Tesis
Análisis paleoambiental y diagenético de la Formación Calabozo (Jurásico medio a superior) y su límite basal con la Formación Lajas (Jurásico medio) en el sector noroccidental de la Cuenca Neuquina, Mendoza, Argentina
Autor
Borya, Ailén
Institución
Resumen
El objetivo principal de este trabajo de Tesis Doctoral consistió en caracterizar desde el punto de vista paleoambiental y diagenético a las sedimentitas de la Formación Calabozo (Calloviano), y de forma secundaria, caracterizar paleoambientalmente a su unidad infrayacente la Formación Lajas (Bathoniano-Calloviano), aflorantes en el sector noroccidental de la Cuenca Neuquina, Provincia de Mendoza. A partir de este estudio se pretendió explicar los cambios acontecidos y las relaciones estratigráficas entre ambas unidades para este sector de la Cuenca Neuquina. En este contexto, se propuso la utilización de diversas herramientas aplicadas al análisis composicional y sedimentológico de sucesiones marinas carbonáticas y clásticas, que permitieran reconstruir el paleoambiente de sedimentación de los depósitos atribuidos a las formaciones Lajas y Calabozo. Asimismo, se plantearon metodologías aplicadas al análisis diagenético de depósitos carbonáticos, para determinar los cambios postdepositacionales que afectaron a la Formación Calabozo.
Luego de la recopilación bibliográfica y cartográfica, se dividió al intervalo estratigráfico bajo estudio, de base a techo, en una sucesión terrígena‒mixta que incluye a la Formación Lajas y a los depósitos clásticos basales de la Formación Calabozo, cubierta por una sucesión carbonática que incluye a las calizas de la Formación Calabozo. De forma posterior, se definieron dos áreas principales de afloramientos para el desarrollo de esta investigación: una zona norte o de Malargüe y una zona sur o de Bardas Blancas. En estos sitios se relevaron once perfiles sedimentológicos de detalle (escala 1:50), donde se identificaron las principales litologías, estructuras sedimentarias primarias, contenido fosilífero, relaciones y geometrías estratales y toda característica relevante a escala de campo.
Sobre la base de los datos obtenidos en afloramientos y la construcción de mapas geológicos de detalle, se determinó la distribución de las sucesiones analizadas dentro del área de estudio y su litología dominante. La sucesión terrígena-mixta fue identificada sólo en la zona de Malargüe, con una marcada disminución de su potencia desde el sudeste hacia el noreste, mientras que la sucesión carbonática se reconoció en ambos sectores, con sus mayores espesores hacia el centro de la zona de Malargüe. Litológicamente, en la sucesión carbonática dominan las calizas con subordinadas areniscas (tramo inferior a medio), mientras que la sucesión terrígena‒mixta resulta arenosa, con psefitas y calizas subordinadas.
Una vez reconocidas las principales litologías, se seleccionaron muestras de roca, de ejemplares y trazas fósiles para los diferentes análisis de laboratorio, conducentes a establecer la composición de las sedimentitas, su contenido fosilífero e implicancias paleoambientales asociadas, el área de aporte de las mismas y los principales eventos diagenéticos en la sucesión carbonática. Para este fin se utilizaron una serie de herramientas complementarias entre sí como la petrografía convencional y por catodoluminiscencia y la difractometría de rayos X.
Así, a partir de los estudios petrográficos las calizas de ambas sucesiones fueron caracterizadas, en términos generales, como no esqueletales. Las variedades peloidales-oolíticas (tramo inferior a medio) y oolíticas-oncolíticas (tramo medio a superior) dominaron en la sucesión carbonática, mientras que las calizas peloidales e intraclásticas (tramo superior) dominaron en la sucesión terrígena-mixta. Sus modas detrítica (líticos volcánicos y feldespatos) resultan menores al 15% del total y en la sucesión carbonática sólo se identificaron en las calizas del tramo inferior a medio.
Por su parte, dentro de las areniscas se identificaron variedades terrígenas (en ambas sucesiones) y mixtas (sólo en la sucesión terrígena-mixta), clasificadas como litoarenitas feldespáticas (Q17–30%; F26–40%; L38–52%) y feldearenitas líticas (Q15–34%; F35–60%; L20–35%), con una tendencia general en sentido estratigráfico al aumento de estas últimas. Estas areniscas en la sucesión terrígena-mixta provendrían de un ambiente de arco volcánico de composición ácida a intermedia, que evolucionó desde un arco transicional hacia un arco disectado. Esta zona de aporte es asimilada a las vulcanitas ácidas a intermedias del Grupo Choiyoi y/o del Ciclo Precuyano, las cuales afloran en el sud-sudeste de la zona Malargüe y en Bardas Blancas.
Los análisis difractométricos demostraron que la illita y el interestratificado illita/esmectita resultan ser los argilominerales predominantes en las calizas y areniscas, especialmente de la sucesión terrígena-mixta y del tramo inferior a medio de la sucesión carbonática. Su abundancia disminuye hacia el tope de la sucesión carbonática (tramo medio a superior) donde la caolinita resulta significativa. Dichos minerales se habrían originado a través de la alteración de líticos volcánico y feldespatos presentes en las litologías analizadas durante una etapa de eogénesis temprana a mesogénesis.
Sobre la base de las litologías presentes, sus rasgos microscópicos (litologías carbonáticas) y los tipos y escala de estructuras sedimentarias primarias reconocidas en el campo, se definieron dieciséis litofacies carbonáticas y once clásticas, en las que se identificaron los procesos dinámicos elementales que dieron lugar a los depósitos en estudio. Las litofacies de packstone con subordinados framestone y areniscas masivas caracterizaron al tramo inferior a medio de la sucesión carbonática, mientras que los grainstone, floatstone y packstone al sector medio a superior. Por su parte, en la sucesión terrígena-mixta dominaron areniscas estratificadas o masivas y conglomerados masivos, con una tendencia en sentido estratigráfico al aumento de las primeras. Litofacies de framestone (tramo medio) y floatstone (tramo superior) resultaron subordinadas.
De forma posterior, se agruparon las facies en doce asociaciones de facies marinas, representando dos sistemas: uno carbonático (sucesión carbonática) y otro clástico (sucesión terrígena-mixta). Dentro del primero, se reconoció un subambiente de rampa media (tramo inferior a medio) y otro de rampa interna (tramo medio a superior) integrado por zonas de shoal (externo e interno), intershoal, albúfera y llanura de marea. Por su parte, en el sistema clástico se identificaron subambientes de foreshore-shoreface superior (tramo inferior) y de foreshore a shoreface inferior (sectores medio y superior).
A partir del análisis petrográfico de los subambientes de rampa se caracterizaron diferentes procesos diagenéticos, considerando el ambiente y el estadio diagenético en el cual tuvieron lugar, conducentes a delinear la evolución diagenética de la sucesión carbonática. Durante la eogénesis temprana en el medio marino, la micritización afectó de forma generalizada a estos subambientes de rampa, seguida por un evento localizado de cementación marina. Hacia la llanura de marea la mezcla de aguas porales marinas y meteóricas en esta etapa generarían el neomorfismo agradante, dolomitización y reemplazo por evaporitas. Luego de una leve compactación mecánica (eogénesis temprana), dichos subambientes fueron afectados localmente por un evento meteórico vadoso, seguido por un período generalizado de diagénesis freática de mezcla de aguas porales marinas y meteóricas que se prolongaría hasta un soterramiento muy somero de la sucesión (eogénesis temprana-tardía). De forma posterior se registrarían cambios locales en el pH del medio (eogénesis tardía-mesogénesis temprana), para culminar con una moderada compactación química de la sucesión durante su soterramiento (mesogénesis temprana-moderada).
Acto seguido, mediante la integración de los subambientes definidos y los principales aspectos diagenéticos (subambientes carbonáticos) se estableció un sistema de rampa peloidal homoclinal (sucesión carbonática) que cubre a otro, marino somero clástico, dominado por olas y con influencia fluvial o deltaica (sucesión terrígena-mixta). Dentro del primero, las variaciones de salinidad y turbidez de sus aguas condicionaron el asentamiento de la fauna bentónica, en especial de bioconstrucciones discretas que colonizaron la rampa media proximal (zona de Malargüe). A lo largo de rampa, las olas de buen tiempo y tormenta habrían transportado el material intracuencal y extracuencal, este último suministrado a la rampa media desde el sistema clástico subyacente (zona de Malargüe) o un área fuente no identificada (zona de Bardas Blancas).
A partir de las relaciones espaciales de los sistemas de acumulación, se estableció el paleoambiente de sedimentación para el intervalo estratigráfico en estudio, cuya evolución sería controlada principalmente por las variaciones relativas del nivel del mar y los efectos de estructuraciones locales. A modo de conclusión, se establecieron las relaciones estratigráficas entre ambos sistemas de acumulación y se propuso denominar a la rampa peloidal homoclinal como Formación Calabozo. La misma cubre mediante un contacto neto a transicional, en la zona de Malargüe, al sistema marino clástico propuesto como Formación Lajas. Hacia la zona de Bardas Blancas, esta unidad se apoya mediante un contacto neto sobre la Formación Tres Esquinas dado que la Formación Lajas no se preservó o acumuló. The aim of this PhD thesis was mainly to characterize the deposits of the Calabozo Formation (Calloviano) from a paleoenviroment and diagenetic perspective, and secondarily to paleoenvironmentally characterize the underlying unit known as Lajas Formación (Bathoniano-Calloviano), whose outcrops are located at the northwestern of the Neuquén basin, Mendoza, Argentina. This study focused on trying to elucidate the geological changes that occurred, as well as the stratigraphic relation between the units at this area of the Neuquén basin. Several tools were applied for the composition and sedimentological analysis of carbonate and siliciclastic marine successions to reconstruct the paleoenvironment of these deposits, which have been attributed to the Lajas and Calabozo Formation. Likewise, to the purpose of determining the post-depositional changes that affected the Calabozo Formation, the required methodologies for the diagenetic analysis of carbonate deposits were defined in detail.
Following bibliographic and cartographic data collection, the stratigraphic unit under study was divided, from base to top, into a mixed siliciclasticcarbonate succession including the Lajas Formation and a basal siliciclastic deposits of the Calabozo Formation, the latter being covered by a carbonate succession (limestones) of the same unit. Two main areas of outcrops were then defined for this study: a northern area (or Malargüe) and a southern area (or Bardas Blancas). Eleven detailed sedimentological profile (scale 1:50) were measured for each area, and the main lithologies, sedimentary structures, fossiliferous content, geometry and relation between strata were identified, as well as other relevant features at the outcrop scale.
Based on the collected data at the outcrops and the reconstruction of detailed geological maps, the distribution of the successions within the area of study as well as the dominant lithology were determined. The mixed siliciclastic-carbonate succession was only found at the Malargüe area, displaying a conspicuous decrease of its thickness from southeast to northeast, while the carbonate succession was identified at both areas with its greatest thickness towards the center of the Malargüe area. Regarding the lithology, the carbonate succession is found to be dominated by limestones with subordinate sandstones (lower to middle interval), while the mixed siliciclastic-carbonate succession is mainly composed of sandstones with subordinate conglomerates and limestones. After the lithology analysis, rock, fossils, and trace fossils samples were then selected for various laboratory analyses to establish rock composition, fossiliferous content and related paleoenvironment implications, as well as the source area and the principal diagenetic events within the carbonate succession. In this regard, several tools such as optical petrography, cathodoluminescence petrography, and x-ray diffractometry were applied complementary. Based on the findings of petrographic analyses, limestones of both successions were characterized mainly as non-skeletals. The peloidal-oolitic (lower to middle interval) and the oolitic-oncolitic (middle to upper level) limestones dominate the carbonate succession, while peloidal and intraclastic limestones (upper interval) dominate the mixed siliciclastic-carbonate succession. The detrital mode (volcanic lithoclasts and feldspar) of these limestones are less than 15% of the total, and were only identified at the lower to middle interval of the carbonate succession. On the other hand, terrigenous (both successions) and mixed (only in the mixed siliciclastic-carbonate) sandstones were identified and classified as feldespathic litoarenites (Q17–30%; F26–40%; L38–52%) and lithic feldarenites (Q15–34%; F35–60%; L20–35%), the latter having a general tendency to increase its proportion from base to top. These sandstones would have come from a volcanic arc environment of acid to intermediate composition, which evolved from a transitional arc to a dissected arc for the mixed siliciclastic-carbonate sucession. The acid to intermediate vulcanites of the Choyoi Group and/or Precuyano cycle are considered as the source rock, which are exposed in the south-southeast of the Malargüe and Bardas Blancas areas. X-ray measurements showed that illite and illite/smectite mixed-layers are the predominant clay minerals in the limestones and sandstones, especially in the mixed siliciclastic-carbonate succession and the lower to middle interval of the carbonate succession. The illite and illite/smectite mixed-layers abundance decreases towards the top of the carbonate succession (middle to upper interval) where the kaolinite becomes more significant.
These minerals would have originated from the alteration of volcanic lithoclasts and feldspars, both present in the analyzed lithologies, during an early eogenetic to mesogenetic stages.
Based on the lithologies, microscopic features (carbonate lithologies), the types and the scale of the primary sedimentary structures identified in the field, sixteen carbonate and eleven siliciclastic lithofacies were defined, thus allowing to identify the elemental dynamic processes that led to the accumulation of the deposits. Packstones lithofacies with subordinate framestone and massive sandstones characterize the lower to middle interval of the carbonate succession, while grainstones, floatstones and packstones characterize the middle to upper interval. On the other hand, stratified or massive sandstones and massive conglomerates dominate the mixed siliciclastic-carbonate succession, the former having a general tendency to increase its proportion from base to top. Framestone (middle interval) and floatstone lithofacies (upper interval) are defined as subordinate.
Sedimentary facies were grouped in twelve marine facies associations, representing two systems: a carbonate system (carbonate succession) and a siliciclastic system (mixed siliciclastic-carbonate succession). In the first system, two subenvironments were recognized: a middle ramp subenvironment (lower to middle interval) and an inner ramp (middle to upper interval) integrated by shoal zones (outer and inner), intershoal, lagoon and tidal flat. In the siliciclastic system, foreshore-upper shoreface (lower interval) and foreshore to lower shoreface (middle to upper interval) were identified.
In order to outline the diagenetic evolution of the carbonate succession, several diagenetic processes were characterized based on the petrographic analysis of ramp subenvironments, taking into consideration the environment and diagenetic stage. During the early eogenesis in the marine environment, the analysis suggests that micritization would first have affected these ramp subenvironments, followed by a localized event of marine cementation. At this stage, the mix of poral marine water and meteoric-water in the tidal flat would have generated aggrading neomorphism, dolomitization and replacement by evaporites. After the initial mechanic compaction (early eogenesis), such subenvironments were locally affected by a vadose meteoric event, followed by a generalized period of phreatic diagenesis of mixed marine poral and meteoric water, which would extend to a very shallow burial of the succession (early-late eogenesis). In a later stage, local changes in the surrounding pH would have been manifested (late eogenesis-early mesogenesis), to culminate with a moderate chemistry compaction of the succession during the burial (early-moderate mesogenesis). Via the integration of these subenvironments and the principal diagenetic aspects (carbonate subenvironments), results suggest that a peloidal homoclinal ramp system was established (carbonate succession) which overlies a wave dominated shallow marine siliciclastic system with fluvial or deltaic influence (mixed siliciclastic-carbonate succession). Within the ramp system, the water salinity and turbidity variations conditioned the settlement of the benthic fauna, especially the discrete bioconstructions that colonized the proximal mid-ramp (Malargüe area). Along the ramp, fair weather and storms waves would have transported the intra- and extra-basin materials, the latter supplied to the mid-ramp from either the overlying siliciclastic system (Malargüe area) or from an yet unidentified source area (Bardas Blancas area). Based on the spatial relations of the accumulation systems, the sedimentary paleoenvironment was established for the stratigraphic interval under study, and its evolution would have been controlled mainly by relative variations of sea level and the effects of local structuring. Finally, the stratigraphic relations between both accumulation systems were established, and it was proposed to assign Calabozo Formation to the peloidal homoclinal ramp. The Calabozo Formation overlies the siliciclastic marine system, proposed as the Lajas Formation, through a net to transitional contact in the Malargüe area. In contrast, towards the Bardas Blancas area, this unit overlies the Tres Esquinas Formation through a net contact, given that the Lajas Formation was not preserved nor accumulated. Facultad de Ciencias Naturales y Museo