¿SocP, 9, -~/ PALEOMAGNETISMO Y SUS APLICACIONES EN CIENCIAS DE LA TIERRA
J. Urrutia Fucugauchi. Laboratorio de Paleornagnetismo y Geofisica Nuclear, Instituto de Geofisica, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Del. Coyoacan 04510 D.F., MEXICO
RESUMEN
Los estudios paleomagneticos proporcionan informacion
cuantitativa espacial y temporal sobre el campo ntagnetico
terrestre (CMT), lo que permite contar con un sistema de
referencia geografico y estratigrafico. Con ello, es posible
investigar problemas tectonicos y estratigraficos en muy diversas
situaciones y escalas; entre las mas conocidas se tienen las
relacionadas con las teorias de deriva continental, esparcimiento
de los fondos oceanicos y tectonica de placas. Estos estudios
utilizan los sistemas de memoria caracteristicos de ciertos
minerales tales como los oxidos de fierro y titanio. Ademas, el
estudio de propiedades magneticas adicionales (susceptibilidad,
coercitividad, anisotropia, temperatura de Curie y bloqueo,
magnetizacion de saturacion o transiciones de baja temperatura)
presenta aspectos de interes, por ejemplo para prospeccion de
depositos minerales, investigacion de la estructura del subsuelo,
interpretacion de anomalias Inagneticas, temperatura y modo de
emplazamiento de rocas igneas, etc Las investigaciones sobre el
CMT y propiedades magneticas de rocas y minerales tienen ademas
aplicacion en otros campos de ciencias de la tierra tales como
exploracion magnetica, geologia estructural, geologia economica,
- orientacion de nucleos de perforacion, evolucion del nucleo,
geomagnetismo, petrofabrica y paleoambientes, paleoclimatologia,
arqueomagnetismo, biomagnetismo, etc.
1
1. INTRODUCCION
El caracter predominantemente dipolar (Fig. 1) del campo
magnetico terrestre (CNT) provee un sistema de coordenadas, que
proporciona una de las maneras mas sencillas de orientarse y que
ha sido aprovechada desde la antiguedad. El CNT suele expresarse
en terminos de la declinacion (D), inclinacion (1) e intensidad
(F), o bien por las correspondientes componentes en un sistema de
ejes cartesianos X, Y, Z. Mediciones totales o parciales del CMT
se tienen para ciertos observatorios desde hace unos quinientos
anos. Estas observaciones han permitido documentar variaciones
temporales del CNT de muy diversas escalas (por ejem. Tabla 1).
Entre ellas, de particular interes para los estudios
paleoinagneticos, se tienen a las agrupadas en las variaciones
seculares con periodos de anos a decenas de miles de anos (Fig.
2). Estos cambios temporales en los elementos magneticos ademas
de proporcionar un sistema de referencia estratigrafico,
presentan la caracteristica de variacion alrededor de un campo
magnetico dipolar geocentrico y axial, de tal forma que en
periodos largos el CNT corresponde a un campo dipolar y los
sistemas de coordenadas magnetico y geografico coinciden. La
documentacion de las caracteristicas del CNT de largo periodo
proviene de los estudios paleomagneticos. En la naturaleza se
tienen varios sistemas magneticos de memoria, que bajo ciertas
condiciones son capaces de registrar campos inagneticos tales como
el terrestre. Estos sistemas responden a 'perturbaciones' que
afectan los estados de equilibrio. Un ejemplo familiar es el de
grabaciones en cintas magneticas, en donde el sistema es
2
perturbado al momento de la grabacion. El registro es
posteriormente conservado mientras tanto este no sea nuevamente
expuesto a una perturbacion.
Los estudios de propiedades magneticas y del campo magnetico
terrestre presentan muy variados aspectos de interes y
constituyen un campo de estudio de marcado caracter
interdisciplinario. En este trabajo se reportan y discuten
estudios en desarrollo, los cuales muestran aplicaciones de
investigaciones paleomagneticas en disciplinas como tectonica,
exploracion de recursos minerales y energeticos y estratigrafia.
Dadas las limitaciones de espacio, la exposicion y discusion de
los diferentes temas se restringe a ilustrar la potencialidad de
los estudios. Detalles de los metodos y una discusion mas amplia,
en particular sobre los aspectos de evolucion tectonica, no han
sido incluidos.
2. PROPIEDADES MAGNETICAS
Sistemas de memoria se tienen en algunos minerales tales como
los oxidos de fierro y titanio (Fig. 3), los cuales bajo ciertas
condiciones son capaces de registrar la direccion e intensidad
del CMT (Irving, 1964; Tarling, 1983). Por ejemplo en las rocas
igneas, el cambio de temperatura actua como perturbacion y a una
temperatura caracteristica (temperatura de Curie) se genera una
magnetizacion espontanea en equilibrio con el campo magnetico
ambiental la cual se conserva a temperaturas inferiores a otra
cierta tempertura critica (temperatura de bloqueo). Este registro
es conocido como magnetizacion remanente termica (TRM) . La
temperatura de bloqueo puede interpretarse en terminos del factor
3
tiempo; arriba de esta temperatura el cambio (equilibrio) es muy
rapido, mientras que por debajo de ella, el cambio es
extremadamente lento (Neel, 1955):
- t/) M M e (1) t o
donde M es la magnetizacion al tiempo t y M es la
magnetizacion al tiempo t . El factor de relajacion puede
expresarse para el caso de minerales de comportamiento de dominio
sencillo en funcion de: (
= l/C e ('2)
10 -1 donde C es un factor de frecuencia (10 sec ), H. es la
fuerza (campo) coercitiva, J es la magnetizacion de saturacioi -i,
y es el volumen, k es la constante de Boltzman y T la temperatura
absoluta (Fig. 4).
De la relacion 2 puede observarse que ademas de los efectos de
cambio de temperatura, se tienen otras fuentes posibles de
perturbacion, tales como los cambios de volumen de los minerales
portadores del registro, cambios en propiedades magneticas
(cambios fisico-quimicos) y cambios asociados a campos
magneticos, los cuales resultan en las magnetizaciones remenentes
conocidas como quimica (NRQ) e isotermal (MRI). Cambios fisicos
como deformaciones o impactos se han relacionado con
magnetizaciones piezometricas (MRP) o de impacto (MRS). Los
sedimentos presentan otro tipo de registro, en el cual las
particulas constituyentes magnetizadas adquieren una orientacion
preferencial al tiempo del deposito (magnetizacion deposicional,
MRD) o bien durante los procesos de coinpactacion y litificacion
4
(iriagnetizacion post-deposicional, MRPD). En el laboratorio es
posible el simular estos diferentes procesos y ademas producir
algunos adicionales (por ejemplo aquellos asociados a las
magnetizaciones anisteretica (NRA) y la rotacional (MRR)). Los
fenomenos de relajacion (la accion de campos magneticos en
periodos largos de tiempo) tambien resultan en una inagnetizacion
remanente (viscosa, MRV), la cual puede presentar alta
estabilidad bajo ciertas perturbaciones adicionales (temperatura,
cambios quimicos, etc).
En general, las rocas presentan un registro complejo asociado
a los diversos procesos ocurridos durante su historia, por lo que
la inagnetizacion es compuesta (simplemente conocida como
remanente natural, MRN). La investigacion de la composicion
vectorial y de la MRN permite documentar la historia
paleoinagnetica (y geologica) y una parte importante de los
estudios esta orientada a decifrarla. Entre los metodos
disponibles de laboratorio se tienen: (a) desmagnetizacion
termica, (b) desrnagnetizacion por campos magneticos alternos, (C9
desmagnetizacion quimica, (d) aplicacion de campos directos, (e)
observaciones de baja temperatura (de susceptibilidad, intensidad
de MRI, etc), (f) observaciones al microscopio (particulramente
en luz reflejada y los electronicos de barrido) y (g)
separaciones de minerales y analisis quimicos. Estos estudios,
aunados a observaciones de campo permiten documentar los tipos de
registro y tiempos de adquisicion.
3. PALEOMAGNETISMO Y TECTONICA
En la decada de los 50 s, dos grupos de investigacion ingleses
21- _
5
(Creer et al., 1954; Runcorn, 1956) reportaron resultados
paleomagneticos que documentaban la ocurrencia de largos
desplazamientos en apoyo de la teoria de deriva continental
(Wegener, 1929). En estos estudios se introdujo el analisis de
curvas de movimiento polar aparente (CMPA), las cuales se basan
en un comportamiento del campo paleomagnetico correspondiente a
un dipolo geocentrico y axial (Fig. 5). Las curvas representan el
movimiento de la masa continental correspondiente con respecto al
sistema de coordenadas geografico. La comparacion de direcciones
o posiciones polares aisladas permite ademas reconstruir
movimientos relativos (por ejem. Fig. 6). La divergencia angular
entre las curvas para Europa y Norte America mostrada en la
figura corresponde al movimiento de deriva entre los dos
continentes y la apertura del oceano Atlantico norte (McElhinny,
1973). Las paleoreconstrucciones para los continentes alrededor
del oceano Atiantico (Fig. 7), por otro lado, han documentado un
problema 'geometrico' para la porcion central correspondiente a
Mexico, Centro America y Caribe (Carey, 1958; Bullard et al.,
1965). Dado que las rocas en gran parte de estas regiones son de
4. periodos anteriores al Permo-Triasico (Fig. 8), ello ha
planteado la ocurrencia de posibles movimientos tectonicos
mayores y una paleogeografia muy distinta, los cuales podrian
documentarse atraves de estudios paleomagneticos (Van der Voo &
Channell, 1980; Bocanegra, 1987).
Para el sur de Mexico, cabria entonces esperar que el registro
paleomagnetico mostrara una cada vez mayor discordancia (Fig. 6)
con la edad de las unidades estudiadas, particularmente para
epocas anteriores al Jurasico-Cretacico. Esta discordancia
10
angular de los datos paleomagnetícos representaria los
movimientos tectonicos de los bloaues o terrenos aue conforman la
reglon.
Estudios en rocas pre-Cenozoicas permitirían documentar la
paleogeografia y tectonica para periodos anteriores a la
integracion del supercontinente Pangea (Fig. 7) y formacion del
Golfo de Nexico y Mar Caribe. Desafortunadamente los
afloramientos de rocas Paleozoicas y Precambricas (e inclusive de
unidades Triasicas y Jurasicas) son muy escasos y de pequena
extension, por lo que los estudios han estan restringidos a
ciertas localidades de los terrenos denominados Oaxaca y Mixteco
(Fig. 8) . En el terreno Oaxaca se estudiaron muestras del
Complejo Oaxaqueno (fechamientos radiometricos en el rango 900-
1000 millones de anos, Ma correspondientes a la Orogenia
Grenville; Fríes et al., 1962, 1966, 1974) y en la cubierta
sedimentaria Paleozoica. La edad (deformacion y metamorfismo),
litologia, características tectonicas y metamorficas del Complejo
Oaxaqueno sugieren una relacion con la Provincia Grenville del
oeste de Canada y noroeste de Estados Unidos (Fries et al.,
1962). Por otro lado, la fauna de trilibitas Tremadocianas de la
formacion Tinu en la cubierta sedimentaria ha sido relacionada
con la Provincia Olenid Ceratopygd de los continentes del sur en
el supercontinente Gondwana (Whittington & Hughes, 1974). Ello
sugiere la ocurrencia de cambios paleogeograficos mayores para el
Eocambrico, Cambrico y Ordovicico. Consideraciones similares
sobre las relaciones tectono-estratigraficas del terreno Mixteco
y su asociacion con el Oaxaca sugieren una correlacion con las
7
provincias orogenicas Paleozoicas del este americano de los
Apalaches y por lo tanto, la ocurrencia de movimientos tectonicos
mayores En el Complejo Oaxaqueno se estudiaron las unidades
anortositas, paragneises, ortogneises y charnoquitas, de la
region alrededor de la ciudad de Oaxaca (Fig. 9). Las unidades
Paleozoicas se muestrearon en la region de Nochistlan e
incluyeron a las formaciones Tinu (calizas, Cambro-Ordovicico),
Santiago (calizas y pizarras, Misisipico), Ixtaltepec (sedimentos
clasticos, Pensilvanico) y Yododene (sedimentos clasticos,
Permico) (Fig. 10). Detalles de la geología y paleontologia han
sido reportados por Pantoja-Alor & Robison (1967) y Pantoja-Alor
(1970). En esta region de Nochistlan, se estudiaron ademas las
unidades igneas y un conglomerado calcareo (McCabe et al., 1988).
Los diques fueron probablemente emplazados durante el Triasico y
el conglomerado es del Cretacico.
La composicion vectorial y características del registro
paleomagneticos de las diferentes unidades se investigaron por
temperaturas y campos magneticos alternos. En las Fig. 11 y 12 se
incluyen ejemplos representativos para muestras del Complejo
Oaxaqueno y de las unidades Paleozoicas, respectivamente. Los
datos de desmagnetizacion se representan en diagramas
vectoriales, en donde se grafican las componentes (x,y,z) de la
inagnetizacion remanente en funcion del campo o temperatura de
desmagnetizacion (Collinson, 1983). Las direcciones medias para
las diferentes unidades y los parametros estadísticos
correspondientes (Tarling, 1983, Collinson, 1983) se listan en
las Tablas 2 y 3. El registro paleomagnetico para el Complejo
Oaxaqueno esta caracterizado por una alta inclinacion magnetica,
que indica paleolatitudes altas, del orden de unos 60 (Fig. 13).
Estas paleolatitudes corresponden con una paleoposicion cercana a
la Provincia Grenville del Canada (Fig. 14a), lo que implicaria
una relacion paleogeografica diferente a la actual para el
terreno Oaxaca durante el periodo 1100 a 850 millones de anos
(Ballard et al., 1989). Cabe mencionar, que los datos pueden
interpretarse con una asociacion cercana al supercontinente
Gondwana, dada la ambiguedad en polaridad magnetica (Fig. 14b).
No obstante, una paleoposicion cercana a Canada es considerada
mas factible, considerando las relaciones de edad y tectonicas
mencionadas anteriormente.
Los datos paleomagneticos para las unidades Paleozoicas, por
otro lado, indican un evento (o eventos) de remagnetizacion
(alteracion del registro paleomagnetico) en epocas posteriores a
la formacion de las varias unidades. La edad de este evento no
esta definida, correspondiendo al periodo post-Permico y pre-
Cretacico. Los registros paleomagneticos para las formaciones
Tinu, Santiago, Ixtaltepec e Yododene indican un tiempo comun de
adquisicion (NcCabe et al., 1988). Este podria corresponder al
evento igneo asociado al emplazamiento del conjunto de diques,
los cuales muestran direcciones de magnetizacion similares a las
otras unidades. El conglomerado calcareo por otro lado indica que
el evento de remagnetizacion es anterior a su formacion. La
interpretacion tectonica y paleogeografica de los datos depende
del fechamiento del evento, ya que los datos difieren de los
esperados, indicando la ocurrencia de posibles movimientos
tectonicos para el terreno en el Mesozoico temprano (Fig. 15).
01
Los parametros de rotacion y transiacion se explican en la Fig. 6
(Beck, 1980)
Para el Cretacico medio (Albiano-Cenomaniano) se han reportado
datos paleomagneticos para varias localidades en los terrenos
Oaxaca (Urrutia, 1981; Jurado, 1988) y Mixteco (Urrutia & Van der
Voo, 1983; Bohnel, 1985; Trevino, 1986; Urrutia, 1988). La
concordancia de las direcciones y posiciones polares apoyan la
ausencia de movimientos tectonicos mayores entre los dos
terrenos. Los datos paleomagneticos para el Jurasico muestran en
contraste, diferencias entre ellos y con respecto a los datos de
Norteamerica (Moran et al., 1988). Para el Jurasico se han
reportado estudios de las unidades Tecomazuchil (Urrutia, 1980;
Bohnel, 1985; Caballero, 1989), Rosario, Zorrillo y Grupo
Tecocoyunca (Bohnel, 1985), Piedra Hueca y Otlaltepec (Ortega,
1989), Yucunuti y Caliza con cidaris (Moran, 1987; Gonzalez,
1989). Los registros se han interpretado en terminos de
desplazamientos de norte a sur (Urrutia, 1980; Moran, 1987),
rotaciones en sentido de las manecillas del reloj y
desplazamientos desde posiciones al noreste (Bohnel, 1985) o bien
movimientos de menor magnitud norte a sur (Ortega, 1989). El
Jurasico corresponde al periodo de mayor expansion en el Golfo de
Mexico, con esparcimiento del fondo oceanico y deriva de Norte y
Sur America.
Los datos paleomagneticos para el centro y norte del pais han
sido discutidos en varios trabajos (Urrutia, 1984; Urrutia et
al., 1987; Urrutia & Bohnel, 1988). Un posible modelo de
evolucion paleogeografica para esta region se ilustra en las Fig.
16 y 17. Hacia el Permo-Triasico se tiene una agregacion de masas
10
continentales en el supercontinente Pangea (Fig. 7). El
rompimiento y deriva subsecuentes estuvo acompanado por
esparcimiento del fondo oceanico en el Golfo de Mexico y
rotaciones de varios de los terrenos que conforman a Mexico (Fig.
16). La informacion paleomagnetica disponible para tiempos
anteriores al Permico es aun mas escasa y no permite la
reconstruccion de los diferentes eventos. Las reconstrucciones
incluidas en la Fig. 17 (modificadas de Keppie, 1977; Urrutia et
al., 1987) ilustran dos períodos criticos de deriva del terreno
Oaxaca y su posible sutura con el terreno Mixteco.
4. MAGNETOESTPATIGPAFIA
Los estudios sobre las variaciones del campo geomagnetico
(Tabla 1) proporcionan herramientas para problemas de correlacion
y fechamiento. En estos problemas es posible aprovechar: (a)
datos de paleovariacion secular (en direccion e intensidad), (b)
excursiones, (c) cambios de polaridad y (d) movimiento polar
aparente (Fig. 18 y 19). Ademas, en problemas de correlacion
local se pueden emplear los datos de propiedades magneticas. Los
rangos espacio-temporales de aplicacion varian; por ejemplo, en
la determinacion de polos paleomagneticos se usan datos que
promedian periodos de variacion secular para estimar un campo
axial, por lo que correlaciones para escalas menores que 10 anos
no podrian resolverse. En contraste, estudios sobre variacion
secular (por ejem. Fig. 2) tienen una mayor resolucion temporal.
Estudios estratigraficos de periodo corto tienen aplicacion en
problemas arqueologicos y de geología del Cuaternario (Urrutia et
al., 1985; Bremer & Urrutia, 1985). En los estudios sobre el
11
Cuaternario es posible utilizar diferentes sistemas de registro
tales como rocas volcanicas, sedimentos de lago y materiales
arqueologicos (ademas de combinar con otros metodos de
fechamiento; Lozano et al., 1987).
Estudios magnetoestratigraficos se han aplicado en el estudio
de campos geotermicos en el centro de Mexico tales corno Los
Azufres (Moran et al., 1987), La Primavera (Urrutia et al., 1988)
e Ixtian de los Hervores-Los Negritos (Rosas et al., 1988). La
edad y caracteristicas de la actividad magmatica son importantes
en establecer las condiciones energeticas del yacimiento
geotermico, por lo que la correlacion y fechamiento de las
diversas unidades volcanicas constituyen importantes problemas.
Los datos de polaridad magnetica y de paleovariacion secular
permiten establecer una estratigrafia volcanica y ademas
proporcionan datos sobre la evolucion estructural y tectoníca
(Moran et al., 1987).
En general, los datos paleomagneticos permiten establecer
correlaciones laterales en formaciones volcanicas y
sedimentarias. Por ejemplo, en la figura 20 se incluyen datos de
direcciones medias para varias unidades volcanicas y
sedimentarias observadas en dos distritos mineros cercanos en el
centro de Chihuahua (Fíg. 21). La secuencia volcano-sedimentaria
estudiada en las minas de Santo Domingo y San Antonio habia sido
considerada como Terciaria. Los estudios paleomagneticos permiten
establecer una estratigrafia volcanica y fechar las unidades como
Eoceno-Mioceno. Las unidades se caracterizan por polaridades
reversas, excepto una de polaridad normal (Fig. 20). Graficas de
los elementos inagneticos en funcion de la topografia proporcionan
12
1 II
informacion sobre el desarrollo lateral de las unidades
individuales. En la siguiente seccion se discuten datos
adicionales para las unidades igneas y míneralizacion de la mina
de Santo Domingo, que ilustran detalles adicionales de
aplicaciones xnagnetoestratigraficas.
5. GEOLOGIA ECONOMICA
En el estudio y exploracion de recursos minerales y
energeticos se requiere contar con sistemas de referencia
espaciales y temporales, que permitan investigar la
estratigrafia, estructura, etc. Ademas, informacion sobre
temperaturas de emplazamiento de rocas igneas, fluidos
hidrotermales y mineralizaciones y sobre composicion
mineralogica, tamanos de grano, etc. permiten documentar la
genesis y evolucion de los yacimientos (ver por ejem. Irving,
1964; Gross & Strangway, 1961; Valencio, 1980; Geissman et al.,
1980; Tarling, 1983; Urrutia & Jurado, 1989; Alva et al., 1989).
En el distrito minero de Santa Eulalia, Chihuahua (Fig. 21),
la mineralizacion consiste principalmente de concentraciones
masivas de sulfuros o oxidos de fierro, zinc y plomo reemplazando
calizas poco metamorfizadas del Cretacico (Hewitt, 1966). Los
cuerpos mineralizados han sido asociados a una serie de
intrusivos, sin embargo las relaciones estratigraficas y los
procesos de mineralizacion no han sido documentados en detalle.
Con estos objetivos se realizo un estudio paleomagnetico en el
distrito minero (Urrutia & Jurado, 1989) , con un enfoque
magnetoestratigrafico. Se obtuvieron muestras de los diferentes
conjuntos de intrusivos, cuerpos mineralizados, calizas y
13
cubierta volcano sedimentaria superficial (Fig. 22).
Los resultados se resumen en la Tabla 4. El registro
paleomagnetico de los íntrusivos muestra generalmente una
magnetizacion dominante caracteristica (ver diagramas de
desmagnetizacion, Fig. 23) . Detalles de las propiedades
magneticas han sido reportados en Urrutia & Jurado (1989).
Comparando las direcciones medias para las unidades de diabasas
(Fig. 24) puede observarse que hay diferencias angulares y las
dos polaridades, lo que indica varias fases de emplazamiento o un
periodo largo de intrusion. El conjunto de direcciones (excepto
la D19) concuerdan con las direcciones esperadas para el
Terciario temprano (Eoceno-Mioceno) del norte de Mexico. Los
datos para los cuerpos mineralizados correlacionan con las
unidades feisicas, en particular observense las direcciones para
las unidades Fi y M19 (Fig. 24). Los cuerpos mineralizados se
presentan en forma de mantos, chimeneas, venas de
reempiazamiento, etc. y consisten en galena, pirita, pirrotita,
marmatita y contenidos variables de plata (Hewitt, 1966). Las
relaciones entre la mineralizacion y los intrusivos habian sido
interpretadas por Hewitt (1966): dioritas y diabasas como pre-
minaralizacion, diques doleriticos como post-mineraiizacion y
riolitas y felsitas como pre- o penecontemporaneas con la
mineralizacion. Una interpretacion alternativa (De la Fuente,
1969) considera a la mineralizacion posterior a las feisitas y
riolitas. Los resultados paleomagneticos indican penados largos
de intrusion y mineralizacion y una correlacion con los eventos
de riolitas y felsitas.
14
La aplicacion del paleomagnetisnio en la exploracion de
yacimientos, particularmente en el caso del fierro, ha producido
resultados interesantes. Los oxidos de fierro y titanio presentan
magnetizaciones y susceptibilidades altas, lo que genera
anomalias magnetometricas de gran magnitud. Estas pueden
detectarse por medio de estudios magnetometricos (aereos o
terrestres). En la interpretacion de las anomalias se tienen los
grupos de incognitas relacionadas con la geometria (profundidad,
forma, etc.) y con las propiedades magnetícas y los problemas no
tienen solucion unica. Es decir, es posible modelar una anomalia
dada con varias combinaciones de los diferentes factores (Fig.
25). La medicion de las propiedades magneticas permite acotar las
soluciones posibles y proporcionar interpretaciones de mejor
calidad. Ademas, los datos de propiedades magneticas permiten
caracterizar los yacimientos y proporcionar detalles sobre la
genesis e historia subsecuente. En el sur del país se han
estudiado varios de los depositos mayores de fierro (por ejemplo,
Las Truchas-Lazaro Cardenas, El Encino, Pena Colorada, etc.). En
la Fig. 26 se presentan datos de magnetometria y la
interpretacíon con los datos paleornagneticos para una anomalia en
el distrito minero de El Encino, Jalisco (Alva et al., 1989).
6. DISCUSION
Las variaciones espaciales y temporales del campo magnetico
terrestre proveen sistemas de referencia, de utilidad en la
investigacion de problemas geometricos (orientacion, tectonica,
etc.) y problemas estratigraficos (correlacion y fechamiento). En
este trabajo se reportan resultados preliminares sobre estudios
15
paleomagneticos que ilustran algunos aspectos y dificultades de
los metodos paleornagneticos en tectonica, inagnetoestratigrafia y
geologia economica. En la Tabla 4 se listan aplicaciones en
diversos campos de ciencias de la tierra, arqueologia y biologia.
Dentro de las aplicaciones mas conocidas y mejor documentadas
(Cox, 1973) se tienen los estudios de tectonica global (deriva
continental y esparcimiento del fondo oceanico, por medio de
curvas de polos paleomagneticos e interpretacion de anomalias
magneticas marinas) . En estos estudios se ha documentado un
traslape entre las porciones de Mexico y Centro America y el
norte de Arnerica del Sur (Fig. 7). La evolucion de Mexico durante
el Paleozoico y Mesozoico ha sido relacionada a eventos
tectonicos de deriva y agregacion de terrenos (Moran, 1984, 1986;
ortega, 1981; Carfantan, 1983; Campa & Coney, 1983; Padilla,
1986) . Los datos paleomagneticos ofrecen un amplio potencial para
documentar las relaciones paleogeograficas y movimientos
tectonicos de los continentes mayores (y establecer un marco de
referencia tectonico) y de los bloques o terrenos menores (por
ejemplo, Oaxaca, Mixteco, peninsula de Yucatan, etc.). Los datos
discutidos en este trabajo para el terreno Oaxaca apoyan una
relacion paleogeografica de alta paleolatitud para el Complejo
Oaxaqueno compatible con la Provincia Grenville del Canada (Fig.
14) y la ocurrencia de movimientos mayores durante el Paleozoico
(Fig. 15 y 17). Los resultados tienen un caracter preliminar y
estan limitados por lo restringido de los afloramientos pre-
Mesozoicos en la region y en algunos casos por eventos de
remagnetizacion en el registro paleornagnetico (tal es el caso de
las unidades paleozoicas de Nochistlan, Oaxaca) . Los datos
16
paleomagneticos en general apoyan una evolucion de Mexico
caracterizada por desplazamientos laterales (rotaciones) a partir
del Permo-Triasico) (Fig. 16).
Las variaciones temporales del CMT (por ejemplo, variaciones
seculares, Fig. 2 y cambios de polaridad y excursiones, Fig. 18 y
19) proveen un marco de referencia estratigrafico de gran
utilidad. Estudios magnetoestratigraficos son particularmente
interesantes en unidades muy jovenes tales como secuencias
volcanicas cuaternarias (las cuales son dificiles de fechar por
metodos radiometricos) o sedimentos lacustres o fluviales
(Rutter, 1984). Estos metodos tienen aplicacion potencial en
estudios de riesgos volcanicos, de campos geotermicos y de
paleoambientes y paleogeografia. En la cuenca de Mexico se tiene
la posibilidad de estudios inteqrados en la secuencia
sedimentaria lacustre, las unidades volcanicas e inclusive en los
restos arqueologicos. La coxnbinacion con otras metodologias
(paleontologla, geocronologia, geología superficial y del
subsuelo, etc.) permitira documentar las caracteristicas y
estructura de esta porcion del pais.
Los estudios paleomagneticos han sido aplicados en otras
disciplinas tales como Arqueología, particularmente en
caracterizacion de materiales por medio de propiedades fisicas y
en correlacion y fechamiento, lo que ha llevado al desarrollo del
arqueomagnetismo (Tarling, 1983). En Biologia, recientemente se
han realizado diversas investigaciones sobre comportamiento
animal y formacion de minerales por procesos organicos. Estos han
indicado que los minerales de fierro son constituyentes comunes y
17
que en algunos casos estos cumplen funciones sensoriales de
deteccion de campos magneticos. En varios organismos se han
documentado habilidades de orientacion por medios inagneticos,
como en bacterias, palomas, delfines, mantarayas, etc. En Mexico
se tiene una amlia variedad de fauna cuyo estudio seria de
interes, en particular se tiene a las mariposas Monarca y a las
tortugas marinas, conocidas por sus habitos migratorios de gran
escala. En el registro fosil se ha tambien documentado la
importancia de los minerales magneticos; en el caso de calizas
pelagicas posiblemente el registro paleomagnetico es llevado por
minerales biogenicos.
501
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1. Representacion esquerrtatica del campo magnetico terrestre, en que se ilustra el caracter predominantemente dipolar y la dependencia de la inclinacion e intensidad magnetica con la latitud geografica. Observe que la inclinacion es hacia abajo de la horizontal en el hemisferio norte y hacia arriba en el hemisferio sur. En la figura se comparan los campos observado para 1945 y los estimados para un dipolo geocentrico y axial y un dipolo geocentrico inclinado unos 11.5 ° con respecto al eje de rotacion.
Fig. 2. Representacion de la variacion secular para Mexico correspondiente al periodo 1791-1965 (a) y para 350-900 (b). Los datos estan graficados en terminos de posiciones magneticas virtuales y se usa una proyeccion estereografica polar.
Fig. 3. Oxidos de fierro y titanio. Observe las series indicadas de composiciones intermedias que corresponden a las titanmomagnetitas, titanomagnetitas oxidadas y titanohematitas y los minerales extremos tales como la magnetita y la hematita. Los numeros refieren a: 1, region de no cristalizacion de magmas (temperaturas de fusion altas) ; 2, estructura romboedral, temperatura de Curie 100-150 C; 3, estructura de espinel inverso, temperatura de Curie < o' C; 4 1 estructura de espinel inverso, temperatura de Curie 57558O C; 5, estructura romboedral, tempertura de Neel 675" c; 6, estructura espinel inverso, temperatura de Curie > 300 C.
Fig. 4. Ciclo de histeresis simplificado en que se muestran algunos de los elementos usados para caracterizar el comportamiento de los minerales magneticos tales como la magnetizacion de saturacion (Jj, el campo o fuerza coercitiva (H ) y la magnetizacion remanente (J . ).
Fig. 5. (a) Curvas de movimiento polar aparente para Norte america y europa, con datos del Cambrico al Reciente. (b) Reconstruccion paleogeografica para Norte America y europa obtenida al rotar y sobre poner las curvas de movimiento polar aparente correspondientes (de a). Figuras tomadas de McElhinny (1973)
Fig. 6. Representacion esquematica de movimientos tectonicos y sus efectos en el registro paleomagnetico. Los movimientos (rotaciones en la superficie esferica) se separan por simplicidad en rotaciones a lo largo de un eje vertical y en traslaciones.
Fig. 7. Paleoreconstruccion de los continentes alrededor del Oceano Atiantico. Observe que estas reconstrucciones del Pangea implican un traslape en la region central entre Mexico y Centro America y el norte de Ainerica del Sur. (a) El traslape involucra el sur de Mexico y queda una region de hueco en la porcion del Golfo de Mexico. (b) El traslape en algunas reconstrucciones implica la mayor parte de Mexico. En esta
1
reconstruccion se utilizan polos paleomagneticos para Gondwana (Gi y G2), Norte Airierica (NA) y Europa-norte de Asia (EA).
Fig. 8. Mapa simplificado de terrenos tectonoestratigraficos para el sur de Mexico. Los numeros refieren a: (1) tereno Guerrero, (2) terreno Mixteco, (3) terreno Oaxaca, (4) terreno Juarez, (5) terreno Maya y (6) terreno Xolapa.
Fig. 9. Mapa geologico esquernatico para la porcion norte del Complejo Oaxaqueno. Los sitios de muestreo para el estudio paleomagnetico se indican por circulos y asteriscos, que indican respectivamente direcciones inagneticas del Paleozoico tardio-Mesozoico temprano de baja inclinacion y Precambricas de alta inclinacion.
Fig. 10. Localizacion de la region de unidades Paleozoicas de Nochistian. Las localidades muestreadas corresponden a Tinu y Santiago-Ixtaltepec. Se incluye la columna estratigrafica simplificada para la region. El muestreo paleomagneticos comprendio a las unidades sedimentarias y a los diques intrusivos.
Fig. 11. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion termica y de campos magneticos alternos para muestras del Comp lej o Oaxaqueno.
Fig. 12. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion termica y de campos Inagneticos alternos para muestras de las unidades Paleozoicas de Nochistlan, Oaxaca.
Fig. 13. Grafica de paleolatitud en funcion del tiempo para el periodo 1100 a 820 millones de anos. La curva gris representa la paleolatitud esperada para la region central de Oaxaca extrapolada de los datos de la Provincia Grenville y la linea delgada a 60 representa la paleolatitud media observada en el estudio (ver Fig. 15 para una representacion paleogeografica).
Fig. 14. Representacion paleogeografica de las posibles paleoposiciones del terreno Oaxaca durante el Precambrico tardio-Eocambrico de acuerdo a los datos paleomagneticos. En las figuras se muestran los segmentos de curvas de movimiento polar aparente para el intervalo 1100 a 820 millones de anos para Norte America (a) y Africa-America del Sur (b). Las areas mas oscuras indican las regiones probables de paleoposicion para el terreno, que estaba localizado a unos 30 grados de la posicion polar.
Fig. 15. Graficas de cambios en rotacion (abajo) y de translacion (arriba) para la region de Nochistlan en funcion de la edad de la magnetizacion. Observe que la magnitud de los movimientos varia en funcion de la edad del evento de remagnetizacion (ver discusion en texto).
Fig. 16. Representacion esquematica de evolucion tectonica- Paleogeografica de Mexico del Perinico al Terciario temprano.
2
Fig. 17. Representacion esquematica de reconstrucciones paleogeograficas tentativas para el periodo Cabro-Ordovicico (arriba) y del Devonico temprano (abajo), en que se ilustra la posible paleoposicion de los terrenos del sur de Mexico (Oaxaca y Mixteco).
Fig. 18. Escala de cambios de polaridad y excursiones del campo geoinagnetico para los ultimos 2.5 millones de anos. La polaridad normal es mostrada en negro y la polaridad reversa en blanco.
Fig. 19. Escala de cambios de polaridad del campo geoxnagnetico para el Cenozoico, los ultimos 65 millones de anos. La polaridad normal es mostrada en negro y la polaridad reversa es mostrada en blanco.
Fig. 20. Cornparacion de las direcciones medias de magnetizacion remanente para unidades volcanicas y sedimentarias de las localidades de Santo Domingo (izquierda) y San Antonio (derecha), del Distrito Minero de Santa Eulalia, Chihuahua. Las direcciones se muestran en una proyeccion de igual area y los circulos corresponden a las incertidumbres estadisticas. Observe que la mayoria de las unidades tienen polaridad reversa y solo una tiene polaridad normal. Los numeros corresponden a la identificacion de los sitios de muestreo. La unidad 6 de Santo Domingo corresponde a la unidad 4 de San Antonio.
Fig. 21. Mapa geologico simplificado para el Distrito Minero de Santa Eulalia, Chihuahua.
Fig. 22. Seccion esquematica de la Mina de santo Domingo indicando las posiciones relativas de los cuerpos intrusivos, cuerpos mineralizados y niveles en la mina.
Fig. 23. Ejemplos de diagramas vectoriales de desmagnetizacion para muestras de los intrusivos y cuerpos minerales en la Mina de Santo Domingo.
Fig. 24. Comparacion de las direcciones medias para las unidades intrusivas y para los cuerpos mineralizados. Observe que las dirreciones para las diabasas (Dio, D19 y D21) tienen diferentes polaridades, lo que indica un periodo largo de intrusion o varios periodos. Observe ademas la correlacion entre las direcciones correspondientes a la unidad de felsitas (Fi) y el cuerpo minerlizado (M19).
Fig. 25. Ejemplo del modelado de una anomalia magnetometrica a partir de mediciones de propiedades niagneticas.
Fig. 26. Mapa geologico simplificado para el Distrito Minero de El Encino, Jalisco. La mineralizacion corresponde a oxidos de fierro, magnetita y hematita, principalmente.
97
Pn
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5
-•• Campo teórico de un dipolo geocéntrico axial
- - - -. Campo teórico de un dipolo geocéntrico inclinado
- CGM 1945 proyectado en un plano meridional
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A R (ADo 2 + A Dx 2 ) 112
Donde:
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Inc Iinoci6n
Do= Direcci6n observada
1 o a Inclinación observado
Dx = Dirección esperada
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NORTH / M AMERICA
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d)Late Cretaceous
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MEXICO
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normal LII reversed polarity polarity
Figure 2. Revised magnetic.polarity time scale for Cenozoic, pre-
pared by Iocating Paleocene, Focene, and Oligocene stage and sub-
stage boundaries in oceanic magnetic.anomay reversal sequence by
magnetostratigraphic correlations (Fig. 1). Revised radiometric ages
(Ness and others, 1980) were then associated with 9 Cenozoic calibration points (Table 1), and intervening anomaÇies were dated
by interpolation.
PAL EOM A ONE TI SM AGE EPOCH PERIOD ERA
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7 CG! Smith,19670
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Gough,1967
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Tabla 2. Resumen de datos paleomagnéticos del Complejo Acatián
Site Rock type Location k ag5 D/I Pole position
Sites wíth steep rnagnetic directiori 1 Charnockite 97°07'W;17°18'N 6/6 43 10.3 220/-67 62°W;44°N 2 Anorthosite 9649W;17°Ø5'N 7/7 59 7.9 0/+64 97°W;61°N 3 Anorthosite 96°51W;17°06N 4/6 64 11.5 28/+60 570W ; 56cN 4 Anorthosite 96052W;17c07N 4/6 29 17.5 1611-58 131°W;63N 5 Anorthosite 96°53W;17°07'N 8/8 106 5.4 285/+75 126°W;22N 6 Anorthosite 96°53W;17°08'N 5/5 21 17.0 3251+76 116cW ; 380N 7 Paragneiss 97°00W;17°14'N 9/10 316 2.9 103/+74 68°W;09°N Overali mean 96°55'W;17°09N 7/7 20 13.7 6/+74 93W;47°N Sites with shallow, southerly magnetic direction ] Paragneiss 96°58W;17°15N 5/5 60 9.9 158/-11 147cE ; 66sN 2 Paragneiss 96°59W;17°16'N 6/11 154 5.4 162/+21 117cE ; 57N 3 Paragneiss 96°59W;17°16'N 7/10 16 15.5 144/+04 148E;50°N 4 Paragneiss 97°00W;17°13N 7/7 46 9.0 156/-16 155°E;65°N Overailmean 96°59'W;1715N 4/4 20 21.2 155/-01 1410E;60sN
Tabla 3. Resumen de datos paleomagnéticos de unidades Paleozoicas de Nochistlán-Oaxaca
Site N/N0 k a95 In situ D/I
Post-Cretaceous T.C. D/1
Two-stage T.C. D11
Intru.siue rocks 47 4/4 45.5 13.8 153.0/14.7 154.9/16.6 175.6/27.4
48 5/5 35.4 13.0 164.8/35.1 169.8/35.4 183.9/34.4
Yododeñe 23/26 48.3 4.4 150.8/15.9 152.8/18.1 1529/23.1
Ixtaltepec 50 5/5 30.1 14.2 152.1/14.1 153.9/16.1 172.7/24.8
51 2/2 893.2 155.8/16.5 157.9/18.1 169.9/23.7
52 3/4 222.1 83 154.2/ 9.8 155.5/11.6 162.8/21.9
53 5/5 79.4 8.6 148.2/25.9 151.6/28.3 170.0/38.1
Santiago 1 4/4 156.5 7.4 155.0/14.0 159.3/28.4 1721/31.3
2 5/5 316 12.5 148.8/ 9.7 151.7/25.3 1619/31.4
3 4/6 19.1 21.6 149.9/41.2 161.5/42.2 182.2/38.8
4 5/6 51.5 10.8 157.7/25.0 163.8/24.8 174.5/22.6
5 5/5 42.5 11.9 148.2/29.0 155.6/30.8 170.3/31.3
6 2/2 78.1 163.5/ 8.0 166.8/20.8 172.2/19.1
7 5/6 474.9 3.5 151.8/ 6.8 153.5/ 8.5 157.9/12.0
Tiíu 1 6/12 23.3 14.2 1551/23.8 155.2/23.8 131.3/28.3
2 10/11 42.5 7.5 155.4/21.5 155.4/21.5 1317/27.8
3 5/5 42.7 11.8 145.2/ 8.4 147.4/11.5 151.4/24.8
4 7/7 27.2 11.8 130.0/14.9 133.7/21.1 144.6/31.4
5 4/5 26.0 18.4 133.7/10.2 136.4/15.7 144.8/25.4
Means of site mean D/I's: 151.1/18.3 154.3/22.2 162.4/28.0
k = 42.0; a95 5.2 k = 48.0; ar = 4.9 k = 29.3; a95 = 6.3
Means of site poles: 50.7 ° N; 131.4 ° E 51.3 ° N; 125.3 ° E 53.1 ° N; 111 . 70 E
K = 66.3; A = 4.2 K = 67.0; A 95 = 4.1 K = 28.1; A 95 = 6.4
1
Tabla 4.
Algunas aplicaciones de las investigaciones paleo-
magnéticas.
1. Estudios sobre; Comportamiento del CM dipolar terrestre Aspectos permanentes del CM no dipolar Comportamiento de CM de otros cuerpos celestes Magnetismo de rocas y soluciones dp laboratorio Procesos y clases de magnetizaciones
1'
2. Determinaci6n de; Curvas de desplazamiento polar aparcnte Cronologi'a de los cambios de polaridad del CGM Paleointensidad del CGM Paleovariación secular Paleocentellas Paleoradio terrestre Paleocociente de rotación terrestre
3. Aplicación en las teorfas de: Origen y evolución del CGM Origen y evolución del Nicleo terrestre Deriva Continental Esparcimiento del Fondo Oceánico Tectónica de Placas Expansión terrestre Extinción y evolución de especies Influencia sobre el clima
(1) Acoplamiento de los procesos n3cleo-manto-corteza
4. Usos en; Problemas estructurales Correlación estatigrfica en rocas de continentes
y OceánOs. Orígen e historia de las rocas (determinación de procesos metamórficos, etc.) Reconstrucciones paleoeográficas Reconstrucciones paleoclimáticas (estudios de-paleocorrientes, de paleovientos, etc.) Problemas de orientación de n5cleos de perfora-ciones Problemas de geología económica Estudios de condiciones de genésis de las rocas
(1) Problemas de interpretación en prospección magné-tométrica
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