Estudio de la exhumación y levantamiento cenozoico de la Cordillera Frontal, entre los 30° y 34.8°S, Andes Centrales Sur

Abstract

La historia de levantamiento de la Cordillera Frontal (CF) en los Andes Centrales Sur es conocida hasta el momento por métodos indirectos, mediante el estudio de las relaciones estructurales entre unidades de edades conocidas o bien mediante el análisis y datación de los depósitos sinorogénicos asociados a dichos levantamientos. Sin embargo, reconstruir la historia de alzamiento de CF durante la orogenia andina, cuantificando su exhumación y edades de deformación, es clave en la elaboración de modelos tectónicos evolutivos para los Andes Centrales Sur. La presente Tesis doctoral pretende: i) acotar la edad y magnitud del levantamiento y la exhumación de diferentes sectores de la CF, ii) identificar las diferentes fases constructivas que contribuyeron a la topografía actual, iii) caracterizar sus variaciones norte-sur, analizando el posible origen de las mismas, y iv) construir y validar modelos tectónicos sobre la historia evolutiva de la CF y de los Andes Centrales Sur, mediante el empleo de termocronómetros de baja temperatura (trazas de fisión y (U-Th)/He en apatito). En el sector norte, las historias termales obtenidas a partir del modelado inverso de edades de enfriamiento de muestras de basamento recolectadas en un perfil vertical en la Cuesta de Guanta (30°S, borde occidental de la CF) permitieron reconocer la fase de construcción orogénica eocena (~45 Ma) como la predominante en este sector, seguida de una reactivación miocena (~20-18 Ma). En el Cordón de Colangüil, en el borde oriental de CF, se encontraron edades similares de exhumación eocena. En el extremo centro-sur de la CF (33°-34°S, Cordón del Portillo y Cordón del Plata), el análisis de las distribuciones de edades de enfriamiento de muestras de sedimentos modernos de ríos evidenció una historia termal compleja, caracterizada por múltiples eventos de exhumación: Jurásico Inferior (~190 Ma), Cretácico medio (~90-100 Ma), Paleoceno (~57 Ma) y Mioceno inferior a medio (~16 Ma). El evento neógeno se interpreta como el pulso orogénico principal en este sector. La integración de estos resultados indica que la topografía actual de la CF es el resultado de la superposición de distintas fases constructivas andinas. En el sector norte la orogenia eocena fue significativa en la construcción del orógeno, afectando los extremos oriental y occidental, en concordancia con lo observado por otros autores en el dominio de la Puna-Altiplano sur. Esto permitió definir una continuidad del frente de deformación eoceno, prolongándolo hacia el sur hasta los 30°S. La fase más reciente, en el Mioceno medio (~20-16 Ma), afectó de manera cuasi-sincrónica los extremos norte y centro-sur de CF, predatando el inicio de la compresión asociada al establecimiento de la subducción plana actual (~12 Ma). Estas evidencias cuestionan el modelo de alzamiento diacrónico de la CF en relación con el inicio de norte a sur en la somerización de la losa. Se propone en cambio que el levantamiento de la CF en el Mioceno inferior-medio fue el resultado de deformación contraccional y engrosamiento cortical en respuesta a los esfuerzos compresivos asociados a procesos orogénicos durante una subducción normal.

The Frontal Cordillera´s (FC) uplift was largely based on indirect observation of the structural relationship between units of known age and the analyses and geochronology of related synorogenic deposits. However, quantifying rates of exhumation and ages of deformation of the FC during Andean orogeny are key in establishing tectonic evolution models for the South Central Andes. This doctoral dissertation attempts to: i) constrain the age and amount of rock uplift and exhumation in different areas of the FC, ii) identify the various orogenic phases that contributed to the creation of current topography, iii) characterize and analyze the potential origin of north-south variations in the FC, and iv) develop and/or validate tectonic models of the evolution of the FC and the South Central Andes, by applying lowtemperature thermochronology (apatite-fission track and apatite-(U-Th)/He). In the northern area, the thermal history obtained from inverse modeling of cooling ages from basement samples collected over a vertical profile at Guanta range (30°S, westernmost limit of FC) led to recognition of the Eocene (~45 Ma) as the main orogenic phase in this sector, followed by a Miocene reactivation (~20-18 Ma). At the Colangüil range, in the eastern limit of FC, this study found similar Eocene exhumation ages. In the south central end of the FC (33°-34°S, Cordón del Portillo and Cordón del Plata), analyses of age distributions of detrital apatites in modern river samples reveal a complex thermal history, characterized by multiple exhumation pulses: lower-Jurassic (~190 Ma), mid-Cretaceous (~90-100 Ma), Paleocene (~57 Ma) and lower to middle Miocene (~16 Ma). We interpret the Neogene event as the main orogenic pulse in this sector. The integration of these results indicate that present day FC topography is the result of various, superposed, episodes of Andean mountain building. In the north, Eocene orogeny was significant, affecting the western and eastern boundaries, similar to that observed by other authors in the Puna/Southern Altiplano region. This study extends the continuity of the Eocene deformational front to 30°S. The most recent phase of deformation, in the middle Miocene (~ 20-16 Ma), was quasi-synchronous within the north and south-central sectors of FC, predating the beginning of compression associated with the establishment of the present day flat subduction configuration (~ 12 Ma). The data and observations presented here question the southward diachronous uplift model of the FC related to the north to south migration of a shallowing of the slab. Instead, this dissertation proposes that the FC´s lower to middle Miocene uplift was the result of contractional deformation and crustal thickening in response to the compressive stresses associated with orogenic processes during normal subduction.