Aspectos Petrológicos da Caldera Chacana

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ASPECTOS PETROLÓGICOS DE LA ZONA SUR DE LA CALDERA CHACANA 
(ECUADOR) 
 
Fabián M. Villares; 
Bernardo Beate; Departamento de Geología, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. 
 
Séptimas Jornadas en Ciencias de la Tierra, Escuela Politécnica Nacional 
(2011) 
 
Introducción 
La Caldera Chacana se encuentra ubicada entre las provincias de Napo y Pichincha a 40 km 
al SE de la ciudad de Quito, hacia la cúspide de la Cordillera Real entre los volcanes 
Antisana y Cayambe, en cotas que fluctúan entre 3200 y 4500 msnm. Su estructura basal 
(Complejo Chacana) tiene dimensiones de 65 km (NS) x 25 km (EO), mientras que, el borde 
topográfico de la caldera presenta una forma irregular alargada de 32 km (NS) x 18-24 km 
(EO) (Hall & Mothes, 2001). 
Forma parte del complejo riolítico propuesto por Hall & Mothes (2008). Presenta materiales 
de relleno tanto sedimentarios como volcánicos post-colapso. Las características 
morfológicas iniciales de formación de la caldera son ahora casi irreconocibles en el terreno. 
En la parte N de la Caldera el borde topográfico es todavía reconocible (cotas 4000 – 4300 
m); el resto es un gran conjunto de lomas, ríos, montes y valles, lagunas y pantanos, la 
mayoría a una altura entre 3300 y 4200 msnm. En los márgenes de la caldera se han 
construido varios volcanes que representan los puntos más altos de la zona como son 
Chusalongo (4840m) y Plaza de Armas o Antisanilla (4620m) al S y el estratovolcán Antisana 
(5756 m), en el margen SE. 
Este artículo se basa en el estudio geovulcanológico de la zona sur de la Caldera Chacana 
en una área de aproximadamente 165 km2 desde Papallacta en el Norte hasta la estructura 
volcánica Chusalongo en el Sur (Villares, 2011; Beate et al., 2010). A continuación se 
resume la geología de la caldera Chacana enfatizando algunos aspectos petrológicos. 
 
Marco Geológico de la Caldera Chacana 
La Caldera Chacana está construida sobre un basamento metamórfico Pz-Mz en su zona 
central y Este, mientras que el basamento de los flancos occidentales serían rocas 
oceánicas no expuestas del terreno Pallatanga de edad Cretácica. Sobreponen a estas, 
rocas volcánicas de composición esencialmente basáltica y andesítica de la Fm. Pisayambo. 
Posterior a estos depósitos se asume la presencia de un campo volcánico (grupo o “cluster” 
de volcanes) andesítico, como lo conceptualiza Lipman (2000), el cual representaría las 
fases iniciales y poco evolucionadas de numerosas cámaras magmáticas cercanas entre sí 
y que posteriormente darán lugar a la Caldera Chacana. 
La caldera se construye sobre una zona controlada por fallas regionales aproximadamente 
N-S y NNE correspondientes a la Falla Peltetec al Oeste y a una prolongación de la falla 
Chingual al Este, las cuales presentan cizallamiento dextral y localmente generaran un 
ambiente extensional tipo pull-apart, el cual facilitaría la alimentación magmática a través de 
la corteza superior y la consecuente formación de la caldera por colapso. 
Se estima que el complejo Chacana inició su actividad hace aproximadamente 2,7 Ma (Hall 
y Mothes, 2008) con la construcción de la serie Tablones, la misma que está constituida por 
al menos tres secuencias de andesitas, dacitas y riolitas, cuya formación terminó hace 0,8 
Ma con el colapso y formación de la caldera y con la emisión de grandes volúmenes de 
magmas riolíticos que formaron las superficies actualmente conocidas como Tablones (Hall y 
Mothes, 2008). Varios diques anulares dacíticos se encuentran en la zona de Papallacta y 
en el Valle Carihuaycu; estos representarían las estructuras y fallas que limitan el 
hundimiento de la caldera, es decir el borde estructural. 
El colapso de la caldera produjo una depresión que inicialmente fue rellenada por brechas y 
rodados de las paredes del borde topográfico y por ignimbritas syn-colapso. Posteriormente, 
la caldera fue rellenada por secuencias volcánicas de andesitas y dacitas negras, seguidas 
de un ambiente tranquilo con la depositación de sedimentos lacustres, los cuales tienen una 
disposición grano creciente indicando que el ambiente cambiaba con el tiempo de menos 
energético a más energético. 
Aparentemente, una intrusión intracaldera somera de magma evolucionado con forma de sill 
y/o lacolito dio lugar a la resurgencia de la caldera, con el levantamiento de los depósitos 
sedimentarios de relleno en una altura aproximada de unos 500 m. También debió servir de 
fuente para el emplazamiento de domos riolíticos tempranos (Domos de la Loma Baños). La 
formación de una brecha freatomagmática (Diatrema) en la parte central de la caldera y 
previa a los domos mencionados parece estar relacionada con la intrusión mencionada, así 
como también lo estaría una extensa alteración hidrotermal. 
Existe un hiato deposicional hasta los 240 ka en donde inicia un período de intensa actividad 
con la construcción de varios edificios volcánicos (Plaza de Armas y Tabla Rumi) ubicados 
sobre las rocas del flanco exterior de la caldera. Se producen también pequeños flujos en el 
borde topográfico como los de Quincharrumi y Chimbaurco; en el interior de la caldera en 
cambio ocurre el emplazamiento de domos, domo-coladas y flujos de lava de composición 
dacítica y riolítica ubicados a lo largo del borde estructural de la caldera (Figura 1). Durante 
los siguientes 160 a 40 ka no se reporta actividad en la caldera, pero a partir de 40 ka 
ocurren varios flujos andesíticos y dacíticos tanto en el flanco y borde W, así como también 
en el interior de la caldera (Figura 1). Los últimos eventos volcánicos de la Caldera Chacana 
corresponden a la emisión de dos flujos de lava históricos de composición andesita ácida, 
bastante parecidos entre sí y que son los flujos Pinantura y Papallacta depositados en 1728 
y 1773 respectivamente (Hall y Mothes, 2001). 
 
 
Figura 1. Volcanismo intracaldera <0.5 Ma y cuerpos volcánicos en la margen sur de la caldera. 
 
Aspectos Petrológicos 
Para el análisis petrológico se ha considerado a las unidades del flanco exterior y a las rocas 
que constituyen el relleno de la caldera. Se ha considerado además los edificios volcánicos 
de los alrededores como son Tabla Rumi, Plaza de Armas, Chusalongo y Antisana. 
Las rocas de la Caldera Chacana indican un proceso de cristalización fraccionada con varios 
períodos de evolución, en los que todas las series se alinean en una misma tendencia, lo 
que indicaría que los procesos evolutivos son similares (Figura 2). En cada periodo, 
independientemente de su edad relativa existe una evolución de andesitas a riolitas, lo que 
indicaría una posible realimentación de magma más básico al inicio de cada ciclo de 
actividad. Algunas rocas del Chacana presentan afinidad calco-alcalina “normal” con 
contenidos de mediano-K y alto-K mientras que un grupo de rocas de la caldera presentan 
carácter adakítico (Figura 2). El Antisana y el Chusalongo son estructuras diferentes al 
Chacana con características geoquímicas algo similares. En el Chacana existe una 
intercalación entre rocas calco-alcalinas “normales” y adakitas, esto se nota incluso dentro 
de una misma serie magmática como es el caso de la Serie Tablones, en donde los primeros 
productos y/o las rocas poco evolucionadas presentan características de rocas calco-
alcalinas “normales”, mientras que las rocas más evolucionadas presentan un carácter 
adakítico; el grupo de andesitas-dacitas negras y el Tabla Rumi presentan características de 
rocas calco-alcalinas “normales”; Chusalongo presenta rocas con afinidades calco-alcalinas 
“normales” y adakitas; el período entre 240 – 211 ka presentan características de rocas 
calco-alcalinas “normales” y solamente las series más jóvenes que 40 ka están dominadas 
completamente por adakitas (Figura 2). 
 
 
 
 
Figura 2. a) Diagramas Harker, elementos mayores en (wt. %) vs. el contenido de SiO2 (wt. %); b) diagrama de 
clasificación de rocas volcánicas SiO2 vs. K2O en porcentaje en peso (Peccerillo and Taylor, 1976); c) diagramamultielementos normalizado a condrita (Sun, 1980); d) relaciones Sr/Y vs Y y La/Yb vs Yb en las que se muestra 
un grupo de rocas del Chacana con carácter adakítico y otro con características calco-alcalinas “normales”. 
Defant y Drummond (1990) sugieren como un proceso potencial para la generación de 
adakitas la cristalización fraccionada de minerales con altos coeficientes de distribución para 
HREE e Y, o procesos de asimilación-cristalización fraccionada con la incorporación de 
grandes cantidades de HREE e Y de los materiales de la corteza. 
La cristalización fraccionada es un proceso dominante en las rocas del Chacana, sin 
embargo la AFC podría explicar varias de las características geoquímicas de las rocas. Las 
rocas del Chacana son empobrecidas en HREE e Y, el carácter adakítico por procesos de 
asimilación-cristalización fraccionada podría ser justificado por la incorporación de grandes 
cantidades de elementos incompatibles como son los LILE y LREE los cuales son más 
móviles y pueden pasar más fácilmente de la roca caja de la corteza continental enriquecida 
en estos elementos hacia el magma; los altos contenidos de Al2O3 y las razones Sr/Y y 
La/Yb serían justificadas. Los bajos contenidos de HREE e Y se podrían explicar por el 
fraccionamiento de anfíbol, el mismo que es habitual en casi todas las rocas de la zona. 
Además, el proceso de asimilación-cristalización fraccionada (ACF) como generador del 
carácter adakítico permite interpretar que, las rocas poco evolucionadas y/o las que no 
presentan carácter adakítico sufrieron un rápido ascenso; en este caso la asimilación 
representa un rol limitado por lo que las rocas presentan características de rocas calco-
alcalinas normales. Las rocas con carácter adakítico son las más evolucionadas de algunas 
series, es decir que la cristalización fraccionada fue un proceso dominante y que tuvieron 
mayor interacción con las rocas de la corteza continental considerando el factor temporal, 
aumentando las posibilidades de asimilación. 
La fusión parcial cumple un rol limitado en la actividad post-colapso en el Chacana, sin 
embargo, aparentemente es el proceso dominante en el Chusalongo, en algunas rocas del 
Antisana y en al flanco exterior de la caldera (Serie Tablones). 
 
Conclusiones 
Geoquímicamente las rocas de Chacana presentan características típicas de rocas de arco 
continental con carácter calco-alcalino. Globalmente las correlaciones existentes entre los 
óxidos de elementos mayores y la sílice, y relaciones entre elementos trazas indican la 
participación de un proceso de cristalización fraccional dominante para Chacana. En la zona, 
existen varios periodos evolutivos con productos entre andesitas y riolitas, sin embargo, en 
conjunto todos estos periodos están alineados en una misma tendencia, esto indica que, a 
priori, los procesos evolutivos son similares, independientemente de su edad relativa 
indicando una realimentación de magma más básico para cada período. Las rocas más 
antiguas de cada serie en el Chacana tienen bajos contenidos de elementos incompatibles 
mientras que las rocas más jóvenes son enriquecidas en estos elementos. El Antisana y el 
Chusalongo son estructuras diferentes al Chacana, pero con características geoquímicas 
similares. En el complejo existen rocas con características “normales” de arco, intercaladas 
con rocas con carácter adakítico, solamente las rocas más jóvenes a 40 ka son todas 
adakitas. Este carácter adakítico sería generado por procesos de asimilación-cristalización 
fraccionada durante el ascenso de los magmas hacia la superficie, dónde la presencia de 
una corteza gruesa podría haber jugado un papel importante, que está todavía por definirse. 
Referencias 
Beate B., Inguaggiato S., Villares F., Benitez S., Hidalgo S. (2010) The Cachiyacu Geothermal Prospect, 
Chacana Caldera, Ecuador., Proceedings World Geothermal Congress 2010 Bali, Indonesia, 25-29 April, pp 10. 
Defant M. and Drummond M. (1990) Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted 
lithosphere., Nature (Lond.), 347, pp. 662–665. 
Hall M. y Mothes P. (2001) La Caldera de Chacana, el Centro Riolítico más grande de los Andes Septentrionales., 
Cuartas Jornadas en Ciencias de la Tierra, EPN, Quito. 
Hall M. and Mothes P. (2008) The Chacana Caldera Complex - Ecuador. 2nd. Workshop on Collapse Calderas., 
Queretaro-Mexico. Abstract,Poster and PPP. 
Lipman P. (2000) Calderas., In: Sigurdsson H., Houghton B., McNutt S., Rymer H. and Stix J. (2000) Enciclopedia 
of Volcanoes., Academic Press, pp. 1417. 
Peccerillo A. and Taylor S. (1976) Geochemistry of Eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, 
Northern Turkey., Contrib. Mineral Petrol., 58, pp. 63–81. 
Villares F.(2011) Estudio Geovulcanológico de la zona Sur de la Caldera Chacana, Provincias de Napo - 
Pichincha., Tesis de Grado – Escuela Politécnica Nacional, pp 209. (No publicado).