733

Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

CUENCA DE LA QUEBRADA EL HIELO: ESTRATIGRAFÍA DE UNIDADES NEÓGENAS

CONTINENTALES Y PROPUESTA DE EVOLUCIÓN GEOMORFOLÓGICA.

Albert Cabré Cano1,3*, Patricio Castillo Manquecoy1 y Germán Aguilar Martorell2

1Departamento de Geología, Facultad de Ingeniería, Universidad de Atacama, Avenida Copayapu 485, Copiapó, Chile. 2Advanced Mining Technology Center, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Avenida Tupper 2007, Santiago, Chile. 3Programa de Doctorado en Ciencias Geológicas, Universidad Católica del Norte, Avenida Angamos 0610, Antofagasta, Chile. * email: albert.cabre@uda.cl Resumen Se presentan los resultados a partir del análisis de facies y cartográfico para la Cuenca de la Quebrada el Hielo. El relleno de esta cuenca se ha caracterizado diferenciando dos unidades detríticas dentro de las Gravas de Atacama (Naranjo y Paskoff, 1980; Mercado, 1982; Mortimer, 1973; Clark et al., 1967; Sillitoe et al., 1968). Se ha establecido un modelo de evolución geomorfológica del paisaje mediante edades K-Ar (Clark et al., 1967) en Ignimbritas. Los resultados caracterizan a una cuenca situada entre dos bloques estructurales alzados y proponen una revisión estratigráfica basada estrictamente en criterios de campo para el sector estudiado. 1. Introducción. El interés por entender la evolución geomorfológica del Norte de Chile y la denudación del orógeno Andino post relieve Incaico, ha llevado a numerosos autores en el pasado a estudiar en detalle aquellos afloramientos correspondientes a las “Gravas de Atacama” situados en el Sur del Desierto de Atacama (Naranjo y Paskoff, 1980; Mercado, 1982; Mortimer, 1973; Clark et al., 1967; Sillitoe et al., 1968). Más recientemente han sido estudiadas por autores como p. ej.: (Salazar et al., 2013; Rossel, 2014; Nalpas et al., 2008, 2009; Hidalgo, 2014). En Salazar et al. (2013) se incluyen dataciones U-Pb en circones del en Fm. Doña Ana (21,4±0,43 Ma) y en tobas intercaladas en secuencias detríticas continentales, Fm. Laguna Grande, con edades de 12,6±0,9 Ma. Las edades en Fm. Doña Ana (basamento) arrojan edades máximas para el paleorelieve y edades para la sedimentación de la unidad detrítica. Las edades para las unidades detríticas de la Cuenca de la Quebrada el Hielo quedan limitadas, en su base, a una edad máxima del paleorelieve formado por algunos intrusivos Eocenos y a techo por las edades de Clark et al. (1967) y Sillitoe et al. (1968) en las Ignimbritas San Andrés (Clark et al., 1967 y Iriarte et al., 1996) con edades K-Ar de 9.5±0.5 Ma. y 9.0±0.3 Ma. (Clark et al., 1967) que las sobreyacen.

Interpretando las diferentes facies de gravas y conglomerados aflorantes podemos reconstruir la evolución sedimentológica de la cuenca. Posteriormente planteamos una evolución geomorfológica con la ayuda del “constraint” de edades máximas que permiten las Edades K-Ar en la Unidad de Ignimbritas de San Andrés Clark et al. (1967) y Sillitoe et al. (1968). 2. Marco geológico –fisiográfico. El área de estudio se enmarca en la conocida como Quebrada El Hielo. Las coordenadas que limitan el área de estudio quedan comprendidas entre los 27o- 27o14’S y los 69o 33’-69o 22’W. Esta área se sitúa en la <<Interior Zone>> de Mortimer (1973), con alturas promedio entre los 1500msnm para los fondos de valle y 3500msnm para los pedimentos disectados por los valles actuales. Al Este se alza la Sierra del Hielo dónde afloran rocas Paleozoicas (Batolito el Hielo (Cornejo et al., 1993) cabalgando a rocas Mesozoicas (Estratos de Cerro los Carneros) por Cornejo et al. (1993). Al Oeste unidades Jurásicas están en contacto con unidades Cretácicas mediante cabalgamientos con vergencia hacia el Este. Es decir, a oeste y este el sector de estudio queda delimitado por estructuras NE- SW. Como se puede observar en la Fig.1 el basamento sobre el cual sobreyacen las secuencias detríticas de nuestro interés corresponden a secuencias de rocas vulcano sedimentarias correspondientes a los Estratos de Cerro de los Carneros (Cornejo et al., 1993) del Cretácico Superior. El encajamiento de los valles actual permite observar las rocas que conforman el basamento y permite el afloramiento de algunas las secciones de, hasta la fecha, Unidad Gravas de Atacama (Cornejo et al., 1993). Cabe destacar que la erodabilidad de estas Unidades Detríticas genera importantes depósitos coluviales con lo que no es siempre posible levantar una sección estratigráfica y en algunos sectores el contacto entre el basamento y las Gravas de Atacama es difuso, por no decir invisible.

734

ST 4 ESTRATIGRAFÍA, ANÁLISIS DE CUENCAS Y PROCESOS SEDIMENTARIOS

3. Resultados. Los resultados que se presentan en este trabajo incluyen una cartografía geológica (Fig.1). Dónde las unidades que conforman el basamento han sido dibujadas en base a la geología de (Mercado, 1982; Cornejo et al., 1993; Iriarte el al., 1996). Las unidades detríticas neógenas que representan el relleno de la Cuenca de Quebrada el Hielo han sido revisadas en detalle (Castillo, en prep.). El estudio en detalle de estas unidades detríticas de relleno de la cuenca y también para la Unidad de Ignimbritas San Andrés consiste en la realización de secciones estratigráficas en terreno a escala 1:50 y la confección de paneles de facies en algunos de los mejores afloramientos. El análisis de facies se basa en (Miall, 2006 basado en Schultz 1984 y Miall, 1985) y le metodología en terreno sigue los principios de la estratigrafía clásica. 3.1. Estratigrafía Se han definido dos Unidades dentro de la Unidad Gravas de Atacama y se proponen los siguientes nombres para definir estas dos unidades informales; (a,b) a) La Unidad de Gravas de “Vertientes del Hielo” (UGVH en adelante) sobreyacen en discordancia al basamento Mesozoico/Cenozoico. Se caracterizan por presentar brechas angulosas a subangulosas. Predominan clastos tamaño grava y el tamaño máximo corresponde a bloques de hasta 30cms. Las litologías para estos clastos corresponden predominantemente a: rocas plutónicas, hipabisales y volcánicas. También se presentan clastos de conglomerados. El carácter es clasto soportado y la matriz que presenta corresponde a arenas finas a muy finas. Se presentan niveles masivos con discontinuidades internas. Presentan desarrollo de paleosuelos carbonatados. La presencia de carbonatos es a veces en forma de matriz agregando clastos. Las facies representativas para esta Unidad corresponden a: Gm y Gms. b) La Unidad de Conglomerados “Quebrada el Hielo” (UCQH en adelante) presentan una variedad de facies mayor y representan una asociación de facies característica de un sistema fluvial. Se presentan discontinuidades internas planares con bases y techos planos. Destacan las variaciones granulométricas en los correspondientes pulsos. Dominan facies Gm y Gms, se observan paleocanales con imbricaciones groseras hacia el SW y destaca el carácter polimíctico de estos conglomerados (clastos intrusivos, carbonatados, volcánicos...). El tamaño de estos clastos varía de tamaño grava predominantemente en la base de la unidad hasta tamaño bloque (tamaño máx. >50cms) Fig.2. Se definen lentes de areniscas (facies Sp) con laminaciones cruzadas planares de media escala en

ocasiones como cuerpos canaliformes y/o como pasadas entre formas mayores Fig.2. La matriz en estos conglomerados, tanto para las facies matriz suportadas (Gms) como para las clasto soportadas (Gm), la forman arenas de medias a finas. En la diagénesis se incorporó gran cantidad de carbonato en la matriz, rellenando fracturas y porosidades. Incluso se presenta un nivel carbonatado de hasta 1m de espesor con microtexturas características de ambientes muy someros y lámina de agua efímera invadida por vegetación Fig.2. La continuidad lateral de los depósitos con tendencia claramente fluvial se ve limitada a los pulsos posteriores que las erosionan Fig. 2. La potencia de esta unidad es variable pero aumenta hacia el SW alcanzando potencias de hasta 50m. La expresión cartográfica linguoide se puede apreciar en Fig. 1. 3.2. Relaciones estratigráficas. La relación entre UGVH y UCQH se plantea que es por encajamiento de UCQH en UGVH. Definiendo un contacto discordante por cicatriz erosiva. El encajamiento se produjo en el punto más deprimido de la cuenca. Así el sistema fluvial que define la UCQH habría disectado la zona de coalescencia entre los abanicos aluviales del Oeste y Este de la Cuenca El Hielo que representan UGVH. En terreno no se preserva este contacto por qué la incisión actual de los valles ha aprovechado el contraste de competencia entre una unidad y otra para encajarse. Los abanicos aluviales tanto por el Oeste como por el Este de la Cuenca correspondientes a UGVH siguieron funcionando en la misma posición estratigráfica hasta que se modificó el nivel de base. Posteriormente al primer encajamiento de la red de drenaje, se depositaron discordantemente los flujos piroclásticos (Ignimbritas San Andrés) aprovechando las zonas más deprimidas en los paleovalles. Es posible observar estas relaciones en la actualidad en el sector NW de la Cuenca El Hielo. 4. Conclusiones En base a un análisis sedimentológico exhaustivo en terreno y entendiendo las relaciones laterales entre dos unidades anteriormente agrupadas en “Gravas de Atacama” (Naranjo y Paskoff, 1980; Mercado, 1982; Mortimer, 1973; Clark et al., 1967; Sillitoe et al., 1968) proponemos diferentes asociaciones de facies que constituyen diferentes medios sedimentarios con evolución sedimentológica diferente para la Unidad de Conglomerados “Quebrada el Hielo” y la Unidad de Gravas de “Vertientes del Hielo”.

735

AT 1 GeoloGía ReGional y Geodinámica andina

En una primera etapa se produciría el desmantelamiento de las Sierras circundantes a la Cuenca del Hielo mediante una activación de las estructuras compresivas. Como resultado se depositaron las Gravas de “Vertientes del Hielo” asociadas a los diferentes frentes orogénicos al Este y el Oeste. La Unidad de Conglomerados “Quebrada El Hielo” (Fig.1) correspondería a una segunda fase, dónde se produjo una apertura de la cuenca des del NE y probablemente asociado a un cambio hacia condiciones más húmedas. La UCQH presenta facies de gravas fluviales asociadas a un sistema de río trenzado con sectores con lámina permanente de agua que permitieron el desarrollo de niveles carbonatados. El afloramiento de esta unidad representa el punto más bajo con lo que la circulación de este sistema fluvial ya se organizaba en una paleotopografía dónde el punto más bajo de la cuenca se mantuvo estable. En una etapa posterior dónde ya se habría modificado el nivel de base regional, se produjo el primer encajamiento post depositación de UCQH y UGVH facilitando la distribución de las facies piroclásticas de Ignimbritas San Andrés. Esto permite inferir que la depositación y primera etapa de incisión corresponde a un período anterior a las edades K-Ar de 9.5±0.5 Ma. y 9.0±0.3 Ma. (Clark et al., 1967 y Sillitoe et al., 1968). La cartografía que presentamos modifica los polígonos correspondientes a Gravas de Atacama (Cornejo et al., 1993), disminuyendo su extensión areal ya que se comprobó en terreno que en muchas ocasiones las tonalidades y/o textura de las Gravas de Atacama (Cornejo et al., 1993) se confunden con el regolito de las unidades detríticas correspondientes a Estratos de Cerro los Carneros. Se propone a futuras ediciones de las hojas geológicas adaptar estas observaciones así como incorporar la subdivisión en 2 Unidades detríticas a lo anteriormente cartografiado como Gravas de Atacama (Cornejo et al., 1993). 5. Agradecimientos. Agradecemos al proyecto FONDECYT No11121529 y al Departamento de Geología de la Universidad de Atacama las facilidades para realizar la campaña de terreno. 6. Referencias. Clark A.H., Mortimer C., Sillitoe R.H. 1967. Implications of the isotopic ages of ignimbrites flows, Southern Atacama Desert, Chile. Nature, Vol. 215, No 5102, p. 723-724. Cornejo P., Mpodozis C., Ramírez C.F., Tomlinson A. (1993). Estudio geológico de la Región de El Salvador y Potrerillos: Servicio Nacional de Geología y Minería-Corporación del Cobre (inédito), p. 1-258.

Hidalgo G. 2014. Evolución Geomorfológica Neógena en la Alta Montaña del Río Copiapó, Andes Centrales del Norte de Chile: Sector Cuenca El Patón (LAT 27o8’16”-27o35’46”). Memoria de Título, Universidad de Atacama. Inédita. Iriarte S., Arévalo C., Mpodozis C. y Rivera O. (1996). Mapa geológico de la Hoja Carrera Pinto, Escala 1:100.000, Región de Atacama. Servicio Nacional de Geología y Minería, Chile. Carta Geológica No 3. Miall A. D. 1985. Architectural-Element Analysis: A New Method of Facies Analysis Applied to Fluvial Deposits. Earth- Science Reviews, 22, p. 261-308. Miall A. D. 2006. The geology of fluvial deposits. Editorial Springer, p. 875. Mercado M. (1982). Geología de la Hoja Laguna del Negro Francisco, Región de Atacama. Carta Geológica de Chile. Escala 1:100000. Mortimer C. 1973. The Cenozoic history of the southern Atacama Desert, Chile. Journal of the Geological Society of London 129, p. 505-526. Nalpas T., Dabard M.-P., Ruffet G., Vernon A., Mpodozis C., Loi A., Hérail G. 2008. Sedimentation and preservation of the Miocene Atacama Gravels in the Pedernales- Chañaral Area, Northern Chile: Climatic or tectonic control? Nalpas T., Dabard M.-P, Pinto L., Loi A. (2009). Preservation of the Miocene Atacama Gravels in Vallenar área, northern Chilean Andes: Climate, stratigraphic or tectonic control? XII Congreso Geológico Chileno. Naranjo J.A. y Paskoff R. 1980. Evolución geomorfológica del Desierto de Atacama entre los 26o y 33o Latitud Sur: Revisión cronológica. Revista Geológica de Chile, No 10, p. 85-89. Rossel K. 2014. Estratigrafía y estudio de provinencia de las sucesiones de gravas neógenas en la Cordillera Frontal del Valle del Huasco, Región de Atacama: Formación Laguna Grande (28o45’S). Memoria de Título, Universidad de Chile, 107p. Salazar E., Rodríguez M., Aguilar G., Coloma F. (2013). New U- Pb ages and geomorphological analysis for the Cantarito Gravels in the High Frontal Cordillera at 29oS latitude: Relict agraddational components of two Miocene pedimentation events. Bolletino di Geofisica (International Geological Congress of the Southern Hemisphere), 101. Schultz A.W. (1984). Subaerial debris-flow deposition in the Upper Paleozoic Cutter Formation, western Colorado: Jouran of Sedimentary Petrology v. 54, p.759-772. Sillitoe R.H., Mortimer C, Clark A.H. 1968. A chronology of landform evolution and supergene mineral alteration, Southern Atacama Desert, Chile. Inst. Min. Metall., Trans., Sect. B., Vol. 77, p. 166-169.

736

ST 4 ESTRATIGRAFÍA, ANÁLISIS DE CUENCAS Y PROCESOS SEDIMENTARIOS

Figura 1. Mapa geológico dónde en colores se representan las unidades que conforman el basamento en base a la información geológica de Mercado (1982), Cornejo et al., (1993) y Iriarte el al., (1996), y dónde en naranja y verde se representan las unidades detríticas continentales que presenta este trabajo.

Figura 2. Panel de facies para la UCQH y fotografías de detalle dónde se pueden observar algunas de las relaciones laterales entre facies.