Exhumation history and landscape evolution of the Sierra de San Luis (Sierras Pampeanas, Argentina)-new insights from low-temperature thermochronological data

Abstract

This paper presents low-temperature thermochronological data and K--Ar fault gouge ages from the Sierra de San Luis in the Eastern Sierras Pampeanas in order to constrain its low-temperature thermal evolution and exhumation history. Thermal modelling based on (U-Th)/He dating of apatite and zircon and apatite fission track dating point to the Middle Permian and the Triassic/Early Jurassic as main cooling/exhumation phases, equivalent to ca. 40-50% of the total exhumation recorded by the applied methods. Cooling rates are generally low to moderate, varying between 2-10 °C/Ma during the Permian and Triassic periods and 0.5-1.5 °C/Ma in post-Triassic times. Slow cooling and, thus, persistent residence of samples in partial retention/partial annealing temperature conditions strongly influenced obtained ages. Thermochronological data indicate no significant exhumation after Cretaceous times, suggesting that sampled rocks were already at or near surface by the Cretaceous or even before. As consequence, Cenozoic cooling rates are low, generally between 0.2-0.5 °C/Ma which is, depending on geothermal gradient used for calculation, equivalent to a total Cenozoic exhumation of 0.6-1.8 km. K-Ar fault gouge data reveal long-term brittle fault activity. Fault gouge ages constrain the end of ductile and onset of brittle deformation in the Sierra de San Luis to the Late Carboniferous/Early Permian. Youngest K-Ar illite ages of 222-172 Ma are interpreted to represent the last illite formation event, although fault activity is recorded up to the Holocene.

Esta contribución presenta datos de termocronología de baja temperatura y edades de illitas generadas en zonas de fallas de la sierra de San Luis, en las Sierras Pampeanas Orientales de Argentina, con el propósito de aportar al conocimiento de la historia de su exhumación y evolución termal de baja temperatura. El modelado termal basado en dataciones de (U-Th)/He, apatita, circón y trazas de fisión sugiere que las principales fases de exhumación y enfriamiento ocurrieron durante el Pérmico medio y Triásico/Jurásico inferior, contribuyendo con aproximadamente 40-50% de la exhumación total registrada por los métodos utilizados. Las tasas de enfriamiento son, en general, bajas a moderadas, variando entre 2-10 °C/Ma durante el Pérmico y Triásico y 0,5-1,5 °C/Ma después del este último período. El lento enfriamiento y la persistente residencia de las muestras analizadas en condiciones térmicas de retención parcial (partial annealing) ha influenciado notoriamente las edades obtenidas. Los datos termocronológicos indican que no ha habido una exhumación significativa después del Cretácico o incluso antes. Consecuentemente, las tasas de enfriamiento durante el Cenozoico, son bajas, generalmente 0,2-0,5 °C/Ma, las cuales equivalen a una exhumación total para el Cenozoico de 0,6-1,8 km, según el gradiente geotérmico que se use para su cálculo. Las dataciones K-Ar en arcillas generadas en zonas de fallas han revelado el desarrollo deformación frágil en la Sierra de San Luis hasta el Carbonífero superior/Pérmico inferior. Las edades más jóvenes de illitas obtenidas por datación K-Ar de 222-172 Ma se interpreta que representan el último evento de formación de illita por deformación frágil en las muestras analizadas, aunque la actividad del fallamiento ha sido registrada hasta el Holoceno.