Evolución tectónica del sistema orogénico Andino en la Patagonia norte (42-44° S)

• Autores: Echaurren González, Andrés
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Folguera Telichevsky, Andrés; Oliveros Clavijo, Verónica
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El sistema cordillerano Andino en la Patagonia norte corresponde a un segmento orogénico con un amplio registro geológico de los procesos tectónicos actuantes desde el Mesozoico temprano. Su morfología reducida, en cuanto a expresión topográfica (<~2000 msnm) y espesores corticales (30-40 km), ha sido comúnmente asociada con bajos acortamientos corticales y magnitud de deformación, aunque el desarrollo espacio-temporal de la faja plegada y corrida no ha sido determinado, ni las etapas de construcción orogénica integradas en un modelo tectónico evolutivo. En una transecta desde el antearco hacia el antepaís a aproximadamente 43° S, se reconocen las siguientes unidades morfoestructurales: i) La Cordillera de la Costa en la Isla de Chiloé, de baja topografía (máximos de ~800 msnm) y formada por un núcleo de basamento metamórfico Paleozoico, se encuentra flanqueada por cuencas de antearco con portente relleno sedimentario (hasta 4 km); ii) un Valle central sumergido, que forma parte de la cuenca de antearco oriental; iii) los Andes Norpatagónicos, compuestos principalmente por el Batolito Norpatagónico y las secuencias volcánicas mesozoicas de la Formación Lago la Plata y el Grupo Divisadero, que concentra en su ladera occidental el frente volcánico cuaternario y una gran zona de falla transpresiva; y iv) una serie de cordones montañosos de menor altura (~1500 msnm) y orientación ~NS, separados del orógeno principal hacia el este y agrupados como el “Antepaís Fragmentado de la Patagonia”, con un amplio registro de unidades ígneas y sedimentarias meso-cenozoicas. En la presente tesis se realizó un estudio integrado de ambas vertientes andinas, basado en trabajo de campo y con análisis de secciones sísmicas, e integrado con herramientas estructurales, geoquímicas, petrológicas, geofísicas y geocronológicas, con el fin de dilucidar, principalmente mediante la identificación de estratos sinorogénicos, los diferentes pulsos de contracción y extensión que han afectado a distintas zonas del margen norpatagónico. Para el dominio del antearco, se realizó un análisis estructural de campo y en secciones sísmicas 2D, concentrado en los episodios de deformación que han actuado sobre los depósitos sedimentarios cenozoicos y su relación con la fábrica de basamento y el alzamiento de la Cordillera de la Costa. Para la zona del arco, en el eje orogénico de la cordillera principal, se estudió la asociación magmática del arco mesozoico mediante relaciones de campo entre las unidades volcánicas jurásico-cretácicas, realizando un muestreo geoquímico con el propósito de caracterizar las fuentes magmáticas parentales de estas unidades y su relación con los pulsos iniciales de contracción Andina. En el retroarco, el trabajo de campo y en secciones sísmicas, apoyado por una datación U-Pb en circones, permitió determinar los tiempos de actividad de estructuras extensionales y contraccionales, identificando contracción durante el cretácico en la inversión temprana del rift continental, un régimen extensional controlando la deposición de las rocas volcánicas paleógenas y un control contraccional sobre secuencias sedimentarias y volcanoclásticas en el Mioceno medio-superior. Los resultados evidencian una discordancia angular producto de una contracción durante el Cretácico Inferior tardío, la cual habría actuado de manera simultánea en todo el sistema orogénico, determinando un primer pulso de exhumación del basamento en el antearco, inviertiendo las cuencas de intra-retroarco y, según las relaciones Sr/Y, La/Yb y Ce/Y de las rocas de arco jurásicas y cretácicas, sin engrosamiento cortical asociado en el eje orogénico. Este periodo se habría extendido durante el Cretácico Superior-Paleoceno inferior, donde un escenario de somerización de la losa oceánica es consistente con esta deformación generalizada y una migración oriental de los productos del arco. Los eventos volcánicos del Paleógeno estarían asociados a un evento de colapso extensional orogénico e interrupción en el crecimiento de la faja plegada y corrida, durante un periodo de reorganización de placas. Una segunda etapa compresiva durante el Mioceno consolida el orógeno principal y el antepaís fragmentado, determinando una reactivación contraccional de la faja plegada y corrida norpatagónica. Mediante un modelamiento termomecánico se realizó una caracterización reológica de la litósfera continental, utilizada para determinar discontinuidades corticales que permiten la construcción de una sección estructural balanceada y revelando un debilitamiento en el antepaís oriental con respecto al sector cordillerano. Este debilitamiento, asociado a los periodos de magmatismo generalizado en el margen, ha ejercido un fuerte control sobre la posterior generación y propagación de la deformación, concentrándose en anisotropías litosféricas de primer orden que regirían el cambio de los patrones tectónicos y magmáticos durante periodos de reorganización de placas y determinando el crecimiento y evolución del sistema orogénico.
In north Patagonia, the Andean cordilleran system corresponds to an orogenic segment with a wide geological record of the tectonic processes acting since Early Mesozoic times. Its subdued morphology, in terms of topography (<~2000 masl) and crustal thicknesses (30-40 km), has commonly been associated with reduced shortening and overall deformation, spite the lacking of constrains on the spatio-temporal development of the fold-thrust belt and the absence of an evolutionary tectonic model integrating the stages of orogenic construction. At approximately ~43° S, a continental-scale cross section reveals the following morphostructural units: i) The Coastal Cordillera in the Chiloé Island, formed by a low elevation (maximum ~800 masl) basement core of paleozoic metamorphic rocks, flanked by forearc basin with thick sedimentary infill (up to 4 km); ii) a submerged Central Valley, part of the eastern forearc basin; iii) the North Patagonian Andes, mainly composed by the North Patagonian Batholith and the Mesozoic volcanism from the Lago la Plata Formation and the Divisadero Group, characterized in its western slope by the active volcanic arc and a major transpressive fault zone; and iv) a series of ~NS-oriented , ~1500 m-high mountain ranges, separated from the main orogenic axis and grouped as the “Patagonian broken foreland”, characterized by a wide record of igneous and sedimentary meso-cenozoic units. In the present thesis, an integrated study was performed on both Andean slopes, based on field work and seismic sections analysis and integrated with structural, geochemical, petrological, geophysical and geochronological tools, in order to elucidate, mainly through the identification of sinorogenic strata, the different contractional-extensional pulses that have acted in distinctive sectors of the north patagonian margin. In the forearc zone, a structural analysis was carried out through field work and 2D seismic sections analysis, focused on the deformational episodes acting on the Cenozoic sedimentary deposits and their relationship with the basement structural fabric and the uplift of the Costal Cordillera. For the arc zone, located in the orogenic axis of the main cordillera, the Mesozoic magmatic arc was studied, through field structural relations of the Jurassic-Cretaceous volcanic-sedimentary units and geochemical sampling in order to characterize de parental magmatic sources and its relation with the early stages of Andean construction. On the retroarc, field work and seismic section analysis, supported by a U-Pb zircons dating, allowed determining the timing in the activity of the of contractional and extensional structures, identifying a a contractional pulse during the Cretaceous and the early inversion stage of the continental rift, an extensional regime controlling deposition of the paleogene volcanic rocks, and a contractional control on the sedimentary and volcanoclastic sequences of the midlle-late Miocene. The results indicate an angular unconformity produced by a late Early Cretaceous contraction that would have acted almost simoultaneously in the whole orogenic system, determining the early basement exhumation in the forearc, leading to tectonic inversion of the intra-retroarc basins and, according to the Sr/Y, La/Yb and Ce/Y ratios of the arc-related Jurassic and Cretaceous volcanic rocks, with no net crustal thickening in the orogenic axis. This period would have extended though the Late Cretaceous and early Paleocene, where a slab shallowing scenario is consistent with generalized upper plate contraction and an eastern migration of the magmatic arc. The paleogene volcanic events would have been associated with an orogenic extensional collapse and with a fold-thrust belt growth interruption, during a plate reorganization period. A second contractional stage during the Miocene rise the main orogen and the broken foreland system, determining a contractional reactivation of the north Patagonian fold-thrust belt. A rheological characterization of the continental lithosphere was performed through a termomechanical model, used to determine the crustal discontinuities that constrain the deep structure of a continental-scale, balanced structural cross section, revealing a weakening in the eastern foreland with respect to the cordilleran area. This weakening, linked to periods of generalized magmatism through the margin, has exerted a strong control on the generation and propagation of deformation, highlithing the role of first-order lithospheric anisotropies that would have influenced the changes in the tectonic and magmatic patterns during plate reorganization periods and determining the growth and evolution of the orogenic system.
Fil: Echaurren González, Andrés. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.