Litoestratigrafía, petrografía, y geoquímica de la Toba Llano, y su relación con el cráter El Xalapazco, Caldera de Los Humeros, Puebla

Abstract

"Debido a la situación energética actual, a nivel global hay un gran interés por la migración a energías más limpias. Tal es el caso de la energía geotérmica, la cual se aprovecha a partir del calor procedente del interior de la tierra y que generalmente está asociado con estructuras volcánicas mayores, cámaras magmáticas jóvenes o zonas con tectonismo activo. México ocupa actualmente el cuarto lugar a nivel mundial en capacidad instalada y aprovechamiento de la energía geotérmica. Es por esto, que en 2014 se aprobó la conformación del Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (CEMIEGeo) en una colaboración de la Secretaría de Energía con el CONACYT, y con la finalidad de generar mayor conocimiento tanto de exploración como de explotación de recursos geotérmicos. Una de las estructuras volcánicas más importantes en México para la generación de energía geotérmica es la caldera de Los Humeros, en Puebla, un campo geotérmico activo actualmente. Dicha caldera presenta en su interior algunas estructuras volcanotectónicas poco estudiadas. Una de estas es el cráter El Xalapazco, el cual se encuentra hacia la porción sur de Los Humeros, y que se ha asociado tanto a freatomagmatismo como a procesos de colapso (caldera). El Xalapazco tiene una morfología elíptica elongada hacia el NW-SE, sus dimensiones son 2.1 Km de largo por 1.4 Km de ancho y 100 m de profundidad. Al norte del cráter se observa un rasgo geomorfológico de forma lobular. Dicho lóbulo está formado por lavas rosáceas, subyaciendo a un depósito piroclástico no soldado, de color rojizo a café; compuesto de clastos líticos y pómez, que corresponde estratigráficamente a una unidad definida como la Toba Llano. El objetivo de este trabajo se enfocó a determinar la estratigrafía de El Xalapazco así como a dilucidar su posible asociación genética con la Toba Llano. Se utilizaron técnicas de sedimentología y vulcanología de campo, análisis petrográficos, geoquímicos y fechamientos, para comprender la geología local. La Toba Llano es un depósito de composición mayormente traqui-andesítica (SiO2 58-66%) de hasta 14 metros de espesor y está expuesto a 4 km2 alrededor del cráter. Se le determinó una edad mínima calibrada de AMS C14 de 28,000 años BP. Los resultados del análisis de litofacies, texturales y de granulometría refuerzan la hipótesis del vínculo de la Toba Llano y el cráter El Xalapazco, mientras se demuestra que la actividad freatomagmática durante la erupción fue relativamente baja. 14 La evolución geológica del cráter El Xalapazco reconstruida a partir del estudio de los depósitos piroclásticos incluye 5 fases eruptivas: 1) Condiciones pre-caldera con acenso de magma y posible formación de cámara magmática somera bajo un edificio volcánico ancestral; 2) inestabilidad del paleo-edificio, el cual generó lavas y flujos de escoria; 3) fase de subsidencia y colapso, que dio lugar a la formación de corrientes piroclásticas de densidad (CPD) ricas en líticos y la generación de depósitos estratificados y brechas líticas; 4) fases explosivas finales que generaron material muy fragmentado (escorias y depósitos de toba masiva pobre en líticos); y 5) eventos efusivos post-colapso que generaron derrames de lava basáltica en el piso del Xalapazco. Con este estudio se enriquece la estratigrafía del Cuaternario en la caldera de Los Humeros y se aporta información relevante para el conocimiento geológico y vulcanológico de la misma, en el esfuerzo conjunto de comprender mejor el sistema geotérmico de Los Humeros."

"Due to the problems with the use of non-renewable energy globally, a great interest and economical support has been delivered for studies in alternative energy, mainly renewable resources. That is the case of geothermal energy, which takes advantage from the heat inside the earth; this heat is generally associated with volcanic regions or active tectonic settings. Despite having relatively few years of scientific and technological relevance in the country, Mexico now ranks fourth position worldwide in installed geothermal capacity and in the use of geothermal energy. One of the most important volcanic structures in Mexico for geothermal energy generation is Los Humeros caldera, in Puebla, also known as Los Humeros geothermal field. This geological structure has very interesting scientifically unsought volcanotectonic structures. One of those structures is the Xalapazco Crater, which is at the southern edge of Los Humeros, and it has been associated both for phreatomagmatism or as a collapse-process related structure (collapse caldera). The Xalapazco crater has a quasicircular morphology elongated to the NW-SE, its dimensions are 2.1 km long and 1.4 km wide and 100 m deep. There is geomorphic feature of a lobular form at the north of the crater, which seems to be directly related to the formation of El Xalapazco. The lobular feature consists of a red lava underlying a reddish pyroclastic deposit, non-welded, composed of lithic and pumice clasts. These deposits stratigraphically correspond to the Llano Tuff. The aim of this work is to provide new stratigraphy and geology data from the surrounding areas of El Xalapazco Crater, and clarify the possible link of the Llano tuff with the evolution of the crater. The results of the lithofacies, grain size-componentry analysis, geoqchemistry, dating, stratigraphy, sedimentology, amongst other techniques, supports the hypothesis of a link between the emplacement of the Llano tuff and the eruption that generated El Xalapazco crater. On the other hand, the geochemical and textural data shows that phreatomagmatic activity in the crater was very limited. The geological evolution of El Xalapazco crater was constructed from the detailed study of eruptive pyroclastic deposits which include 5 stages: 1) pre-Llano conditions that involve magma ascent and probably shallow magma chamber forming inside an ancient volcanic edifice; 2) instability of a paleo-edifice, that generates a series of scoria flows; 3) subsidence phase and collapse, which led to the formation of lithic-rich pyroclastic density currents (DPCs) and the generation of stratified deposits and lithic breccias; 4) final phases that generated highly 16 fragmented (scoria flows and lithic-poor massive deposits) materials; and 5) postcollapse effusive events that generated basaltic lava flows on the floor of El Xalapazco. This work contributes for the Quaternary stratigraphy data of Los Humeros and relevant information is provided for geological and volcanological knowledge of it, in effort to better understand the geothermal system Los Humeros Geothermal Field."