Cenozoic uplift and exhumation above the southern part of the flat slab subduction segment of Chile (28.5-32°S)

Abstract

En esta tesis se incluyen los resultados y conclusiones de un estudio de geomorfología tectónica en los Andes del Norte Chico de Chile (28,5-32°S) orientado a reconstruir la evolución del relieve desde el Neógeno en esta región. Los periodos de alzamiento principales son determinados a través del análisis geomorfológico de paleosuperficies, la geocronología de U-Pb circón en niveles volcánicos sobreyacientes y la isotopía cosmogénica. A su vez, las variaciones espaciales y temporales en la exhumación son determinadas al combinar la termocronología de trazas de fisión en apatito (AFT) y de (U-Th)/ He en apatito (AHe) con geocronología de U-Pb circón a ambos lados del frente topográfico que separa la Cordillera de la Costa de la Cordillera Frontal. Las rocas mesozoicas de la Cordillera de la Costa presentan edades AFT entre ~ 60 y 40 Ma y edades AHe alrededor de 30 Ma, mientras que las rocas Paleozoicas y Cenozoicas de la Cordillera Frontal presentan edades AFT y AHe entre ~ 40 y 8 Ma y ~ 20 y 6 Ma, respectivamente. El modelamiento termal de los datos termocronológicos indica que la Cordillera de la Costa fue exhumada de manera acelerada entre ~ 65-50 Ma y fue escasamente exhumada desde ~ 45 Ma hasta, al menos, ~ 30 Ma. La exhumación acelerada entre ~ 65-50 Ma se correlaciona con eventos tectónicos compresivos del Mesozoico Tardío al Cenozoico Temprano. Al norte de 31°S, los modelos termales indican que la exhumación comenzó antes de ~ 30 Ma al pie del frente topográfico. En este sector la exhumación fue continua hasta los 20 Ma, mientras que hacia el este, episodios de exhumación acelerada tuvieron lugar ~ 22-18 Ma y ~ 7 Ma. La exhumación Oligocena se correlaciona con la denudación de una cadena montañosa Eocena ubicada a lo largo del eje de la Cordillera Frontal, mientras que los episodios de exhumación durante el Mioceno Temprano y Tardío se correlacionan con la inversión tectónica progresiva de una cuenca extensional de intra-arco que se desarrolló durante el Oligoceno a lo largo del actual límite de Chile y Argentina. Al sur de los 31°S, el frente topográfico se habría desarrollado con posterioridad, comenzando con un episodio de exhumación acelerada entre los 22-16 Ma al pie del frente topográfico y extendiéndose hasta el Mioceno Tardío hacia el este. La exhumación acelerada a 22-16 Ma en esta área se correlaciona con la inversión de la cuenca extensional de Abanico, desarrollada entre el Eoceno y el Oligoceno al sur de 32°S. Antes del Mioceno Temprano, una extensa pediplanicie cercana al nivel del mar dominaba el paisaje de la actual Cordillera de la Costa. Al norte de los 31°S, esta superficie se desarrolló al pie de un relieve Eoceno reconocido por la termocronología, mientras que al sur de los 31°S lo hizo al oeste del cordón magmático Eoceno. El desarrollo de esta pediplanicie es consistente con la escasa exhumación sufrida por la Cordillera de la Costa durante el Eoceno-Oligoceno Tardío como indican los datos termocronológicos. La pediplanicie fue dislocada durante el Mioceno Temprano generando el alzamiento de ~ 1,1 km de la Cordillera de la Costa oriental respecto de la Cordillera de la Costa occidental. Posteriormente, durante el Mioceno Tardío, tanto la Cordillera de la Costa oriental como la occidental fueron alzadas ~ 1,2 km. Una nueva superficie de bajo relieve formada por plataformas de abrasión marina a lo largo de la costa y por strath terraces y pedimentos al interior de los valles principales se desarrolló entre el Pleistoceno Temprano y Medio en la Cordillera de la Costa occidental y finalmente se alzó ~ 150 m post-500 ka. Los principales eventos de alzamiento y/o exhumación acelerada identificados para el Mioceno Temprano, el Mioceno Tardío y el Pleistoceno Medio se correlacionan con episodios de incremento de la deformación contraccional reconocidos ampliamente a lo largo de los Andes Centrales, que habrían comenzado después del quiebre de la placa de Farallón en las placas de Nazca y Cocos a los 25 Ma.