Mineralogical and geochemical evidence of magma mingling/mixing in the Sierra de las Cruces volcanic range, Mexican Volcanic Belt

Abstract

Pliocene – Pleistocene lava flows, mainly of dacitic composition, are exposed in the Sierra de las Cruces (SC) volcanic range within the Mexican Volcanic Belt (MVB). SC volcanic rocks are porphyritic, generally containing an assemblage of plagioclase + amphibole + orthopyroxene ± clinopyroxene ± quartz ± Fe-Ti oxides. Most of them exhibit diverse mineralogical and geochemical features that attest a magma mixing and mingling processes with concomitant fractional crystallization in which a small volume of hot andesite magma injects into dacitic magma. Both rock types are probably derived from partial melting of continental crust at different levels. The evidences of magma mixing and mingling include: (a) normal and sieved plagioclases in the same sample, rounded and embayed crystals, and armoured rims over the dissolved crystal surfaces; (b) subrounded, vesicular magmatic enclaves, ranging from a few millimeters to ~20 centimeters in size, with plagioclase + orthopyroxene + amphibole + quartz ± olivine ± Fe-Ti-oxides assemblage; (c) mineral chemistry evidence such as crystals with reaction rims or heterogeneous plagioclase compositions (inverse and oscillatory zoning or normally and inversely zoned crystals) in the same sample; and (d) elemental geochemical variations and trace-element ratio more akin to magma mixing and to some extent diffusion process. These andesitic enclaves could be considered as portions of the intermediate magma that did not mix completely (mingling) with the felsic host lavas, confirming the major role of magma mixing and mingling processes in the overall evolution of the MVB.

En la Sierra de las Cruces (SC), Cinturón Volcánico Mexicano (CVM), se encuentran expuestos flujos de lava, principalmente de composición dacítica, del Plioceno-Pleistoceno. Las rocas volcánicas de la SC son de textura porfirítica, conteniendo plagioclasa + anfibol + ortopiroxeno ± clinopiroxeno ± cuarzo ± óxidos de Fe-Ti. La mayor parte de ellas exhiben diversas características que indican un proceso de mezcla incompleta de magmas, con una cristalización fraccionada concomitante, en la que un pequeño volumen de un magma andesítico caliente es inyectado a un magma dacítico. Es probable que ambos tipos de roca se hayan generado por fusión parcial a diferentes niveles de la corteza continental. Las evidencias de la mezcla incompleta de magmas incluyen: (a) plagioclasas con texturas normal y anubarrada en la misma muestra, cristales redondeados y corroídos, y bordes de reacción en superficies de cristal disueltas; (b) enclaves magmáticos subredondeados y vesiculares, que ocurren en dimensiones de un pocos milímetros a ~20 centímetros de diámetro, con plagioclasa + ortopiroxeno + anfíbol + cuarzo ± olivino ± óxidos de Fe-Ti; (c) química de minerales, que incluye cristales con bordes de reacción o plagioclasas de composición heterogénea (zonación inversa y oscilatoria o cristales con zonación normal e inversa) en la misma muestra; y (d) variaciones geoquímicas de elementos y relaciones de elementos traza explicables por una mezcla de magmas y por un proceso de difusión. Los enclaves andesíticos podrían considerarse como porciones de magma intermedio que no se mezcló con los líquidos dacíticos receptores, lo que confirma la importancia de los procesos de mezcla incompleta de magmas en la evolución magmática del CVM.