Structural evolution of The Collón Cura basin: Tectonic implications for the north Patagonian Broken Foreland

Lopez, M.; García, Marcelo; Bucher, Joaquín; Funes, Daniela Soledad; D’Elía, Leandro; Bilmes, Andrés; Naipauer, Maximiliano; Sato, Ana María; Valencia, Víctor A.; Franzese, Juan Rafael

doi:10.1016/j.jsames.2019.04.021

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“…These have been interpreted as syncontractional deposits coeval to the uplift of the Sañico Massif. At this site, the Caleufu Formation shows no evidence of deformation (López et al., 2019). Further evidence is seen within the Collón Cura basin, where contractional structures affecting the upper Miocene sections in the Junín de los Andes area are locally associated with progressive unconformities.…”

Section: Records Of Deformationmentioning

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“…Within the Caleufu Formation (Figure 3), that record can be linked to motion along this east‐dipping fault. A few kilometers to the north, progressive unconformities within the La Pava and the Collón Cura Formations have also been described in the hanging wall of a NNE‐trending splay related to the main fault (López et al., 2019). These have been interpreted as syncontractional deposits coeval to the uplift of the Sañico Massif.…”

Section: Records Of Deformationmentioning

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The Influence of Climate on the Dynamics of Mountain Building Within the Northern Patagonian Andes

et al. 2021

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Spatial and temporal variations in climate are hypothesized to have a significant influence on orogen behavior (e.g., Berger et al., 2008; Whipple, 2009). Empirical and theoretical studies, both postulate that a climatically modulated increase in erosion should force structural reorganization within an orogen, with the leading edge of deformation retracting during intervals of enhanced erosion (e.g.,

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Section: Records Of Deformationmentioning

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Section: Records Of Deformationmentioning

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The Influence of Climate on the Dynamics of Mountain Building Within the Northern Patagonian Andes

et al. 2021

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“…Two orogenic stages, a late Early Cretaceous to early Paleogene stage and a middle Miocene to Pliocene stage, have been recognized in the Patagonian Cordillera, the Patagonian Precordillera ( Fig. 1A; also named the Precordilleran system, or the Eastern Precordillera, or the North Patagonian fold and thrust belt; e.g., Bilmes et al, 2013;Folguera et al, 2018;Orts et al, 2015;Ramos et al, 2014), and the socalled broken foreland generated by the uplift of basement blocks related to the contractional reactivation of older crustal discontinuities and the deformation of former graben/half graben systems (Echaurren et al, 2016;López et al, 2019). These latter were formed in the context of Early Jurassic to Early Cretaceous extension associated with a protracted slab rollback, which is coherent with the westward shift of arc magmatism (Ramos, 1999(Ramos, , 2010.…”

Section: Introductionmentioning

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The role of slab geometry in the exhumation of cordilleran-type orogens and their forelands: Insights from northern Patagonia

et al. 2021

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In cordilleran-type orogens, subduction geometry exerts a fundamental control on the tectonic behavior of the overriding plate. An integrated low-temperature, large thermochronological data set is used in this study to investigate the burial and exhumation history of the overriding plate in northern Patagonia (40°−45°S). Thermal inverse modeling allowed us to establish that a ∼2.5−4-km-thick section originally overlaid the Jurassic−Lower Cretaceous successions deposited in half-graben systems that are presently exposed in the foreland. Removal of the sedimentary cover started in the late Early Cretaceous. This was coeval with an increase of the convergence rate and a switch to a westward absolute motion of the South American Plate that was accompanied by shallowing of the subducting slab. Unroofing was probably further enhanced by Late Cretaceous to early Paleogene opening of a slab window beneath the overriding plate. Following a tectonically quiescent period, renewed exhumation occurred in the orogen during relatively fast Neogene plate convergence. However, even the highly sensitive apatite (U-Th)/He thermochronometer does not record any coeval cooling in the foreland. The comparison between Late Cretaceous and Neogene exhumation patterns provides clear evidence of the fundamental role played by inter-plate coupling associated with shallow slab configurations in controlling plate-scale deformation. Our results, besides highlighting for the first time how the whole northern Patagonia foreland was affected by an exhumation of several kilometers since the Late Cretaceous, provide unrivalled evidence of the link between deep geodynamic processes affecting the slab and the modes and timing of unroofing of different sectors of the overriding plate.

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“…En la región del Antepaís Norpatagónico (Figura 1), durante el Mioceno se configuró una compleja red de sistemas de transferencia de sedimentos (Bilmes et al, 2019) que se vio perturbada por procesos tectono-magmáticos, climáticos y eustáticos tales como: i. la principal fase de levantamiento orogénico de los Andes Norpatagónicos; ii. la configuración del sistema de Antepaís Fragmentado Patagónico (Figura 1; Folguera y Bilmes et al, 2013;Folguera et al, 2018;Franzese et al, 2018;Bucher et al, 2019b;López et al, 2019); iii. una alta productividad magmática con generación de cuerpos intrusivos y grandes acumulaciones volcaniclásticas en el área extra-andina (González Díaz, 1982;Hervé et al, 2007;Castro et al, 2010;Aragón et al, 2011); y iv.…”

Section: Introductionunclassified

“…la conformación de una sombra de lluvias que produjo importantes variaciones paleoclimáticas y paleoecológicas (Blisniuk et al, 2005;Ortiz-Jaureguizar y Cladera, 2006;Roux, 2012;Bucher et al, 2019c). En este contexto, la región del Antepaís Norpatagónico se configuró como un conjunto de cuencas intermontanas miocenas aisladas de la influencia de las variaciones eustáticas, que se caracterizan por episodios de acumulación en condiciones de cuencas abiertas y cerradas y sucesiones sedimentarias sin-orogénicas altamente influenciadas por aporte volcaniclástico (Figura 1; Bilmes et al, 2013Bilmes et al, y 2014Ramos et al, 2014;Huyghe et al, 2014;Franzese et al, 2018;Bucher et al, 2019 a y b;López et al, 2019). De este modo, estas cuencas constituyen un caso de estudio excepcional para el análisis de la interacción entre procesos tectono-magmáticos y climáticos y sus consecuencias en la producción y distribución de sedimentos sobre la superficie de la tierra.…”

Section: Introductionunclassified

Análisis del relleno volcano-sedimentario de la cuenca de Collón Cura y su correlación con el Antepaís Neógeno de los Andes del sur de Neuquén y norte de Río Negro

López¹

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El presente trabajo de tesis doctoral contiene un análisis del relleno volcanosedimentario neógeno de la cuenca de Collón Cura, ubicada en el contexto del Antepaís Norpatagónico de la región sur del Neuquén y norte de Río Negro, Argentina. El análisis se realizó mediante múltiples metodologías y resulta en una aproximación secuencial del relleno de la cuenca con implicancias para la región del antepaís y el análisis de señales ambientales a distintos órdenes de magnitud. La cuenca de Collón Cura constituye una depresión elongada de 120 km de longitud y 40 km de ancho con rumbo general NNW – SSE que se encuentra limitada al W y E por fallas inversas generadas por re-activación e inversión de estructuras preexistentes que afectan parcialmente al relleno. El límite occidental separa el relleno de la cuenca con los Andes Norpatagónicos y corresponde a un sistema de fallas de vergencia al este que se extiende por más de 120 km con rumbo general NNW – SSE. El límite oriental separa el relleno de la cuenca con el Macizo de Sañicó y corresponde a un sistema de fallas de vergencia al oeste que se compone de fallas discontinuas de decenas de kilómetros con orientaciones que varían de NNW – SSE a NNE – SSW. Ambos sistemas de fallas configuran la cuenca como una zona triangular, dentro de la cual se presenta un sistema de fallas inversas de vergencia opuesta y orientación N – S que afectan a todo el relleno de la cuenca. El relleno de la cuenca se caracteriza por volcanitas y sedimentitas volcaniclásticas y epiclásticas y fue dividido en cuatro Secuencias Depositacionales (A1, A2, A3 y A4) limitadas por Superficies de Discontinuidad (S1, S2, S3 y S4). Análisis geométricos de las superficies S1, S3 y S4, y la confección de las superficies potenciales iniciales S3’ y S4’ permitieron estimar los volúmenes potenciales iniciales de las secuencias A1-A2’ (1125 km3) y A3’ (1719 km3) y los volúmenes preservados finales de las secuencias A1-A2 (297 km3) y A1-A3 (1666 km3). El esquema cronoestratigráfico confeccionado por un perfil magnetoestratigráfico calibrado con dos dataciones radimétricas U-Pb en circones acotaron al relleno entre el Mioceno temprano a medio-superior (21/16,0 Ma) y el límite Mioceno-Plioceno (~ 5 Ma). La secuencia A1 (21/16,0 y 15,160 Ma; Burdigaliano - Langhiano) se desarrolla por encima del basamento, se limita por las superficies S1 y S2 y fue acumulada en sistemas aluviales volcaniclásticos con moderado a escaso desarrollo de paleosuelos (AF1 y 2) que desembocaban en un sistema lacustre somero (AF3). La secuencia A2 (15,160 y 15,032 Ma; Langhiano) se limita por las superficies S2 y S3 y corresponde a depósitos de corrientes piroclásticas (AF4 y 5) y sistemas de bajadas volcaniclásticas (AF6 y 7). La secuencia A3 (15,032 y 12,049 Ma; Langhiano - Serravaliano) se limita por las superficies S3 y S4 y fue acumulada en un sistema fluvial axial de carga mixta (AF9 y 10) con intercalaciones de sistemas de fajas de canales de carga gravosa (AF8), depósitos de corrientes piroclásticas (AF11), acumulaciones eólicas (AF12) y coladas de lava (AF13). La secuencia A4 (10,6 ± 0,2 y ~ 5 Ma; Tortoniano - Zancleano) se desarrolla por encima de la superficie S4 y consiste en un sistema fluvial axial de fajas de canales con carga gravosa (AF14) y sistemas aluviales transversales (AF15). El análisis espacial, temporal y depositacional de las Secuencias Depositacionales y Superficies de Discontinuidad junto con la determinación cuali-cuantitativa de los indicadores ambientales tectónicos, volcánicos y climáticos permitió desarrollar un modelo evolutivo de la cuenca de Collón Cura que contempla 5 etapas. La primera etapa (Etapa 1; ~21/16,0 – 15,160 Ma) corresponde a sistemas aluviales volcaniclásticos y sistemas lacustres someros depositados sin-cinematicamente a los márgenes de la cuenca con tasas de rotación de 0,069º/ka para el dominio occidental y 0,041º/ka para el dominio oriental. Los sistemas poseen hasta 94,8 % de componentes volcaniclásticos secundarios resedimentados / retrabajados y 5,2 % de componentes epiclásticos de origen volcánico y fueron acumulados a razón máxima de 2,5 cm/ka bajo condiciones ambientales templadas sub-húmedas con estacionalidad marcada y precipitaciones y temperaturas medias anuales máximas del orden de los 801 ± 20 mm/año (índice ΣBases) y 11º ± 1º C (índice SAL). La segunda estapa (Etapa 2; 15,160 – 15,032 Ma) contiene 1125 km3 de materiales de los cuales 69 % corresponden a depósitos de corrientes piroclásticas y 31 % a sistemas de bajadas volcaniclásticas depositados bajo tasas de acumulación de 78 cm/ka. Estos depósitos son sin-cinemáticos a ambos márgenes y fueron depositados bajo condiciones ambientales templadas sub-húmedas. La tercer etapa (Etapa 3; 15,032 – 12,049 Ma) corresponde a un lapso de no depositación y erosión con desarrollo de valle inciso que removió 863 km3 de material del relleno. La etapa se dio en condiciones sin-cinemáticas al sistema de fallas del dominio occidental con tasas de rotación del rango de los 0,069º/Ka y 0,032º/Ka y coetáneamente a la desactivación del sistemas de fallas del dominio oriental. La cuarta etapa (Etapa 4; 12,049 – 10,6 ± 0,2 Ma) de evolución de la cuenca presenta 1719 km3 de sistemas fluviales de carga mixta interdigitados con sistemas de fajas de canales gravosos que fueron depositados en condiciones sin-cinemáticas al dominio occidental bajo tasas de rotación de 0,032º/Ka y post-cinemática al dominio oriental. En conjunto estos sistemas se depositaron bajo tasas de acumulación de 9,52 cm/ka y se componen de un 4,6 % de depósitos volcaniclásticos primarios (ignimbritas) y 95,4 % de depósitos mixtos. La quinta y última etapa (Etapa 5; 10,6 ± 0,2 - ~ 5 Ma) se caracteriza por la depositación de sistemas fluvio-aluviales poscinemáticos a los márgenes de la cuenca ocurrida bajo condiciones ambientales semiáridas. Se componen de depósitos mayormente epiclásticos con escaso a nulo aporte volcaniclásticos. Luego de la depositación de los sistemas y previamente a los ~ 5 Ma se desarrolló el sistema de fallas del dominio central que deformo a todas las unidades del relleno. El análisis secuencial a escala de relleno de cuenca (1º orden; 106 – 107 años) permitió definir episodios de acumulación y no depositación/erosión limitados por superficies de 1º orden que registran modificaciones en el espacio de acomodación y aporte sedimentario debido a la interrelación de los factores de control tectónico, volcánico y climático. En el Episodio de acumulación inicial (Etapas 1 y 2) se generó espacio de acomodación debido a procesos tectónicos de activación e inversión de estructuras que ocasionaron la fragmentación del antepaís y la configuración del depocentro cerrado que fue colmatado por el intenso volcanismo instaurado producto de una nueva dinámica magmática de subducción. Durante el Episodio de no depositación/erosión inicial (Etapa 3) ocurrió una disminución en el espacio de acomodación debido a la captura fluvial de la cuenca a causa de una interrelación entre el cese del levantamiento de la barrera topográfica y la condiciones paleoclimáticas subhúmedas. En el Episodio de acumulación final (Etapa 4) se generó espacio de acomodación debido a una subsidencia regional que favoreció la configuraron los principales sistemas de transferencia de sedimentos debido al interconexión regional de redes de drenaje y la acumulación de sistemas fluviales. Finalmente, durante el Episodio no depositación/erosión final (Etapa 5) se generó una disminución del espacio de acomodación debido a un levantamiento tectónico generado por variaciones climáticas que produjeron la denudación orogénica. La identificación de las señales ambientales a distintos órdenes fue considerado como clave para demostrar la interdependencia de los controles como causales de las mismas. De esta manera, se identificó que la interdigitación de sistemas fluviales de carga mixta y sistemas fluviales de carga de fondo gravosa del episodio de acumulación final corresponde a señales ambientales de 2º orden (105 – 106 años) producto de variaciones en el control tectónico. La modificación en los procesos de resedimentación / retrabajo de flujos gravitacionales de sedimentos hacia procesos eólicos en las bajadas volcaniclásticas del episodio de acumulación inicial se identificó como una señal ambiental de 3º orden (104 – 105 años) debida a variaciones en el factor de control climático. La depositación de grandes volúmenes de corrientes piroclásticas sobre sistemas aluviales voclaniclásticos y lacustres del episodio de acumulación inicial se identificó como una señal ambiental de 4º - 5º orden (102 – 104 años) producida por una variación en el factor de control volcánico.

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Análisis del relleno volcano-sedimentario de la cuenca de Collón Cura y su correlación con el Antepaís Neógeno de los Andes del sur de Neuquén y norte de Río Negro

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