Pliocene to present migration of the volcanic front, Andean Southern Volcanic Zone

Abstract

ABSTRACT. Between the Pliocene and the Present the volcanic belt from 33-34°S, at the northern end of the Southern Volcanic Zone (SVZ) of the Andes, narrowed into a single chain of volcanoes as the volcanic front migrated 35 km to the east and the boundary separating the volcanically quiescent zone to the north from the SVZ moved 25 km southward. These changes can be related to progressive flattening of the angle of subduction of oceanic lithosphere below the northern end of the SVZ. This resulted in 1. an increase in the rate of tectonic erosion of the continental margin causing eastward migration of the axis of the Chile Trench; and 2. a decrease in the volume and cooling of the asthenospheric mantle wedge above the subducted slab, and consequently, an increase in the depth of magma generation in the subarc mantle below this region. In contrast, the volcanic belt from 38-39°S, near the middle of the SVZ, broadened as the volcanic front migrated 35-80 km to the west over the same time period. At the northern end of the SVZ, increased crustal thickness caused by compressive deformation accentuated the decrease in the volume and the cooling of the subarc mantle associated with flattening of the angle of subduction. Increased importance of tectonic erosion of the continental crust towards the northern end of the SVZ, combined with the smaller volume and cooler subarc mantle wedge, resulted in 1. an increase in the importance of continental crust in the subducted slab-derived components added to the subarc mantle; 2. an increase in the relative importance of the slab-derived components in the smaller subarc mantle; and 3. conditions of greater depths and smaller degrees of partial melting, and consequently, increased significance of residual garnet in the subarc mantle. These conditions are 87Sr/86Sr ratios in magmas erupted at the northern end compared to farther south in the SVZ, and they may have been important factors in producing both the Pliocene porphyry copper deposits between 33-34°S as well as other Cenozoic porphyry copper mega-deposits farther north in the Chilean Andes. RESUMEN. Desde el Plioceno al Presente el cinturon volcanico comprendido entre 33° y 34°S, en el extremo norte de la Zona Volcanica Sur (ZVS) de los Andes, se enangosto hasta formar una sola cadena volcanica a medida que el frente volcanico migraba 35 km hacia el este y el limite que separaba la zona volcanica inactiva al norte de la ZVS se movia 25 km hacia el sur. Estos cambios podrian estar relacionados con la disminucion del angulo de subduccion de la litosfera oceanica bajo el extremo norte de la ZVS. Esta disminucion en el angulo de subduccion resulto en: 1. un aumento en la velocidad de la erosion tectonica del margen continental causando la migracion hacia el este del eje de la Fosa Chilena; y 2. una disminucion en el volumen y el enfriamiento de la cuna del manto astenosferico sobre la placa subductada y, consecuentemente, un aumento de la profundidad de la zona de generacion de magmas en el manto, bajo el arco en esta region. En contraste, el cinturon volcanico desde 38-39°S, cerca de la mitad de la ZVS, se ensancho a medida que el frente volcanico migraba 35-80 km hacia el oeste durante el mismo periodo. En el extremo norte de la ZVS, el aumento del espesor de la corteza causado por deformacion compresiva acentuo la disminucion en el volumen y enfriamiento del manto bajo el arco asociado a la disminucion del angulo de subduccion. El aumento de la importancia de la erosion tectonica de la corteza continental hacia el extremo norte de la ZVS, junto a un volumen menor y al enfriamiento de la cuna del manto bajo el arco, resulto en: 1. un aumento en la importancia de la corteza continental en la componente derivada de la placa subductada anadida al manto bajo el arco; 2. un aumento en la importancia relativa de los componentes derivados de la placa subductada en el manto disminuido bajo el arco; y 3. condiciones de mayor profundidad y grados menores de fusion parcial y, consecuentemente, un aumento del granate residual en el manto bajo del arco. Estas condiciones son consistentes con un modelo de contaminacion de la fuente en el manto propuesto para explicar el contenido alto de Sr y las razones altas de La/Yb y 87Sr/86Sr en magmas que hicieron erupcion en el extremo norte en comparacion con los de mas al sur en la ZVS. Ellos podrian haber sido factores importantes en la genesis de los depositos de porfido cuprifero pliocenos entre 33° y 34°S y tambien de otros mega-depositos cenozoicos de porfido cuprifero mas al norte en los Andes de Chile.