Análisis geomorfológico y paleoambiental de la depresión tectónica de Ullum-Zonda, Provincia de San Juan

Abstract

El objetivo de la presente tesis doctoral es evaluar la evolución geomorfológica del valle de Ullum-Zonda y las condiciones paleoambientales que prevalecieron en esta depresión durante el Cuaternario tardío. Para ello, se efectuó un análisis geomorfológico, morfotectónico y neotectónico de este valle y de dos grandes cuencas fluviales asociadas que forman parte de la misma depresión tectónica: las cuencas de los ríos de La Travesía y La Ciénaga. Se realizó, además, un análisis litofacial y geocronológico en diversos afloramientos de la Formación Valentín, con el fin de determinar el ambiente sedimentario en que se formó esta unidad. El valle de Ullum-Zonda, situado en la Precordillera de los Andes Centrales de Argentina es una depresión tectónica ubicada en el sector centro-sur de la Provincia de San Juan, en la República Argentina, a unos 20 km al oeste de la ciudad capital de San Juan. Constituye una depresión intermontana de fondo plano, elongada en sentido norte-sur con una extensión de aproximadamente 30 km y un ancho máximo de 14 km en su sector central. Abarca un área aproximada de 290 km2 y se halla a una altura promedio de 800 m s.n.m. Esta depresión forma parte del corredor tectónico Matagusanos-Maradona-Acequión (Perucca, 1990) en el cual convergen y colisionan dos fajas plegadas y corridas (FPC) con diferentes niveles de despegue (decôllement) y de vergencia opuesta: la faja plegada y corrida de piel fina y vergencia oriental de Precordillera Central y la faja plegada y corrida de piel gruesa y vergencia occidental de Precordillera Oriental. La interacción entre la dinámica fluvial del río San Juan, la deformación tectónica, y el clima local ha dado origen durante el Cuaternario a espesas secuencias sedimentarias que constituyen el relleno de esta depresión con espesores que superan los 1.200 m en algunos sectores. Parte de este relleno sedimentario está conformado por material fino (arenas, limos y arcillas) y ha sido interpretado por diversos autores como formado a partir de eventos “lacustres-palustres” que abarcaron en forma parcial y/o total la superficie del valle. Desde el punto de vista geomorfológico, el relieve del área de estudio se agrupó en tres grandes unidades morfoestructurales: la unidad montañosa, formada por el relieve montañoso y el relieve de lomadas; la unidad de transición, que abarca las geoformas de piedemonte y la unidad deprimida llamada también ambiente planizado, que se corresponde con las depresiones intermontanas por las que suele fluir un río y con presencia de pampas y barreales. Los cordones montañosos y unidades de lomadas ubicados al este del área de estudio, en el ámbito de Precordillera Oriental son, de sur a norte la sierras Chica de Zonda, Marquesado, Loma de Las Tapias, Loma de Ullum y sierra de Villicum. La Precordillera Central está representada de sur a norte por el cordón de Las Osamentas, cordón del Espinacito, Sierra Alta de Zonda, cerro Zonda, los cerros del complejo andesítico-dacítico de Ullum, la sierra de La Dehesa y las Lomitas de Matagusanos. Las lomadas compuestas por rocas de granulometría fina (limos y arcillas) no consolidadas o con débil cementación, poseen un aspecto típico de tierras malas o relieve de huayquerías (badlands), es decir laderas con incisión densa y profunda. Los piedemontes están caracterizados por geoformas de acumulación como abanicos aluviales, abanicos coluviales y conos de derrubios, y formas de erosión como glacis, pedimentos y terrazas fluviales. Los glacis presentan una capa aluvial de espesor variable y suelen estar afectados por deformación tectónica cuaternaria. En ciertos sectores, como en la Loma de Las Tapias y piedemonte oriental de la Sierra Chica de Zonda, algunos glacis se presentan profundamente incididos y es frecuente la presencia de relieve de badlands. La litología predominante en los depósitos cuaternarios es muy variada, textural y composicionalmente, dependiendo del área de procedencia y de la geología del macizo alimentador. La unidad deprimida está representada por las planicies aluviales de los ríos de La Travesía y de La Ciénaga y los mega-abanicos aluviales del río San Juan en el valle de Ullum-Zonda y Tulum. Se incluyen también en esta unidad los barreales de Matagusanos y Barrancas. En la cima de la Sierra Chica de Zonda, se reconocieron pequeñas depresiones de fondo plano con relleno de materiales finos, posiblemente originadas a partir de procesos kársticos. Estas depresiones presentan formas circulares a elongadas, en algunos casos en forma perpendicular al eje de la sierra controladas por lineamientos estructurales. Dado que el desarrollo de las dolinas de disolución requiere precipitaciones relativamente importantes, se infiere que las mismas se habrían formado durante un periodo un poco más húmedo y frío que el actual, aunque anterior al Último Máximo Glacial. En la cima y ladera oriental del cerro Zonda, por su parte, se reconocieron fallas normales, presumiblemente activas durante el Cuaternario tardío, que podrían responder a grandes estructuras de deformación gravitacional conocidas como sackungen. Este tipo de fenómeno implica la reptación ladera abajo de grandes bloques del macizo montañoso limitados por fallas relativamente profundas. La erosión fluvial y la orientación favorable de los estratos, controlada por un pliegue por propagación de falla con vergencia oriental, produjo laderas muy escarpadas en el flanco oriental de la sierra, lo que favorecería este tipo de procesos. La ausencia de evidencia de grandes depósitos de remoción en masa al pie de la sierra, sugiere que estas deformaciones se habrían producido en forma lenta y gradual (reptación de laderas) sin llegar a un colapso catastrófico. El análisis de la actividad tectónica relativa de frentes montañosos indicó que las sierras de Villicum (en su sector sur), Marquesado, Chica de Zonda y cordón de Las Osamentas se corresponden con la clase 2 (frentes con alta tasa relativa de actividad tectónica). La sierra de La Dehesa presenta características compartidas entre los frentes clase 2 y clase 3 indicando una tasa de actividad moderada a alta. En la sierra de La Dehesa, la deformación más reciente habría migrado hacia el este y se concentraría en la traza más oriental de la falla Talacasto-La Dehesa que discurre por el piedemonte de la sierra alejada del frente montañoso. En el cordón de Las Osamentas, el elevado grado de meteorización de las lutitas y areniscas devónicas favorecen los procesos erosivos, generando valles anchos en forma de U y numerosos procesos de remoción en masa en su ladera oriental, pudiendo llevar a una subestimación del grado de actividad tectónica relativa. Dicho frente presenta una morfología considerablemente rectilínea salvo por la presencia de valles prominentemente anchos. En el segmento central y norte de la sierra de Villicum, por su parte, la morfología del frente montañoso presenta un fuerte control litológico-estructural que dificulta la aplicación del método. En la quebrada de Zonda se reconocieron al menos tres niveles de terraza por sobre la llanura de inundación abandonada. La incisión y degradación observada en la superficie erosiva basal de algunas terrazas y el espesor muy variable de la cubierta aluvial que las recubre sugiere la ocurrencia de uno o varios ciclos de incisión-planización-agradación-incisión. A partir del análisis de modelos digitales de elevación de alta resolución, se detectó en el flanco oriental de las sierras de Marquesado y extremo norte de la Sierra Chica de Zonda, lo que aparenta ser un bloque sobre-elevado que abarca de oeste a este, desde la falla Villicum-Zonda hasta las localidades de Marquesado y La Bebida. La orientación del aparente límite oriental del bloque es coincidente con la orientación de las escamas tectónicas que conforman el extremo norte de la Sierra Chica de Zonda, por lo que esta anomalía podría representar la manifestación superficial del levantamiento de la sierra durante el Cuaternario, deformando la superficie del mega-abanico aluvial del río San Juan. La falta de evidencia de niveles aterrazados en el valle de Ullum-Zonda, equivalentes a los de la quebrada de Zonda y valle de Tulum (excepto aquellos adosados al piedemonte occidental de la sierra de Marquesado) sugiere que en gran medida la formación de las terrazas reconocidas, respondería principalmente a movimientos tectónicos en el bloque serrano oriental de la depresión, más específicamente al levantamiento del bloque Marquesado-Chica de Zonda. El factor climático por su parte habría constituido un factor de control secundario controlando la descarga fluvial, la erosión y el aporte sedimentario. A partir del análisis de los perfiles longitudinales de los ríos, se identificó un posible bloque tectónico elevado por fallas, previamente desconocidas o poco documentadas, en el borde occidental de la cuenca del río de La Travesía. El mismo tipo de análisis también mostró una llamativa convexidad en el perfil longitudinal en un tramo con presencia de lecho rocoso en roca blanda en un río en el flanco oriental de la Sierra Alta de Zonda, a partir de lo cual se infirió una tasa de alzamiento tectónico localizada que supera a la tasa de erosión local. Por otra parte, la presencia de terrazas erosivas y de relleno cuaternarias únicamente en la margen derecha del río de La Ciénaga sugiere que el lineamiento que discurre paralelo a este río constituiría una posible estructura tectónicamente activa durante el Cuaternario tardío. En el piedemonte occidental de la Loma de Las Tapias la presencia de pliegues por propagación de falla y estratos de crecimiento en los depósitos aluviales datados en 8.330 a 8.180 años cal. AP, indica que la falla Villicum-Zonda presentaría actividad tectónica en el segmento comprendido entre la quebrada de Ullum y el extremo sur de la Loma de Ullum hasta al menos el Holoceno temprano. En el piedemonte occidental del extremo norte de la Sierra Chica de Zonda, se desarrollan en la desembocadura del cañón y en el sector apical del abanico aluvial de un arroyo que desciende de la sierra, terrazas erosivas labradas en calizas cámbricas de la Formación La Laja. El grado de fracturación de la caliza y las sutiles evidencias de deformación identificadas en los depósitos aluviales cuaternarios (clastos disgregados en disposición caótica, presencia de material fino y coloración anormal de los materiales más finos), indicaría la presencia de una zona de falla con actividad cuaternaria. La orientación de esta zona de falla en sentido SO, sugiere que se trataría de una ramificación de la traza principal de la falla Villicum-Zonda. En el extremo norte de la sierra de Marquesado, en la margen derecha de la quebrada de Ullum, se verificó la presencia de la falla Marquesado afectando el piedemonte oriental de la sierra homónima. A base de la altura de la escarpa, el desplazamiento en la dirección de buzamiento aparente y edades cosmogénicas disponibles se estimó una tasa de desplazamiento mínima de 0,25 mm/año para esta falla. En los afloramientos de la Formación Valentín, se reconocieron al menos tres niveles de terraza principales. La gran distancia entre los afloramientos, su poca continuidad y las diferentes edades obtenidas para los distintos depósitos analizados dificultó realizar una correlación confiable de dichas terrazas. El análisis litofacial en cinco afloramientos de esta formación, reveló que estos depósitos presentan numerosas estructuras sedimentarias de corriente asociadas a sistemas fluviales anastomosados de agradación rápida con bajo gradiente y amplias planicies de inundación, desarrolladas en un clima árido. En los sectores marginales del valle, estas secuencias fluviales se interdigitan con depósitos de abanicos coluviales dominados por flujos fluidos y abanicos aluviales asociados a los sistemas de drenaje transversal (piedemontes y planicies de los ríos de La Ciénaga y La Travesía) y sistemas fluviales entrelazados gravosos asociados al sistema de drenaje axial (planicie aluvial y mega-abanicos aluviales del río San Juan). Depósitos efectivamente lacustres fueron encontrados únicamente en el sector 5 donde se interpretó la existencia de un ambiente lacustre de reducidas dimensiones (<10 km2 ) con fuerte influencia fluvial. Por tal motivo, se reinterpretó a la Formación Valentín como depósitos finos de ambiente fluvial con participación subordinada de depósitos de ambiente lacustre restringidos al sector sureste del valle de Ullum-Zonda, próximo a la quebrada de Zonda, durante el Holoceno temprano.

The main objective of this research is to assess the geomorphologic evolution of the UllumZonda valley and the paleoenvironmental conditions prevailing during the late Quaternary. A geomorphologic, morphotectonic and neotectonic analysis was carried out for this valley and two tributary basins located in the same tectonic depression. With the aid of numerical ages, a lithofacies analysis was conducted in several outcrops of the Valentín Formation to determine the sedimentary environment and climate conditions during its deposition. The Ullum-Zonda valley is a tectonic depression located in the Precordillera of the central Andes in the southern-central region of the Province of San Juan, Argentina, 20 km to the west of its capital city. This valley has 30 km long and 14 km wide in its central portion and a flat bottom. It encompasses an area of 290 km2 and lies at a mean altitude of 800 m a.s.l. This depression is part of the Matagusanos-Maradona-Acequión tectonic corridor (Perucca, 1990) in which two fold and thrust belts (FTB) with different levels of detachment (decôllement) and opposite vergence converge and collide. They are the thin-skinned east-verging fold and thrust belt of Precordillera Central and the thick-skinned west-verging fold and thrust belt of Precordillera Oriental. The combined action of the San Juan River dynamics, tectonic subsidence/uplift and climate created a very thick Cenozoic sedimentary infill (~1,200 m deep) in the Ullum-Zonda tectonic depression. A part of this sedimentary infill is made of fine-grained material (sands, silts, and clays) and has been interpreted by several authors as being formed in "lacustrine-palustrine" environments. The landforms of the study area were grouped into three large morpho-structural units. The mountainous unit includes the mountain ranges and hills. The transition unit includes the piedmont landforms. Finally, the low relief unit includes low areas through which usually a river flows, and were pampas and playa lakes are present. The mountain ranges and hills located to the east of the valley are, from south to north, the Sierra Chica de Zonda, sierra de Marquesado, Loma de Las Tapias, Loma de Ullum and the sierra de Villicum. To the west, from south to north, the Cordón de Las Osamentas stands out, followed by the Cordón del Espinacito, Sierra Alta de Zonda, Cerro Zonda, the ranges of the Ullum AndesiticDacitic Complex, the sierra de La Dehesa and the Lomitas de Matagusanos. The hills which are composed by unconsolidated fine-grained rocks (silts and clays) develop a typical badlands landscape, with dense and deep streams and gullies. The foothills are characterized by accumulation landforms such as alluvial fans, colluvial fans, and debris cones, and erosional landforms such as glacis, pediments and fluvial terraces. Glacis landforms commonly have an alluvial layer of variable thickness and are usually affected by quaternary tectonic deformation. In certain areas, such as the Loma de Las Tapias and the eastern foothills of the Sierra Chica de Zonda, some Glacis are deeply incised and the presence of badlands is frequent. The lithology of the Quaternary alluvial deposits is texturally and compositionally diverse, depending on the sediment provenience. The low area unit is represented by the alluvial plains of the La Travesía and La Ciénaga rivers and the alluvial megafans of the San Juan river in the Ullum-Zonda and Tulum valleys. The Matagusanos and Barrancas playa lakes are also included in this unit. At the top of the Sierra Chica de Zonda, small depressions with a flat bottom and filled with fine-grained deposits were recognized, possibly related to karst processes. They have circular to elongated forms, in some cases perpendicular to the axis of the Sierra controlled by structural lineaments. Since the development of dissolution sinkholes requires relatively humid conditions and more or less large timespans, they could have formed during a colder and humid period, prior to the Last Glacial Maximum. On the summit and eastern slope of the Cerro Zonda, normal faults, presumably active during the Late Quaternary, were recognized, probably part of large structures of gravitational collapse known as sackungen. This phenomenon involves the creeping downhill of large blocks of the mountain range limited by relatively deep faults. Fluvial erosion and the favorable orientation of the strata, controlled by an east-verging fault propagation fold, produced very steep slopes on the eastern flank of this range, which would favor this type of process. The absence of evidence of mass wasting deposits at the foothills suggests that these deformations must have occurred slowly and gradually (creeping hillsides) without reaching a catastrophic collapse. The analysis of the relative tectonic activity of mountain fronts (RTAMF) showed that the sierras de Villicum (in its southern part), Marquesado, Chica de Zonda and Cordón de Las Osamentas are compatible with a Class 2 type of RTAMF. The Sierra de La Dehesa shows features of both Class 2 and Class 3 type. In this range, the active thrust front migrated to the east into the eastern piedmont, to the Talacasto-La Dehesa fault. In the Cordón de Las Osamentas, strong weathering of the Devonian shales and sandstones favors erosion, generating wide U-shaped valleys and numerous mass wasting processes on its eastern flank. This phenomenon may lead to underestimating the RTAMF. This mountain front presents a considerably rectilinear morphology except for the presence of prominently wide valleys. On the other hand, in the central and northern segment of the Sierra de Villicum, the morphology of the mountain front presents a strong lithological-structural control that hinders the application of the method. In the Quebrada de Zonda, at least three terrace levels were recognized above the abandoned floodplain. The incision and degradation observed in the strath surface of some terraces and the variable thickness of the alluvial cover suggests the occurrence of one or several incision-flatteningaggradation-incision cycles. From the analysis of high-resolution digital elevation models, it was detected what it appears to be a recently uplifted block beneath the San Juan river alluvial mega-fan in the Tulum Valley, to the east of the Sierra de Marquesado and the northern Sierra Chica de Zonda. This block is bounded to the west by the Villicum-Zonda fault and to the east, seems to be bounded by a blind structure near the villages of Marquesado and La Bebida. The NE trending of the block's eastern boundary coincides with the trend of the faults that bound the thrust sheets of the northern Sierra Chica de Zonda. The fluvial terraces in the alluvial mega-fan of the San Juan River in the Tulum valley could be a surficial manifestation of the uplift of the Sierra Chica de Zonda during the Quaternary. The absence of fluvial terraces in the valley of Ullum-Zonda, equivalent to those of the Quebrada de Zonda and Valle de Tulum (except those attached to the western foothills of the Sierra de Marquesado) suggests that -to a large extent- the formation of terraces would be mainly due to tectonic uplift in the Marquesado-Chica de Zonda block. The climate, on the other hand, would have constituted a secondary control factor by regulating the fluvial discharge, the erosion, and the sediment input. The analysis of the longitudinal profile of the Tambolar River (TW-3) allowed the identification of a possible uplifted block in the western border of the La Travesía River basin. The same analysis also showed a convexity in the Ancho River (CW-1) longitudinal profile in a reach with exposed soft bedrock on the eastern flank of the Sierra Alta de Zonda. This suggests that these areas are experiencing localized tectonic uplift. However, the presence of Quaternary terraces only on the right margin of the La Ciénaga River suggests that this river runs above a potentially active structure. In the western flank of the Loma de Las Tapias, fault propagation folds and growth strata were recognized in alluvial deposits dated 8.330 to 8.180 cal. yrs. BP. This suggests that the Villicum-Zonda fault remained active until at least the early Holocene in the segment between the Quebrada de Ullum and the southern tip of the Loma de Ullum. In the mouth of the river canyon and in the apex of the CE-1 alluvial fan in the western flank of the northern Sierra Chica de Zonda, strath terraces were recognized to have been carved in the Cambrian limestone of the La Laja Formation. The highly fractured limestone and the subtle evidence of deformation identified in the Quaternary alluvial deposits (broken pebbles, chaotic arrangement, the presence of fine-grained material, and abnormal coloring), would indicate the presence of a fault zone. The NE trending of this fault zone suggests that it's a branch of the main trace of the Villicum-Zonda fault. In the eastern flank of the northern Sierra de Marquesado, in the right margin of the Quebrada de Ullum, outcrops the Marquesado fault. Based on the height of the escarpment, the displacement in the direction of apparent dipping and available cosmogenic numerical ages, a minimum displacement rate of 0.25 mm/year was estimated. In the outcrops of the Valentín Formation, at least three main terrace levels were recognized. The great distance between the outcrops, their little continuity, and their different ages made it difficult to make a reliable correlation. The lithofacies analysis revealed that these deposits show sedimentary structures compatible with fluvial streams. Based on these features, these deposits were interpreted to have been deposited by anastomosed fluvial systems of rapid aggradation with a low gradient and wide flood plains, developed in an arid climate. In the marginal areas of the valley, these fluvial sequences interdigitate with colluvial fan and alluvial fan deposits related to transversal drainage systems (local foothills and alluvial plains of the La Travesía and La Ciénaga rivers) and with gravel-braided fluvial systems related to the axial drainage system (alluvial plain and mega-alluvial fans of the San Juan River). Proper lacustrine deposits were only found in sector 5 where the existence of a small lake (<10 km2 ) with a strong fluvial influence was interpreted. Based on these data, the Valentín Formation was reinterpreted as fine-grained deposits of anastomosing fluvial systems with subordinated participation during the early Holocene of lacustrine deposits restricted to the southeastern area of the Ullum-Zonda valley.