Paleogene and Neogene magmatism in the Valle del Cura region: New perspective on the evolution of the Pampean flat slab, San Juan province, Argentina

Abstract

El Valle del Cura está geológicamente caracterizado por una espesa secuencia volcánica y volcániclástica que registra la evolución del magmatismo terciario de arco y retroarco de la Cordillera Frontal de Argentina sobre la actual zona de subducción horizontal Pampeana entre los 29,5° a 30°S. Durante el Eoceno, se desarrollo una cuenca de retroarco donde se depositó una secuencia volcano-sedimentaria sinorogénica, la Formación Valle del Cura, la que incluye riolitas y tobas dacı´ticas. Estas rocas silíceas poseen débiles signaturas químicas de retroarco, alto contenido de elementos litófilos y un enriquecimiento isotópico en relación con el resto de la secuencia terciaria más joven; la signatura química es consistente con magmas desarrollados en condiciones de una corteza delgada. Le sucede el magmatismo de arco oligoceno-mioceno temprano del Grupo Doña Ana; arco localizado al oeste del límite con Chile. Las volcanitas de Doña Ana corresponden a una suite calcoalcalina producto de fusión en la cuña astenosférica bajo una corteza de espesor normal (30–35 km). Debido a la subhorizontalización de la placa de Nazca, se produce la migración del arco: la Formación Cerro de las Tórtolas, de edad miocena inferior a superior, representa este frente volcánico ubicado en el límite chileno-argentino. Dos etapas se reconocen: la más antigua (16–14 Ma) representa fundidos equilibrados en una corteza de espesor normal (30–35 km), mientras que la más joven (13-10 Ma) posee relaciones de tierras raras indicativas de magmas equilibrados con fases residuales de mayor presión, reflejo de una corteza engrosada (50 km). Las relaciones isotópicas de las lavas más jóvenes son consistentes con un incremento de los componentes corticales, incorporados durante su evolución ya sea en la corteza o introducidos al manto por subducción y erosión de sedimentos en el antearco. El comienzo de la subducción de la dorsal de Juan Fernández en la región, entre los 10 y 12 Ma, es consistente con un pico en los procesos de erosión y subducción en el antearco. Las lavas jóvenes de la Formación Cerro de las Tórtolas y las ignimbritas dacíticas del Mioceno Medio de la Formación Tambo se desarrollaron bajo las condiciones de máxima compresión. El último episodio volcánico significativo en la región corresponde a la Ignimbrita Vacas Heladas, del Mioceno Superior. Son las volcanitas isotópicamente mas enriquecidas, resultado de las altas proporciones de componentes corticales involucrados en su génesis. Luego de este volcanismo y como respuesta a la subhorizontalización de la placa subducida, cesó la actividad volcánica en el Valle del Cura.

The Valle del Cura region is characterized by a thick volcanic and volcaniclastic sequence that records the Tertiary arc and backarc magmatic evolution of the Argentine Main Cordillera over the modern Pampean flatslab at 29.5-30°S. During the Eocene, a retroarc basin developed, represented by the Valle del Cura Formation synorogenic volcanosedimentary sequence, which includes rhyolites and dacitic tuffs. These silicic volcanic rocks have weak arc chemical signatures and high lithophile element concentrations and are isotopically enriched relative to the late Oligocene-early Miocene volcanic rocks that followed them. Their chemical characteristics fit with eruption through a thin crust. The Valle de Cura Formation was followed by the Oligocene-early Miocene Doña Ana Group volcanic sequence, which erupted at and near the arc front west of the border with Chile. The Doña Ana Group volcanic rocks have calc-alkaline chemical characteristics consistent with parental magmas forming in a mantle wedge and erupting through a normal thickness crust (35 km). Subsequent shallowing of the downgoing Nazca plate caused the volcanic front to migrate eastward. The volcanic sequences of the middle Miocene Cerro de las Tórtolas Formation erupted at this new arc front, essentially at the Argentine border. Two stages are recognized: an older one (16-14 Ma) in which magmas appear to have erupted through a normal thickness crust (30-35 km) and a younger one (13-10 Ma) in which the steeper REE pattern suggests the magmas last equilibrated with higher pressure residual mineral assemblages in a thicker crust. Isotopic ratios in the younger group are consistent with an increase in original crustal components and crust introduced into the mantle source by forearc subduction erosion. A peak in forearc subduction erosion near 12-10 Ma is consistent with when the main part of the Juan Fernandez Ridge began to subduct beneath the region. In addition to late Miocene Tambo Formation dacitic ignimbrites, the younger Cerro de las Tórtolas Formation volcanic rocks erupted at the height of contractional deformation in the Valle del Cura and to the east. The last important volcanic sequence to erupt in the Valle del Cura is the late Miocene Vacas Heladas Ignimbrite, the most isotopically enriched Tertiary magmas in the Valle del Cura that contain the highest proportion of crustal components. Subsequently volcanism ceased in the region in response to shallowing of the subduction zone.