Sedimentología y estratigrafía del Mioceno de las Sierras Subandinas Australes argentinas y su extensión boliviana

Abstract

El levantamiento y avance tectónico de los Andes Centrales, a partir del Oligoceno tardío, dio lugar a la formación de una cuenca de antepaís, que actualmente recibe el nombre de Cuenca de Antepaís del Chaco (Chaco foreland basin). En ésta, se desarrollaron secuencias sedimentarias que alcanzan los 5.000 metros de espesor, caracterizadas por depósitos sinorogénicos de edad terciaria. Durante el Mioceno, los sectores distales de la cuenca se encontraban dominados por ambientes continentales, donde tuvo lugar el desarrollo de importantes sistemas fluviales y extensos humedales intracontinentales. En las últimas décadas, los depósitos de la Formación Yecua han sido objeto de múltiples controversias ambientales, donde diversos autores han relacionado estas acumulaciones en forma directa, con las distinta ingresiones marinas que tuvieron lugar en el continente Sudamericano durante el Mioceno, no existiendo aún un consenso generalizado. Se tiene como objetivo primordial que los conocimientos alcanzados en este trabajo de tesis, brinden la información necesaria, para entender en forma detallada y concreta los ambientes imperantes en la región, como así también, la distribución de los mismos en los diferentes depocentros. En este sentido, a partir de la generación de modelos paleogeográficos, se busca ahondar en la comprensión de los distintos estadíos evolutivos de la cuenca, bajo el contexto de las ingresiones marinas miocenas. Este trabajo se centró en el estudio sedimentológico y estratigráfico detallado de los depósitos sedimentarios miocenos de las formaciones Tranquitas y Yecua. Para tal fin, se relevaron y confeccionaron perfiles sedimentológicos en 11 localidades, en las que se identificaron los principales tipos litológicos, estructuras sedimentarias primarias y biogénicas, contenido paleontológico, geometría, orientación y jerarquía de los cuerpos de rocas, naturaleza y jerarquía de superficies, y los contactos con las unidades infra y suprayacentes de las formaciones de interés. En forma paralela, se realizó el muestreo litológico y paleontológico, con la finalidad de realizar estudios composicionales, tafonómicos y del contenido fósil. El análisis de facies permitió reconocer 30 facies sedimentarias, esencialmente en base a las litologías y estructuras observadas. En función de la abundancia de estos componentes identificados, las facies fueron diferenciadas principalmente en silicoclásticas y mixtas. A partir de agrupar diferentes facies sedimentarias vinculadas genéticamente y con un significado paleoambiental, se pudo identificar y caracterizar 14 asociaciones de facies. La totalidad de las unidades sedimentarias reconocidas, fueron atribuidas a diferentes ambientes de origen continental. A pesar de esta condición, las asociaciones de facies presentes fueron subdivididas, según su afinidad paleoambiental, en 3 grupos (fluviales, deltaicos y lacustres). A partir del análisis composicional de rayos X, fue posible determinar que el cuarzo es la fase mineral más abundante. Por su parte, en las fracciones finas, se observa un claro predominio de la illita por sobre el resto de los argilominerales. Se reconocieron variaciones verticales, en el pasaje de la Formación Tranquitas a la Formación Yecua, produciéndose dentro de esta última un incremento del contenido de caolinita. El estudio petrográfico de las areniscas silicoclásticas, permitió considerar a éstas, como arenitas subarcósicas y vaques feldespáticos principalmente, y en menor medida como arenitas sublíticas. Por otro lado, las areniscas mixtas corresponden mayormente a areniscas mixtas silicoclásticas y areniscas mixtas fangosas carbonáticas. Con los datos obtenidos, se efectuó un análisis de procedencia a partir de areniscas silicoclásticas y arcillas detríticas, del cual se obtuvo que el aporte de sedimentos se encuentra principalmente ligado al Orógeno Andino, y en menor medida al cratón Amazónico. El análisis del registro fósil de la Formación Yecua, permitió identificar la presencia de una asociación fósil compuesta por 10 taxones y 4 parataxones, donde se pudo determinar y corroborar la distribución homogénea de dicha asociación, principalmente en las localidades pertenecientes al sector norte del área de estudio. Se determinó el patrón de los diferentes modos de preservación del registro fósil en el área de estudio, donde los atributos tafonómicos (mortandad, bioestratinomía y fósil-diagénesis) permitieron inferir la existencia de un control de fondo en la cuenca, que replicó las condiciones depositacionales en forma sostenida en el tiempo. Finalmente, a partir del análisis paleoautoecológico de los componentes fósiles reconocidos, sumado a las características de los depósitos en que fueron hallados, se propuso un modelo paleoecológico conceptual para el área de estudio. Las relaciones estratigráficas y espaciales entre las distintas asociaciones de facies reconocidas, conjuntamente a la información obtenida de los estudios composicionales y del contenido fosilífero, permitieron definir 4 sistemas de acumulación: sistemas fluviales entrelazados, sistemas fluviales meandrosos, sistemas lacustressomeros y sistemas deltaicos de pequeña escala. Se estableció que existe una relación directa entre los sistemas depositacionales reconocidos. Estos forman parte de una compleja red hídrica de humedales intracontinentales, interactuando entre sí en forma dinámica. A partir de esto, se describió y caracterizó por primera vez en la literatura, un modelo de acumulación detallado para el registro fósil, de los sistemas de grandes humedales intracontinentales (inland wetlands), de climas tropicales a subtropicales. A partir del estudio detallado de las secuencias depositacionales de estos ambientes, se reconocieron superficies de inundación que delimitan los techos y bases de las parasecuencias. Estas últimas, presentan variaciones internas relacionadas con cambios en el nivel del agua y composicionales, que responden a distintos patrones cíclicos de distintas magnitudes temporales. Estos evidencian que los factores de control preponderantes (alocíclicos), habrían sido principalmente climáticos, y en menor medida controlados por el contexto geológico (tectónica y composición del sustrato). El diseño de superposición estratigráfica de los sistemas de acumulación, permitió identificar cambios en las tasas de acomodación y de aporte de sedimentos, poniendo de manifiesto distintas superficies estratigráficas con significado secuencial. De este modo se reconstruyeron 3 estadíos evolutivos paleogeográficos para las unidades de interés, dentro del marco de evolución regional. El primer estadío corresponde a los depósitos fluviales de tipo entrelazados de la Formación Tranquitas. La base de éste intervalo se encuentra caracterizada por una superficie de erosión fluvial de escala regional, que representa un límite de secuencia. El segundo estadío, corresponde a la sección inferior de la Formación Yecua, la cual representa la instauración de los sistemas de grandes humedales intracontinentales, con desarrollo de subambientes principalmente fluvio-lacustres de climas húmedos subtropicales a tropicales. La base de este intervalo corresponde a una superficie neta generada por un cambio abrupto en los sistemas de acumulación. Estos cambios pueden ser vinculados a un ascenso relativo del nivel de base, por lo que la base de este intervalo puede interpretarse como una superficie transgresiva. El tercer estadío, corresponde a la sección superior de la Formación Yecua, que representa la expansión y el dominio de los sistemas fluviales meandrosos. La base de este intervalo es identificada a partir del aumento significativo de las relaciones de Canales/Planicies o por el pasaje de sistemas lacustres a netamente fluviales. Ésta superficie pone de manifiesto un descenso relativo del nivel de base, el cual puede ser interpretado como un límite de secuencia. Para estos tiempos, en la región de los Andes Centrales de Sudamérica, la carga tectónica originada por el levantamiento de la cordillera, produjo en forma continua la subsidencia del antepaís, desarrollando numerosas cuencas de tipo foreland a lo largo del continente. Durante el Oligoceno tardío al Mioceno temprano, se establecieron sistemas fluviales a partir del aporte de sedimentos provenientes de la cadena andina y del cratón Amazónico. Para aquel entonces, ya habría existido una división en estos sectores de las cuencas hídricas que drenaban hacia los mares del Caribe y Paranaense. A partir del Mioceno medioMioceno tardío, en gran parte de la Cuenca de Antepaís del Chaco, se habría desarrollado un gran sistema de humedales intracontinentales. Ésta condición, de la mano de los cambios climáticos, habrían generado las condiciones propicias para que estos sistemas se extiendan por gran parte del continente sudamericano. El aporte de agua y sedimentos que alimentaba a este gran sistema, provendría principalmente de los Andes, y en menor medida desde el cratón Amazónico, el cual siguió siendo una fuente de suministro adicional a través de sistemas fluviales menores. Durante el Tortoniano,se establece la conexión del actual río Amazonas con el Océano Atlántico. El levantamiento y avance del frente orogénico andino durante esta última etapa, generó la progresiva migración de los ambientes sedimentarios proximales hacia el antepaís, obteniendo como resultado el drenado y desaparición del mega sistema de humedales intracontinentales. Para este entonces, los sistemas fluviales se fusionaron originando lo que hoy conocemos como las cuencas hídricas de los ríos Amazonas y Paraná. La hipótesis de la existencia de un sistema de mega-humedales intracontinental que ocupó gran parte del continente sudamericano durante el Mioceno, podría ser la respuesta a muchos de los interrogantes y controversias que hoy en día se siguen discutiendo. Este tipo de sistema habría interconectado las cuencas marinas que tuvieron lugar durante el mioceno sudamericano, proporcionando una vía para la diversificación de especies que se adaptaban a vivir en estos ambientes continentales de agua dulce. La naturaleza de este complejo ambiente intracontinental, bajo la influencia de un clima cálido y húmedo, así como su transición al presente, todavía plantea innumerables interrogantes que quedan sin resolver.

The rise and growth of the Central Andes, from the late Oligocene, led to the formation of a foreland basin, which is currently called Chaco foreland basin. In it, sedimentary sequences were developed reaching 5,000 meters of thickness, characterized by synorogenic Cenozoic deposits. During the Miocene, the distal sector of the basin was dominated by continental environments, with development of important fluvial systems and extensive inland wetlands. During the last decades, deposits of the Yecua Formation have been the subject of multiple environmental controversies, where several authors have related these accumulations directly with the many different marine transgressions that took place in the South American continent during the Miocene. Today there is no widespread consensus. The objective of this thesis is to provide relevant information to understand in detail the prevailing environments of the region, as well as their distribution in the different depocenters. In this sense end from the generation of paleogeographic models, it is aimed to deepen the understanding of the different evolutionary stages of the basin under the context of Miocene marine transgressions. This work was focussed on the detailed sedimentological and stratigraphic studies of the Miocene sedimentary deposits of the Tranquitas and Yecua formations. For this purpose, sedimentological profiles were surveyed and built in 11 localities where the main lithology types, primary and biogenic sedimentary structures, paleontological content, geometry, orientation and hierarchy of rock bodies, nature and hierarchy of surfaces were identified, as well as the contacts with the units below and overlying the formations of interest. In parallel, lithological and paleontological sampling was carried out, with the purpose of performing compositional, taphonomic and fossil content studies. The analysis of facies allowed to recognise 30 sedimentary facies, based essentially on the lithologies and observed structures. Depending on the abundance of the identified components, the facies were differentiated mainly in siliciclastic and mixed facies. Bringing together the different sedimentary facies linked genetically and with a paleoenvironmental meaning, it was possible to identify and characterise 14 associations of facies. All of the recognized sedimentary units were attributed to different environments of continental origin. In spite of this condition, the associations of facies found were subdivided, according to their paleoenvironmental affinity, in 3 groups (fluvial, deltaic and lacustrine). From the compositional X-ray analysis, it was possible to determine that quartz is the most abundant mineral phase. On the other hand, in the fine fractions, a clear dominance of illite is observed over the rest of the clay minerals. Vertical variations were observed in the passage from the Tranquitas Formation to the Yecua Formation, with an increase in the kaolinite content within the latter. The petrographic study of the silicoclastic sandstones allowed to consider these as, subarcósic sandstones and feldspathic vaques mainly, and to a lesser extent as sublithic sandstones. However, the mixed sandstones correspond mainly to siliciclastic mixed sandstones and carbonatic mixed sandstones. With the data obtained, an analysis of provenance of siliciclastic sandstones and clays detrital was made, turning out to be the contribution of sediments mainly linked to the Andean Orogen, and to a lesser degree to the Amazonian craton. The analysis of the fossil record of the Yecua Formation allowed the identification of the presence of a fossil association composed of 10 taxa and 4 parataxons, where it was possible to determine and corroborate the homogeneous distribution of this association, mainly in the localities belonging to the northern sector of the study area. The pattern of the different types of preservation of the fossil record was determined, where the taphonomic attributes (mortality, bioestratinomy and fossil-diagenesis) allowed to infer the existence of a background control in the basin, which replicated the depositional conditions in a sustained way in time. Finally, from the paleoautoecological analysis of the recognized fossil components, in addition to the characteristics of the deposits in which they were found, a conceptual paleoecological model was proposed. The stratigraphic and spatial relationships between the different associations of recognised facies, together with the information obtained from the compositional studies and the fossiliferous content, allowed to define 4 systems of accumulation: braided fluvial systems, meandering fluvial systems, shallow lake systems and shoal water deltas. It was established that there is a direct relationship between identified depositional systems. These are part of a complex hydric network of intracontinental wetlands, interacting with each other dynamically. From this, a detailed accumulation model for the fossil record of the inland wetlands, of tropical to subtropical climates was described and characterized for the first time in the literature. From the detailed study of the depositional sequences of these environments, the flood surfaces that delimited the roofs and bases of the parasecuencies were recognised. These have internal variations related to changes in the water level and compositional ones, which respond to unlike cyclical patterns of different temporal magnitudes. These showed that the predominant control factors (alocyclic) had been mainly climatic, and to a lesser extent controlled by the geological context (tectonics and substrate composition). The design of stratigraphic overlapping of the accumulation systems, allowed to identify changes in the rates of accommodation and sediment supply, showing different stratigraphic surfaces with sequential meaning. In this way, 3 paleogeographic evolutionary stages were reconstructed for the units of interest, within the framework of regional evolution. The first stage corresponds to the braided type fluvial deposits of the Tranquitas Formation. The base of this interval is characterized by a regional scale fluvial erosion surface, which represents a sequence boundary. The second stage squares with the lower section of the Yecua Formation, which represents the establishment of the systems of large intracontinental wetlands, with the development of sub-environments mainly fluvial-lacustrine from humid subtropical to tropical climates. The base of this interval matches a surface generated by an abrupt change in the accumulation systems. These changes can be linked to a relative ascent of the base level, so the base of this interval can be interpreted as a transgressive surface. The third stage corresponds to the upper section of the Yecua Formation, which represents the expansion and dominance of meandering fluvial systems. The base of this interval is identified from the significant increase of the Channels / Floodplains relationships or the passage from lake to purely fluvial systems. This surface reveals a relative decrease of the base level, which can be interpreted as a sequence limit. At that time, in the Central Andes region of South America, the tectonic load originated by the rising of the Andes range, produced the subsequently subsidence of the foreland, resulting in numerous foreland basins throughout the continent. During the late Oligocene to early Miocene, fluvial systems were established from the contribution of sediments from the Andean Cordillera and the Amazonian craton. By then, there must have existed a division in these sectors of the watersheds draining to the Caribbean and Paranaense seas. From the late-late Miocene, in much of the Chaco Foreland Basin, must have spread a large system of intracontinental wetlands. This condition, added to the climatic changes, must have generated the proper conditions for these systems to widen over the South American continent. The contribution of water and sediments that fed this great system would come mainly from the Andes, and to a lesser extent from the Amazonian craton, which continued to be an additional source of supply through smaller river systems. During el Tortoniano, the connection of the present Amazon river with the Atlantic Ocean was established. The uplifting and growth of the Andean orogenic front during this last stage, generated the progressive migration of the proximal sedimentary environments towards the foreland, resulting in the drainage and disappearance of the mega system of intracontinental wetlands. By this time, the fluvial systems merged originating what we know today as the water basins of the Amazon and Paraná rivers. The hypothesis of the existence of an intracontinental mega-wetland system, which is supposed to have occupied a great part of the South American continent during the Miocene, could be the answer to the many inquiries and controversies still being discussed today. This kind of system may have interconnected the marine basins shaping during the South American Miocene, providing a way for the diversification of species which adapted to live in these continental fresh water environments. The nature of this complex intracontinental environment, under the influence of a warm humid climate, as well as its transition to the present, still raises innumerable questions that remain unsolved.