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Crustal segments in the North Patagonian Massif, Patagonia: An integrated perspective based on Sm–Nd isotope systematics

2010; Elsevier BV; Volume: 31; Issue: 2-3 Linguagem: Espanhol

10.1016/j.jsames.2010.07.009

1873-0647

Carmen I. Martínez Dopico, Mónica G. López de Luchi, Augusto E. Rapalini, Ilka C. Kleinhanns,

earthquake and tectonic studies

New insights on the Paleozoic evolution of the continental crust in the North Patagonian Massif are presented based on the analysis of Sm–Nd systematics. New evidence is presented to constrain tectonic models for the origin of Patagonia and its relations with the South American crustal blocks. Geologic, isotopic and tectonic characterization of the North Patagonian Massif and comparison of the Nd parameters lead us to conclude that: (1) The North Patagonian Massif is a crustal block with bulk crustal average ages between 2.1 and 1.6 Ga TDM (Nd) and (2) At least three metamorphic episodes could be identified in the Paleozoic rocks of the North Patagonian Massif. In the northeastern corner, Famatinian metamorphism is widely identified. However field and petrographic evidence indicate a Middle to Late Cambrian metamorphism pre-dating the emplacement of the ca. 475 Ma granitoids. In the southwestern area, are apparent 425–420 Ma (?) and 380–360 Ma metamorphic peaks. The latter episode might have resulted from the collision of the Antonia terrane; and (3) Early Paleozoic magmatism in the northeastern area is coeval with the Famatinian arc. Nd isotopic compositions reveal that Ordovician magmatism was associated with attenuated crust. On the southwestern border, the first magmatic recycling record is Devonian. Nd data shows a step by step melting of different levels of the continental crust in the Late Palaeozoic. Between 330 and 295 Ma magmatism was likely the product of a crustal source with an average 1.5 Ga TDM (Nd). Widespread magmatism represented by the 295–260 Ma granitoids involved a lower crustal mafic source, and continued with massive shallower-acid plutono volcanic complexes which might have recycled an upper crustal segment of the Proterozoic continental basement, resulting in a more felsic crust until the Triassic. (4) Sm–Nd parameters and detrital zircon age patterns of Early Paleozoic (meta)-sedimentary rocks from the North Patagonian Massif and those from the neighboring blocks, suggest crustal continuity between Eastern Sierras Pampeanas, southern Arequipa-Antofalla and the northeastern sector of the North Patagonian Massif by the Early Paleozoic. This evidence suggests that, at least, this corner of the North Patagonian Massif is not allochthonous to Gondwana. A Late Paleozoic frontal collision with the southwestern margin of Gondwana can be reconcilied in a para-autochthonous model including a rifting event from a similar or neighbouring position to its post-collision location. Possible Proterozoic or Early Paleozoic connections of the NPM with the Kalahari craton or the western Antartic blocks should be investigated. Se presenta una nueva perspectiva en el estudio en la evolución de la corteza cortinental durante el Paleozoico en el Macizo Norpatagónico, basada en el análisis de los parámetros isotópicos de Sm–Nd. Estas evidencias que constriñen los modelos tectónicos previamente propuestos explican el origen de Patagonia y su relación con el resto de los bloques corticales sudamericanos. La caracterización geológica, isotópica y tectónica del Macizo Norpatagónico y el estudio de los parámetros del sistema isotópico de Nd nos lleva a concluir que: (1) el Macizo Norpatagónico es un bloque cortical con una edad promedio de residencia cortical de entre 2.1 a 1.6 Ga TDM (Nd) desde al menos el Paleozoico temprano; (2) En su basamento se pueden identificar al menos tres eventos metamorficos. En el borde noreste, se reconoce ampliamente la presencia de un evento metamórfico Famatiniano. Sin embargo, evidencias de campo y petrograficas indicarían un evento metamórfico Cámbrico medio a tardío que predataría el emplazamiento de los granitos ca. 475 Ma. En el sector suroccidental, hay indicios sobre un aparente metamorfismo entorno al período 425–420 Ma (?) y otro, mejor definido alrededor de 380–360 Ma; Este último episodio de metamorfismo resultaría de la colisión del terreno Antonia; (3) Si bien persiste una gran incertidumbre sobre los eventos magmáticos paleozoicos en el Macizo Norpatagónico, el magmatismo paleozoico temprano en el área noreste es coetáneo con el magmatismo Famatiniano en el resto del margen de Gondwana. Evidencias isotópicas de Nd revelan que en el Macizo Norpatagónico, este magmatismo ordovícico se habría producido sobre una corteza atenuada. En el sector suroeste, el primer registro de magmatismo atribuible al reciclaje cortical es Devónico. El análisis de los datos de los isótopos de Nd permite distinguir un proceso de fusión en etapas de diferentes segmentos de la corteza continental durante el Paleozoico tardío. El magmatismo producido entre los 330–295 Ma presenta signaturas corticales con una edad de residencia cortical de 1.5 Ga TDM (Nd). Resultados sobre el extenso magmatismo pérmico 295–260 Ma indican que el primer segmento que se habría fundido de la corteza habría estado ubicado en la base de la corteza y habría tenido características geoquímicas máficas. Luego habría sobrevenido el reciclaje, fusión y mezcla con una corteza Proterozoica más somera, como lo evidencian los complejos plutonovolcánicos ácidos del Pérmico tardío a Triásico temprano; (4) La signatura isotópica obtenida por el método de Sm–Nd y los espectros de edades detríticas de circones de las rocas (meta)sedimentarias del Paleozoico inferior del Macizo Norpatagónico y aquéllas de los bloques vecinos sugieren la continuidad cortical entre las Sierras Pampeanas Orientales, el sector sur del bloque Arequipa-Antofalla y parte del sector noreste del Macizo Norpatagónico para el Paleozoico temprano. Por todas estas razones se postula que, al menos, este sector del el Macizo Norpatagónico no sería alóctono al Gondwana. La debatida hipótesis sobre una colisión frontal con el borde suroeste de Gondwana durante el Paleozoico superior puede ser reconciliada en un modelo que involucre la parautoctonía y que incluya un evento de rifting desde una posición similar o vecina a su ubicación post-colisión. Por último, se sugiere que próximas líneas de investigación deberían abordar las posibles conexiones del Macizo Norpatagónico durante el Proterozoico o Paleozoico temprano con el craton del Kalahari o los bloques de Antártida Occidental.