Extensional Carboniferous magmatism at the western margin of Gondwana: Las Lozas valley, Catamarca, Argentina

Abstract

La sucesión volcánica que aflora en Las Lozas, noroeste del Sistema de Famatinasureste de la Puna (noroeste Argentina), está constituida principalmente por riolitas y en menor volumen por basaltos, traquitas y depósitos volcanoclásticos. Estas rocas, previamente consideradas de edad paleozoica inferior, son asignadas actualmente al Pensilvaniano Inferior (edad U-Pb 320 Ma). Representan una sucesión volcánica bimodal encuadrada en los campos subalcalino/toleítico (riolitas) y alcalino (basaltos y traquitas) sobre la base álcalis-sílice. Los términos básicos muestran características comparables y transicionales a MORB-toleitas de intraplaca, con una fuerte contribución mantélica y contaminación cortical. Los miembros ácidos también muestran afinidades con magmas de intraplaca, sugiriendo su derivación de la interacción de material cortical con una fuente mantélica o de una corteza juvenil esencialmente derivada del manto. La edad U-Pb de 320 Ma obtenida para la sección de Las Lozas, al igual que las edades de U-Pb 342 y 348 Ma reportadas para rocas aflorantes en la zona de Cazadero Grande, hacia el sur; junto con las edades U-Pb reportadas para granitos de las Sierra Pampeanas (332-357 Ma) confirman la importancia alcanzada por la actividad magmática carbonífera, encuadrada entre 320 y 350 Ma, en dicha región. Las bajas razones iniciales de estroncio en las rocas volcánicas de Las Lozas (0,70479-0,70164) indican contribución de un componente juvenil, mientras que las mismas relaciones observadas en las riolitas de Cazadero Grande (0,71433-0,71233) y en los intrusivos graníticos de Sierras Pampeanas (0,717-0,7124), apuntan a magmas con participación de componentes corticales. Los valores isotópicos de Nd sobre un basalto en Las Lozas (εNd(320) con 3,11, TDM con 774,6 Ma) permiten argumentar una fuente astenosférica, con evidencia de mezcla entre elementos juveniles y corticales. Los isótopos Sr-Nd determinados, en cambio, para una riolita que aflora en Cazadero Grande (εNd(t) 2,91 y -0,3, TDM: 1,09 y 1,1 Ga) y en granitos de las Sierras Pampeanas (εNd(t): -0,6, TDM: 1,19 y 1,1 Ga) sugieren participación cortical. Dada la diferencia de edades en la región entre el magmatismo misisipiano y pensilvaniano inferior, dichas variaciones indicarían un cambio en la fuente magmática, consistente de un régimen tectónico extensional más pronunciado durante el Pensilvaniano Inferior. Esta presunción debe ser considerada teniendo en cuenta las observaciones a lo largo de una transecta a los 27°30'S, donde las rocas graníticas carboníferas de las Sierras Pampeanas Orientales muestran, sin importar la edad, un mayor aporte hacia el oeste de material juvenil de carácter mantélico. Entre estas rocas, con una mayor componente juvenil, se encuentran: la sucesión de Las Lozas y el Granito Cerro Gloria, manifestaciones occidentales de dicho magmatismo. De lo anterior se desprende que la contribución de material juvenil podría variar continuamente durante ese tiempo como respuesta a una extensión litosférica variable. Un ejemplo de esto surge de los datos de la sucesión de Las Lozas presentados, los que indican a la misma como resultado del retrabajo de material supracortical, con el aporte de magmas juveniles asociados a cambios extensionales de la litósfera.

The Las Lozas volcanic sequence, which crops out at northwestern border of the Famatina belt-southeastern Puna, NW Argentina, is constituted mainly by rhyolites and a lesser volume of basalts and trachytes, and volcanoclastic deposits. These rocks, previously considered of Early Paleozoic age, are now assigned to the Lower Pennsylvanian (320 Ma U-Pb age). They represent a bimodal volcanic succession that plot in the subalkaline/tholeiitic (rhyolites), alkaline basalts (basalts) and alkaline (trachytes) fields on the total alkali-silica diagram. The basalts display features comparable to transitional MORB and within-plate tholeiites, with contributions from a mantle source affected by crustal contamination. The acid members also show geochemical affinities to within-plate magmas, and their composition suggest a derivation from continental crustal material with mantle source interaction or a juvenile essentially mantle derived crust. The 320 Ma age from the Las Lozas volcanic succession as well as the 342 and 348 Ma U-Pb ages, from rocks in the nearby Cazadero Grande section, to the south, and the U-Pb ages from Sierra Pampeanas granites (332-357 Ma) highlight the importance achieved by Carboniferous magmatic activity in that region, framed between 320 and 350 Ma. Low strontium initial ratios from the Las Lozas (0.70479-0.70164) indicate a predominant contribution by a juvenile component, while the ratios in the nearby Cazadero Grande (0.71433-0.71233) and Sierras Pampeanas granites (0.717 to 0.7124) point to an input by enriched sources with restricted contribution of a mantle component. Nd isotopes from a basalt from the Las Lozas section (εNd(320) with +3.11, TDM with 774.6 Ma) indicates a possible asthenospheric source, with evidence for some mixture between juvenile and reworked crustal material. In contrast Sr-Nd isotopes in a rhyolite from Cazadero Grande (εNd(t) of -2.91 and -0.3, TDM of 1.09 and 1.1 Ga) and of Sierra Pampeanas granites (εNd(t) of -0.6, TDM of 1.19 and 1.1 Ga) suggest a crustal source with minor juvenile input. Taking in account the age difference in the region between Mississippian and the Lower Pennsylvanian magmatism, this would indicate a change in the magma source consistent with a more pronounced extensional tectonic regime for the Lower Pennsylvanian. This assumption need to be considered together with observations along a transect at 27°30'S, where the Carboniferous Eastern Sierras Pampeanas granitic rocks show, regardless of age, a greater contribution ofjuvenile material of mantle character to the west. Among these rocks, with a major juvenile component, are those of the Las Lozas succession as well the Cerro Gloria Granite, the eastern manifestations of the Carboniferous Eastern Sierras Pampeanas magmatism. From the foregoing emerges that the contribution of juvenile material could be continuously varied in the region through the Carboniferous, due to varying lithospheric extension. An example of this arise from the presented data of the Lozas succession, which indicate that this rocks resulted from reworking of supra-crustal material with input of juvenile magmas, linked to the change in the lithospheric extension.