Outlining the thermal posdepositional evolution of the Ordovician successions of northwestern Argentina by clay mineral analysis, chlorite geothermometry and Kübler index

Abstract

The thermal post-depositional evolution of metapelitic and metavolcanic rocks of the upper CambrianOrdovician succession in the Central Andes of northwestern Argentina, was estimated through X ray diffraction of clay mineral analysis, Kübler Index (KI), SEM-EDS study of selected samples and chlorite geothermometry. The study area comprise five representative regions in Puna and Cordillera Oriental, namely at Sierra de Santa Victoria (Nazareno and Santa Victoria river areas), Cordón de los Siete Hermanos (Yavi), Sierra de Rinconada and Sierra de CochinocaEscaya. The paleotemperatures obtained with the chlorite geothermometer, in coincidence with KI values, show an E-W trend from diagenesis/low anchizone in the eastern flank of Sierra de Santa Victoria, to high anchizone/epizone in the Puna, with intermediate values in the western flank of Sierra de Santa Victoria. This trend, in conjunction with the development of slaty cleavage in the Ordovician rocks from Yavi, Sierra de Cochinoca-Escaya and western localities coincide with the limits proposed for the “Ocloyic deformation belt”. The common occurrence of kaolinite in the slates and the metavolcanic rocks of Sierra de Cochinoca-Escaya, coupled with the substitution of chlorite by interstratified lower-temperature phases in most of these rocks and the occurrence of jarosite in a metadacite, indicate presence of hydrothermal fluids with high H+ /cations ratios, producing acid type alteration (Utada, 1980), at temperatures between 100 and ~300 °C. The hydrothermal alteration should have been subsequent to the maximum burial and the attainment of epizonal metamorphism, and was very probably related with the posthumous activity of the Ordovician volcanic arc. The widespread occurrence of retrograde diagenesis products (smectite, kaolinite, as well as interstratified Chl/Sm and Chl/Vrm phases) in the anchizonal/epizonal metapelites of Sierra de Cochinoca-Escaya and Sierra de Rinconada constitute, up to our knowledge, the first report of an extensive hydrothermal activity affecting not only the metavolcanic rocks but also the Lower Ordovician sediments of northern Puna.

Estudios por difracción de rayos-X de rocas metapelíticas y metavolcánicas, complementadas con análisis textural a escala del SEM y microanálisis de muestras seleccionadas, con geotermometría de la clorita, han permitido delinear la historia diagenética-metamórfica prograda de las sucesiones del Cámbrico superior-Ordovícico de los Andes Centrales del NW de Argentina e identificar reacciones retrógradas. El estudio se centró en cinco localidades de Puna y Cordillera Oriental: sierra de Santa Victoria (zona de los ríos Nazareno y Santa Victoria), Cordón de los Siete Hermanos (Yavi), sierra de Rinconada y sierra de Cochinoca-Escaya. Las paleotemperaturas obtenidas mediante el geotermómetro de la clorita, coherentes con los valores obtenidos para el índice de Kübler, indican un aumento en las temperaturas de E a W, desde condiciones de diagénesis/ anquizona débil en el flanco oriental de la sierra de Santa Victoria, hasta anquizona fuerte/epizona en la Puna, con valores intermedios en el área de Yavi. Esta tendencia, así como la presencia de un clivaje metamórfico en las rocas ordovícicas de Yavi, sierra de Cochinoca-Escaya y sierra de la Rinconada coincide con los límites propuestos previamente, a partir de estudios estructurales y microtectónicos, para el “Cinturón de deformación Oclóyica”. La presencia de caolinita en la mayor parte de las metapelitas y rocas metavolcánicas de las sierra de Cochinoca-Escaya, junto con la sustitución de la clorita por fases interestratificadas de menor temperatura y la presencia de jarosita en una metadacita, indican alteración por fluidos hidrotermales ácidos, a temperaturas entre 100 y ~300 °C. Esta alteración hidrotermal probablemente estuvo vinculada con la actividad póstuma del arco volcánico Ordovícico y sucedió con posterioridad a la etapa de máximo enterramiento, durante la que las rocas del sector septentrional de la Puna alcanzaron el metamorfismo de grado anquizona fuerte/epizona. La amplia distribución de fases asignables a retrodiagénesis (esmectita, caolinita, así como interstratificados Chl/Sm y Chl/Vrm) en las metapelitas de las sierras de Cochinoca-Escaya y Rinconada constituyen, hasta donde sabemos, el primer registro de una extensa actividad hidrotermal que afectó no solo las rocas metavolcánicas, sino también a los sedimentos del Ordovícico inferior del norte de la Puna.