Evolución Cenozoica de la Cuenca de Antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina. Tesis doctoral 2019 Facultad de Ciencias Naturales y Museo Universidad Nacional de La Plata Lic. Juan Pablo Villalba Ulberich Directores: Dra. Claudia I. Galli Dr. Juan R. Franzese Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich i Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Índice de contenidos AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................................... 1 RESUMEN ...................................................................................................................................................... 4 ABSTRACT ...................................................................................................................................................... 6 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 8 CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 10 Marco Geológico ..................................................................................................................................... 10 Estratigrafía de la cuenca de Tres Cruces ............................................................................................... 15 Contexto tectónico ................................................................................................................................. 22 CAPÍTULO 3: ANÁLISIS SEDIMENTOLÓGICO DE LA CUENCA DE TRES CRUCES ........................................... 26 Introducción ............................................................................................................................................ 26 Materiales y Métodos ............................................................................................................................. 28 Análisis de facies .................................................................................................................................. 28 Análisis de paleocorrientes .................................................................................................................. 30 Análisis composicional y de procedencia ............................................................................................ 31 Resultados ............................................................................................................................................... 33 Columnas Estratigráficas ..................................................................................................................... 34 Análisis de facies, elementos arquitecturales y asociación de facies. ................................................. 36 Interpretación ............................................................................................................................................. 40 Procedencia ......................................................................................................................................... 57 Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich ii Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP CAPÍTULO 4: ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA CUENCA DE TRES CRUCES .................................................... 68 Introducción ............................................................................................................................................ 68 Materiales y Métodos ............................................................................................................................. 68 Flujo de trabajo para en análisis estructural........................................................................................ 72 Ubicación del despegue basal ............................................................................................................. 74 Supuestos asumidos en el flujo de trabajo .......................................................................................... 75 Sección A – A’ ...................................................................................................................................... 78 Sección B – B’ ...................................................................................................................................... 81 Corte C – C’ .......................................................................................................................................... 84 Reconstrucción palimpástica .................................................................................................................. 87 CAPÍTULO 5: ESTRATIGRAFÍA SÍSMICA: UNA APROXIMACIÓN A LA CRONOLOGÍA DE LA DEFORMACIÓN 89 Introducción ............................................................................................................................................ 89 Metodología ............................................................................................................................................ 91 Resultados e interpretación de las tecto-secuencias de la cuenca de Tres Cruces ................................ 94 CAPITULO 6: EVOLUCIÓN PALEOAMBIENTAL CENOZOICA DE LA CUENCA DE TRES CRUCES .................. 101 Formación Casa Grande ........................................................................................................................ 101 Formación Río Grande .......................................................................................................................... 106 Sección Inferior ................................................................................................................................. 106 Sección Superior ................................................................................................................................ 110 Formación Pisungo ................................................................................................................................ 111 CAPITULO 7: MODELO ESTRUCTURAL PARA LA CUENCA DE TRES CRUCES ............................................. 114 Variaciones estructurales a lo largo de la cuenca ................................................................................. 116 Influencia de estructuras heredadas, gradientes de deformación y transferencia .............................. 119 Modelo Estructural ............................................................................................................................... 122 Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich iii Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP CAPÍTULO 8: DISCUSIÓN ........................................................................................................................... 124 Evolución Cenozoica de la Cuenca de Tres Cruces ............................................................................... 124 Secuencia 1 - Casa Grande: Eoceno Medio/Superior – Oligoceno (40 – 25 Ma) ............................... 124 Secuencia 2 - Río Grande Inferior: Oligoceno Superior – Mioceno Medio (25 – 14 Ma) ................... 126 Secuencia 3 – Río Grande Superior: Mioceno medio – Mioceno superior (14 – 9 Ma) ..................... 129 Secuencia 4 - Pisungo: Mioceno Superior – Pleistoceno (9 – 3 Ma) .................................................. 133 Secuencia 5: Pleistoceno – Actualidad (3 Ma – Actualidad) .............................................................. 135 Evolución estructural de la cuenca de Tres Cruces ............................................................................... 135 CAPÍTULO 9: CONCLUSIONES .................................................................................................................... 139 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................ 141 APÉNDICE .................................................................................................................................................. 159 Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 1 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP AGRADECIMIENTOS “Tengo una banda amiga que me aguanta el corazón” Por donde comenzar cuando hay tantas personas que formaron parte de estos cinco años, por quién comenzar, y como en tan breve texto agradecer a cada una de las personas que formaron parte de este proceso. En primer lugar, al CONICET y al Gobierno de la Nación Argentina por haberme otorgado esta beca con la cual pude realizar un proyecto de doctorado además de sostener un proyecto de vida. A la Universidad de La Plata, Nacional, Popular y Gratuita, que me permitió graduarme de la Licenciatura en Geología y realizar este doctorado en su escuela de Posgrado, al Instituto de Geología y Minería de la Universidad Nacional de Jujuy por brindarme el espacio y los recursos para desarrollar este trabajo de investigación. A mis directores por acompañarme en este proceso con compromiso, por permitirme trabajar en un marco de confianza y libertad. A la Dra. Claudia Galli, por ofrecerme la posibilidad de participar en este proyecto y de venir a Jujuy. Por brindarme las condiciones para realizar este doctorado. Por brindarme recursos para que este proyecto de tesis pueda no solo ser cumplido, si no, se caracterice por la cuantiosa generación de nuevos aportes. Por último, agradezco sus valiosas discusiones en los resultados de esta tesis. Al Dr. Juan Franzese por su serenidad, su optimismo y su sabiduría, por saber acompañarme en los momentos de mayor complejidad, por creer en mí y por sus sugerencias siempre tan apropiadas. Al proyecto IRTG-StRATEGy – CONICET que financió las salidas de campo y dos viajes a Alemania para perfeccionarme con la Dra. Maria Mutti en manejo de programas vinculados al análisis estructural y estratigráfico secuencial. A Luis Constantini por sus enseñanzas en los primeros pasos de la interpretación sísmica, por los consejos, por la visión y el conocimiento del NOA. A Roberto Hernandez por brindarme su disponibilidad y conocimiento para aportar a mis dudas y la discusión. A Ornela que fue parte de este proceso, que me acompañó al campo y en muchas discusiones, que por cuestiones de la vida tomamos caminos distintos. Gracias por ser parte de los primeros años, por enseñarme a escuchar y ser escuchado y generar un pensamiento crítico. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 2 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP A la gente del Instituto de Geología y Minería de la UNJu. A Guada y Pancho por abrirme las puertas de sus casas cuando llegué a Jujuy, por hacerme sentir como en casa, por ayudarme y hacer tan cálido el arribo a una provincia tan linda y difícil al mismo tiempo. A Gabi, Carla, Yesi y Cyn por ser tan amenas compañeras en este camino con tantos vaivenes llamado doctorado, por el apoyo mutuo, la oreja y la compresión en los momentos de crisis y también en los momentos de distracción necesarios. A Alicia y Marcos, que me enseñaron como transitar estos primeros pasos en el camino de la ciencia, gran sostén de este proceso y grandes vecinos a los cuales tengo la suerte de poder llamar amigues. A Pato, compañero filósofo de oficina con el que espero tener el gusto de seguir compartiendo oficina y asados. A Pablo por ayudarme con su conocimiento en momentos de duda y por compartir tan lindas guitarreadas. A Patro y Cachi por las charlas diarias, a Romi por ser un oído y darme siempre buenas ideas. A Natalia, directora del Instituto, por brindarme el espacio de trabajo y al resto del equipo docente y no docente del Instituto. A la murguita “Asustando La Chola” por ser esa banda amiga que me aguantó siempre, que me permitió conocer la murga uruguaya, hacer grandes amigues y brindarme un espacio en el cual me siento cómodo, querido y contenido. Sin ustedes estos 5 años hubieran sido muy distintos. Gracias a todes!! A la comunidad de Lozano, que son mi hogar, mi familia. A Nadia, gran compañera junto a Amaru que me alegran cada día y con la que compartimos largas charlas y comilonas. A Gigi, gran compañera con la que compartimos una pasión popular, salidas y vinitos. A Aye, la alegría del barrio, la que te saca una sonrisa y te recarga de energías cuando aparece. A Pato y Marce, les mapadres. A Gus, el pedacito de La Plata presente en Jujuy, amigo de la vida por esas razones de la vida. A Bianca y Ruma, las dos hermosas perras que me acompañan día a día y con las cuales tengo el placer de caminar todos los días, las que me dan su amor incondicionalmente sin pedir nada a cambio. A Juancho, la nueva incorporación, gran compa que me aguantó estos últimos meses que estuve insoportable. A Sonia, gran amiga y fundamental este último año, gracias por el oído incondicional, los mates, las birras, la compañía. A mi familia que siempre está, a mi mamá por brindarme todo su apoyo siempre, por cuidarme y mimarme a la distancia y en las visitas, por su ojo crítico en los momentos necesarios y por ordenarme la cabeza cuando estaba enquilombado. A papá por ser ese gran compañero de aventuras, por sus visitas en agosto que me acarician el alma, por la pasión compartida por la geología y la aventura, por las escapadas a la montaña y a tantos destinos, siempre motorizados por la intriga a lo desconocido. A Magda, la “enana” Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 3 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP de mi vida, mi hermana querida con la que nos sostenemos mutuamente en todo momento. A cada una y cada uno de los demás integrantes, a los que se han ido en el transcurso de estos años, a las y los que hace tiempo no veo, pero son responsables de lo que soy hoy. Gracias a cada uno de ustedes! Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 4 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP RESUMEN La Cuenca cenozoica de Tres Cruces está localizada entre el margen occidental de la Cordillera Oriental y el margen oriental de la Puna, en el noroeste argentino, encontrándose fuertemente deformada por la orogenia andina. El relleno asociado al levantamiento de los Andes, está representado por tres unidades: Casa Grande, Rio Grande y Pisungo. La primera presenta un contacto paraconcordante sobre la Formación Lumbrera, última unidad del postrift del Grupo Salta con espesores que no superan los 300m. La Formación Rio Grande se apoya en discordancia erosiva sobre la formación Casa Grande en la mayor parte de la cuenca con espesores variables entre 800 y 1200m. La Formación Pisungo, presente solo en depocentros aislados, se caracteriza por afloramientos muy aislados, con un techo cubierto por depósitos modernos y un espesor medido en sísmica que supera los 3000m. El paleoambiente evoluciona desde un sistema meandriforme efímero para la Formación Casa Grande hacia un sistema fluvial entrelazado profundo en la Formación Rio Grande, que culmina con un sistema de abanicos aluviales compuestos por flujos de detritos, característicos de la Formación Pisungo. Se evidencia una clara progradación desde un ambiente distal a uno proximal con variaciones en el espacio de acomodación asociadas a cambios en la configuración interna de la cuenca. El análisis estratigráfico secuencial en el sector noroccidental de la cuenca permitió definir 8 superficies limitantes vinculadas con las unidades depositacionales y asociarlas a eventos de deformación. En base a esto, la superficie S1 da comienzo a la depositación de la Formación Casa Grande sobre el Grupo Salta, la superficie S2 da inicio a la depositación de la Formación Rio Grande la cual, es subdividida en inferior y superior en la base de la superficie S3. La superficie S5 marca el inicio de la Formación Pisungo. La superficie S1 marca el inicio de los depósitos de antepaís en el área de Tres Cruces. A partir de la superficie S3 se observa un vínculo directo con el crecimiento de la falla Aguilar, que limita el borde occidental de la cuenca de Tres Cruces y la superficie S5 muestra una interacción con la falla Pisungo, generando una compartimentalización de la cuenca. El análisis estructural permitió, sobre la base de información sísmica y de superficie, identificar estructuras de primer, segundo y tercer orden de jerarquía, interpretar tres secciones estructurales O – E y generar tres reconstrucciones balanceadas para determinar el acortamiento de la cuenca. En base a esto, se interpretó una faja plegada y corrida de piel gruesa con un despegue basal cercano a los 20km de profundidad, la cual es interferida por estructuras heredadas del rift del Grupo Salta y del basamento paleozoico, las cuales interfieren el avance de la faja plegada y corrida a partir de retrocorrimientos de alto ángulo, dando como resultado una configuración muy compleja. Esta interacción entre fallas de doble Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 5 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP vergencia genera estructuras tales como triplex, corrimientos superficiales por propagación de falla e incremento de espesor por deformación intraformacional. La retrodeformación balanceada permitió medir el acortamiento en un 10,7%, equivalente a 19.777km en una sección con una longitud inicial de 160.000km en la dirección O – E. Finalmente, la integración de los paleoambientes depositacionales, las superficies de discontinuidad determinadas en función de la estratigrafía secuencial y el análisis de la estructura permitió interpretar cinco episodios dentro de la evolución de cuenca de Tres Cruces: (1) Durante el Eoceno Medio/Superior – Oligoceno un ambiente de antepaís distal vinculado a la Formación Casa Grande. (2) Durante el Oligoceno – Mioceno Inferior un ambiente de antepaís medio a proximal con el desarrollo de la Formación Rio Grande Inferior. (3) Durante el Mioceno Inferior a Medio con el desarrollo de la Formación Rio Grande Superior asociada al levantamiento de la sierra de Aguilar, con el frente orogénico posicionado en la cuenca de Tres Cruces. (4) Mioceno Superior – Plioceno con el desarrollo de la Formación Pisungo en un ambiente de antepaís fragmentado, con una fragmentación de la cuenca de Tres Cruces en subcuencas. Se registra para este momento el mayor tectonismo en la cuenca. (5) Desde el Pleistoceno a la actualidad, la desconexión del área de Tres Cruces del frente orogénico, el cese de la deformación y la depositación de la Formación Mal Paso durante el Pleistoceno en un ambiente de cuenca intermontana. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 6 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP ABSTRACT The Tres Cruces basin is located in the northwestern margin of the Eastern Cordillera in northwest Argentina. It was strongly deformed by Andean orogeny and exhibits a sedimentary fill which exceeds 3.000m of sediments. The infill related with Andean orogeny is represented by three units: Casa Grande, Rio Grande y Pisungo Formations. Casa Grande Formation lies in paraconcordance over Lumbrera Formation (Top of the postrift of Salta Group) with a thickness that reaches 300m. Rio Grande Formation overlies by an erosive unconformity Casa Grande Formation in most of the basin with thickness that vary between 800 and 1200m. The last unit, Pisungo Formation is located in isolated depocenters with poor exposure and extremely variable thickness, exceeding 3000m in seismic lines. The paleoenvironment evolves from an ephemeral meandering system in Casa Grande, into a deep braided fluvial system in Rio Grande to an alluvial fan depositional system dominated by debris flows in Pisungo Formation. A clear progradation from a distal to a proximal paleoenvironment is observed with variations in the accommodation space related with changes in the internal configuration of the basin. The analysis of sequence stratigraphy in the northwestern part of the basin allowed the definition of 8 discontinuity surfaces linked with depositional units and with tectonic events. The surface S1 marks the beginning of the foreland over the postrift related with Casa Grande Formation. The surface S2 marks begging of Rio Grande Formation which is subdivided in two depositional units by the surface S3 in Lower and Upper Rio Grande Formation. The surface S5 marks the begging of the Pisungo Formation. These surfaces are related with tectonic events where the surfaces S1 and S2 are associated with a distal foreland, the surfaces S3 and S4 with the growth of Aguilar fault and S5 to S8 with the compartmentalization of the basin. The structural analysis led, on the basis of seismic and surface information, to identify structures of 1st, 2nd and 3rd order of hierarchy, to interpret 3 W – E balanced structural sections and retrodeform them to determine the shortening. As a result, a thick skin fold and thrust belt was interpreted with a decollement near 20km depth which is interfered by inherited basement retrovergent structures, changing the tectonic environment from a normal foreland to a broken foreland setting. These complex interaction between double vergence basement faults generates structures like triplex, propagation fault folds in the surface and thickening by intraformational deformation. The balanced retrodeformation models allow to interpret an average shortening of 10,7%, equivalent to 19.777km from a section of 160.000km. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 7 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Finally, the integration of depositional paleoenvironments, discontinuity surfaces and structural analysis allowed to interpret 5 episodes within the evolution of Tres Cruces basin: (1) during Middle/Upper Eocene – Oligocene within a distal foreland environment linked with Casa Grande Formation; (2) during Oligocene – Lower Miocene an environment of medium to proximal foreland represented by Lower Rio Grande Formation; (3) During the Lower to Middle Miocene with the development of Upper Rio Grande Formation associated with the uplift of the Sierra de Aguilar, with the orogenic front positioned in the western margin of Tres Cruces; (4) Upper Miocene – Pliocene marked by the development of Pisungo Formation in isolated sub- basins into a broken foreland setting. Is the period of highest tectonism in the basin; (5) After Pleistocene with the disconnection of Tres Cruces from the orogenic front, the cessation of deformation and deposition of Mal Paso Formation in a context of an intermontane environment. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 8 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN Las cuencas sedimentarias son regiones con subsidencia prolongadas en la superficie de la tierra. Los mecanismos que conducen a la subsidencia están asociados principalmente con la litósfera (capa relativamente rígida y térmicamente fría de la tierra). La litósfera está compuesta por un número de placas que están en movimiento con respecto a la otra. Las cuencas sedimentarias se forman debido a que existe un entorno de movimiento de placas. Comprender el contexto global para la ocurrencia de cuencas sedimentarias e introducir una conciencia de los mecanismos más importantes para la formación y evolución de cuencas ha sido el objeto del análisis de cuenca. Es en este sentido que durante los últimos años se ha profundizado el conocimiento de las cuencas sedimentarias a partir de la vinculación de procesos endógenos y exógenos (Allen y Allen, 2006). El desarrollo de cuencas de antepaís en el noroeste argentino asociado al levantamiento de la Cordillera de los Andes ha sido foco de numerosas contribuciones en los últimos años. En este sentido, los factores tectónicos, eustáticos y climáticos han tenido un rol fundamental en el control de la geometría, distribución y naturaleza de los ambientes sedimentarios depositados (Jordan et al., 1983). Los modelos de evolución del antepaís planteados hasta el momento muestran un desarrollo de antepaís normal al Norte de los -23° con el desarrollo de una faja plegada y corrida de piel fina (DeCelles et al., 2011) mientras que al Sur de los -24° las heterogeneidades presentes en el subsuelo generan una tectónica de bloques, también llamado antepaís fragmentado (Ramos, 2010; Strecker et al., 2011). En general, los principales elementos de un sistema de cuenca de antepaís resultan del espacio de acomodación generado por la respuesta flexural de la corteza a partir de la carga tectónica de la faja plegada y corrida. Esto lleva a la formación de cuatro depocentros distintivos: wedge-top, foredeep, forebulge y backbulge (DeCelles et al., 2011). En las cuencas de antepaís entre los 23 y 24°, donde la complejidad está asociada a una tectónica fragmentada, la estructuración en bloques genera cuencas parcial o totalmente aisladas con una evolución diacrónica, vinculadas estrechamente con los episodios de deformación (Strecker et al., 2011). Este contexto configura el desarrollo de una gran variabilidad ambiental en el relleno y su preservación. En el caso del Noroeste argentino se suma una complicación adicional que es el intervalo sin volcanismo presente durante las primeras fases de evolución de los Andes, que configura un panorama complejo a la hora de ajustar temporalmente los depósitos con los eventos de deformación. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 9 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Por lo tanto, la paleogeografía pre-andina del noroeste de Argentina ha dejado una impronta en la manera que se manifiesta el acortamiento cenozoico, lo que resulta en una amplia zona de deformación sin un frente orogénico tectónicamente activo bien definido, y un crecimiento lateral no sistemático (Allmendinger et al., 1983; Coutand et al., 2001; Hongn et al., 2011; Galli et al., 2017). El antepaís fragmentado constituye en Argentina una provincia morfotectónica con elevaciones de rango espacial y temporalmente dispares y cuencas intermedias, un entorno similar a las cuencas adyacentes hidrológicamente aisladas de la Altiplano-Puna en el interior del orógeno. El objetivo general de esta tesis es establecer un ajuste en la estratigrafía de los depósitos cenozoicos y analizar la evolución de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, en Cordillera Oriental, como así también acotar temporalmente los episodios tectónicos acaecidos durante su génesis, en el marco de un contexto regional de evolución de los Andes Centrales, brindando así nuevos elementos para la comprensión de la evolución de la cuenca de antepaís en las áreas de estudio. Un punto de especial atención de este trabajo se centra en el análisis de los procesos tectónicos que habrían condicionado el desarrollo de la zona de mayor subsidencia de la cuenca de Tres Cruces (Jujuy). Para concretar el mencionado objetivo general, se abordaron los siguientes objetivos específicos: ➢ Estudiar los depósitos del Cenozoico, en la región comprendida entre 23°00' a 23°23' S y 65°42'a 65°27' W en la Cuenca de Tres Cruces con el objeto de caracterizar sus facies, ajustar la estratigrafía e investigar las manifestaciones piroclásticas distales y su relación con distintos eventos del arco magmático. ➢ Determinar espesores, analizar las facies sedimentarias, la arquitectura fluvial presente en cada caso, con la finalidad de brindar datos del paleoambiente de sedimentación. Para ello se relevaron perfiles estratigráficos y sedimentológicos, y se realizó un análisis estratigráfico secuencial. ➢ Analizar la procedencia de los depósitos Cenozoicos (formaciones Casa Grande, Río Grande y Pisungo). A tal fin se realizó la recolección y estudio petrológico de areniscas y conteo de clastos de conglomerados. ➢ El estudio y análisis de líneas sísmicas y su correlación y ajuste temporal con perfiles de superficie seleccionados con el fin de analizar la arquitectura y evolución de la cuenca. ➢ Ajustar los datos estratigráficos, sedimentológicos y estructurales obtenidos, junto a los datos de sísmica, a los fines de la correlación y comprensión de la evolución de la cuenca de antepaís en la región, con el objeto de establecer un marco tectónico y eventos deformacionales, determinar áreas de proveniencia, direcciones de transporte y su vinculación con el arco volcánico. CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 10 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES Marco Geológico La cuenca de Tres Cruces está situada en el borde occidental de la Cordillera Oriental (Turner, 1972), adyacente a la altiplanicie de la Puna, ubicada en la provincia de Jujuy, República Argentina, en el continente sudamericano (Figura 2.1). La fisiografía está caracterizada por un ambiente de transición entre la meseta de la Puna y la llanura chaco-salteña, con el desarrollo de cordones montañosos que limitan una depresión central con desarrollo Norte – Sur limitada por las sierras del Mal Paso al Este y Aguilar al Oeste, con una altura media de 3600 m y picos de 5000 m. La configuración tectónica genera que la depresión central se divida en dos grandes depocentros anticlinales separados por los cerros Colorado, Queñoal, Coraya y Espinazo del Diablo, con una geomorfología marcada por el desarrollo de abanicos colgados, con distintas superficies de peneplanización, vinculados con un marcado rejuvenecimiento dinámico asociado a movimientos tectónicos locales. Está configuración genera una red hidrografía donde coexisten sistemas centrípetos desarrollados en la zona sudoeste, constituido por los ríos Despensa, de la Casa y Grande (este último colector de la cuenca de Guayatayoc); y un sistema de desagüe centrífugo desarrollado en el sector noroccidental y este, donde los cursos más importantes (ríos Vicuñayoc, Pisungo, Grande, Vizcarra, Cajas y Casa Grande) constituyen las nacientes del Río Yacoraite que desemboca en el Río Grande de Jujuy (Figura 2.1),(Méndez, 1973). Dentro de esta geomorfología se encuentran las poblaciones de Tres Cruces, Aguilar y las comunidades de Río Grande, Cerro Colorado y Casa Grande, siendo su principal actividad la minería asociada a la empresa Minera Aguilar y el pastoreo de cabras, ovejas y llamas. Diferentes geólogos han volcado su interés en el área, pudiendo citarse como pioneros los trabajos de Brackebusch (1883) y Bonarelli (1921) con un interés petrolero de la región, a Hausen (1925) con un primer perfil geológico del borde oriental de la Puna y la descripción de algunos yacimientos minerales y a Turner (1958, 1964, 1970 y 1972), con el desarrollo de la estratigrafía de la Cordillera Oriental y su margen con la Puna, centrándose en la estratigrafía del Grupo Salta, entre otros. Si bien es una cuenca muy conocida desde el punto de vista del interés por la explotación minera de la Sierra de Aguilar y por el interés petrolero, pocos registros hay del estudio de los depósitos cenozoicos. Schlagintweit (1938) realiza observaciones estratigráficas reconociendo depósitos por encima del relleno de rift del Grupo Salta, vinculándolos con el Grupo Chaco. Sin embargo, recién Fernandez et al. (1973) Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 11 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP definen y caracterizan los afloramientos cenozoicos de la cuenca de Tres Cruces en tres unidades: Casa Grande, Río Grande y Pisungo; dándoles connotaciones genéticas y ambientales propias. Figura 2.1: Ubicación del área de estudio dentro de los Andes Centrales. La Cordillera de los Andes se extiende más de 8000km a lo largo del margen Oeste de América de Sur siendo la cadena montañosa subaérea más larga de la Tierra. Desde que se postuló la tectónica de placas, los Andes han sido citados como un producto típico de un margen continental activo entre una placa oceánica y una continental (Dewey y Bird, 1970). La variación en los vectores de movimiento y en el ángulo con el cual subducta la placa, permite diferenciar tres sectores con diferentes comportamientos: los Andes Septentrionales, los Andes Centrales, y los Andes Australes (Gansser, 1973; Auboin et al., 1973; Zeil,1979; Thorpe, 1984; Mpodozis y Ramos, 1989; Kley et al., 1999). Los Andes Centrales se ubican entre los 15° y 30° de latitud sur. Es la única plataforma orogénica (altiplano de gran engrosamiento y acortamiento cortical) del planeta formada en un ambiente no- colisional (Barnes y Ehlers, 2009). Los últimos estudios indican que comenzaron a desarrollarse desde los 100 Ma (Arriagada et al., 2006; Bascuñán et al., 2016; López C. et al., 2019; Martínez F. et al., 2018), como Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 12 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP producto de engrosamiento cortical y magmatismo, en respuesta a la subducción de la placa oceánica de Nazca por debajo de la placa continental de América del Sur, comenzando su levantamiento desde los 130-124 Ma en la Patagonia y creciendo progresivamente hacia el norte, alcanzando su longitud actual a los 90-70 Ma. (Gianni et al., 2020). La orogénesis andina en los andes centrales se expresó con la construcción de diferentes unidades morfo estructurales, las cuales a la latitud estudiada pueden ser identificadas de Oeste a Este como: Cordillera Costera y Precordillera, Cordillera Occidental, Puna, Cordillera Oriental, Sierras Subandinas (Figura 2.1). La provincia geológica de Cordillera Oriental presenta una orientación submeridiana y es uno de los principales rasgos geológicos a gran escala en el noroeste de Argentina, entre ellos: las estructuras que marcan contactos regionales entre dominios de basamento (González Bonorino, 1950; Bracaccini, 1960; Salfity et al. 1975; Willner et al. 1987; Mon y Hongn, 1991; Bahlburg y Hervé 1997; Ramos, 2008), los arcos magmáticos desarrollados a partir del Paleozoico (Méndez et al. 1973; Coira et al. 1982; Palma et al. 1986; Trumbull et al. 2006), la distribución y evolución de las cuencas (Boll y Hernández, 1986; Vergani y Starck, 1989; Salfity y Marquillas, 1994) como otras características que brindaron las bases para las propuestas de provincias geológicas o morfoestructurales que naturalmente definen regiones alargadas de acuerdo con el rumbo de la cadena andina (Turner, 1979; Caminos, 1999; Hongn et al. 2010). La zona de la Cuenca de Tres Cruces, se caracteriza por la existencia de un basamento precámbrico-paleozoico deformado por los ciclos orogénicos Pampeano y Famatiniano; y depósitos discordantes del Mesozoico y Cenozoico. Los rasgos estructurales del basamento neoproterozoico- paleozoico inferior (Cámbrico- Ordovícico) del noroeste argentino han controlado en diferentes grados el desarrollo de las estructuras posteriores, principalmente las vinculadas con la extensión cretácica y el acortamiento andino. La inversión tectónica de fallas normales relacionadas con el rift cretácico ha sido frecuentemente invocada entre los mecanismos que influyen en la definición de las zonas de doble vergencia y retrovergencia que muestra el orógeno andino en el noroeste argentino. La reactivación de las estructuras y heterogeneidades originadas durante la evolución neoproterozoico-paleozoica del basamento controlaron el desarrollo de las estructuras cenozoicas en la Puna. La reactivación de las heterogeneidades no sólo influyó en los cambios de orientación y vergencia, sino también en la distribución temporal compleja que muestra el acortamiento andino. La reactivación múltiple de algunas estructuras del basamento neoproterozoico-paleozoico inferior ocurrió en diferentes etapas de su historia incluyendo inversiones positivas y negativas entre el Cretácico y el Cuaternario (Allmendinger et al., 1983; Hong et al., 2011). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 13 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP En base a discordancias de primer orden y datos paleontológicos, diversos autores postulan que durante el Eoceno medio los Andes Centrales registra las primeras etapas evolutivas, en el borde oeste de Cordillera Oriental. Los depósitos sinorogénicos de la Formación Los Colorados (Valle Calchaquí) y su equivalente temporal en la zona de estudio, la Formación Casa Grande, se disponen discordantemente (paraconformidad) al Grupo Salta (Mon et al., 1996) y también presenta estratos de crecimiento (Monaldi et al., 1993; Coutand et al., 2001; Hongn et al., 2007). Por lo tanto, la deformación del Eoceno en el noroeste argentino, podría definir un cinturón de empuje a lo largo de la transición Cordillera Oriental- Puna (Hongn et al. 2007). Este cinturón de deformación del Eoceno esboza la heterogeneidad mecánica relacionada con el borde de la cuenca del cretácica, que se invirtió tectónicamente durante la orogenia andina (Grier et al., 1991; Allmendinger et al., 1997; Ganghi, 1998; Deeken et al., 2006). Jordan y Alonso (1987) y Carrapa y DeCelles (2006) propusieron que la Formación Geste (Puna meridional) se depositara durante el Eoceno, con un aporte de sedimentos ubicado principalmente al oeste. Según Hongn et al. (2007) proponen que la Formación Geste, Formación Los Colorados, Formación Casa Grande y la sección superior de las Formaciones de Lumbrera representan el relleno de una cuenca o subcuencas tectónicamente activas y geográficamente complejas, durante la deformación del Eoceno, que se extiende a través de la Puna y la Cordillera Oriental. El acortamiento del Eoceno es suficiente para definir el Proto-Cordillera Oriental del Eoceno medio propuesto por Coutand et al. (2001) para el Eoceno superior-Oligoceno inferior. La cuenca de Tres Cruces tiene un origen que se refiere al Eoceno, probablemente como parte de una cuenca de antepaís mucho más grande, que posteriormente evolucionó como una cuenca intermontana a partir de una estructuración en bloques, siendo su relleno sedimentos clásticos sintectónicos con más de 5000m de espesor. Presenta un estilo estructural típico de cinturón de empuje (thrust belt), con pliegues subparalelos y escamas de empuje imbricadas preferentemente ONO-ESE y separados por amplias depresiones sinclinales. Uno de los aspectos más manifiestos es la heterogeneidad en los mecanismos de deformación a lo largo del borde oriental de la Puna; característica que está estrechamente relacionadas con el borde de cuenca del rift cretácico, que incluye las cuencas intermontanas que controlaban la deposición sinorogénica en la cuenca de Humahuaca, Casa Grande, Tres Cruces y Guayatayoc - Salinas Grandes (Jordan y Alonso, 1987; Coutand et al., 2001). Las acumulaciones mesozoicas del Grupo Salta se alinean a lo largo de corredores encuadrados por fallas submeridianas y constituyen los depósitos sintectónicos de la extensión cretácica. La sucesión cenozoica (formaciones Casa Grande, Río Grande y Pisungo) representa, según Coira et al. (1982), el Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 14 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP relleno sinorogénico de la antefosa frontal del antepaís vinculado con la compresión andina. Los depósitos sinorogénicos de la Formación Maimará y Formación Uquía (Cenozoico tardío), al este de la zona de estudio, se habrían acumulado en cuencas de "piggy back” (Rohrmann et al., 2016; Rahl et al., 2018). Boll y Hernández (1986) a partir de información geológica de superficie, sísmica y sondeos, proponen un esquema estructural y un modelo de evolución tectónica para la cuenca de Tres Cruces. Estos autores diferencian tres pisos estructurales limitados por discordancias angulares: sedimentitas del Precámbrico, sedimentitas eopaleozoicas y sedimentitas cretácico-terciarias. Proponen, para la zona de estudio, que la columna del Cenozoico Andino, está compuesta por depósitos del Grupo Orán (Russo1975; Eoceno medio - Mioceno Superior), integrado por las formaciones Casa Grande, Río Grande, Pisungo, Sijes (Turner 1961) y Pan de Azúcar, registrando en los ejes de los sinclinales más de 5000 m de espesor. Gangui (1998) realiza un trabajo en la región de la Puna norte y la Cordillera Oriental en base a interpretación sísmica, concluyendo que este borde fue afectado por esfuerzos compresivos durante el Oligoceno superior hasta el Mioceno superior. Propone que este acortamiento fue trasmitido hacia el antepaís a partir de corrimientos con vergencia oriental que despegaron desde una superficie de despegue regional localizada entre 10 a 15 km de profundidad. En la región de Tres Cruces durante el eoceno oligoceno propone que algunas fallas del rift fueron invertidas Coutant et al. (2001) realizan un estudio integrado del acortamiento andino y su evolución en base a datos de campo, imágenes satelitales, secciones transversales balanceadas, datos de reflexión sísmica, análisis cinemático de fallas, anisotropía de susceptibilidad magnética (AMS), datos paleomagnéticos y datos de trazas de fisión en apatita. Mediante el análisis cinemático de los datos de desplazamiento de fallas cenozoicas, obtienen las principales direcciones de la tasa de deformación en toda la Puna. Los ejes de acortamiento son subhorizontales y su tendencia es en promedio ONO-ESE, los ejes de estiramiento son subverticales y los ejes intermedios son subhorizontales y su tendencia en promedio NNE-SSO. Los elipsoides de deformación son predominantemente del tipo de deformación plana, y representan empuje por deslizamiento. A partir de la historia de acumulación y levantamiento, el acortamiento andino habría alcanzado la parte noreste de la Puna a finales del Eoceno y la Cordillera Oriental adyacente a finales del Eoceno o principios del Oligoceno. En la parte oriental del orógeno, el inicio del acortamiento probablemente fue guiado por estructuras preexistentes paleozoicas y mesozoicas, de modo que la deformación andina se propagó de manera desigual hacia el este. Monaldi et al. (2007 y 2008) analizan, en base a datos de subsuelo y superficie de la cuenca de Tres Cruces, las estructuras del rift del Grupo Salta preservadas, con débil inversión u oblicuas a las Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 15 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP anteriores y las estructuras reactivadas. Concluyen que el rift cretácico fue configurado por fallas directas longitudinales de rumbo predominante N a NNE, que interactuaron con fallas directas transversales (ONO a ENE). DeCelles et al. (2011) propone la formación y migración de un antepaís regional a partir del Cenozoico originado en Chile y expandido hacia el Este a través de los últimos ∼60 Ma. Resultados de los modelos sísmicos del Guayatayoc-Salinas Grandes, en el borde de la Puna entre las latitudes 23° y 23,8° S, representan una confirmación más de que la deformación andina comenzó en el Eoceno con el desarrollo de cuencas intermontanas. La cuenca de Guayatayoc-Salinas Grandes estuvo controlada por la heterogeneidad preexistente del basamento y la influencia del comportamiento mecánico del borde de la cuenca de rift del Cretácico-Paleógeno Grupo Salta (López Steinmetz, 2013, 2015). Del Papa et al. (2017) y Montero López et al. (2018) realizan un análisis tectono-sedimentario del paleógeno de la cuenca de Casa Grande, en la zona de transición actual entre el sector norte de la Puna y la parte norte de la Cordillera Oriental. Realizaron un mapeo de las estructuras sinsedimentarias presentes en el inicio de la deformación andina durante el Eoceno medio, revelando la reactivación de las estructuras extensionales del Cretácico. Este estudio concuerda con los registros de otras zonas del sur de la Puna y la Cordillera Oriental. Estas observaciones indican la existencia de una cuenca de antepaís fragmentado en el Eoceno. Luna et al. (2019) realizaron un estudio estructural en la localidad de Tres Cruces, en las calizas de Formación Yacoraite, e identificaron cinco conjuntos de fracturas con orientación NO-SE, NE-SO, ENE- OSO, ONO-ESE y N-S a NNO-SSE. Postulan que probablemente los primeros cuatro sean de plegado previo, mientras que el último lo clasifican como synfolding. Estratigrafía de la cuenca de Tres Cruces La región estudiada registra una historia geológica extensa, constituido por la Formación Puncoviscana (Neoproterozoico – Cámbrico Inferior) con sedimentitas marinas de fuertemente plegadas, ligeramente metamorfizadas e intruidas por granitos en el Cámbrico Inferior, la cual no se encuentra aflorando en el área de Tres Cruces (Boll y Hernández, 1986). En relación de discordancia angular se dispone el Grupo Mesón (Cámbrico medio a superior; Turner, 1960), representado por cuarcitas y areniscas marinas presentes en el sector Sur de la cuenca, en la Sierra de Cajas, las que a su vez están separadas por una discordancia regional de lutitas y areniscas marinas del Grupo Santa Victoria (Cámbrico Superior – Ordovícico Inferior, principal roca aflorante en las Sierras de Aguilar, Tres Cruces y Mal Paso Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 16 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP (Figura 2.2). En el Ordovícico Tardío, todo este paquete fue deformado por la fase Oclóyica, la cual dio lugar a una faja plegada y corrida con una vergencia principal hacia el Oeste (Mon y Hongn, 1991). Areniscas, limolitas, lutitas y diamictitas silúricas solo se preservaron localmente (Starck, 1995; Astini et al., 2004), con registros en el sector Sur de la Sierra del Mal Paso. Figura 2.2: Columna Estratigráfica del área de Tres Cruces (Modificada de Boll y Hernandez, 1986) y mapa del área de estudio. Los depósitos del Grupo Salta (Turner 1959) se encuentran en la Cordillera Oriental y Sistema de Santa Bárbara acumulados en tres subcuencas: Metán, Alemanía, Pucará-Brealito (sur) y Tres Cruces (norte). Están compuestos por un conjunto de sedimentitas predominantemente clásticas con carbonatos y evaporitas subordinadas, acumulados en diversos ambientes sedimentarios desde abanicos aluviales, ríos y planicies entrelazados, ríos arenosos efímeros, eólicos, barreales, barreales salinos, lacustres con influencia marina esporádica hasta marino somero, que pueden alcanzar los 5.000 m de espesor (Salfity Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 17 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP y Marquillas 1994; Marquillas et al. 2005). Su desarrollo está íntimamente relacionado con una cuenca de rift intracontinental asociada al desmembramiento de Gondwana, al este del límite entre la placa Sudamericana y la placa Pacífica, distante 300km del arco volcánico cretácico (Hartley et al., 1988). Está integrado por tres subgrupos: Pirgua (Reyes y Salfity, 1973), Balbuena y Santa Bárbara (Moreno, 1970). El Subgrupo Pirgua representa el relleno de la etapa sinrift y los subgrupos Balbuena y Santa Bárbara el relleno de las etapas postrift temprano y tardío, respectivamente (Salfity y Marquillas, 1994; Marquillas et al., 2005). El Grupo Salta yace en discordancia angular sobre el basamento paleozoico. En una etapa de prerift, se produjo la intrusión de varios plutones anorogénicos alcalinos y subalcalinos (Halpern y Latorre, 1973; Viramonte et al., 1999; Rubiolo, 1999; Cristiani et al., 1999; Menegatti, 2001) la mayoría aflorando en posiciones marginales al rift y solo dos (Abra Laite y Aguilar) ubicados dentro del rift. En todos los casos, la roca hospedante es el pre-rift paleozoico. El Subgrupo Pirgua corresponde a una unidad sedimentaria de sinrift formada durante la apertura del rift de Salta y consiste principalmente en depósitos de abanicos aluviales y fluviales formados por brechas, conglomerados, areniscas y pelitas. Su espesor y litología está fuertemente relacionada con la estructuración en bloques de la cuenca en formación (Reyes y Salfity 1973). La secuencia de post rift está constituida por los subgrupos Balbuena y Santa Bárbara y representan el periodo de tiempo entre el Maastrichtiano y el Eoceno Inferior. Presentan una extensión mayor que el Subgrupo Pirgua, cubriendo rocas del basamento de los márgenes de la cuenca. El Subgrupo Balbuena comprende areniscas maduras, carbonatos lacustres a marinos de ambiente restringido y evaporitas en algunos casos (Salfity y Marquillas, 1981). Contiene la Formación Yacoraite, principal roca generadora de hidrocarburos y fuente de prospección por YPF en los años ’80, compuesta por limolitas verdosas muy resistentes las cuales son útiles como un marcador tanto en líneas sísmicas como en el campo. Por su parte, el subgrupo Santa Bárbara se presenta extensamente por encima de la Formación Yacoraite y del basamento. Está compuesto mayormente por pelitas rojizas y purpuras con intercalaciones menores de limos y areniscas. Hay un gran consenso que ambos subgrupos representan un estadio de subsidencia termal dentro del post rift (Bianucci et al., 1982; Bianucci, 1999; Cominguez y Ramos, 1994; Gomez Omil y Albarino, 1996; Salfity y Marquillas, 1994; Welsink et al., 1995). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 18 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 19 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 2.3: Afloramientos de las unidades pre-orogenia andina. (A) Cuarcita del Grupo Mesón (B) Grupo Santa Victoria. (C) Vista en detalle de trazas fósiles en metapelita del Grupo Santa Victoria (D) Vista de afloramientos del Subgrupo Pirgua. (E) Vista panorámica de la Sierra de los Gigantes con afloramientos del Subgrupo Pirgua, la Formación Lecho y la Formación Yacoraite. (F) Vista en corte de un estromatolito de la Formación Yacoraite. (G) Diversas vistas de estromatolitos en la Formación Maiz Gordo. (H) Vista de los afloramientos de la Formación Lumbrera. Los depósitos del Cenozoico de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, yacen en forma discordante con baja angularidad a paraconcordante sobre diferentes niveles de la Formación Lumbrera (Villalba Ulberich, 2018). Está compuesta por cuerpos lentiformes a tabulares de areniscas rojo ladrillo, finas a gruesas, que se intercalan en potentes sucesiones de areniscas finas y pelitas de color pardo rojizo. Está representada por depósitos fluviales meandrosos, con un marcado cambio de espesor en la cuenca (254 m en el valle de Casa Grande y 210 m en el río Grande). Tiene una edad definida por un mamífero fósil de la familia de los Leontiniidae (Martinmiguelia fendandezi) vinculado a una edad Mustersense de Sudamérica (Bond y López, 1995), sumada a la presencia de un fósil asociado a los Dasypodidae descripto por Herrera et al. (2012) que vinculan la Formación al Eoceno Medio. A su vez, una revisión de la sistemática de los leontínidos propone que esta unidad es equivalente a la Formación Quebrada de los Colorados (Deraco et al. 2008, 2013), definida en Valles Calchaquíes, la cual está datada en 37,6 ± 1,2 Ma (Carrapa et al., 2011). La Formación Rio Grande (Pascual et al., 1978), en paraconformidad sobre la Casa Grande (Galli et al., 2016, 2017), está caracterizada por una espesa sucesión de conglomerados, areniscas y escasos niveles pelíticos de ambiente fluvial entrelazado distal hasta entrelazado proximal (Rosario et al., 2008). Sicks y Horton (2011) dividen la unidad en dos, Rio Grande Inferior y Superior en función a las variaciones en procedencia y tasas de sedimentación. Rosario et al. (2008) vinculan su desarrollo para Tres Cruces entre el Oligoceno Superior y el Mioceno, mientras que Siks y Horton (2011) a partir de dataciones acotan la porción basal de la formación para el área de Cianzo entre 16,4 ± 0,7 Ma. y 13,89 ± 0,42 Ma. La sección superior de la formación la acotan entre los 13,89 ± 0,42 Ma y 9,69 ± 0,04 Ma. La Formación Pisungo está compuesta por ortoconglomerado a aglomerado de bloques clasto a matriz soportados con areniscas subordinadas y escasos niveles pelíticos asociados a un ambiente de abanicos aluviales en zonas proximales (Villalba Ulberich, 2019). Su distribución se encuentra muy localizada, vinculada a sinclinales mayores con variaciones de espesor muy notables, alcanzando hasta 2500m (Rosario et al., 2008). Su edad está definida por posición estratigráfica entre los 9,69 ± 0,04 Ma Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 20 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP (Siks y Horton, 2012) del techo de la Formación Rio Grande y 3,74 ± 0,4 Ma (Streit et al., 2014), base de la Formación Mal Paso. La sedimentación culmina con la Formación Mal Paso (Fernandez et al., 1973), que yace en discordancia angular sobre las formaciones Casa Grande y Rio Grande (Figura 2.4). Está caracterizada por depósitos mayormente fluviales asociados a abanicos con algún depósito lacustre subordinado, con un espesor máximo de 120m para el área de Casa Grande, depositado entre los 3,8 y 0,8 Ma (Streit et al., 2015). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 21 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 2.4. Afloramientos de los depósitos vinculados con la orogenia andina. (A) Vista de la Formación Casa Grande y Rio Grande. (B) Formación Casa Grande. (C) Formación Pisungo. (D) Vista de la Formación Mal Paso en discordancia angular sobre la Formación Casa Grande. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 22 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Contexto tectónico El área de estudio se encuentra ubicada en el borde occidental de la Cordillera Oriental y en el límite oriental de la Puna. Estas dos provincias geológicas sumadas a las Sierras Subandinas pertenecen a la faja plegada y corrida del orógeno andino y representan una zona de transporte de la deformación hacia el Este (Seggiaro et al., 2008). Previo al régimen andino, el norte argentino junto con regiones vecinas de Paraguay, Bolivia y Chile estuvieron sometidas a un régimen tectónico extensional entre el Cretácico Inferior, asociado tanto a la apertura del Océano Atlántico Sur, como a la extensión de retroarco del margen convergente de la placa sudamericana (Coira et al., 1982 Uliana y Biddle, 1988; Tankard et al., 1995; Milani y Thomaz Filho, 2000; Ramos y Aleman, 2000). Las cuencas generadas durante este régimen en el noroeste argentino constituyeron un sistema de rift intracontinental, denominado Sistema de Rift de Salta (Reyes y Salfiti, 1973; Bianucci y Homovc, 1982; Galliski y Viramonte, 1988; Gomez Omil et al., 1989; Salfity y Marquillas, 1994; Kress, 1995; Bianucci, 1999; Viramonte et al., 1999; Sabino García, 2002; Marquillas et al., 2005). El diseño que la misma presenta en nuestro país conforma un arreglo en “Y” donde la rama sur involucra al depocentro de Metán – Alemanía, (terminación austral del sistema distensivo), la rama noreste a la Subcuenca de Lomas de Olmedo, y la rama norte a la zona de interés, la Subcuenca de Tres Cruces, directamente conectada con la cuenca Andina Boliviana. Estas cuencas se encuentran separadas por un alto estructural conocido como la Dorsal Salto – Jujeña (Figura 2.5). La contracción producto de la convergencia de la placa de Nazca sobre la Sudamericana reactivó, al menos parcialmente, antiguas fallas de basamento, las cuales actuaron como un factor principal en el control del estilo y el desarrollo de las estructuras regionales andinas. A diferencia del subandino boliviano que presenta un patrón estable de deformación con una faja plegada y corrida que se puede seguir en dirección meridional por más de 300 km. y que va desapareciendo hacia el este consecuentemente con el alejamiento del frente orogénico (Strecker et al., 2011), la Subcuenca de Tres Cruces posee una compleja estructuración, producto de anisotropías heredadas principalmente del rift cretácico del Grupo Salta y en menor medida de estructuras paleozoicas (Figura 2.6). La superposición de la faja plegada y corrida cenozoica sobre la estructura del rift invertida ha producido un complejo estilo estructural (Boll y Hernández, 1986; Monaldi et al., 2008), siendo una de las expresiones más claras de esta deformación el Cerro Colorado de Tres Cruces, el cual se ha desarrollado en el piso de una importante falla de empuje hacia el este, que se extiende a lo largo del borde occidental de la cuenca intermontana y ha elevado el borde de la Sierra de Aguilar (Coutand et al., 2001). Este modelo de deformación de “antepaís Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 23 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP fragmentado” (broken foreland) fue propuesto y definido por Ramos (2010). El estilo estructural en estas cuencas fragmentadas es controlado por una serie de factores locales como las zonas de debilidad en la corteza (Kley et al. 1999) y el régimen térmico con flujos de calor variables relacionados con los cambios en la posición del arco magmático (Ramos et al. 2002). Es común la alternancia de los sectores de piel fina y gruesa, así como la propagación de la deformación hacia el antepaís, en donde se puede fracturar y elevar el basamento (Jordan et al. 1983) en regímenes compresivos altos (Ramos, 2010). Figura 2.5. (A) Principales unidades morfoestructurales de los Andes Centrales y la ubicación de la Cuenca del Grupo Salta. La flecha indica la dirección y tasa de convergencia actual de la placa de Nazca sobre la Sudamericana. (B) Principales depocentros del Sistema de rift cretácico – paleógeno en el noroeste argentino (después de Salfity y Marquillas, 1994) y su relación con el frente de deformación actual de los Andes. Sierras Subandinas (SA); Sistema de Santa Bárbara (SBS). HC: Hornocal fault; TC: Área de Tres Cruces; Hu: Quebrada de Humahuaca; TTZ: Zona de transferencia de Tucumán. Tomado de Kley y Monaldi (2005). Si hacemos un análisis a lo ancho de la Cuenca vemos que, en su borde oriental, debido a la inclinación de la faja plegada y corrida y posteriormente erosionada, se han producido afloramientos Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 24 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP excepcionales conservando la estructura extensional al este, incluyendo hemi-grabens, anticlinales rollover, y pliegues extensionales de propagación (Monaldi et al., 2008). Diferente a lo que ocurre en el borde occidental, el cual está cubierto en gran parte por depósitos Neógenos. Estas estructuras generan complejidad en la cuenca, con estructuras que se pierden o cambian de vergencia en pocos kilómetros. Figura 2.6: Diferencia entre el estilo estructural al norte y al sur de los 24°S: (A) Modelo de cuenca de antepaís normal descripto por DeCelles et al., 2010) con la cizalla pura como mecanismo principal de deformación. (B) Modelo de cuenca de antepaís fragmentado, con cuencas limitadas por bloques de basamento. Modificado de Strecker et al., 2011. El marco tectónico evolutivo de la Cuenca de Tres Cruces está caracterizado por una intensa deformación cenozoica polifásica, donde se reconocen tanto una tectónica de lámina delgada como también de lámina gruesa. La magnitud de los corrimientos son importante en algunos casos produciéndose corrimientos de Paleozoico Inferior o Precámbico sobre niveles cretácicos y terciarios (Hernández et al., 2008). Su evolución comienza con el ciclo Ándico, con la apertura de una depresión sobre la que se depositó un espeso conjunto de depósitos continentales durante el Cretácico Inferior– Eoceno. La Inversión de esta depresión comenzó con los movimientos de la fase Incaica durante el Eoceno Tardío, completándose durante las fases orogénicas Quechua (11-7 Ma / Miocena) y Diaguita (3-2,5 Ma / Plioceno – Pleistoceno). Desde el Oligoceno Superior en adelante, se desarrollaron cuencas continentales y un arco volcánico extensivo mioceno - plioceno originado en el flanco oeste del área de Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 25 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP estudio. Esta cuenca cretácico – cenozoica fue invertida a partir del Paleógeno dando como resultado la configuración que podemos observar hoy en día. CAPÍTULO 3 ANÁLISIS SEDIMENTOLÓGICO DE LA CUENCA DE TRES CRUCES Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 26 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP CAPÍTULO 3: ANÁLISIS SEDIMENTOLÓGICO DE LA CUENCA DE TRES CRUCES Introducción En el siguiente capítulo se resume la metodología y los resultados del análisis estratigráfico - sedimentológico de la zona de estudio, enfocada en tres sectores de la cuenca, donde se relevaron tres secciones estratigráficas (Figura 3.1). La zona presenta cierta complejidad estructural, para realizar un trabajo detallado desde el punto de vista sedimentológico, dado que hay cabalgamientos de piel fina que generan repetición de los depósitos, incremento de espesor por repetición, deformación y plegamiento intradepósito. En el sector Oeste se levantó una columna estratigráfica denominada Rio Grande que supera los 1300m de espesor (Figura 3.3). El perfil está afectado en su techo por una falla que pone en contacto los depósitos cenozoicos con un abanico moderno. El sector Norte presenta una compleja distribución de los sedimentos cenozoicos. Esto conllevó a la integración de varios perfiles sedimentológicos en una única columna representativa del área, denominada columna Tres Cruces Pueblo, con un espesor que supera los 1500 metros. El techo de la sección está cubierto por depósitos modernos (Figura 3.3). Por último, el Sector Este de la cuenca presenta una complejidad estructural dada por varias escamas de piel fina que generan una repetición de los depósitos cenozoicos y la ausencia de una sección completa, principalmente de la sección basal. Es por ello que se llevó a cabo la misma metodología que para el sector Norte, aunque sin poder contar con un espesor real de toda la secuencia. Está representada por la columna Cruz, la cual comienza por falla sobre la Formación Rio Grande y tiene un espesor que supera los 2200m. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 27 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 3.1. Mapa de ubicación con las zonas de estudio. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 28 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Materiales y Métodos Este estudio está basado en la integración de datos litológicos y sedimentológicos complementados con información bibliográfica, imágenes satelitales y programas informáticos de interpretación (QGIS – Qgis, 2011; STEREONET – Allmendinger, 2005; MOVE – Midland Valley, 2017). El flujo de trabajo comenzó con la descripción de litofacies según Miall (2006) las cuales combinadas con elementos arquitecturales y formando asociaciones de facies, nos permitió representar estilos fluviales distintivos. A continuación, el eje se centró en los problemas de correlación y en la construcción de marcos de referencia estratigráficos a gran escala, donde se sumaron datos de paleocorriente regional y composición. Estas construcciones a escala de cuenca forman la base para una discusión de causas y procesos, incluidos los procesos autogénicos propios de los sistemas fluviales, de ciclicidad, y los controles sedimentarios alogénicos (tectónicos, eustáticos y climáticos). Se levantaron secciones sedimentarias basadas en Selley (1996), teniendo en cuenta el tipo de litología, las estructuras sedimentarias primarias, las discontinuidades y su jerarquía, las paleocorrientes y el análisis de composición y proveniencia (Figura 3.3). Análisis de facies El reconocimiento de las litofacies y los elementos arquitecturales, sus características y su relación nos permiten entender la configuración depositacional y los procesos que han influenciado en el desarrollo de los sistemas continentales. Los elementos arquitecturales están definidos en base a las características de las facies identificadas y sus asociaciones en sets y cosets a diferentes escalas o por grupos de estratos genéticamente relacionados, constituidos por litofacies definidas, y una relación vertical y lateral de cada elemento (Miall, 1985, 1997). En los casos posibles, se identificaron y describieron elementos arquitecturales y fueron interpretados. Para esto, se tuvo en cuenta la escala, los controles y el tiempo (Figura 3.2), representados en la tabla 3.1. Se ha convertido en una verdad geológica que la mayoría de las unidades geológicas se acumulan como resultado de cortos intervalos de sedimentación rápida, separados por largos intervalos de tiempo donde se produce poca o nula sedimentación (Ager, 1993). También es cierto, que las tasas de sedimentación medidas en ambientes modernos o en el registro antiguo varían en proporción a la escala de tiempo en que se midan. Sadler (1981) documentó en detalle y mostró que las tasas de sedimentación varían en once órdenes de magnitud desde 10-4 a 107 m/ka (metros/kilo-año). Esta amplia variación refleja el número y la duración creciente de los intervalos de no depositación o erosión factorizados en las mediciones a medida que Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 29 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP aumenta la longitud del registro estratigráfico medido. Las rupturas en el registro que incluyen eventos tales como la no depositación o erosión que se producen frente a una forma de lecho que avanza (que puede durar desde pocos segundos a minutos), la no depositación producto de un flujo efímero que deja de fluir (unas pocas horas), hasta la mayor discordancia regional generada por orogenia (millones de años), reflejan las variaciones en la tasa de sedimentación. A su vez también se pueden cuantificar las tasas de acumulación como por ejemplo la velocidad de acumulación de un lecho entrecruzado por la caída de granos de arena (tiempo medido en segundos), la descarga de una corriente de turbidez (tiempo medido en horas o días) hasta el lento relleno pelágico de una planicie abisal oceánica (sin perturbaciones durante miles de años o más). Figura 3.2. Escala, controles y tiempo. Tomado de Leeder (1993). En este sentido, se han representado al menos ocho superficies de discontinuidad que contemplan de la escala más pequeña de un set de óndulas, hasta las decenas de miles de kilómetros cuadrados de una cuenca sedimentaria. Se definen los principales órdenes jerárquicos de las secciones analizadas, que permitieron comprender las magnitudes y relaciones genéticas entre los distintos elementos arquitecturales y facies descriptas (Miall, 1996). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 30 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Tabla 3.1. Superficies limitantes Tomado de Miall (1996) Tipo Escala de tiempo del proceso (años) Tasa de sedimentaci ón (m/ka) Fluvial (Miall, 1995) Superficies de primer orden 10-3 105 Limitan sets de migración de microformas y mesoformas (ej. Ondulitas + megaóndulas) Superficies de segundo orden 10-2 - 10-1 104 Limitan cosets (ascenso de óndulas o megaóndulas) Superficies de tercer orden 100 - 101 102-3 Caracterizan la dinámica de macroformas y representan su “superficie inclinada” (ej. Migración aguas abajo o lateral) Superficies de cuarto orden 102 - 103 100 - 101 Caracterizan la dinámica de macroformas y representan su límite superior. Superficies de quinto orden 103 - 104 10-1 Limitan complejos de canal. Superficies de sexto orden 104 - 105 10-1 - 10-2 Limitan incisiones formando paleovalles (limitan miembros, submiembros, secuencias, ciclos) Superficies de séptimo orden 105 - 106 10-1 - 10-2 Eventos alocíclicos discretos (límites de secuencias, ciclos, generalmente relacionados a eventos tectónicos) Superficies de octavo orden 106 - 107 10-1 - 10-2 Discordancias regionales Análisis de paleocorrientes El análisis de paleocorrientes se llevó a cabo a partir de estructuras de laminación y estratificación entrecruzada en el caso de las areniscas, y a partir de imbricación de clastos en el caso de los conglomerados. Se tomaron 166 datos de planos de laminación / estratificación entrecruzada planar / tangencial y 236 datos de imbricaciones (Apéndice – Tabla A.1). Estos datos se trabajaron a partir del software de uso libre STEREONET (Allmendinger, 2005), una herramienta que nos permite proyectar, visualizar, analizar y modificar datos de orientación en una red estereográfica. En el caso de este trabajo, se cargaron los datos -como planos en el caso de las estructuras y como polos en el caso de las imbricaciones- en conjunto con los datos de rumbo y buzamiento de las unidades que las contenían, para poder restituir la información a la horizontal. Para esto, se utilizó la función “unfolding” que brinda el software. Finalmente se hizo un análisis estadístico a partir de un diagrama de rosas. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 31 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Una vez obtenidas las paleocorrientes, para cada segmento muestreado, se realizó un análisis de la variación vertical de los datos y se construyeron mapas de paleocorrientes para entender como influyó la paleotopografía en el depósito de los sedimentos cenozoicos analizados en este trabajo. Análisis composicional y de procedencia Análisis petrográfico de areniscas Se realizaron y analizaron 48 secciones delgadas de las columnas más representativas de cada una de las tres áreas de estudio (Apéndice – Tablas A.2, A.3, A.4). Se realizó un análisis textural y composicional, que complementó el análisis de facies y un conteo de puntos (en número de 300). Se seleccionaron muestras de areniscas finas a medianas, sobre las cuales se realizaron secciones delgadas, para determinar la composición modal de los minerales detríticos y autigénicos. Se contaron 300 a 400 puntos por corte delgado en una grilla rectangular, con un espaciado de 1,0 mm entre los puntos. Las areniscas se denominaron mediante la utilización de la clasificación de Pettijohn et al. (1987) modificada de Dott (1964). Las categorías de conteo y los criterios usados para la identificación de los granos del entramado se basaron ampliamente en aquellos apuntados por Dickinson (1970 y 1985) e Ingersoll y Suczek (1979). Debido a que el objetivo principal del trabajo fue determinar la procedencia de areniscas y por consiguiente, identificar los fragmentos de roca, se utilizó el método de conteo de Gazzi- Dickinson y los fragmentos líticos fueron considerados como tipos de granos separados (Patch, 1980; Patch, 1984; Blatt, 1992; Eriksson et al., 1994). Los polígonos de error han sido construidos alrededor de la media determinada, usando el cálculo de desviación estándar para cada componente representado. Si bien es cierto que para hacer comparaciones de valor estadístico es conveniente usar el intervalo de confianza, o ensayo-t, junto a la desviación estándar (Howard et al., 1994), en el caso particular de este estudio la cantidad de muestras en algunas de las unidades estratigráficas no resultó suficiente para tener poder discriminatorio. Sin embargo, se considera que los resultados obtenidos pueden dar una buena aproximación de las tendencias de composición petrográfica. A partir de este análisis se generaron 3 gráficos triangulares siguiendo la metodología de Dickinson (1985), teniendo en cuenta para el conteo, los elementos: cuarzo monocristalino (Qm), cuarzo policristalino (Qp), plagioclasa (Pg), feldespato potásico (FK), líticos sedimentarios (Ls), líticos ígneos (Li). Una vez realizados los conteos, se elaboraron 3 gráficos triangulares: Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 32 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP • Gráfico Qt-F-L: Este diagrama compara el cuarzo total (Qm+Qp), el feldespato total y los líticos totales. El mismo presenta 7 campos bien definidos: Interior cratónico, continental transicional, basamento elevado, orógeno reciclado, arco disectado, arco transicional y arco no disectado (Apéndice – Tabla A.2). • Gráfico Qm-F-L+Qp: plotea el cuarzo monocristalino, feldespato total y líticos totales más cuarzo policristalino. Dickinson (1985) genera este gráfico sobre el que define 10 campos. Interior cratónico, continental transicional, basamento elevado, cuarzoso reciclado, mixto, transicional reciclado, arco disectado, arco transicional, lítico reciclado y arco no disectado (Apéndice – Tabla A.3). • Gráfico Qp-Lv-Ls: Utilizando el cuarzo policritalino, los líticos volcánicos y los líticos sedimentarios, este diagrama permite discriminar tres tipos de fuentes, sutura colisional / faja plegada y corrida, complejos de subducción y arco de subducción, donde el primero está asociado a un alto porcentaje de líticos sedimentarios y cuarzo policristalino y las fuentes de arco de subducción a contenidos altos de líticos volcánicos, quedando los complejos de subducción en un punto medio (Apéndice – Tabla A.4). Las rocas estudiadas presentan escaso grado de alteración, lo que facilita el reconocimiento óptico de las especies minerales, sus indicadores de procedencia. Las partículas con diámetros de granos menores de 30 micrones fueron consideradas como constituyentes de la matriz. Análisis petrográfico en conglomerados Se incluyeron en este grupo todas las rocas compuestas por una proporción significativa de granulometrías mayores de 2mm, inmersas en una matriz arenosa o pelítica y cementadas por distintos precipitados químicos (Scasso y Limarino, 1997). En función de su distinción, se realizó una descripción detallada describiendo el tamaño de los clastos, su grado de redondez y esfericidad, el tamaño de su matriz y si eran matriz o clasto-soportados. A su vez, se hizo especial enfoque en el conteo de clastos de conglomerado, donde a partir de un análisis detallado de las distintas composiciones de los mismos, se tomaron 100 clastos por punto de muestreo. En función a estos datos: 1. Se plotearon gráfico de líneas que se ubicaron en conjunto con las columnas estratigráficas para observar la variación en el aporte en la vertical. 2. Se realizaron diagramas ternarios basados en la clasificación de Limarino et al. (1996), el cual presenta un ordenamiento de rocas psefíticas basado en tres parámetros principales: I. tipo de fábrica, II. textura de la matriz y III. composición de los clastos. Estos parámetros son combinados Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 33 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP dentro de un modelo de clasificación ternario en función de si son clasto – soportados o matriz – soportados. Los gráficos ternarios tienen tres ejes donde el eje superior es C (cuarzo + chert + cuarcitas), el eje inferior izquierdo G (granitos + gneises + feldespatos) y el eje inferior derecho L (fragmentos líticos restantes). En lo que respecta a la composición el vértice superior representa las especies más estables, el vértice izquierdo basal el aporte de un basamento cristalino y el derecho basal los restantes clastos líticos, generalmente lábiles de grano más fino. A su vez la ventaja de este gráfico es que permite establecer una vinculación entre la clasificación de las psefitas y las comúnmente empleadas en psamitas. Resultados Los depósitos cenozoicos vinculados con la orogenia andina del sector Oeste se caracterizan por comenzar de manera transicional sobre la Formación Lumbrera, con la aparición cuerpos canalizados de arenisca sobre sedimentos limo-arcilíticos. Se caracteriza por un incremento rápido de la granulometría con aparición de niveles conglomerádicos a partir de los 100m de espesor. Está caracterizado por un dominio de conglomerados finos intercalados por cuerpos de arenisca mediana a gruesa y en menor medida niveles limo-arcillosos. Es granocreciente y estratocreciente, con un espesor de casi 1400m, culminando con niveles de bloques poco consolidados y muy caóticos. Finaliza por falla sobre el Granito Aguilar. El sector Norte está caracterizado por afloramientos que dificultaron realizar una sección completa. Por esta razón se realizaron siete perfiles los cuales, a partir de niveles de control, se unificaron en una sola columna. Al igual que en el sector Oeste, comienza muy transicionalmente sobre la Formación Lumbrera. Comienza con cuerpos de arenisca muy subordinados en niveles limo-pelíticos que progresivamente aumentan de tamaño mostrando un arreglo grano y estratocreciente. Tiene un espesor total de 1540m, con la aparición del primer conglomerado a los 230m, y una columna que refleja una tendencia grano y estratocreciente progresiva. Finaliza cubierta por sedimentos modernos. Por último, el sector Este es el que presenta mejores afloramientos. En este sector se lograron levantar siete columnas de más de 2000m, quedando representado por una columna que tiene un espesor de 2280m. Aparecen en contacto por falla, la cual pone en contacto la Formación Río Grande con la Formación Casa Grande. Comienza con niveles limo-arcillosos con cuerpos de arenisca muy subordinados que alcanzan 1m de espesor. Como característica particular se da una discordancia erosiva a los 200m que se puede observar muy bien desde imágenes satelitales (Figura 6.3) la cual podría estar marcando el límite Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 34 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP entre las Formaciones Casa Grande y Rio Grande. A diferencia de los sectores anteriores, si bien a grandes rasgos se puede distinguir que la sección es grano y estratocreciente, presenta al menos 5 segmentos grano y estratocrecientes, caracterizados por un inicio basal dominado por niveles limo-pelíticos que gradan a areniscas y a conglomerados. Finaliza cubierto por depósitos modernos. Columnas Estratigráficas A partir del relevamiento de campo se realizó una columna representativa para cada sector. La tabla 3.2 muestra la ubicación de inicio de cada perfil y las características principales. Tabla 3.2. Columnas sedimentarias levantadas PERFIL UBICACION DESCRIPCION Perfil Oeste 23° 8'5.46"S - 65°38'57.70"W Columna con 1350m de espesor que inicia con una superficie erosiva paraconocordante sobre la Formación Lumbrera. El techo está cubierto por depósitos modernos Perfil Norte 22°54'49.51"S - 65°33'7.75"W Columna de 1530m de espesor que inicia de manera transicional y concordante sobre la Formación Lumbrera. El techo está cubierto por depósitos modernos Perfil Este 22°59'10.47"S - 65°31'18.08"W Columna con 2270m de espesor que inicia por falla sobre la Formación Rio Grande. Su contacto basal sobre lumbrera no se pudo establecer. El techo está cubierto por depósitos modernos. En la Figura 3.3 se presentan las columnas representativas de las tres áreas: Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 35 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 36 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 3.3. Columnas sedimentarias representativas de cada zona de estudio. Zona Oeste: columna Rio Grande. Zona Norte: Columna Tres Cruces Pueblo. Zona Este: Columna Cruz. Análisis de facies, elementos arquitecturales y asociación de facies. El estudio de las secciones levantadas permitió la diferenciación de 15 facies sedimentarias que se presentan en la tabla 3.4. A su vez, se identificaron los principales elementos arquitecturales (Tabla 3.5) Sobre la base de estas facies, se identificaron 8 asociaciones de facies representadas en la tabla 3.4. y los principales elementos arquitecturales (Tabla 3.5). Tabla 3.4. Facies presentes en los depósitos de antepaís del área de Tres Cruces. Facies Litología Estructura Interpretación Fl Pelita/Limolita Laminación paralela fina y/o ondulítica. Estratificación tabular con contactos netos (Figura 3.4.K). Depósitos por decantación. Baja energía Fm Pelita Maciza, en cuerpos tabulares. Puede presentar grietas de desecación y actividad pedogenética (motas, rizoconcreciones, nódulos, cristales de yeso) (Figura 3.4.L). Depósitos por decantación. Baja energía So Arenisca muy fina a fina intercalada con limolita Óndulas asimétricas. Laminación ondulítica o flaser (Figura 3.4.A). Depósitos de bajo régimen de flujo. Sl Arenisca muy fina a fina Laminación paralela muy fina o fina en bancos con plana (Figura 3.4.B). Relleno de canales abandonados. Flujos planos de bajo régimen Sh Arenisca mediana Laminación paralela fina, estratos tabulares con base erosiva (Figura 3.4.C). Flujo plano. St Arenisca mediana Laminación entrecruzada tangencial. Base erosiva. Formas lobuladas y base plana comunes (Figura 3.4.D). Formas de lecho con crestas sinuosas a lingüoides (dunas 3D) Sm Arenisca fina a gruesa Maciza, laminación difusa. Cuerpos tabulares con base plana a levemente Flujos de alto régimen. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 37 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP erosiva. Puede tener bioturbación (Figura 3.4.E). Sp Arenisca fina a gruesa, puede contener intraclastos. Laminación/estratificación entrecruzada planar con láminas estrato-decrecientes. Base erosiva y techo plano. Cuerpos cuneiformes (Figura 3.4.F) Formas de lecho con crestas rectas (dunas 2D). Bajo y alto régimen de flujo. Gd Ortoconglomerado fino clasto-soportado. Matriz de arenisca mediana a gruesa. Estructura maciza. Base erosiva. Cuerpos tabulares a lenticulares. (Figura 3.4.G) Flujo fluido de alta energía. Matriz infiltrada Gh Conglomerado fino a grueso clasto - soportado. Matriz de arenisca mediana a gruesa. Estratificación horizontal. Cuerpos típicamente de decímetros a varios metros de espesor. Contactos entre cuerpos difusos debido a la ausencia de una estratificación bien definida. Son comunes los clastos imbricados. Flujos de detritos en manto y flujos laminares dentro de un sistema fluvial de alta energía. Gp Ortoconglomerado fino a grueso clasto – soportado con matriz de arenita mediana a gruesa. Variaciones texturales dentro de los sets debido a cambios en la selección. Estratificación entrecruzada planar en cuerpos que pueden superar los 4m de espesor, aunque comúnmente son de 1m (Figura 3.4.I). Depósito de acreción lateral y migración dentro de un sistema fluvial de alta energía. Cambios texturales producto de cambios abruptos en las condiciones hidráulicas. Gt Ortoconglomerado fino a grueso clasto – soportado con matriz de arenita mediana a gruesa. Variaciones texturales dentro de los Estratificación entrecruzada tangencial de bajo ángulo en cuerpos que pueden superar los 4m de espesor, aunque comúnmente son de 1m (Figura 3.4.H). Depósito de acreción lateral y migración dentro de un sistema fluvial de alta energía. Cambios texturales producto de cambios Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 38 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP sets debido a cambios en la selección. abruptos en las condiciones hidráulicas. Gco Ortoconglomerado polimíctico de grano grueso clasto - soportado Gradación inversa a normal, imbricación de clastos débil (Figura 3.4.J) Carga de lecho por tracción, en flujos de alta energía. Gmm Ortoconglomerado fino a grueso. Clastos mal seleccionados y soportados por una matriz mal seleccionada de arenita y limolita Estructura maciza, en algunos casos gradación normal de clastos y/o matriz. Base erosiva (Figura 3.4.M) Esta litofacies representa flujos de detritos pseudo- plásticos, por flujos turbulentos. Gcm Ortoconglomerados polimícticos, desorganizados, clasto – soportados. Bloques y conglomerados subangulares a redondeados. Sin estructura en estratos de 1 a 8m de espesor (Figura 3.4.N). Depósitos por corrientes fluidas con clastos concentrados. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 39 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 3.4. Facies presentes: A – Laminación ondulítica en areniscas finas a muy finas (So). B – Laminación paralela en areniscas finas a muy finas (Sl). C – Laminación paralela en areniscas medianas (Sh). D – Laminación entrecruzada tangencial en areniscas medianas (St). E – Arenisca fina a gruesa maciza (Sm). F – Arenisca fina a gruesa con laminación entrecruzada planar (Sp). G – Ortoconglomerado clasto-soportado macizo (Gd). H – Ortoconglomerado con estratificación horizontal (Gh) y ortoconglomerado con estratificación entrecruzada tangencial a la base de bajo ángulo (Gt). I – Ortoconglomerado con estratificación entrecruzada planar (Gp). J – Ortoconglomerado con gradación normal (Gco). K – Arcilita con laminación horizontal (Fl). L – Arcilita maciza (Fm). M – Ortoconglomerado matriz soportado macizo (Gmm). N – Ortoconglomerado polimíctico sin estructura (Gcm). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 40 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Tabla 3.5. Arquitectura fluvial presente en las columnas sedimentarias. Símbolo Elemento Arreglo de Facies Geometría CH Canales Cualquier combinación Variable. Base cóncava y erosiva GB Formas de Lecho Gravosas Gm,Gp,Gt Tabular, lentiforme. SB Formas de Lecho Arenosas St,Sp,Sh,Sl Lentes, cuñas,mantos SG Flujos de gravedad Gmm, Gco Lóbulos, láminas de flujos de gravedad DA Macroformas de acreción frontal St,Sp,Sh,Sl Lentes. Tope convexo LA Macroformas de acreción lateral St,Sp,Sh,Sl,Gp,Gt, Fl Cuñas, lóbulos LS Mantos arenosos laminados Sh,Sl,St,Sp Mantos FO Finos de Planicie Fm,Fl,Sm Tabular. Espesor variable Formación Casa Grande La Formación Casa Grande marca el inicio de la sedimentación de antepaís cenozoico en el área de Tres Cruces (Boll y Hernandez, 1985). El contacto sobre el posrift del Grupo Salta se da a partir de una discordancia levemente erosiva. Presenta un espesor entre 100 y 200m. Está caracterizada por 4 asociaciones de facies: CG1, CG2, CG3 y CG4, las cuales están mejor representadas en la columna Rio Grande (Tabla 3.6). Tabla 3.6. Asociaciones de facies presentes en la Formación Casa Grande Asociación de Facies Facies presentes Descripción Elementos Arquitecturales Interpretación CG1 Fl, Sl, St, Sp Secuencia compuesta por cuerpos tabulares de 5-40m, de limolitas y pelitas rojizas finamente laminadas. Intercalan esporádicamente cuerpos de arenisca (Sl, St, Sp) en cuerpos de LS, FO Se interpreta una planicie de inundación con crecidas distales esporádicas Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 41 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP 0,5 – 1m con base levemente erosiva CG2 Fl, So, Sl, Sp, St Ciclios granocrecientes de 5 a 10m que comienzan con una limolita- pelita laminada sobre la que aparecen cuerpos de arenisca con base levemente erosiva que incrementan en granulometría hasta una arenisca mediana/gruesa. Culminan de manera brusca con limolitas- pelitas. FO, LS, SB Se interpreta como un subambiente de planicie de inundación con crecidas proximales. CG3 Fl, Sh, Sl, Sp, raro St Cuerpos de arenisca mediana de 0.5 a 5m de espesor con base erosiva, con bases cóncavas y techos planos, con estructuras de agradación lateral. Alternan con niveles de limolitas laminadas que no superan los 0,7m de espesor. CH, LS, SB, FO Depósitos distales de canal que progradan sobre la planicie de inundación. Los finos marcan una estacionalidad en el flujo. CG4 Sh, Sp, St, So, Sm Cuerpos de 3 a 10m de espesor con bases erosivas sobre la que apoya areniscas de 1 a 2m de espesor amalgamados que pueden mostrar agradación lateral. Son cuerpos canalizados que pueden alcanzar los 50m de extensión lateral, promediando los 30m. CH, SB, LA, DA Se interpreta como depósitos de canal de un sistema fluvial distal Asociación de Facies 1 (CG1): Compuesta por cuerpos tabulares de 5-40m, de limolitas y pelitas rojizas finamente laminadas, donde intercalan esporádicamente cuerpos de arenisca (Sl, St, Sp) en cuerpos de 0,5 – 1m con base levemente erosiva, esta asociación se encuentra muy presente en la Formación Casa Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 42 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Grande donde puede superar los 40m de espesor y distribuciones laterales de cientos de metros, considerándose la asociación de facies predominante, se reduce considerablemente a medida que avanzamos en la secuencia, estando casi ausente hacia el techo, reconociéndose en bordes de canales amalgamados. La variación litológica vertical es considerable, lo que refleja el hecho de que la superficie de deposición tenía baja pendiente y era fácilmente susceptible a pequeños cambios en los procesos de deposición. La sedimentación puede tener lugar en incrementos separados que representan eventos de inundación individuales, o por la lenta sedimentación continua de sedimentos de grano fino de la suspensión en pantanos o estanques permanentes. Asociación de Facies 2 (CG2): compuesta por ciclos granocrecientes de 5 a 10m, que comienzan con una pelita laminada sobre la que aparecen cuerpos de arenisca con base levemente erosiva que incrementan en granulometría hasta una arenisca mediana/gruesa. Culminan de manera brusca con pelitas. Se trata de una asociación que, junto con la descripta anteriormente, conforma las planicies fluviales que predominan en la base de la Formación Casa Grande. Los depósitos consisten en areniscas de grano fino a mediano con abundante estructuras sedimentarias hidrodinámicas y bioturbación. Son típicas las estructuras laminadas entrecruzadas y las ondulitas. Láminas intercaladas de pelitas que constituyen litofacies FO también son comunes. Los ensambles se caracterizan por lechos delgados y abundantes superficies de no depositación y erosión a pequeña escala (superficies de tercer orden), que refleja el origen de los desbordes por inundación periódicos o irregulares en láminas (Elemento SB). Disminuye el tamaño del grano a medida que nos alejamos del canal principal. Internamente, los depósitos pueden exhibir superficies de acreción de bajo ángulo que registran crecimiento por progradación lateral (Elemento DA/LA). La parte superior de estos eventos puede mostrar un decrecimiento en la granulometría a medida que se produce el fin de la inundación/abandono (Figura 3.5). Esta parte superior de la sucesión puede mostrar abundante bioturbación. Asociación de Facies 3 (CG3): Son cuerpos de arenisca mediana de 0.5 a 5m de espesor con base erosiva, con bases planas a levemente cóncavas y techos planos, que se depositan en cuerpos laminados, pudiendo estar asociados a canales, con estructuras de flujo primarias unidireccionales y entrecruzadas que indican una agradación lateral del sistema. Gradan verticalmente a limolitas laminadas que no superan los 0,7m de espesor. Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 43 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Las litofacies Sh, Sl con menor presencia de facies Sp, comúnmente dominan sobre la sección media de la Formación Casa Grande, y se han interpretado como el producto de inundaciones repentinas depositando arena bajo condiciones de lecho plano de alto régimen de flujo (Miall 1977, 1984, Tunbridge 1981, 1984; Sneh 1983). La arquitectura característica de este elemento, descrita por Tunbridge (1981), Sneh (1983) y Stear (1985), consta de capas de arena individuales tienen 0.4-2.5 m de espesor y con superficies planas a ligeramente erosivas. Pueden estar limitadas, gradacionalmente, por Sp o St, indicando condiciones de flujo descendente al final de un evento de inundación. Las láminas individuales se pueden trazar lateralmente por más de 100 m, con márgenes prácticamente imperceptibles. En los bordes se interdigita con unidades más finas dominadas por arenas de grano fino y pelitas de la litofacies Fl. Verticalmente presentan gradación normal en la mayoría de los casos evidenciando la estacionalidad de los flujos. La gradación inversa en la base de los cuerpos también es común. Las formas canalizadas son difíciles de observar en afloramiento, aunque en algunos casos, los cuerpos de canal presentan alas laterales conformadas por esta asociación (Figura 3.6). Los ciclos apilados pueden alcanzar decenas de metros de espesor. Asociación de Facies 4 (CG4): Cuerpos de arenisca de 3 a 10m de espesor con base erosiva cóncavas y techo plano donde predominan las facies de progradación lateral (Sp, St) y en menor medida estructuras laminadas (Sh, So). Son cuerpos canalizados que pueden alcanzar los 50m de extensión lateral, promediando los 30m. Los componentes que definen la geometría de canal típica de esta asociación se pueden mapear fácilmente, quedando definidos como superficies de quinto orden. Su litofacies (CH) se caracteriza por cuerpos con bases erosivas cóncavas. La parte superior del canal puede ser erosional o gradacional. Pueden tener internamente rellenos mono o multiepisódicos. Los márgenes de los canales presentan formas bien definidas con márgenes con pendientes que pueden alcanzar los 30°. Estas variaciones reflejan la estabilidad del banco, en general pobre, con amplios canales (Figura 3.7). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalba Ulberich 44 Facultad de Ciencias Naturales y Museo - UNLP Figura 3.5. Asociación de facies 2 representada en la sección basal de la columna Tres Cruces Pueblo del sector Norte. Se observan con claridad los cuerpos irregulares laminados que representan inundaciones (SB) sobre una planicie fluvial (FO). Evolución Cenozoica de la cuenca de antepaís de Tres Cruces, Cordillera Oriental, noroeste de Argentina Juan Pablo Villalb