Original paper

Eruptive mechanism of phreatomagmatic volcanoes from the Pinacate Volcanic Field: comparison between Crater Elegante and Cerro Colorado, Mexico

Martin, Ulrike; Németh, Karoly

Abstract

The Pinacate Volcanic Field is located close to the northern end of the Gulf of California (Sea of Cortez) in Sonora, Mexico. Extensive lava flows cover an area similar to 2,000 km2, which is cut through by more than 400 vents, predominantly scoria cones. Eight of the vents are maars that erupted immediately after emplacement of pre-maar lava flows, which are exposed in the crater wall. Two of the phreatomagmatic vents are especially spectacular by their size and volume, and their contrasting architecture: Crater Elegante and Cerro Colorado. Crater Elegante is about 1,600 m across with a crater that is about 250 m deep, which is surrounded by a few tens of metres complete crater rim. Its age is inferred to be 0.15 Ma and 0.32 Ma, and its pyroclastic deposits are dispersed more than a km away from the crater rim. They form a gentle sloping blanket over pre-maar lava flows exhibiting plastering effect over obstacles such as pressure ridges and lava blisters of the pre-maar lavas. Pyroclastic units are predominantly lapilli tuffs that are rich in fine silt, sand, and angular, non-vesicular sideromelane glass shards. The fine lapilli tuff and tuff units about a few hundred metres away from the rim are especially rich in angular quartz fragments that are loosely packed. There is a notable trend in a quick reduction in the volume of large volcanic accidental lithic fragments derived from the various pre-maar lava flows in the lapilli tuffs from the crater rim toward distal areas. Bedding characteristics of the pyroclastic succession are predominantly massive to well bedded in near-vent settings that quickly change to dune bedded successions with dunes having a few dm amplitude over metres wavelength. These are characteristics of deposition from sudden blast triggered base surges. The Cerro Colorado is just ∼8 km to the NE from Crater Elegante and forms a ∼100 m positive volcanic landform. The crater floor is just a few tens of metres below the inferred syn-volcanic surface and forms a ∼600 m wide, flat depression. The crater inner wall is mantled by collapsed blocks of tuff breccia and lapilli tuff that feed small reworked volcaniclastic fans. The pyroclastic succession of Cerro Colorado is significantly coarser grained and thicker bedded than the Crater Elegante succession. Lapilli tuffs and tuffs are rich in amoeboidally shaped moderately-to-highly vesicular sideromelane lapilli and coarse ash that are rimmed by gel palagonite. Intact gravel/pebbles of mud and/or silt are the main accidental lithic fragments. The distinct differences in size, vesicularity, shape, and alteration effect of the sideromelane shards, the ratio between juvenile to accidental lithic fragments reflect the difference of the depth of fragmentation and/or source of water interacted with the magma.

Kurzfassung

Das Pinacate Vulkanfeld liegt am nördlichen Ende des Golfs von Kalifornien (Sea of Cortez) in Sonora, Mexiko. Ausgedehnte Lavaströme bedecken eine Fläche von bis zu 2000 km2, die durchbrochen wurde von mehr als 400 kleinvolumigen Vulkanen, hauptsächlich Schlackenkegel. Acht dieser Vulkane sind Maare, die gleich nach der Platznahme der Lavaströme, welche in der Kraterwand aufgeschlossen sind, gebildet wurden. Zwei der phreatomagmatischen Vulkane sind sehr spektakulär hinsichtlich ihrer Größe, ihres Volumens und ihrer Architektur: Krater Elegante und Krater Cerro Colorado.Krater Elegante hat einen Durchmesser von 1600 m und einer Kratertiefe von ca. 250 m, der umringt ist von einem Kraterrand mit einer Höhe von einigen Zehnern von Metern. Das Alter ist auf 0.15 Ma geschätzt und die pyroklastischen Ablagerungen haben sich mehr als einen km vom Krater ausgebreitet und abgelagert. Sie bildenleicht geneigte Decken über den prä-Maar-Lavaströmen und zeigen einen Plastereffekt über Hindernissen, wie kleine Rücken und Lavablister der Prä-Maar-Lavaströme. Pyroklastische Einheiten werden hauptsächlich von Lapillituffen, welche reich an feinem Material (Silt, Sand) und eckigen, nicht blasigen Sideromelan-Glasscherben sind. Die feinen Lapillituffe und Tuffe, die sich ein paar hundert Meter vom Kraterrand befinden, sind sehr reich an eckigen Quarzfragmenten, die nur locker gepackt sind. Es gibt eine beträchtliche Abnahme von Fragmenten aus den Prä-Maar-Lavaströmen vom Kraterrand zu den distalen Ablagerungen. Charakteristische Schichtungsmerkmale umfassen gute Schichtung in Kraternähe, die sich schnell in Schrägschichtungskörper mit Dünen von bis über einem Meter Wellenlänge wandeln. Dies sind charakteristische ,,Base Surge-Ablagerungen.Der Cerro Colorado liegt nur 8 km nordöstlich vom Krater Elegante und bildet eine 100 m hohe positive Land-form. Der Kraterboden ist nur ein paar Zehner Meter unter der angenommenen syn-vulkanischen Erdoberfläche und bildet eine 600 m weite Depression. Die innere Kraterwand ist bedeckt von kollabierten Blöcken aus Tuffbrekzie und Lapillituff, die in kleinen vulkaniklastischen Fächern abtransportiert worden sind. Die pyroklastische Abfolge des Cerro Colorado ist signifikant gröber und mächtiger geschichtet als die Abfolge des Crater Elegante. Lapillituffe und Tuffe sind reich an amöbenartigen leicht bis stark blasigen Sideromelanlapilli und grober Asche, die vom Rand her palagonitisiert sind. Intakte Kiese aus Ton oder Silt sind die lithischen Hauptbestandteile. Der augenscheinliche Unterschied von Größe, Blasigkeit, Form und Alteration der Sideromelan-Glasscherben und das Verhältnis der juvenilen zu den Nebengesteinsfragmenten, spiegeln den Unterschied der Fragmentierungstiefe und die Quelle des Wassers, welches mit dem aufsteigenden Magma interagierte, wider.

Keywords

maarphreatomagmaticbase surgevolcanic glassexplosivebasin and rangepinacate