Temporal control of subduction magmatism in the eastern Trans‐Mexican Volcanic Belt: Mantle sources, slab contributions, and crustal contamination

Abstract

[1] The magmatic record of the easternmost part of the Trans-Mexican Volcanic Belt elucidates how temporal changes in subduction parameters influence convergent margin volcanism. In the Palma Sola massif, three phases of magmatic rocks with distinct chemical characteristics were emplaced in a relatively short time span (17 Ma): Miocene calc-alkaline plutons, latest Miocene-Pleistocene alkaline plateau basalts, and Quaternary calc-alkaline cinder cones. Plutons have arc-like trace element patterns (Ba/Nb = 16-101), and their Sr, Nd, and Pb isotopic compositions become more ''depleted'' with increasing SiO 2 contents. Their Pb isotopes are bracketed by the subducted sediments and Pacific mid-ocean ridge basalts (MORB), requiring the participation of an unradiogenic component that mixes with a sediment contribution. High Sr/Y and Gd/Yb ratios in the least radiogenic pluton might indicate a melt coming from the subducted MORB. Trace element patterns of the plateau basalts show moderate or negligible subduction contributions (Ba/Nb = 6-31). Rocks without subduction signatures are similar to ocean island basalts, indicating melting of an enriched mantle wedge. The plateau basalts form an array in 206 Pb/ by an essentially flat subduction angle that favored melting of the subducted oceanic crust. Slab rollback in the Pliocene allowed melting of deeper portions of the wedge by the injection of dehydrated sediment melts. In the Quaternary, an even steeper subduction angle provided negligible slab contributions to the Palma Sola region, and upper crustal contamination largely controls the petrogenesis.

Petrogénesis ígnea de la Faja Volcánica Transmexicana

“…Hacia el extremo oriental, en la región de Palma Sola, los vestigios de este episodio volcánico están representados por cuerpos plutónicos y subvolcánicos de composición gabroica a diorítica con edades que varían entre ~15 y 11 Ma (Gómez-Tuena et al, 2003;Ferrari et al, 2005b). Muchas de las rocas del fi nal de Mioceno medio e inicio de Mioceno tardío, emplazadas lejos de la trinchera desde Querétaro hasta Palma Sola, tienen composiciones geoquímicas similares a las adakitas descritas por Kay (1978) y Defant y Drummond (1990), lo que ha llevado a sugerir que puedan ser el producto de la fusión de la placa subducida durante un periodo de subducción de bajo ángulo o subhorizontal (Gómez-Tuena et al, 2003).…”

“…Muchas de las rocas del fi nal de Mioceno medio e inicio de Mioceno tardío, emplazadas lejos de la trinchera desde Querétaro hasta Palma Sola, tienen composiciones geoquímicas similares a las adakitas descritas por Kay (1978) y Defant y Drummond (1990), lo que ha llevado a sugerir que puedan ser el producto de la fusión de la placa subducida durante un periodo de subducción de bajo ángulo o subhorizontal (Gómez-Tuena et al, 2003). Esta hipótesis es consistente con el alejamiento progresivo del magmatismo de arco desde la trinchera a partir del Mioceno medio.…”

“…dominan las emisiones de tipo fi sural que formaron grandes mesetas de lava de composición máfi ca (Cantagrel y Robin, 1979;Negendank et al, 1985;López-Infanzón, 1991;Gómez-Tuena et al, 2003;Ferrari et al, 2005b). Hacia el Pleistoceno-Holoceno también se emplazaron lavas alcalinas sódicas en este sector, pero en volúmenes subordinados respecto a las rocas calcialcalinas coexistentes (Negendank et al, 1985;López-Infanzón, 1991;Siebert y Carrasco-Núñez, 2002;Gómez-Tuena et al, 2003;Ferrari et al, 2005b).…”

“…Hacia el Pleistoceno-Holoceno también se emplazaron lavas alcalinas sódicas en este sector, pero en volúmenes subordinados respecto a las rocas calcialcalinas coexistentes (Negendank et al, 1985;López-Infanzón, 1991;Siebert y Carrasco-Núñez, 2002;Gómez-Tuena et al, 2003;Ferrari et al, 2005b). Rocas de edad y composición similar a las de la FVTM oriental también han sido reportadas en el campo volcánico de Los Tuxtlas (Nelson y González-Caver, 1992;Nelson et al, 1995).…”

“…Sin embargo, trabajos posteriores han reportado evidencias geoquímicas e isotópicas de la contribución de material subducido a los magmas alcalinos emplazados en Chiconquiaco-Palma Sola (Negendank et al, 1985;López-Infanzón, 1991;Gómez-Tuena et al, 2003). Por otra parte, Ferrari et al (2005b) observan que el emplazamiento de magmas alcalinos inicia en toda el área de manera casi simultánea, lo que sugiere un mecanismo regional común para su origen, pero descartan el modelo de rifting debido a la ausencia tanto de fallas normales del Terciario tardío paralelas al Golfo de México (N-S a NNW-SSE), como de fallamiento extensional signifi cativo capaz de producir fusión del manto por descompresión.…”