Expositor: Rivera, Marco / Semana de la Facultad de Geología de la Universidad Nacional San Agustín de Arequipa 14/11/2011

1. DIRECCIÓN DE GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICO
PETROLOGÍA Y GEOQUÍMICA DE ROCAS
DEL VOLCÁN MISTI
RIVERA M., HERVE M., LE PENNEC J.L.,
THOURET J., & GERBE M.C.

2. Contexto Geodinámico
• Subducción de la placa
Nazca bajo la placa Sud-
Misti americana.
• Una convergencia oblicua a
una velocidad de 5-7 cm/a.
• Edad de la placa oceánica:
40-50 Ma.
• Placa subducida casi libre
de sedimentos.

3. Geometría de la
subducción en Perú
La placa Nazca
subduce con un angulo
de ~30°.
El plano de Benioff se
encuentra entre 100 y
150 km bajo el arco
volcánico plio-
cuaternario.
El arco volcánico calco-
alcalino está situado
entre 220 y 300 km al
(Bernal et al., 2003)
Este de la fosa.

4. Volcanes activos y potencialmente activos del
74ºW
sur del Perú
70ºW
• La cadena volcánica
15ºS Sara Sara
Conos de Andahua está situada en la
y Orcopampa
Solimana Lago
Cordillera Occidental.
Coropuna Sabancaya Titicaca
Chachani
Misti • 12 volcanes son
Ubinas
AREQUIPA Huaynaputina potencialmente activos.
Ticsani
Tutupaca
Oceano Yucamane • 7 volcanes han
Pacífico MOQUEGUA
presentado erupciones
Casiri
hace menos de 500
TACNA años.
0 100 km
Imagen Landsat 1996

5. PETROGÉNESIS DE MAGMAS EN LA
ZONA VOLCÁNICA CENTRAL DE LOS ANDES (ZVC)
Fluidos derivados de la
deshidratación de la corteza • Reservorios: cuña del
Fusión parcial del Arco principal
manto, corteza inferior
manto
Ante-arco Tras-arco
Corteza superior
Corteza media CF AFC • Procesos petrogenéticos:
Mezcla
Corteza inferior
MASH Moho La fusion parcial de la
cuña del manto;
Cuña del manto
Astenosfera Procesos MASH en
base de la corteza
continental;
MASH (fusión, asimilación, almacenamiento,
homogenisación)
propuesto por Hildreth y Moorbath (1988) Procesos intra-corticales
(cristallización
fraccionada, AFC,
mezcla de magmas).

6. Problemática de la génesis de
magmas del Misti
• Los procesos petrogenéticos de magmas del volcán Misti
son poco conocidos.
• Falta de precisión sobre la evolución magmática y
volcánica a través del tiempo.
• ¿Como influye la composición de los magmas en el
comportamiento eruptivo del Misti?.
Datos que ayudarán a prever mejor el comportamiento del Misti
en el futuro

7. Objetivos iniciales
• Identificar los diferentes procesos petrogenéticos y définir
su participación en la génesis y la evolución de los
magmas del Misti (<883 ka).
• Caracterizar la evolución petrogeoquímica de magmas a
través del tiempo, en relación con la sucesión de los
episodios volcánicos.
• Conocer el comportamiento magmático y dinámico del
Misti, afin de anticipar mejor los riesgos asociados en caso
de una futura erupción.

8. Métodos
• Cartografía de depósitos y muestreo de productos
• Análisis químicos (elementos mayores y trazas) : 105 del Misti
- Universidad de Bretagne Occidental (Francia)
- Universidad de Göttingen (Alemania)
- Acme Labs (Canada)
• Análisis quimicos de minerales (microsonda electrónica) :
- Laboratorio Magmas y Volcanes
• Análisis isotópicos de roca total (Sr, Nd, O) :
- Laboratorio Magmas y Volcanes
- Equipo de Transferts Lithosphériques (Saint-Etienne)
• Dataciones 49Ar/39Ar (biotitas y vidrios) :
- Laboratorio Sciences du Climat et de
l’Environnement (Gif-sur-Yvette)

9. II. ESTRATIGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DEL
VOLCÁN MISTI

10. • Volcán activo con ~12
VOLCÁN MISTI episodios eruptivos de
magnitud leve descritos
desde 1550.
• El estratocono posee un
volumen aproximado de
~60 km3.
• Una tasa eruptiva de :
0,63 km3/ka (<112 ka ;
Thouret et al., 2001).
• La ciudad de Arequipa
(~1 millón de habitantes)
se extiende a menos de
10 km al suroeste.

11. Crater de edad histórica
EL VOLCÁN MISTI
120 m
5822 m. Misti 4 (< 11 ka)
• Según Thouret et al.
Misti 3 (40 – 11 ka)
(2001): 4 etapas de
evolución volcánica.
Misti 2 (112 – 40 ka)
• El Misti sobreyace
secuencias ignimbriticas
Misti 1 (~833 – 112 ka)
y rocas sedimentarias del
Ignimbrita “El aeropuerto Jurásico.
de Arequipa” ~1.65 Ma
Ignimbrita “La Joya”
• Última actividad:
~4,8 Ma erupción vulcaniana
ocurrió en 1440 – 1470.
(Modificado de Thouret et al., 2001)

12. MAPA GEOLÓGICO DEL VOLCÁN MISTI FORMACIONES
EDIFICIOS
DESCRIPCIÓN
H-La Lahars
MISTI 4
H-Ce Depósito de cenizas del siglo XV.
M4-dp Depósito de flujos de pómez de hace 2 ka.
M4-rc Caídas de cenizas de menos de 11 ka.
~11 ka
M3-pc Depósito de flujo de pómez y cenizas
~93 ka Depósito de caida de pómez y cenizas
MISTI 3
M3-rp
M3-bc Secuencia de flujos piroclásticos (40-11 ka)
VOLCAN MISTI
M3-bpr Secuencia de flujos y caídas
piroclásticas
M3/Ia Coladas de lava andesíticas
40 ka
M2/cpb Depósito de flujo de pómez y cenizas, y
flujos de bloques y cenizas.
MISTI 2
M2/cps
Depósito de flujo de pómez y cenizas, y
flujos de escorias.
M2/Ia Flujos de lava andesítica
112 ka
MISTI 1
M1/Da Avalancha de escombros
M1/vo Secuencia volcanoclástica
M1/I Flujos de lava andesíticas
830 ka
P-Ig/J Ignimbritas del Cenozoico :
“Río Chili” (13,19 Ma); "La Joya” (4,88 Ma);
5,8 Ma “Aeropuerto de Arequipa" (1,64 Ma).
M-La2
Lavas andesíticas (5,8 Ma).
La-a Lavas andesíticas
0 4 km Limite probable de una
caldera antigua Escarpa Crater
Falla Falla probable
Según Thouret et al. (2001) y este estudio

13. Misti 4 (<11ka)
Flujo de bloques y cenizas
Flujo de bloques y cenizas
Flujo de escorias y cenizas
Misti 3 (31 – 12 ka)
Flujo de pómez y cenizas
Caída de pómez
Flujo de pómez y cenizas
Flujo de bloques y cenizas
Qda. Honda
Misti 4 (<11ka)
Flujo de escorias y cenizas
Misti 3 (31 – 12 ka)
Flujo de pómez y cenizas
Flujo de pómez y cenizas
Caída de pómez
Caídas de pómez del
volcán Chachani
Misti 2
Depósito de bloques
Qda. Pastores monolitológicos

14. 12 depósitos caídas de tefras de
menos de 11,000 años
(pie del flanco oeste del Misti)
Depósito de flujo piroclástico
de pómez y cenizas de hace
2000 años
(Quebrada San Lazaro)

15. III. EVOLUCIÓN PETROGÉNETICA
DE MAGMAS

16. Localización de muestras del volcán Misti

17. Mineralogía de los productos
Anfíbol
1.0
Wo Misti 1 y 2 Misti 3 Misti 4
Ortopiroxeno Misti 4
Diopsido Hedenbergita Diopside Hedenbergita Diopsido
Misti 3
Mg/(Mg+Fe2+)
Mg# 66-86 Misti 2
Augita Augita Augita
Edenita
Magnesio-hastingsita
Pigeonita Pigeonita Pigeonita
CaB = 1,50 (AlVI < Fe3+)
0.5
Enstatita
(Na+K)A = 0,50
Ti < 0,50 Ferropargasita
En 50 50 Fs
0.3
7.5 7.0 6.5 6.0 5.5
Misti 1 y 2 Misti 3 Misti 4 Si (c.p.u.f.)
Wo
Clinopiroxeno Diopsido Hedenbergita Diopsido Hedenbergita Diopsido 1.0
Mg# 71-88
Mg/(Mg+Fe2+)
Magnesio-
Augita Augita Augita hornblenda
Tschermakita
Pigeonita Pigeonita Pigeonita CaB = 1,50
(Na+K) A < 0,50
Enstatita Enstatita Enstatita CaA < 0,50
50 50 0.5
En Fs 7.0 6.5 6.0 5.5
Si (c.p.u.f.)
Oxido de Fe-Ti
FeO.TiO2
Feldespato An An An
Misti 3 Misti 4
Ilmenita Misti 1 y 2
2FeO.TiO2
Bitownita Ulvospinella
Misti 1 y 2
Labradorita Misti 3 Misti 4
FeO FeO.Fe2O3 FeO FeO.Fe2O3 FeO FeO.Fe2O3
Andesina Magnetita Magnetita Magnetita
Microlitos
Oligoclasa
Anortoclasa
Misti 2 Misti 3 Fo68-80 Olivino
Anortoclasa Fo Fa
Sanidina
Ab Or
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

18. Profundidad de la cámara magmática del Misti
Cálculo empleando el geotermómetro
de Ridolfi et al., 2010
Cono volcánico
Presión (Mpa)
235 Mpa 9 km
Reservorio superficial ?
412 Mpa
15.4 km
927 °C 1017 °C
Temperatura (°C)

19. Clasificación de la serie magmática
14
(Na2O + K2O) wt% Misti 4 (<11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
12 Tefri-
10 Fono-
fonolita Misti 1 y 2(833 - 40 ka)
Traquidacita
Misti 1 y 2: andesitas y dacitas
tefrita Riolita
8
Traqui-
Traqui- andesita
andésita
Misti 3: andesitas a riolitas
Tefrita basáltica
6 basanita Traqui-
basalto Dacite Misti 4: andesitas
4 Andesita
Basalto Andesita
basáltica
2
0
40 45 50 55 60 65
SiO2 wt%
70 75
Rocas moderadamente
potásicas
Modificado de Le Bas et al., (1986)

20. Geoquímica de los productos
5.0 1400 Misti 4 (<11 ka)
MgO Sr
1200 Misti 3 (38 - 12 ka)
4.0
1000 Misti 2 (112 - 40 ka)
3.0 800
2.0 600 • Los tenores en elementos
1.0
400
200
mayores disminuyen con la
20
Al2O3 Cr
135 diferenciación.
120
19
105
18 90
• Ciertos elementos trazas
75
17
60
muestran un comportamiento
16 45
30
15
compatible.
15
8.0 60
CaO Co
50
6.0
40
4.0 30 • K2O y Rb muestran un
2.0
20
comportamiento incompatible
10
4.5 100
durante la diferenciación.
4.0
K2O Rb
3.5 80
3.0
2.5
2.0
60
• Existe un « gap » de
composición (67-73% SiO2).
40
1.5
1.0
20
0.5 SiO2 wt% SiO2 wt%
0.0 0
55 60 65 70 75 55 60 65 70 75

21. Diagrama multielementos de rocas del Misti
Roca / Manto Primitivo
(normalizado con respecto al Manto Primitivo de McDonoung and Sun, 1989)
Rocas presentan elevadas concentraciones en elementos
incompatibles LILE (K, Rb, Ba), así como un marcado
empobrecimiento en HFSE (Nb, Zr) y HREE (Yb).
Estas características son propias de magmas de zonas de
subducción.

22. Evolución en el tiempo
87Sr/86Sr
SiO2 (wt%) MgO (wt%) Sr/Y δ18O ‰ (VSMOW) Rb (ppm)
EDIFICIOS
MISTI 4
~ 11 ka
MISTI 3
~ 40 - 38 ka
MISTI 2
~ 112 ka
• Ligera variación de concentration en elementos mayores, trazas
e isotopos entre las etapas éruptivas sucesivas.
• Variación más marcada durante la etapa Misti 3 (entre 34 y 31 ka).

23. Datos isotópicos: la contaminación cortical
0.7090
87Sr/86Sr • Los datos isotópicos
0.7086
AFC muestran lineas de
0.7082 fuerte pendiente.
0.7078
0.7074
• La cristalización
0.7070
CF fraccionada no puede
55 60 65
SiO2 wt%
70 75
ser el mecanismo
principal de la evolución
AFC de los magmas.
Contaminante potencial:
δ18O‰ VSMOW
•
el gneis de Charcani
(Masizo de Arequipa)
hace parte de la corteza
87Sr/86Sr
media – superior.

24. Modelización geoquímica: cuantificación de
procesos petrogenéticos

25. Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
Cl = F
-z
+ r * Ca * (1- F )
-z Modelo
Co { r-1 } zCo
De Paolo, 1981
Cl = Concentración del elemento en el liquido final
Co = Concentración del elemento en el liquido inicial
(1-F) = Tasa de cristalización
Ca = Concentración del elemento en el contaminante
r = Masa asimilada/masa cristalizada
1000
Parámetros
Roca / Manto primitivo
100
Magma padre (Andesita 58%
SiO2)
10
Roca hija real (riolita 73% SiO2)
Composición del cumulado:
54%plg, 36%anf, 1%cpx, 7%Mt,
1
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er Yb
2%Ol.
Roca contaminante: gneis de
Charcani

26. Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
Resultado
1000
Magma padre
Roca hija
• Razón masa asimilada /
r = 0.22 masa cristalizada (r) = ≤0,22
Roca / Manto primitivo
r = 0.18
100 r = 0.16
Tasa de asimilación:
10
≤ 14%
1
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er Yb
Modelos muestran que la AFC explicaría la evolución
de la serie del Misti.

27. Mezcla de magmas
Misti : pómez de la erupción de 2050 años BP. Evidencias:
– Textura mingling
o de
bandeamiento
0 100 µm – Minerales con
zonaciones
inversas
– Fases minerales
en desequilibrio.

28. Génesis y evolución de magmas
Magmas pobres en
HREE e Y
• Características casi
similaires a las adakitas.
• En el sur del Perú, la
corteza oceánica es vieja
(40-50 Ma) y por ende fría.
• Estudios en la ZVC
apuntan en favor de la
asimilación de magmas en
base de la corteza, vía un
proceso MASH.
Según Martin (1987) ; Drummond y Defant (1990)

29. Génesis y evolución de magmas
La contaminación
cortical
0.5131
0.5129
• Una linea
143Nd/144Nd
0.5127 magmática
0.5125
proveniente de la
fusión parcial del
0.5123
manto.
0.5121 Gneis de
Charcani
0.5119
(0,740; 0,5115)
0.702 0.703 0.704 0.705 0.706 0.707 0.708 0.709 0.710
• La evolución petro-
87Sr/86Sr
genética de magmas
es controlada par la
Según Davidson et al. (1991); Delacour et al. (2007) contaminación par la
corteza continental.

30. Conclusiones
Modelo de génesis y evolución de magmas
• Fusión parcial del manto y
producción de magmas
• Asimilación en base de la
corteza vía un proceso
MASH (empobrecimiento
en HREE e Y).
0
Masivo de Arequipa
• Evolución de magmas
50
mediante un proceso de
AFC, cuyo contaminante
100
es el gneis de Charcani.
150
0 50 100 150 200 250 300 Km
Km
• La tasa de asimilación es
≤14% (más importante
entre 34 - 31 ka).
• Eventuales procesos de
mezcla de magmas.

31. Conclusiones
1) Petrogénesis y evolución de magmas
• El Misti a emitido andesitas y algunas dacitas, cuya
composición química varia en una gama limitada. Las únicas
riolitas han sido emitidos entre 31 y 34 ka (« Misti 3 »).
• La composición de los minerales de cada tipo petrográfico
no ha evolucionado de manera significativa en el tiempo. En
consecuencia no existen ciclos magmático totalmente
independientes.
• Los principales procesos que participan en la génesis y en
la evolución de magmas son :
- Fusión parcial del manto,
- mecanismos intra-crustales (AFC, CF, mezcla de magmas).

32. 2. Evaluación de la actividad eruptiva (a corto plazo):
• Dado que en el período reciente el Misti ha
presentado un comportamiento eruptivo moderado a
intenso (erupciones vulcanianas modestas a
erupciones plinianas), es necesario siempre prever
escenarios con erupciones plinianas voluminosas.
• Las consequencia de tales erupciones serían
desastrozas para la ciudad de Arequipa.

33. Misti 2006
Gracias por su atención!!