Boletn de Geologa Vol. 30, N 2, julio - diciembre de 2008

LA SECUENCIA VOLCANICLASTICA DE ARANZAZU: REGISTRO DEL IMPACTO DEL VOLCANISMO EN UN SISTEMA FLUVIAL NEOGENO EN LA PARTE MEDIA DE LA CORDILLERA CENTRAL, COLOMBIACarlos Alberto Borrero Pea 1,2, Juan Sebastin Rosero Cspedes 1, Julin David Valencia M1 y Andrs Pardo Trujillo 1

RESUMENEn los alrededores del municipio de Aranzazu (Caldas), se realiz el anlisis estratigrfico y petrogrfico de la Secuencia Volcanoclstica de Aranzazu (SVA) del Plioceno tardo - Pleistoceno temprano (?). La depositacin ocurri en las partes proximales a un cinturn volcnico calco-alcalino de la parte media de la cordillera Central. Para el estudio de las secuencias volcaniclsticas se propone una clasificacin de depsitos volcaniclsticos, donde los lahares son definidos como depsitos volcaniclsticos re-sedimentados y diferencindolos de los depsitos volcaniclsticos primarios y de los epiclsticos. Y se actualiza la caracterizacin sedimentodolgica y reolgica de los depsitos asociados a los eventos lahricos. La estratigrafa de la SVA se bas en la identificacin de litofacies que definen los elementos arquitecturales para periodos sin- eruptivos e inter-eruptivos que enmarcan toda la secuencia. El miembro inferior es la agradacin sucesiva de lahares sin-eruptivos (elementos SV y SB) que formaron depsitos de flujos de escombros e hiperconcentrados. Los miembros medio y superior muestran el dominio de periodos inter-eruptivos (elemento FF) sobre los sin-eruptivos (elementos SV y SB), cuando se afianzaba el sistema fluvial y se establecan las condiciones propicias para el desarrollo de los peats que luego formaran las capas de carbn que caracterizan estos miembros. Palabras clave: depsitos volcaniclsticos, lahares, agradacin, volcanismo explosivo, perodos sin-eruptivos e inter-eruptivos.

THE VOLCANICLASTIC SEQUENCE OF ARANZAZU: RECORD OF A NEOGENE FLUVIAL SYSTEM IMPACTED BY VOLCANISM IN A MIDDLE SECTOR OF THE CENTRAL CORDILLERA, COLOMBIA ABSTRACTThe volcaniclastic sequence of Aranzazu (VSA, late Pliocene early Pleistocene?) was sourced from the northernmost sector of the Machn Cerro Bravo volcanic complex. The volcaniclastic accumulations filled the pre-existing fault-bend depressions in the surroundings of Aranzazu town (Caldas department, Colombia). A new classification of volcaniclastic deposits is proposed, in which the lahars are defined as volcaniclastic resedimented deposits, and differentiated from the primary volcaniclastic and epiclastic deposits. The updating the sedimentology and rheology of the deposits related with the laharic events is aimed. The VSA stratigraphy is based on the lithofacies identification and the definition of the architectural elements for syn- and inter-eruptive periods. The VSA lower member corresponds to the successive aggradation of syneruptive lahars (SV and SB elements) resulted from re-sedimentation of pumice-rich pyroclastic deposits and transported as debris and hyperconcentrated stream/flood flows. The VSA middle and upper members defined by coal contents were formed during the dominion of inter-eruptive (FF element) over the syn-eruptive (SV and SB elements) periods. They were formed during the reestablishment of the fluvial condition after the syn-eruptive laharic activity. Once the fluvial deposition was strengthened, the necessary conditions for the peat formation were propitious and the coal-bearing bedsets were developed. Key words: volcaniclastic deposits, lahars, aggradation, explosive volcanism, syn-eruptive and inter-eruptive periods.1 2

Departamento de Ciencias Geolgicas, Universidad de Caldas borrero_c@yahoo.com 61

La secuencia volcaniclastica de Aranzazu: registro del impacto del volcanismo en un sistema fluvial Neogeno en la parte media de la Cordillera Central,Colombia

INTRODUCCIONEl volcanismo explosivo puede introducir grandes volmenes de sedimentos en diferentes tipos de ambientes continentales y marinos. Segn Miall (1996) la sedimentacin fluvial es un componente importante del ambiente volcnico en regiones de arco o retro-arco volcnico no marinos. La influencia del volcanismo explosivo en la sedimentacin aluvial en reas proximales a las fuentes de emisin volcnica han sido ampliamente reportadas (Smith, 1991; OHallaran and Gaul, 1997; Kataoka and Nakajo, 2002; Martina et al., 2006), y varios modelos de facies han sido propuestos para la interpretacin del ambiente de depsito (Cas and Wright, 1987; Smith, 1991; Herrera y Lpez, 2003). La Secuencia Volcanoclstica de Aranzazu, SVA (Plioceno tardo-Pleistoceno temprano?, Rosero y Valencia, 2007) localizada en los alrededores del municipio de Aranzazu (Departamento de Caldas), representa un depsito en un ambiente fluvial intervenido por eventos volcnicos explosivos de composicin intermedia del cinturn volcnico adyacente a la cuenca, que corresponde a la parte ms norte del complejo Machn- Cerro Bravo (Murcia et al., 2008). Estos depsitos no han sido distinguidos completamente de otros depsitos volcnicos (ver plancha 206, Manizales, INGEOMINAS, 1998). La SVA fue definida por Hernndez y Valencia (1991) y teniendo en cuenta el contenido de material carbonoso fue dividida informalmente en tres miembros: inferior, medio y superior por Castao y Gmez (2001). Estos autores hacen una descripcin de los depsitos volcaniclsticos, discutiendo los mecanismos de transporte y los ambientes de depsito; pero presentando ambigedades en la denominacin e interpretacin sobre el origen de estos depsitos, tales como depsitos de flujos piroclsticos y de cada piroclstica (Hernndez y Valencia, 1991), ignimbritas, depsitos de cada y tobas masivas (Castao y Gmez 2001). Debido a esta situacin, en este trabajo se hace una revisin de la terminologa y para el estudio de las secuencias volcaniclsticas se propone un nuevo esquema de clasificacin de los depsitos volcaniclsticos con nfasis en el origen de los lahares, y hacemos una propuesta de clasificacin de los depsitos

de la SVA bajo estos nuevos criterios. Adems, se hace una recopilacin de las caractersticas sedimentolgicas y reolgicas de los diversos tipos de depsitos (flujos de escombros, hiperconcentrados y de corriente) que estn asociados a los eventos lahricos. El rea donde aflora la SVA fue revisitada y se hizo una refinacin de la interpretacin de las facies volcaniclsticas y mediante un anlisis estratigrfico con elemento arquitecturales (basados en patrones de estratificacin a gran escala y las litofacies constituyentes, ver Miall, 1996) de los diferentes miembros de la unidad estratigrfica, se definieron los ambientes de depsito. Y discutimos para toda la secuencia, la interrelacin del volcanismo con la dinmica fluvial.

CLASIFICACION DE DEPOSITOS VOLCANICLASTICOSPara la clasificacin de los depsitos volcaniclsticos revisamos la terminologa hasta ahora empleada, explicamos nuestra propuesta de clasificacin con nfasis en la distincin de los lahares y resumimos las caractersticas reolgicas y sedimentolgica de los lahares, que son los depsitos ms abundantes en la SVA (ver Estratigrafa).

TerminologaLos trabajos pioneros de clasificacin de Fisher (1961 y 1966) establecieron una nomenclatura comn para todas las rocas volcaniclsticas, las cuales eran divididas en las clases autoclsticas, piroclsticas y epiclsticas basadas en los procesos de formacin de las partculas. El trmino general volcaniclstico introducido por Fisher (1961) y redefinido por Fisher and Smith (1991) incluye el espectro granulomtrico completo de materiales clsticos compuestos en parte o enteramente de fragmentos volcnicos originados por procesos volcnicos primarios o re-sedimentados, incluyendo los producidos por meteorizacin de rocas volcnicas antiguas, sin importar la historia del depsito. Fisher and Schmincke (1984) sugieren que para alcanzar la categora de volcaniclstico una roca o depsito inconsolidado debe tener ms del 25% en volumen de fragmentos volcnicos y para el British Geological Service (1999), slo el 10%. Por otra parte, el trmino piroclstico ha sido usado solo para depsitos directamente relacionados a una actividad volcnica explosiva (Cas and Wright, 1987)

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Carlos Alberto Borrero Pea, Juan Sebastin Rosero Cspedes, Julin David Valencia y Andrs Pardo Trujillo

mientras que el trmino volcaniclstico (Vincent, 2000) se aplica a todas las rocas detrticas volcnicas que se producen a partir de cualquier mecanismo de fragmentacin (que podran incluir los piroclsticos), y son definidas por lo tanto, sin ninguna consideracin gentica debido a que involucra partculas de diverso origen, e incluyen las que tienen un reconocido retrabajamiento y que pueden llegar hasta formar un depsito epiclstico o epi-volcaniclstico. Adems, usualmente es difcil precisar el lmite gradual de los depsitos volcaniclsticos re-sedimentados con las depsitos epiclsticos (sedimentarios), que implican meteorizacin, erosin, y transporte y depositacin de sedimentos tanto en ambientes subareos como subacuosos. La IUGS (International Union of Geological Sciences), cre una subcomisin para definir las rocas piroclsticas y tefra (Schmid, 1981). Pero esta clasificacin es muy limitante, ya que solamente debera ser usada si las rocas o depsitos inconsolidados tuvieran un origen piroclstico (producto de accin volcnica directa) y los trminos describen el espectro granulomtrico (bombas/bloques, lapilli y granos de ceniza gruesa y fina) incluyendo cristales individuales, fragmentos de cristales, fragmentos de vidrio y lticos. El trmino piroclstico de esta subcomisin es muy amplio y no tiene en cuenta la historia de depsito de las partculas; e incluye los lahares, los depsitos sub-superficiales y los cercanos a los centros de emisin (hialoclastitas, brechas de extrusin, diatremas (sic), etc.). Y la separacin de los tipos de depsitos, acorde slo con en el porcentaje de fragmentos piroclsticos: depsitos piroclsticos (>75%), Tufitas (25-75%) y depsitos epiclsticos (025%) es muy imprecisa, ya que es muy difcil determinar si las caractersticas originales o primarias de los fragmentos piroclsticos an se pueden distinguir en las tufitas o en los depsitos epiclsticos y si la accin volcnica directa es discernible en los diferentes tipos de depsitos propuestos. El esquema de clasificacin de White and Houghton (2006) unifica la terminologa para todos los depsitos volcaniclsticos primarios, y proponen como base de clasificacin el mecanismo de depositacin y refinan las clases de tamao de grano de Schmid (1981). Los depsitos y rocas volcaniclsticas primarias significan que todo el rango de productos fragmentarios es

depositado directamente por explosin o erupcin efusiva. La definicin se enfoca sobre el transporte primario y depositacin de las partculas, ms que en los procesos por los cuales las partculas se forman o la naturaleza de los fluidos en los cuales son acarreadas. Ellos predican esta aproximacin para todas las rocas volcaniclsticas primarias porque ellas contienen asociaciones de clastos formados por diferentes procesos y/o en diferentes pocas que son subsecuentemente reunidas durante la erupcin. Pero a diferencia de Schmid (1981) no consideran a los lahares dentro de la clasificacin.

Propuesta de ClasificacinA pesar de que una clasificacin debera estar basada sobre atributos descriptivos, tales como composicin y tamao de grano y no sobre interpretaciones (Waitt, 2007), nuestra propuesta de clasificacin nace de la necesidad de mostrar las posibilidades de formacin de los lahares, ya que las clasificaciones revisadas no constrien la formacin de estos depsitos, o lo agrupan dentro de los depsitos piroclsticos nicamente. Y tambin a que existe una amplia variedad de clasificaciones, algunas de las cuales parten de conceptos y terminologas de otras ramas de la geologa que se han puesto al servicio de la volcanologa, pero con connotaciones ambiguas en los esquemas volcaniclsticos. El nfasis de la propuesta es en el origen de lahares y proponemos una ubicacin de ellos en el contexto de una clasificacin general de depsitos volcaniclsticos que pueda ser usada para depsitos antiguos y recientes; ya que en el establecimiento de las amenazas volcnicas es de vital importancia reconocer los depsitos relacionados a la accin volcnica directa.

Depsitos Volcaniclsticos PrimariosEn nuestra propuesta retomamos el esquema de clasificacin de White and Houghton (2006) que unifica la terminologa para todos los depsitos volcaniclsticos primarios: acumulaciones de partculas volcaniclsticas primarias, formadas por accin volcnica directa y depositados bajo la accin de la gravedad, viento o agua y que fueron movilizadas directamente por el volcanismo efusivo o explosivo y no fueron almacenadas en ningn momento antes del arribo al sitio de depositacin (TABLA 1).

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TABLA 1. Depsitos Volcaniclsticos DEPOSITOS VOLCANICLASTICOS PRIMARIOS (White and Houghton, 2006)Piroclsticos (cadas, oleadas y flujos) Autoclsticos (auto-brecha) Hialoclsticos o depsitos desagregados (hialoclastita) Peperticos (peperita) + AGUA

DEPOSITOS VOLCANICLASTICOS RE-SEDIMENTADOS (McPhie et al., 1993)Piroclsticos re-depositados Autoclsticos re-depositados desagregados Hialoclsticos re-depositados desagregados Nota: Los clastos caractersticos (piroclastos, autoclastos, hialoclastos) deben ser ms del 75% en volumen. LAHARES

DEPOSITOS EPICLASTICOS (Cas and Wright, 1987) o DEPOSITOS EPI-VOLCANICLASTICOS (Vincent, 2000)Depsitos epiclsticos tienen ms del 75% de epiclastos en el caso general Depsitos epi-volcaniclsticos con >25% fragmentos volcnicos (Fisher, 1966).

Depsitos Volcaniclsticos Re-sedimentadosLos depsitos volcaniclsticos re-sedimentados estn formados por partculas volcaniclsticas re-sedimentadas, que son erodadas de un depsito volcaniclstico primario (McPhie et al., 1993), transportadas lejos de su sitio de depsito original por accin de la gravedad, viento o agua y re-depositadas. Para Pierson, T.C. (comunicacin verbal) un deposito volcaniclstico re-sedimentado es un deposito primario que ha sido re-trabajado por procesos geomorfolgicos. Nuestra propuesta es que los lahares sean considerados depsitos volcaniclsticos re-sedimentados (sensu stricto), y en un marco temporal tienen dos posibilidades de origen, sineruptivo: resedimentacin activa corto tiempo despus de la erupcin (10-1-101 aos), y post-eruptivo, formado por la mezcla de partculas volcaniclsticas re-sedimentadas y agua en una escala de 102 -104 aos despus de las erupciones (TABLA 1). Como ejemplo tenemos, en el volcn nevado del Ruiz (Colombia) durante la erupcin del 13 de noviembre de 1985, se formaron lahares inmediatamente despus de la erupcin (Pierson et al., 1990). En el volcn Merapi en Java, despus de la erupcin del 22 de noviembre de 1994, las lluvias fueron los mecanismos principales de disparo de lahares en las temporadas invernales entre diciembre de 1994 y mayo de 1996 (Lavigne et al., 2000). As mismo, en el volcn Tacan en Mxico, los lahares se formaron asociados a tormentas y ciclones tropicales siglos despus de ocurridas las erupciones (Murcia, 2008).

Depsitos Epiclsticos o Epi-volcaniclsticosLos depsitos epiclsticos retomados de Cas and Wright (1987) son fragmentados por procesos superficiales normales (meteorizacin, abrasin fsica, colapso gravitacional) o depositados por procesos superficiales normales, sin importar el modo de fragmentacin (TABLA 1). Vincent (2000) propone el trmino epivolcaniclstico para enfatizar el claro contenido de fragmentos volcnicos. Otra opcin planteada por Pierson, T.C. (comunicacin verbal) podra ser el trmino sedimentos volcnicos cuando la historia de las partculas volcnicas no es conocida.

LaharesLos lahares (Pierson and Scott, 1999) son divididos con base en la relacin sedimento/agua en: flujos de escombros (debris flows) y flujos hiperconcentrados (hyperconcentrated flows, Pierson and Scott, 1985) y transformaciones que llevan a la formacin de flujos normales de corriente (normal streamflows). En la actualidad hay una tendencia de usar flujo de escombros y lahar como sinnimos, para enmarcar todo el espectro de este tipo de flujos (FIGURA 1), en donde la fase hiperconcentrada es simplemente la respuesta a la dilucin del lahar por incorporacin de agua (lahar runout) (Iverson and Vallance, 2001, Murcia, 2008). -Flujos de escombros: son clasificados con respecto a la concentracin de agua y sedimento (>80% en peso y >60% en volumen de slidos), reologa y mecanismo de transporte de los sedimentos (Johnson, 1970; Lowe, 1976; Costa, 1984; Pierson and Costa, 1987). Los flujos de escombros (FIGURA 1) presentan alta resistencia al64

Carlos Alberto Borrero Pea, Juan Sebastin Rosero Cspedes, Julin David Valencia y Andrs Pardo Trujillo

movimiento con rgimen de flujo predominantemente laminar (Dasgupta, 2003) y sistema de transporte de la fase slida por suspensin tendiendo a formar depsitos masivos o con gradacin inversa. Las unidades individuales de flujos de escombros pueden ser el resultado del depsito de varas oleadas de flujos cada una con sus caractersticas propias, lo que ocasiona que ocurran variaciones de facies laterales como verticales que cambian el registro estratigrfico (Sohn et al.,1999; Herrera y Lpez, 2003). Y Vallance and Scott (1997) subdividieron los flujos de escombros teniendo en cuenta la proporcin: arcilla / arena + limo + arcilla, >5% para cohesivos y