Rocas Piroclásticas y Ambientes Volcánicos

ROCAS PIROCLÁSTICAS
Y SEDIMENTACIÓN
EN AMBIENTES VOLCÁNICOS
Luis
u s A. Spa
Spalletti
ett y Leandro
ea d o D´Elia
a
Ambientes volcánicos y sedimentación
• Cuando los sistemas magmáticos alcanzan la superficie se manifiestan como
volcanismo.
olcanismo Los fenómenos volcánicos
olcánicos producen
prod cen un
n fuerte
f erte impacto en la
sedimentación de las cuencas.
• El tipo
p de cuenca ((ej.
j rift, antepaís,
p
pull apart,
p
p
etc.),
) las características del
volcanismo (ej. estilo eruptivo, composición y volumen) y la proximidad al área
fuente, van a determinar el impacto del volcanismo sobre el relleno En este
sentido, se encuentra una gama de posibilidades, desde sucesiones volcanodominadas (ej.
(ej relleno de calderas) hasta sucesiones sedimento-dominadas,
sedimento dominadas
con influencia menor del volcanismo (ej. ambiente fluvial sujeto a eventuales
caídas de cenizas).
•Las erupciones volcánicas pueden producir grandes cantidades de rocas
coherentes (lavas) y clásticas - “volcaniclásticas” - que pueden ser
fragmentadas, transportadas y depositadas por una amplia variedad de
procesos.
procesos
Productos de la actividad volcánica
CONCEPTO DE
Rocas rocas volcánicas, volcaniclásticas y piroclásticas
Los productos de la explosividad.
explosividad Rocas piroclásticas primarias
primarias.
Las rocas piroclásticas secundarias o reelaboradas.
Roca Volcaniclástica
“Todo material volcánico clástico formado por algún proceso de
fragmentación, dispersado por algún tipo de agente, depositado en algún
ambiente o mezclado en algún porcentaje significante con fragmentos no
- volcánicos” (Fisher, 1961).
Roca Piroclástica
“Material
Material formado explosivamente por fragmentación y trituración
volcánica (Teruggi, 1982).
Tipos de rocas formadas ambientes
volcánicos
Mecanismos
explosivos
Erupciones magmáticas
Erupciones hidromagmáticas
E
Erupciones
i
magmáticas
áti
En estas erupciones puede haber generación de rocas piroclásticas y de
rocas volcánicas.
Durante las explosiones de las erupciones magmáticas suelen ser expelidos
materiales procedentes de las cámaras magmáticas (vidrio volcánico y
cristales)) y de los conductos volcánicos (g
(generalmente litoclastos
volcánicos).
Tipos de erupciones magmáticas
HAWAIANAS (lávicas básicas, bajo nivel de explosividad)
STROMBOLIANAS (lavas escasas, explosividad intermedia)
VULCANIANAS (volcane
s mixtos
mixtos, se caracterizan por la formación de grandes
aparatos volcánicos en los que alternan mantos lávicos y
diversos depósitos piroclásticos)
PLINIANAS
Tipos de erupciones
magmáticas
ƒ Efusivas:
Hawaiana
ƒ Explosivas:
Stromboliana
Vulcaniana
Pliniana
Erupciones
explosivas
Erupción pliniana del
Vesubio en el 79 AC.
Caracteres de
una explosión
g
magmática
Monte Santa Elena (1980)
Monte Santa
Elena (después
p
de la erupción
de 1980)
Erupción
p
del Monte Santa Elena 1980
… un antes y
un después
d
é !
Erupción del Monte Santa Elena 1980
Secuencia de Gary Rosenquist
08:27 Vista antes
del sismo de
magnitud 5,1
ocurrido a las
08:32.
08:32:47.0 Primero
y segundo
deslizamientos en
bloque. Comienzo
del colapso del
flanco norte e inicio
de las avalanchas
d d
de
detritos.
t it
08:32:49.2 Dos
segundos
después continúa
el deslizamiento y
se inician las
explosiones
l i
(vertical y lateral).
08:32:53.3 El bloque deslizado ha
descendido lo suficiente para
exponer el criptodomo magmático.
Se acelera la expansión de gases
en el magma y se produce la
eyección de los primeros
materiales.
08:33:03.7 Se expande e intensifica
la explosividad.
explosividad Material cognado y
juvenil es expuylsado. La nube de
explosión lateral (flujo piroclástico)
adquiere elevada velocidad y por
tanto se desplaza por encima de la
avalancha.
08:33:18.8 Menos de un minuto
después del inicio de la avalancha
de detritos, la explosión alcanza su
clímax. Se ensancha el cráter por
deslizamientos de bloques en el
conducto
d t y llos materiales
t i l son
expelidos verticalmente. El frente
del flujo piroclástico supera
completamente la superficie de la
avalancha a 540 Km/h.
Erupción del Monte Santa Elena 1980
Índices de
explosividad y
g
de
magnitudes
las erupciones.
Su relación con
el volumen de
p
tefra expelida
Indice de Explosividad Volcánica (VEI)
VEI
Descripción
general
Volumen de
tefra (Km3)
Alto de la
pluma
E til
Estilo
eruptivo
0
1
Poco
explosiva
2
Moderadamente
explosiva
3
4
Explosiva
Explosiva
< 0,00001
> 0,00001
> 0,001
> 0,01
> 0,1
>1
> 10
> 100
>1000
menos a 100
m
100-1000 m
1-5 km
3-15 km
10 - 25 km
> 25 km
> 25 km
> 25 km
> 25 km
Hawaiana
H
Hawaiana/
i
/
Estroboliana
Vulcaniana
Vulcaniana/
V
l
i
/
Pliniana
Pliniana
Pli i
Pliniana/
/
Ultrapliniana
Ultraliniana
Ultraliniana
Frecuencia
Diaria
Diaria
Semanal
Anual
Número de
erupciones
históricas
487
623
3176
733
119
19
Ejemplos
Kilauea
Estromboli
Galeras 1992
Ruiz 1985
Galung 1982
Santa Elena
1981
No explosiva
5
6
7
9
Muy explosiva Muy explosiva Muy explosiva Muy explosiva
Cada 10 años cada 100 años cada 100 años
5
cada 1000
años
> 10000
2
0
Krakatoa 1883 Tambora 1815
Toba 75000
años atrás
Erupciones
E
i
hidromagmáticas
hid
áti
o
surtseyanas
Efusiones en las que intervienen importantes volúmenes de agua.
Las más típicas son las freáticas en las que en la explosión no se
incorpora material magmático activo. Los materiales expelidos son
típicamente líticos
líticos.
Vista del resultado de una erupción
hidromagmática
Componentes de las rocas
piroclásticas
Los componentes de estas rocas son: vitroclastos, cristaloclastos y
litoclastos.
Tipos
p g
genéticos de componentes:
p
a) juveniles: son los procedentes de la cámara magmática (vidrio
volcánico, cristales), b) ancestrales o cognados (comúnmente
denominados accesorios): genéticamente relacionados con los procesos
volcánicos,
l á i
proceden
d d
de llos conductos
d t volcánicos
l á i
((por llo general,
l
litoclastos); c) accidentales: procedentes del sustrato, pero que no
tienen relación con los procesos volcánicos.
Variabilidad granulométrica de los componentes. Los litoclastos son
predominantes en las fracciones más gruesas, mientras que los
cristaloclastos y vitroclastos se concentran en las más finas.
El nuevo componente: vidrio volcánico
Material de la cámara magmática enfriado súbitamente y que por tanto no
tiene estado cristalino (microscópicamente es una sustancia isótropa).
Muchos lo consideran un líquido sobre-enfriado.
sobre enfriado.
El vidrio más común es el de composición ácida. Las trizas vítreas (shards)
y las p
pumitas. Caracteres ((índice de refracción, morfologías)
g ) y origen.
g
El vidrio básico. Se lo conoce como sideromelano y tiene una composición
basáltica (oscuro, de alto índice de refracción). Constituye las escorias
(grandes fragmentos vesiculares, bombas). El vidrio básico de efusiones
basálticas es transportado como delicadas fibras denominadas lágrimas y
cabellos de Pele.
Vitroclastos: pómez o pumita
Trizas cuspadas
Vitroclastos:
t oc astos
trizas vítreas
Trizas en plato
Trizas pumíceas
El vidrio volcánico. Material muy
alterable
La alterabilidad
L
lt bilid d d
dell vidrio
id i se d
debe
b a su carácter
á t amorfo.
f E
Es un material
t i l con
una elevada entropía a causa de la carencia de estructura cristalina y la
distribución desordenada de sus elementos constitutivos.
Su alteración puede producirse a altas y bajas temperaturas.
La alteración a altas temperaturas es muy rápida
rápida, se conoce como proceso de
devitrificación y como resultado se genera un agregado microcristalino,
normalmente de composición cuarzo-feldespática.
La más común alteración del vidrio a bajas temperaturas conduce a la
formación de argilominerales y/o ceolitas. El producto más característico de
este fenómeno de alteración del vidrio es la esmectita.
Clasificación de las rocas
volcaniclásticas
… todas las clasificaciones son fruto de la mente
humana, levantando límites donde no existen en la
naturaleza,, interrumpiendo
p
el continuo de las
propiedades de las rocas, siendo imperfectas y
arbitrarias.
Rocas piroclásticas
Procesos
volcánicos
primarios
Procesos
superficiales
Procesos
piroclásticos
Hialoclastitas
Procesos
autoclásticos
Autobrechas (en lavas AA y
en bloque)
Procesos de
Rocas epiclásticas
resedimentación y volcanigénicas
retrabajo
Clasificación granulométrica
g
< 0,62 mm
Polvo
(=limo)
< 2 mm
Ceniza gruesa
(=arena)
2-32 mm
Lapilli
(=grava fina)
> 64 mm
Bloques y bombas
formadores de
aglomerados y cascajos
piroclásticos
(=grava gruesa)
Clasificaciones de las piropsamitas
IUGS Subcomisión (1980)
Teruggi et al.
al (1978)
Los depósitos piroclásticos
LLUVIAS O CAÍDAS DE TEFRA
FLUJOS PIROCLÁSTICOS
Procesos de acumulación de las rocas
piroclásticas
i
lá ti
• Depositación de materiales originados por una erupción volcánica con un tipo de
fragmentación explosiva.
• Clasificación genética en función del mecanismo de transporte:
Depósitos de caída piroclástica
Depósitos producidos por agentes superficiales:
Depósitos de flujos piroclásticos (ignimbritas)
Depósitos de corrientes piroclásticas (surges, oleadas)
Depósitos piroclásticos de caída o lluvias
de tefra (Cas y Wright, 1987)
• Depósitos formados por decantación suspensiva luego de que el material ha sido
eyectado explosivamente desde una boca eruptiva en una columna eruptiva
ascendente.
Características de un depósito de
caída o de lluvia de tefra
• Los fragmentos mayores son eyectados balísticamente, se depositan en zonas
proximales y se denominan clastos balísticos o eyectos y comprenden a bloques,
bombas y lapillos.
• La mayor parte del material es transportado por la pluma eruptiva. La
movilización es altamente selectiva, especialmente por granulometría. Los polvos
volcánicos pueden desplazarse en suspensión por miles de kilómetros.
• Diseño en planta de los depósitos, desde circular a elíptico, según la influencia
de los vientos.
• Se muestran con disposición
p
mantiforme.
• Presentan cambios de composición en sentido areal y en sentido vertical. Ello es
debido a la estrecha relación entre la granulometría y la composición, y entre el
proceso de vaciamiento de las cámaras magmáticas y la composición,
respectivamente.
respectivamente
Características de un depósito de
caída o de lluvia de tefra
• Los depósitos pueden ser subaéreos o subácueos.
• Controlados por la gravedad y su depositación es partícula a partícula.
• Generalmente inconsolidados y presentan gradación normal de componentes.
• Son generalmente clasto-soportados.
clasto soportados
• Las facies están definidas por cambios en la granulometría y tipo de
componentes.
Características de un depósito
p
de
caída o de lluvia de tefra
Depósitos primarios producidos por la
acción de agentes superficiales
generados durante explosiones
volcánicas
(tradicionalmente depósitos de flujo)
FLUJOS DENSOS O FLUJOS PIROCLÁSTICOS
FLUJOS INFLADOS, SURGES U OLEADAS PIROCLÁSTICAS
Flujos piroclásticos
(Cas y Wright, 1987)
• Es un mecanismo caracterizado por alta concentración de materiales
piroclásticos dispersados en gas (relación partículas/gas > 1).
• Posee alta fluidez (exsolución) por la actividad de fluidos.
• Está controlado por la gravedad.
• El flujo es una corriente de densidad caliente, muchas veces incandescente.
• El mecanismo principal para la generación de un flujo piroclástico es el
colapso de la columna eruptiva. También se pueden producir por derrames o
nubes ardientes o de cenizas, previas o sincrónicas a la generación de la
columna eruptiva.
• Su desplazamiento es rápido (más de 200 km/h) y pueden recorrer distancias
de más de 100 km. Ello depende del factor inercial y de la topografía.
Características generales de los depósitos
de flujos piroclásticos
• Se conocen como depósitos ignimbríticos. Presentan una composición
preferentemente silícea.
• Los depósitos resultantes son generalmente masivos o pobremente
estratificados.
• La granulometría va desde piropsefítica a piropsamítica. Poseen esqueleto
quebrantado, selección pobre (desviación standard superior a 2) y no
experimentan mayores cambios de textura con la distancia.
• La elevada temperatura (supera los 550º C) hace que con frecuencia se
presenten soldados, aunque también hay depósitos no soldados. Los depósitos
con soldamiento poseen textura eutaxítica
eutaxítica, fiammes y concentrados de
obsidiana, así como disyunción columnar hasta estructura en rampa.
• La superposición de depósitos de flujos incandescentes puede generar el
desarrollo de unidades de enfriamiento más potentes.
Ignimbritas soldadas y no soldadas
I i b it no soldada
Ignimbrita
ld d
Ignimbrita lapillítica no soldadas
Flujos inflados (surges) u oleadas
piroclásticas
Pueden estar relacionados con los flujos
j densos. En g
general estos surges
g
preceden o son ulteriores al clímax de actividad de los flujos densos.
Por otra parte, son los típicos depósitos de las explosiones hidromagmáticas.
El material viaja en estado altamente fluido, favorecido por la presencia de una
elevada cantidad de agua y de vapor de agua. Las velocidades de
desplazamiento oscilan entre los 100 y los 200 km/h.
Los depósitos de surge (también denominados hialoclásticos) son
característicamente
t í ti
t no soldados
ld d y con b
buen grado
d d
de selección.
l
ió L
La
granulometría va desde piropsefítica a piropsamítica (ésta última es más
frecuente). Las estructuras sedimentarias primarias reflejan el muy alto
g
de los flujos
j ((estructuras monticulares y capas
p p
planas),
), así como la
régimen
depositación súbita de los materiales (estructuras de escape de fluidos en
platos).
Características de depósitos de surges
piroclásticos o flujos piroclásticos diluidos
• Cubren la topografía con forma de manto, pero tienden a acumularse en
d
depresiones
i
con mayor espesor.
•Formas de capa unidireccionales:
1. Estratificación entrecruzada de bajo ángulo
2. Dunas
3. Dunas escalantes
4. Chute and pool
•Presencia de conductos de desgasificación
•Enriquecidos en cristales y líticos
•Las láminas se encuentran bien ordenadas
Depósitos de oleada piroclástica o surge
Depósitos de oleada piroclástica o surge
g
Diferencias
entre flujos
piroclásticos y
surges
Rocas volcaniclásticas secundarias epiclásticas
i lá ti
volcanigénicas
l
i é i
retrabajadas y resedimentadas
• Son el producto de la depositación de materiales originados por la resedimentación
o ell retrabajo
t b j (f
(fragmentación
t ió por meteorización)
t i
ió ) d
de d
depósitos
ó it y/o
/ materiales
t i l
piroclásticos primarios.
• Al igual
g
q
que los depósitos
p
epiclásticos
p
relacionados a cuencas sin o con p
poca
actividad volcánica, los depósitos volcaniclásticos secundarios (epiclásticos
volcanigénicos) son generalmente transportados por flujos gravitacionales de
sedimentos (ej. depósito de flujo de detritos), corrientes ácueas (ej. depósito de flujo
diluido en condiciones de bajo régimen de flujo por migración de duna 2D) o por el
viento (depósitos de eolianitas).
Concepto de tufolita y tufita
tufita.
• Tufolita: roca volcaniclástica secundaria producto del retrabajo o
reelaboración de tefras y piroclastitas sin mezclas con otro tipo de detritos.
Está enteramente constituida por material piroclástico primario que fue
removilizado Granulométricamente se reconocen tufopsefitas,
removilizado.
tufopsefitas tufopsamitas
y tufopelitas.
• Tufita: roca volcaniclástica secundaria en la que además de materiales
piroclásticos retrabajados o reelaborados participan otros detritos
sedimentarios epiclásticos. Estas rocas de mezcla pueden subdividirse en
ortotufitas (menos del 50% de material epiclástico no volcánico) y paratufitas
(más del 50% de dicho material).
Vinculación entre rocas piroclásticas
p
secundarias y primarias
Existe una estrecha vinculación entre las rocas piroclásticas primarias,
tanto formadas por procesos de caída como de flujo piroclástico, con las rocas
piroclásticas secundarias.
p
En los ambientes volcánicos es muy característica la asociación entre
depósitos secundarios y depósitos de flujos piroclásticos.
El retrabajamiento en las áreas volcánicas puede producirse por una
amplia gama de agentes de transporte, desde corrientes de agua hasta flujos
gravitacionales de sedimentos que poseen elevada viscosidad, gran velocidad
(hasta 200 km/h) y alcanzan distancias apreciables (hasta 40 km).
Mecanismos de transporte típicos de
depósitos volcaniclásticos secundarios
Definición práctica de Lahar
Actualmente se acepta el uso del vocablo lahar en referencia al proceso y no al
depósito.
Se lo define como: “UN FLUJO ESCENCIALMENTE CONTEMPORÁNEO
Á
A LA
ERUPCIÓN PRODUCTO DE ALGUN TIPO DE DESESTABILIZACIÓN DE
MATERIAL PIROCLÁSTICO PREVIAMENTE DEPOSITADO”
Nótese que un lahar posee un
rango de concentración de
materiales que lo lleva a
comportarse variablemente
como un flujo de detritos hasta
un flujo hiperconcentrado.
Depósitos
laháricos
Principales
p
causas que
q generan
g
lahares
• Fusión de casquetes de nieve eterna o glaciares en las cumbres de volcanes
((Nevado de Ruiz, 1985; Cotopaxi, 1867).
)
• Lluvias infrecuentes en pendientes inestables.
• Inestabilidad de taludes.
• Sismicidad asociada a la erupción.
Flujo de detritos en Armero (Colombia)
Flujo de detritos en Armero (Colombia)
Flujo de detritos en el Volcán Casita,
g
Nicaragua
Depósitos de avalancha de detritos
del volcán Santa Elena 1982
Estructuras monticulares (hummocky)
en depósitos de avalanchas de detritos
Depósitos avalanchas de detritos
Diferencias entre depósitos de avalanchas
y lahares
Avalanchas
• Presencia de hummocks
• Clastos con estructura en
rompecabezas
• Homogeneidad textural de los
clastos volcánicos
• Espesores
p
de decenas de metros
• Clastos de decenas de metros de
diámetro
• Depositación por flujos granulares
dilatantes
Lahares
• Rara vez muestran hummocks
• Depósitos masivos, gradados o con
estratificación interna
• Polimícticos o monomícticos con
heterogeneidad textural de los clastos.
• Generalmente p
poco espesor
p
((del
orden de metros)
• Depositados por flujos de detritos o
flujos hiperconcentrados
Ambientes volcánicos y sedimentación
La sedimentación dentro de una cuenca resulta de la relación entre la
acomodación,
d ió ell aporte,
t ell retrabajo
t b j y la
l tasa
t
d producción
de
d
ió de
d organismos.
i
• Tasa de acomodación (espacio disponible) = tectónica
• Tasa
T
d aporte
de
t = tectónica
t tó i + naturaleza
t l
d l basamento
del
b
t (bedrock)
(b d k) + clima
li
+
quimismo de las aguas
Ambientes volcánicos y sedimentación
La generación de aparatos volcánicos influye sobre el relieve y el gradiente de
los ambientes sedimentarios.
El aporte deja de ser parte del ciclo levantamiento
levantamiento-erosión-transporte.
erosión transporte
Se generan grandes volúmenes de materiales volcaniclásticos en cortos
períodos de tiempo.
El volcanismo produce disminución de la cobertura vegetal.
El volcanismo genera movimientos sísmicos y alteración hidrotermal
hidrotermal.
Modelos de Facies en ambientes
volcánicos
Los modelos de facies están relacionados con el tipo de ambiente volcánico y
la proximidad o lejanía del centro efusivo.
En zonas proximales las facies volcaniclásticas están vinculadas directamente
a los aparatos volcánicos (ej. calderas o estratovolcanes). Aparecen
asociaciones constituidas por depósitos de flujo piroclástico, de caídas
proximales (depósitos de eyectos), y de lahares y avalanchas.
En zonas distales los modelos de facies pueden ser de ambientes
sedimentarios clásicos (fluviales, lacustres, etc.) pero con particularidades
debidas a la influencia del volcanismo
volcanismo. Por ejemplo
ejemplo, en un ambiente fluvial el
volcanismo puede modificar el patrón de canales o la tasa de agradación en la
planicie de inundación).
Ejemplo de modelos de facies en
condiciones sineruptivas e intereruptivas
Metodología de trabajo
1.
Datos relevantes sobre los procesos eruptivos
2.
Descripción del depósito
3.
Caracterización de las facies y de las asociaciones de facies
Datos relevantes sobre los procesos
eruptivos
ti
Observaciones de campo:
p
1.
2.
Componentes del depósito
Estructura volcánica
Observaciones posteriores:
1.
2.
Tipo de fragmentación
Propiedades físicas y químicas del magma
Descripción del depósito
(a)
Identificación de los componentes
(b)
Tamaño y forma de los componentes
(c)
Disposición de los componentes
(d)
Alteración
Análisis de facies
1.
Litología
2
2.
E t t
Estructura
externa:
t
tipo,
ti
escala
l y relaciones
l i
geométricas
ét i
d
de b
base y ttecho
h
3.
Ordenamiento vertical y fábrica de los distintos componentes
4.
Estructuras sin-deposicionales y pos-deposicionales
5
5.
Geometría general del depósito
depósito, relación con la topografía
6.
Desarrollo areal y volumen
7.
Definición de facies
8.
Definición de asociaciones de facies y de unidades de acumulación
(D´Elia, 2010)