Formacin Cerro Rojo: cuenca pull-apart del Cretcico Inferior y su relacin con el Sistema de Fallas de Atacama

(21S, Chile) Fernando Seplveda*, Paulina Vsquez. Servicio Nacional de Geologa y Minera, Avenida Santa Mara 0104, Providencia, Santiago, Chile. * email: fernando.sepulveda@sernageomin.cl Resumen. La Formacin Cerro Rojo corresponde a una secuencia sedimentaria clstica continental, compuesta por areniscas y limolitas que varan lateralmente a brechas sedimentarias. Esta unidad fue depositada durante el Cretcico Inferior, en una cuenca de pull-apart vinculada la terminacin septentrional del Sistema de Fallas de Atacama. Las caractersticas sedimentolgicas y las direcciones de aporte permiten inferir un paleorelieve con un alto topogrfico hacia el oeste del rea de estudio, con una paleopendiente regional hacia el sur-suroriente. Los detritos que alimentaron a esta cuenca derivaron de la erosin de las unidades jursicas que afloran en las inmediaciones. Las edades y composicin de los clastos incluidos en esta formacin evidencian la exhumacin y erosin de niveles ms profundos del Jursico Superior al momento de la depositacin de esta unidad. Palabras Claves: Cuenca pull-apart cretcica, Sistema de

Fallas de Atacama. 1 Introduccin Los afloramientos de la Formacin 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 orientacin aproximada NNW-SSE. Los afloramientos de esta unidad estn compuestos por rocas sedimentarias clsticas de color rojo y de origen continental, las cuales han sido comnmente asignadas al Cretcico (e.g., Garca, 1967; Reijs y McClay, 1998; Chong et al., 1999) o al Jursico Superior-Cretcico Inferior (e.g., Gonzlez et al., 2003). Sin embargo, la relacin estratigrfica entre esta unidad y las dems unidades mesozoicas que afloran en el sector es incierta, ya que sus contactos son tectnicos. Adems, no existen antecedentes bioestratigrficos ni geocronolgicos que permitan precisar la edad de esta unidad. En este trabajo, se presentan antecedentes sedimentolgicos, estructurales y geocronolgicos que permiten constreir la edad de la Formacin Cerro Rojo (Seplveda et al., 2015) y, adems, establecer que su depsito se llev a cabo en una cuenca pull-apart ligada al SFA.

2 Formacin Cerro Rojo 2.1 Definicin Corresponde a una sucesin de rocas sedimentarias clsticas 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 interdigitacin 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 contemporneas. Los afloramientos de esta formacin cubren ca. 15 km2 y se distribuyen en la porcin ms 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 rea de estudio como Falla Salar Grande (Chong et al., 1999; Gonzlez et al., 2003). La base de la unidad no est expuesta. En los afloramientos de la facies de brechas sedimentarias expuestos en el Gran Escarpe Costero, la Formacin Cerro Rojo est cubierta en discordancia de erosin y angular por depsitos sedimentarios oligo-pliocenos (Seplveda et al., 2015). Por otra parte, al norte del cerro Rojo, la facies de areniscas y limolitas de esta unidad est intruida por diques de andesitas baslticas y microdioritas de probable edad cretcica. En este trabajo, el espesor mnimo calculado para la facies de areniscas de la Formacin Cerro Rojo es de aproximadamente 1.700 m. Asimismo, el espesor mnimo estimado para la facies de brechas de esta unidad es de aproximadamente 1.500 m. Villemur (1962) y Prez (1963) asignaron las facies de areniscas y limolitas de la Formacin Cerro Rojo a la Formacin Atajaa (Cecioni y Garca, 1960), la que tiene una edad cretcica inferior (Fuentes et al., 2013) y aflora en la regin de Tarapac, al norte del rea de estudio. Sin embargo, las caractersticas litoestratigrficas y la extensin areal de esta facies, adems de su interdigitacin con la facies de brechas, permiten agruparlas y definirlas,

en conjunto, como una unidad formacional nueva. La Formacin Cerro Rojo se correlaciona litolgica y cronolgicamente con las formaciones Atajaa y Caleta Coloso (Brggen, 1950; Garca, 1967), esta ltima expuesta en la cordillera de la Costa de la Regin de Antofagasta. La Formacin Cerro Rojo est en contacto con la Formacin Punta Barranco, unidad volcano-sedimentaria del Cretcico Inferior (Barremiano-Albiano) que aflora en el rea de estudio (Vsquez y Seplveda, 2013). A pesar de la posible contemporaneidad entre ambas unidades, no ha sido posible establecer un orden estratigrfico entre stas. 2.2 Litologa (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 estratificacin cruzada, laminacin y estructuras de carga, varan entre feldespticas y lticas, con dominio de fragmentos lticos de origen volcnico (andesitas). Esta seccin 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 imbricacin que indica flujo hacia el sur-sureste. En los 860 m superiores, la secuencia es granodecreciente y predominan areniscas finas a muy finas con laminacin milimtrica e intercalaciones de capas centimtricas de areniscas de guijarro. Las areniscas corresponden a arenitas feldespticas, litarenitas, grauvacas lticas y grauvacas feldespticas mal seleccionadas. Las areniscas de guijarro presentan clastos centimtricos, redondeados, de escorias andesticas en una matriz de grano fino a muy fino. En los ltimos 400 m de esta seccin se mantienen las caractersticas composicionales y granulomtricas, pero se presentan estructuras sedimentarias tales como estratificacin cruzada en artesa, lineaciones y ondulitas. Hacia el techo aparecen capas de aproximadamente 12 m de espesor de conglomerados monomcticos, clasto-soportados que varan a matriz-soportado en sus bases, compuestos por clastos centimtricos redondeados (media de 7 cm), subesfricos a oblatos, de daciandesitas porfdicas. A los pies del cerro Carrasco, al este de la traza de la Falla Salar Grande, afloran 5 m de conglomerados clasto-soportados, polimcticos, con mala seleccin, cuyos clastos tienen formas subesfricas, 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 laminacin. La matriz corresponde a micrita (10%) y los clastos estn compuestos por cuarzo (~55%), feldespatos (~20%), lticos

metamrficos (~8%), opacos (5%) y lticos volcnicos andesticos (~2%), con escaso cemento de xidos de hierro bordeando los clastos. (b) Brechas sedimentarias. Se exponen principalmente en el flanco occidental de la cordillera de la Costa, y presentan una relacin 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 seleccin, clasto-soportadas y presentan clastos subangulosos a angulosos, de tamao mtricos a centimtricos, con lentes de arenisca gruesa roja. La matriz es de arenisca media a muy gruesa y los clastos corresponden a lavas andesticas, prfidos andesticos, intrusivos granodiorticos a monzonticos y tobas. Se observa laminacin 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 interdigitacin 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 Geocronologa Una datacin U-Pb SHRIMP en una arenisca de la parte media de esta formacin, entreg una edad mxima de 144,81,4 Ma (Berriasiano) para el inicio de la depositacin de esta formacin, con dos poblaciones de edades ms antiguas (ca. 150 Ma y 156 Ma, Jursico Superior). Adems, fue datado por el mismo mtodo un clasto de toba presente en las brechas sedimentarias de esta unidad, del que se obtuvo una edad de 156,52,1 Ma. 3 Discusin 3.1 Ambiente de depositacin El escaso a nulo retrabajo de la facies de brechas sedimentarias y la ausencia de estructuras internas (e.g., laminacin), permite interpretar a esta facies como flujos de detritos de alta energa, posiblemente depositados muy cerca de su fuente. Las caractersticas de la facies de areniscas evidencian procesos de transporte, hacia el sur-sureste, por flujos tractivos turbulentos en ambiente fluvial. Dadas las estructuras sedimentarias y el carcter granodecreciente de la sucesin, se postula que el ambiente fluvial evoluciona a un ambiente lacustre de baja energa. En las ltimas etapas, el registro de ondulitas, laminacin y estratificacin cruzada sugiere una transicin a un ambiente fluvio-lacustre, probablemente tipo delta. La distribucin de las facies de la Formacin Cerro Rojo muestra la interaccin entre un sistema sedimentario fluvial, de carcter axial o longitudinal, y un sistema de flujos de detritos proximal de borde de cuenca, situado en el sector occidental. Adems, el sistema fluvial axial presenta direcciones de transporte de sedimentos hacia el

sur-sureste y evoluciona a condiciones lacustres. Lo anterior, sugiere una configuracin paleogeogrfica con un alto topogrfico ubicado al oeste y con un sistema fluvial axial con una paleopendiente hacia el sur-sureste. Esta ltima direccin es la misma que presenta la traza de la Falla Salar Grande, lo que deja en manifiesto el control tectnico de la cuenca. Por otra parte, la abundancia de clastos de escoria volcnica y andesitas sugiere la presencia de un centro de emisin volcnico contemporneo en las cercanas de la cuenca de depsito de esta unidad. 3.2 Exhumacin post-Jursico Superior Las poblaciones de edad de la arenisca datada, junto a la presencia de clastos de monzonitas en las dos facies de la Formacin Cerro Rojo, evidencian la exhumacin y erosin de intrusivos del Jursico Superior al momento de su depositacin. Al norte del rea de estudio, la depositacin de la Formacin Punta Barranco, del Cretcico Inferior, tambin se llev a cabo en cuencas estructurales de carcter extensional en forma posterior, o sincrnica, a la exhumacin de unidades del Jursico Superior (Seplveda y Vsquez, 2009). Esta similitud en la gnesis de ambas formaciones, junto con las evidencias de volcanismo en la Formacin Cerro Rojo, sugiere una relativa contemporaneidad entre ambas unidades. No obstante, los detritos de la Formacin Punta Barranco estn compuestos mayoritariamente por andesitas y cuerpos hipabisales coetneos, sin registrarse clastos de intrusivos del Jursico Superior (Vsquez y Seplveda, 2013). Lo anterior, se debera a una exhumacin regional diferencial, la que se incrementa hacia el sur, exponiendo niveles corticales ms profundos. 3.3 SFA y desarrollo de cuencas pull-apart En la zona de estudio, el SFA forma una serie de estructuras de orientacin N-S que nacen desde su traza principal, la que corresponde a la Falla Salar Grande. Los afloramientos de la Formacin Cerro Rojo forman un romboedro alargado en direccin NNW-SSE, que se enmarca dentro de estas estructuras. La distribucin de litofacies y caractersticas depositacionales de esta unidad, junto a distribucin espacial de las estructuras asociadas a sta, permiten inferir que esta unidad se desarroll en el marco de una cuenca estructural, tipo pull-apart, vinculada a la actividad de la Falla Salar Grande durante el Cretcico Inferior. La generacin de brechas sedimentarias estara relacionada, probablemente, a la actividad de la falla del borde occidental de esta cuenca. El desarrollo de una cuenca pull-apart, en el Cretcico Inferior, que alberga secuencias sedimentarias de similares caractersticas, ya ha sido documentado en la regin de Antofagasta para la Formacin Caleta Coloso (Rojas, 2009). La cuenca de depsito de esta unidad tambin est asociada directamente a las ramas principales del SFA y la distribucin de las litofacies gruesas y finas es la misma que en la Formacin Cerro Rojo. Lo anterior, sugiere que

el desarrollo de cuencas pull-apart ligadas al SFA correspondera a un rasgo distintivo dentro de las cuencas del Cretcico Inferior en el norte de Chile. Agradecimientos GORE-Tarapac, Nicols Blanco, Andrew Tomlinson, Andrs Quezada, Teresa Jordan, Gabriel Gonzlez y C.M. Fanning. Los resultados presentados en este trabajo corresponden a datos obtenidos en el marco del levantamiento geolgico de las Cartas Patillos - Oficina Victoria, desarrollado por el Plan Nacional de Geologa del Sernageomin. Referencias Arabasz, W.J. 1968. Geologic structure of the Taltal area, northern

Chile, in relation to the earthquake of December 28, 1966. Bulletin of the Seismological Society of America 58( 3): 835-842.

Brggen, J. 1950. Fundamento de la Geologa de Chile. Instituto Geogrfico Militar: 374 p.

Cecioni, G.; Garca, F. 1960. Observaciones geolgicas en la cordillera de la Costa de Tarapac. Instituto de Investigaciones Geolgicas. Boletn N6: 28 p. Santiago.

Chong, G.; Mendoza, M.; Garca-Veigas, J.; Pueyo, J.L.; Turner, P. 1999. Evolution and geochemical signatures in a Neogene forearc evaportica basin: The Salar Grande (Central of Chile). Palaegeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 151: 39-54.

Fuentes, G.; Garca, M.; Seplveda, F.; Vsquez, P. 2013. Early Cretaceous continental sedimentation in the Coastal Cordillera (Atajaa Formation), Northern Chile. AGU Fall Meeting, abstract EP53A-0774.

Garca, F. 1967. Geologa del Norte Grande de Chile. In Symposium sobre el Geosinclinal Andino No. 3, Sociedad Geolgica de Chile: 138 p. Santiago.

Gonzlez, G.; Cembrano, J.; Carrizo, D.; Macci, A.; Schneider, H. 2003. The link between forearc tectonics and Pliocene-Quaternary deformation of the Coastal Cordillera, northern Chile. Journal of South American Earth Sciences 16: 321-342.

Prez, G. 1963. Informe geolgico preliminar de la mina Los Pericos. Instituto de Investigaciones Geolgicas. Iquique: 4 p.

Reijs, J., McClay, K., 1998. Salar Grande pull-apart basin, Atacama Fault System, northern Chile. In: Holdsworth, R.E., Strachan, R.A., Dewey, J.F. (Eds.), Continental transpressional and transtensional tectonics. Geological Society of London, Special Publications 135: 127-141.

Rojas, R. 2009. Geologa estructural y eventos deformativos en la cuenca de Coloso, sur de Antofagasta, Chile. Memoria de ttulo (indita). Universidad Catlica del Norte: 69 p.

Seplveda, F.A.; Vsquez, P. 2009. The Jurassic-Cretaceous sequences of the Coastal Range near Iquique: reappraisal of the stratigraphy and new evidence for the Lower Cretaceous tectonic conditions. In XII Congreso Geolgico Chileno, Vol. 3: S9-083. Santiago.

Seplveda, F.A.; Vsquez, P.; Quezada, A. 2015. Cartas Patillos y Oficina Victoria, Regin de Tarapac. Servicio Nacional de Geologa y Minera, Carta Geolgica de Chile Nos. 167-168. Santiago. 87 p.

Vsquez, P.; Seplveda, F.A. 2013. Cartas Iquique y Pozo Almonte, Regin de Tarapac. Servicio Nacional de Geologa y Minera, Carta Geolgica de Chile Nos. 162-163. Santiago. 163 p.

Villemur, J.R. 1962. Geological, structural and mining survey of the coastal range south of Iquique, Tarapac Province. Santiago, United Nations Special Fund (indito): 13 p.

Figura 1. Secciones estratigrficas en la localidad tipo de la Formacin Cerro Rojo, ubicada al norte del cerro homnimo. En la figura se incluye mapa con la ubicacin de las secciones levantadas.