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Revista de la Asociación Geológica Argentina
versión impresa ISSN 0004-4822
Rev. Asoc. Geol. Argent. vol.68 no.2 Buenos Aires abr./jun. 2011
ARTÍCULOS
Procedencia de los depósitos del Grupo Payogastilla (Cenozoico), río Calchaquí, provincia de Salta
Claudia Inés Galli1,2, Alba Ramírez1,2, James Reynolds4, José G. Viramonte1,3, Bruce Idleman5 y Celia Barrientos1
1 Universidad Nacional de Salta, Email: claudiagalli@fibertel.com.ar
2 Universidad Nacional de Jujuy
3 CONICET
4 Brevard College, Brevard, North Carolina, Estados Unidos.
5 Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania, Estados Unidos.
RESUMEN
Se realiza el estudio de procedencias de los depósitos cenozoicos expuestos en la zona sur del valle Calchaquí, provincia de Salta que comprenden a sedimentitas fluviales del Grupo Payogastilla (Eoceno medio-Mioceno superior). La sucesión analizada se encuentra muy bien expuesta en ambas márgenes del río Calchaquí y consta de 5.400 metros de depósitos clásticos, integrada, de base a techo, por las formaciones Los Colorados, Angastaco, Palo Pintado y San Felipe. Se describen características mineralógicas, petrográficas, geoquímicas y de difracción de rayos X de las facies constituyentes de las formaciones Los Colorados, Angastaco y Palo Pintado, incorporándose el análisis de proveniencia asociado al estudio de paleocorrientes. El componente mayoritario, en las facies de areniscas, está caracterizado por granos de cuarzo, mientras que otros detritos son de: feldespatos potásicos, plagioclasas alteradas, pertitas y abundante micas. Los depósitos conglomerádicos matriz- soporte, siendo sus clastos mayoritarios de pegmatitas, granitos, cuarzos, esquistos, gneis y migmatitas. La geoquímica de elementos mayores y tierras raras de clastos de la Formación Angastaco muestran composiciones similares a la de rocas de la Faja Eruptiva de la Puna Oriental y cuerpos intrusivos ordovícicos-silúricos de Sierras Pampeanas. Los análisis de difracción de rayos X de muestras de arcillitas de la Formación Palo Pintado presentan illita y montmorillonita, que son interpretadas como de origen detrítico, mientras que la saponita ha sido generada por bisialitización (hidrólisis) en un clima templado-húmedo. Las características composicionales y los datos de paleocorrientes medidos sugieren que durante el Eoceno medio al Mioceno superior el aporte principal de los materiales fue de zonas positivas de diferente composición de los afloramientos de cumbres de Luracatao y sierra de Vázquez, como así también de los cerros Runo, Durazno, sierra de Quilmes y Cumbres Calchaquíes y en menor medida del cerro Colorado. Estas áreas de aporte se encuentran ubicadas tanto al oeste como al suroeste de la zona de estudio.
Palabras Clave: Grupo Payogastilla; Análisis petrográfico; Geoquímica; Difracción de rayos X.
ABSTRACT
Provenance of the Payogastilla Group (Cenozoic), Calchaquí river, Salta Province.
Cenozoic deposits comprising the fluvial sediments of Payogastilla Group (Middle Eocene-Late Miocene) were studied in the southern portion of the Calchaquí Valley, Salta province. The strata are well-exposed on both banks of the Calchaquí river and comprise 5,400 m of clastic deposits, defined, from base to top, by Los Colorados, Angastaco, Palo Pintado and San Felipe formations. Mineralogic, petrographic, geochemical and X-ray diffraction analyses of the constituent facies of Los Colorados, Angastaco and Palo Pintado formations are described, including their provenance, derived from paleocurrent studies. The main sandstone facies component is characterized by quartz grains; other detrital components are potassium feldspar, altered plagioclase, perthite and abundant mica. The compacted and matrix supported conglomerate deposists exhibit clasts mostly of pegmatite, granite, quartz, slate-clay, gneiss and migmatite. These data are associated with the results of major and trace elements with a similar affiliation to the rocks of the eastern edge of the Puna (Eruptivo Oire Complex) and Sierras Pampeanas. X-ray difracction analysis of clay samples from the Palo Pintado formation reveal illite and montmorillonite, which are interpreted to be of detrital origin, while the saponite has been generated by weathering in a humid-temperate climate. Compositional characteristics and paleocurrent data suggest primary sediment contribution from the cumbres de Luracatao and sierra de Vázquez, as well as from the Runo and Durazno ranges, sierra de Quilmes and Cumbres Calchaquíes and, to a lesser extent, from the cerro Colorado, throughout the middle Eocene to late Miocene.
Keywords: Payogastilla Group; Petrographic analysis; Geochemistry and x-rays difracction.
INTRODUCCIÓN
Los depósitos sedimentarios cenozoicos (Russo 1948) estudiados se encuentran ubicados en la zona sur del valle Calchaquí, entre los 25º42'55" LS - 66º10'44" LO y los 25º40'42" LS - 66º05'30" LO, aproximadamente a 200 km al suroeste de la ciudad de Salta, en el norte de Argentina. Se accede al lugar desde la ciudad de Salta por la ruta nacional N°68 pavimentada hasta la localidad de Cafayate, desde allí continua por la ruta nacional N°40 cuya traza va en forma casi paralela al río Calchaquí por gran parte de su trayecto hasta la localidad de Angastaco (Fig. 1).
Figura 1: Mapa geológico de la región sur del río Calchaquí, provincia de Salta. Tomado de Hongn y Seggiaro (2001) y Salfity y Monaldi (2006).
En la zona de estudio, las acumulaciones terciarias tienen muy buena exposición y constan de sedimentitas clásticas continentales que constituyen el Grupo Payogastilla (Díaz y Malizzia 1983) integrado, de base a techo, por las formaciones Los Colorados, Angastaco, Palo Pintado y San Felipe. Estos depósitos se han acumulado en una cuenca de antepaís cuya configuración ha sido el resultado directo de la inversión tectónica de los depósitos de la cuenca de rift del Grupo Salta (Cretácico-Paleoceno, Salfity y Marquillas 1994). El escenario en donde se habrían acumulado los depósitos basales del Grupo Payogastilla habría sido una cuenca de sag con tres subcuencas colmatadas (Brealito, Pucará y Alemanía) y posteriormente invertidas por efectos de la subducción de la placa de Nazca por debajo de la placa Sudamericana (Hongn y Seggiaro 2001).
Entre los trabajos más estrechamente relacionados con el tema, se encuentra el de Starck y Vergani (1996), los que realizaron un análisis de la evolución tecto-sedimentaria de la cuenca sobre la base del estudio de la distribución de facies y de espesores de los depósitos del Grupo Payogastilla y del Grupo Orán; y reconociendo tres megasecuencias que rellenaron de forma asimétrica la cuenca de antepaís terciaria. Estos autores correlacionaron los eventos sedimentarios o megasecuencias con las fases orogénicas incaica, quechua I y II y propusieron la relación entre la tectónica y la sedimentación postulando que la estructuración de la cuenca de antepaís fue una respuesta directa a las fases diastróficas.
Otro trabajo relacionado es el de Coutand et al. (2006), quienes realizaron un estudio de los depósitos del Grupo Payogastilla, sobre la base del análisis petrográfico de areniscas y conglomerados, combinado con termocronología de trazas de fisión en apatitas detríticas. Estos autores no analizaron a la Formación Los Colorados (base del Grupo Payogastilla) y concluyeron que durante el Mioceno inferior (20-18 Ma) hasta el Plioceno, la cumbre de Luracatao habría sido un área positiva (Fig. 1). A su vez estos autores proponen que a los 15 Ma se habría producido la desconexión de la Puna con la cuenca de antepaís terciaria; entre los 13 y 10 Ma se habría ocurrido la división de las cuencas de Pucará (oeste) y Angastaco (este), con la exhumación de los cerros Runo, Durazno y Negro (Fig. 1). En el Plioceno superior (3,4-2,4 Ma) el acortamiento fue trasladado hasta el flanco este de la cuenca de Angastaco conformando una nueva barrera orográfica que estableció condiciones semiáridas en el Valle Calchaquí (Fig. 1).
Payrola Bosio et al. (2009) realizaron un trabajo en la zona del valle de Luracatao, al oeste de la zona de estudio (Fig. 1), revelando que la Formación Los Colorados (base del Grupo Payogastilla) es de edad Eocena media a superior, en base al hallazgo de un registro fósil y que los depósitos basales de esta formación presentan estratos de crecimientos que han sido interpretados como la zona de cuña de tope (wedge top) de la cuenca de antepaís terciaria. Además estos autores, según el análisis de los clastos de conglomerados (valle de Luracatao) determinaron la abundancia de granitos y milonitas; y concluyeron que el área de procedencia para la Formación Los Colorados fue la cumbre de Luracatao indicando que esta cumbre se habría exhumado y habría conformado una incipiente barrera orográfica durante el Eoceno medio.
Guzmán (2009) estudió el Complejo Volcánico Pucarilla-Cerro Tipillas, ubicado al oeste del área de estudio, cuyo centro de emisión se encuentra en el borde oriental de la Puna y los depósitos volcánicos y volcaniclásticos asociados ubicados en los valles de Pucarilla, Pucará y Hualfin, intercalados en la base del Grupo Payogastilla. Esta autora reconoció a la Formación Los Colorados (base del Grupo Payogastilla) en el valle de Pucará (Fig. 1), que se en discordancia angular sobre el Subgrupo Pirgua y en el valle de Pucarilla sobre el Complejo Eruptivo Oire. Describió a la Ignimbrita Pucarilla que suprayace en discordancia angular cubriendo diferentes niveles estratigráficos de la Formación Angastaco.
El presente trabajo trata sobre la procedencia de los depósitos del Grupo Payogastilla en el borde sur del valle Calchaquí, sobre la base de la petrología de areniscas y conglomerados, el análisis geoquímico de clastos de conglomerados y además el análisis de difracción de rayos X de los niveles de arcillas de la Formación Palo Pintado.
El análisis petrológico en areniscas a partir de modas detríticas ha demostrado ser un instrumento importante para detectar cambios temporales o areales en el análisis de relacionado al paleorelieve y paleotectónica. Las sedimentitas cenozoicas del Grupo Payogastilla constan de depósitos de areniscas desde las formaciones Los Colorados, Angastaco, Palo Pintado hasta la Formación San Felipe (de base a techo), por lo tanto brindan una buena posibilidad de caracterización composicional para poder evaluarla. Esta metodología también ha sido empleada por Coutant et al. (2006), pero nosotros consideramos en densificar el muestreo petrográfico debido al gran espesor del perfil estudiado; y adicionar nuevos datos, como análisis geoquímicos de clastos y de difracción de rayos X de arcillas. Además, los citados autores no realizan un estudio de la base del Grupo Payogastilla (Formación Los Colorados) cuyo análisis de procedencia es clave para entender el inicio del desarrollo de la cuenca de antepaís. De esta manera este estudio contribuye a la comprensión de la evolución de la orogenia andina, para el sector sur del valle Calchaquí.
MARCO GEOLÓGICO
En el área de estudio, la columna estratigráfica está representada por el basamento neoproterozoico terminal, constituido por rocas metamórficas de bajo grado de la Formación Puncoviscana (Turner y Mon 1979) y cuarcitas, filitas, esquistos, gneis moteados y migmatitas de la Formación La Paya (Aceñolaza y Toselli 1976, Toselli et al. 1999) descrito en la sierra de Quilmes y Cumbres Calchaquíes.
El basamento paleozoico presenta cuerpos intrusivos como tonalitas y pegmatitas (Tonalita La Viña, Cámbrico), granitos grises y pegmatitas (Granito La Angostura, Granito Alto del Cajón, Ordovícico) y granitos rosados (Granito Pucará, Granito Alto del Cajón, Ordovícico). En el sector oeste de la zona de estudio en el límite Cordillera Oriental-Puna, se reconoce la sierra de Vázquez (Fig. 1) constituida por esquistos silimaníticos y migmatitas (Complejo Metamórfico Río Blanco, Hongn y Seggiaro 2001). La continuación norte de esta cordillera está representada por cumbre de Luracatao (Fig. 1), compuesta por granitoides paleozoicos del borde oriental de la Puna (Complejo Eruptivo Oire) que se subdivide en dos grupos: a) granitos y granodioritas con pegmatitas y b) granitos y granodioritas milonitizados (Hongn y Seggiaro 2001).
La cubierta sedimentaria está compuesta por depósitos del Cretácico-Paleógeno del Grupo Salta (Brackebusch 1883, nom. subst. Turner 1959) y Paleógenos-Neógenos representados por el Grupo Payogastilla.
En la zona de estudio los depósitos del Grupo Salta están representados por facies de bordes de cuenca y se acumularon conformando dos subcuencas denominadas Pucará (sur) y Brealito (norte). Ambas subcuencas recibieron espesas acumulaciones del Grupo Salta y estuvieron separadas del depocentro Alemanía ubicado al este de la zona de trabajo, por la faja de basamento que constituye la sierra de Quilmes (Hongn y Seggiaro 2001).
En la zona sur del Valle Calchaquí, las sedimentitas del Cenozoico superior forman en conjunto, un paquete homoclinal continuo, con buzamiento regional hacia el este (30º a 80º), presentando por fallas y pliegues anticlinales y sinclinales (Fig. 1, Hongn y Seggiaro 2001).
El Grupo Payogastilla (Díaz y Malizzia 1983) está compuesto por las formaciones Los Colorados, Angastaco, Palo Pintado y San Felipe (Díaz y Malizzia 1983). Se prefiere denominar a la Formación Quebrada Los Colorados como Formación Los Colorados a fin de adaptarla al Código Argentino de Estratigrafía (art. 20.1, 1992).
La edad de inicio de los depósitos de la Formación Los Colorados es eocena media a superior (del Papa et al. 2004, Payrola Bosio et al. 2009) y consta de 150 metros de espesor parcial medido. Esta unidad está caracterizada, en su base, por el desarrollo de ciclos grano y estratodecrecientes de facies de areniscas y pelitas, en estratos tabulares, que han sido interpretados como depósitos pertenecientes a un sistema fluvial de tipo mixto (con canales fijos y móviles de lecho de crecida de baja sinuosidad; Díaz et al. 1987, 1989). Hacia el techo, esta unidad está compuesta de facies de areniscas medianas con laminación paralela y entrecruzamientos de alto ángulo de origen eólico (Díaz et al. 1987).
El pasaje entre la Formación Los Colorados y la suprayacente Formación Angastaco es concordante y definido (Díazet al. 1987). La Formación Angastaco consta de 4.450 metros de espesor, de conglomerados y areniscas conglomerádicas en ciclos granos y estratodecrecientes, con escasos bancos pelíticos en el techo de la unidad. Estos depósitos han sido interpretados como acumulados en un sistema fluvial dominado por canales extensos lateralmente y pandos, dominados por mantos de crecidas, que se extendían en una planicie arenosa, bajo un clima muy seco y cálido cercano al pie de monte (Díaz et al. 1987). Se registran tres niveles importantes de tobas, dos de ellos han sido datados. El nivel piroclástico basal arrojó una edad de 15,26 ± 0,23 Ma U/ Pb (Pereyra et al. 2008) mientras que otro en la sección media dió una edad 40Ar/39Ar de 13,4 ± 0,4 Ma (Corte "El Cañón", Grier 1990; Grier y Dallmeyer 1990).
El pasaje entre la Formación Angastaco y la suprayacente Formación Palo Pintado es concordante y transicional, con un espesor parcial de 800 metros. En la base de la Formación Palo Pintado se encuentra un nivel de toba de 10,29 ± 0,11 Ma (K/Ar) (Galli et al. 2008) y hacia el techo otro nivel piroclástico fue datado en 5,27± 0,28 Ma (206Pb/238U, Coutand et al. 2006). La Formación Palo Pintado está constituida por ciclos grano y estrato-decrecientes de conglomerados matriz-soporte, areniscas cuarzosas y sublíticas limpias, medianas a finas, que culminan con niveles de pelitas verdes, que han sido interpretados como sistemas fluviales de llanura, formado por bañados con lagunas semipermanentes (Díaz et al. 1987).
Coutand et al. (2006), realizaron análisis de procedencia de los depósitos de las formaciones Angastaco y Palo Pintado en el río Calchaquí. Este estudio fue obtenido en base a ocho muestras de areniscas y dieciocho de conglomerados de la Formación Angastaco, cinco de areniscas y seis de conglomerados de la Formación Palo Pintado, mediante la utilización de diagramas ternarios QFR (método de Folk 1968) y Lm-Lv-Ls+C (método de Di Giulio y Valloni 1992). Estos autores concluyeron que existe un incremento de los componentes líticos metamórficos hacia el techo de la sucesión vs un decrecimiento de clastos graníticos y volcánicos. Además identificaron en la base de la Formación Angastaco, areniscas con un contenido de 51% de clastos volcánicos, valor que disminuye hasta 2% en el techo de la Formación Palo Pintado.
En el presente trabajo no se analizaron los depósitos de la Formación San Felipe (techo del Grupo Payogastilla) por encontrarse, en el perfil estudiado, afectado por numerosas fallas que afectan su espesor.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se procedió al relevamiento del perfil sedimentológico del Grupo Payogastilla a escala 1:500, desde la quebrada Los Colorados (Angastaco) hasta la quebrada Piedras Blancas, ubicado en la margen derecha del río calchaquí (Fig. 2). Se tomaron datos de paleocorrientes en clastos imbricados, entrecruzamientos y ondulitas asimétricas.
Figura 2: Perfil sedimentológico de las formaciones Los Colorados, Angastaco y Palo Pintado (Grupo Payogastilla) en el río Calchaquí.
El estudio de procedencia se basó en el análisis petrográfico de 27 muestras de areniscas, 28 niveles de conglomerados y 7 niveles de arcillitas, éstas últimas de la Formación Palo Pintado.
Las areniscas del Grupo Payogastilla fueron analizadas en cortes delgados confeccionados perpendicular a la estratificación. Los mismos corresponden a: 7 muestras de la Formación Los Colorados, 14 de la Formación Angastaco y 6 de la Formación Palo Pintado.
Las areniscas presentan escaso grado de alteración, lo que facilitó el reconocimiento óptico de distintos componentes y por lo tanto, son buenos indicadores de áreas de procedencias.
El análisis cuantitativo de las areniscas ha sido realizado contando como mínimo 300 granos entre 0,062 y 2 mm por corte delgado, habiendo sido clasificadas según Pettijohn et al. (1973). El conteo se realizó aplicando el método de Gazzi-Dickinson (Dickinson 1970, Gazzi et al. 1973, Dickinson y Suczek 1979, Dickinson et al. 1983, Ingersoll 1978, Ingersoll y Suczek 1979, Ingersoll et al. 1984).
En el conteo modal de las areniscas se procedió a clasificar los tipos de granos y posteriormente las modas detríticas fueron recalculadas al 100 % como la suma de Qm F Lt y Qt F L (Dickinson 1985, Fig. 3) y cuyos resultados se presentan en el cuadro 1. Los granos intracuencales son muy escasos y no han sido considerados. Los granos de cuarzos con extinción ondulosa fueron reconocidos según su extinción aparente (aproximadamente menor al ángulo de extinción verdadera): ondulatorio si es mayor a 5º y no ondulatorio si es menor o igual a 5º (Fig. 4). En el conteo se consideró el cuarzo ondulatorio como producto de rocas metamórficas de bajo grado y no ondulatorio como producto de rocas metamórficas de alto grado que se comportan como cuarzo plutónico (Basu et al. 1975).
Figura 3: Diagrama QtFL y QmFLt de discriminación de procedencia de areniscas de la Formación Los Colorados en donde se observa: a) Gran concentración en los campos de interior cratónico y transición continental; b) algunas desplazadas hacia orógeno reciclado; c) areniscas de la Formación Angastaco algunas concentradas en el campo de orógeno reciclado; d) ídem anterior con dispersión en varios campos; e y f) areniscas de Formación Palo Pintado con una proyección similar a la unidad basal (según Dickinson 1985).
Figura 4: Microfotografías a, b) Formación Los Colorados y c, d, e, f) Formación Angastaco: a) Arenita sublítica, con abundantes granos de cuarzo monocristalino (Qm), fragmentos de esquisto micáceo (Es), con cemento esparítico (Esp), nicoles cruzados, 5x; b) arenita lítica, con granos de cuarzo policristalino de origen plutónico (Qp), microclino (Mi) y pizarra (Pi), cemento esparítico (Esp), nicoles cruzados, 5x; c) arenita de grano fino con cuarzo mono (Qm) y policristalino (Qp), moscovita (Mo) y biotita, con matriz sericítica <10 %, nicoles cruzados, 10x; d) arenita con abundante granos de cuarzo monocristalino (Qm) y con cemento calcáreo, nicoles cruzados, 5x; e) arenita gruesa en donde se observa feldespato potásico -ortoclasa- muy alterado (FK); f) arenita con granos de cuarzo policristalino (Qp) y pizarra (Pi), con cemento esparítico (Esp) nicoles cruzados, 5x.
CUADRO 1: Composición de los granos de areniscas recalculados al 100%.
El número promedio de individuos de granos de cuarzo policristalino tamaño arena depende de la roca madre del área fuente. En este trabajo, se han considerado a los granos constituidos por 2 a 5 cristales y con contactos rectos como de origen plutónico y a los de más de cinco cristales con contactos crenulados por grano de origen gnéisico (Figs. 4 y 5) (Basu et al. 1975).
Figura 5: Microfotografías (todas con nicoles cruzados) de a, b, c, y d) Areniscas de la Formación Angastaco, e) toba y f) arenisca de la Formación Palo Pintado: a) arenita con granos de cuarzo mono y policristalino (Qp), biotita (Bi) y moscovita (Mo), 5x; b) arenita con fragmento lítico pegmatítico (pertita y microclino, Pe-Mi) 5x; c) wacke con granos de cuarzo monocristalino (Qm), microclino (Mi) y matriz sericítica, 5x; d) arenita con granos de cuarzo monocristalino (Qm) y líticos de esquisto (Es), 5x; e) toba con cristales de plagioclasas (Pl) y biotitas (Bi) 5x.; f) arenisca con abundante cuarzo redondeado y anguloso, 5x.
En cuanto a los depósitos conglomerádicos se ha efectuado un conteo en el campo en secciones de 1 m². El conteo se realizó en 60 estaciones de todo el depósito considerado y se muestran los resultados en donde se observan cambios de procedencia. De esta forma, se presentan cinco estaciones en la Formación Los Colorados, 19 en la Formación Angastaco y 4 en la Formación Palo Pintado. En este conteo se han diferenciado los siguientes clastos de conglomerados: ígneos, metamórficos de bajo grado, intermedio y alto grado y escasos clastos sedimentarios (Cuadro 2). Posteriormente, los resultados han sido graficados en diagramas binarios, en donde en la ordenada se colocó el muestreo de base a techo, para obtener una mejor visión de las variaciones de aporte sedimentario en porcentaje a lo largo del tiempo (Fig. 6).
CUADRO 2: Composición de los clastos de conglomerados recalculados al 100 %.
Figura 6: Diagrama de discriminación de procedencias sobre la base del análisis de los clastos de los conglomerados: a) % de clastos de granito rosa, granito gris y pegmatita vs. estaciones de conteo; b) % de clastos de pizarra, filita y esquistos vs. estaciones de conteo.
Los análisis de elementos mayores y trazas fueron realizados en el Laboratorio de Fluorescencia de Rayos X del Instituto de Geología y Minería de la Universidad de Jujuy. Se utilizó un espectrómetro secuencial Rigaku FX2000, provisto de un tubo de anticátodo de Rh de 3 kW de potencia, trabajando a 50 kv y 40mA. Los elementos mayores se analizaron sobre perlas vítreas preparadas mediante fusión de la roca a 1000 ºC, utilizando como fundente tetraborato de litio y logrando una completa homogeneización del fundido. Los elementos traza se analizaron sobre pellets de polvo de roca, aglutinados con metacrilato de metilo y prensados bajo una carga puntual de 20 Tn. Las concentraciones de óxidos y elementos se determinaron a partir del método empírico usual, comparando la muestra problema con curvas de calibrado preparadas con patrones estándares anhidros o totales homologados por los servicios geológicos de Estados Unidos y/o de Japón. Se han analizado, en forma preliminar, siete muestras de diferentes niveles pelíticos verdes y marrones de la Formación Palo Pintado (mediante difractometría de rayos X), con el fin de ser utilizados como un dato más de (según criterio de Chamley 1989). Para el análisis de difracción de rayos X de arcillas se realizó la molienda de la roca hasta ser retenido el polvo en la malla 200. A ésta fracción se la colocó en un portaobjetos y se la analizó con valores de 2 entre 3º y 60º. Se prepararon además muestras orientadas saturadas en Mg, etilenglicol, difractándose con valores entre 2 y 3º - 30º. Posteriormente fueron calcinadas hasta 500º C, para comprobar la presencia de caolinita, ya que a esta temperatura se destruye la estructura cristalina de esta arcilla (Fernandéz Marcos et al. 1979).
Además se preparó un pellets para IR (espectro infrarrojo) y se utilizó un equipo Perkin Elmer Spectrum GX con transformada de Fourier. Los espectros se obtienen en el modo de transmisión por la técnica del KBr, se trabaja en el rango de 4.000 a 400 cm-1 con una resolución de 4 cm-1. La interpretación se realizó en forma manual (Farmer 1974) y se tomó una fotografía con el microscopio electrónico de barrido (SEM) que apoya la interpretación del análisis del espectro infrarrojo (IR).
ANÁLISIS PETROGRÁFICO
Componentes petrográficos de las areniscas
Las facies psamíticas del Grupo Payogastilla analizadas constan de arenitas cuarzosas, arenitas líticas y en menor proporción arenitas feldespáticas (según la propuesta de Pettijohn et al. 1973), de grano grueso a muy grueso.
La nomenclatura utilizada para los granos identificados en las areniscas son los siguientes:
a) Granos de cuarzo (Qt = Qm + Qme + Qp + Ch)
Qt = Granos totales de cuarzos
Qm = Cuarzo monocristalino
Qme = Cuarzo monocristalino con extinción ondulosa
Qp = Cuarzo policristalino
Ch = Chert
b) Granos de feldespatos (F = P + K + Pe)
F = Granos totales de feldespatos
K = Granos de feldespatos potásicos
P = Granos de plagioclasas
Pe = Pertitas
c) Fragmentos líticos (Lt = Qp + Lv + Lm + Ls)
Qp = Cuarzo policristalino
Lv = Líticos volcánicos
Lm = Líticos metamórficos
Ls = Líticos sedimentarios
El componente mayoritario es el cuarzo que se presenta como granos mono y policristalinos. El cuarzo monocristalino límpido y no ondulatorio es muy abundante (Cuadro 1; Qm= 50-83 %), denotando su origen plutónico (Figs. 4a, c, d, f y 5c, d, f). Se observa en menor proporción, cuarzos con extinción ondulosa (Qme= 0-16%) de origen metamórfico de bajo grado (Cuadro 1). El cuarzo policristalino (Qp= 45-3 %) más abundante está constituido por más de tres individuos por granos y presentan contactos crenulados (de origen metamórfico, Figs. 4c, f y 5a, d) y contactos rectos (origen plutónico, Figs. 4b y c).
El porcentaje de feldespato total es bajo (entre 0 y 10 %, Cuadro 1) y se pueden diferenciar feldespatos potásicos (K) y plagioclasas (P). Los feldespatos potásicos reconocidos son: ortoclasa, con avanzado grado de caolinitización (Fig. 4e); microclino fresco, en granos redondeados a subredondeados, con el maclado característico en enrejado y deformación sobreimpuesta (Fig. 4b). La plagioclasa por lo general está alterada, con textura pertítica y gráfica (origen plutónico; Fig. 5a).
Los fragmentos líticos identificados son (Cuadro 1): metamórficos (esquistos, filitas y pizarras) que registran porcentajes variables a través de la sucesión estudiada, escasos fragmentos volcánicos (Fig. 5d) en la base de la Formación Los Colorados y base de la Formación Angastaco; y sedimentarios muy escasos que sólo se destacan en muestras de la sección superior de la columna estratigráfica analizada (Formación Palo Pintado).
Los datos obtenidos del análisis modal en las areniscas (Cuadro 1) fueron proyectados en los diagramas ternarios de discriminación de ambientes tectónicos de las zonas de s detríticas (Dickinson y Suczek 1979, Dickinson et al. 1983, Dickinson 1985). Considerando el diagrama Qt-F-L (Fig. 3a, b y c), se puede observar una mayor concentración de las muestras en la región de cratón interior y transición continental. El diagrama Qm-F-Lt (Fig. 3b, d y f), donde las muestras tienen mayor dispersión, evidencian procedencias variadas a lo largo de la columna. Las areniscas analizadas para la Formación Los Colorados presentan procedencia de transición continental, orógeno reciclado cuarzoso y orógeno reciclado lítico; la Formación Angastaco de orógeno reciclado, mezcla y arco transicional y la Formación Palo Pintado es de orógeno reciclado.
Esta variedad de procedencia se encuentra asociada a diferentes patrones de direcciones de paleocorrientes (Fig. 2). A fin de analizar la injerencia de las áreas fuentes que aportaron material a la cuenca del Grupo Payogastilla, se tomaron en
cuenta las principales direcciones de paleocorrientes obtenidas, que varían desde el sur-oeste y sur para la Formación Los Colorados; oeste, sureste y noroeste para la Formación Angastaco y suroeste y noroeste para la Formación Palo Pintado (Fig. 2). Según los diagramas QtFL y Qm FLt (Fig. 3) la procedencia varía de base a techo de la sucesión, presentando una dispersión amplia en los depósitos de la Formación Angastaco y siendo reducida en la Formación Los Colorados y Formación Palo Pintado.
Componentes petrológicos de los conglomerados
Las facies conglomerádicas de los depósitos del Grupo Payogastilla son más abundantes en la Formación Angastaco y han sido clasificados como ortoconglomerados petromícticos y, en menor proporción, como paraconglomerados (Pettijohn 1957).
Los porcentajes del conteo se muestran en la cuadro 2 y los valores se han graficado en diagramas binarios (Fig. 6). En ellos se puede observar en líneas generales, que los clastos más abundantes son de pizarras y filitas provenientes de la Formación Puncoviscana y granitoides, pegmatitas y migmatitas de la sierra de Quilmes.
Los fragmentos líticos más abundantes son de origen: metamórficos, ígneos plutónicos y escasos fragmentos volcánicos y sedimentarios (Fig. 6). Los líticos de metamorfismo de bajo grado son de pizarras y filitas, y se presentan muy angulosos y aplanados. Los fragmentos metamórficos de mediano a alto grado son esquistos, gneis y migmatitas, y presentan buen redondeamiento. Los líticos plutónicos son de granitoides (granitos, granodioritas y tonalitas, rosadas y blanquecinas) y pegmatitas con turmalina (Fig. 6a), y aparecen bien redondeados.
GEOQUÍMICA DE LOS CLASTOS DE CONGLOMERADOS
Las características geoquímicas de los clastos de granitos, granitoides, pegmatitas, esquistos y migmatitas de la Formación Angastaco, se destacan por su carácter peraluminoso (ANK/ACNK = 1,06 a 1,35) (Fig. 7a, Cuadro 3). Los aquí considerados, en general exceden el límite de 1,1 de los granitos tipo I. En general, presentan contenidos altos en K2O (4,2%), en relación con las rocas del arco magmático famatiniano y son comparables con cuerpos intrusivos que en las Sierras Pampeanas, presentan además características mineralógicas comunes y son clasificados como granitos de tipo S.
Figura 7: a) Diagrama ANK/ ACNK, los datos caen en los granitoides peraluminosos; b) diagrama álcalis/sílice (en % en peso), en donde se muestra el carácter subalcalino; c) diagrama R1-R2 de La Roche et al. (1980), relacionado a un origen anatéctico; d) diagrama de Pearce et al. (1984), correspondiente al límite entre los campos de granito de arco e intraplaca.
CUADRO 3: Análisis geoquímico de clastos de granitoides de la Formación Angastaco.
De acuerdo con los datos de elementos mayoritarios, las rocas contienen entre 62 y 77 % de SiO2 y entre 13 y 15 % de Al2O3 (Cuadro 3). El diagrama alcalis/sílice indica que las muestras se encuadran en el campo subalcalino, correspondiendo a rocas granodioríticas y graníticas (Fig. 7b).
El diagrama R1-R2 de La Roche et al. (1980) indica que los cuerpos son de origen anatéctico relacionados a ambientes sincolisionales (Fig. 7c). Mientras que en el de ambientes tectónicos de Pearce et al. (1984), las muestras se localizan en el límite entre los campos de los granitos de arco y granitos de intraplaca sincolisionales (Fig. 7d).
El bajo contenido en Sr, altos en Cr, Th y U (Fig. 8, Cuadro 3) son consistentes con la presencia de una importante componente cortical sedimentaria en la fuente de sus magmas (Coira et al. 1999). La relación Y/Th varía entre 1,17 y 2,51, siendo también indicativa de una fuente sedimentaria para el magma (Fig. 8). Como no se cuenta con análisis de Eu no se pudo establecer su semejanza con granitoides del área que presentan dicha anomalía.
Figura 8: Diagrama de multielementos normalizados al valor promedio de silicate bulk earth (McDonough 2004). Valores compatibles con granitos de retroarco.
DIFRACCIÓN DE RAYOS X EN ARCILLAS
La asociación de minerales de arcilla, en depósitos que no han sufrido una importante diagénesis, es controlada por la litología del área de aporte, el ambiente depositacional, el paleoclima y por lo tanto condiciones edafológicas, entre otros factores (Inglés y Ramos Guerrero 1995). El proceso de meteorización fundamental para la formación de arcillas es la hidrólisis, la cual se ve favorecida por condiciones tales como la abundancia de minerales solubles, tamaño pequeño de los granos, la presencia de ácidos orgánicos, el buen drenaje y la alta temperatura y humedad que aceleran las reacciones (Scasso y Limarino 1997). La composición mineralógica de la fracción arcilla (< 2 mm) de la Formación Palo Pintado incluye: minerales no arcillosos como: cuarzo, moscovita, clinocloro, flogopita, calcita y albita y minerales del grupo de la arcilla como: illita, interestratificados de arcilla y montmorillonita (Fig. 9a).
Figura 9: a) Diagramas de difracción de rayos X de arcillas de la Formación Palo Pintado; b) IR Espectro de la fracción arcilla de la MNº 25-b; c) aspecto en tablas de las esmectitas de la Formación Palo Pintado; d) diagrama EDS del área de la imagen anterior mostrando predominantemente composición de Si-Mg del mineral.
En los niveles basales estudiados predomina la illita, asociada a cuarzo y albita. En los niveles intermedios se encuentran interestratificados e illita, cuarzo y moscovita, mientras que hacia el techo se identifican illita-montmorillonita, cuarzo, albita y clinocloro (Fig. 9a).
En base al resultado y análisis del espectro de infrarrojo (IR) de una muestra (MNº 25 b) se refuerza la interpretación de que las arcillas interestratificadas sean del tipo esmectitas (Fig. 9b). Además sus propiedades morfológicas se observan en la microfoto SEM con forma de tablas (Fig. 9c) apoyado por un diagrama EDS cuya composición predominante es de Si-Mg del mineral lo que indicaría que sería, al menos esta muestra analizada, una esmectita rica en magnesio.
RESULTADOS
Las características petrográficas de las areniscas de la Formación Los Colorados (base del Grupo Payogastilla) revelan, en su gran mayoría, áreas fuentes de transición continental, las cuales están constituidas por rocas metamórficas de mediano a alto grado, que dan como resultado areniscas cuarzosas, con una alta relación Qm/Qp y menor proporción de FK vs. P (según conceptos de Dickinson 1985). Esta área fuente relacionada con direcciones de paleocorrientes desde el sur y suroeste estaría vinculada con esquistos, gneis y migmatitas. En el área fuente de los depósitos de la Formación Los Colorados participa también, en menor medida, la zona de orógeno reciclado, con paleocorrientes desde el sur y suroeste; y sobre la base del porcentaje de Qm vs Lt (Cuadro 1) es interpretada como un orógeno cuarzoso (Qm>Lt) en donde granitoides dan este origen. Del análisis de la fracción conglomerádica, correspondiente a los depósitos de la sección superior de la Formación Los Colorados, se observa que predominan los clastos de pegmatitas y granitos, siendo muy escasa la participación de migmatitas y esquistos (0-20 %) y casi nula de gneis, pizarras y filitas (Fig. 6a y b). Esta moda detrítica está asociada a direcciones de paleocorrientes provenientes del oeste y sur, que refleja un área fuente plutónica que podría derivar de los granitoides como del Complejo Eruptivo Oire (cumbres de Luracatao), granitoides ordovícicos como Granito La Angostura (cerro Durazno) y granitoides ordovícicos de la sierra de Quilmes, mientras que las metamórficas de alto grado procederían de la Formación La Paya (Precámbrico, cerro Durazno, sierra de Quilmes y sierra de Vázquez) (Fig. 10a).
Figura 10: Blocks diagramas esquemáticos de la evolución topográfica de lasáreas de aporte de la cuenca de Angastaco desde el inicio de la cuenca del Grupo Payogastilla: a) Esquema evolutivo desde el Eoceno medio hasta los 10 Ma; b) esquema evolutivo entre los 10 Ma y 5 Ma.
Durante el Mioceno medio, se habría acumulado la Formación Angastaco (~15-10 Ma) y en base al análisis petrográfico de sus depósitos, con direcciones de paleocorrientes desde el oeste, sureste y noroeste revelan procedencia de orógeno reciclado cuarzoso (Qm>Lt) en la base, lítico (Lt>Qm) en el tramo medio y cuarzoso en el techo. Los conglomerados de la Formación Angastaco presentan un mayor porcentaje de clastos de pizarras y filitas, expresados en cuatro picos máximos, de base a techo, desde 20 %, 40 %, 60 % hasta 80 % (Fig. 6b) y están asociados a direcciones de paleocorrientes desde el oeste y sur (Fig. 2), por lo que se estima una procedencia desde el sector septentrional de la sierra de Quilmes, en donde aflora la Formación Puncoviscana. Además presentan clastos de granito gris, granito rosa y pegmatita con una distribución constante, con direcciones de paleocorrientes desde el oeste, sur y sureste. El área de aporte se estima proveniente del granito La Angostura (cerro Runo), granito Pucará (cerro Durazno), Tonalita La Viña, el Plutón Cafayate (sierra de Quilmes) y granitoides de las cumbres de Luracatao (Fig. 6a y 10b). Los resultados geoquímicos de estos clastos de granitos, granitoides, pegmatitas, esquistos y migmatitas de la Formación Angastaco presentan filiación con los datos disponibles en la literatura de granitoides del arco magmático que constituyen la Faja Eruptiva de la Puna Oriental y su continuación al sur con Pampeanas Occidentales. La Faja Eruptiva de la Puna Oriental (Complejo Eruptivo Oire) muestra características orogénicas tardías, con granitoides porfíroides y equigranulares, de carácter peraluminoso calcoalcalino (ASI = 1,1-1.7; K2O > Na2O, Toselli et al. 2002). En la sierra de Quilmes, el Granito Cafayate varía de tonalita gris verdosa a granodiorita y monzogranito rosa (Rapela 1976) y los análisis químicos evidencia un carácter peraluminoso calcoalcalino ASI = 1.0-1.3, Toselli et al. 2002). La Tonalita La Viña (noroeste de Cafayate) es de tipo calcoalcalina y se asocia con diques de pegmatitas, en donde se desarrollan fenómenos notables de metamorfismo de contacto (Oyarzabal 1988). En Cumbres Calchaquíes, los plutones famatinianos fueron intruidos siguiendo el lineamiento NO-SE conocido como megafractura Tafi y cuya composición varía de tonalita a granodiorita (Toselli et al. 1999). Los resultados de los elementos mayores muestran contenidos similares al de rocas del borde oriental de la Puna (Faja Eruptiva de la Puna Oriental) y otros cuerpos intrusivos como Granito La Angostura y Pumayaco (Molinos, Becchio et al. 1999, Sola 2007) y Sierras Pampeanas (Poma et al. 2004) (Cuadro 3). En tanto que los valores totales de tierras raras muestran una filiación similar al de otras rocas félsicas del borde oriental de la Puna y Cumbres Calchaquíes (Becchio 2000) (Cuadro 3).
En el contacto entre las formaciones Angastaco y Palo Pintado se observa el máximo porcentaje de clastos de pizarra y filita y un decrecimiento notable de clastos de granito y pegmatita en los conglomerados (desde 55% hasta 0%, Fig. 6). Este intervalo está asociado a valores de paleocorrientes desde el sur y suroeste, que representan el máximo aporte de la Formación Puncoviscana producido probablemente en una etapa de reactivación tectónica de Cumbres Calchaquíes a los 10 Ma (Fig. 10 B).
En las acumulaciones correspondientes a la Formación Palo Pintado, en base a las características petrológicas de las areniscas, que indican un área de orógeno reciclado (tanto cuarzoso como lítico, Fig. 3b) mientras que, en los conglomerados se aprecia un nuevo aumento en el porcentaje de clastos de granito y pegmatita (desde 0 % hasta 60 %), derivados de granitoides y asociados a paleocorrientes predominantes del oeste y noroeste. Los clastos de areniscas rojizas se estiman pertenecientes a afloramientos del Grupo Salta (Cerro Colorado) que dan origen a la procedencia lítica sedimentaria.
La generación de minerales de arcilla alterados en forma incompleta, en los depósitos de la Formación Palo Pintado, como illita y esmectita se producen por bisialitización (hidrólisis) en climas templados-húmedos. Las arcillas formadas bajo estas condiciones, se producen en suelos principalmente por la degradación de minerales preexistentes. La mineralogía heredada inicial estaría constituida por los filosilicatos (illita, mica), cuarzo, feldespatos y la interacción de estos depósitos con aguas alcalinas sería responsable de la formación autigénica de esmectitas (Pozo et al. 1995 a y b, Pozo y Casas Sainz 1995). La esmectita se encuentra en facies de lutitas verdes laminadas muy finas y con ondulitas asimétricas escalonadas que representan depósitos de llanura de fango en un medio reductor con encharcamiento somero prolongado (Pozo y Casas Sainz 1995).
La illita y montmorillonita están presentes en casi todas las muestras analizadas y son interpretadas como de origen detrítico, pudiendo derivar de la meteorización física de pizarras y filitas (probablemente desde la Formación Puncoviscana, Fig. 9). El cuarzo, albita, moscovita y la flogopita son de origen detrítico de rocas del basamento tanto metamórfico como plutónico, mientras que el clinocloro habría derivado de rocas metamórficas de contacto (Formación La Paya -Neoproterozoico-, Tonalita Las Viñas-Cámbrico-Ordovícico; Granitos Alto del Cajón-Ordovícico Superior-Silúrico; Granito Pucará - Ordovícico-, Figs. 9 y 10).
CONCLUSIONES
Los datos que surgen del estudio petrográfico de las modas detríticas del conteo de clastos de las facies psamíticas y conglomerádicas y del análisis por difracción de rayos X en facies de arcillitas de los depósitos del Grupo Payogastilla, permiten inferir una variada área de aporte de los materiales.
Los depósitos del Grupo Payogastilla se han desarrollado en una cuenca de antepaís cuya configuración ha sido el resultado directo de la inversión tectónica de la cuenca de rift del Grupo Salta (Cretácico-Paleógeno).
En el Eoceno medio a superior, la composición detrítica de los depósitos de la Formación Los Colorados, refleja la vinculación de los materiales con los granitoides provenientes de cumbres de Luracatao, sierra de Quilmes y cerro Durazno, que se estima habrían conformado un área positiva incipiente heredada de la inversión tectónica de la antigua subcuenca (Pucará) de rift del Grupo Salta, que dividía, al menos parcialmente, la cuenca del Valle de Pucará (al este) y Valle de Pucarilla (al oeste). Consideramos que la cumbre de Luracatao era un área positiva ya para el tiempo de depósito del Grupo Salta (Cretácico Superior-Paleoceno) y también tectónicamente activa para el tiempo de sedimentación de la base del Grupo Payogastilla (Eoceno medio a superior), como lo determina Payrola Bosio et al. (2009) para el valle de Luracatao.
Durante el Mioceno medio, tiempo de depósito de la Formación Angastaco (~15 - 10 Ma) los datos petrográficos indican una amplia distribución de procedencia (orógeno reciclado cuarzoso a lítico, arco transicional y transición continental) desde granitoides ordovícicos y abundante producción de clastos metamórficos de bajo grado (Formación Puncoviscana) y mediano a alto grado (Formación La Paya), siendo muy abundantes en el contacto con la Formación Palo Pintado. Estos datos asociados a los resultados de elementos mayores y trazas con filiación similar a rocas del borde oriental de la Puna (Complejo Eruptivo Oire) y Sierras Pampeanas han sido interpretados como provenientes desde el cerro Runo, cerro Durazno, sierra de Quilmes que habrían tenido conexión hidrológica con las cumbres de Luracatao.
Entre los 13 y 10 Ma no existía una división total de las cuencas de Pucará (oeste) y Angastaco (este), parte del intervalo de tiempo de depósito de la Formación Angastaco, sino que el cerro Runo y cerro Durazno conformaron incipientes barreras orográficas que aportaban depósitos a la cuenca con conexión parcial entre ambos depocentros.
A partir de los 10 Ma y hasta los 5 Ma, coincidente con un cambio climático que favoreció la formación de arcillas como esmectitas, el área fuente de detritos habría sido de un orógeno reciclado cuarzoso a transicional, con clastos de conglomerados de granitos grises, rosados y pegmatitas de edad ordovícicas, provenientes de cerro Runo, cerro Negro y cerro Durazno, con menor participación de rocas de la Formación Puncoviscana. Los minerales de arcilla, como illita y esmectita, han sido generados por hidrólisis en un clima templado-húmedo. Algunas esmectitas identificadas ricas en magnesio son interpretadas como producto de la alteración de depósitos piroclásticos asociados. La formación de illita y esmectita, para el tiempo de depósito de la Formación Palo Pintado, nos indica un cambio climático importante entre los 10 y 5 Ma. En el área de estudio, los líticos volcánicos son muy escasos, presentes como granos en las areniscas y clastos en los conglomerados de las formaciones Los Colorados y Angastaco y se estima que pueden provenir de la zona del Complejo Volcánico Cerro Tipillas-Pucarilla o de centros volcánicos más antiguos erosionados. En cuanto a los clastos de areniscas rojizas, también escasos, son de origen del Grupo Salta provenientes de la zona del Cerro Colorado.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo fue financiado con los subsidios de los Proyectos de la Secretaría de Ciencia y Técnica de la Universidad Nacional de Jujuy (SECTER-UNJu) y al Consejo de Investigación de la Universidad Nacional de Salta (CI-UNSa 1858). Deseamos agradecer al Dr. Marcelo Manassero y al árbitro anónimo por las sugerencias realizadas en este artículo.
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Recibido: 6 de septiembre, 2010.
Aceptado: 4 de febrero, 2011.