U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

ROTACIONES TECTÓNICAS Y ORIGEN DEL ORÓCLINO BOLIVIANO: 1) COMPILACIÓN DE DATOS E IMPORTANCIA DE LA

DEFORMACIÓN PALEÓGENA EN EL NORTE DE CHILE

ARRIAGADA C. 1, ROPERCH P. 2, FERNANDEZ R. 3

1 Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803. Santiago, Chile. cearriag@cec.uchile.cl 2 IRD/ Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803. Santiago, Chile. properch@cec.uchile.cl 3 Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803. Santiago, Chile. rodrigokoan@hotmail.com INTRODUCCIÓN El Oróclino Boliviano es una de las características más importantes de toda la cadena Andina (Figura 1). Su origen es materia de constante investigación y debate. En 1988, Isacks indicó que la curvatura oroclinal se habría desarrollado durante el alzamiento del plateau del Altiplano-Puna en el Neógeno. Lo anterior implica una rotación antihoraria al norte de la latitud de Arica y una rotación horaria al sur. Este modelo es consistente con los primeros resultados de paleomagnetismo obtenidos la mayor parte a lo largo del antearco (ej. Beck, 1988). En los últimos años numerosos estudios paleomagnéticos han sido efectuados en los Andes Centrales. Las rotaciones más fuertes se concentran en la región del antearco del sur de Perú (antihorarias) y en el antearco del norte de Chile (horarias) entre las regiones de Antofagasta y Copiapó (Figuras 1 y 2). Las rotaciones son menos importantes hacia el este en la región de trasarco. Aunque algunos modelos simples han sido propuestos para explicar las rotaciones observadas, la geometría y el estilo de la deformación son muy heterogéneos y no existe un modelo que integre los datos paleomagnéticos con los datos estructurales. En este trabajo presentamos una compilación actualizada de los datos paleomagnéticos obtenidos en los Andes Centrales. Esta compilación muestra la magnitud, error y distribución espacial de las rotaciones. A partir de lo anterior es posible formular algunas hipótesis acerca de la evolución del Oróclino Boliviano y refinar el modelo tectónico de Isacks. Los datos obtenidos en el norte de Chile apuntan a que las rotaciones horarias son una característica importante en la deformación desde la Cordillera de la Costa hasta la Cordillera de Domeyko en gran parte del norte de Chile. Estas rotaciones ocurrieron probablemente durante el Paleógeno. ROTACIONES TECTÓNICAS EN EL ALTIPLANO-PUNA Y SUR DE PERÚ En la región del Altiplano-Puna existe una buena correlación entre la orientación de las estructuras principales y la magnitud de las rotaciones (Figura 1). Los estudios realizados sugieren que las rotaciones se produjeron principalmente en el Neógeno durante el alzamiento del plateau (Roperch et al., 2000). Más al este, en la Zona Subandina, rotaciones horarias observadas en rocas de edad Paleozoico y del Oligoceno-Mioceno están asociadas a la deformación de la cadena Subandina durante el Mioceno Superior-Plioceno (Roperch et al., 2000; Lamb, 2001).

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

Mientras que en la región del Altiplano-Puna los datos paleomagnéticos son consistentes con el modelo de Isacks, en la región del antearco la situación es diferente. En el antearco del sur de Perú, rocas Mesozoicas y Paleocenas muestran rotaciones antihorarias de 25 a 40º (Figura 1; Roperch et Carlier, 1992; Macedo Sanchez et al., 1992; Roperch et al., 2002a, b). Sin embargo, ignimbritas del Mioceno Inferior que afloran en el sur de Perú y en la región de Arica, no muestran evidencias de rotación (Roperch et al., 2000), implicando que el sur de Perú habría rotado esencialmente antes del Neógeno. Roperch et al. (2000) sugirieron que el sur de Perú habría rotado en el Paleógeno principalmente durante el Eoceno. Estas rotaciones fueron explicadas por Roperch et al. (2000) como consecuencias de la deformación Incaica observada en el antearco del sur de Perú. Datos paleomagnéticos recientes permiten acotar mejor la edad de las rotaciones en esta región. Roperch et al. (2002a,b) mostraron evidencias de rotación en unidades de edad Eoceno Superior-Oligoceno. demuestran que las rotaciones ocurrieron esencialmente entre el Oligoceno y el Mioceno Inferior. alrededor de los 30 Ma, las que estarían probablemente controladas por el acortamiento ocurrido en la Cordillera Oriental entre el Eoceno Superior al Mioceno Inferior (McQuarrie y DeCelles, 2001; Müller et al., 2002). ROTACIONES TECTÓNICAS EN EL NORTE DE CHILE En el antearco del norte de Chile los primeros estudios paleomagnéticos fueron efectuados principalmente a lo largo de la Cordillera de la Costa en rocas volcánicas e intrusivas de edad Jurásico a Cretácico Inferior (ej. Randall et al., 1996). Contrariamente a la hipotesis propuesta por Isacks (1988) los resultados fueron explicados por medio de modelos domino muy simples y discutibles. La mayor parte de los estudios asociaron las rotaciones horarias observadas en la Cordillera de la Costa a movimientos sinistrales ocurridos a lo largo del Sistema de Fallas de Atacama durante el Cretácico Inferior. Estudios recientes han demostrado que las rotaciones horarias no se observan solamente en la Cordillera de la Costa, sino también a través de todo el antearco, en la Depresión Central y en la Cordillera de Domeyko (Figura 1,2; Arriagada et al., 2000; Randall et al., 2001; Somoza and Tomlinson, 2002; Taylor et al., 2001; Arriagada et al., 2003). EDAD DE LAS ROTACIONES EN EL NORTE DE CHILE El antearco del norte de Chile ha registrado varios eventos de deformación a través del tiempo desde el Mesozoico inferior. Las rotaciones observadas podrían ser entonces el resultado de uno o varios episodios de deformación. La figura 2 muestra que cualquiera sea la edad de la magnetización o edad de las unidades estudiadas, las rotaciones en unidades del Jurásico y Cretacico “medio” no son sistemáticamente mayores que aquellas observadas en unidades del Cretácico Superior-Paleoceno. Los resultados paleomagnéticos obtenidos en unidades del Paleoceno restringen la edad máxima de la rotación al Paleoceno. Esta observación es apoyada por resultados obtenidos en rocas volcánicas del Terciario Inferior en la región de Antofagasta (Figura 2; Arriagada et al., 2000, 2003) y mas al sur en el área de Copiapo-Vallenar (Figura 2; Riley et al., 1993; Randall et al., 1996; Taylor et al., 1998; Randall et al., 2001). La ausencia de rotación en estratos no deformados del Mioceno Inferior (Figura 2; Somoza and Tomlinson, 2002; Arriagada et al., 2003) sugiere que el norte de Chile no ha sufrido una rotación significante durante el Cenozoico Superior. DISCUSIÓN Tradicionalmente, los estudios estructurales en el antearco del norte de Chile han enfatizado que la deformación a estado concentrada a lo largo de grandes sistemas de fallas N-S (i.e., el Sistema de Fallas de Atacama y el Sistema de Fallas de Domeyko). Los últimos estudios paleomagnéticos

realizados son consistentes con la hipótesis de que la edad de las rotaciones es Paleógena y probablemente relacionada al evento de deformación Incaico del Eoceno-Oligoceno. Sin embargo, las rotaciones se encuentran ampliamente distribuidas y no están únicamente asociadas al Sistema de Fallas de Domeyko indicando que el evento de deformación Incaico habría a lo menos afectado todo el antearco desde la Cordillera de la Costa a la Cordillera de Domeyko en gran parte del norte de Chile. Entonces durante la fase Incaica parte importante de la deformación del margen fue absorbida por rotaciones horarias de bloques de hasta 65º. Sin embargo pese a la importancia de las rotaciones tectónicas en la deformación no existe por el momento un modelo que integre de manera coherente los datos paleomagnéticos con los datos estructurales a lo largo de todo el norte de Chile. En la región de Antofagasta (Figura 2) Arriagada et al. (2003) sugirieron que diferencias en la magnitud del acortamiento E-O a lo largo del orogeno, durante el evento Incaico, fueron acomodadas a lo largo de zonas de cizalle destrales transpresivas (NE< NNE). Estas fallas controlaron la magnitud de la rotación entre los diferentes dominios tectónicos. De acuerdo con este modelo la deformación Paleógena habría afectado incluso al Sistema de Fallas de Atacama en esta región. Lo anterior lleva a reconsiderar la importancia de la deformación Paleógena a través del antearco en el norte de Chile. La ausencia de unidades Oligocenas favorables para estudios paleomagnéticos impide por el momento un buen control de la edad mínima de la rotación en el norte de Chile. Debido a que en Perú las rotaciones son principalmente de edad Oligoceno, no podemos descartar la hipotesis de que las rotaciones en Chile fueron simultáneas con las rotaciones antihorarias del sur de Perú. Esto implicaría que la curvatura oroclinal de los Andes Centrales principalmente es un rasgo Oligoceno. REFERENCIAS Arriagada, C., P. Roperch, and C. Mpodozis. 2000. Clockwise block rotations along the eastern border of the Cordillera de Domeyko, northern Chile, Tectonophysics, 326, 153-171. Arriagada, C., Roperch, P., Mpodozis, C., Dupont-Nivet, G., Cobbold, P.R., Chauvin, A., Cortes, J. 2003. Paleogene clockwise tectonic rotations in the forearc of Central Andes, Antofagasta Region, Northern Chile. Journal of Geophysical Research. J. Geophys. Res. Vol. 108 No. B1. Beck, M.E., Jr., 1988. Analysis of Late Jurassic-Recent paleomagnetic data from active plate margins ofSouth America, Journal of South American Earth Sciences., 1, 39-52. Isacks, B. L. 1988. Uplift of the central Andean plateau and bending of the Bolivian orocline, J. Geophys. Res., 93, 3211–3231. Lamb, S. 2001. Vertical axis rotation in the Bolivian orocline, South America 1. Paleomagnetic analysis of Cretaceous and Cenozoic rocks. Journal of Geophysical Research, Vol. 106, n B11, 26.605-26.632. Macedo Sanchez, O., J. Surmont, C. Kissel, and C. Laj. 1992. New temporal constraints on the rotation of the Peruvian Central Andes obtained from paleomagnetism, Geophys. Res. Lett, 19, 1875-1878; 1. McQuarrie, N., and DeCelles, P.G. 2001. Geometry and Structural Evolution of the Central Andean Backthrust Belt, Bolivia. Tectonics 17, 203-220 Müller, J. P., Kley, J.; Jacobshagen, 2002. V. Structure and Cenozoic kinematics of the Eastern Cordillera, southern Bolivia (21°S). Tectonics, VOL. 21, NO. 5, Randall, D.E., and G.K. Taylor, 1996. Major crustal rotations in the Andean margin: Paleomagnetic results from the Coastal Cordillera of northern Chile, J. Geophys. Res., 101, 15,783-15,798. Randall, D., A. Tomlinson, and G. Taylor, 2001. Paleomagnetically defined rotations from the Precordillera of northern Chile: Evidence of localized in situ fault-controlled rotations, Tectonics, 20, 235–254. Riley, P.D., M.E.J. Beck, R.F. Burmester, C. Mpodozis, and A. García. 1993. Paleomagnetic evidence of vertical axis block rotations from the mesozoic of northern Chile, J. Geophys. Res., 98, 8321-8333. Roperch, P; M. Fornari, G. Herail, G. Parraguez. 2000. Tectonic rotations within the Bolivian Altiplano: Implications for the geodynamic evolution of the central Andes during the late Tertiary. J. Geophys. Res., 105. 795 – 820.

Roperch, P., Sempere, T., Macedo, O., Arriagada, C., Fornari, M. 2002a. Counterclockwise rotation of the southern Peruvian forearc and implications for the formation of the Bolivian orocline. V International Symposium on Andean Geodynamics, Toulusse, France, 545-548. Roperch, P., Sempere, T., Arriagada, C., Fornari, M., Macedo-Sanchez, O., Tapia, C. 2002b. New paleomagnetic constraints on the formation of the Bolivian Orocline. EGS XXVII General Assembly, Nice, France, April, EGS02-A-05121;SE2.05-1TU5P-031. Roperch, P., and G. Carlier. 1992. Paleomagnetism of Mesozoic Rocks From the Central Andes of Southern Peru: Importance of Rotations in the Development of the Bolivian Orocline, J. Geophys. Res., 97, 17233-17249. Rousse, S., Gilder, S., Farber, D., Brendan, Mc., Torres, V. 2002. Paleomagnetic evidence for rapid vertical-axis rotation in the Peruvian Cordillera ca. 8 Ma. Geology, v.30; 1; pp 75- 78. Somoza, R., and A. Tomlinson, 2002 Paleomagnetism in the Precordillera of northern Chile (22°30S): implications for the history of tectonic rotations in the Central Andes, Earth Planet. Sci. Lett., 94, 369–381 Taylor, G. K., Groccot, J., Pope, A., and Randall, D.E., 1998. Mesozoic fault systems, deformation and fault block rotation in the Andean forearc: A crustal scale strike-slip duplex in the Coastal Cordillera of northern Chile, Tectonophysics, 299, 93-109. Taylor, G.K., Grocott, J., Gipson, M.J., 2001. Vertical Axes Rotations in Northern Chile in Relation to Deformation. Eos Trans. AGU, Fall Meet. Suppl., Abstract 82(47).

Figura 1: Compilación de resultados de rotaciones tectónicas para los Andes Centrales. Flechas en color naranjo (violeta) indican la magnitud de las rotaciones. En sombreado suave bajo las flechas se indica el error asociado a cada valor de rotación.

Figura 2: Rotaciones tectónicas obsevadas en el norte de Chile agrupadas de acuerdo a la edad de

las unidades muestreadas.

Figura 2 continuación. El recuadro corresponde a sitios de la zona de Copiapó (remagnetizaciones del Oligoceno) que no muestran evidencias de una rotación importante.