Provenance model of the Cenozoic siliciclastic sediments from the western Central Andes (16-21°S): implications for Eocene to Miocene evolution of the Andes

Abstract

Die tektonische Entwicklung des westlichen Bereichs des südamerikanischen Kontinents wird durch die kontinuierliche Subduktion der Nazca Platte gesteuert. Die Zentralanden, die Höhen von 6500 m erreichen, sind durch bis 70 km mächtige kontinentale Kruste charakterisiert. Die Krustenverdickung begann im mittleren Eozän und war nach bisherigen Modellen verantwortlich für die eozäne bis frühmiozäne Hebung der Anden. Die Prozesse, die zu der Krustenverdickung führten, sind jedoch heftig umstritten und die zeitliche Entwicklung ist unklar. Seit dem frühen Paläozoikum sind die Zentralanden ein Ort für synorogene Sedimentbeckenentwicklung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf känozoischen kontinentalen klastischen Sedimenten die im zentralen Sedimentbecken (zwischen der westlichen Kordillere und der Küstenkordillere) im Süden Perus (Moquegua Formation) abgelagert wurden. Zusätzlich wurden ähnliche Ablagerung im Norden Chiles (Azapa-Formation) und aus dem Altiplano im benachbarten Bolivien (Azurita-Formation und Potoco-Formation) untersucht. Die zur Anwendung gekommen Methoden beinhalten petrographische Untersuchungen der detritischen Schwerminerale, geochemische Einzelkörnanalysen (Amphibol, Fe-Ti-Oxide, Granat, Turmalin und Rutil) mittels Elektronenstrahl-Mikrosonde sowie Spaltspuralter (Thermochronologie) und U-Pb Altersdatierung mittels LA-SF-ICP-MS an detritischen Zirkon. Die gewonnen Daten werden zur Charakterisierung der Sedimentprovenienz verwendet, um den Zeitpunkt (i) der Andenhebung und (ii) der beteiligten Krustenblöcke besser zu fassen. Die Diskussion der Daten stützt sich zudem auf neue Geländebefunde sowie einer intensiven Literaturrecherche zur Stratigraphie im Arbeitsgebiet. Die wichtigsten Erkenntnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Vor etwa 35 Mio. Jahren induzierte die Hebung der Zentralanden eine signifikante Veränderung im Sedimentliefersystem. Dies ist etwa zeitgleich mit der beginnenden Deformation und dem ersten Höhepunkt in der Verkürzung der östlichen Kordillere (~ 35 Mio. Jahren) und der Hochebene (~ 30 Mio. Jahren) in den Zentralanden. Das erste Intervall von weit verbreiteten und voluminösen Ignimbrit-Eruptionen wurde auf 25 Mio. Jahren datiert. Die zeitliche Lücke von etwa 10 Mio. Jahren zwischen der beginnenden Hebung (vor ~35 Mio. Jahren) und dem Beginn der umfangreichen vulkanischen Aktivität (vor ~25 Mio. Jahren) legt nahe, dass Krustenzuwachs durch magmatische Prozesse nicht der entscheidende Faktor für die Krustenverdickung während der frühen Phase der Anden war. Vielmehr wird das Nichtvorhandensein vulkanischer Aktivität trotz Krustenverdickung in den Zentralanden mit einer flachen Subduktion zwischen 35 and 25 Mio. Jahren erklärt. Die flache Subd uktion führte zu einer starken Koppelung zwischen Ober- und Unterplatte. Zudem kam es zwischen 45 und 30 Mio. Jahren nur zu geringer vulkanischer Aktivität mit kleinen Volumen an Magma, die durch den Andahuaylas-Anta Bogen repräsentiert wird. Die nachfolgende steilere Subduktion bei ~30 Mio. Jahren erlaubte den Aufstieg von heißer Asthenosphäre in den Mantelkeil, was zu einer erhöhten Magmenproduktion und letztendlich zur Bildung des 30 24 Mio. Jahre alten Tacaza Bogens und der 23 Mio. Jahre alten Tambillo Basalte führte. Die vorliegende Arbeit zeigt auf, dass eine detaillierte Sedimentprovenienz basierend auf einer Vielzahl von Methoden ein leistungsfähiges Werkzeug zur Rekonstruieren des Sedimentliefersystems und der regionalen tektonischen Geschichte ist.