Formación Cerro Rojo: cuenca pull-apart del Cretácico Inferior y su

Formación Cerro Rojo: cuenca pull-apart del Cretácico
Inferior y su relación con el Sistema de Fallas de Atacama
(21°S, Chile)
Fernando Sepúlveda*, Paulina Vásquez.
Servicio Nacional de Geología y Minería, Avenida Santa María 0104, Providencia, Santiago, Chile.
* email:
[email protected]
Resumen. La Formación Cerro Rojo corresponde a una
secuencia sedimentaria clástica continental, compuesta por
areniscas y limolitas que varían lateralmente a brechas
sedimentarias. Esta unidad fue depositada durante el
Cretácico Inferior, en una cuenca de pull-apart vinculada la
terminación septentrional del Sistema de Fallas de
Atacama. Las características sedimentológicas y las
direcciones de aporte permiten inferir un paleorelieve con
un alto topográfico hacia el oeste del área de estudio, con
una paleopendiente regional hacia el sur-suroriente. Los
detritos que alimentaron a esta cuenca derivaron de la
erosión de las unidades jurásicas que afloran en las
inmediaciones. Las edades y composición de los clastos
incluidos en esta formación evidencian la exhumación y
erosión de niveles más profundos del Jurásico Superior al
momento de la depositación de esta unidad.
Palabras Claves: Cuenca pull-apart cretácica, Sistema de
Fallas de Atacama.
1 Introducción
Los afloramientos de la Formación Cerro Rojo se ubican a
7 km al sur de la ciudad de Iquique, entre el acantilado
costero y el extremo noroccidental del salar Grande. Se
encuentran limitados por estructuras que pertenecen al
Sistema de Fallas de Atacama (SFA; Arabasz, 1968), cuya
traza principal posee una orientación aproximada NNWSSE.
Los afloramientos de esta unidad están compuestos por
rocas sedimentarias clásticas de color rojo y de origen
continental, las cuales han sido comúnmente asignadas al
Cretácico (e.g., García, 1967; Reijs y McClay, 1998;
Chong et al., 1999) o al Jurásico Superior-Cretácico
Inferior (e.g., González et al., 2003). Sin embargo, la
relación estratigráfica entre esta unidad y las demás
unidades mesozoicas que afloran en el sector es incierta, ya
que sus contactos son tectónicos. Además, no existen
antecedentes bioestratigráficos ni geocronológicos que
permitan precisar la edad de esta unidad.
En
este
trabajo,
se
presentan
antecedentes
sedimentológicos, estructurales y geocronológicos que
permiten constreñir la edad de la Formación Cerro Rojo
(Sepúlveda et al., 2015) y, además, establecer que su
depósito se llevó a cabo en una cuenca pull-apart ligada al
SFA.
2 Formación Cerro Rojo
2.1 Definición
Corresponde a una sucesión de rocas sedimentarias
clásticas de color rojo y de origen continental, conformada
por facies de brechas sedimentarias con intercalaciones de
conglomerados y areniscas subordinadas (a), la que se
interdigita con facies de areniscas y limonitas, con
intercalaciones de conglomerados (b). Esta interdigitación
se observa al menos en dos localidades inmediatamente al
este del Gran Escarpe Costero: al noroeste del cerro Rojo y
al este de punta Patache, e indica que ambas facies son
contemporáneas.
Los afloramientos de esta formación cubren ca. 15 km2 y
se distribuyen en la porción más occidental de la cordillera
de la Costa. La facies de brechas se expone tanto en el
margen occidental de la cordillera de la Costa, frente a
punta Patache, como en el Gran Escarpe Costero, frente a
punta Patillos. Por otro lado, la facies de areniscas se
dispone en los afloramientos orientales, al norte del cerro
Rojo y directamente al oeste del salar Grande.
Cabe destacar que los afloramientos de esta unidad se
encuentran confinados por fallas que son parte del SFA,
cuya traza principal es denominada en el área de estudio
como Falla Salar Grande (Chong et al., 1999; González et
al., 2003). La base de la unidad no está expuesta. En los
afloramientos de la facies de brechas sedimentarias
expuestos en el Gran Escarpe Costero, la Formación Cerro
Rojo está cubierta en discordancia de erosión y angular por
depósitos sedimentarios oligo-pliocenos (Sepúlveda et al.,
2015). Por otra parte, al norte del cerro Rojo, la facies de
areniscas y limolitas de esta unidad está intruida por diques
de andesitas basálticas y microdioritas de probable edad
cretácica. En este trabajo, el espesor mínimo calculado
para la facies de areniscas de la Formación Cerro Rojo es
de aproximadamente 1.700 m. Asimismo, el espesor
mínimo estimado para la facies de brechas de esta unidad
es de aproximadamente 1.500 m.
Villemur (1962) y Pérez (1963) asignaron las facies de
areniscas y limolitas de la Formación Cerro Rojo a la
Formación Atajaña (Cecioni y García, 1960), la que tiene
una edad cretácica inferior (Fuentes et al., 2013) y aflora
en la región de Tarapacá, al norte del área de estudio. Sin
embargo, las características litoestratigráficas y la
extensión areal de esta facies, además de su interdigitación
con la facies de brechas, permiten agruparlas y definirlas,
en conjunto, como una unidad formacional nueva.
La Formación Cerro Rojo se correlaciona litológica y
cronológicamente con las formaciones Atajaña y Caleta
Coloso (Brüggen, 1950; García, 1967), esta última
expuesta en la cordillera de la Costa de la Región de
Antofagasta. La Formación Cerro Rojo está en contacto
con la Formación Punta Barranco, unidad volcanosedimentaria del Cretácico Inferior (Barremiano-Albiano)
que aflora en el área de estudio (Vásquez y Sepúlveda,
2013). A pesar de la posible contemporaneidad entre
ambas unidades, no ha sido posible establecer un orden
estratigráfico entre éstas.
2.2 Litología
(a) Areniscas. Esta facies se encuentra bien preservada al
norte de cerro Rojo, constituyendo una secuencia de
areniscas gruesas a muy finas, de color rojo, con escasos
conglomerados finos a medios y limolitas, con un espesor
total de 1.490 m (Fig. 1). A partir de la base, afloran
aproximadamente 230 m de areniscas de grano medio a
grueso, mal seleccionadas, presentan estratificación
cruzada, laminación y estructuras de carga, varían entre
feldespáticas y líticas, con dominio de fragmentos líticos
de origen volcánico (andesitas). Esta sección contiene
intercalaciones de areniscas medias a muy finas y de
areniscas de guijarro, y lentes de limolitas, de
conglomerados muy finos a medios y de brechas
sedimentarias muy finas. Los conglomerados presentan
imbricación que indica flujo hacia el sur-sureste. En los
860 m superiores, la secuencia es granodecreciente y
predominan areniscas finas a muy finas con laminación
milimétrica e intercalaciones de capas centimétricas de
areniscas de guijarro. Las areniscas corresponden a
arenitas feldespáticas, litarenitas, grauvacas líticas y
grauvacas feldespáticas mal seleccionadas. Las areniscas
de guijarro presentan clastos centimétricos, redondeados,
de escorias andesíticas en una matriz de grano fino a muy
fino. En los últimos 400 m de esta sección se mantienen las
características composicionales y granulométricas, pero se
presentan
estructuras
sedimentarias
tales
como
estratificación cruzada en artesa, lineaciones y ondulitas.
Hacia el techo aparecen capas de aproximadamente 12 m
de espesor de conglomerados monomícticos, clastosoportados que varían a matriz-soportado en sus bases,
compuestos por clastos centimétricos redondeados (media
de 7 cm), subesféricos a oblatos, de daciandesitas
porfídicas.
A los pies del cerro Carrasco, al este de la traza de la Falla
Salar Grande, afloran 5 m de conglomerados clastosoportados, polimícticos, con mala selección, cuyos clastos
tienen formas subesféricas, redondeadas a subredondeadas.
Inmediatamente al norte de la salina Pampa Nevada, entre
el salar Grande y el cerro Carrasco, aflora una secuencia de
1.700 m de espesor de areniscas grises rojizas, bien
seleccionadas, de grano medio, con clastos subangulosos a
subredondeados, matriz soportadas y pobre laminación. La
matriz corresponde a micrita (10%) y los clastos están
compuestos por cuarzo (~55%), feldespatos (~20%), líticos
metamórficos (~8%), opacos (5%) y líticos volcánicos
andesíticos (~2%), con escaso cemento de óxidos de hierro
bordeando los clastos.
(b) Brechas sedimentarias. Se exponen principalmente en
el flanco occidental de la cordillera de la Costa, y
presentan una relación de engrane con la facies de
areniscas. En el Gran Escarpe Costero, frente a la localidad
de punta Patache, estas brechas son gruesas, de color
rojizo, bien consolidadas con mala selección, clastosoportadas y presentan clastos subangulosos a angulosos,
de tamaño métricos a centimétricos, con lentes de arenisca
gruesa roja. La matriz es de arenisca media a muy gruesa y
los clastos corresponden a lavas andesíticas, pórfidos
andesíticos, intrusivos granodioríticos a monzoníticos y
tobas. Se observa laminación en los lentes de areniscas. En
afloramientos que se ubican en el tramo de la ruta de la Sal
que bordea el Gran Escarpe Costero, se observan
intercalaciones de areniscas rojas finas laminadas en las
brechas sedimentarias que muestran la interdigitación entre
estas dos facies. En este lugar, las capas de areniscas
alcanzan entre 5 y 40 cm de espesor, y presentan escasas
intercalaciones de arcosas de color blanco, de 0,5 a 1,0 cm
de espesor, compuestas exclusivamente de plagioclasas.
2.3 Geocronología
Una datación U-Pb SHRIMP en una arenisca de la parte
media de esta formación, entregó una edad máxima de
144,8±1,4 Ma (Berriasiano) para el inicio de la
depositación de esta formación, con dos poblaciones de
edades más antiguas (ca. 150 Ma y 156 Ma, Jurásico
Superior). Además, fue datado por el mismo método un
clasto de toba presente en las brechas sedimentarias de esta
unidad, del que se obtuvo una edad de 156,5±2,1 Ma.
3
Discusión
3.1 Ambiente de depositación
El escaso a nulo retrabajo de la facies de brechas
sedimentarias y la ausencia de estructuras internas (e.g.,
laminación), permite interpretar a esta facies como flujos
de detritos de alta energía, posiblemente depositados muy
cerca de su fuente. Las características de la facies de
areniscas evidencian procesos de transporte, hacia el sursureste, por flujos tractivos turbulentos en ambiente
fluvial. Dadas las estructuras sedimentarias y el carácter
granodecreciente de la sucesión, se postula que el ambiente
fluvial evoluciona a un ambiente lacustre de baja energía.
En las últimas etapas, el registro de ondulitas, laminación y
estratificación cruzada sugiere una transición a un
ambiente fluvio-lacustre, probablemente tipo delta.
La distribución de las facies de la Formación Cerro Rojo
muestra la interacción entre un sistema sedimentario
fluvial, de carácter axial o longitudinal, y un sistema de
flujos de detritos proximal de borde de cuenca, situado en
el sector occidental. Además, el sistema fluvial axial
presenta direcciones de transporte de sedimentos hacia el
sur-sureste y evoluciona a condiciones lacustres. Lo
anterior, sugiere una configuración paleogeográfica con un
alto topográfico ubicado al oeste y con un sistema fluvial
axial con una paleopendiente hacia el sur-sureste. Esta
última dirección es la misma que presenta la traza de la
Falla Salar Grande, lo que deja en manifiesto el control
tectónico de la cuenca. Por otra parte, la abundancia de
clastos de escoria volcánica y andesitas sugiere la
presencia de un centro de emisión volcánico
contemporáneo en las cercanías de la cuenca de depósito
de esta unidad.
3.2 Exhumación post-Jurásico Superior
Las poblaciones de edad de la arenisca datada, junto a la
presencia de clastos de monzonitas en las dos facies de la
Formación Cerro Rojo, evidencian la exhumación y
erosión de intrusivos del Jurásico Superior al momento de
su depositación. Al norte del área de estudio, la
depositación de la Formación Punta Barranco, del
Cretácico Inferior, también se llevó a cabo en cuencas
estructurales de carácter extensional en forma posterior, o
sincrónica, a la exhumación de unidades del Jurásico
Superior (Sepúlveda y Vásquez, 2009). Esta similitud en la
génesis de ambas formaciones, junto con las evidencias de
volcanismo en la Formación Cerro Rojo, sugiere una
relativa contemporaneidad entre ambas unidades. No
obstante, los detritos de la Formación Punta Barranco están
compuestos mayoritariamente por andesitas y cuerpos
hipabisales coetáneos, sin registrarse clastos de intrusivos
del Jurásico Superior (Vásquez y Sepúlveda, 2013). Lo
anterior, se debería a una exhumación regional diferencial,
la que se incrementa hacia el sur, exponiendo niveles
corticales más profundos.
3.3 SFA y desarrollo de cuencas pull-apart
En la zona de estudio, el SFA forma una serie de
estructuras de orientación N-S que nacen desde su traza
principal, la que corresponde a la Falla Salar Grande. Los
afloramientos de la Formación Cerro Rojo forman un
romboedro alargado en dirección NNW-SSE, que se
enmarca dentro de estas estructuras. La distribución de
litofacies y características depositacionales de esta unidad,
junto a distribución espacial de las estructuras asociadas a
ésta, permiten inferir que esta unidad se desarrolló en el
marco de una cuenca estructural, tipo pull-apart, vinculada
a la actividad de la Falla Salar Grande durante el Cretácico
Inferior. La generación de brechas sedimentarias estaría
relacionada, probablemente, a la actividad de la falla del
borde occidental de esta cuenca.
El desarrollo de una cuenca pull-apart, en el Cretácico
Inferior, que alberga secuencias sedimentarias de similares
características, ya ha sido documentado en la región de
Antofagasta para la Formación Caleta Coloso (Rojas,
2009). La cuenca de depósito de esta unidad también está
asociada directamente a las ramas principales del SFA y la
distribución de las litofacies gruesas y finas es la misma
que en la Formación Cerro Rojo. Lo anterior, sugiere que
el desarrollo de cuencas pull-apart ligadas al SFA
correspondería a un rasgo distintivo dentro de las cuencas
del Cretácico Inferior en el norte de Chile.
Agradecimientos
GORE-Tarapacá, Nicolás Blanco, Andrew Tomlinson,
Andrés Quezada, Teresa Jordan, Gabriel González y C.M.
Fanning. Los resultados presentados en este trabajo
corresponden a datos obtenidos en el marco del
levantamiento geológico de las Cartas Patillos - Oficina
Victoria, desarrollado por el Plan Nacional de Geología del
Sernageomin.
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Figura 1. Secciones estratigráficas en la localidad tipo de la Formación Cerro Rojo, ubicada al norte del cerro homónimo. En la figura se
incluye mapa con la ubicación de las secciones levantadas.