Estructura del sistema magmático alimentador en el Complejo Volcánico Nevados de Chillán: factores de control y los efectos en la evolución magmática.

Abstract

El Complejo Volcánico Nevados de Chillán (NdC), localizado en los Andes del Sur, es un sistema volcánico controlado estructuralmente que presenta un nutrido registro de actividad eruptiva y que inició su más reciente ciclo eruptivo en enero de 2016. De acuerdo a estos antecedentes y a la peligrosidad que representa este volcán, el objetivo principal de esta tesis es ampliar el conocimiento que se tiene actualmente sobre la arquitectura del sistema magmático alimentador del NdC y de su funcionamiento interno, ya que como los volcanes son una expresión de su sistema magmático, la modalidad eruptiva y la geoquímica de sus productos dependen del funcionamiento interno de sus sistemas magmáticos. De esta forma, esta investigación aportaría insumos para tener pronósticos eruptivos más fiables. Los resultados de este estudio, obtenidos principalmente con herramientas petrológicas, revelan que las profundidades de cristalización de las principales fases minerales presentes en los productos eruptivos del NdC, estimadas para unidades que abarcan edades entre el Pleistoceno Superior y Holoceno Medio, varían entre 2,2 a 16,9 km bajo la superficie, lo cual coincide en gran medida con la configuración del sistema alimentador actual, propuesto mediante estudios geofísicos. Las profundidades de cristalización, inferidas en esta tesis mediante los análisis termobarométricos, también revelan una zonación composicional vertical del sistema magmático alimentador del NdC, la cual coincide con la profundidad de la Discontinuidad Intracortical de Densidad (ICD). En este estudio, esta relación también es reconocida en otros sistemas volcánicos de la Zona Volcánica Sur de los Andes, lo cual destaca el rol de primer orden que cumple esta discontinuidad en controlar la configuración de los sistemas alimentadores, al menos en esta zona volcánica. Sobre esta discontinuidad, los magmas se alojarían en una estructura noroeste (NO) heredada del basamento, la cual presenta un comportamiento compresivo en el largo plazo en relación al régimen de esfuerzo dictado por la convergencia de las placas. La evolución magmática del NdC estaría controlada por la estructura del basamento de rumbo NO y por la evolución temporal y espacial de su sistema alimentador magmático durante el Holoceno, la cual es expresada en el establecimiento de un nivel de almacenamiento de magmas evolucionados en la corteza superior y en sus variaciones temporales de volumen. En una primera etapa serían emitidos magmas andesíticos basáltico, alojados bajo la profundidad de la ICD, cuando el nivel de almacenamiento más somero aún no se ha establecido. Los magmas que no alcanzan la superficie, son alojados a lo largo de la estructura NO en la corteza superior, los cuales diferencian por cristalización fraccionada a magmas más evolucionados, favorecidos por el comportamiento compresivo de esta estructura en el largo plazo. Estos magmas evolucionados actúan como filtro de densidad para magmas menos diferenciados provenientes de los niveles de almacenamiento más profundos del sistema magmático alimentador. La mezcla de estos magmas, composicionalmente diferentes, da origen a las composiciones intermedias del NdC, las cuales predominan con el tiempo en el registro eruptivo del NdC, como consecuencia del decrecimiento del volumen de magma riodacítico almacenado en la corteza superior. Finalmente, los resultados de esta tesis contribuyen en ampliar el conocimiento del sistema magmático alimentador del NdC y de su funcionamiento interno. Adicionalmente, conocer los factores claves que influyen en la evolución magmática, podría dar algunas señales sobre el comportamiento actual de un volcán, una clave para un pronóstico eruptivo fiable.

The Nevados de Chillán Volcanic Complex (NdC), located in the Southern Andes, is a structurally controlled volcanic system that presents a rich record of eruptive activity and that began its most recent eruptive cycle in January 2016. According to these antecedents and to the hazard that this volcano represents, the main objective of this thesis is to broaden the knowledge that we currently have about the architecture of the magmatic system that feeds the NdC and its inner worked, since as volcanoes are an expression of their magmatic system, the eruptive modality and the geochemistry of its products depend on the inner worked of its magmatic systems. In this way, this research would provide inputs to have more reliable eruptive forecasts. The results of this study, obtained mainly with petrological tools, reveal that the crystallization depths of the main mineral phases present in the eruptive products of the NdC, estimated for units ranging in age from the Late Pleistocene to the Middle Holocene, vary between 2.2 to 16.9 km below the surface, which largely coincides with the configuration of the current feeder system, proposed by geophysical studies. The crystallization depths, inferred in this thesis through thermobarometric analyses, also reveal a vertical compositional zonation of the NdC magmatic system, which coincides with the depth of the Intracrustal Density Discontinuity (ICD). In this study, this relationship is also recognized in other volcanic systems of the Southern Volcanic Zone of the Andes, which highlights the first-order role played by this discontinuity in controlling the configuration of the magmatic systems, at least in this volcanic zone. On this discontinuity, the magmas would be housed in a northwest (NW) structure inherited from the basement, which presents a compressive behavior in the long term in relation to the stress regime dictated by the convergence of the plates. The magmatic evolution of the NdC would be controlled by the structure of the NW-trending basement and by the temporal and spatial evolution of its magmatic system during the Holocene, which is expressed in the establishment of a storage level of evolved magmas in the upper crust and in its temporal variations of volume. In a first stage, basaltic andesitic magmas would be emitted, lodged below the depth of the ICD, when the shallowest storage level has not yet been established. The magmas that do not reach the surface are housed along the NW structure in the upper crust, which differentiate by fractional crystallization to more evolved magmas, favored by the compressive behavior of this structure in the long term. These evolved magmas act as a density filter for less differentiated magmas coming from the deeper storage levels of the magmatic system. The mixture of these magmas, compositionally different, gives rise to the intermediate compositions of the NdC, which predominate over time in the eruptive record of the NdC, as a consequence of the decrease in the volume of rhyodacitic magma stored in the upper crust. Finally, the results of this thesis contribute to broaden the knowledge of the magmatic system that feeds the NdC and its inner functioning. Additionally, knowing the key factors that influence magmatic evolution could give some clues about the current behavior of a volcano, a key to a reliable eruptive forecast.