Relaciones de contacto de unidades volcánicas terciarias de
los Andes de Chile central (33°S): una reinterpretación 
sobre la base de dataciones ⁴⁰Ar/³⁹Ar

Francisco Fuentes	Departamento de Geología, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile  ffuentes@cec.uchile.cl
Mario Vergara	mariover@cec.uchile.cl
Luis Aguirre	luaguirr@cec.uchile.cl
Gilbert Féraud	UMR Géosciences Azur, CNRS-UNSA, Université de Nice-Sophia Antipolis, 06108 Nice Cedex 02, France  Gilbert.Feraud@unice.fr

RESUMEN

Se dan a conocer ocho edades ⁴⁰Ar/³⁹Ar de rocas de dos sectores de la Cordillera de los Andes cerca de los 33°S donde se presentan unidades volcánicas separadas por discordancias angulares. Estos sectores corresponden a la Cuesta de Chacabuco en la continuación norte del Valle Central y al Cerro Las Ollas en la parte oeste de la Cordillera de los Andes. En Cuesta de Chacabuco se reconoció la unidad Chacabuco, formada principalmente por basaltos, andesitas basálticas y rocas sedimentarias clásticas continentales. Esta unidad está cubierta, con discordancia angular, por flujos piroclásticos de la unidad Algarrobo, un complejo volcánico erosionado. Una edad plateau ⁴⁰Ar/³⁹Ar (roca total, basalto) de 28,8 ± 0,3 Ma fue interpretada como la mejor estimación de la edad del volcanismo para la unidad Chacabuco, mientras que las edades plateau obtenidas sobre anfíbolas de una lava de andesita basáltica y de un dique andesítico para la unidad Algarrobo, fueron 19,6 ± 0,3 y 18,6±0,4 Ma, respectivamente. Se detectó así un hiatus del orden de 8,6 Ma entre estas dos unidades. El Cerro Las Ollas ha sido un lugar clásico en la discusión acerca de la naturaleza del contacto entre unidades que han sido atribuídas a las formaciones Abanico y Farellones el que ha sido interpretado como discordancia de plegamiento y erosión o como contacto tectónico. Las nuevas edades obtenidas sobre biotita en tobas muestran una continuidad temporal para rocas situadas bajo y sobre el plano de contacto, evidenciando la pertenencia de estas tobas a un mismo evento volcánico. La mejor estimación de edad para este evento es la edad media ponderada de 20,1 ± 0,1 Ma. En consecuencia, la relación discordante observada en el cerro Las Ollas puede ser interpretada como intraformacional.

Palabras claves: Geocronología Ar-Ar, Discordancias, Volcanismo, Formación Farellones, Formación Abanico, Chile central.

ABSTRACT

Contact relationships of Tertiary volcanic units from the Andes of central Chile (33°S): a reinterpretation based on ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating. Eight ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages of rocks from two different areas of the Andes at ca. 33°S, where volcanic units separated by unconformities are exposed, are reported and discussed. These areas are Cuesta de Chacabuco at the northern prolongation of the Central Valley and Cerro Las Ollas at the western part of the Andean Range. In the Cuesta de Chacabuco area, the Chacabuco unit which consists of basalts, basaltic andesites, and continental sedimentary rocks is unconformably covered by pyroclastic flows of the Algarrobo unit, an eroded volcanic complex. A ⁴⁰Ar/³⁹Ar plateau age (whole rock, basalt) of 28.8±0.3 Ma was interpreted as the best estimate for the age of the volcanism of the Chacabuco unit whereas plateau ages obtained on amphibole crystals from basaltic andesite and andesitic dyke for the Algarrobo unit were 19.6±0.3 and 18.6±0.4 Ma, respectively. Thus, a hiatus on the order of 8.6 Ma exists between these two units. The Cerro Las Ollas area has been a disputed case in a long-standing discussion concerning the nature of the contact separating the Abanico and Farellones formations in the Andes of central Chile. The unconformable contact exposed there has been interpreted either as a folding and erosional unconformity or as a tectonic contact caused by 'décollement'. New ages obtained on biotite from tuffs fail to show a break in time between the rocks exposed below and above the disputed contact indicating that the tuffs belong to a same volcanic event. The best estimate for the age of this event is a ⁴⁰Ar/³⁹Ar mean weighted age of 20.1±0.1 Ma. Consequently, the unconformity present at Cerro Las Ollas may be considered to be of intraformational character.

Key words: Ar-Ar geochronology, Unconformities, Volcanism, Farellones Formation, Abanico Formation, Central Chile.

INTRODUCCION

Las unidades volcanoclásticas terciarias en los Andes de Chile forman un cinturón casi continuo entre los 23 y 35°S. Ellas varían en espesor desde 2 a 6 km y están compuestas de flujos de lavas, flujos piroclásticos, depósitos piroclásticos de caída y unidades piro-epiclásticas, depositadas en una serie de cuencas continentales (Zentilli, 1974; Vergara y Drake, 1979). En la década del 60, cuando las dataciones radiométricas eran de uso restringido, las diferentes unidades de este cinturón fueron principalmente correlacionadas a la distancia sobre la base de similitudes litológicas (Aguirre, 1960). Sin embargo, en la actualidad se conoce que estas unidades se hacen progresivamente más jóvenes hacia el sur (Thiele et al., 1991) y que ellas representan ambientes tectónico-volcánicos similares aunque diferidos en el tiempo: Cretácico tardío a Paleoceno a los 23°S en el norte de Chile (Marinovic et al., 1995) a Oligoceno-Mioceno a los 33-35°S en Chile central (Beccar et al., 1986; Kay et al., 1999; Vergara et al., 1999). Las unidades inferior y superior del cinturón se han denominado formaciones Abanico y Farellones, respectivamente (Aguirre, 1985).

Muñoz-Cristi (in Hoffstetter et al., 1957) propuso los nombres Abanico y Farellones para los estratos superiores de la Formación Porfirítica (Brüggen, 1950). Klohn (1960), sobre la base de criterios relacionados con ''fases de plegamiento'' y de correlación litológica a distancia, asignó una edad cretácica tardía a la Formación Abanico y una edad terciaria temprana a la Formación Farellones. Dataciones K-Ar (Munizaga y Vicente, 1982; Beccar et al., 1986; Gana y Wall, 1997) y ⁴⁰Ar/³⁹Ar (Gana y Wall, 1997; Vergara et al., 1999; Aguirre et al., 2000) posteriores indicaron que esas formaciones y estratos correlacionables con ellas pertenecen al Oligoceno y al Mioceno temprano, respectivamente. Mamíferos fósiles encontrados en estratos correlacionables con la Formación Abanico (= Coya Machalí), al sur de los 33°30'S, han permitido también confirmar la edad oligocena para esta formación (Wyss et al., 1990).

Las formaciones Abanico y Farellones consisten en depósitos volcánicos y volcanoclásticos continentales con escasos fósiles de valor cronológico. La unidad inferior (Abanico) está caracterizada por lavas básicas y amplios pliegues, y la unidad superior (Farellones) por un menor contenido de lavas básicas, habitualmente subhorizontales; en ambas unidades los depósitos de flujos piroclásticos son comunes. Como señalaron Rivano et al. (1990), la mayoría de los investigadores que han trabajado en estas formaciones consideran tres criterios para separarlas: i- la presencia de una discordancia angular que las separaría en varios lugares de los Andes; ii- las diferencias en el estilo estructural (mayor plegamiento en Abanico) y, iii- el color e intensidad de la alteración de sus rocas (mayor alteración en Abanico).

Aguirre (1960), en su estudio de la geología de los Andes del área del río Aconcagua, estableció una discordancia con débil expresión angular, que se manifiesta principalmente en forma de pseudoconcordancia, para la base de la Formación Farellones en su contacto con la Formación Abanico. Klohn (1960), en su estudio de la geología regional de los Andes de Chile central, menciona para este mismo contacto una discordancia angular en algunos lugares y una pseudoconcordancia en otros. En la Cordillera del Mesón (Fig. 1b), Jaros y Zelman (1969) analizaron la relación estructural entre las formaciones Abanico y Farellones, describiendo una discordancia angular de carácter regional entre estas dos formaciones, pero que ''en todos aquellos lugares donde la inclinación de ambas formaciones no difiere mucho, ellas parecen ser pseudo concordantes ... Pero hay otros lugares donde la discordancia es fácilmente observable'', por ejemplo, ''en las pendiente norte y sur del cerro Las Ollas". Sin embargo, estos mismos autores sugieren 'que cerca de la base de la Formación Farellones existe una gran falla o sistemas de fallas inversas' que indicarían posiblemente un 'detachment' en la base o cerca de la base de esta formación. Thiele (1980), en la Hoja Santiago (1: 250.000), mencionó una discordancia angular a escala mayor entre Abanico y Farellones y precisa que aunque ''fácilmente reconocible a escala mayor ... su plano es difícil de precisar con nitidez en terreno''. Este mismo autor habla de ''disconformidades intraformacionales locales'' en ambas formaciones. Charrier (1981) estableció una marcada discordancia angular entre las formaciones Abanico y Farellones. Godoy et al. (1996, 1999) han propuesto que el contacto entre ambas formaciones es, o bien concordante o bien el resultado de un sobreescurrimiento ('décollement') siguiendo localmente un nivel de ignimbrita de la base de la Formación Farellones. Godoy et al. (1999) reinterpretaron también de acuerdo a este modelo varios lugares clásicos de la discordancia entre las formaciones Abanico y Farellones en los Andes de Chile central, entre ellos el de Cerro Las Ollas, objeto del presente estudio.

FIG. 1.

Area estudiada en Chile central; a) Mapa de ubicación con las principales subdivisiones fisiográficas de Chile central. CC = Cordillera de la Costa; VC = Valle Central; CA = Cordillera de los Andes. El rectángulo negro representa el área estudiada; b) Localización de las muestras datadas mediante 40Ar/39Ar (números de muestras encerrados en rectángulos). Las cruces son edades de la Formación Lo Valle tomadas de Vergara y Drake (1979) y Wall et al. (1999). Líneas a trazos corresponden a ríos y quebradas.

Como se dijo anteriormente, dataciones K-Ar, ⁴⁰Ar/³⁹Ar y mamíferos fósiles han permitido establecer la edad oligocena y miocena temprana para las formaciones Abanico y Farellones, respectivamente. Sin embargo, la obtención de edades radiométricas confiables para estas formaciones es difícil, ya que rocas y minerales han sido afectadas regionalmente por un metamorfismo de enterramiento de muy bajo grado (Levi et al., 1989), al que se sobreimponen localmente alteraciones tipo campo geotérmico (Padilla y Vergara, 1985; Vergara et al., 1993). Esto ha dificultado realizar un muestreo sistemático y detallado de estas formaciones con fines geocronológicos. Por otra parte, al problema de la alteración se suma el hecho que la mayoría de las edades para estas formaciones han sido obtenidas mediante el método K-Ar, el cual no permite evaluar la validez de las edades obtenidas en caso de alteración y/o exceso de argón.

El objetivo de este trabajo es reinterpretar las relaciones de contacto entre las formaciones Abanico y Farellones en los Andes de Chile central (33°S) a la luz de recientes dataciones ⁴⁰Ar/³⁹Ar. Para ello se han seleccionado las localidades de Cuesta de Chacabuco, al oeste, y Cerro Las Ollas, al este, donde afloran rocas correlacionadas con las formaciones Abanico y Farellones, y para las cuales no existían dataciones radiométricas. Las edades propuestas por los diferentes autores, basadas en correlaciones a distancia, para las rocas de estas localidades han sido motivo de controversia. Es importante hacer notar que las ocho muestras analizadas aquí forman parte de un estudio geocronológico mayor, que considera un muestreo sistemático de todas las unidades volcánicas en los Andes de Chile central a los 33°S.

MARCO GEOLOGICO

Las localidades estudiadas se ubican en los Andes de Chile central a los 33°S aproximadamente, y corresponden, al oeste, a Cuesta de Chacabuco (70°45'W) en la continuación norte del Valle Central y, al este, a Cerro Las Ollas en la parte occidental de la Cordillera de los Andes (70°25'W) (Fig. 1).

La geología del área de Cuesta de Chacabuco ha sido sucintamente descrita por Fuentes et al. (2000, 2001), mostrando los principales rasgos geológicos, geoquímicos e isotópicos de las unidades allí aflorantes. Las edades atribuidas a las rocas que afloran en esta localidad han sido muy controvertidas. Todos los autores anteriores a Fuentes et al. (2000, 2001) han asignado nombres formacionales y edades diferentes a las rocas volcánicas que allí afloran, basados principalmente en correlaciones litológicas y estructurales. Aguirre (1960) las consideró equivalentes a la Formación Farellones de edad, según ese autor, Cretácico tardío, mientras Padilla (1981) y Moscoso et al. (1982) las consideraron equivalentes a las formaciones Lo Valle y Abanico que según estos autores serían del Cretácico tardío la primera y Cretácico tardío-Cenozoico temprano la segunda. Thiele (1980) en la Hoja Santiago, cuyo límite norte corresponde al paralelo 33°S, asigna estas rocas a la Formación Abanico cuya edad, según este autor, sería Cretácico tardío a Oligoceno. Posteriormente Rivano et al. (1993) en la Hoja Quillota-Portillo, asignaron el nombre de Formación Las Chilcas a la misma sucesión estratigráfica proponiendo una edad cretácica tardía para ella. Más recientemente, Wall et al. (1999) en la Hoja Tiltil-Santiago, cuyo límite norte es la latitud 33°S, representaron estas rocas como pertenecientes a la Formación Lo Valle, cuya edad ha sido ratificada por dataciones ⁴⁰Ar/³⁹Ar (edades plateau en plagioclasas al nivel de error 2s de 72,4±1,4, 71,9±1,4, y 71,4±1,4 Ma) en muestras recolectadas directamente al suroeste del área de Cuesta de Chacabuco, como pertenecientes al Cretácico tardío (Gana y Wall, 1997) (Fig. 1). Fuentes et al. (2000), apoyados en relaciones estratigráficas y estructurales de terreno, identificaron en esta localidad dos unidades volcánicas terciarias formadas por flujos de lavas y rocas volcanoclásticas sin fósiles de valor cronológico (Fig. 2). La más antigua, de edad asignada oligocena, que denominaron Chacabuco, presenta sus mejores afloramientos en la entrada sur del túnel Chacabuco, y la más reciente, de edad asignada miocena, que denominaron Algarrobo, sobreyace discordantemente a la anterior y corresponde a un complejo volcánico erosionado.

FiG. 2.

a) Mapa geológico del sector Cuesta de Chacabuco con la ubicación de las muestras datadas; b) Perfil esquemático del mismo sector, cuya orientación se muestra en la parte a) y en el que se han ubicado esquemáticamente las muestras datadas. No se ha dibujado el desplazamiento de los estratos en la falla que corta a la unidad Chacabuco, pues no se conoce exactamente éste. El plano de contacto entre las unidades Chacabuco y Algarrobo se ha dibujado para esquematizar el relleno de la paleodepresión por los productos volcánicos de la unidad Algarrobo.

Los resultados ⁴⁰Ar/³⁹Ar que se presentan en este trabajo indican que las rocas pertenecientes a la unidad Chacabuco son de edad oligocena en tanto que los estratos que se les superponen, correspondientes a la unidad Algarrobo, tienen edad miocena temprana. Ello confirma las edades atribuidas por Fuentes et al. (2000, 2001) a las unidades aflorantes en la localidad Cuesta de Chacabuco.

La localidad Cerro Las Ollas (Fig. 1) ha sido estudiada por Aguirre (1960), Padilla (1981), Moscoso et al. (1982) y Rivano et al. (1993) y mapeada en detalle por Jaros y Zelman (1969). También las edades asignadas a las rocas que afloran en esta localidad son controvertidas. Aguirre (1960), en su mapa 1: 100.000, trazó un contacto discordante entre las formaciones Abanico y Farellones en la ladera noroeste del Cerro Las Ollas atribuyéndoles edades Cenomaniano-Turoniano y Coniaciano-Santoniano, respectivamente (Fig. 3). Padilla (1981) y Moscoso et al. (1982) asignaron las rocas del Cerro Las Ollas a la Formación Abanico, que según estos autores tendría una edad Cretácico tardío-Cenozoico temprano. Rivano et al. (1993), en la Hoja Quillota-Portillo, consideran los estratos de este cerro como pertenecientes a la Formación Los Pelambres, cuya edad asignan al Cretácico temprano.

FIG. 3.

a) Mapa geológico del sector Cerro Las Ollas (tomado de Aguirre, 1960) con la ubicación de las muestras datadas. Líneas a trazos corresponden a quebradas; b) Perfil esquemático del mismo sector (modificado de Jaros y Zelman, 1969), cuya orientación se muestra en la parte a) y en el que las muestras datadas han sido ubicadas de manera esquemática.

Los presentes autores han constatado la existencia de una discordancia angular en el área del Cerro Las Ollas entre los estratos volcánicos asignados previamente a las formaciones Abanico y Farellones (Fig. 4). Se presentan aquí cuatro edades ⁴⁰Ar/³⁹Ar de rocas volcánicas ubicadas tanto bajo como sobre el plano de discordancia, las que han proporcionado edades muy uniformes correspondientes al Mioceno temprano.

FIG. 4.

Discordancia en el sector Cerro Las Ollas. Las líneas negras continuas marcan la estratificación arriba y abajo de la discordancia.

PROCEDIMIENTO ANALITICO Y RESULTADOS ⁴⁰Ar/³⁹Ar

Muestras de roca total de un basalto y de una andesita basáltica, dos grupos de cristales de anfíbola (200-900 µm), de 47 y 73 mg en peso, de muestras de andesita basáltica y andesita, y cuatro granos individuales de biotita (600-1000 µm) provenientes de tobas e ignimbritas, fueron analizadas por el método ⁴⁰Ar/³⁹Ar por pasos de calentamiento.

Los granos de anfíbola y biotita fueron extraídos directamente de la roca total triturada y cuidadosamente seleccionados con la ayuda de un microscopio binocular. Las muestras fueron irradiadas en el reactor nuclear de la Universidad McMaster en Hamilton, Canadá, en posición 5c. El flujo total de neutrones durante la irradiación es 1,3 y 3,2·10¹⁸ n cm^-2, con un gradiente de flujo máximo estimado en ±0,2% en el volumen donde las muestras fueron incluídas. Se usó la sanidina Fish Canyon (FCs, 28,02 Ma, Renne et al., 1998) como monitor de flujo. Los análisis en grupos de cristales fueron efectuados con un horno de alta frecuencia y un espectrómetro de masa compuesto por un tubo tipo M.A.S.S.E. con una curvatura de 120°, una fuente iónica Baür-Signer GS 98 y un multiplicador de electrones Balzers. La extracción de gas de granos individuales y de roca total fue llevada a cabo por un láser CO₂ Synrad 48-5 y el espectrómetro de masa fue un VG 3600 equipado con un sistema de detector Daly. Para análisis con el horno de alta frecuencia, los valores típicos de isótopos de argón fueron del orden de 20-250, 260-5600 y 4-40 veces los niveles de blancos para ⁴⁰Ar, ³⁹Ar y ³⁶Ar, respectivamente. Para análisis con el láser, los blancos fueron medidos cada tres pasos y los valores típicos de isótopos de argón fueron del orden de 60-200, 140-3200 y 2-8 veces los niveles de blancos para ⁴⁰Ar, ³⁹Ar y ³⁶Ar, respectivamente. Los criterios utilizados para definir edades plateau fueron los aplicados por Ruffet et al. (1991): 1- la región del plateau debería incluir al menos el 70% del total de ³⁹Ar liberado durante el análisis; 2- el plateau debería estar conformado al menos por tres pasos sucesivos de calentamiento, y 3- la edad integrada del plateau debería concordar con cada edad aparente de la región del plateau dentro de un error de 2s. Los errores en las edades plateau y en las edades deisócrona de cada paso están dados al nivel 2s. Los errores en las edades aparentes de cada paso (Tabla 1 y espectros de edad) están dados al nivel 1 s y no incluyen los errores en la edad del monitor. Sin embargo, el error en la razón ⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K del monitor está incluído en el cálculo del error de la edad plateau.

⁴⁰Ar* = ⁴⁰Ar radiogénico; Ca y K = producidos por interferencia neutrónica de Ca y K, respectivamente. Los errores son dados al nivel 1s y no incluyen el error en el valor del parámetro J. Factores de corrección para isótopos de interferencia fueron (³⁹Ar/³⁷Ar)_Ca = 7,06 x 10^-4, (³⁶Ar/³⁷Ar)_Ca = 2,79 x 10^-4 y (⁴⁰Ar/³⁹Ar)_K = 2,97 x 10^-2.

RESULTADOS EN EL SECTOR CUESTA DE CHACABUCO

Aquí aflora una sección de aproximadamente 500 m de espesor de flujos de basaltos y andesitas basálticas con intercalaciones de rocas sedimentarias y volcanoclásticas continentales, que se extienden desde la Cuesta de Chacabuco hacia el sur por más de 5 km. Esta sección ha sido denominada unidad Chacabuco por Fuentes et al. (2000) (Figs. 2a y 2b). Los mejores afloramientos de esta unidad se encuentran en la entrada sur del túnel Chacabuco, donde afloran basaltos y andesitas basálticas café rojizo en flujos de 5-20 m de espesor, parcialmente brechizados en la base y techo de cada flujo. Los estratos tienen un rumbo de 10°E y un manteo regular de 10-20°E (Figs. 2a y 2b). Las muestras de basalto y andesita basáltica analizadas por el método ⁴⁰Ar/³⁹Ar son porfíricas con masa fundamental intersertal a intergranular y contienen fenocristales de plagioclasa (An₉₁Ab₉Or₀ a An₅₀Ab₅₀Or₀), clinopiroxeno (En₅₀Fs₁₆Wo₃₄ a En₄₇Fs₇Wo₄₆) y olivino (Fo₇₄ a Fo₈₀); es común que los clinopiroxenos se presenten como glomerocristales de hasta 5 mm. Estas lavas son toleíticas (Fuentes et al., 2000) y presentan un contenido promedio de K₂O de 0,76%. Una sucesión de depósitos de ceniza de caída, lutitas, areniscas volcanoclásticas matriz-soportadas y conglomerados clasto-soportados, algunos de ellos con troncos fósiles, constituye la mayor proporción de la parte inferior de la unidad. Esta sucesión fue depositada en un ambiente lacustre a fluvial. Las rocas de la unidad Chacabuco están en contacto tectónico, mediante la falla Infiernillo, con la Formación Lo Valle (Cretácico Superior) por el oeste (Figs. 2a y 2b). Esta falla es un accidente tectónico mayor que habría controlado la subsidencia de la cuenca volcánica-continental del Oligoceno por el oeste.

Debido al contenido extremadamente bajo de K₂O en las plagioclasas de las lavas de esta unidad, un reflejo del carácter
marcadamente toleítico del magma, no fue posible obtener resultados de análisis ⁴⁰Ar/³⁹Ar sobre grupos de granos de plagioclasa. Esto obligó a efectuar dos análisis sobre roca total en dos muestras (FF10 y FF234), cuyas ubicaciones se presentan en las figuras 2a y 2b. La muestra FF10 tiene 85% de masa fundamental, 10% de clinopiroxeno, 4% de plagioclasa y 1% de olivino. Los tamaños de los fenocristales de clinopiroxeno varían entre 0,9 y 2,0 mm, los de plagioclasa son cercanos a 0,9 mm, y los de olivino varían entre 0,7 y 1,8 mm. La mayoría de los clinopiroxenos forman glomerocristales de tamaños variables entre 3,0 y 4,0 mm. La masa fundamental está compuesta de plagioclasa, clinopiroxeno, magnetita y material vítreo, este último representando un 5% del total de ésta. Los tamaños de los cristales en la masa fundamental varían entre 0,01 y 0,2 mm. La muestra FF234 tiene 80% de masa fundamental, 10% de clinopiroxeno, 8% de plagioclasa y 2% de olivino. Los tamaños de los fenocristales de clinopiroxeno varían entre 0,5 y 2,0 mm, los de plagioclasa entre 0,3 y 1,0 mm, y los de olivino entre 0,3 y 0,6 mm. De nuevo la mayoría de los clinopiroxenos forman glomerocristales de tamaños variables entre 2,7 y 5,0 mm. La masa fundamental está compuesta de plagioclasa, clinopiroxeno, olivino, magnetita y material vítreo, este último representando un 3% del total de ésta. Los tamaños de los cristales en la masa fundamental varían entre 0,01 y 0,2 mm. Es necesario indicar que ambas muestras no están exentas de alteración, aunque ésta es sólo ligera. En las dos muestras casi todos los olivinos están reemplazados por esmectita y magnetita, y la matriz vítrea ha sido transformada a esmectita.

Una edad plateau de 28,8 ± 0,3 Ma, que corresponde a 75% de ³⁹Ar liberado, fue obtenida en la muestra FF234 (Fig. 5a). Por su parte, la región relativamente plana de temperatura intermedia del espectro de edad desplegada por la muestra FF10 (correspondiente a 41% de ³⁹Ar liberado), entrega una edad media ponderada de 28,7 ± 0,6 Ma, concordante con la edad plateau de FF234 (Fig. 5b). Las dos muestras despliegan espectros de edad caracterizados por la disminución de las edades aparentes con el aumento de la temperatura. La forma de ambos espectros de edad es típica de rocas totales afectadas por 'recoil' de ³⁹Ar durante la irradiación (Huneke, 1976; Davis et al., 1989). Sin embargo, la disminución de las edades con la temperatura no es muy pronunciada, siendo mucho menor en la muestra FF234. Este menor 'recoil' de la muestra FF234 se refleja en el hecho que los últimos pasos del espectro no presentan un fuerte descenso en la edad, existiendo incluso un aumento en la edad aparente en el último paso. En ambas muestras, los últimos dos pasos corresponden a la desgasificación de fases minerales ricas en Ca y pobres en K (piroxeno, olivino y plagioclasa), como es corroborado por el aumento de la razón ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K en el espectro correspondiente. La razón ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K es proporcional a la razón CaO/K₂O, siguiendo la relación CaO/K₂O = 2,179 x ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K . Estas fases minerales, probablemente, incorporaron ³⁹Ar durante el "recoil", efecto claramente perceptible en la muestra FF10 que presenta una fuerte disminución en la edad aparente en los dos últimos pasos. Por todo lo anterior, se han considerado estas edades probablemente indicativas de la edad del volcanismo. Las edades obtenidas para las muestras FF10 y FF234 por medio de los espectros de edad son concordantes, dentro del margen de error, con aquéllas desplegadas en los diagramas de correlación (³⁶Ar/⁴⁰Ar versus ³⁹Ar/⁴⁰Ar, no dados, con los mismos pasos que las edades plateau) de 28,5±1,2 y 28,0±1,3 Ma, respectivamente (Tabla 2). Sin embargo, debido a que los puntos están muy agrupados en el diagrama, las edades y las razones ⁴⁰Ar/³⁶Ar iniciales obtenidas a partir de los diagramas de correlación para ambas muestras, no están bien precisadas, de modo que no entregan una información muy útil.

FIG. 5.

Espectros de edad 40Ar/39Ar y de la razón 37ArCa/39ArK obtenidos en rocas totales de la unidad Chacabuco (partes a)y b) y en grupos de cristales de anfíbola de la unidad Algarrobo (partes c) y d)). Los errores en las edades aparentes son dados al nivel 1s. Con excepción del espectro de la muestra FF10 en la parte b), el resto de los espectros señala edades plateau. La edad mostrada en el espectro; b) corresponde a una edad media ponderada. Los errores en las edades plateau y en la edad media ponderada son dados al nivel 2s.

Los depósitos de flujos piroclásticos, nubes ardientes, lahares, lavas intermedias a básicas, tobas y rocas sedimentarias continentales, principalmente areniscas, del complejo volcánico que constituye la unidad Algarrobo, se disponen con fuerte discordancia angular sobre las lavas básicas y rocas sedimentarias continentales de la unidad Chacabuco (Figs. 2a y 2b). Morfológica, litológica y estructuralmente, esta unidad corresponde a un complejo volcánico erosionado. Uno de los paleocentros de este complejo volcánico está localizado cercano al cerro Algarrobo, y otro paleocentro cercano al cerro Cobre de Chacabuco. El primero presenta un diámetro de aproximadamente 5 km y su cima está coronada por un stock de dacita (Fig. 2a). Las rocas del paleocentro del cerro Algarrobo son principalmente lavas de composición andesítica, depósitos de flujos piroclásticos y de nubes ardientes, también de composición andesítica, distribuídos periclinalmente desde la cumbre del estratovolcán. Uno de estos flujos piroclásticos desciende hacia el sur-oeste, en dirección del Cerro Guanaco, y se apoya sobre las coladas de basaltos y andesitas basálticas de la unidad Chacabuco con fuerte discordancia angular (Figs. 2a y 2b).

Los flujos piroclásticos y las lavas de la unidad Algarrobo están autobrechizados y conforman estratos individuales de 10 a 30 metros de espesor. Las lavas son porfíricas con masa fundamental intersertal y fenocristales de plagioclasa (An₈₇Ab₁₃Or₀ a An₃₀Ab₆₇Or₃), anfíbola (magnesiohastingsita y pargasita) en cristales euhedrales de hasta 1 cm de longitud, y en menor proporción ortopiroxeno (En₇₃Fs₂₄Wo₃ a En₇₁Fs₂₅Wo₄) y clinopiroxeno (En₄₃Fs₂₀Wo₃₇ a En₄₃Fs₁₀Wo₄₇). La matriz de los flujos piroclásticos es clástico-volcánica y contiene cristales de anfíbola, similares a los de las lavas y fragmentos de andesitas de anfíbola de entre <1 cm a 2 m. La unidad Algarrobo está cortada por un enjambre de diques y filones manto de andesitas de anfíbola, de composición y edad muy similares a los flujos de lava (Fig. 2b).

Se analizaron dos grupos de cristales de anfíbola provenientes de dos muestras de la unidad Algarrobo. El espectro de edad desplegado por la muestra FF26 (Fig. 5c), que corresponde a un flujo de lava próximo al flujo piroclástico que se apoya sobre las lavas superiores de la unidad Chacabuco, indica una edad plateau de 19,6 ± 0,3 Ma, que corresponde a 95% de ³⁹Ar liberado. La razón CaO/K₂O, observable a través del espectro de ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K , es muy constante y concuerda con la razón calculada a partir de análisis de microsonda electrónica (CaO/K₂O variable entre 34,4 y 37,2), demostrando la alta pureza de las anfíbolas analizadas. El diagrama de correlación para esta muestra despliega una edad de 19,6 ± 0,6 Ma y una razón ⁴⁰Ar/³⁶Ar inicial atmosférica (Tabla 2). El análisis de anfíbolas de la segunda muestra (FF34), correspondiente a un dique andesítico, presenta una edad plateau de 18,6 ± 0,4 Ma (Fig. 5d) con 91% de ³⁹Ar liberado, aún cuando las edades aparentes del espectro de edad aumentan ligeramente con la temperatura. Este ligero aumento en las edades aparentes no puede ser explicado por la liberación de Ar asociado a fases de alteración, pues la razón ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K del material analizado es constante y acorde con la calculada mediante análisis de microsonda electrónica (CaO/K₂O variable entre 35,5 y 59,9), lo que indica que se trata de anfíbola pura. La edad de 19,5 ± 1,0 Ma, obtenida a partir del diagrama de correlación (Tabla 2), es concordante dentro del error con la edad plateau.

RESULTADOS EN EL SECTOR CERRO LAS OLLAS

En el sector del Cerro Las Ollas (2770 m.s.n.m., 32°57'4'S y 70°28,5'W) ubicado en la parte más occidental de la cordillera del Mesón (Fig. 1), es posible observar una nítida discordancia angular entre estratos volcánicos continentales allí aflorantes (Fig. 4). Este contacto ha constituido un motivo de controversia debido a las diversas interpretaciones propuestas por varios autores para explicar su geometría. Aguirre (1960) y Jaros y Zelman (1969) interpretaron este contacto como una discordancia angular tectónica entre las formaciones Abanico y Farellones, mientras que Godoy et al. (1999) lo consideraron como el producto de un 'décollement' con vergencia oeste de la ignimbrita basal de la Formación Farellones sobre ambas formaciones.

Las figuras 3 y 4 muestran las relaciones estructurales de las rocas volcánicas que allí afloran. Los estratos que subyacen al plano de discordancia o 'décollement', corresponden a brechas volcánicas, tobas brechosas de lapilli líticas con amígdalas y vesículas alargadas, que pueden ser consideradas como flujos piroclásticos, lavas brechosas basálticas y andesítico-basálticas porfíricas, y lavas andesíticas afaníticas subordinadas. Estratos de conglomerado afloran en forma muy localizada y numerosos diques afaníticos de composición andesítica cortan la sucesión estratigráfica. Los minerales más característicos de estas rocas son biotita, plagioclasa albitizada y cuarzo. La disposición de las capas, aunque localmente variable, es en su mayor parte N30°E/35°SE. Los estratos suprayacentes al plano de discordancia o'décollement', son tobas de ceniza lítico-cristalinas, tobas de lapilli líticas, ignimbritas, brechas volcánicas, y flujos de lava brechosos, andesíticos, subordinados e intercalados. En la base de este conjunto de estratos, cerca del plano de discordancia, las ignimbritas son predominantes o bien constituyen el único tipo de roca aflorante. Al igual que en el conjunto de estratos bajo el contacto, los minerales más característicos son biotita, plagioclasa albitizada y cuarzo. Los estratos ignimbríticos individuales tienen un espesor de 20-30 m y disposiciones variables entre N25°W/25°E y subhorizontales. Varios diques andesíticos con fenocristales de anfíbola y plagioclasa atraviesan estos estratos.

Se analizaron cuatro granos individuales de biotita pertenecientes a cuatro muestras diferentes: dos muestras de rocas situadas bajo el plano de contacto (FF246 y FF250) y dos de rocas sobre este plano (FF242 y FF245) (Figs. 3a y 3b). Las dos primeras muestras son tobas brechosas de lapilli líticas con amígdalas y vesículas alargadas; los fragmentos líticos son principalmente andesitas y subordinadamente riolitas. Los fragmentos cristalinos corresponden a plagioclasa albitizada, biotita y piroxeno, mientras que la matriz está compuesta de un agregado de cristales de feldespato y cuarzo. Estas dos muestras, aunque de diferentes sitios geográficos, provienen de acuerdo a su similitud litológica y a su posición en las columnas estratigráficas realizadas a través del contacto, al parecer de un nivel estratigráfico comparable. Una edad plateau de 20,1 ± 0,2 Ma, correspondiente a 71% de ³⁹Ar liberado, se obtuvo del análisis de un cristal de biotita en FF246 (Fig. 6a). Esta edad concuerda con la edad de 19,8±0,2 Ma dada por el diagrama de correlación (Tabla 2), que despliega una razón ⁴⁰Ar/³⁶Ar inicial atmosférica. Un cristal de biotita en FF250 entregó un espectro de edad (Fig. 6b) con una edad plateau de 20,0±0,2 Ma correspondiente a 97% de ³⁹Ar liberado. El diagrama de correlación para esta biotita indica una edad de 20,4±0,3 Ma y una razón ⁴⁰Ar/³⁶Ar inicial ligeramente más baja que la atmosférica (Tabla 2).

FIG. 6.

Espectros de edad 40Ar/39Ar obtenidos en granos individuales de biotita de muestras del sector Cerro Las Ollas. Todas las edades señaladas sobre los espectros son edades plateau. Los errores en las edades aparentes son dados al nivel 1s, mientras que las edades plateau tienen un error al nivel 2s.

Las muestras FF242 y FF245 son tobas de ceniza lítico-cristalinas. Los fragmentos líticos son predominantemente andesitas y los cristales corresponden a plagioclasa albitizada y biotita; la matriz está formada por un agregado de cristales de feldespato y cuarzo. Estratigráficamente, la muestra FF242 está situada sobre la FF245. Un cristal de biotita de FF242 entregó una edad plateau de 20,1±0,4 Ma, correspondiente a 74% de ³⁹Ar liberado (Fig. 6c). La porción intermedia del espectro de edad está caracterizada por bajas edades aparentes, lo cual indica probablemente una ligera alteración de la biotita, situación ratificada en la sección delgada para el microscopio. La edad de 20,4±0,6 Ma obtenida del diagrama de correlación para esta misma biotita (Tabla 2) es concordante con la edad plateau, mientras que la razón ⁴⁰Ar/³⁶Ar inicial es indistinguible de la atmosférica dentro del error. El espectro de edad para un cristal de biotita de la muestra FF245 (Fig. 6d) muestra una edad plateau de 20,2±0,3 Ma (con 95% de ³⁹Ar liberado), en buena concordancia con la edad del diagrama de correlación de 20,1±0,3 Ma (Tabla 2), con una razón ⁴⁰Ar/³⁶Ar inicial indistinguible de la atmosférica.

DISCUSION

SECTOR CUESTA DE CHACABUCO

Los datos geocronológicos aquí presentados permiten definir en esta localidad la presencia de dos unidades volcánicas diferentes en el tiempo, pertenecientes a distintos eventos volcánicos y que tienen una relación de discordancia angular. Para la unidad Chacabuco, la más antigua, se obtuvieron dos edades con valores indistinguibles dentro del nivel de error 2s. La única edad plateau obtenida, de 28,8 ± 0,3 Ma (Oligoceno), es considerada en consecuencia como la mejor estimación de la edad del volcanismo. Considerando que las muestras datadas corresponden a niveles cercanos a la base y al techo de la unidad Chacabuco (Fig. 2b), estas rocas se habrían emplazado en un lapso de tiempo muy corto. No se pudieron datar mediante ⁴⁰Ar/³⁹Ar muestras de lavas de esta unidad directamente subyacentes a la base de la unidad Algarrobo debido al bajo contenido de K₂O tanto en las plagioclasas como en la roca total. La edad de la unidad Chacabuco junto con la edad plateau de 19,6 ± 0,3 Ma (muestra FF26) obtenida en los flujos basales de la unidad Algarrobo sobreyacente, permiten deducir un probable hiatus del orden de 8,6 Ma entre ambas unidades, considerando los errores de las edades (Fig. 7a).

FIG. 7. a) Espectros de edad 40Ar/39Ar obtenidos en el sector Cuesta de Chacabuco. Las muestras FF10 y FF234 son rocas totales de la unidad Chacabuco, mientras que las muestras FF26 y FF34 son grupos de cristales de anfíbola de la unidad Algarrobo; b) Espectros de edad 40Ar/39Ar obtenidos en el sector Cerro Las Ollas. Las muestras FF246 y FF250 se ubican bajo el plano de contacto, mientras que las muestras FF242 y FF245 se encuentran sobre este plano.

El probable hiatus de 8,6 Ma entre el techo de la unidad Chacabuco y la base de la unidad Algarrobo, por primera vez detectado en las unidades volcánicas del Terciario de los Andes de Chile central, coincide con un período durante el cual la corteza habría experimentado un fuerte engrosamiento, de acuerdo a la interpretación de los antecedentes geoquímicos de Fuentes et al. (2000). Considerando que en la localidad tipo de las formaciones Abanico y Farellones existe una casi total continuidad cronológica entre estas formaciones que abarcan en conjunto un lapso de tiempo entre los 30,9 Ma y los 16,6 Ma (Nyström et al., 2002), el hiatus que aquí se pone en evidencia representa sólo un fenómeno local. Este se relacionaría con la posición de la unidad Chacabuco, cercana a un borde de cuenca controlado por la falla normal Infiernillo, como posiblemente también a la migración de la actividad magmática hacia el este con el tiempo. La hipótesis que este hiatus se origine debido a la migración de la actividad magmática se refuerza con edades K-Ar conocidas en el área de Huechún, aproximadamente 9 km al oeste de los afloramientos más occidentales de la unidad Chacabuco. En esta área, Drake et al. (1976), dataron dos muestras pertenecientes a flujos de lava andesíticos de piroxeno obteniendo edades de 30,9±1,6 Ma y 27,9±1,4 Ma, a un nivel de error de 2s. Estos mismos autores dataron en 20,6±0,4 Ma (nivel de error 2s) una toba lítica cristalina próxima a estas lavas y conectada a un cuello volcánico. Estas edades podrían sugerir un lapso de tiempo de entre 5,5 y 12,3 Ma donde no hubo deposición en el área de Huechún, que concuerda con el probable hiatus detectado en el sector estudiado aquí.

Los nuevos antecedentes de terreno y geocronólogicos del área Cuesta de Chacabuco presentados en este trabajo, difieren bastante de las interpretaciones anteriores. Según diversos autores, las rocas allí presentes han sido consideradas como pertenecientes a una sola unidad, Farellones en Aguirre (1960); Lo Valle en Thomas (1958) y Wall et al. (1999); Las Chilcas en Rivano et al. (1993) y Abanico en Thiele (1980); Padilla (1981) y Moscoso et al. (1982), con edades variables entre el Cretácico tardío y el Terciario temprano.

Los estratos de la unidad Chacabuco se asemejan litológicamente y en edad al Miembro Superior de la Formación Abanico, y la unidad Algarrobo se asemeja, por las mismas razones, al Miembro Superior de la Formación Farellones en sus localidades tipo situadas aproximadamente a 25 km al sureste de la Cuesta de Chacabuco, tal como han sido descritos por Nyström et al. (2002).

SECTOR CERRO LAS OLLAS

Los antecedentes bibliográficos señalan a este cerro como uno de los lugares clave para la observación de una discordancia de plegamiento y erosión entre las formaciones Abanico y Farellones. Sin embargo, las cuatro edades plateau ⁴⁰Ar/³⁹Ar obtenidas en biotitas de rocas de este sector son indistinguibles unas de otras dentro del error 2s (Fig. 7b), mostrando así una continuidad temporal de los estratos situados arriba y abajo de la discordancia. Este traslapo de edades lleva a concluir que las cuatro rocas datadas corresponden a productos de un mismo evento volcánico ocurrido a los 20,1±0,1 Ma, la edad media ponderada de las cuatro edades plateau, la cual representa posiblemente la mejor estimación para la edad del volcanismo. Esta contemporaneidad se ve reforzada también por la litología similar existente arriba y abajo de la discordancia. Las edades ⁴⁰Ar/³⁹Ar aquí obtenidas para rocas volcánicas situadas bajo el plano de contacto son más jóvenes que las conocidas para Formación Abanico en su localidad tipo establecida como oligocena (Nyström et al., 2002). Los antecedentes geocronológicos y litológicos permiten, sin embargo, correlacionar los estratos bajo y sobre el plano de contacto con los del Miembro Inferior de la Formación Farellones en su localidad tipo, los que presentan edades menores que 21,6 Ma (Nyström et al., 2002).

Los resultados obtenidos hacen difícil aceptar la posibilidad que el plano de discordancia observado en el sector del Cerro Las Ollas corresponda a una discordancia de plegamiento y erosión que separa dos formaciones de edades diferentes afectadas por eventos de deformación distintos, tal como ha sido interpretado por la mayoría de los autores. La carencia de rasgos estructurales típicos de corrimiento o retrocorrimiento son otros antecedentes que impiden considerar un contacto de este tipo. La relación estructural allí expuesta puede ser satisfactoriamente explicada como una discordancia intraformacional generada por el apilamiento de estratos volcánicos generados durante la actividad de edificios volcánicos contiguos caracterizada por la superposición de depósitos de flujos piroclásticos, de colapso, de deslizamientos gravitacionales y de caída, provenientes de diferentes centros emisores próximos. Más aún, esta discordancia intraformacional puede producirse por erupciones provenientes de diferentes sitios de un mismo aparato volcánico, como por ejemplo, desde el cono central, desde el flanco u otros.

CONCLUSIONES

La comparación de los dos sectores estudiados muestra que diferentes relaciones de contacto pueden ser encontradas entre unidades volcánicas asignadas sin edades radiométricas a las formaciones Abanico y Farellones. Así en el sector Cuesta de Chacabuco una discordancia y un hiatus temporal separan estratos correlacionables con el Miembro Medio de la Formación Abanico de aquellos comparables con el Miembro Superior de la Formación Farellones, mientras que en el sector Cerro Las Ollas, estratos correlacionables con el Miembro Inferior de la Formación Farellones presentan una discordancia intraformacional. Estas diferentes relaciones de contacto son esperables en terrenos volcánicos. Más aún, para el origen del Miembro Inferior de Farellones se han propuesto posibles ambientes de calderas (Thiele et al., 1991), en los cuales se producirían en tiempos muy cortos relaciones discordantes, como la observada en el sector Cerro Las Ollas.

Tal como han expresado Elgueta et al. (1999, 2000) y Nyström et al. (2002), y como es indicado en el presente estudio, para resolver problemas de correlaciones en terrenos volcánicos próximos a los centros de emisión y que, además, incluyen calderas, se requiere de un mapeo detallado y de estudios geocronológicos precisos. En terrenos volcánicos se vuelve más importante realizar un mapeo de facies y utilizar capas guías que hacer perfiles generales y correlaciones litológicas.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Proyecto FONDECYT 1990050 por el financiamiento de esta investigación; Proyecto CNRS/CONICYT por la ayuda económica otorgada a uno de los autores (FF) mediante la cual pudo realizar las dataciones ⁴⁰Ar/³⁹Ar en el Laboratorio de Geocronología de Geosciences Azur en la Universidad de Niza, Francia; División Andina de la Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO) por permitir el acceso al camino del 'relaveducto'. A los evaluadores B. Levi (Universidad de Estocolmo, Suecia), F. Munizaga (Universidad de Chile) y E. Godoy (SERNAGEOMIN, Chile) por sus constructivos comentarios y sugerencias que ayudaron a mejorar la versión original del manuscrito. A J. Vargas (Universidad de Chile) por su valiosa ayuda en la separación de minerales.

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Manuscrito recibido: Abril 5, 2002; aceptado: Octubre 25, 2002.