Pb en zircones detríticos en las rocas clásticas de la Caliza Mural. 6.

(17) CAPÍTULO 2.. GEOLOGÍA LOCAL. 2.1 Paleogeografía. La cuenca Bisbee se desarrolla en una zona de tras-arco y está conectada con el corredor de la Cuenca Chihuahua hacia el este (Dickinson, 1981; Dickinson et al., 1986, 1989; Bilodeau, 1982). Ésta última se forma a partir de un aulacógeno desarrollado a partir de un punto triple que dio origen a lo que hoy es el Golfo de México, donde comienza el gran corredor con la Cuenca Sabinas-Chihuahua y se extiende hasta la Cuenca Bisbee con una orientación noroeste-sureste, siendo hacia el sureste el registro de rocas más antiguas e indicando ambientes más profundos.. La Cuenca Bisbee se consideraba pequeña y angosta (Bilodeaud, 1982; Klute, 1991; Drewes, 1991) y con ésta geometría propuesta se hicieron varias reconstrucciones paleogeográficas del Cretácico temprano del sureste de Arizona y norte de Sonora (Hayes, 1970; Hayes y Drewes, 1978; Dickinson, et al., 1986; Klute, 1991; Drewes, 1991). Sin embargo, González-León y Jaques-Ayala (1990) reconocieron que esta cuenca es más amplia en una reconstrucción paleogeográfica que incluyó el centro y noroeste de Sonora, donde estos autores reportan que el Grupo Bisbee ocurre en otras localidades donde el margen de la cuenca se le atribuye al área de Caborca- Santa Ana. Así mismo Monreal et al., (1994) establece que el Grupo Bisbee se encuentra en varias localidades del centro y norte de Sonora.. La cuenca tenía un relieve irregular, delimitada por fallas normales de bloques caídos en dirección noroeste-sureste, en donde localmente se presentaron acumulaciones de más de 2,000 m de espesor del Conglomerado Glance, el cual se depositó en abanicos aluviales y ríos, incluyendo actividad volcánica intercalada de flujos y tobas (Bilodeau, et al., 1987).. 7.

(18) Figura 2. Correlación estratigráfica y delimitación paleogeográfica del Grupo Bisbee durante el Jurasico tardío y Cretácico temprano en el suroeste de Arizona y noroeste de Sonora. Modificado de GonzálezLeón et al. (2008).. En el Aptiano temprano la Formación Morita se depositó dentro de ambientes fluviales meándricos y probablemente en planicies de marea (Navarro-Fuentes, 1989; Jaques-Ayala, 1992a; 1992b). En Cerro de Oro, indicadores de paleocorrientes sugieren una dirección hacia el este, por lo que la costa estaba hacia el este con volcanismo activo en el oeste (Gastil y Krummenancher, 1977; Anderson et al., 1969; Anderson y Silver, 1978). En el área de CaborcaSanta Ana las paleocorrientes indican ser bimodales noroeste-sureste (Jaques-Ayala, 1995), indicando que la fuente de los sedimentos estaba hacia el norte y oeste. Distintos investigadores reportan al sureste de Arizona un ambiente similar al de Sonora (Hayes, 1970; Jamison, 1987; Lindberg, 1987; Inman, 1987; Klute, 1991), y las direcciones de paleocorrientes indican que la fuente estaba hacia el norte (Hayes, 1970; Jamison, 1987; Klute, 1991). Jaques-Ayala sugiere que en la Formación Morita en la Sierra Anibacachi la fuente estaba hacia el sureste indicando el alto de Cananea como posible fuente.. La máxima transgresión marina a la cuenca Bisbee ocurre en el Aptiano tardío-Albiano medio, fue en este tiempo cuando la Caliza Mural se deposita, incluyendo su equivalente Formación UBar en Nuevo México (Hayes, 1970b). En esta transgresión las porciones marinas del Grupo 8.

(19) Bisbee y rocas correlacionables se acumularon en un mar epicontinental marino (Nations, 1989; Monreal, 1995). Parches arrecifales de corales, algas y rudistas localizados de la parte superior de la Caliza Mural se desarrollaron sobre paleoaltos estructurales residuales sumergidos durante los niveles máximos del mar (Hayes, 1970b; Monreal, 1989).. Figura 3. Columna estratigráfica de las 4 Formaciones representativas del Grupo Bisbee, de la base a la cima: Conglomerado Glance, Formación Morita, Caliza Mural y Formación Cintura.. 2.2 Estratigrafía. El basamento está constituido por el Esquisto Pinal, definido por Ransome (1904) en el sureste de Arizona y se compone de esquistos micáceos y gneises de edad de 1640 Ma (Ortega Gutiérrez et al., 1992). Esta unidad está intrusionada por el Granito Las Mesteñas, que presenta una textura porfídica y se le asigna una edad de 1440 Ma, al correlacionarse con el Granito Cananea, fechado por Anderson y Silver (1977). Sobre este basamento se encuentra una secuencia sedimentaria paleozoica de edad Devónico-Pérmico, que está conformada por las formaciones Martín, Escabroza y Horquilla (Contreras, 1986), que consisten en calizas y areniscas. Estas secuencias afloran en la Sierra Los Ajos y al sur del Cerro Las Mesteñas. Después de un hiato que cubre desde el fin del Paleozoico hasta el Jurásico tardío, en la región se generó una actividad volcánica 9.

(20) félsica, evidenciada por una serie de secuencias volcánicas y volcaniclásticas que afloran en el SE de Arizona y NE de Sonora (Busby et al., 2005). Contemporaneamente a estas secuencias se inició el depósito del Grupo Bisbee (Randsome, 1904), compuesto por el Conglomerado Glance caracterizado por conglomerados y areniscas; la Formación Morita, compuesta de areniscas de cuarzo y lutitas; la Caliza Mural formada de rocas carbonatadas y lutitas; y la Formación Cintura, caracterizada por areniscas de cuarzo, arcosas y calizas. El Grupo Bisbee, tiene un rango de edad desde el Jurásico tardío hasta el Albiano (Monreal, 1995), y se encuentra en afloramientos aislados en las sierras de Fronteras y Pilares de Teras.. Discordante sobre el Grupo Bisbee se encuentra el Grupo Cabullona (Taliaferro, 1931), conformado principalmente por areniscas de cuarzo y conglomerados. Su edad varía del Campaniano al Maestrichtiano (González, 1992). Discordantemente sobre el Grupo Cabullona se encuentra una secuencia de rocas volcánicas compuesta de paquetes de riolitas, tobas, andesitas y areniscas de edad Cretácico superior - Paleógeno y que pudieran pertenecer al Complejo Volcánico Inferior de McDowell (1978).. Adicionalmente se emplazaron grandes cuerpos intrusivos de composición granítica a granodiorítica y granodiorítica diorítica. En la última etapa se emplazaron intrusiones hipabisales de tipo porfídico y de composición monzonítica a cuarzomonzonítica y andesítica. Sobreyaciendo discordantemente a las unidades volcánicas, se depositó un conglomerado polimíctico y areniscas del Eoceno. Discordantemente sobre este conglomerado, se emplazó una gruesa secuencia caracterizada principalmente por andesitas, riolitas, basaltos e ignimbritas (Cochemé, 1985). Esta secuencia ha sido nombrada como Supergrupo Volcánico Superior por McDowell (1978) y forma grandes mesetas en las sierras de El Tigre y la Sierra Madre Occidental. Sobre esta secuencia se encuentran los depósitos correspondientes a la Formación Báucarit, compuesta de conglomerados, areniscas y basaltos del Mioceno. Sobre ella yace una segunda generación de paquetes de conglomerados y areniscas que se consideran del Pleistoceno. Estas unidades se encuentran ampliamente distribuidas en los valles de la región. Finalmente en el Cuaternario se depositaron arenas y limos y algunos derrames de basalto. El aluvión reciente está compuesto de gravas, arenas y arcillas.. 10.

(21) Dado que el presente trabajo se desarrolla sobre la Caliza Mural, se presenta la descripción detallada de esta unidad.. 2.2.1. Caliza Mural. La Caliza Mural ha sido estudiada tanto por investigadores mexicanos como estadounidenses, ya que su significado paleogeográfico, estratigráfico y paleontológico son de suma importancia, y aunque en ésta predominen las calizas, también se tienen rocas detríticas intercaladas. El Grupo Bisbee fue estudiado primero por Aguilera a finales del siglo XIX, quien cartografió dos afloramientos: uno al este del valle de San Bernardino y otro al oeste del valle de Agua Prieta, en donde describió una caliza gris, compacta, fosilífera que probablemente pertenecería a la serie Comanche descrita en Texas. Ahora se sabe que dicha descripción corresponde a la Caliza Mural. Dumble (1901) describe una sección de la litología de la Caliza Mural compuesta por una interestratifiación no homogénea de arenisca y lutita, caliza con Gryphaea y Trigonia en los alrededores de Cabullona, noreste de Sonora. Más tarde, Randsome (1904) propone el nombre formal de Grupo Bisbee para esta unidad del Jurásico superior – Cretácico inferior dividiéndola en 4 formaciones; Conglomerado Glance, Formación Morita, Caliza Mural; indicando su localidad tipo en Mural Hill a 3 km al este de Bisbee, Arizona, y en la parte superior la Formación Cintura.. Dentro del estado de Sonora existen bastantes reportes de afloramientos de la Caliza Mural en diferentes regiones (Fig. 4) como al noreste en Cabullona (Jaques-Ayala, 1992), Rancho Búfalo (González-León et al., 2008) Sierra el Tigre (Imlay, 1939; González-León y Jaques-Ayala, 1990; Monreal et al., 1994), Sierra Azul y Cerro La Bandera (Rangin, 1986; Kitz y Anderson, 1988; González-León y Jaques-Ayala, 1990; McKee, 1991; Monreal et al., 1994), al noroeste en Sierra el Chanate y Cerros el Amol (Jaques-Ayala, 1983, 1986, 1989, 1993; Jaques-Ayala y Potter, 1987; Jaques-Ayala et al., 1988, 1990; Monreal et al., 1994), en Sonora central norte en Cerro de Oro (González-León y Jaques-Ayala, 1990; Jaques-Ayala et al., 1990; Grijalva-Noriega, 1991; Monreal et al., 1994), Cerro San José, Santa Ana (Arellano, 1956; Salas, 1968; Morales-Montaño, 1984; Rangin, 1986; Navarro-Fuentes, 1989; Jaques-Ayala, 1993; Monreal et al., 1994), Sierra Azul (McKee y Anderson, 1998; Lawton et al., 2004), Tuape (Rodríguez-Castañeda, 1984, 1988, 11.

(22) 1991; Monreal et al., 1994), Arizpe (González-León, 1978; González-León y Jaques-Ayala, 1990; Monreal et al., 1994).. Arellano (1956) correlaciona las rocas que afloran en Santa Ana con las del Grupo Bisbee, Salas (1968) define calizas en los alrededores de Santa Ana como la Formación Represo, sin embargo fueron erróneamente definidas por Monreal et al. (1994a). Pérez-Ramos (1986) reporta por primera vez el fósil índice rudista Coalcomana ramosa (Boehm) en el área de Cerro Pima, fósil que asigna a la Caliza Mural una edad del Albiano temprano. Posteriormente Jaques-Ayala et al. (1990) en la sierra el Chanate se apoya de estudios paleontológicos en los bivalvos Steinmanella sp. S. mearnsi (Stoyanov), Pterotrigonia sp. y el equinodermo Macraster sp. M. dartoni, donde amplía el rango a una edad Aptiano-Albiano.. González-Léon y Jaques-Ayala (1998) reconocen en Cerro de Oro la presencia del Grupo Bisbee, y reportan a la Caliza Mural que se representa de capas masivas de calizas fosilíferas separadas por paquetes de sedimentos finos. Los principales fósiles encontrados son: Exogira texana (ROEMER), Exogira quitamensis (STANTON), Coalcomana sp., Collinella mulliniedi (IMPLY) y la edad asignada a la formación es Aptiano tardío – Albiano temprano medio. Tiempo después Rosales-Domínguez et al (1995) realizaron un estudio bioestratigráfico en el Rancho Culantrillo cerca del área de estudio y encontraron abundantes a las amonitas de la especie Hypacanthiplites milletioide. Varias especies de este género en otras áreas de México son consideradas Aptiano superior-Albiano inferior; algunos ejemplos son Sierra Los Muertos (Humphrey, 1949), Zitácuaro (Cantú-Chapa, 1968). Sin embargo las especies H. milletioides originalmente fueron encontrados en el estrato tipo restringido al Albiano inferior, en Inglaterra (Casey, 1965). Araujo-Mendieta et al (1984) reportan a la misma especie como Albiano inferior en el área de Cucurpe en Sonora central norte. Basándose en ammonites, foraminíferos y tintínidos, diversos autores colocaron tradicionalmente el límite Aptiano-Albiano junto con el contacto del miembro inferior y superior. Algunos ejemplos en el sureste de Arizona son en las Montañas Mule (Hayes, 1970b), Montañas Huachuca (Hayes, 1970a), Grassy Hill (Scott, 1987), y al sur de Agua Prieta (Warzeski, 1987) en la localidad de Sierra del Caloso. En su estudio Rosales- Domínguez et al (1985) señalan que en el Rancho Culantrillo, la presencia de H. milletioides y fauna asociada sugiere que el límite Aptiano-Albiano en la Caliza Mural no es el 12.

(23) límite entre ambos miembros, sino que está presente en la base del miembro inferior.. Figura 4. Correlación de columnas estratigráficas de los miembros de la Caliza Mural, de oeste-este, comenzando por El Chanate y terminando en Rancho Búfalo (única ubicación de los miembros Fronteras y Rancho Búfalo). Modificado de González-León et al. (2008).. González-León et al. (2008) mencionan que los depósitos de la plataforma extendida registran tres ciclos de nivel del mar de tercer orden, el más antiguo iniciando ~ 118.24 Ma y se compone de los miembros Fronteras y Rancho Búfalo. Este primer ciclo está presente solamente en el noreste de Sonora donde los estratos de aguas marinas someras del miembro Fronteras representan un sistema de tracto transgresivo y los depósitos fluviales suprayacentes del miembro Rancho Bufalo el consiguiente sistema de tracto bajo. El segundo ciclo (miembros: Cerro La Ceja- Lutita Tuape – Los Coyotes) es Aptiano tardío (menor de 115.5 Ma) es su parte inferior, y probablemente Albiano temprano en su parte superior, basado en amonitas, rudistas y foraminíferos. Los estratos marinos someros del miembro Cerro La Ceja se interpretan como un sistema de tracto transgresivo, seguido por la superficie máxima de inundación del miembro Lutita Tuape y el sistema de tracto alto del miembro Los Coyotes. El tercer ciclo se compone de los miembros Cerro La Puerta – Cerro La Espina – Mesa Quemada de una edad Albiano temprano. En donde la edad más joven de este ciclo está dada por la amonita Douvilleiceras en el miembro Cerro La Puerta (Stoyanow, 1949; Hardenbol, 1998; Scott el al., 2000). Estos ciclos 13.

(24) tienen una duración media de aproximadamente 2.5 M.a convirtiéndolos en ciclos de nivel de mar de tercer orden (González-León, 2008). 2.3Estratigrafía del Área de Estudio. 2.3.1 Miembro Fronteras. Este miembro solo ha sido identificado en el Rancho Búfalo (Gonzáles-León, 2008) y es el miembro basal de la Caliza Mural con un espesor de 134 m (Figura 5), sobreyaciendo a una limolita rojiza oscura de la Formación Morita. En su parte inferior consiste en grainstone oolítica con estratifiación cruzada, estratos gruesos a medianos de packstone bioclástica y oolítica con ostreas, wackstone bioturbada y lutita calcárea. Los estratos de caliza incluyen algas dasicladaceas y de incrustación, miliólidos, bivalvos, gasterópodos, ostrácodos y espinas de equinodermos. Suprayaciendo esto se encuentra una caliza dolomítica con estromatolitos laminados, localmente estratos de arena, limolita, lutita calcárea así como intercalaciones menos abundantes de arenisca de grano fino y lutita tobácea. En las porciones media y superior predominan estratos gruesos de caliza oolítica con estratificación cruzada plana y localmente en espiga (herringbone), que gradúan hacia arriba a wackestone-packstone bioclásticas, estratos de coquina, caliza arenosa a arcillosa bioturbada, estratos de estromatolitos y caliza dolomítica bioturbada. Este paquete de rocas carbonatadas está cubierto por lutita gris oscuro y limolita. Esta parte del miembro incluye ostreas articuladas y desarticuladas, trigonoideos, pectínidos, foraminíferos bentónicos y algas. En la parte superior del miembro se tiene un estrato de 1 m de espesor de una toba blanca de caída y una limolita calcárea con bivalvos. De este miembro se tomaron 4 muestras para este estudio (Figura 7; RB 7, RB 10, RB 19, RB 28).. 2.3.2 Miembro Rancho Bufalo. El miembro Rancho Búfalo es una unidad siliciclástica que solo se ha reportado en el Rancho Búfalo (Gonzáles-León, 2008). Este miembro tiene 86 m de espesor y en su base son estratos de arenisca están en contacto con el miembro Fronteras. Está compuesto de arenisca rojiza con estratificación cruzada plana, lutita rojiza a púrpura y limolita con bioturbación local, estructuras 14.

(25) de raíces, nódulos calcáreos e interestratificaciones de arenisca de grano mediano a grueso, en estratos medianos a gruesos, lenticular y con estratificación cruzada. De este miembro se tomaron 9 muestras para este estudio (Figura 7; RB94, RB97, RB130, RB140, RB163, RB165, RB169, RB175, RB186).. 2.3.3 Miembro Cerro La Ceja. Este miembro es generalmente terrígeno en su parte inferior y calizas con alto contenido de ostreas en la parte superior. Su espesor varía desde 12 m en la Sierra el Chanate hasta 182 m en el área de Tuape. En el Rancho Búfalo y Sierra San José los estratos basales del miembro Cerro La Ceja consisten en intervalos de 12 m de arenisca rica en cuarzo de grano grueso con estratificación cruzada planar, suprayaciendo abruptamente una lutita rojiza del miembro Rancho Búfalo y limolita de la Formación Morita (Gonzáles-León 2008). En la cañada Los Coyotes, cubren en contacto abrupto a una limolita roja de la Formación Morita y consiste en wackstone a packstone arenosa con valvas de ostreas. De este miembro se tomaron 4 muestras para este estudio (Figura 7; RB194, RB211, RB249, RB259).. 2.3.4 Miembro Lutita Tuape. González-León (2008) menciona que el miembro Lutita Tuape es una lutita laminada grisácea a negra con nódulos calcáreos, interecalada con limolita y caliza con lutita con presencia de amonitas y ostreas largas en las inmediaciones del Rancho Búfalo y Tuape. (Lawton et al., 2004).. También se reporta en la parte inferior del miembro en la Cañada Los Coyotes abundantes amonitas (Hypacanthoplites sp.) en capas de calizas. En Santa Ana y Ocuca se presentan lutitas calcáreas y limolitas bioturbadas de un color café amarillento a verdoso, abundantes bivalvos se encuentran en una caliza bioclástica y arenisca de grano fino. Su espesor varía de 13 a 212 m.. 15.

(26) Figura 5. Afloramiento de caliza del miembro Fronteras dentro del Rancho Búfalo, Fronteras, Sonora.. Figura 6. Afloramiento de Arenisca de miembro Rancho Búfalo en Rancho Búfalo, Fronteras.. 16.

(27) 2.3.5. Miembro Los Coyotes. Este miembro tiene un espesor de 97 m en Rancho Búfalo. La parte inferior del miembro Los Coyotes consiste en capas delgadas de lodolitas de un color gris claro a rojizas con nódulos de septaria, limolitas calcáreas y calizas con ostreas. La parte media del miembro consiste en una limolita marrón masiva y lodolita con pequeñas intercalaciones de areniscas de grano fino y caliza bioclástica. Mientras que en la parte superior se tiene caliza masiva bioclástica amarillenta rica en ostras, así como trigonoideas, gasterópodos, bivalvos y equinodermos.. 2.3.6. Miembro Cerro La Puerta. En el área del Rancho Bufalo este miembro tiene un espesor de 54m (González-León, 2008), mientras que en la sección Sierra El Chanate es de solo 7 m y consiste en lutita negra físil con nódulos calcáreos. En la Cañada Los Coyotes y Cerro La Puerta, la parte superior del miembro contiene capas delgadas de arenisca café de grano muy fino. En el cerro La Ceja, los dos tercios superiores de este miembro contienen estratos gruesas de wackestone fosilífera con contenido de pectínidos, ostreas y gasterópodos. En el cerro La Espina, los 60 m superiores de este miembro están representados por wackestone de color pardo amarillento, fosilífera. Los fósiles consisten principalmente en corales, rudistas y Orbitolina sp. Así como Trigonia, Steinmanella mearnsi.. 2.3.7. Miembro Cerro La Espina. Este miembro aparece incompleto en el Rancho Búfalo, teniendo un espesor de 30 m espesor, mientras que en otras localidades como en Sierra San José es de 158 m. Consiste en caliza masiva en estratos de 4 m con intercalaciones de estratos delgados a gruesos de limolita y lodolita, arenisca de grano muy fino y caliza arcillosa rica en ostreas. Los estratos de caliza son característicamente lenticulares en todas las localidades, acuñándose lateralmente por distancias de cientos de metros, e incluyen Orbitolina sp., gasterópodos, rudistas y otros bivalvos. En el cerro La Espina, el miembro gradúa sección arriba a diferentes tipos de caliza con fósiles diversos: wackestone- packstone con orbitolinas; packstone dolomítica con orbitolinas; packstone dolomítica con la Orbitolina Lthocodium; boundstone de corales, rudista, y grainstone 17.

(28) peloidal bioclástica.. Figura 7. Columna litoestratigráficas de la Caliza Mural en la localidad del Rancho Bufalo, Norte de Sonora. 2.3.8. Miembro Mesa Quemada. El miembro Mesa Quemada no se presenta en el Rancho Búfalo, pero en otras localidades tiene entre 161 y 400 m de espesor. Este nombre fue originalmente aplicado a la interestratificación de limolita rojiza y caliza fosilífera inferida como equivalente a la Formación Cintura al noroeste del cerro La Ceja. El miembro consiste en una interestratificación masiva de lodolita verde y limolita gris claro o rojo con nódulos pedogénicos, estratos delgados de arenisca de grano muy fino con laminaciones paralelas y diversos tipos de calizas que incluyen ostreas, fragmentos de conchas y tubos de serpúlidos. En el cerro La Ceja, los 150 m superiores del miembro consisten en una interestratificación de wackestone con ostreas y limolita de color verde 18.

(29) oliva o rojo, cubierta por wackestone característica en estratos gruesos con orbitolinas y ostreas.. CAPÍTULO 3 PETROGRAFÍA. Los análisis de proveniencia se llevan a cabo generalmente para reconstruir la historia antes del depósito de un sedimento o roca sedimentaria. Esto incluye la dirección y distancia, tamaño y arreglo de la región de origen, clima y relieve, y el tipo específico de roca sedimentaria (Pettijohn et al., 1987). Basu et al. (1975) y Tortosa et al. (1991) usaron la frecuencia de diferentes tipos de granos de cuarzo para inferir el tipo de roca madre. Por lo tanto, la simple descripción petrográfica de varios tipos de granos de cuarzo puede ser utilizada para este propósito (Folk, 1974; Blatt et al., 1980; Asiedu et al., 2000). El uso de composiciones de areniscas fue primeramente utilizado por Crook (1974) para entender el marco tectónico, y a partir de esto se han hecho varios intentos por refinar modelos de proveniencia (Dickinson and Suczek, 1979; Suttner et al., 1981; Dickisnon et al., 1983; Weltje et al., 1998, 2002; Basu, 2003). La diagénesis, los procesos enmarcados en la tectónica de placas y los paleoclimas controlan la distribución y composición de areniscas debido a que dicta la relación entre los terrenos de origen y evaluación de cuenca (Dickinson and Suczek, 1979; Basu, 1985; Suttner et al., 1981; McBridge, 1985).. Los estudios de petrografía cuantitativa pueden proporcionar información importante a cerca de probables fuentes de rocas. Existen varias técnicas petrográficas para determinar proveniencia de areniscas (Wanas y Abdel-Maguid, 2006), también hay investigaciones de la ondulosidad y policristalinidad de granos de cuarzo sobre éste tema (Basu et al., 1975; Young, 1976). La principal teoría detrás del estudio de proveniencia de areniscas es que varios marcos tectónicos contienen diferentes características de tipos de rocas, las cuales cuando se erosionan, producen areniscas con rangos precisos composicionales (e.g. Dickinson y Suczek, 1979; Dickinson et al., 1983; Dickinson, 1985). El propósito del estudio petrográfico es determinar la composición de la arenisca, para entender las características de proveniencia y descifrar el marco tectónico de las rocas madre.. 19.

(30) 3.1 Metodología. El conteo de puntos fue realizado en catorce areniscas colectadas de los miembros Fronteras, Rancho Búfalo y Cerro La Ceja de la Caliza Mural. Al menos cuatrocientos granos fueron contados en cada sección delgada. Se utilizó el “Método Gazzi-Dickinson” para el análisis de conteo de puntos (Zuffa, 1980; Ingersoll et al., 1984) para limitar la dependencia de los detritos de los tamaños de granos. Un espaciador de conteo de 0.66 mm fue usado para areniscas de grano medio, mientras que para areniscas de cuarzo se utilizó uno de 0.99 mm para la prevención de contar dos veces el mismo. El sistema de la cuadrícula siguió hasta el conteo de 400 granos. Los datos sin procesar y recalculados se presentan en las Tablas 1 y 2.. 3.2 Resultados. Catorce láminas delgadas fueron analizadas por conteo de puntos para determinar su proveniencia. Los granos de arena son en su mayoría de finos a medios, mientras algunas muestras contienen buen porcentaje de cuarzo (Fig. 8). Los contactos entre los granos son longitudinales, puntuales y cóncavos convexos. En algunos líticos los contactos entre granos son bastantes irregulares debido mayormente a la compresión de los granos que rodean. Los principales componentes son cuarzo monocristalino, plagioclasas y fragmentos líticos, principalmente de rocas volcánicas silíceas a intermedias (Fig. 9). Se observó poco cuarzo policristalino. Del mismo modo, se encontraron pocos granos líticos de rocas volcánicas máficas y sedimentarios. El cuarzo monocristalino es angular a redondeado. En cuanto a los granos de menor tamaño aparecen estar más angulados o rotos. Los cuarzos más grandes se encuentran más redondeados. Cementante silíceo está llenando espacios como sobre crecimiento sintaxial en granos de cuarzo. Se tiene presencia de calcita en una calcedonia escasa. Se observó muy poca matriz, pero localmente granos líticos están compresos dando una apariencia de matriz. Se puede dificultar indentificar granos líticos, especialmente los de grano fino.. En este estudio, se clasificaron las areniscas basados en un análisis modal de conteo de puntos del arreglo granular (Tabla 1) y el porcentaje de volumen es obtenido del diagrama de Folk (1980). Basado en este último, las areniscas son clasificadas como sublitoarenita, litarenita, litarenita 20.

(31) feldespática, y arcosa lítica. Las areniscas contienen una relativa mayor proporción de cuarzo monocristalino que cuarzo policristalino, esta relación refleja la madurez de los sedimentos y rocas sedimentarias, debido a que la cantidad de cuarzo policristalino tiende a reducir con el reciclaje e intemperismo (Basu, 1985).. Tabla 1. Valores de conteo de puntos en muestras de areniscas de miembros de C a l i z a Mural Conteo Qt. Muestra. Qp. Ft Fk. P. 1 5. 25 5. 164 108 265 134 216 243 139 210 236. 4 5 5 11 0 10 7 4 11. 184 273 234. 9 10 17. Qm. Cerro La Ceja RB-259 155 RB-194 63. Lt Lm Ls Li. Lvf. Lvl. Mica Cem Mtz Total. 62 32. 0 1 61 1 1 35 113 52. 0 1. 2 3. 19 46. 77 2. 404 358. 22 31 1 20 3 23 27 8 24. 47 79 11 27 48 25 28 38 25. 0 12 75 27 0 5 71 46 0 1 79 0 0 10 98 79 0 1 107 2 1 3 35 1 0 37 72 55 2 4 79 0 0 2 37 1. 8 26 1 14 1 0 15 0 0. 0 0 0 5 1 0 2 0 0. 40 29 39 0 23 63 18 60 49. 3 0 1 2 0 1 0 0 19. 402 400 403 400 402 405 400 405 404. 21 9 4. 45 19 17. 1 32 42 0 3 27 1 10 52. 0 0 0. 7 1 1. 33 54 41. 30 1 23. 405 400 400. Rancho Búfalo RB-186 RB-175 RB-169 RB-165 RB-163 RB-140 RB-130 RB-097 RB-094. Fronteras RB-007 RB-019 RB-028. 1 3 0. En este estudio, se clasificaron las areniscas basados en un análisis modal de conteo de puntos del arreglo granular (Tabla 1) y el porcentaje de volumen es obtenido del diagrama de Folk (1980, Fig. 12). Basado en este último, las areniscas son clasificadas como sublitoarenita, litarenita, litarenita feldespática, y arcosa lítica. Las areniscas contienen una relativa mayor proporción de cuarzo monocristalino que cuarzo policristalino, esta relación refleja la madurez de los sedimentos y rocas sedimentarias, debido a que la cantidad de cuarzo policristalino tiende a reducir con el reciclaje e intemperismo (Basu, 1985).. 21.

(32) Figura 8. Arenisca rica en cuarzo (Q), algunos de los cuales tienen crecimiento de sintaxial (→). Algunos probables líticos sedimentarios (Ls?), que podrían ser cementante de carbonato de calcio (Muestra RB94-10X).. Figura 9. Arenisca rica en cuarzo (Q), plagioclasas (P) y líticos volcánicos (Lv) (muestra RB 130 -40X).. 22.

(33) Figura 10. Arenisca rica en cuarzo (Q). Algunos cristales muestran crecimiento sintaxial de sílice. Algunos líticos volcánicos (Lv). Cementante de carbonato de calcio (C) (Muestra RB140-10X).. Figura 11. Arenisca rica en líticos de origen volcánico (muestra RB194-4X).. La composición promedio del arreglo en las areniscas de los miembros Fronteras, Rancho Búfalo y Cerro La Ceja son como se muestran: Q72F11L17; Q55F15L30; Q37F20L43; respectivamente. La relación plagioclasa/feldespato potásico es grande en todas las areniscas estudiadas (miembro Fronteras: 4.1; miembro Rancho Bufalo: 4.6; miembro Cerro La Ceja: 4.4). Los granos de rocas volcánicas dominaron el total de la población de líticos, con un promedio de relación Lv/Lt de 0.79, 0.93 y 0.90 para areniscas de los miembros estudiados.. 23.

(34) El régimen tectónico del ambiente de depósito influye en la sedimentación, diagénesis y composición de sedimentos (Pettijohn et al., 1972; Bhatia, 1983; Chamley, 1990). Debido a que areniscas de diferentes regímenes tectónicos tienen diferentes características de componentes detríticos, utilizando los datos petrográficos para la determinación del marco tectónico de las areniscas puede ser por lo tanto útil. Se ha relacionado a la composición detrítica de areniscas a cuatro tipos de proveniencia mayores: cratones estables, elevación de basamentos, arcos magmáticos y orógenos reciclados (Dickinson y Suczek, 1979; Dickinson et al., 1983). Datos graficados a partir del análisis modal de areniscas de la Caliza Mural en el diagrama ternario QF-L de Dickinson et al. (1983) muestran que la mayoría de las muestras se ubican en el campo de orógeno reciclado y algunas pocas grafican en los campos de cratón estable y arcos transicionales (Fig. 13).. 24.

(35) Figura 12. Diagrama de clasificación ternario de areniscas (Folk, 1980) de miembros Fronteras, Rancho Bufalo y Cerro La Ceja de la Caliza Mural.. Figura 13. Diagrama ternario de clasificación de ambiente tectónico.. 25.

(36) CAPÍTUlO 4. GEOQUÍMICA. Las rocas sedimentarias contienen una gran riqueza de información sobre la composición, marco tectónico, y proceso evolutivo de una corteza continental antigua (Taylor and McLennan, 1985; McLennan et al., 1993). La composición de areniscas principalmente depende de la litología del área de aporte, la cual está controlada por el marco tectónico (Dickinson et al., 1983; Lee and Sheen, 1998), y la composición geoquímica y petrográfica de las rocas clásticas proporcionan información valiosa respecto a la proveniencia y el marco tectónico (Cingolani et al., 2003; Nagarajan et al., 2007; Jafarzadeh and Hosseini-Barzi, 2008). Así mismo, la asociación litológica, mineralogía detrítica y composición química de las rocas sedimentaria proporcionan información sobre tectónica, clima e historia magmática de los continentes (Zimmermann and Spalletti, 2009).. Estudios geoquímicos en rocas clásticas han sido utilizados desde hace tiempo para identificar características de proveniencia (Madhavaraju y Ramasamy, 2002; Armstrong-Altrin et al., 2004; Nagarajan et al., 2007a, b; Moosavirad et al., 2011; Madhavaraju, 2015). Se ha hecho una mejora significativa en avances de este aspecto, especialmente a través de la introducción de diagramas discriminatorios basados en la relación de elementos mayores y traza (Bhatia, 1983; Taylor and McLennan, 1985; Roser and Korsch, 1986; McLennan and Taylor, 1991; Cullers, 1994a, b). Por lo anterior, la geoquímica de rocas sedimentarias clásticas se considera una herramienta poderosa en el estudio de proveniencia, marco tectónico y condiciones paleoclimáticas (e.g. Nesbitt and Young, 1982; Bhatia 1983; Taylor and McLennan, 1985; 1988; Absar et al., 2009) y también para restringir la composición y evolución de la corteza continental superior (Taylor and McLennan, 1985).. Varios autores establecen que la diagénesis, paleoclimas y placas tectónicas controlan la composición y distribución de areniscas al gobernar la relación entre la evolución de cuenca y la fuente de terrenos (Dickinson and Suczek 1979; McBride 1985); mientras que otros concluyen que la composición geoquímica de rocas sedimentarias proporciona condiciones paleoclimáticas, marco tectónico e información de proveniencia (Bhatia 1983; Taylor and McLennan, 1985; 26.

(37) Cingolani et al., 2003; Nagarajan et al., 2007; Jafarzadeh and Hosseini- Barzi, 2008; Absar et al., 2009; Raza et al., 2012; Armstrong-Altrin et al., 2013; Madhavaraju, 2015).. La química de elementos traza es una herramienta poderosa para comprender muchos procesos sedimentarios. Ha sido utilizado para el estudio dinámico de sedimentos de río (Gaiero et al., 2004; Goldsmith et al., 2008) y procesos eólicos (Muhs et al., 2008); sin embargo, el potencial completo de modelamiento de elementos traza en estos campos aún queda por determinarse. Elementos traza, incluidos los minerales de tierras raras (REE por sus siglas en inglés; Rare Eart Elements) en sedimentos de grano fino y rocas sedimentarias son usados ampliamente para caracterizar la composición de corteza continental debido a su homogeneidad general (McLennan, 2001).. La composición de elementos mayores y traza de rocas sedimentarias es considerada una herramienta poderosa para identificar la proveniencia y marco tectónico (Concepcion et al., 2012; Srivastava et al., 2013, donde relaciones claves de elementos traza, elementos de REE, patrones de REE y magnitud de anomalías de Eu en areniscas y lutitas, proporcionan esta información (Bhatia, 1985; Wronkiewicz and Condie, 1989; Feng and Kerrich, 1990; Cullers, 1995; Nath et al. 2000; Armstrong et al., 2013; Young et al., 2013).. Para el presente estudio, se colectaron muestras de arenisca de una sección expuesta localizada en las cercanías del Rancho Búfalo, al norte de Sonora. Se llevaron a cabo elementos mayores, traza y de REE en muestras de areniscas colectadas de dicha sección. El propósito del presente estudio es identificar variaciones geoquímicas entre diferentes muestras de arenisca, para inferir el papel que desempeñan minerales de arcilla y fases accesorias en el control de la distribución de elementos traza y REE, para evaluar el marco tectónico, el intemperismo del área fuente y firmas de proveniencia.. 4.1 Métodos y materiales. Cada una de las 17 muestras colectadas fue pulverizada en un mortero de ágata y fundida en 27.

(38) perlas de vidrio para el análisis de elementos mayores por fluorescencia de rayos X en discos fusionados de LiBO2/Li2B4O7, utilizando un espectrómetro de fluorescencia de rayos X Siemens SRS-3000 con un tubo con ánodo de Rh como fuente de radiación. Los efectos de absorción/realce fueron corregidos usando el método de Lanchance and Traill (1966), incluído en el software SRS-3000. Se utilizó el estándar geoquímico JGB1 (GSJ) para determinar la calidad (Tabla 3). La precisión de los análisis fue mejor a ±2% para SiO2, Fe2O3, CaO and TiO2 (1.15%, 0.66%, 1.43%, 0.63, respectivamente) y mejor que ±5% para Al2O3, MgO, Na2O and K2O (3.32%, 3.57%, 4.17%, 4.17%, respectivamente). Las precisiones de MnO y P 2O5 fueron mayores a ±5% (5.26%, 7.14%, respectivamente). Un gramo de muestra fue calentado a 1,000ºC en crisol de porcelana durante 1 hora para medir la perdida por ignición (LOI, por sus siglas en inglés).. Los elementos traza y tierras raras fueron determinados mediante un Espectrómetro de Masas de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS por sus siglas en inglés) Agilent 7500 ce,bajo los procedimientos analíticos estándar sugeridos por Eggins et al. (1997). Los resultados obtenidos en el presente estudio para IGLa-1 y GSR2 son comparados con los valores publicados (Tabla 4) reportados por Govindaraju (1994) que permiten mejorar la precisión del análisis. El error de precisión analítica para Ba, Cr, Sc, V, Y, Sr, Zr, Nb y Rb fue mejor a ± 4%, mientras que para Co, Zn y Pb a ± 6%. La precisión de análisis de ciertos elementos traza (Cu, Ni, Th y U) fueron mejores a ± 10%.. 28.

(39) Comparación de datos de óxidos mayores con la muestra JBG1 de con datos certificados de GSJ (Imai et al., 1995) así como límites de detección (LOD) en análisis de XRF. * Elementos mayores en peso total % por XRF. ** LOD (límite de detección) en peso total%. - : no determinado o no reportado.. La precisión para elementos tierras raras, tales como La, Ce, Pr, Nd, Sm, Dy, Ho, Er y Lu fueron mejores a ± 4%, y para Eu, Gd, Tb, Tm e Yb fueron mejores a ± 10%. Los límites de detección para la instrumentación usada en este estudio son señalados en la Tabla 4. Generalmente obedecen a los hallazgos sugeridos por Verma et al. (2002), Santoyo and Verma (2003), y Verma and Santoyo (2005). Se analizaron elementos mayores, traza y de REE en el Instituto de Geología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Se normalizaron elementos REE respecto a la condrita de Taylor and MacLennan (1985), para la preparación de diagramas normalizados de REE. El Eu/Eu* (anomalía de Eu) se calcula usando el valor de EU (Eumuestra/Eucondrita), y el valor previsto de Eu* se obtiene de la interpolación de los valores normalizados de Sm y Gd de condrita.. 29.

(40) Tabla 4. Valores estándares comparados con valores de este estudio.. 4.2 Resultados. 4.2.1 Elementos mayores. La composición de los elementos mayores del presente estudio se da en la Tabla 5. El contenido de SiO2 es mayor en el miembro Fronteras (FS) (71.95-91.371 %, la precisión con una desviación estándar de 82.8 ± 8; número de muestras n = 4), que en el miembro Rancho Búfalo (RB) (70.47- 89.11 %; 77.0 ± 6.4; n = 9) y en el miembro Cerro La Ceja (CLC) (51.57-72.03 %; 60.3 ± 8.5, n =4). Como se esperaba, el contenido de Al2O3 es mayor en CLC (7.05-12.18 %, 30.