Depositional conditions and source of rare earth elements in carbonate strata of the Aptian-Albian Mural Formation, Pitaycachi section, northeastern Sonora, Mexico Translated title: Condiciones de depósito y fuente de elementos de las tierras raras en estratos carbonatados del Aptiano-Albiano de la Formación Mural, sección Pitaycachi, noreste de Sonora, México

Abstract

Major, trace and rare earth elements (REE) concentrations in limestone beds of the Canova and El Caloso members of the Mural Formation in the Cerro Caloso Pitaycachi area were measured to understand the depositional conditions and source of REE. Contents of SiO2 and Al2O3 and concentrations of Zr, Y and Th are higher in the Canova member than in El Caloso member, whereas the content of CaO is comparable in both members. The sum of REE content however is low in both the Canova (10.4 ± 2.6, n=12) and El Caloso (3.4 ± 2.1, n=2) members. These values indicate that carbonate sedimentation of the Canova and El Caloso possess seawater-like shale-normalized REE+Y patterns with 1) light REE depletion (NdN/YbN = 0.74± 0.08, n=l2; 0.58± 0.2, n=2; respectively), 2) both negative and positive Ce anomalies (Ce/Ce* : 0.81-1.10, 0.94 ± 0.10, n=l2; Ce/Ce* : 0.60 to 0.91, 0.76 ± 0.22, n=2; respectively), and 3) superchondritic Y/Ho ratio (33.5 ± 4.0, n=12; 40.4 ± 8, n=2; respectively). The observed variations in Ce contents and Ce anomalies in the studied samples resulted from detrital input and scavenging processes. The limestones show positive Mn* values (0.439 to 0.850) and low contents of U (~0.35-1.70 ppm) and authigenic U (0.31-1.57ppm) suggesting that they were deposited under oxygen-rich environment. The REE+Y patterns of the Canova samples are identical to those of Late Devonian carbonate sediments whereas the El Caloso samples are comparable to Holocene reefal microbalite with slight light REE depletion. This suggests that the limestones from Canova and El Caloso members possibly retained their original seawater-like REE patterns. The observed variability in REE content and REE+Y pattern is due to the presence of minor amounts of detrital materials in some samples. The present study reveals that the limestones still retain their original seawater-like pattern, provided that shale contamination was least (<5%), and they serve as a seawater proxy.

Translated abstract

Las concentraciones de elementos mayores, traza y tierras raras (REE) en las capas de calizas de los miembros Canova y El Caloso de la Formación Mural en el noreste de Sonora pueden ser usadas para interpretar las condiciones de ambiente de depósito y la fuente de tierras raras de esta secuencia sedimentaria marina. Los contenidos de SiO2 y Al2O3 y las concentraciones de Zr, Y y Th son mayores en el miembro Canova que en El Caloso, el contenido de CaO es alto en ambos miembros, mientras que la SREE es baja en ambos miembros (Canova = 10.4 ± 2.6, n=12 y El Caloso = 3.4 ± 2.1, n=2). Estos valores indican que la sedimentación carbonatada en el Canova y El Caloso presenta patrones de REE+Y normalizados a lutita similares al del agua de mar, con 1) empobrecimiento de REE ligeras (NdN/YbN = 0.74 ± 0.08, n=12; 0.58 ± 0.2, n=2; respectivamente), 2) anomalías tanto negativas como positivas de Ce (Ce/Ce* : 0.81 a 1.10, promedio 0.94 ± 0.10, n=12; Ce/Ce*: 0.60 a 0.91, prom. 0.76 ± 0.22, n=2; respectivamente), y 3)y relación Y/Ho supercondrítica (33.5 ± 4.0, n=12; 40.4 ± 8, n=2; respectivamente). Las variaciones observadas en el contenido y anomalías de Ce en las muestras estudiadas resultan de la aportación detrítica y de procesos de retrabajamiento del sedimento en el fondo marino. Las calizas muestran valores positivos de Mn* (0.439 a 0.850), contenidos bajos de U (~0.35-1.70ppm) y U autigénico (0.31-1.57 ppm) que sugieren fueron depositadas en un ambiente oxigenado. Los patrones de REE+Y en las muestras del miembro Canova son idénticos a los de los carbonatos del Devónico Tardío mientras que las muestras de El Caloso presentan patrones parecidos a los de las microbialitas arrecifales del Holoceno con leve empobrecimiento en REE ligeras. Esto sugiere que las calizas estudiadas posiblemente preservan los patrones de REE originales del agua de mar. La variabilidad observada en el contenido de REE y en el patrón de REE+Y se debe a la presencia de cantidades menores de material detrítico en algunas muestras. El presente estudio revela que las calizas de los miembros estudiados preservan un patrón original parecido al del agua de mar y considerando que la contaminación de arcillas fue baja (<5%) sirven como un indicador proxy del agua de mar.