Cenozoic structural evolution of the Argentinean Andes at 34º40?S: A close relationship between thick and thin-skinned deformation

Abstract

In the Argentinean side of the Andes at 34°40?S, the Cenozoic Andean orogeny produced the thick-skinned Malargüe fold-and-thrust belt and the easternmost basement uplift of the Cordillera Frontal. Integrating balanced structural cross-sections with previous studies of Cenozoic synorogenic rocks and 40Ar/39Ar ages of coeval volcanic and subvolcanic rocks, we propose a Miocene to Quaternary sequential structural evolution of this sector of the Andes. Andean deformation in the study area begun around 14.5 Ma with the growth of thick-skinned structures at the western region, formed by large basement wedges that propagated along detachment horizons within the cover generating thin-skinned structures. The development of these genetically linked thick and thin-skinned structures finished with the insertion of a third basement wedge and its associated deformation in cover rocks along the Sosneado thrust, before the extrusion of 10.8 Ma volcanic rocks. These structures imply 10 km of shortening, representing an important Middle Miocene compressive period (2.7 mm/a). Systems of fractures measured in basement, cover and subvolcanic rocks indicate an E-W direction of compression. A supercritical Coulomb wedge attained after the Middle Miocene deformation, was responsible of new basement-involved faulting into the foreland, the west-dipping Carrizalito thrust. The absence of efficient detachment levels in the cover rocks of the eastern region difficulted the development of large basement wedges and instead important backthrusting occurred in the hangingwall of the Carrizalito thrust. Widespread subvolcanic rocks (10.5 to 5.5 Ma) exposed in this region suggest a close relationship between magmatism and antithetic faulting. With continuing compression, the Carrizalito thrust breaks through to the surface thrusting pre-Jurassic and Mesozoic sequences over Cenozoic rocks although in the southern region it remains as a blind thrust. This different configuration along the strike of the Carrizalito thrust is due to an ENE trending oblique fault. Thick-skinned structures in the eastern sector, that involve 4 km of shortening, were covered discordantly by horizontal basalts of 0.5 Ma. A shortening rate of 0.42 mm/a from Late Miocene to Middle Pleistocene indicates that Andean contraction diminished, which is in agreement with most geodynamic models of plate tectonics.

En los Andes Argentinos a los 34°40’S, la orogenia Andina produjo durante el Cenozoico la faja corrida y plegada de Malargüe, de piel gruesa, y hacia el este el levantamiento del basamento en la Cordillera Frontal. Integrando secciones estructurales balanceadas con estudios previos de rocas sinorogénicas terciarias y edades 40Ar/39Ar de rocas volcánicas y subvolcánicas contemporáneas, proponemos una evolución estructural secuencial desde el Mioceno al Cuaternario para este sector de los Andes. La deformación andina en el área de estudio comenzó alrededor de los 14,5 Ma con el desarrollo de estructuras de piel gruesa en la región occidental, formadas por grandes cuñas de basamento que se propagaron a lo largo de despegues dentro de la cubierta sedimentaria, generando estructuras de piel fina. El desarrollo de esas estructuras de piel gruesa y piel fina finalizó con la inserción de una tercera cuña de basamento y su deformación asociada en la cubierta a lo largo del corrimiento Sosneado, antes de la extrusión de rocas volcánicas de 10,8 Ma. Estas estructuras implican ~10 km de acortamiento, representando un importante evento compresivo en el Mioceno Medio (2,7 mm/a). Los sistemas de fracturas medidos en el basamento, la cubierta y en rocas subvolcánicas, indican una dirección de compresión E-W. Un estado de cuña de Coulomb supercrítica alcanzado luego de la deformación del Mioceno Medio generó nuevo fallamiento en el antepaís, el corrimiento Carrizalito. La ausencia de niveles de despegue eficientes en las rocas de la cubierta en la región oriental dificultó el desarrollo de grandes cuñas de basamento y en cambio tuvo lugar una importante deformación mediante retrocorrimientos en el bloque colgante del corrimiento Carrizalito. La abundante presencia de rocas subvolcánicas (10,5 a 5,5 Ma) en la región de retrocorrimientos sugiere que existe una estrecha relación entre el magmatismo y dicho fallamiento antitético. Con la continuidad de la compresión el corrimiento Carrizalito cortó hacia la superficie sobrecorriendo a las secuencias prejurásicas y mesozoicas sobre rocas terciarias, aunque al sur permanece como un corrimiento ciego. Este diferente desplazamiento a lo largo del rumbo del corrimiento Carrizalito se acomoda mediante una falla oblicua, de rumbo ENE. Las estructuras de piel gruesa en el sector oriental, que involucran ~4 km de acortamiento, fueron cubiertas discordantemente por basaltos horizontales de ~0,5 Ma. Una tasa de acortamiento de 0,42 mm/a desde el Mioceno tardío al Pleistoceno medio indica una disminución en la contracción andina, lo cual concuerda con la mayoría de los modelos geodinámicos de la tectónica de placas.