Original paper

Die Entwicklung mariner Sedimentbecken am paläozoischen Kontinentalrand Südamerikas im Bereich der südlichen Zentralanden (NW-Argentinien, N-Chile)

[The Evolution of Marine Sedimentary Basins at the Palaeozoic Continental Margin of South America in the Region of the Southern Central Andes (NW Argentina, N Chile)]

Bahlburg, Heinrich

Kurzfassung

Die geodynamische Entwicklung des paläozoischen Kontinentalrandes von Gondwana im Bereich der südlichen Zentralanden von NW-Argentinien und N-Chile ist gekennzeichnet durch die Westverlagerung der marinen, orogenen Becken mit der Zeit. Die Entwicklung dieser Becken im Ordovizium und im Zeitraum Devon-Karbon wird anhand sedimentologischer, petrographischer und stratigraphischer Daten beschrieben und unter Berücksichtigung repräsentativer tektonischer Subsidenzkurven im regionalen Kontext interpretiert.Das ordovizische Becken im Gebiet der nordwestargentinischen Ostkordillere und Puna entstand als 'back-arc'-Becken während des Unterordoviziums. Der vulkanische Bogen der entsprechenden ostfallenden Subduktionszone am südamerikanischen aktiven Kontinentalrand lag wahrscheinlich im Bereich der heutigen Westkordilleren-Vulkanzone in N-Chile. Im 'back-arc'-Becken entstanden im Arenig die etwa 3500 m mächtigen, zum Hangenden hin feinkörniger werdenden Ablagerungen eines vulkanoklastischen Fächers. Stark erhöhte Subsidenz im ausgehenden Arenig ging einher mit zunehmender Sedimentation vulkanoklastischer Turbidite und führte im Mittleren Ordovizium zur Entstehung des ca. 3500 m mächtigen Puna-Turbidit-Komplexes in einem etwa N--S streichenden, langgestreckten Becken. Erhöhte Subsidenz und Sedimentation an der Wende Arenig-Llanvirn wurden verursacht durch die beginnende Kollision des allochthonen Arequipa-Massiv-Terranes mit dem südamerikanischen Kontinentalrand. Im Zuge der Kollision wurde der magmatische Bogen aufsein 'back-arc'-Becken aufgeschoben und transformierte es so in ein marines Vorlandbecken. Als Konsequenz der Aufschiebung im W entstand eine flexurelle Aufwölbung im E, die Hebung und Auftauchen der Ostkordilleren-Region im Zuge des 'Guandacol Event' an der Wende Arenig-Llanvirn verursachte. Die Beckenfüllung wurde im Zuge der finalen Kollision des Arequipa-Massiv-Terranes in der Oclóyischen Orogenese (Caradoc-Ashgill) gefaltet. Die Orogenese führte zur Bildung des Hochgebietes des 'Arco Puneño', in den die posttektonischen Granitoide der 'Faja Eruptiva de la Puna Oriental' im Silur intrudierten. Im Unterdevon transgredierte das Meer von W her gegen den Arco Puneno. Ein flachmariner, siliziklastischer Schelf entstand im Gebiet der nordchilenischen West- und Präkordilleren sowie Präandinen Depression, während im tieferen Becken im Bereich der Küstendordillere mächtige Turbiditserien abgelagert wurden. Dieses Sedimentbecken bildete sich als Dehnungsbecken am jungpaläozoischen Kontinentalrand Südamerikas. Seine Entwicklung stand offenbar nicht mit aktiver Subduktion in Zusammenhang. Die klastische Sedimentation dauerte bis zur Faltung der Gesteine in der Toco-Orogenese im frühen Oberkarbon an.

Abstract

The geodynamic evolution of the Palaeozoic continental margin of Gondwana in the region of the southern Central Andes is characterized by the westward progression of orogenic basin formation through time. The development of these basins in the Ordovician and Devonian-Carboniferous will be described on the basis of sedimentological, petrographical and stratigraphical studies. Their interpretation in the regional framework will be based additionally on representative tectonic subsidence curves. The Ordovician basin in the NW Argentinian Cordillera Oriental and Puna originated as an Early Ordovician back-arc basin. The contemporaneous magmatic arc of an castdipping subduction zone at the South American active continental margin was presumably located in the volcanic zone of the Cordillera Occidental in N Chile. In the back-arc basin, ac. 3500 m, fining-up volcanoclastic apron connected to the arc formed during the Arenig. Increased subsidence in the late Arenig made possible the accommodation of large volumes of volcanoclastic turbidites during the Middle Ordovician. Subsidence and sedimentation were caused by the onset of collision of the allochthonous Arequipa Massif with the South American margin at the Arenig-Llanvirn transition. It led to eastward thrusting of the arc complex over its back-arc basin and, consequently, to its transformation into a marine foreland basin. In response to thrusting in the W, a flexural bulge formed in the E, leading to uplift and emergence of the Cordillera Oriental during the Guandacol Event at the Arenig-Uanvirn transition. The basin fill was folded during the final collision of the Arequipa Massif during the Oclóyic orogeny (Caradoc-Ashgill). The folded strata were intruded posttectonically by the presumably Silurian granitoids of the 'Faja Eruptiva de la Puna'. The orogeny led to the formation of the positive area of the Arco Puneño. West of the Arco Puneno, a marine basin developed during the Early Devonian, the eastern shelf of which occupied the area of the Cordillera Occidental, Depresión Preandina and Precordillera. The corresponding deep marine turbidite basin was located in the region of the Cordillera de la Costa. The basin originated as an extensional structure at the continental margin of Gondwana. Independent lines of evidence imply that the basin evolution was not connected to subduction. Deposition continued until the basis fill was folded in the early Late Carboniferous Toco orogeny. Above the folded Devonian-Early Carboniferous strata, a continental magmatic are developed from the Late Carboniferous to the mid Triassic. Its activity was associated with the formation of thick volcanosedimentary successions. In the Early Permian, marine limestones were deposited on a marine platform west and east of the volcanic arc.

Keywords

GeodynamicsGondwanacontinental marginback-arc basinOrdovicianvolcanoclastic rocksturbiditessubsidenceplate collision (Arequipa Massif terrane/South America plate)Caledonian orogenyfoldingDevonian-Lower Carboniferousmarine transgres