Estratigrafía y análisis de facies sedimentarías

En las secciones estratigráficas estudiadas, “sección Pantipampa” (Figs.1 y 2 A) y “sección Rodeo Colorado” (Figs.1 y 2B), la Formación Santa Rosita exhibe un espesor aproximado de 190 m y 347 m respectivamente. La base de ambas secuencias es desconocida y el techo puede ser observado en Pantipampa, en donde una discordancia erosiva lo pone en contacto con depósitos clásticos rojizos del Grupo Salta.

La sucesión aflorante en la localidad de Pantipampa corresponde mayormente a facies finas (lutitas y fangolitas) portadoras de una diversa fauna de trilobites. Entre estos depósitos se intercalan capas arenosas mayormente delgadas y continuas lateralmente, cuyo espesor pro medio ronda los 10 cm. Por su parte, en Rodeo Colorado se ha podido observar que los niveles de areniscas son más abundantes, alcanzan espesores mayores y tienen una geometría tabular o lenticular. Un rasgo sedimentológico que caracteriza a ambas secuencias ordovícicas es la presencia de biodepósitos en muchas de las capas arenosas presentes.

Sobre la base de la litología, espesor y forma de los cuerpos sedimentarios, estructuras primarias y contenido fósil, se han reconocido cuatro facies sedimentarias, las cuales se describen a continuación.

Facies 1, lutitas y fangolitas gris oscuras a gris verdosas fosilíferas

Figura 1: Mapa de ubicación de las secciones de Pantipampa y Rodeo Colorado. Figure 1: Location map of the Pantipampa and Rodeo Colorado sections. 

Esta facies está compuesta por lutitas, fangolitas y fangolitas limosas de color gris oscuro a gris verdoso, masivas o finamente laminadas. Conforman paquetes con espesores que varían desde escasos metros hasta más de 20 m de potencia (Figs.3 A, 4 A). Estos depósitos son lateralmente continuos y presentan bases netas. Las fangolitas muestran en afloramiento cierto grado de fisilidad, lo que les confiere una partición laminar. Microscópicamente los minerales planares (arcillas y micas) muestran una orientación preferencial, paralela a la estratificación, dando lugar al desarrollo de una fábrica compactada característica. Esta facies presenta laminación paralela fina, que solo en contadas ocasiones está afectada por una bioturbación a escala reducida. Al microscopio se observa que la laminación es el producto de una alternancia de láminas claras limosas, de 1 a 2 mm, donde predomina el tamaño limo medio a fino, y láminas arcillosas oscuras de mayor espesor.

La variación de color entre los depósitos finos de la Facies 1 puede ser marcada y caracterizar distintos tramos de la secuencia. Así, en la sección de Pantipampa, las tonalidades más oscuras suelen registrarse en el tramo inferior y el tope del perfil. Por el contrario, en Rodeo Colorado lo que se observa es una alternancia continua de facies oscuras y claras a lo largo de todo el depósito.

La Facies 1 es portadora de diversas asociaciones de trilobites muy bien conservadas, que han sido identificadas como pertenecientes a las biozonas de Kainella meridionalis, Kainella teiichii y Bienvilla tetragonalis (Tortello y Esteban, 2016). Como puede observarse en la Figura 2-A, el material fósil de la proviene de 12 niveles distribuidos a lo largo del perfil. Sin embargo, la mayor diversidad faunística proviene del tramo medio a medio superior, donde la Facies 1 muestra una tendencia a los colores más claros. Otros restos de organismos tales como crinoideos, pequeños braquiópodos y gasterópodos primitivos acompañan a la fauna de trilobites en este sector. En Rodeo Colo rado (Fig. 2 B) los niveles fosilíferos también se distribuyen a lo largo de toda la sección y la mayor diversidad faunística se verifica hacia el tramo inferior, donde alternan pelitas gris oscuras y gris verdosas.

Por arriba de los 10 m de la base del perfil de Pantipampa y en las lutitas gris oscuras se han hallado niveles con graptolitos correspon dientes al género Rhabdinopora. En uno de estos niveles, la fauna está acompañada por restos de trilobites muy fragmentados y mal conservados.

Figura 2: Perfiles estratigráficos de la Formación Santa Rosita mostrando la sucesión de facies y los niveles fosilíferos A: en la localidad de Pantipampa; B: en la localidad de Rodeo Colorado. / Figure 2: Stratigraphic sections of the Santa Rosita Formation showingfacies and fossil levels. A: Pantipampa locality; B: Rodeo Colorado locality.  

Del análisis litológico de esta facies podemos inferir un origen depositacional ligado a procesos de decantación de material fino en un ambiente de baja energía. La Facies 1 refle ja la sedimentación normal de la cuenca y correspondería a lo que se denomina depósito de background. La fina laminación presente en ciertos tramos de esta facies puede atribuirse a una alternancia de momentos de decantación pura (fracción arcilla) y períodos en los cuales sedimento más grueso que el normal (fracción limo) es transportado sobre la plataforma. La base plana que muestran a nivel microscópico las láminas claras, sin rasgos evidentes de erosión, y la ausencia de una granoclasificación, permite sugerir para las mismas una génesis relacionada a nubes turbias que se habrían desplazado en suspensión a una cierta profundidad de la columna de agua. Este mecanismo de transporte del material limoso fue propuesto por O'Brien (1989) para explicar la fina laminación presente en las black shales devónicas de los Apalaches. De acuerdo con dicho autor, las láminas limosas observadas en estos depósitos se habrían formado por decantación de material transportado por flujos de baja densidad (“ detached turbid layer’) que entran esporádicamente a la cuenca y se desplazan sobre la picnóclina.

La preservación de la fábrica original y de la fina laminación en las pelitas más oscuras de la Facies 1 demuestra que estas últimas no han sido objeto de una perturbación del medio. Esto se relaciona directamente con la ausencia o escasez de bioturbación la cual está condicionada por el contenido de oxígeno del fondo marino.

En condiciones de baja oxigenación se inhibe la actividad biológica y se mantienen los rasgos originales del sedimento. Siguiendo la clasificación de Bottjer y Svarda (1993), que relaciona las biofacies con el contenido de oxígeno, podríamos ubicar a la parte más oscura de la Facies dentro del denominado ambiente disaeróbico.

Facies 2, Areniscas limosas grises masivas y/o finamente laminadas

La Facies 2 consiste en areniscas limo sas, gris a gris verdosas, estratificadas en bancos delgados de 1 a 3 cm de espesor. La geometría de las capas es tabular y sus contactos netos, con base y techos planos (Figs. 3 B, 4 B). Ocasionalmente, estas capas pueden mostrar contactos ondulados (Fig. 3 C). Internamente, los bancos son masivos y/o laminados, mostrando una laminación paralela marcada (Fig. 3 E). Sus bases pueden presentar delgados niveles bioclásticos (Fig. 3 D), en los que se distinguen pequeños fragmentos de conchillas dispersos en una matriz arenosa fina.

Estas capas arenosas se encuentran interestratificadas con la facies de grano fino (Facies 1), estando ausente la amalgamación de estratos. En Pantipampa, la Facies 2 está mejor desarrollada en el tramo inferior a medio del perfil, donde por su mayor coherencia los bancos sobresalen notablemente de las pelitas friables (Fig. 3 B). Por su parte, en Rodeo Colorado estos bancos se observan a lo largo de toda la secuencia dentro de los depósitos fangosos y relacionados con los depósitos de la Facies 3.

Las capas arenosas delgadas de la Facies

representan depósitos puntuales de material texturalmente más grueso, que proviene de sectores más someros de la plataforma, e interrumpe esporádicamente la decantación lenta de los fangos en suspensión. La ausencia de estructuras oscilatorias estaría indicando una depositación en la plataforma por debajo del nivel de olas de tormenta. El aspecto interno masivo y/o finamente laminado de los estratos de la Facies 2, hace recordar a los tramos inferiores (A y B) de la secuencia de Bouma que refieren a depósitos turbidíticos. No obstante, la presencia de delgados niveles bioclásticos en estas capas (Fig. 3 D) y su estrecha relación con la Facies 3, permiten inferir un origen a partir de corrien tes generadas por tormentas. Depósitos similares han sido registrados en áreas de plataforma fangosa del Jurásico de Dinamarca, donde son interpretados como el miembro más distal de la sedimentación de tormenta (Pedersen, 1985).

La licuefacción del sedimento en el shoreface durante la tormenta podría ser el mecanismo, no puramente gravitacional, capaz de transportar arena más allá de la zona donde dominan los flujos oscilatorios (Hamblin y Walker, 1979).

Por lo expresado arriba, la Facies 2 representaría capas distales de tormenta (“tempestitas distales” Brenchley et al.,1986) genera das en el offshore superior.

Facies 3, Areniscas y areniscas calcáreas grises finas a muy finas con concentraciones bioclásticas

La Facies 3 está representada por capas de areniscas y areniscas calcáreas finas a muy finas, gris oscuro a gris verdoso, portadoras de concentraciones bioclásticas. Generalmente son tabulares, con espesores que oscilan entre 3 y 15 cm, aunque ocasionalmente pueden superar los 20 cm. En algunos casos existen niveles con geometría lenticular. Las bases son erosivas o eventualmente netas (Figs. 3 G, H, 4 D), mien tras que los techos son generalmente ondulados y pueden exhibir ripples simétricos a casi-simétricos bien marcados (Figs. 3 F, 4 C, D) con una amplitud inferior a 2 cm y longitud de onda entre 8 y 10 cm. Internamente, las areniscas de la Facies 3 conservan diferentes tipos de estructuras mecánicas, o en algunos casos son masivas. Existen capas con laminación plano-paralela y ocasionalmente laminación entrecruzada de bajo ángulo (Fig. 4 D); estas capas en algunos casos son laminadas en la base y exhiben laminación entrecruzada de ripples de flujo combi nado hacia el tope (Figs. 3 F, 4 C). En la secuencia de Pantipampa también se documenta estratificación entrecruzada hummocky a pequeña escala (microhummocky). Las bases de varios cuerpos arenosos conservan marcas erosivas de corrientes tales como calcos de flujo (flute casts), y localmente pequeños calcos de carga. Algunos bancos presentan tubos verticales de Skolithos, y sus techos están fuertemente bioturbados.

Un rasgo característico de los cuerpos arenosos de la Facies 3 es la presencia de concentraciones bioclásticas, las cuales se encuentran generalmente en la base de los bancos tabulares constituyendo capas de 1 a 4 cm de espesor (Fig. 3 D). Los biodepósitos están principalmente en las areniscas carbonáticas y pue den reconocerse fácilmente por el aspecto y el color ocre que presentan en afloramiento. Estas concentraciones están compuestas principal mente por fragmentos de braquiópodos y trilobites, y en menor proporción equinodermos y gasterópodos, dispuestos caóticamente den tro de una matriz arenosa de grano fino (Fig. 3 G, H). Asimismo, también se han identificado biodepósitos en cuerpos arenosos de geometría lenticular como el que se observa en la Figura 4 (E y F). En este último caso los bioclastos están ubicados en el centro del lente constituyendo tres niveles muy delgados superpuestos, delimitados por superficies erosivas.

En la Facies 3 también se han recuperado conodontes. Una arenisca carbonática pro veniente del tramo medio del perfil de Pantipampa contiene diversos elementos que fueron asignados a la Biozona de Cordylodus angulatus (Carlorosi et al., 2019).

Los bancos arenosos de esta facies están interestratificados con las lutitas y fangolitas de la Facies 1 y forman parte de la sedimentación episódica de la cuenca. Sus rasgos permiten vincularlos a eventos de mayor energía que han transportado la arena desde la zona de “nearshonT hacia la parte interna de la plataforma. Las bases erosivas y las estructuras internas presentes en estas capas reflejan la acción de oleaje. Los movimientos oscilatorios, a veces combinados con flujos de corriente, son los que dieron lugar en gran medida a la laminación entrecruzada de ripple de flujo combinado, la estratificación entrecruzada microhummocky y los ripples simétricos a casi simétricos observados en estos niveles. La estructura microhummocky y las concentraciones bioclásticas, que son tan abundantes en la secuencia de Pantipampa y Rodeo Colorado, reflejan un origen de tormenta para el oleaje antes mencionado.

Las ondulitas simétricas a casi simétricas observables en los techos expresan el retrabajo del depósito por las olas, ocurrido una vez que ha finalizado la tormenta y han retornado las condiciones de buen tiempo. Por otra parte, la bioturbación y los tubos de Skolithos pueden ser atribuidos a la actividad de una fauna oportunis ta, post-evento, que coloniza el fondo marino después de la tormenta (Buatois etal., 2002).

La granulometría ligeramente mayor de los depósitos y el aumento en el espesor de las capas, permite inferir que la Facies 3 fue depo sitada por flujos de tormenta de mayor energía que los de la Facies 2. Estos flujos acumularon el sedimento en áreas más proximales dentro de la plataforma y por encima del nivel de olas de tormenta.

Los bancos arenosos de la Facies 3 son considerados capas más proximales de tormenta (“tempestitas intermedias”, Brenchley et al., 1986) acumuladas en la transición al offshore.

Figura 3: Fotografías de campo de la sección Pantipampa. A: vista de la sección estudiada donde se puede observar que la misma es dominantemente pelítica. B: nivel tabular con contactos planos de la Facies 2. C: capa arenosa de la Facies 2 mostrando base neta erosiva y techo ondulado. D: banco arenoso de la Facies 3 mostrando la presencia de un biodepósito tabular en la base del mismo. E: capa delgada con laminación fina paralela (Facies 2). F: nivel arenoso mostrando la estructura interna generada por el oleaje (Facies 3) G: nivel arenoso de la Facies 3 con un marcado nivel bioclástico donde se observan los fragmentos de trilobites y braquiópodos integrantes del biodepósito. H: bioclastos de color negro dentro de una capa are nosa de la Facies 3. Figure 3: Field photography of the Pantipampa section. A: View of the section studied composedmainly of fine-grained deposits. B: tabular bed of Facies 2 withplanar boundaries. C: sandstone bed of Facies 2 displaying erosive sharp bases and undulating tops. D: sandstone bed of Facies 3 showing a tabular biodeposit at the base. E: thin layer with parallel fine lamirntion (Facies 2). F: sandstone bed displaying wave-generated sedimentary structure (Facies 3). G: sandstone layer with a bioclastic level. Bioclasts include disarticulated specimens of trilobites and brachiopods (Facies 3). H: black bioclasts within a sandstone of Facies 3  

La Facies 4 corresponde a capas de areniscas gris claras, finas a medias, con estra tificación delgada a media (5-20 cm), que inter namente muestran estratificación entrecruzada hummocky (HCS). Esta facies solo se observa en el tramo inferior del perfil de Rodeo Colorado, donde constituye paquetes de más de 1 m de espesor conformados por capas arenosas su perpuestas, sin material pelítico entre ellas. Las capas individuales generalmente se adelgazan (Fig. 4 G) aunque los paquetes arenosos son persistentes lateralmente. Sus bases son erosivas y pueden conservar calcos de flujo. Internamente se observa laminación paralela en el tramo inferior de las capas y laminación entrecruzada de ripples y estratificación entrecruzada tipo hummocky hacia el techo. Los bancos de mayor espesor presentan montículos (hummocks) con longitudes de onda del orden de los 50 cm o más y amplitud de 15 cm (Fig. 4 H). Algunas de estas capas exhiben techos con signos de bioturbación.

Figura 4: Fotografías de campo de la sección Rodeo Colorado. A: vista del perfil estudiado. B: banco arenoso delgado y continuo de la Facies 2, mostrando su base y techo plano. C: capa de arena de la Facies 3 mostrando tope con ondulitas simétricas y en su interior una laminación entrecruzada de ripples de flujo combinado. D: nivel de la Facies 3 que internamente tiene laminación entrecruzada de bajo ángulo. Nótese la base ondulada de esta capa y las ondulitas simétricas conservadas en su techo. E: niveles bioclásticos superpuestos en areniscas de la Facies 3. F: una aproximación de los niveles bioclásticos ilustrados en D. G: capas de areniscas amalgamada de la Facies 4 mostrando la lenticularidad de las capas y la superposición de las mismas sin depósitos pelíticos entre ellos. H: vista proximal de un montículo (hummocky) de la Facies 4. Figure 4: Field photography of the Rodeo Colorado section. A: View of the section studied. B: Facies 2 showing a thin and laterally continuous sandstone bed with planar boundaries. C: sandstone bed with symmetrical ripples at the top and internally combined-flow ripple cross-lamination (Facies 3); D: sandstone bed displaying low-angle cross-lamination. Note undulating base and symmetrical ripples at the top (Facies 3). E: overlapping bioclastic levels in sandstones of Facies 3. F: an approximation of the bioclastic levels illustrated in D. G: amalgamated sandstone beds from Facies 4 showing lenticular layers, notice that the siltstone intervals are absent. H: proximal view of a hummock of Facies 4. 

La Facies 4 se asocia a fenómenos episódicos y violentos que interrumpen la sedi mentación normal en la plataforma. Las capas arenosas con estratificación entrecruzada tipo hummocky y amalgamadas como las aquí descriptas pueden ser interpretadas como tempestitas proximales (Brenchley etal., 1986). Estos depósitos se formaron a partir de eventos reiterados de tormenta y de la remoción del fango acumulado entre los bancos arenosos en los momentos de buen tiempo por la erosión de las olas.

Paleoambiente

Las litofacies descriptas en las secciones de Pantipampa y Rodeo Colorado represen tan un ambiente marino abierto dominado por oleaje. Los depósitos más distales en este mo delo corresponden a los fangos gris oscuros a gris verdosos (Facies 1) y a los delgados bancos interestratificados de arena limosa (Facies 2), los cuales se encuentran bien desarrollados en la sección de Pantipampa. El material fangoso se acumuló por un proceso lento de decantación del sedimento en suspensión dentro de la columna de agua y en condiciones de baja ener gía del medio. La abundante fauna de trilobites relacionada con la Facies 1 (Tortello y Esteban, 2016) indica condiciones adecuadas para el desarrollo de la vida bentónica en la interfase sedimentaria. Por su parte, la ausencia de bioturbación en los niveles de lutitas más oscuras de la Facies 1 sugiere cierta deficiencia de oxígeno (ambiente disaeróbico, Bottjer y Svrada, 1993).

Los bancos delgados de areniscas limosas de la Facies 2, interestratificados con los fangos de la Facies 1, representan una sedimentación de evento en zonas profundas de la plataforma. La ausencia de estructuras de oleaje en estas capas indica profundidades por debajo del nivel de base de olas de tormenta (zona de offshore su perior). No obstante, la presencia de delgados niveles bioclásticos y su estrecha relación con la Facies 3 en la sección Rodeo Colorado, permite interpretarlas como las facies distales dentro de la sedimentación de tormenta. Depósitos similares han sido registrados en áreas de plataforma fangosa donde se las describe como “corrientes de turbidez generadas por tormentas” (^{Hamblin y Walker, 1979; Walker etal., 1983; Walker, 1983, 1985; Brenchley etal., 1993}, entre otros).

Por su parte, las facies arenosas 3 y 4 de los perfiles estudiados representan las partes más proximales del modelo. Su origen está íntimamente relacionado con procesos de mayor energía, que habrían permitido la dispersión de la arena sobre gran parte de la plataforma. Los mecanismos que han participado en esta dispersión guardan una estrecha relación con la actividad de olas y tormentas que son las que dominan en el medio.

Estas facies también forman parte de la sedimentación episódica dentro de la cuenca, pero a diferencia de la Facies 2, tienen lugar en zonas más someras de la plataforma donde la energía es mucho mayor. De acuerdo con las estructuras internas observadas en estas capas, tales como laminación paralela, laminación en trecruzada de ripples de flujo combinado, estra tificación entrecruzada micro-hummocky de bajo ángulo (Facies 3) y estratificación entrecruzada hummocky (Facies 4), se infiere una depositación a partir de flujos oscilatorios puros o combinados o bien por corrientes de tormenta (“tempestitas” de acuerdo con el concepto de Walker et al., 1983 y Brenchley, 1985). Las bases erosivas de los bancos y la presencia de marcas de corrientes (calcos de flujo) evidencian una mayor energía del medio durante su transporte.

Otra evidencia muy importante de la actividad de tormentas sobre la plataforma es la presencia de concentraciones bioclásticas, las cuales son un rasgo muy común en las areniscas de la Facies 3, y en menor medida de la Facies 2. Estos depósitos constituyen niveles continuos o bien cuerpos lentiformes que generalmente se encuentran en la base erosiva de las capas arenosas y están caracterizadas por restos de braquiópodos, trilobites, equinodermos y gastrópodos (^{Esteban et al., 2017}).

Estos depósitos son considerados para-autóctonos y redistribuidos principalmente por procesos hidrodinámicos (^{Esteban et al., 2017}). Siguiendo el esquema genético propuesto por Kidwell etal. (1986), las concentraciones bioclásticas de las secciones de Pantipampa y Rodeo Colorado pueden ser consideradas del “tipo sedimentológico”, donde la acumulación final de los restos está íntimamente relacionada con la dinámica hidráulica del medio sedimen tario. Por su parte, su biofábrica permite inferir para el proceso final de concentración y sote rramiento la acción de corrientes turbulentas dentro de eventos de tormenta (Fürsich y Oschman 1993). Las bases erosivas de los niveles con concentraciones fósiles indican un retraba jo del sustrato antes de la depositación final de los restos.

Sobre la base de la frecuencia de los depósitos tempestíticos, las secciones de Pantipampa y Rodeo Colorado pueden ser consideradas como representativas de un ambiente de plataforma dominada por tormentas. Los rasgos sedimentológicos de las litofacies indican que estas secuencias se habrían depositado entre el offshore superior y la zona de transición al offshore, con un sector posiblemente más somero próximo a zonas del nearshore.