Andean geology

Geoquímica de tefras de volcanes Cuaternarios de la Península Antártica

In the northern Antarctic Peninsula area, at least 12 Late Plelstocene-Holocene volcanic centers could be potential sources of tephra layers in the region. We present unique geochemical fingerprints for ten of these volcanoes using major, trace, rare earth element, and isotope data from 95 samples of tephra and other eruption products. The volcanoes have predominantly basaltic and basaltic andesitic compositions. The Nb/Y ratio proves useful to distinguish between volcanic centers located on the eastern (Larsen Rift) and those situated on the western side (Bransfield Rift) of the Antarctic Peninsula. In addition, the Sr/Nb ratio (for samples with SiO2 <63 wt%), along with Sr/Y, Ba/La, Zr/Hf and Th/Nb are suitable to unequivocally characterize material erupted from every studied volcanic center. Microprobe analyses on volcanic glass show that the samples are generally very poor in K2O, and that glass from Bransfield Rift volcanoes is enriched in SiO2, while that of Larsen Rift volcanoes tends towards elevated alkali contents. We propose an algorithm for the identification of the source volcano of a given tephra layer using the new geochemical fingerprints. This will contribute to the development of a regional tephrochronological framework needed for future correlations of tephra in climate archives (e.g., marine, lacustrine and ice cores).

En la parte norte de la Península Antártica existen, por lo menos, 12 centros volcánicos del Pleistoceno Tardío-Holoceno que podrían representar las fuentes de horizontes de tefra reconocidos en la región. Se reportan aquí análisis químicos de 10 de estos volcanes, que incluyen análisis de elementos mayores, trazas, tierras raras y composición isotópica de 95 muestras de tefra u otros productos eruptivos. Los volcanes tienen, en su mayoría, composición basáltica a basáltico-andesítica. Las razones Nb/Y resultan útiles para distinguir entre centros volcánicos ubicados al lado oriental (Larsen Rift) de aquellos ubicados al lado occidental (Bransfield Rift) de la Península Antártica. Adicionalmente, las razones Sr/Nb (para muestras con SiO2 <63 wt%), Sr/Y, Ba/La, Zr/Hf y Th/Nb sirven para caracterizar los productos generados por cada centro volcánico. Análisis de microsonda en vidrio muestran que las rocas estudiadas tienen bajos contenidos de K2O, y que vidrios de rocas provenientes de volcanes ubicados en el rift de Bransfield son ricos en SiO2, mientras que las de volcanes del rift de Larsen tienden hacía contenidos elevados de álcalis. Se propone un algoritmo para la identificación del volcán de origen de un horizonte de tefra cualquiera, basado en las distintivas composiciones geoquímicas aquí reportadas. Este estudio contribuirá al desarrollo de un marco tefrocronológico regional indispensable para futuras correlaciones de tefra en distintos registros paleoclimáticos (por ejemplo, testigos de sedimentos marinos y lacustres, núcleos de hielo).

Sedimentología y estratigrafía de la Formación Vaca Muerta (Tithoniano-Berriasiano) en el área del cerro Domuyo, norte de Neuquén, Argentina

Los depósitos de la Formación Vaca Muerta en el área del cerro Domuyo muestran una interesante interca-laclón de depósitos con paleocorrientes opuestas. La unidad está representada por facies de cuenca y rampa externa con dirección de progradación hacia el oeste. Sin embargo, en su parte media se intercalan depósitos de talud, con desarrollo de deslizamientos sinsedimentarios hacia el NE, que pueden asignarse al Miembro Huncal. Este intervalo se compone de facies carbonáticas que probablemente se asocien con el desarrollo de un talud relacionado con una plataforma carbonática o una rampa distalmente profundizada. A partir de la fauna de amonites reconocida, la Formación Vaca Muerta se extiende desde el Tithoniano temprano hasta el Berriasiano tardío, aunque podría alcanzar el Valanginiano temprano. El Miembro Huncal contiene representantes de la Biozona de Substeueroceras koeneni (Tithoniano tardío), por lo que su edad sería más antigua que la propuesta en la localidad tipo y permitiría su correlación con las unidades aflorantes en el territorio chileno.

The Vaca Muerta Formation in the Cerro Domuyo area shows an interesting intercalation of facies with opposite paleocurrents. The unit is represented by outer ramp to basinal facies with a westward direction of progradation. However, in its middle section, slope deposits correlatable with the Huncal Member, are intercalated with slumped strata verging NE. This interval is composed of carbonate facies and it is probably associated with the development of a slope related to a carbonate platform or a distally steepened carbonate ramp. Based on the ammonoid fauna, the age of the Vaca Muerta Formation ranges from the early Tithonian to the late Berriasian, but it could also reach the early Valanginian. The Huncal Member yields representatives of the Substeueroceras koeneni Biozone (late Tithonian), hence its age is older than that proposed in its type locality allowing its correlation with units exposed in the Chilean territory.

Evidencias de una edad miocena temprana-media de la Formación Navidad: Implicancias paleontológicas, paleoclimáticas y tectónicas

The age of the Navidad Formation in central Chile has always been controversial, mainly due to the conflicting age ranges indicated by its macro- and microfossils. Macrofossils are generally interpreted as having been reworked from older, Early to Middle Miocene strata, whereas a Late Miocene-Pliocene age has been accepted on the basis of planktonic foraminifer index species. The results of this study, however, indicate that the macrofossils occur in situ, which necessitates a complete revision of the geochronological data. It is concluded that the evidence for an Early to Middle Miocene age is overwhelming, and that the planktonic foraminifer index species must have appeared in the SE Pacific earlier than elsewhere. These include Globoturborotalia apertura, Globorotalia puncticulata (Deshayes), Globorotalia spheriomizea (Walters), Neogloboquadrina pachyderma (Ehrenberg), and Neogloboquadrina acostaensis (Blow). An Early to Middle Miocene age for the Navidad Formation correlates well with a reinterpretation of its depo-sitional environment as a continental shelf instead of a deepwater continental slope, global and regional paleoclimatic events, and the tectonic development of the Andes Range.

La edad de la Formación Navidad en Chile central siempre ha sido controversial, debido a los distintos rangos de edad indicados por los macro- y microfósiles. En general, se considera que los macro-fósiles han sido retrabajados de estratos del Mioceno Temprano a Medio, y se aceptó una edad miocena tardía para esta unidad sobre la base de especies indicadoras de foraminíferos planctónicos. Sin embargo, los resultados de este estudio indican que los macrofósiles ocurren in situ, lo cual hace necesario una revisión completa de los datos geocronológicos. Se concluye que la evidencia por una edad miocena temprana a media es contundente, y que los foraminíferos planctónicos que indicarían una edad miocena tardía aparecieron más temprano en el SE del océano Pacífico que en otras partes. Estos foraminíferos incluyen Globoturborotalia apertura, Globorotalia puncticulata (Deshayes), Globorotalia spheriomizea (Walters), Neogloboquadrinapachyderma (Ehrenberg), y Neogloboquadrina acostaensis (Blow). Una edad miocena temprana a mediana correlaciona bien con la reinterpretación del ambiente deposicional como una plataforma continental en vez de un talud continental con agua profunda, eventos paleoclimáticos reconocidos a escala global y regional, y el desarrollo tectónico de los Andes.

Rol del clima y la tectónica en la evolución geomorfológica de los Andes Semiáridos chilenos entre los 27-32°S

Un análisis morfométrico que considera la pendiente topográfica y la hipsometría, evidencia las diferencias longitudinales y latitudinales en el grado de madurez del relieve de la región andina entre los 27-32°S. Mientras que el rejuvenecimiento del paisaje de la Cordillera de la Costa se produce al sur de los 29,5°S, en la Cordillera Principal ello ocurre al sur de los 28,5°S. La combinación entre un clima más húmedo hacia el sur y la presencia de segmentos con diferentes rasgos tectónicos explicarían estas variaciones. Longitudinalmente, los rasgos geomorfológicos indican la presencia de un Frente de Montaña que separa la Cordillera de la Costa de la Cordillera Principal. Entre los 28,5° y 30,5°S este frente puede ser atribuido a la actividad del Sistema de Fallas Vicuña-San Félix, la que durante el Oligoceno-Mioceno Temprano habría acomodado el alzamiento relativo de la Cordillera Principal. En respuesta a esta actividad tectónica se habrían formado sucesivos escalones de pedimentos que se encajaron uno con respecto al otro. Durante el Mioceno Medio se produjo un nuevo episodio de alzamiento, que involucró a todo el antearco y es en respuesta a este alzamiento que se excavaron los actuales valles que lo cruzan. Entre los 28,5° y 30,5°S, la cabecera de los valles alcanzaron un rango de altitud suficiente como para generar una erosión fluvio-glacial que ha permitido la incisión de profundos cañones en este segmento de la Cordillera Principal.

A morphometric analysis that considers hypsometry and topographic slope reveals longitudinal and latitudinal differences in the degree of maturity of the relief of the Andes between 27-32°S. Whereas landscape rejuvenation of the Coastal Cordillera takes place to the south of 29.5°S, in the Main Cordillera it happens south of 28.5°S. The combination of a wetter climate towards the south and the presence of segments with different tectonic features would explain these variations. Longitudinally, the geomorphological features indicate the presence of a mountain front that separates the Coastal Cordillera and the Main Cordillera. Between 28.5 and 30.5°S this front can be attributed to the activity of the Vicuña-San Félix Fault System, wich during the Oligocene-Early Miocene would have accommodated the relative uplift of the Main Cordillera. In response to this tectonic activity, successive levels of cut-and-fill pediments may have been formed. During the Middle Miocene, there was a new episode of uplift affecting the fore-arc and it is in response to this uplift that the valleys that cross this region were excavated. Between 28.5 and 30.5°S, the valleys head reached a sufficient altitude to generate fluvio-glacial erosion that allowed the incision of deep canyons in this segment of the Main Cordillera.

Levantamiento Cretácico Tardío en la faja plegada y corrida de Malargüe (35°S), Andes Centrales del sur, Argentina y Chile

The Cordillera de los Andes is the typical example of a subduction-related orogen. Its present topography is the result of post-Miocene uplift, however, Andean compressional deformation and uplift started in the Late Cretaceous, as increasingly recognized in different sectors of the mountain belt. We present evidences of a Late Cretaceous event of compressional deformation in the southern Central Andes (35°S), reflected in syn-orogenic foreland basin deposits assigned to the Neuquén Group in Argentina and the Brownish-Red Clastic Unit in Chile. Comparison of the facies of these units allows us to recognize a sector proximal to the Late Cretaceous orogenic front, a distal sector with sediment provenance from the forebulge and a western sector where the sediments where deposited within the Late Cretaceous mountain belt. On this basis, we assign the orogenic front to an inverted Jurassic normal fault, the Río del Cobre fault, and reconstruct the structure of the easternmost Late Cretaceous Andes at this latitude. The change in the location of the orogenic front north and south of 35°S allows us to recognize a long-lived change in behavior in Andean evolution in this sector, which correlates with a change in the shape and the deposits of Mesozoic Neuquén basin.

La Cordillera de los Andes es el ejemplo típico de un orógeno asociado a subducción. Si bien su topografía actual es el resultado del levantamiento posterior al Mioceno, la deformación y el levantamiento ándicos comenzaron a partir del Cretácico Tardío, como se reconoce actualmente en diversos sectores de la faja montañosa. En este trabajo se presentan evidencias de un evento de deformación compresiva durante el Cretácico Tardío en los Andes Centrales del sur (35°S) reconocido a partir de los depósitos sinorogénicos asociados, que se asignan al Grupo Neuquén en Argentina y la 'Unidad Clástica Café-Rojiza' (BRCU) en Chile. Mediante las variaciones de facies en estos depósitos se pueden reconocer un sector proximal cercano al frente orogénico Cretácico Tardío, un sector distal con aporte desde el dorso periférico, y un sector occidental en el que los depósitos se produjeron dentro del cordón montañoso. De esta manera, se puede ubicar el frente orogénico Cretácico Tardío, el que asignamos a la inversión tectónica de una falla normal jurásica, la falla Río del Cobre. El cambio en la ubicación del frente orogénico Cretácico al norte y sur de 35°S permite reconocer a este sector como un límite entre sectores con diferencias en su evolución andina, que se interpreta como heredado de la evolución de la cuenca Neuquina.

Paleogene calcareous nannofossil biostratigraphy for two boreholes in the eastern Austral Basin, Patagonia, Argentina

Calcareous nannofossils from two boreholes (Campo Bola and Sur Río Chico) in the subsurface of eastern Austral Basin, Santa Cruz Province, Argentina, allowed the identification of Early to Middle Paleocene, Early to Middle Eocene and Late Eocene to Early Oligocene assemblages. These assemblages match the formations logged in the boreholes Campo Bola, Man Aike and Río Leona respectively, and represent three paleogene sedimentary cycles within the basin. These results permitted the reinterpretation of previous data from an adjacent borehole (Cerro Redondo). The southern boreholes (Cerro Redondo and Sur Río Chico) yield an Early to Middle Paleocene calcareous nannofossil assemblage and an almost continuous record of nannofossils from Early Eocene to Early Oligocene. A discontinuity is interpreted by the absence of Late Paleocene assemblages. The northern borehole (Campo Bola) yield only late Early Eocene to Early Oligocene assemblages. The data also indicates that the Paleogene beds unconformably overlie Upper Cretaceous strata.

El estudio de los nanofósiles calcáreos recuperados en muestras de subsuelo de dos pozos de exploración (Campo Bola y Sur Río Chico) en el este de la Cuenca Austral, provincia de Santa Cruz, Argentina, permitió reconocer asociaciones del Paleoceno Temprano a Medio, Eoceno Temprano a Medio y Eoceno Tardío a Oligoceno Temprano. Estas asociaciones son coincidentes con las formaciones atravesadas en los sondeos hechos en Campo Bola, Man Aike y Río Leona, respectivamente, y representan tres ciclos sedimentarios paleógenos dentro de la cuenca. Estos resultados permitieron la reinterpretación de datos previos de un pozo adyacente (Cerro Redondo). Los pozos ubicados al sur (Cerro Redondo y Sur Río Chico) contienen asociaciones de nanofósiles calcáreos del Paleoceno Temprano a Medio y un registro prácticamente continuo de nanofósiles del Eoceno Temprano al Oligoceno Temprano. Se interpreta una discontinuidad por ausencia de asociaciones del Paleoceno Tardío. El pozo ubicado más al norte (Campo Bola) contiene solo asociaciones del Eoceno Temprano tardío al Oligoceno Temprano. Los datos también indican que las capas paleógenas sobreyacen en disconformidad a estratos del Cretácico Superior.

Ruptura sísmica submarina, tectónica y volcanismo activo a lo largo de la Falla Liquiñe-Ofqui e implicancias para el peligro sísmico en los Andes patagónicos

The Liquiñe-Ofqui fault zone (LOFZ) in the Patagonian Andes is an active major transpressional intra-arc fault system along which Quaternary faulting and volcanism develop. Subaerial and submarine geomorphologic and structural characterization of latest Pleistocene-Holocene faults and monogenetic volcanoes allows us to assess geological cartography of active faults and the kinematic model for recent tectonics during postglacial times, since 12,000 cal. years BP. This allows increasing the basic geological knowledge necessary for determining the seismic hazard associated with cortical structures in the Aysén region in southern Chile. Fault cartography and field observations suggest dominant dextral-reverse strike slip along north-south and locally NNW-striking faults, dextral-normal strike slip along NE to NNE- striking faults, and sinistral strike slip along east-west faults. This kinematics is consistent with regional SW-NE shortening in the context of a major transpressional fault zone. Holocene and even historic monogenetic and sub-aquatic volcanism occurred in this tectonic setting in a close spatial relationship and probably favored by the activity and local architecture of faults. Submarine fault scarps and deformed sediments observed at the bottom of the Aysén Fjord were associated with the destructive April 2007 Mw6.2 earthquake located along the LOFZ. Our observations show that this earthquake occurred along dextral 15-20 km long N-S structure named Punta Cola Fault (PCF). This fault system is located some kilometres to the east of the main N-S Río Cuervo Fault (RCF). Most of the epicentres of the seismic swarm during 2007 were located along or in between both structures. The study area is a transference zone between N-S regional branches of the LOFZ. The cartography of fault segments proposed here together with geophysical and geologic data suggest that large earthquakes Mw6.2-6.5 can be typically expected along most of the active faults. Besides, seismic hazard assessment should also consider the possibility of earthquake magnitude in the order of 7.1 along the main fault systems like the RCF.

La Zona de Falla Liquiñe-Ofqui es un sistema de intraarco activo y paralelo al contacto entre las placas tectónicas de Nazca y Sudamérica, a lo largo del cual el fallamiento y el volcanismo cuaternarios están estrechamente asociados. A partir de observaciones geomorfológicas y estructurales subaéreas, la prospección subacuática de fallas con evidencia de actividad pleistocena tardía-holocena y la caracterización de volcanes monogenéticos, se propone una cartografía y un modelo cinemático para la tectónica reciente, con énfasis en los últimos 12.000 años, asociada a fallas activas en el área del Fiordo Aysén. Esto permite incrementar sustancialmente el conocimiento geológico básico necesario para la determinación del peligro sísmico asociado a estructuras corticales en la región de Aysén de la Patagonia del sur de Chile. La cartografía de fallas junto con observaciones de campo y resultados geocronológicos sugieren que la deformación ocurre dominantemente a lo largo de estructuras de rumbo dextral-inversa de orientación norte-sur y localmente NNW-SSE, junto con fallas dextral-normal de rumbo NE a NNE y en menor medida a lo largo de fallas sinistrales de rumbo este-oeste. Es posible asociar esta cinemática a un acortamiento regional de orientación NE-SW. El volcanismo monogenético y subacuático holoceno ha ocurrido bajo este régimen tectónico, posiblemente favorecido por la geometría, estructura y cinemática de las fallas activas. Escarpes submarinos bien preservados de fallas que deforman sedimentos del fondo del fiordo Aysén fueron asociados con el terremoto de abril del año 2007, de magnitud Mw6,2, ocurrido a lo largo de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui. Observaciones realizadas en este estudio muestran que este terremoto ocurrió a lo largo de una falla de 15-20 km de largo de orientación norte-sur denominada Falla Punta Cola (FPC). Este sistema se localiza unos kilómetros al este de un sistema mayor de orientación norte-sur denominado Falla Río Cuervo (FRC). La mayoría de los epicentros de los terremotos y temblores durante la crisis sísmica del año 2007 ocurrieron entre estas estructuras o a lo largo de ellas. El área de estudio es una zona de transferencia entre sistemas regionales de orientación N-S de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui. La cartografía de segmentos de falla junto con datos geológicos y antecedentes geofísicos sugiere que terremotos de magnitud del orden de Mw6,2-6,5 son típicamente esperables a lo largo de la mayoría de los sistemas activos descritos en este trabajo. Además de esto, en los sistemas principales como a lo largo de la FRC, es posible esperar terremotos de magnitud del orden de Mw7,1, lo cual debería ser considerado en la evaluación del peligro sísmico de la región.

El neopaleozoico de la Sierra de Castaño (Cordillera Frontal andina, San Juan, Argentina): Reconstrucción tectónica y paleoambiental

Se efectúa el análisis estratigráfico de la secuencia neopaleozoica aflorante en la Sierra de Castaño (Cordillera Frontal de la provincia de San Juan), donde han sido reconocidas tres unidades estratigráficas. La basal corresponde a la Formación Cerro Agua Negra (Carbonífero tardío-Pérmico temprano?), formada por areniscas y pelitas depositadas en ambiente marino de plataforma somera y litoral. Sobre ella se dispone la Formación San Ignacio, compuesta por sedimentitas silicoclásticas (desde conglomerados hasta pelitas), calizas estromatolíticas-microbiales, rocas volcánicas, en su mayoría de composición mesosilícica y ácida, y depósitos volcanoclásticos. Estas últimas rocas, probablemente depositadas hacia fines del Carbonífero tardío o en el Pérmico más temprano, cubren en discordancia angular a las de la Formación Cerro Agua Negra en la Sierra de Castaño. Dentro de la Formación San Ignacio fueron identificadas 3 asociaciones de facies sedimentarias. La inferior (AFa) está formada por brechas, conglomerados brechosos y areniscas líticas, sedimentadas en sistemas aluviales y fluviales entrelazados que rellenaron una irregular topografía labrada sobre la Formación Cerro Agua Negra. La asociación de facies media (AFb), compuesta por conglomerados, areniscas y pelitas, desarrolla ciclos granodecrecientes de escala métrica muy probablemente originados en sistemas fluviales de alta sinuosidad. La asociación de facies superior (AFc) comprende calizas estromatolíticas microbiales, pelitas, niveles de volcanitas y piroclastitas, originadas en cuerpos de aguas someros sujetos a recurrente actividad volcánica. La Formación San Ignacio permite caracterizar el pasaje entre las sucesiones no volcánicas de la Formación Cerro Agua Negra y el intenso magmatismo representado en el Grupo Choiyoi (Pérmico medio-Triásico Inferior). Además demuestra la existencia de dos eventos mayores de deformación tectónica en la región andina. El más antiguo tuvo lugar próximo al límite Carbonífero-Pérmico, o durante el Pérmico más temprano. El segundo evento de deformación ocurrió hacia fines del Pérmico temprano y se correlaciona con la Fase Tectónica San Rafael, la que señala el inicio del importante volcanismo permotriásico (Grupo Choiyoi) extensamente desarrollado a lo largo de la región andina.

This paper addresses the stratigraphic analysis of the Late Paleozoic sequence outcroping in the Sierra de Castaño area (Cordillera Frontal, San Juan Province, Argentina). In this region three major stratigraphic units have been recognized. The lower one corresponds to the Cerro Agua Negra Formation (Late Carboniferous-Early Permian?) composed of sandstones and mudstones, mainly deposited in shallow marine environments. The San Ignacio Formation (Early Permian) covers unconformably the Cerro Agua Negra Formation and it is formed by conglomerates, breccias, sandstones, mudstones, stromatolitic limestones, volcanic and pyroclastic rocks. Three facies associations were recognized in the San Ignacio Formation. The lower (AFa) is composed of breccias, conglomerates and lithic sandstones which were very probably deposited in alluvial and fluvial (braided) systems that filled the irregular topography carved into the Cerro Agua Negra Formation. The facies association AFb, formed by conglomerates, sandstones and mudstones, characteristically develops metric-scale finning-upward cycles probably formed in high-sinuosity fluvial systems. Regarding the facies association AFc comprises stromatolitic limestones, mudstones, volcanics and pyroclastic rocks which are interpreted as deposited in shallow water bodies under recurrent volcanic activity. The San Ignacio Formation allows characterizing the transition from the prevolcanic sequences belonging to the Cerro Agua Negra Formation to the large volcanic activity represented in the Choiyoi Group (Middle Permian-Early Triassic). Moreover the analyzed sequence demonstrates the existence of two mayor deformational events during the Carboniferous and Permian in the Andean region. The older one took place close to the Carboniferous-Permian boundary or during the earliest Permian. The second tectonic event, occurred at the end of the early Permian, correlates with the San Rafael Tectonic Phase that pointed out the onset of the large permotriassic volcanism (Choiyoi Group) extensively developed along the Andean region.