La icnofacies de Glossifungites en el contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva, Plioceno de la Cordillera de la Costa, Chile: su significado estratigráfico-secuencial

Luis A. Buatois ¹ y  Alfonso Encinas ²

¹ Department of Geological Sciences, University of Saskatchewan, 114 Science Place, Saskatoon, SK S7N 5E2, Canada. luis.buatois@usask.ca
² Departamento de Geología, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile. aencinas@cec.uchile.cl

Resumen. La icnofacies de Glossifungites es reconocida en el contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva, Plioceno de la Cordillera de la Costa, Chile. La suite de Glossifungites está caracterizada por una alta densidad de ? Gastrochaenolites isp. La superficie está cubierta por un lag transgresivo. Las excavaciones están rellenas en forma pasiva por arena y grava proveniente de la capa suprayacente. La superficie es interpretada como un límite de secuencia (superficie co-planar de erosión de nivel del mar bajo y de ravinamiento trangresivo).

Abstract. The Glossifungites ichnofacies at the boundary between the Navidad (Rapel Member) and La Cueva formations, Pliocene of the Coastal Cordillera, Chile: Its sequence stratigraphic significance . The Glossifungites ichnofacies is recognized at the boundary between the Navidad (Rapel Member) and La Cueva formations, Pliocene of the Coastal Cordillera, Chile. The Glossifungites suite is characterized by a high density of ? Gastrochaenolites isp. The surface is mantled by a transgressive lag. Burrows are passively infilled with sand and gravel coming from the overlying bed. The surface represents a sequence boundary (a co-planar surface of lowstand erosion and transgressive ravinement).

Key words. Ichnology; Trace fossils; Glossifungites ichnofacies; Sequence stratigraphy; Chile
Palabras clave. Icnología; Trazas fósiles; Icnofacies de Glossifungites; Estratigrafía secuencial; Chile.

Introducción

A pesar de que se han efectuado numerosos estudios, principalmente paleontológicos, sobre las sucesiones neógenas de la zona costera de Chile Central, tradicionalmente conocidas como formaciones Navidad y La Cueva ( e.g . Brüggen, 1950; Martínez- Pardo y Valenzuela, 1979; Tavera, 1979; Covacevich y Frassinetti, 1980), estos trabajos no hacen referencia al contacto entre ambas formaciones. Esto se debe fundamentalmente a que la Formación La Cueva fue tradicionalmente estudiada en su localidad tipo, cerca de Las Damas (figura 1), donde apoya directamente sobre el basamento granítico. Cecioni (1978) fue el primer autor que observó el contacto entre ambas formaciones en la localidad de Rapel (figura 1), pero en su estudio no hace una descripción detallada del mismo.

Figura 1. Mapa de ubicación del area estudiada. La discontinuidad analizada en este trabajo aflora en los puntos nombrados como “Cu. Los Leones y Yali-P.Alto" / location map of the study area. The discontinuity analyzed in this paper crops out in the localities referred to as “Cu. Los Leones and Yali-P.Alto".

Durante los últimos años la icnología ha demostrado ser de enorme utilidad para el reconocimiento de discontinuidades estratigráficas, principalmente en sucesiones siliciclásticas (MacEachern et al ., 1992; Pemberton et al ., 2001, 2004; de Gibert y Robles, 2005). Las aplicaciones de la icnología en esta área de trabajo se han desarrollado mayormente en el campo de la industria petrolera. Sin embargo, el reconocimiento de discontinuidades estratigráficas es clave también en geología regional, por lo que la icnología posee un potencial importante en estudios de esta índole. En el reconocimiento de discontinuidades estratigráficas resulta de vital importancia la identificación de icnofacies sustrato-controladas. Entre éstas, la icnofacies de Glossifungites , la cual se desarrolla en sustratos firmes, no litificados, mayormente fangos deshidratados, es la que más se ha empleado al respecto. En este trabajo se documenta la icnofacies de Glossifungites en el contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva, interpretándose dicha superficie como una discontinuidad estratigráfica.

Marco geológico

El área de estudio (33°57'S, 71°44'W) se encuentra situada en un corte de la carretera que va de Rapel a Litueche, a unos tres kilómetros al sur de Rapel y unos 100 km al suroeste de Santiago de Chile (figura 1). Desde el punto de vista geológico esta zona está situada en el margen oeste de la Cordillera de la Costa de Chile Central. Dicha cordillera constituye una cadena montañosa de dirección norte-sur, que se encuentra limitada al este por una depresión tectónica conocida como el Valle Central. La Cordillera de la Costa a esta latitud está constituida por un basamento formado por rocas plutónicas y metamórficas del Paleozoico, Triásico y Jurásico, que afloran en la mayor parte de la zona costera, y por rocas sedimentarias marinas del Cretácico, Eoceno y Neógeno (Gana et al ., 1996; Wall et al. , 1996).
La discontinuidad objeto de nuestro estudio se encuentra situada entre las formaciones neógenas Navidad y La Cueva. La Formación Navidad fue descrita por primera vez por Darwin (1846) y consiste en una serie de areniscas, limolitas, conglomerados y coquinas que afloran en la zona costera de Chile Central. Varias propuestas para dividir la Formación Navidad en diferentes miembros han sido publicadas ( e.g . Cecioni, 1978; Tavera, 1979; Wall et al ., 1996), siendo la más utilizada la de Tavera (1979) que divide dicha unidad en los miembros Navidad, Lincancheo y Rapel. La Formación La Cueva fue descrita por primera vez por Brüggen (1950), en su localidad tipo cerca de Las Damas (figura 1), como una sucesión de areniscas fosilíferas con abundante material volcánico que presenta en el tope un conglomerado que dicho autor interpretó como de origen glacial. Las formaciones que constituyen la sucesión neógena en Chile Central se acumularon durante un periodo de subsidencia que tuvo lugar en el Mioceno Tardío y Plioceno. La zona costera permaneció emergida con posterioridad a una transgresión marina eocena (Gana et al ., 1996), siendo posteriormente afectada por una importante subsidencia en el Tortoniano (aproximadamente 11 Ma) (Encinas et al ., 2003a, 2003b; Lavenn y Encinas, 2005). Dicha subsidencia dio lugar a la sedimentación representada por el Miembro Navidad, el cual se acumuló en un sistema turbidítico entre el Tortoniano y el Plioceno Temprano. Posteriormente, durante el Plioceno, la cuenca fue elevada hasta la zona de la plataforma marina produciéndose la depositación de los miembros Lincancheo y Rapel y por la Formación La Cueva que se formaron en ambientes marinos someros. Finalmente, la cuenca fue emergida, probablemente durante el Pleistoceno, dando término a la sedimentación marina en el área.

El contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva: facies sedimentarias y contenido icnológico

El Miembro Rapel sobreyace al Miembro Lincancheo en algunas zonas mientras que en otras se apoya directamente sobre el basamento granítico. En el contacto con el Miembro Lincancheo presenta un conglomerado fosilífero, de unos 50 cm de espesor, interpretado como un conglomerado transgresivo. La presencia de este conglomerado y el hecho de que en algunas zonas se apoye directamente sobre el granito sugieren un aumento relativo del nivel del mar, probablemente causado por una etapa de subsidencia de la cuenca. Por encima del contacto con el basamento, unos 3 kilómetros al este de Rapel (figura 1), se disponen capas de conglomerados matriz soportados y capas de areniscas con grandes clastos angulosos del basamento. Estas capas se interpretan como flujos de detritos asociados con la subsidencia de la cuenca. Por encima se sitúan capas de areniscas con estratificación cruzada hummocky donde a veces es posible observar grandes clastos flotantes del basamento (Encinas et al ., 2003, 2003a). El resto de la sucesión está dominado por areniscas masivas de grano fino con moldes de moluscos y abundantes restos vegetales. La presencia de facies de conglomerados matriz soportados y de areniscas con estratificación cruzada hummocky , junto con la gran cantidad de restos vegetales en la base de la sucesión sugiere que esta formación fue probablemente depositada por un flood dominated delta, es decir un delta controlado por grandes avenidas. No existen datos que nos permitan conocer con certeza la edad de esta formación, pero las relaciones estratigráficas indicarían una edad pliocena.
La Formación La Cueva sobreyace al Miembro Rapel de la Formación Navidad en algunas zonas y Icnofacies de Glossifungites en el Neógeno de Chile 5 en otras se apoya directamente sobre el basamento granítico. El contacto entre ambas unidades está delineado por un conglomerado fino a mediano que apoya sobre una delgada costra ferruginosa. En la cuesta de los Leones, unos 3 km al sur de Rapel (figuras 1 y 2), la superficie se encuentra caracterizada por abundantes ? Gastrochaenolites isp. (figura 3.A-E). En los depósitos cuspidales del Miembro Rapel se encuentran también escasos ejemplares de Thalassinoides isp., pero su vinculación genética con dicha superficie es incierta (figura 3.A).

Figura 2. Sección estratigráfica de Cuesta de Los Leones (véase ubicación en figura 1). La discontinuidad entre las Formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva está indicada por una flecha / stratigraphic section of Cuesta de Los Leones (see location in figure 1). Discontinuity between the Navidad (Rapel Member) and La Cueva Formations indicated by an arrow.

Figura 3. Icnofauna en el contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva / Ichnofauna at the contact between the Navidad (Rapel Member) and La Cueva formations . A, Vista general del contacto entre ambas unidades caracterizado por abundantes ejemplares de ? Gastrochaenolites isp. y escasos Thalassinoides isp. (flecha) / general view of the contact between both units characterized by abundant ? Gastrochaenolites isp. and scarce Thalassinoides isp. B, Detalle de la superficie mostrando alta densidad de ? Gastrochaenolites isp. / close up of the surface showing high density of ? Gastrochaenolites isp . C, ? Gastrochaenolites isp. mostrando morfologías cilíndricas y, más raramente, en forma de gota / ? Gastrochaenolites isp. displaying cylindrical to, more rarely, drop-shaped morphology. D, Ejemplos de ? Gastrochaenolites isp. elongados y relativamente profundos / e xamples of elongate, relatively deep ? Gastrochaenolites isp . E, Detalle mostrando un molde interno de bivalvo preservado (flecha) / close-up showing bivalve internal mold preserved (arrow) . Cubre del lente, 5.5 cm; Barra de escala, 1 cm; Moneda, 1,6 cm / lens cap is 5.5 cm; Scale bar is 1 cm; Coin is 1,6 cm.

Los ejemplares atribuidos a ? Gastrochaenolites isp. son verticales y descienden desde la superficie de discontinuidad penetrando dentro de las areniscas del Miembro Rapel. Estas excavaciones son alargadas y presentan una morfología cilíndrica a, más raramente, en forma de gota. El diámetro de las mismas varía de 1,3 a 2,8 cm y la longitud, de 1,6 a 7,5 cm. La pared de estas excavaciones carece de revestimiento y es marcadamente neta. El relleno de estas estructuras es claramente pasivo y consiste de arena y grava proveniente de la unidad suprayacente. La abundancia de estas estructuras es muy alta, si bien en general no se detecta superposición de estructuras. Aunque el afloramiento no permite analizar superficies en planta, una extrapolación de nuestras observaciones en sección indica densidades hasta 300 excavaciones por m 2 en algunos sectores. En algunos casos, en el interior de la excavación se preserva la ornamentación de conchillas de bivalvos. Estas estructuras son muy similares en morfología a las perforaciones comúnmente referidas al icnogénero Gastrochaenolites (véase discusión en Carmona et al ., en prensa). Sin embargo, el típico estrechamiento superior que caracteriza a este icnogénero sólo ha podido observarse en escasos ejemplares, si bien esto muy probablemente refleje erosión durante la transgresión. De todos modos, se ha decidido efectuar la asignación con dudas.
Por su parte, Thalassinoides isp. comprende sistemas de excavaciones bifurcados, formando galerías tridimensionales, con bifurcaciones comúnmente en “T". Los ensanchamientos en los puntos de ramificación no son muy acentuados. El relleno de las galerías es similar a la roca hospedante. El diámetro de las excavaciones oscila entre 1.1 y 2.9 cm. Si bien, los ejemplares guardan similitud con Thalassinoides paradoxicus (Woodward), se ha decidido mantener la asignación a nivel icnogenérico debido a la pobre preservación de los mismos. En la localidad de cuesta de Los Leones no se han podido observar ejemplares descendiendo directamente desde la superficie, por lo que no puede descartarse que los mismos correspondan a la suite de sustratos blandos emplazada con anterioridad al desarrollo de la discontinuidad. A su vez, del estudio de los escasos ejemplares no resulta claro que el relleno de las galerías provenga de la capa suprayacente.
Una asociación similar ha sido documentada recientemente por Mikuláš et al. (2002) para una superficie de edad cretácica portadora de estructuras asignadas a ? Gastrochaenolites isp. y Thalassinoides isp. En el caso de la icnofauna cretácica las estructuras referidas a ? Gastrochaenolites isp. presentan una morfología irregular y los autores sugieren que pueden haber sido generadas por crustáceos. A su vez, si bien Thalassinoides isp. es interpretado como una estructura generada en sustrato firme, ? Gastrochaenolites isp. es vinculado a bioerosión.
En otro afloramiento situado al norte del estero Yali (Punto Yali-P.Alto; figura 1), donde también se puede observar el contacto, esta superficie se caracteriza por una topografía sumamente irregular, observándose scours de entre 40 y 100 cm de profundidad y 20-40 cm de ancho. Estos scours están rellenados por arena gruesa a muy gruesa y grava. A diferencia del afloramiento de la cuesta de Los Leones, en el ubicado al norte del estero Yali ? Gastrochaenolites isp. está ausente. La icnofauna está aquí dominada por Thalassinoides isp., que presenta una abundancia moderada. En esta localidad, las excavaciones atribuidas a Thalassinoides isp. bajan aparentemente del contacto entre el Miembro Rapel y la Formación La Cueva. Se observan a su vez excavaciones verticales simples atribuibles a Skolithos linearis Haldeman, pero los mismos no están asociados a la discontinuidad, sino que se disponen en las areniscas de la Formación La Cueva, comúnmente en el relleno de los scours . La icnofauna presente en el contacto entre el Miembro Rapel y la Formación La Cueva es interpretada aquí como un ejemplo de la icnofacies de Glossifungites . La morfología de las estructuras, principalmente ? Gastrochaenolites isp., la existencia de paredes netas y carentes de revestimiento y el relleno pasivo de las estructuras son todas características que sugieren el desarrollo de un sustrato firme sobre el cual se desarrolló la suite de Glossifungites .
Por encima del conglomerado transgresivo que marca la base de la Formación La Cueva se disponen areniscas muy finas que alternan con escasas limolitas, donde localmente existen abundantes moldes de gasterópodos y bivalvos, que generalmente presentan las dos valvas articuladas, y en algunas capas se encuentran restos vegetales. Estos depósitos son reemplazados verticalmente por areniscas finas a medianas con estratificación cruzada planar y en artesa. Estas areniscas muestran abundante bioturbación, caracterizada por sistemas de galerías de Ophiomorpha y Thalassinoides . Localmente, se intercalan conglomerados finos a medianos, de bases erosivas y geometría lenticular. La Formación La Cueva se interpreta como el depósito de un sistema deltaico (Encinas et al ., en prensa).
Con respecto a la edad de la Formación La Cueva, la fauna de moluscos y dientes de tiburón indica una edad pliocena (Brüggen, 1950; Herm, 1969; Encinas et al ., en prensa). Dataciones K/Ar y 40Ar/39Ar (Laboratorio de Geocronología, Seanageomí) efectuadas en clastos de pómez y escoria volcánica confirmarían la edad pliocena señalada por los fósiles (Encinas et al ., en prensa).

Significado estratigráfico-secuencial

La icnofacies de Glossifungites fue propuesta por Seilacher (1967) en su clásico trabajo donde delineó el modelo icnofacial de ambientes marinos, siendo posteriormente reanalizada por Frey y Seilacher (1980). Trabajos posteriores han enfatizado su importancia en estratigrafía secuencial ( e.g . Pemberton y Frey, 1985; MacEachern et al ., 1992; Pemberton et al ., 1992, 2001, 2004; Buatois et al ., 2002; de Gibert y Robles, 2005). Esta icnofacies está comúnmente conformada por estructuras verticales cilíndricas, en forma de “U" o gota, y excavaciones ramificadas (Frey y Pemberton, 1984; Pemberton y Frey, 1985; Pemberton et al ., 1992; MacEachern et al ., 1992; Uchman et al ., 2000; MacEachern y Burton, 2000; Carmona et al ., en prensa). Algunas excavaciones en “U" presentan spreite protrusivo, desarrollado mayormente a través del crecimiento de animales ( Rhizocorallium , Diplocraterion ). Otros componentes de esta icnofacies son Skolithos , Psilonichnus , Arenicolites , Glyphichnus , Thalassinoides , Spongeliomorpha y Fuersichnus . La gran mayoría de las estructuras corresponden a domicilios permanentes de organismos suspensívoros, siendo la icnodiversidad baja, si bien ciertos tipos de estructuras pueden ser abundantes.
La baja icnodiversidad y alta abundancia de estructuras biogénicas son rasgos notables del contacto entre el Miembro Rapel y la Formación La Cueva. El análisis de la icnofauna presente en esta superficie de discontinuidad no revela ningún elemento que permita asumir el desarrollo de fenómenos de litificación previos al emplazamiento de las excavaciones, por lo que la superficie es considerada como un ejemplo de sustratos firmes, afectados por fenómenos de compactación y deshidratación. A diferencia de muchos de los ejemplos típicos de esta icnofacies (véase MacEachern et al ., 1992, para una revisión), el presente ejemplo no corresponde a un sustrato fangoso, sino a un sustrato arenoso exhumado. A su vez, las variaciones laterales en la composición de la icnofacies, observadas entre la cuesta de Los Leones y el Estero Yali, pueden estar reflejando distintos grados de firmeza del sustrato (Gingras et al ., 2001; Carmona et al ., en prensa).
La icnofacies de Glossifungites se presenta en superficies de omisión marinas firmes pero no litificadas. En sucesiones siliciclásticas, habitualmente se dispone en sustratos fangosos estables, cohesivos y parcialmente deshidratados (Pemberton y Frey, 1985). La icnofacies de Glossifungites caracteriza tanto áreas protegidas, de energía moderada, como áreas de energía algo más alta donde los sustratos semiconsolidados ofrecen resistencia a la erosión. En sedimentos silicoclásticos, la pérdida de agua resulta del soterramiento y, si son exhumados por erosión posterior, los sustratos se vuelven disponibles para la colonización por parte de los organismos (Pemberton y Frey 1985; MacEachern et al ., 1992). La suite de Glossifungites se desarrolla de este modo durante un hiato entre el evento erosivo (que exhumó el sustrato) y la depositación de la unidad suprayacente. Durante este lapso, el sustrato deshidratado y/o cementado es colonizado por los organismos. La exhumación erosiva puede ocurrir como resultado de mecanismos autocíclicos o alocíclicos. En sistemas siliciclásticos, las variaciones relativas del nivel del mar son el mecanismo alocíclico más común por el cual se generan superficies portadoras de la icnofacies de Glossifungites , lo cual pone de relieve la importancia de la misma en estratigrafía secuencial. El desarrollo de suites de Glossifungites asociadas a sustratos firmes ha sido observado en costas actuales a partir de la actividad de crustáceos ( e.g. Upogebia ), poliquetos ( e.g., Nereis , Polydora ) y bivalvos ( e.g . Petricola ) (Pemberton y Frey, 1985; Asgaard et al ., 1997; Gingras et al ., 2001).
La superficie de discontinuidad entre el Miembro Rapel y la Formación La Cueva representa una historia compleja, producto de sucesivos eventos de erosión y depositación, y es aquí interpretada como un límite de secuencia. La erosión inicial sobre el Miembro Rapel tuvo lugar durante un descenso relativo del nivel del mar. Muy probablemente la topografía irregular observada al norte del estero Yali, refleje la incisión generada durante el descenso relativo del nivel del mar. La presencia de asociaciones monoespecificas de Skolithos caracterizando el relleno de los scours indica condiciones de alta energía durante la depositación subsiguiente. En principio, el relleno de los scours pudo haber tenido lugar durante un estadío tardío de nivel del mar bajo o temprano de la transgresión posterior. Sin embargo, la presencia de sistemas de Thalassinoides asociados a la superficie firme en esta localidad indica al menos condiciones de aguas salobres, por lo que puede descartarse depositación vinculada a sistemas fluviales. Este hecho sugeriría que los scours fueron rellenados durante el evento transgresivo que afectó a la región. En el afloramiento de cuesta de Los Leones tampoco se observan evidencias de sedimentación vinculada al cortejo depositacional de nivel bajo. La superficie de contacto entre ambas unidades representa una superficie co-planar, labrada durante el descenso relativo del nivel del mar y modificada durante la transgresión subsiguiente. El conglomerado que apoya sobre la discontinuidad en cuesta de Los Leones representa un conglomerado transgresivo generado por fenómenos erosivos de ravinamiento. Esta fase transgresiva dio rápidamente lugar a un evento regresivo caracterizado por la progradación de cuñas clásticas vinculadas al avance de sistemas deltaicos, tal cual queda evidenciado por las facies de la Formación La Cueva.

Conclusiones

Los estudios realizados han permitido reconocer a la icnofacies de Glossifungites en el contacto entre las formaciones Navidad (Miembro Rapel) y La Cueva, Plioceno de la Cordillera de la Costa, Chile. Esta superficie está caracterizada por una alta densidad de ? Gastrochaenolites isp. La superficie es interpretada como un límite de secuencia (superficie coplanar de erosión de nivel del mar bajo y de ravinamiento trangresivo). La integración de evidencias icnológicas en un marco estratigráfico y sedimentológico proporciona información de utilidad en geología regional y aporta datos que permiten refinar el esquema estratigráfico para el Neógeno de la Cordillera de la Costa.

Agradecimientos

Fondos para la realización de este trabajo han sido proporcionados por el Proyecto Fondecyt 1010691, Programa MECE Educación Superior UCH0010 y por la Beca PG/50/02 del Departamento de Postgrado y Postítulo de la Universidad de Chile. Agradecemos a J. Le Roux, G. Mángano y N. Carmona por la lectura del manuscrito y a Jordi M. de Gibert y R. Netto por los comentarios aportados durante el arbitraje del mismo.

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Recibido: 5 de octubre de 2004.
Aceptado: 25 de enero de 2005.