Estratigrafía, análisis de facies y geocronología de las rocas volcánicas del Paleoceno-Eoceno de la quebrada El Calvario, región de Coquimbo

Ismael Murillo1; Gonzalo Silva2; Ricardo Velásquez1; Mariana Labbé1 1Servicio Nacional de Geología y Minería. Av. Santa María 0104, Providencia. 2Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. ismael.murillo@sernageomin.cl Abstract. A partir del levantamiento estratigráfico de las secuencias volcánicas paleocenas-eocenas que afloran en el límite occidental de la Cordillera Frontal en Chile entre los 29°-30° S, y de los resultados geocronológicos U-Pb en circones, se presenta un modelo evolutivo para la unidad volcánica paleocena-eocena Estratos de Quebrada El Calvario, en la IV Región, Chile. Los resultados expuestos en el presente trabajo se han interpretado como un ambiente de caldera, la cual estaría controlada por estructuras de marcada orientación norte-noroeste. La evolución temporal de este sistema volcánico se ha interpretado en base a la sucesión de las asociaciones de facies en las secciones estudiadas. De esta manera las facies efusivas de la base representarían al volcanismo de pre-colapso localizado sobre el reservorio magmático, mientras que el primer paquete piroclástico, en el cual se obtuvo una edad U-Pb de 51.7 ± 0.2 Ma en circones, podría estar asociados a ignimbritas de intra-caldera y estar marcando un primer evento de colapso. Las litofacies de rocas volcánicas lávicas en la sección superior de la secuencia estudiada se interpretan como un volcanismo efusivo resurgente, post-colapso, el que es cubierto posteriormente por un nuevo paquete de ignimbritas y sedimentos. 1 Introducción En la Quebrada El Calvario, ubicada al norte del río Turbio en la IV Región de Coquimbo (figura 1), aflora una franja de rocas estratificadas de orientación norte-sur, basculadas hacia el oeste, constituida por lavas y brechas volcanoclásticas andesíticas a dacíticas y tobas líticas a cristalinas riolíticas a dacíticas (figura 1). Emparan y Pineda (1999) definieron informalmente esta secuencia como Estratos de Quebrada El Calvario, en la cual destacan dos subunidades: una inferior de hasta 400 m de espesor, compuesta por lavas andesíticas a dacíticas intercaladas con brechas volcanoclásticas andesíticas y aglomerados que yacen en discordancia sobre las formaciones Pucalume (Dedios, 1967; Creixell et al., 2013; Salazar et al., 2013) y Viñita (Aguirre y Egert, 1965; Emparan y Pineda, 1999; Salazar et al., 2013); y una superior, que yace sobre la primera de manera concordante en la quebrada Chacha y en discordancia angular en la quebrada Vegas Negras. Con el objetivo de conocer la estratigrafía y los arreglos estructurales del volcanismo Paleoceno-Eoceno en el área de estudio, en este trabajo se presentan los

resultados estratigráficos y geocronológicos de los Estratos de Quebrada del Calvario, caracterizando el volcanismo y correlacionándolo con otras unidades volcánicas del Paleoceno-Eoceno que afloran al norte de la zona estudiada. 2 Estratigrafía y análisis de facies Se realizó el levantamiento estratigráfico de 4 secciones a lo largo de la Quebrada El Calvario (figura 4), elegidas según su distribución geográfica y por la calidad de sus afloramientos, las cuales se han podido correlacionar en base a la definición de litofacies y su agrupación en tres asociaciones de facies: Lavas y tobas riolíticas (PalEec(a)), lavas andesíticas (PalEec(b)) y Tobas ácidas a intermedias con sedimentitas (PalEec(c)) (columnas 1, 2, 3 y 4; figura 3). Lavas y tobas riolíticas (PalEec(a)): Corresponden a tobas líticas de lapilli con textura fragmental a brechosa, con clastos volcánicos de composición intermedia a ácida, variando a flujos riolíticos localmente caóticos, amigdaloidales, con cristales de plagioclasa fragmentados y escaso cuarzo como fenocristales. Hacia el techo de esta sección se observan autobrechas monomícticas de lavas riolíticas con texturas de flujo. Esta asociación de facies se presenta en los primeros 80 m de la columna 4 (Figura 3). Las brechas se interpretan como colapsos de la misma lava, mientras que las texturas de flujo podrían atribuirse a procesos relacionados con colapsos de domos de lava que generarían flujos piroclásticos. Lavas y brechas andesíticas (PalEec(b)): Se componen de lavas andesíticas porfíricas frecuentemente autobrachizadas, con fenocristales de plagioclasa de 4-10 mm de longitud, masa fundamental cloritizada, escasa magnetita y microvenillas de epidota, intercaladas con lavas afaníticas, de composición daci-andesíticas, muy silicificadas, con cristales de plagioclasa de hasta 5 mm de largo. También presenta andesitas de clinopiroxeno y anfíbol, con textura porfírica seriada, y brechas volcanoclásticas con fragmentos de composición andesítica intercalada con finos niveles de tobas líticas. Estas facies se interpretan como una sucesión de coladas de lava de composición intermedia, probablemente asociadas a estratovolcanes. Tobas ácidas a intermedias con sedimentitas (PalEec(c)): Se componen de tobas líticas

ocasionalmente granodecrecientes de composición intermedia a ácida, tobas líticas a vítreas con líticos tobáceos a pumicíticos elongados y tobas cristalinas de composición daci-andesítica, con cristales de plagioclasa, juveniles alargados y fiammes de hasta 3 cm de largo con una matriz vítrea. Los niveles piroclásticos se intercalan con areniscas conglomerádicas con mala selección y tobas de ceniza bien seleccionadas y laminadas en sucesión granodecreciente con escasos lentes de conglomerados. A partir de lo anterior, esta asociación correspondería a depósitos piroclásticos subaéreos, asociados a procesos de dispersión de una pluma o depósitos de caída por nube de ceniza intercalados con depósitos de corriente densa de piroclastos. 3 Edad y correlaciones La sección inferior de la columna 4 está dominada por facies piroclásticas (Figura 3), las cuales se podrían correlacionar con la facies de tobas líticas y cristalinas descritas por Creixell et al. (2013) para los Estratos de Quebrada El Calvario (EQC), quienes obtienen una edad U-Pb en circón de 57,1±1,2 Ma, en afloramientos ubicados a 12 km al norte de la columna. Por otro lado, en la sección media a superior de las columnas descritas se observa un segundo nivel de tobas vítreas a líticas de composición ácidas a intermedias, cuya base fue datada en el presente trabajo con U-Pb en circones, oteniendo una edad de 51,7±0,2 (figura 1). Está sección fue originalmente asignada a la Formación Pucalume por Nasi et al. (1990), mientras que hacia el oeste, Emparan y Pineda (1999) consideran a esta sucesión como parte de un extenso afloramiento de tobas vítreas y de pómez soldadas presente de casi toda la quebrada El Calvario. De acuerdo a estos autores, dicho nivel estaría cubierto por un paquete de rocas volcánicas efusivas intermedias (PalEec(b)), a la cual le asignaron una edad mínima de 44,8±3,2 con K-Ar en plagioclasa. En el presente trabajo

Figura 1: Edad media U-Pb en circones obtenida en toba vítrea de composición dacítica

se obtuvo una edad Ar-Ar en anfíbola de 33,4±1,6 Ma en un dique porfírico de composición diorítica, que intruye dicha secuencia, lo cual permite asignar una cota mínimapara la edad de estas rocas.

4 Estructuras En la zona de estudio se pueden observar al menos dos dominios estructurales de primer orden. El primero al noreste del área, marcado por una falla norte-noroeste que pone en contacto los EQC con el basamento paleozóico. Esta orientación preferencial coincide con la geometría de los intrusivos paleocenos-eocenos, y con las franjas de alteración hidrotermal que afectan a las rocas volcánicas e intrusivas de la misma edad (figura 4). El segundo dominio, al oeste del área de estudio, estaría marcado por un sistema de fallas inversas con rumbo norte-sur y vergencia al este, las cuales tienden a cabalgar las rocas mesozoicas sobre los depósitos volcánicos paleocenos (figura 4). Un último sistema estructural estaría marcado por fallas normales que tienden a deformar los EQC a lo largo de casi toda el área de estudio. Este sistema pone localmente en contacto al basamento paleozóico con los EQC al sur del área de estudio (figura 4). Los cambios de espesor observados en las tobas ácidas a intermedias con sedimentitas (PalEec(c)) de las columnas 1 y 2 de la quebrada Vegas Negras, sugieren la existencia de depósitos piroclásticos syn-post tectónicos afectados por una falla nornal (figura 2), que estaría sellada por una secuencia de lavas brechas andesíticas (PalEec(b)).

Figura 2: Vista hacia el sur de la quebrada Vegas Negras, donde se observa secuencia de tobas ácidas a intermedias con sedimentitas (PalEec(c)) localmente deformadas por una falla normal, y sellada por lavas y brechas andesíticas (PalEec(b)). 5 Implicancias y paleoambiente Las facies de tobas ácidas e intermedias con sedimentitas (PalEec(c)) con espesores de hasta 280 m (columna 1; figura 3) intercaladas con brechas volcanoclásticas hacia el sur de la quebrada El Calvario (figura 4) evidencian un volcanismo explosivo y la degradación de un paleorelieve, respectivamente, aparentemente controlado por estructuras norte-noroeste y fallas normales syn-post volcanismo (figura 2). Basado en estos antecedentes, sumado a las características texturales de los depósitos, las facies PalEec(a) y PalEec(c) podrían corresponder a ignimbritas intracaldera y a domos-lava de composición ácida. Por otro lado, la sucesión de las asociaciones de

facies en las secciones estudiadas registrarían la evolución temporal del sistema volcánico, intercalando de forma alternada facies efusivas y explosivas. De esta manera las facies efusivas de la base (PalEec(a) y PalEec(b)), podrían asociarse volcanismo de pre-colapso localizado como complejos volcánicos con orientación norte-noroeste sobre el reservorio magmático paleoceno (figura 4), mientras que el primer paquete piroclástico, en la sección media de la columna, con la intercalación de sistemas depositacionales siliciclásticos de ambiente continental (PalEec(c); columnas 3 y 4; figura 3), podrían estar asociados a un primer evento de colapso, que de acuerdo a los resultados geocronológicos presentados en este trabajo (figura 1) se habría desarrollado durante el Ypresiense. Las litofacies de rocas volcánicas lávicas intercaladas en la sección superior de la secuencia estudiada (PalEec(b)) indicarían un volcanismo efusivo resurgente, post-colapso, el que es cubierto posteriormente por un nuevo paquete de ignimbritas y sedimentos continentales (PalEec(c)), que podría asociarse a un segundo evento de colapso o a depósitos piroclásticos extra caldera provenientes de otros complejos volcánicos paleocenos descritos por Creixell et al. (2013) al norte del área estudiada. Nuestros resultados evidenciarían una historia compleja, hasta ahora desconocida, asociada a sistemas volcánicos con un marcado control estructural, y que habría permitido el desarrollo de calderas de hasta 10 km de diámetro en la zona de estudio durante el Paleoceno-Eoceno.

Referencias Aguirre, L., Egert, E. 1965. Cuadrángulo Quebrada Marquesa.

Instituto de Investigaciones Geológicas, Carta Geológica de Chile, Nº15, 92 p., 1 mapa escala 1:50.000. Santiago.

Creixell, C; Labbé, M; Arévalo, C; Salazar, E. (2013). Geología del área Estación Chañar-Junta de Chingoles, regiones de Atacama y Coquimbo. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geología Básica 150. 1 mapa escala 1:100.000. Santiago. Dediós, P., 1967. Cuadrángulo Vicuña, Provincia de Coquimbo., Carta Geológica de Chile, Instituto de Investigaciones Geológicas Nº16, 65 p.

Emparan , X; Pineda, G. 1999. Área Condoriaco – Rivadavia, Región de Coquimbo. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geología Básica. Mapas geológicos, No 12.

Nasi, C., Moscoso, R., Maksaev, V. 1990. Hoja Guanta. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geología Básica Nº 67, 141 p., 1 mapa escala 1:250.000, Santiago.

Peña, M; Martínez, F; Arriagada, C. (2013). Geología del área Yerbas Buenas – Tres Morros, Región de Atacama.

Salazar, E; Coloma, F; Creixell, C. 2013. Geologíadel área El Tránsito - Lagunillas, Regiónde Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geología Básica 149, 1 mapa escala 1:100.000.

Figura 3: Columnas estratigráficas de secciones de Estratos de

Quebrada El Calvario.

Figura 4: Mapa geológico de las unidades extrusivas e intrusivas del Paleoceno-Eoceno de Quebrada El Calvario.