Felipe Lamus Ochoa1; Germán Bayona1; Agustín Cardona1-2; Andrés Mora3.
1 Corporación Geológica ARES, Calle 44a # 53-96 Bogotá D.C. (1) 3243116 flamus@cgares.org
2 Universidad Nacional de Colombia Sede Medellin
3 Instituto Colombiano del Petróleo - ECOPETROL
El entendimiento de la evolución de una cuenca esta ligado a la compresión de diversos factores que controlan su relleno de la cuenca y deformación del orógeno. Análisis integrados de procedencia (conteo de clastos de conglomerados, petrografía, minerales pesados y geocronología detrítica) en las unidades del Maastrichtiano al Mioceno expuestas en tres áreas del Sinclinal de Guaduas (piedemonte W de la Cordillera Oriental), se realizaron con el objeto de determinar el tiempo de deformación del orógeno, levantamientos intracuenca y sus implicaciones tectónicas en la cuenca.
La cuña Cenozoica de sedimentos clásticos muestra significativas variaciones en composición y en poblaciones de circones detríticos, como lo indica los análisis en conglomerados y la fracción arenosa. Los conteos en capas de conglomerados de tres unidades estratigráficas documentan intervalos cuarzosos en las capas del Cretácico Superior y Eoceno Medio a Oligoceno Superior, mientras que los estratos del Paleoceno - Eoceno Medio presentan un incremento en los fragmentos líticos que puede alcanzar el 83%. Las arenitas varían composicionalmente de litoarenitas, litoarenitas feldespáticas y sublitoarenitas, con origen principalmente en sistemas orogénicos cuarzosos reciclados para los estratos del Maastrichtiano y Eoceno Inferior y predominantemente de sistemas orogénicos transicionales reciclados en la sucesión de Eoceno Medio al Mioceno Inferior. Los minerales pesados también muestran, como los conglomerados, un incremento de los minerales ultraestables en los estratos mas cuarzosos, mientras en los estratos del Paleoceno- Eoceno Medio los minerales pesados inestables son los que dominan. La integración de los resultados de la geocronología detrítica muestra un dominio de poblaciones de circones del Cretácico Superior en los estratos del Maastrichtiano al Eoceno Inferior mientras en los estratos más jóvenes las poblaciones de circones Jurásicos son las que dominan. Estos cambios en la composición y en las poblaciones de circones detríticos implican que tanto la composición como las edades de las rocas fuentes no siempre fueron las mismas, e incluso la misma área fuente pudo cambiar la composición de la roca y su edad a lo largo del rumbo.
Los resultados obtenidos permiten documentar tres eventos de deformación desde el Maastrichtiano al Mioceno Medio. El primero se relaciona al basculamiento al oriente de la Cordillera Central con denudación de rocas intrusivas Cretácicas (Batolito Antioqueño) e inicio en la reactivación de fallas a los largo del flanco oeste de la Cordillera Oriental entre 70-49 Ma. El segundo evento esta asociado a la deformación de bloques intracuenca (fallamiento de rumbo) a finales del Eoceno temprano y principios del Eoceno medio (52-40 Ma), y movimientos con dirección norte de la Cordillera Central. El tercer evento corresponde al efecto combinado del crecimiento de la deformación en el flanco occidental de la Cordillera Oriental, y la denudación de intrusivos Jurásicos del flanco Oriental de la Cordillera Central por estructuras de rumbo en el flanco oriental de la Cordillera Central. Es de resaltar como el uso de múltiples herramientas de procedencia permite comenzar a diferenciar fuentes dentro de la Cordillera Central que migran con dirección al norte e incluso retrabajamientos de rocas cenozoicas debido a altos intracuenca asociados a fallas transversales.
El cese de la actividad volcánica en el Eoceno temprano en la Cordillera Central y la reactivación de fallas en el flanco occidental de la Cordillera Oriental puede estar relacionado a un cambio en el estilo de convergencia ortogonal durante el Paleoceno, a un estilo de convergencia oblicuo durante el Eoceno Medio. En el Oligoceno, la convergencia ortogonal se reanuda, como lo indica la reactivación del sistema de Fallas de Bituima y el reinicio de actividad magmática al occidente de Colombia.
Palabras clave: Análisis de procedencia, Sinclinal de Guaduas, Cordillera Oriental.
PROVENANCE OF CENOZOIC UNITS OF THE GUADUAS SYNCLINE:
IMPLICATION IN THE TECTONIC EVOLUTION OF THE SOUTH OF MIDDLE
MAGDALENA VALLEY AND ADJACENT OROGENS
ABSTRACT
The understanding of the evolution of a basin is linked to the comprehension of various factors controlling basin-filling processes and orogen deformation. Integrated provenance analyzes (clasts counts of conglomerates, petrography, heavy minerals and detrital geochronology), in the Maastrichtian to Miocene units exposed in three areas of the Guaduas Syncline (western foothill of the Eastern Cordillera), were conducted to determine timing of deformation of bounding orogens and intrabasinal uplifts, and the tectonic implications within the basin.
The Cenozoic clastic wedge shows significant variation in compositions and detrital zircon populations, as indicated by the analysis in the conglomerate and sandstone fraction. Clast counting in conglomerate beds of three stratigraphic units show quartzose-rich intervals in Upper Cretaceous and middle Eocene to upper Oligocene strata, whereas Paleocene - middle Eocene strata included an increase of lithic rock fragments up to 83%. Sandstone composition varies from Litharenites, Feldspathic Litharenites and Sublitharenites, documenting erosion from recycled quartzose orogenic systems for Maastrichtian and lower Eocene strata to recycled transitional orogenic systems in middle Eocene to lower Miocene strata. The Heavy minerals also show, as the conglomerates, an increase of ultrastable minerals in quartzose strata, whereas in Paleocene - middle Eocene strata dominate unstable heavy minerals. The integration of detrital geochronology results shows a dominance of Upper Cretaceous zircon populations in Maastrichtian to lower Eocene strata, whereas in younger strata Jurassic zircon ages dominate. These changes in composition and detrital zircon populations imply that rock composition and ages within the possible source areas were not always the same, and even in the same source area may be shift in rock composition and ages along strike.
The results allow document three deformation events from the Maastrichtian to Middle Miocene. The first event relates to eastward-tilting of the Cordillera Central with denudation of Cretaceous intrusive rocks (Antioqueño Batholith) and onset of fault reactivation along the western flank of the Eastern Cordillera between 70-49 Ma. The second event is associated to intrabasinal (wrenching) deformation during Early to Middle Eocene (52-40 Ma), and northward movement of the Central Cordillera. The third event corresponds to the combined effect of the growth of the deformation on the western flank of the Eastern Cordillera, and denudation of the Jurassic intrusives of the eastern flank of the Central Cordillera. It is worth highlighting as the use of multiple tools can begin to differentiate provenance sources within the same orogen, as the Central Cordillera with north migration, and even reworking of Cenozoic rocks due to intrabasin highs associated with transverse faults.
The cessation in the Early Eocene of volcanic activity in the Central Cordillera and strike-slip deformation in the Central Cordillera and adjacent basin may be related to a change in the style of convergence from orthogonal during the Paleocene, to oblique during the middle Eocene. In the Oligocene, orthogonal convergence resumed, as indicated by the reactivation of the Bituima fault system and restarting magmatic activity in the Central Cordillera Colombia.
Keywords: Provenance Analysis, Guaduas Syncline, Cordillera Oriental.
El entendimiento de los procesos geológicos que controlaron la acumulación de sedimentos en las cuencas continentales adyacentes a dos o más sistemas orogénicos, como es el caso del Valle del Magdalena, esta ligado a la disponibilidad de información tanto de las rocas de los orógenos como de la cuenca. De los orógenos es indispensable conocer la composición y edad asignada a las rocas expuestas en las áreas fuente además de la temporalidad de exhumación. En la cuenca sobre la edad de acumulación, geometría y composición de los estratos.
Los múltiples factores que afectan la composición de los sedimentos en una cuenca (e.g. variabilidad de fuentes, reciclaje, efectos del clima y meteorización o incluso alteraciones diagenéticas), se pueden documentar con el uso de varias técnicas de procedencia. Los modelos de procedencia soportados con datos multidisciplinarios generan mejor entendimiento de la evolución tectonosedimentaria de las cuencas (e.g. Dickinson and Suczek, 1979; Fildani et al., 2003; Welje and Von Eynatten, 2004; Toro Alava and Jaillard, 2005; Morton et al., 2005; Najman, 2006; Bayona et al., 2007; Cardona et al., 2011; Nie et al., 2012; Bayona et al., 2013).
Las interpretaciones previas de la evolución de la cuenca del Valle del Magdalena sugieren el inicio de la deformación de la Cordillera Central desde el Campaniano (Villagómez et al., 2011; Gómez et al., 2005; Villamil, 1999), mientras la deformación en la Cordillera Oriental se ha indicado su interacción en fases tectónicas del Paleoceno (Parra et al., 2012; Bayona et al., 2013), Oligoceno (Gómez et al., 2005) al Mioceno (Cooper et al., 1995).
Este estudio de procedencia busca determinar fuentes diferenciadas tanto de la protocordillera Central como de la Oriental. Para ello fueron seleccionadas tres áreas, en ambos flancos, del Sinclinal de Guaduas en las localidades de San Juan de Río Seco, Guaduas (Carretera Villeta-Honda) y Guaduero-Chorrillo. La diferenciación en la composición de las unidades nos permite hacer una re-evaluación de la estratigrafía de las unidades conglomeráticas que infrayacen y suprayacen la discordancia del Eoceno en el flanco occidental de la Cordillera Oriental.
En Colombia la cordillera de los Andes se divide en las cordilleras Occidental, Central y Oriental separados por los valles del Cauca y del Magdalena. Esta configuración presente es el producto de la interacción de las placas de Nazca, Suramérica y Caribe (e.g. Cediel et al., 2003; Taboada et al., 2000; Cooper et al., 1995). Los bloques continentales al oriente del sistema de fallas de Romeral corresponden al flanco oriental de la Cordillera Central (CC), Valle del Magdalena, Cordillera Oriental (CO), Llanos Orientales (LLO) y el Cratón de Guyana (EG).
La Cordillera Oriental se interpreta como una amplia cuenca extensional Cretácica formada durante por lo menos dos eventos distensivos (Sarmiento-Rojas et al., 2006), y tectónicamente invertida durante el Cenozoico (Colleta et al., 1990; Dengo and Covey, 1993; Cooper et al., 1995; Mora et al., 2006, 2009; Bayona et al., 2008, 2013; Mora et al., 2013). Bayona et al. (2013) enmarca estructuralmente la Cordillera Oriental en tres grandes dominios, dos en sus piedemontes tanto oriental como occidental y uno en su parte axial. El área de trabajo se localiza en el Sinclinal de Guaduas, una estructura del piedemonte occidental limitada al oriente por los sistemas de fallas de La Salina-Bituima y al occidente por el sistema de fallas de Cambao (Cortés et al., 2006) (FIGURA 1).
El Sinclinal de Guaduas es una estructura asimétrica, cuyo flanco oriental presenta altos buzamientos y el occidental buzamientos moderados. En el oriente, los sistemas de fallas de El Trigo - Bituima ponen en contacto los estratos del Cretácico Superior con estratos del Cretácico y Paleoceno; en este flanco se observan estratos de crecimiento en unidades del Eoceno- Oligoceno (Gómez et al., 2003; Cortés et al., 2006). El flanco occidental esta limitado por el sistema de fallas de Cambao que coloca unidades del Paleógeno en contacto con unidades sub-horizontales miocenas del extremo sur del Valle Medio del Magdalena (Cortés et al., 2006). Acosta (2001), Cortes et al. (2006) y Moretti et al. (2010) documentan la importancia de fallas transversales con rumbo ENE, siendo la Falla de Vianí la que corta ambos flancos del sinclinal. Moretti et al. (2010) resalta la importancia de la Falla de Ibagué la cual separa el Valle Medio del Magdalena del Valle Superior del Magdalena, e incluso propone que dicha estructura junto a la Falla de Bituima presentan actividad desde comienzos del Cenozoico, hecho que confirma la importancia de este tipo de estructuras para la evolución de la cuenca. En dirección al norte y sur, desde San Juan de Río Seco y a lo largo de todo el Sinclinal de Guaduas, la sucesión Cenozoica presenta cambios abruptos en espesores, los cuales no han sido explicados en los estudios regionales (Porta, 1965; Acosta, 2001; Cortés et al., 2006).
En el Sinclinal de Guaduas afloran unidades del Cretácico Superior hasta el Mioceno Medio, que corresponden a las formaciones Cimarrona, Umir, Seca, Hoyón, San Juan de Rio Seco y Santa Teresa definidas por Porta (1965). Entre las principales diferencias estratigráficas en las unidades cenozoicas a lo largo de la estructura se puede mencionar que la Fm Hoyón en dirección norte y sur del Sinclinal de Guaduas presenta una perdida de espesor hasta desaparecer dando lugar a una serie de discordancias que ponen en contacto la Fm Seca y la Fm San Juan de Río Seco (Porta, 1965). Por otro lado en la Fm San Juan de Río Seco se observan también variaciones en el espesor en su flanco occidental de norte a sur además dicho flanco es siempre mas espeso que el del flanco oriental. Según Gómez (2001) el cambio de facies de conglomerados a lodolitas que ocurre de occidente a oriente a lo largo de los reflectores sísmicos, explica la observación de que la base física trazada en los conglomerados de la Fm Hoyón en el flanco occidental del Sinclinal de Guaduas no sea correlacionable con los conglomerados de la base en el flanco oriental de dicho pliegue. Además la Fm Hoyón se adelgaza en dirección al flanco Este del Sinclinal de Guaduas y se acuña hacia el sur como lo había cartografiado Porta (1966).
Comenzando por el extremo sur del Valle Medio del Magdalena (Sinclinal de Guaduas), las unidades del Cretácico Superior representan ambientes transicionales de baja energía de zonas pantanosas (Fm Umir). Al occidente se interdigitan con ambientes deltaicos y de llanuras costeras (Fm Cimarrona) (Porta, 1965). El Paleoceno consiste de una unidad continental de paleosuelos y canales fluviales (Fm. Seca), pasando al registro distal de abanicos procedentes de la Cordillera Central (Fm. Hoyón) (Gómez et al., 2003). A la Formación Hoyón la suprayacen unidades lodo-arenosas de la Formación San Juan de Rio Seco de edad Eocena con indicios de geometría de estratos de crecimiento y cortando unidades más antiguas hacia el sur y norte del sinclinal (Gómez et al., 2003; Cortés, 2004), que representan llanuras de inundación con desarrollo de ríos meandriformes. Por ultimo las unidades lodosas del tope de la sucesión en el Sinclinal de Guaduas (Fm Santa Teresa), representan depósitos lacustres (Ochoa et al., 2012; Porta, 1966).
Los estudios de procedencia se han enfocado en los análisis de los conglomerados y de la composición de las areniscas de los estratos en el flanco occidental del Sinclinal de Guaduas, los cuales sugieren un cambio en el aporte de la Cordillera Central en unidades pre-discordancia a aporte de la Cordillera Oriental post-discordancia. En términos de proveniencia al comenzar por el intervalo del Maastrichtiano tardío al Paleoceno temprano, Gómez y Pedraza (1994) proponen para los clastos cuarzosos y de chert de la Formación Cimarrona un origen en la Cordillera Central. La presencia de cantos gruesos y finos revueltos en una matriz arenosa-arcillosa en la Formación Hoyón han sido interpretados como procedencia de un basamento cercano (Raasveldt y Carvajal, 1957). Porta (1965) determina con los conteos de clastos realizados en las áreas de San Juan de Rio Seco y la carretera Honda- Guaduas que las fuentes para la Formación Hoyón probablemente corresponden a la Cordillera Central en la que aún existía una cobertera sedimentaria y en la que empezaba a erosionarse una zona con rocas metamórficas de bajo grado. Para la Formación San Juan de Río Seco propone un cambio de fuente debido al mayor contenido de clastos cuarzosos y de chert, hecho que apuntaría a fuentes sedimentarias comprendidas entre la Falla de Cambras y las estribaciones orientales de la Cordillera Central.
Para las unidades del Paleoceno tardío (formaciones Lisama, Guaduas y Seca) Gómez et al. (2003) con datos de petrografía indica que algunas áreas de la Cordillera Central se comenzaron a exhumar y a suministrar sedimentos a la cuenca. En general las muestras anteriores a la discordancia del Eoceno Medio son muy líticas con valores de líticos sedimentarios y metamórficos entre 10 y 40%. Entre la Fm. San Juan de Río Seco y Santa Teresa los valores de líticos sedimentarios y metamórficos disminuyen a valores entre 10 y 20%, cabe resaltar que en dirección al tope el cuarzo monocristalino aumenta y llega casi al 60%.
Tamayo y Correa (2010) indican que la Formación Cimarrona presenta circones provenientes del Complejo Quebrada Grande, atribuidos al plutonismo y magmatismo posiblemente de la denudación de plutones y neises de la Cordillera Central (Toussaint, 1996). También se atribuyen áreas fuente a las rocas magmáticas en la Cordillera Central del Cretácico superior (Pindell and Erikson, 1993; Sarmiento et al., 2006). Bayona et al. (2013) y Caballero et al. (2013), muestran picos entre 960 y 1800 Ma principalmente y otro en 300 Ma, para las rocas del Campaniano Superior. Las arenitas del Maastrichtiano tiene poblaciones dominantes entre 65 y 100 Ma. Los circones detríticos del Paleoceno Inferior a Medio muestran poblaciones Cretácicas y subordinadamente Triásicas (248-230 Ma), Paleozoicas y Proterozoicas. Las rocas del Paleoceno Superior muestran poblaciones dominantemente Mesozoicas (90- 250 Ma). Por ultimo las poblaciones dominantes en las arenitas del Eoceno Inferior son las de edades menores a 290 Ma con picos significativos entre 58-78 Ma y 220- 290 Ma. Caballero et al. (2013) muestra que las rocas de las unidades del Cenomaniano-Campaniano del Sinclinal de Nuevo Mundo contienen principalmente poblaciones proterozoicas con picos entre 1300 y 1850 Ma. En contraste las rocas del Cenozoico en el Sinclinal del Nuevo Mundo muestran principalmente picos menores a 200 Ma. Es de resaltar las edades Grenvilianas entre 1100 a 1200 Ma para una muestra del Eoceno Medio en el Sinclinal de Guaduas.
A partir de una cartografía de carácter estratigráfico se seleccionaron áreas a escala 1:25.000 con menor complejidad estructural, con el fin de determinar los cambios de los espesores de las unidades Cenozoicas en los diferentes dominios estructurales a lo largo del Sinclinal de Guaduas (ECOPETROL-German Bayona Asesorías Geológicas, 2011). Dicha cartografía sirvió para la realización de cortes estructurales que permitieron hacer el cálculo de espesores y generar una columna estratigráfica compuesta con la ubicación de las muestras de procedencia analizadas en este trabajo. En el flanco occidental del área de San Juan de Río Seco (SJRS W), la columna estratigráfica fue tomada de Gómez (2001) y Ochoa et al. (2012).
A continuación se describen los diferentes tipos de análisis realizados con las muestras colectadas:
Conteo de clastos de conglomerados. Posterior a la colección de un volumen de muestra en campo, se tamiza la muestra para diferenciar las fracciones del conteo superiores a 1 cm, posteriormente se realiza una selección de 100 granos por medio de un cuarteador, finalmente se realiza el conteo usando una lupa binocular para la identificación composicional de los granos y definición de las categorías.
Petrografía. Las secciones delgadas fueron teñidas con sodio cobaltinitro para la identificación de feldespatos. Seguidamente se procedió a la identificación de tipos de granos, texturas características y material intersticial (cemento, matriz y poros). Fue efectuada la selección de muestras con granulometría superior a arena muy fina para con ellas realizar conteos de 300 puntos de armazón utilizando el método Gazzi-Dickinson para eliminar posibles problemas con variaciones composicionales debido al tamaño de grano (Ingersoll et al., 1984).
Finalmente son calculadas la madurez mineralógica y textural (Folk, 1974), y diagramadas en los triángulos de clasificación y proveniencia de Folk (1974) y Dickinson (1985). Todas las muestras analizadas con líticos totales superiores al 20% fueron utilizadas para el triángulo de líticos totales diferenciados por afinidad al basamento (Qpf+Qpd+Lv+Lp+Lm), cobertera sedimentaria cuarzosa QCh+Qs y cobertera sedimentaria inestable Ls+Lso.
Minerales pesados. Para el estudio de minerales pesados se utilizó la fracción de arena muy fina a fina (0,063- 0,250mm), obtenida mediante las técnicas de fragmentación manual (macerado) y tamizado. La concentración de los minerales densos se hizo primero mediante concentración manual por bateo para posteriormente pasar los concentrados por líquidos densos. Se utilizó para este fin LST (Politungstenato de Litio soluble con densidad 2,85 g/cm3). Los residuos pesados sin extracción de minerales magnéticos fueron montados con resina Melmount (índice de refracción=1,539) sobre láminas de vidrio. La identificación de los minerales pesados transparentes fue auxiliada con el uso del atlas de minerales pesados de Mange and Maurer (1992). Fueron contados por lámina hasta 300 granos transparentes utilizando el método de conteo por línea (Galehouse, 1969). Los minerales pesados se agruparon por asociaciones mineralógicas de acuerdo a su estabilidad química (Morton, 1985) así:
Minerales Ultraestables : circón, turmalina y rutilo
Minerales Estables : apatito, granate y estaurolita
Minerales Inestables: epidota, clinozoisita, zoisita, hornblenda, piroxenos, clorita y carbonatos.
Geocronología.Todos los análisis LA-ICP-MS U-Pb fueron realizados en Washington State University. Para revisar los detalles de la metodología utilizadas consultar Bayona et al. (2013).
Con el propósito de evaluar las variaciones composicionales y de procedencia entre ambos flancos y a lo largo del rumbo, se seleccionaron tres sectores en el Sinclinal de Guaduas para este estudio. El primer sector se localiza en cercanías del municipio de San Juan de Río Seco, en donde se examinaron muestras tanto del flanco oriental (SJRS-E) como del occidental (SJRS-W) del sinclinal. El otro sector se localiza al norte del Municipio de Guaduas; las muestras del flanco oriental proceden de la Inspección de Guaduero, mientras las muestras del flanco occidental provienen de la vereda el Chorrillo (FIGURA 1). La tercera área, que corresponde a la carretera de Honda-Guaduas-Villeta, donde se realizó control cartográfico y toma de muestras para análisis de conglomerados en ambos flancos del Sinclinal de Guaduas. Las columnas generalizadas con la ubicación del muestreo se presentan en la FIGURA 2 y 3.
Fueron procesadas en total 87 muestras del Sinclinal de Guaduas para análisis de conglomerados, petrografía, minerales pesados y geocronología. La TABLA 1 muestra por área de trabajo y flanco los tipos de análisis realizados.
Re-evaluación de la estratigrafía de las unidades pre y post-discordancia
Infrayaciendo una primera discordancia se encuentran las formaciones Seca, Hoyón Inferior y Medio. La Formación Hoyón Superior al tope esta limitada por otra discordancia a la cual suprayacen las formaciones Capira, San Juan de Río Seco y Santa Teresa. En la parte norte del área de trabajo (Guaduero-Chorrillo) la unidad conglomerática del Eoceno Superior (Fm Capira) suprayace directamente a la Formación Seca, y la unidad más joven aflorante corresponde a estratos de la Formación San Juan de Rio Seco. (FIGURAS 2 y 3).
Las propuestas anteriores de división litoestratigráfica (Porta, 1965; 1966; Acosta, 2001; Gómez et al., 2003) solo tienen en cuenta las litologías presentes en el flanco occidental del Sinclinal de Guaduas y hacen poca referencia a observaciones realizadas en el flanco oriental. La presente propuesta considera los cambios laterales de litofacies y de composición de los clastos en dirección E-W y N-S, y la continuidad lateral de las discordancias existentes (FIGURA 4).
La separación de las unidades conglomeráticas tuvo en cuenta las diferencias texturales existentes entre ellas, los detalles composicionales se explicaran en las próximas secciones. La diferencia principal entre los conglomerados del Hoyón Superior con los de la Fm Capira es que los del primeros son conglomerados predominantemente cuarzosos clastosoportados, generalmente en capas gruesas a medias interestratificados con arenitas de grano medio a fino, ambientalmente corresponden más a abanicos aluviales. La Fm Capira presenta conglomerados matrisoportados a clastosoportados generalmente con disposición caótica y clastos angulares polimícticos asociados a ambientes de flujos hiperconcentrados que pasan a las llanuras aluviales con ríos trenzados.
Análisis de Conglomerados
En los conglomerados fueron identificadas tres categorías (TABLA 2), las cuales agrupan los siguientes tipos de fragmentos:
Fueron tomadas muestras de conglomerados de las formaciones Cimarrona (1), Seca (1), Hoyón Inferior (5), Hoyón Medio (2), Hoyón Superior (6), Hoyón sin diferenciar (2), Capira (10) y San Juan de Río Seco (3). Los resultados resumidos se encuentran en la TABLA 3 y FIGURA 5.
Descripción. La fracción de cuarzo de basamento domina en la Formación Cimarrona (97%), y contrasta con la población en las unidades suprayacentes que pasan a ser más líticos, incluso con aportes metamórficos. La fracción de rocas sedimentarias aparece en las formaciones Seca, Hoyón, Capira y San Juan de Río Seco, alcanzando máximos valores en el Hoyón Inferior y Medio (28-83%), y en la Formacion Capira (hasta 79%). La fracción de rocas metamóficas sólo se reporta en el flanco oriental de las tres áreas, a diferentes niveles estratigráficos, y no pasa del 27%.
El registro de conglomerados prediscordancia se limita al area de San Juan de Río Seco, excepto en el area de Chorrillo que se realizó un conteo en la Fm Cimarrona y en Guaduas al oriente con 2 conteos en el Hoyón Superior. En terminos generales los conglomerados del flanco oriental son más líticos que los del occidental, es de resaltar que la fraccion cuarzosa aumenta notablemente en el Hoyón Superior llegando a valores de hasta 73% en San Juan de Río Seco y 49% en Guaduas Oriental.
El registro post-discordancia inicia con la Formación Capira donde los valores de cuarzo de basamento se incrementan en dirección al flanco E hasta alcanzar valores de 69% en San Juan de Río Seco y 85% en Guaduero; en el area central (Guaduas) en dirección al oriente aumentan los líticos sedimentarios hasta alcanzar 79%. Las muestras de conglomerados de la Formación San Juan de Río Seco muestran que al flanco occidental el predominio es de cuarzo de basamento (84%) mientras en el flanco oriental el dominio es de líticos sedimentarios (60% en promedio).
Interpretación. El cambio composicional entre los conglomerados de la Formación Cimarrona con la Formación Seca, representa la aparición de fuentes nuevas tanto de rocas sedimentarias como metamórficas. Los aportes sedimentarios provienen de rocas del cretácico principalmente de la parte superior donde predominan arenitas y chert (FIGURA 6). La parte metamórfica y los cuarzos de basamento proviene de rocas igneas y metamórficas de la Cordillera Central. Las variaciones posteriores de la parte conglomerática de las formaciones Hoyón Superior, Capira y San Juan de Río Seco representan retrabajamientos intracuenca de las unidades infrayacentes, este hecho también explicaría el relativo enriquecimiento en clastos cuarzosos en dirección al tope y hacia el oriente. La falta de clastos de calizas en los conglomerados representa que solo los niveles más superiores del cretácico fueron erodados (FIGURA 6).
Análisis Petrográfico
En la TABLA 4 se encuentra los tipos de granos encontrados y los respectivos códigos utilizados. Las especificaciones del cálculo modal y el agrupamiento de armazón y material intersticial se presentan en la TABLA 5.
Para cada formación se presenta a continuación la madurez textural (granulometría, redondez, calibrado, tipo de matriz), las asociaciones de grano y la porosidad tomadas en sección delgada (TABLA 6). En la TABLA 7 se encuentran los resultados normalizados de los conteos de puntos.
Descripción de las unidades pre-discordancia.
Composicionalmente las areniscas tienden a ser más inmaduras de base a tope, debido al incremento de la fracción de líticos sedimentarios. La arenisca de la Formación Cimarrona es una sublitoarenita (FIGURA 7-A) y se caracteriza por contenidos de cuarzo monocristalinos inferiores al 50%, abundante chert y matriz calcárea. También son comunes los líticos sedimentarios e intraclastos calcáreos. Las muestras de la Formación Seca se clasifican dentro del rango de las sublitoarenitas hasta arenitas líticas y arcosas líticas (FIGURA 7-B). Estas areniscas se caracterizan por contenidos en promedio de cuarzo monocristalino del 40%, abundante chert, líticos sedimentarios oxidados, aparición de líticos metamórficos, feldespato potásico y plagioclasa. El cemento es ferruginoso. En general en el area de SJRS las muestras del flanco Oeste son mas liticas con valores de Lt entre 45 y 66%, subordinadamente los feldespatos llegan al 10%. Del mismo modo al norte las muestras del área de Chorrillo (Oeste) son las que tienen mayores valores de Lt (47-63%).
El miembro inferior de la Formación Hoyón se caracteriza por un decrecimiento en los contenidos de cuarzo monocristalino (<30%), aumento en los líticos sedimentarios y metamórficos de bajo grado, y decrecimiento gradual en el contenido de chert. Las muestras de esta unidad se clasifican como litoarenitas. En la parte media de la Formación Hoyón aumenta la madurez composicional con un incremento notable en los contenidos de cuarzo monocristalino (58 %) y de chert (13%) (TABLA 7). Los feldespatos estan ausentes. La muestra se clasifica como sublitoarenita FIGURA 7-C. La Formación Hoyón Superior continua con el aumento en la madurez composicional con valores de Qt que alcanzan entre 87 y 93%. Los feldespatos estan ausentes. Las muestras se clasifican como sublitoarenitas FIGURA 7-C.
La sucesión pre-discordancia tiene su origen en orógenos reciclados. Sin embargo, algunas muestras por su mayor contenido de feldespatos insinúan leves aportes de arcos magmáticos (Formación Seca). Las arenitas de la sucesión infrayacente a la discordancia, e incluso un par de muestras de la Formación Hoyón Superior, se agrupan principalmente en los campos de sistema orogénico transicional a lítico (FIGURA 7). La sucesión infrayacente a la discordancia (formaciones Seca y Hoyón) tiene marcados aportes de fragmentos inestables tanto del basamento como de rocas sedimentarias.
Descripción de las unidades post-discordancia. En lo que corresponde a las muestras de las Formaciones Capira, San Juan de Río Seco y Santa Teresa (FIGURA 8-A a C), composicionalmente se clasifican en su gran mayoría como Litoarenitas y Litoarenitas feldespáticas. La fracción lítica es dominantemente inestable con tendencia a rocas de basamento. Los contenidos de cuarzo monocristalino aumentan de 38 a 53% a medida que se asciende estratigráficamente. Es notorio el decrecimiento de chert y en su lugar aumentan los líticos inestables (principalmente metamórficos de bajo grado, volcánicos y plutónicos), y aumentan los contenidos de plagioclasa, la cual predomina sobre el feldespato potásico.
La fracción lítica cuarzosa de la Formación Capira alcanza un 66%, mientras en las formaciones San Juan de Río Seco y Santa Teresa tiene valores entre 5y 36%, con aumento de líticos de afinidad con el basamento. Las muestras del flanco occidental, además, describen mayores aportes del basamento que las del flanco oriental (TABLA 7). La procedencia de las formaciones Capira, San Juan de Río Seco y Santa Teresa se sitúa en un sistema orogénico transicional a cuarzoso (FIGURA 8).
Interpretación. Entre las formaciones Cimarrona, Seca y Hoyón se da el inicio a aportes de nuevas áreas fuente (basamento cristalino), hecho evidenciado por las aparición de líticos (sedimentarios, metamórficos e incluso volcánicos) y feldespatos. El cambio más fuerte se da entre las formaciones Cimarrona y Seca, para posteriormente en la Formación Hoyón tener otra vez aportes más sedimentarios probablemente de retrabajamientos intracuenca. Para las unidades suprayacentes a la discordancia (formaciones Capira, San Juan de Río Seco y Santa Teresa) los aportes son más cuarzosos a medida que se asciende estratigráficamente, esto relacionado al levantamiento de fuentes al oriente (Cordillera Oriental), sin embargo los resultados de aportes líticos apuntan a fuentes de basamento con contribuciones importantes.
Comparativamente entre los flancos oriental y occidental de la estructura las diferencias mas significativas se encuentran en las formaciones Seca y San Juan de Rio Seco, donde generalmente el flanco con mayores aportes de líticos es el occidente, excepto en la Formación San Juan de Río Seco, donde esta unidad es más lítica al oriente.
Las formaciones Hoyón, Capira y Santa Teresa muestran comportamientos más heterogéneos que no permite claramente ver diferencias entre flancos. Es de resaltar como los aportes liticos que mas predominan en la Formación Capira son de líticos metamórficos llegando a 22% en el area de Chorrillo.
Minerales Pesados
La TABLA 8 resume las características principales de los granos concentrados encontrados en la fracción accesoria de las arenitas cenozoicas estudiadas. Los resultados son resumidos en la TABLA 9 y FIGURA 9.
Descripción. La sucesión infrayacente a la discordancia tiene dominio de minerales estables y ultraestables con niveles que pueden llegar al 96%, excepto una muestra del Hoyón Inferior con 69% de inestables (zoisitas, clinozoisitas, piroxenos y clorita) (FIGURA 9). Los otros tres intervalos se identificaron en la sucesión suprayacente a la discordancia. En la Formación Hoyón Superior y la base de San Juan de Río Seco, la asociación es dominantemente estable (43%) a ultraestable (55%). Hacia el tope de la Formación San Juan de Río Seco y base de Santa Teresa la asociación cambia a inestables (epidotas, zoisitas, clinozoisitas y piroxenos) que alcanzan valores entre 77 y 92%. En el tope de la Formación Santa Teresa, los minerales ultraestables dominan de nuevo llegando a 86% (FIGURA 9).
En el área de Guaduero los minerales pesados en la Formación Seca tienen un dominio de más del 90% de minerales estables y ultraestables (FIGURA 9). Suprayaciendo la discordancia, la asociación de minerales pesados inestables aumenta hasta 74% y varia de forma irregular siempre con presencia de granate dentro de toda la Formación San Juan de Río Seco (FIGURA 9).
Interpretación. Los aportes de minerales estables (apatito y granate) junto a los aportes de minerales inestables (epidotas, piroxenos y anfíboles entre otros), denotan que fuentes del basamento aportan importantes cantidades por lo menos entre las formaciones Seca y Hoyón inferior en el área de San Juan de Río Seco y en la parte inferior de la Formación Seca en el área de Guaduas. Los retrabajamientos intracuenca de nuevo pueden ser evidenciados por el aumento de los ultraestables entre la formación Hoyón en San Juan de Río Seco y la Formación Seca en Guaduas. Para la Formación Hoyón Superior en el flanco este del sinclinal vuelven los aportes significativos de apatitos del basamento de la Cordillera Central. Para las unidades suprayacentes a la discordancia los aportes de fuentes de basamento se hacen notorios con el aumento relativo de minerales inestables y la constante presencia de granates en ambas áreas. Es de resaltar que en la parte superior de la Formación Santa Teresa se registra nuevamente un cambio en los aportes debido al incremento abrupto de los ultraestables, hecho que podría denotar francos aportes desde la Cordillera Oriental.
Geocronología detrítica
Descripción. Los datos presentados corresponden a las unidades que suprayacen la discordancia del Eoceno, las formaciones Capira y San Juan de Río Seco (FIGURA 10). En el área de Chorrillo una muestra de la Formación Capira (FIGURA 10A) presenta un pico principal en poblaciones del Jurásico Tardío con promedio en 160 Ma, subordinadamente aparecen otras edades distribuidas entre 300 y 1900 Ma. La muestra de la Formación Capira en el área de Guaduero (FIGURA 10B) presenta un pico principal también en el Jurásico Tardío (148 Ma en promedio), y dos picos subordinados con edades Pérmicas (278 Ma en promedio) y Precámbricas (1181 Ma en promedio).
Fueron analizadas tres muestras de la Formación San Juan de Río Seco, una en la base y dos en su parte superior. En el área de Chorrillo la muestra basal (FIGURA 10C) muestra una disminución en el pico de edades Jurásico tardío (154 Ma en promedio) y una aumento en el Pérmico (274 Ma en promedio), sin embargo este aun es subordinado al Jurásico. El tercer pico corresponde al de edades Precámbricas que en promedio es de 1173 Ma. En la muestra superior de la Fm San Juan de Río Seco en el área de Chorrillo (FIGURA 10D), aparece un nuevo pico principal con edades del Cretácico tardío (79 Ma en promedio), subordinadamente aparece el pico del Jurásico tardío (161 Ma en promedio). En el área oriental de San Juan de Rio Seco la muestra tiene un pico principal en 84 Ma en promedio, aparecen además otros picos que no alcanzan cinco granos con edades aproximadas de 300 Ma y 1100 Ma (FIGURA 10E).
Interpretación. Los aportes de circones de edades cretácicas tardías pueden representar aportes a del Batolito Antioqueño o rocas asociadas en la Cordillera Central. Las edades Permicas y Jurásicas tambien corresponden a rocas de la Cordillera Central. Las poblaciones de circones entre 360 Ma y 1300 Ma pueden representar retrabajamientos de cobertera sedimentaria Cretácica, la cual a su vez recibió aportes del Basamento de la Cordillera Oriental y el Cratón Amazónico.
Las muestras de la parte superior de la Formación San Juan de Río Seco vuelve a tener un comportamiento similar al de las muestras infrayacentes a la discordancia relacionadas en la literatura (Bayona et al., 2013 y Caballero et al., 2013) lo cual puede significar retrabajamiento de esas unidades previo a la erosión de intrusivos Jurásicos de la Cordillera Central. Las muestras del tope denotan ya aportes de los intrusivos Jurásicos debido a la aparición de una amplia proporción de circones de 160 Ma aproximadamente.
Con base en los resultados de petrografía, minerales pesados, clastos de conglomerados, geocronología detrítica y el análisis de los trabajos previos se documentan en el sur del Valle Medio del Magdalena tres eventos de deformación desde el Maastrichtiano al Mioceno Medio.
El primer evento corresponde al basculamiento de la Cordillera Central y leve reactivación de fallas del flanco Oeste de la Cordillera Oriental entre 70-49 Ma, asociado a la subducción de la Placa del Caribe (FIGURA 11 A-C). Este basculamiento cortical expone rocas metamórficas e intrusivos Cretácicos y Permo-Triásicos de la margen colisional, como lo indica las poblaciones de circones detríticos de edades 75-90 Ma (intrusivos tipo Batolito antioqueño) y 230-260 Ma (Bayona et al., 2013; Caballero et al., 2013), los fragmentos de rocas metamórficas en las arenitas, los clastos conglomeráticos de cuarcitas, y los minerales pesados estables y ultraestables. Es decir, la delgada cobertera sedimentaria del flanco oriental de la Cordillera Central fue rápidamente erodada en el Campaniano-Maastrichtiano.
En la cuenca del proto-Magdalena, el aumento hacia el oriente de los espesores de las unidades Maastrichtiano a Eoceno Inferior se debe al basculamiento al oriente de la Cordillera Central. Los altos que exponen cobertera sedimentaria proporcionan fragmentos sedimentarios en la cuenca y la población de circones retrabajados de edades entre 600-2000 Ma (Bayona et al., 2013; Caballero et al., 2013); hacia el oriente.
La edad Paleoceno temprano del tope de la Formación Seca y Paleoceno Superior de la Formación Hoyón Medio se documenta con edades U/Pb de circones volcánicos, mientras con bioestratigrafía (Bayona et al., 2013) se tiene control de la base de la Formación Seca y de las unidades suprayacentes a la discordancia.
El segundo evento corresponde a la deformación de bloques intracuenca durante finales del Eoceno temprano y principios del Eoceno Medio (52-40 Ma) (FIGURA 11 D). La deformación ocurre a lo largo de estructuras transversales, como la Falla de Vianí y de Ibagué, así como en las terminaciones sur y norte del Sinclinal de Guaduas, y en otras estructuras transversales de alto ángulo que afectan el Sinclinal de Guaduas. Esta reactivación de estructuras transversales afecta unidades del Jurásico al Paleoceno y coincide con la disminución de actividad magmática en la Cordillera Central. La actividad estructural intracuenca condiciona el aporte local de los detritos, como se reporta en los conglomerados de la Formación Hoyón Superior en el área de San Juan de Río Seco. Las áreas fuente incluyen depósitos continentales Paleocenos derivados previamente de la Cordillera Central y rocas del Cretácico Superior derivados del cratón, como lo indica la mezcla de fragmentos de origen de basamento y sedimentarios, además de la mezcla de población de circones.
El tercer evento corresponde al efecto combinado del crecimiento de la deformación en el flanco Occidental de la Cordillera Oriental, y la denudación de intrusivos Jurásicos del flanco Oriental de la Cordillera Central por estructuras de rumbo en el flanco oriental de la Cordillera Central desde finales del Eoceno Medio (37-42 Ma) (FIGURA 11 E). Estratos de crecimiento en el flanco Oriental del Sinclinal de Guaduas registrados en la Formación San Juan de Río Seco y las unidades equivalentes en Guaduero, registran el crecimiento de la Falla de Bituima como una estructura ciega.
La asociación de los minerales pesados inestables, el dominio de la fracción de líticos metamórficos y la población de circones de 140-160 Ma sugiere un aporte de detritos procedentes del Batolito de Ibagué, rocas metamórficas adyacentes y cobertera Paleocena. El confinamiento de la cuenca y su desconexión con la cuenca axial definen el inicio de la Cuenca del Magdalena con un sistema fluvial N-S, el cual es inundado por sistemas de lagunas en el Mioceno Temprano.
El cambio en la población de los circones de 75-90 Ma a 140-160 Ma registrados en una misma localidad la Fm. San Juan de Río Seco, y la reactivación de estructuras transversales en el Eoceno Medio son los argumentos que favorecen la interpretación del movimiento hacia el norte de la Cordillera Central desde el Eoceno Medio. El cese de la actividad volcánica en el Eoceno temprano en la Cordillera Central y la reactivación de fallas en el flanco Oeste de la Cordillera Oriental puede estar relacionado a un cambio en el estilo de convergencia ortogonal con subducción de la placa del Caribe durante el Paleoceno, a un estilo de convergencia oblicuo a longitudinal de la placa del Caribe, sin magmatismo, durante el Eoceno.
En el Oligoceno, la convergencia ortogonal se reanuda, como lo indica la reactivación más fuerte del sistema de Fallas de Bituima y el reinicio de actividad magmática al occidente de Colombia.
Hasta hace poco tiempo solo se habian considerado solo las arenitas y los conglomerados para dilucidar las diferencias en cuanto a procedencia de las unidades descritas para el extremo sur del Valle Medio del Magdalena. En este sentido los datos de minerales pesados y geocronología detrítica representan un gran avance en la diferenciación de las unidades del Paleógeno.
Los cambios composicionales entre las formaciones Cimarrona y Seca determinadas con los datos de analisis de conglomerados y petrografia de arenitas de Gómez y Pedraza (1994); Sarmiento (1993), sumado a lo encontrado con datos de geocronologia detritica de Bayona et al., (2013), Caballero et al., (2013) y los datos presentados de este trabajo (minerales pesados, petrografia de arenitas y analisis de conglomerados), apunta a fuentes de la Cordillera Central. Datos de composición de arenitas y paleocorrientes indican que la erosión puntual de rocas del Cretácico superior de la Cordillera Oriental fueron la fuente durante el Paleoceno tardío para las arenitas, sin descartar los aportes de la Cordillera Central (e.g. Hathon and Espejo, 1997; Sarmiento, 2001). Para Porta (1965) mientras en la Formación Hoyón dominan casi exclusivamente los sedimentos procedentes de la Cordillera Central, en la Formación San Juan de Río Seco la fuente que suministró los sedimentos parece que está situada al oriente, principalmente de rocas del Cretácico. En este sentido Bayona et al., (2013) propone la existencia de paleoaltos intracuenca asociados a fallas transversales que estarían separando los sistemas de drenaje ya desde el Eoceno. Esta misma interpretación tambien es propuesta a partir de nuestros resultados de petrografía y análisis de conglomerados.
Gracias al uso de minerales pesados junto a la geocronología detrítica se pueden determinar fuentes preferenciales en distintos periodos de la evolucion cenozoica del borde occidental de la Cordillera Oriental. Concretamente el comportamiento de los minerales pesados inestables y los datos de geocronologia tambien ayudan a proponer la migracion de las fuentes hacia el norte, especificamente las asociadas al Batolito Antioqueño y la aparición de rocas Jurásicas del basamento de la Cordillera Central entre el Eoceno Tardío y el Mioceno Temprano. Este refinamiento en la resolucion de las fuentes de la Cordillera Central solo es posible mediante el uso integrado de todas las herramientas de procedencia que se puedan disponer. Queda comprobado pues que la rigurosidad en la utilización de metodos integrados de procedencia permite proponer diferencias soportables con datos sobre la evolución geológica cenozoica del borde oeste de la Cordillera Oriental.
Los análisis de procedencia realizados en la parte sur del Valle Medio del Magdalena demostraron tener validez para determinar diferencias dentro de la estratigrafía del Sinclinal de Guaduas.
Los conteos de conglomerados en general muestran aportes de la Cordillera Central (esquistos y cuarcitas) y de la Cordillera Oriental (Líticos sedimentarios arenosos y Chert), sin embargo sus variaciones sobre todo desde la Formación Hoyón apuntan a retrabajamientos intracuenca.
La petrografía mostró que la gran mayoría de la sucesión Cenozoica proviene de sistemas orogénicos reciclados que van de transicional a cuarzoso, con fuentes mixtas entre sedimentarias y de basamento para las unidades infrayacentes a la discordancia regional del Eoceno medio y predominancia de fuentes del basamento para las unidades suprayacentes a la discordancia.
Los análisis de minerales pesados en la sucesión Paleógena permitieron diferenciar asociaciones mineralógicas, cuyos cambios pueden estar relacionados con un cambio regional en la composición del área de aporte. Son necesarios más análisis que corroboren esta hipótesis. Este cambio puede considerarse como un marcador de correlación estratigráfica con significado cronológico si se comprueba su extensión regional.
La geocronología detrítica muestra tres familias diferenciadas de circones a saber: La primera del Cretácico tardío asociada al Batolito antioqueño y rocas metamórficas intruídas, el segundo del Jurasico asociado al Batolito de Ibagué y rocas correlatas al norte y por ultimo circones del Proterozoico asociados a las rocas sedimentarias cretácicas en las que se depositaron provenientes del Cratón de Guyana. Con base en ello podemos suponer para las distintas muestras analizadas fuentes provenientes de la Cordillera Central y Oriental con diferencias que muestran mudanzas en las fuentes a lo largo del Paleógeno.
La influencia de estructuras transversales dentro de la cuenca condicionó su evolución y los cambios faciales encontrados dentro de las unidades, ellas mismas sirvieron como estructuras intracuenca que ayudaron al retrabajamiento de los sedimentos depositados durante el Paleógeno. Dichas estructuras también condicionan los cambios en la estratigrafía propuesta.
Al Instituto Colombiano del Petróleo por los datos de la Consultoría en el modelamiento espacial y temporal de las unidades Paleógenas en el Sinclinal de Río Horta y Flanco Este del Sinclinal de Guaduas, y geometría de los estratos Cenozoicos y edad en rocas del Basamento en los Llanos por los datos presentados en el presente trabajo, especialmente a Néstor Moreno y Víctor Caballero. A Hernando Mahecha, Omar Montenegro, Carolina Ojeda, Carolina Ayala, Paola Montaño, Giovanny Nova y Oscar Monsalve por su trabajo en la fase de campo y análisis de las muestras. A Yohana Villafañez por su ayuda con las graficas de geocronología. Al geólogo Roberto Terraza del Servicio Geológico Colombiano por sus invaluables comentarios en un anterior manuscrito. No menos importante, por último, fue el apoyo económico de Colciencias y la Corporación Geologica ARES para poder dedicar tiempo a la realizacion de esta publicación.
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Trabajo recibido: febrero 05 de 2013
Trabajo aceptado: abril 19 de 2013