El levantamiento de los Andes patagónicos australes : un estudio estructural y geocronológico de la faja plegada y corrida entre los 49° 30’ S y 51° 30’ S

• Autores: Albano García, Juan Francisco
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Ghiglione, Matías C.; Rocha, Emilio
• Materia: CUENCA AUSTRAL-MAGALLANES; EVOLUCION CINEMATICA; MODELADO ESTRUCTURAL; GEOCRONOLOGIA U-PB EN CIRCONES; ANALISIS DE PROCEDENCIA DE SEDIMENTOS; ANDES PATAGONICOS AUSTRALES; FAJA PLEGADA Y CORRIDA; TECTONICA DE INVERSION; AUSTRAL-MAGALLANES BASIN; KINEMATIC EVOLUTION; STRUCTURAL MODELLING; U-PB ZIRCON GEOCHRONOLOGY; SEDIMENT PROVENANCE ANALYSIS; SOUTHERN PATAGONIAN ANDES; FOLD-THRUST BELT; INVERSION TECTONICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los Andes Patagónicos Australes constituyen un orógeno de subducción que se ubica en el sur de Argentina y Chile. Se caracteriza por la presencia de depósitos correspondientes a la transgresión marina cretácica de la cuenca Austral-Magallanes y por el desarrollo axial del Batolito Patagónico. La construcción orogénica en esta región comienza en el Cretácico y continúa en pulsos de mayor o menor intensidad hasta la actualidad, esta tesis doctoral se centra en estudiar y caracterizar estos episodios de construcción orogénica, para ello se presenta un estudio multidisciplinario de la evolución estratigráfica y estructural de los Andes Patagónicos Australes entre los 49° 30’ S y 51° 30’ S, empleando enfoque que combina geocronología U-Pb de los depósitos de la cuenca de antepaís y modelado cinemático-estructural de la faja plegada y corrida. Se analizaron un total de 31 muestras para geocronología U-Pb distribuidas en toda la columna sedimentaria con el objetivo de ajustar al detalle las edades de las unidades, acotar los intervalos de hiatus en la columna y reconocer las variaciones en los aportes de sedimentos a partir del espectro de edades de los circones detríticos. La edad máxima de depositación (MDA) más antigua obtenida es de 96,0 ± 1,5 Ma y corresponde a los primeros bancos turbidíticos asociados al inicio de la cuenca de antepaís. La secuencia estratigráfica continúa con depósitos que abarcan desde ambientes marino profundos hasta ambientes de plataforma en una secuencia de somerización continua y sin interrupciones en la sedimentación durante ~36 Ma. En esa secuencia se reconoce la Formación Punta Barrosa (entre ~100 y 87 Ma), Formación Cerro Toro (entre ~87 y 80 Ma), Formación Tres Pasos (entre ~80 y 72 Ma), Formación Dorotea (entre ~ 72 y 65 Ma) y Formación Cerro Dorotea (entre ~ 65 y 59 Ma). La sedimentación paleógena es mucho más discontinua de lo observado durante el Cretácico, se advierte la presencia de por lo menos dos hiatus en la sedimentación: el primero entre los ~59 y 47 Ma separando la formación Cerro Dorotea de la Formación Río Turbio y el segundo entre los ~27 y 25 Ma separando la Formación Río Turbio y Río Guillermo, existiendo también la posibilidad que la transición entre el miembro inferior y superior de la Formación Río Turbio esté separado por otro hiatus en la sedimentación o incluso varias interrupciones dentro del miembro superior que se advierten por saltos significativos en las edades de sus depósitos. Luego de la Formación Río Turbio (entre ~ 47 y 27 Ma), la secuencia estudiada continúa con la Formación Río Guillermo (entre ~25 y 20 Ma) y Formación Río Leona (entre ~20 y 18 Ma) pasando de ambientes marino costeros a ambientes enteramente continentales. Con respecto a la procedencia de los circones, en toda la secuencia se puede reconocer un aporte de granos cretácicos provenientes del Batólito Patagónico como fuente predominante, seguida de circones provenientes del volcanismo extensional jurásico y de los complejos metamórficos pre-jurásicos. La Formación Punta Barrosa es la única que registra circones del volcanismo extensional Jurásico extra-Andino y, a partir del Santoniano-Cenomaniano esa fuente disminuye y aparecen circones que se asocian a la Formación El Quemado/Tobíbera ubicada en la faja plegada y corrida, indicio de que, para ese momento se estaba exhumando esta unidad al oeste. Otra característica de la procedencia de circones de la cuenca es que, las unidades paleógenas presentan una reducción progresiva de la proporción de circones provenientes de los complejos metamórficos pre-Jurásicos y del volcanismo extensional Jurásico indicando que esas fuentes fueron quedando aisladas a partir del Eoceno. Por último se pueden reconocer etapas de bajo y alto aporte de circones relacionadas a la mayor o menor actividad volcánica en la región. Las etapas de cese de la producción de circones son entre los entre los ~140 y 130 Ma, etapa en que termina el volcanismo sinextensional y previo a los picos de actividad del volcanismo de arco y entre los ~ 60 y 45 Ma, coincidente temporalmente con el hiatus en la sedimentación a estas latitudes. Mientras que las etapas de máxima producción son: la primera entre los ~ 105 y 95 Ma y la segunda durante el Eoceno, entre los ~ 41 y 38 Ma. El estudio de las estructuras de la región se realizó a partir de datos de campo y de interpretación sísmica para lograr construir secciones balanceadas con un modelado del tipo forward. La estructuración de la faja plegada y corrida se desarrolla con diferentes mecanismos superpuestos: en el basamento, se identifican estructuras de inversión tectónica y en algunos sectores un apilamiento tipo dúplex, por otro lado, la cubierta sedimentaria presenta una serie de fallas de bajo ángulo, en su mayoría con vergencia al oeste, que están desacopladas del basamento. Los acortamientos calculados varían mucho dependiendo de la posición de la cuña orogénica estudiada, obteniendo resultados de entre el 20% en regiones donde alcanza a aflorar el Jurásico y 3.5% en una posición mas oriental, cercana al frente orogénico. Además se estudió la deformación extensional de la región cercanos a los 5 km (al momento del rift). El análisis estratigráfico-estructural nos permite definir dos pulsos de construcción orográfica muy marcados, el primero durante el Cretácico Superior durante el cual predominan los mecanismos de inversión tectónica y alcanza a exhumar las rocas del volcanismo extensional jurásico y una segunda etapa que habría comenzando en el límite Oligoceno-Mioceno durante la cual, además de invertir el fallamiento extensional, se desarrollan las estructuras tipo duplex y la deformación de piel fina. Se puede mencionar como tercer pulso a la fase Eocena, históricamente conocida como fase Incaica, que parece haber tenido menor magnitud y alcance en la Patagonia Austral. En esta tesis se propone que existió algo de acortamiento al sur de la cuenca pero que, la exhumación del orógeno durante este período no estaría dado principalmente por deformación cortical sino mas asociado a un levantamiento regional de la litósfera.
The Southern Patagonian Andes constitute a subduction-related orogen located in southern Argentina and Chile. This region is characterized by the presence of deposits associated with the Cretaceous marine transgression of the Austral-Magallanes Basin and by the axial development of the Patagonian Batholith. Orogenic growth in this area began in the Cretaceous time and has continued in pulses of varying intensity up to the present day. This PhD thesis focuses on studying and characterizing these episodes of orogenic growth through a multidisciplinary analysis of the stratigraphic and structural evolution of the Southern Patagonian Andes between 49°30′ S and 51°30′ S. The approach combines U-Pb geochronology of foreland basin deposits with kinematic-structural modeling of the fold-and-thrust belt. A total of 31 samples were analyzed for U-Pb geochronology, distributed throughout the entire sedimentary column with the aim of refining the ages of the stratigraphic units, constraining hiatus intervals, and identifying changes in sediment provenance based on the detrital zircon age spectra. The oldest maximum depositional age (MDA) obtained is 96.0 ± 1.5 Ma, corresponding to the first turbiditic beds associated with the onset of foreland basin development. The stratigraphic sequence continues with deposits ranging from deep marine to platform environments, in a continuous shallowing-upward succession of uninterrupted sedimentation over ~36 Myr. Within this sequence, the following units are recognized: Punta Barrosa Formation (~100–87 Ma), Cerro Toro Formation (~87–80 Ma), Tres Pasos Formation (~80–72 Ma), Dorotea Formation (~72–65 Ma), and Cerro Dorotea Formation (~65–59 Ma). Paleogene sedimentation is much more discontinuous compared to the Cretaceous record. At least two major hiatuses are identified: the first one between ~59 and 47 Ma, separating the Cerro Dorotea Formation from the Río Turbio Formation, and the second one between ~27 and 25 Ma, separating the Río Turbio and Río Guillermo Formations. There is also a possibility that the transition between the lower and upper members of the Río Turbio Formation is marked by another hiatus—or even multiple interruptions within the upper member—evidenced by significant gaps in detrital zircon ages. Following the Río Turbio Formation (~47–27 Ma), the studied sequence continues with the Río Guillermo Formation (~25–20 Ma) and the Río Leona Formation (~20–18 Ma), recording a transition from coastal marine to fully continental environments. Regarding zircon provenance, the entire stratigraphic sequence shows a dominant input of Cretaceous grains derived from the Patagonian Batholith, followed by zircons sourced from Jurassic extensional volcanism and pre-Jurassic metamorphic complexes. The Punta Barrosa Formation is the only unit that records zircons from the extra-Andean Jurassic extensional volcanism. From the Santonian–Cenomanian onwards, this source diminishes and zircons appear that are associated with the El Quemado/Tobífera Formation, located in the fold-thrust belt—evidence that this unit was being exhumed to the west at that time. Another notable feature of zircon provenance in the basin is that the Paleogene units show a progressive decline in the proportion of zircons derived from pre-Jurassic metamorphic complexes and Jurassic extensional volcanism, indicating that these sources became increasingly isolated starting in the Eocene. Finally, periods of low and high zircon input can be identified, reflecting variations in volcanic activity in the region. Periods of zircon production shutdown occurred between ~140 and 130 Ma—marking the end of synextensional volcanism and preceding the arc-related volcanic activity peaks—and between ~60 and 45 Ma, which temporally coincides with a major sedimentary hiatus at these latitudes. In contrast, the main periods of zircon production were: the first one between ~105 and 95 Ma, and the second one during the Eocene, between ~41 and 38 Ma. The structural study of the region was carried out using field data and seismic interpretation to construct balanced cross-sections through forward modeling. The structural development of the fold-thrust belt involves multiple superimposed mechanisms. In the basement, tectonic inversion structures are identified, and in some areas, duplex stacking is observed. In contrast, the sedimentary cover is characterized by a series of low-angle faults, mostly west-verging, that are decoupled from the basement. Calculated shortening values vary significantly depending on the position within the orogenic wedge, ranging from approximately 20% in areas where Jurassic rocks are exposed, to about 3.5% in more eastern zones near the orogenic front. Additionally, extensional deformation in the region was studied, yielding extension values between 11% and 14%, and detachment depths of around 5 km at the time of rifting. The stratigraphic-structural analysis allows us to define two distinct pulses of orogenic construction. The first occurred during the Late Cretaceous, characterized predominantly by tectonic inversion mechanisms, which led to the exhumation of Jurassic extensional volcanic rocks. The second pulse began around the Oligocene–Miocene boundary and is marked not only by continued inversion of extensional faults but also by the development of duplex structures and thin-skinned deformation. A third pulse can also be mentioned, corresponding to the Eocene phase—historically referred to as the Incaic phase—which appears to have been of lesser magnitude and extent in Southern Patagonia. This thesis proposes that some shortening did occur in the southern part of the basin during this phase, but that the exhumation of the orogen during Eocene time was not primarily driven by crustal deformation. Instead, it was more likely associated with regional lithospheric uplift.
Fil: Albano García, Juan Francisco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.