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Latin American journal of sedimentology and basin analysis

versión On-line ISSN 1851-4979

Lat. Am. j. sedimentol. basin anal. v.12 n.2 La Plata ago./dic. 2005

 

ARTICLES

Estudios Isotópicos en Carbonatos Marinos del Terreno Precordillera-Cuyania: ¿Plataforma común en el Neoproterozoico-Paleozoico Inferior?

Maximiliano Naipauer1, Carlos A. Cingolani2, Susana Valencio3 , Farid Chemale Jr.4 y Graciela I. Vujovich5

1 Laboratorio de Tectónica Andina (Universidad de Buenos Aires). Becario Fundación YPF, E-mail: maxinaipauer@gl.fcen.uba.ar
2 Centro de Investigaciones Geológicas (UNLP), CONICET, calle 1 n. 644, 1900-La Plata, E-mail: ccingola@cig.museo.unlp.edu.ar
3 Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS), Buenos Aires.
4 Laboratorio de Geologia Isotópica, Universidad Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil.
5 Laboratorio de Tectónica Andina (Universidad de Buenos Aires), CONICET.
Dedicamos este trabajo a la memoria de Susana Valencio, cuyo lamentado fallecimiento se produjo cuando el mismo se encontraba en edición final.

Recibido: 25 de febrero de 2005 - Aceptado: 14 de octubre de 2005

Resumen: El presente trabajo comprende estudios sobre isótopos estables (carbono y oxígeno), Sr natural (87Sr/86Sr), 206Pb/207Pb y Sm/Nd aplicados sobre rocas esencialmente carbonáticas aflorantes en el terreno Precordillera-Cuyania del oeste argentino. Las rocas analizadas son metacarbonatos, mármoles y metamargas aflorantes en la sierra de Pie de Palo (Grupo Caucete), en el cerro Salinas y en la sierra de La Huerta (cerro Pan de Azúcar y Loma de las Chacras), y calizas no metamorfizadas del Cámbrico de la Precordillera Oriental de San Juan. Los datos de los isótopos del Sr obtenidos para la Caliza Angacos (Pie de Palo) están de acuerdo con los valores de la curva de variación secular para el Cámbrico Inferior alto y parte del Cámbrico Medio. Los valores de d13C para la misma unidad, se distribuyen en la curva de variación secular del C en coincidencia con las relaciones 87Sr/86Sr. Las relaciones 87Sr/86Sr y 13C/12C medidas en las muestras de calizas del Miembro Juan Pobre de la Formación La Laja se ubican en el Cámbrico Medio en las curvas mencionadas y en coincidencia con su contenido fosilífero. Los carbonatos del cerro Salinas presentan relaciones 87Sr/86Sr más altas en comparación con las de la Caliza Angacos (Pie de Palo) y en concordancia con el lapso de la curva del Cámbrico Medio alto al Cámbrico Superior. Este incremento en la relación isotópica del Sr está acompañado por un enriquecimiento en los valores de d13C, que se ubican en el tramo más joven del Cámbrico Superior en la curva de variación secular del C en el agua de mar, marcando según varios autores, el inicio de una excursión isotópica positiva de carácter global. La isocrona 206Pb/207Pb calculada para carbonatos del cerro Salinas, sugiere una edad comprendida entre el Neoproterozoico y el Cámbrico por su margen de error importante. Por el hallazgo de estromatolitos y la composición isotópica del Sr esta unidad del cerro Salinas podría tener correlación con la Formación La Flecha del Cámbrico Superior de la Precordillera. Las edades modelo Sm/Nd (TDM) calculadas para los niveles silicoclásticos intercalados en el Miembro Soldano de la Formación La Laja, son coincidentes con las obtenidas en la Caliza Angacos. Esto sugiere que el área de procedencia para la Caliza Angacos y las unidades del Cámbrico Inferior alto de la Precordillera fue similar. Las rocas madres de estos sedimentos tienen como característica la presencia de dos picos bien diferenciados de edades modelo, uno Paleoproterozoico (1,7 Ga) y otro Mesoproterozoico (1,5 Ga). Las evidencias isotópicas apoyan la hipótesis que los carbonatos analizados podrían haber formado parte de una plataforma carbonática común para los tiempos cámbricos, registrando profundización de la cuenca y aumento progresivo del metamorfismo en dirección este.

EXTENDED ABSTRACT

Isotopic studies on marine carbonates from Argentine Precordillera-Cuyania Terrane: A common platform during Neoprotezoic-Lower Paleozoic?

The studies based on systematic isotope variations in carbonate rocks are valuable tools to understand the evolution of marine sedimentary basins, especially those developed during a key Earth history time such as the Neoproterozoic-Lower Paleozoic, interval from which fossil register is incomplete. The isotopic data allow to gather important information about sedimentation- diagenetic ages, metamorphic events, tecto-sedimentary paleoenvironments evolution, sedimentary provenance and source areas. In particular, determining the Sr and C isotopic rate in non-fossiliferous carbonates is very important because it provides the precipitation age indirectly and can be applied for stratigraphic correlation in local and regional scale as well. On the other hand, the Sm-Nd isotope ratios on sedimentary rocks are useful because they allow learning about the basement type rocks of the basin and the possible source regions.

The present contribution reports stable isotope studies (C and O), natural 87Sr/86Sr, 206Pb/207Pb and Sm- Nd ratios obtained on carbonate rocks outcropping in the Precordillera-Cuyania terrane (Astini et al., 1995; Ramos et al., 1998) from western Argentina. The main object of this work is to increase the isotopic database about low metamorphic carbonates that crop out in the Western Sierras Pampeanas, assigned by several authors as Neoproterozoic- Lower Paleozoic units, and furthermore, we compare the obtained results with well known fossiliferous Cambrian limestones from the Eastern Precordillera.

The analysed rocks are non-fossiliferous metalimestones, marbles, and meta-marls of the Caucete Group (Sierra de Pie de Palo); carbonates with low metamorphism outcrop in Cerro Salinas and Sierra de la Huerta (Pan de Azúcar and Loma de las Chacras). For comparison, Cambrian fossiliferous limestones (no metamorphic) were studied from La Laja Formation (Sierra Chica de Zonda, Precordillera of San Juan).

Sr isotopic data from Caliza Angacos (Sierra de Pie de Palo) are in agreement with the published secular variation curve for the Lower Cambrian and partially Middle Cambrian. The d13C values for the same unit are spread in the C secular variation curve in coincidence with the 87Sr/86Sr ratios (Fig. 10). 13C/12C and 87Sr/86Sr ratios obtained from samples from Juan Pobre Member of La Laja Formation are positioned on the Middle Cambrian interval in agreement with their fossiliferous content (Fig. 10). The Cerro Salinas carbonates show higher 87Sr/86Sr ratios in comparison with the Caliza Angacos (Sierra de Pie de Palo) and in concordance with the Late Middle Cambrian to Upper Cambrian isotopic curve (Fig. 10). The increasing Sr isotope ratios are positioned on the youngest sector of the Upper Cambrian on the secular variation curve for sea-water. This event is in concordant with the isotopic global positive excursion (Montañez et al., 2000). The 207Pb/206Pb isochrone, obtained for the limestones of Cerro Salinas, suggests an age on the boundary of Neoproterozoic and Cambrian time. The presence of stromatolites and the isotopic Sr composition on the Cerro Salinas carbonate unit could be correlated with the La Flecha Formation (Upper Cambrian of Precordillera).

Nd model ages (TDM) measured for the siliciclastic levels intercalated in the Soldano Member (La Laja Formation) are coincident with the Caliza Angacos (Pie de Palo). This suggests that the provenance area for this formation and the fossiliferous Lower Cambrian units from Eastern Precordillera are similar. In the frequency diagram (Fig. 9) the source rocks from these sediments present two well differentiated populations for the Nd model ages: Paleoproterozoic (1.7 Ga) and Mesoproterozoic (1.5 Ga).

Isotopic evidences allow us to interpret that the marine carbonates analyzed in this work could be part of the common carbonate platform during Cambrian times, registering deeper water sedimentary conditions and increasing metamorphism towards the East.

Palabras clave: Isótopos; Carbonatos; Terreno Precordillera-Cuyania; Neoproterozoico; Paleozoico Inferior.

Keywords: Isotopes; Carbonates; Argentine Precordillera-Cuyania terrane; Neoproterozoic; Lower Paleozoic.

INTRODUCCION

Los estudios basados en las variaciones sistemáticas de las composiciones isotópicas de elementos presentes en las rocas carbonáticas constituyen herramientas importantes para el análisis de la evolución de cuencas sedimentarias marinas, especialmente desarrolladas durante el lapso clave en la historia de la Tierra como es el Neoproterozoico-Paleozoico Inferior. Los datos isotópicos aportan información valiosa sobre posible edad de sedimentación-diagénesis, desarrollo de eventos metamórficos, características de ambientes tectono-sedimentarios, procedencia del material y definición de áreas fuente.

Particularmente, la determinación de las relaciones isotópicas del estroncio (Sr), carbono (C) y oxígeno (O) en rocas carbonáticas permite consignar en forma indirecta su edad y realizar comparaciones estratigráficas, tanto a nivel local como regional, razón por la cual se utilizan frecuentemente en secuencias no fosilíferas. La edad, según lo expresado, se obtiene por intermedio de curvas de variación isotópica de dichos elementos en el agua de mar, que fueron construidas y calibradas utilizando numerosos análisis isotópicos realizados sobre secuencias bio-cronoestratigráficamente bien datadas a lo largo del registro geológico. Para el Fanerozoico estas curvas han sido compiladas y estudiadas entre otros por Burke et al. (1982), Popp et al. (1986), Veizer et al. (1997, 1999), Denison et al. (1998) y Montañez et al. (1996, 2000). Más recientemente se publicaron nuevos aportes basados en las variaciones isotópicas de Sr (Jacobsen y Kaufman, 1999; Melezhik et al., 2001) y C (Kaufman y Knoll, 1995) para el Neoproterozoico. Para éste momento, es conocido el limitado control bioestratigráfico existente, por lo que la quimioestratigrafía resulta una de las metodologías alternativas más apropiadas para su estudio (Kawashita, 1996 y referencias).

Las variaciones en la relación 87Sr/86Sr en el agua de mar desde el Neoproterozoico hasta la actualidad (Burke et al., 1982) se atribuyen principalmente a las fluctuaciones en la tasa de erosión y el aporte sedimentario desde las áreas continentales hacia las cuencas oceánicas. Los intervalos con altas relaciones de Sr corresponden a los momentos donde son importantes las colisiones continentales y orogénesis (Derry et al., 1994), mientras que las bajas relaciones son controladas por la actividad volcánica en los océanos y en mucho menor medida por la extensión de afloramientos basálticos en los continentes (Denison et al., 1998). Sin embargo, la vinculación precisa entre orogénesis, erosión, aporte de sedimentos y los cambios isotópicos en el agua de mar no es todavía bien conocida.

Las variaciones en la relación isotópica del carbono en el agua de mar (Kaufman y Knoll, 1995; Veizer et al., 1999; Jenkyns et al., 2002) se basan en el fraccionamiento isotópico asociado con la partición del reservorio global del carbono entre el reducido (carbono orgánico) y el oxidado (carbonato-bicarbonato-dióxido de carbono) debido a erosión continental, tasas de sedimentación global, productividad primaria, enterramiento del carbono orgánico y circulación oceánica.Los cambios en la relación isotópica del oxígeno (Podlaha et al., 1998; Jacobsen y Kaufman, 1999) están relacionados con el fraccionamiento isotópico asociado con variaciones en las temperaturas y en el balance evaporación-precipitación en el agua oceánica.

Por otro lado, los estudios basados en isótopos del Nd en rocas sedimentarias brindan información acerca del basamento donde se formó la cuenca y las posibles áreas de aporte. Las edades modelo Sm/Nd (TDM) reflejan el momento de la extracción del manto del protolito original y pueden resultar características de las distintas áreas fuente de aporte sedimentario a la cuenca, permitiendo utilizar los datos en estudios de procedencia. Los valores TDM también son valiosos para acotar las edades máximas de sedimentación y de residencia crustal (DePaolo, 1981).

Un control cronológico adicional en rocas carbonáticas puede realizarse mediante el método 206Pb/207Pb (roca total, isocrona). Las edades así obtenidas se deben interpretar en el contexto general de información isotópica, pudiendo representar la edad de sedimentación o el evento diagenético-metamórfico que ha modificado el sistema (Babinsky et al., 1995).

Teniendo en cuenta lo anteriormente expresado, el presente trabajo comprende estudios sobre isótopos estables (carbono y oxígeno), Sr natural (87Sr/86Sr), 206Pb/ 207Pb y Sm/Nd analizados sobre rocas esencialmente carbonáticas aflorantes en el terreno Precordillera-Cuyania del oeste argentino. El objetivo es ampliar la caracterización isotópica de las rocas calcáreas de bajo grado metamórfico que afloran en algunos sectores de las Sierras Pampeanas Occidentales, asignadas por distintos autores al lapso Proterozoico Superior-Paleozoico Inferior, comparando los resultados con los correspondientes a los carbonatos fosilíferos cámbricos de la Precordillera. Esto permite aportar nueva información para el conocimiento paleogeográfico del terreno mencionado en el contexto de la evolución del margen proto-Andino.

UNIDADES ESTUDIADAS

Las rocas analizadas en este trabajo son metacarbonatos, mármoles y metamargas aflorantes en la sierra de Pie de Palo (Grupo Caucete), en el cerro Salinas y en la sierra de La Huerta (cerro Pan de Azúcar y Loma de las Chacras), y calizas no metamorfizadas del Cámbrico de la Precordillera Oriental de San Juan. Los resultados obtenidos se discuten en el contexto regional con los valores publicados por Linares et al. (1982) y Sial et al. (2001, 2003) en las Formaciones La Laja y La Flecha y en el Grupo Caucete; con los presentados por Galindo et al. (2004) para la secuencia metasedimentaria Difunta Correa, Grupo Caucete y en calizas cambroordovícicas de Precordillera, con los obtenidos por Varela et al. (2001) para los carbonatos de la sierra de Umango y con los valores publicados por Buggisch et al. (2003) para calizas de la Precordillera (Fig. 1).


Figura 1. Bosquejo geotectónico con las distribución de terrenos en el centro de Argentina-Chile: A: Pampia; B: Famatina; C: Precordillera- Cuyania; D: Chilenia; C y D: Occidentalia (Basado en Dalla Salda et al., 1992; Ramos, 1995; Astini et al., 1995; Ramos et al., 1998).
Figure 1. Geotectonic sketch map with terrane distribution in Argentina-Chile: A: Pampia; B: Famatina; C: Precordillera-Cuyania; D: Chilenia; C y D: Occidentalia (Basado en Dalla Salda et al., 1992; Ramos, 1995; Astini et al., 1995; Ramos et al., 1998).

CONTEXTO GEOLOGICO

Las Sierras Pampeanas están constituidas esencialmente por un complejo ígneo-metamórfico aflorante en el centro-oeste de la Argentina, conformando el denominado antepaís andino. Su estructura se caracteriza por grandes bloques limitados por fallas inversas de alto ángulo que se horizontalizan en profundidad (González Bonorino, 1950). Caminos (1979) distinguió, entre otras, dos importantes fajas por sus características litológicas, estructurales y tectónicas a las que denominó Sierras Pampeanas Orientales y Occidentales respectivamente. En estas últimas afloran metamorfitas de medio a alto grado con edades del Mesoproterozoico (ca. 900 a 1200 Ma) y en contacto tectónico o superpuestas metasedimentitas de bajo a medio grado de metamorfismo, objetivo de este estudio. Estas derivan principalmente de protolitos carbonáticos y silicoclásticos y son asignadas por diversos autores al Neoproterozoico- Paleozoico Inferior.

Por su parte la Precordillera fue definida como una cadena plegada y corrida caracterizada por el registro sedimentario fosilífero del Paleozoico Inferior y Medio. Limita al este con las Sierras Pampeanas Occidentales y al oeste con la Cordillera Frontal.

Cabe consignar que gran parte de las Sierras Pampeanas Occidentales (Sierras de Umango-Maz, Pie de Palo, Barboza, Valdivia y Salinas) y la Precordillera, con su extensión al sur en los Bloques de San Rafael y Las Matras, conforman el terreno Precordillera (Astini et al., 1995) o terreno compuesto Cuyania (Ramos, 1995; Ramos et al., 1998). Este terreno Precordillera-Cuyania, desarrollado en el segmento de actual subducción