Evolution of the Palaeozoic basement of the North Patagonian Andes in the San Martín de los Andes area (Neuquén, Argentina): petrology, age and correlations

Abstract

In San Martín de los Andes area (Argentinian Patagonia) the Palaeozoic basement consists of metamorphic and plutonic rocks. The metamorphic rocks include strongly deformed schists, gneisses and migmatites. Their geochemical and petrographic characteristics suggest that the protholith could have been a sequence of pelites and greywackes. Detrital zircon analysis (U-Pb Q-ICP-LA-MS) yielded a maximum depositional age of 501±14 Ma (Series 3 Cambrian) for this sedimentary protolith. Metasedimentary rocks are affected by a regional foliation defined by the minerals of the metamorphic peak. This is a S2 foliation, since relics of a former foliation are present in some samples. This regional foliation is locally affected by open folds that develop an incipient crenulation cleavage (S3). The high-grade metamorphism includes partial melting processes, where the incipient segregates intrude parallel to the regional foliation and also cut it in presence of abundant melt. Zircons from anatectic granites formed during this partial melting process yielded a U-Pb Concordia age of 434.1±4.5 Ma (Llandovery-Wenlock, Silurian). The age of maximum sedimentation and the anatectic age constrain the metamorphic evolution of the basement into the lower Palaeozoic (between upper Cambrian and lower Silurian). The igneous rocks of the basement are granodiorites, tonalities, and some gabbros that cut the metamorphic basement and contain xenoliths and roof pendants from the country rocks. These plutonic rocks are affected by low-grade metamorphism, with the development of discrete, centimetric to hectometric, brittle-ductile shear zones. The age of these igneous rocks has been constrained through U-Pb zircons analysis, carried out by several authors between ca. 370 and 400 Ma (Devonian). The maximum sedimentation age for the protolith and its metamorphic evolution seems to be related to an early Palaeozoic orogenic event, probably the Patagonian Famatinian orogeny. In contrast, the Devonian igneous rocks of San Martín de los Andes could represent a Devonian magmatic arc, related to subduction processes developed at the beginning of the Gondwanan orogenic cycle, which culminates with the Gondwanan orogeny.

En el entorno de San Martín de los Andes (Patagonia argentina), el basamento Paleozoico está constituido por rocas metamórficas e ígneas. Las rocas metamórficas de esta área incluyen esquistos, gneises y migmatitas intensamente deformadas. Según sus características geoquímicas y petrográficas, el protolito de las mismas es considerado una alternancia de pelitas y grauvacas. Análisis de circones detríticos (U-Pb Q-ICP-LA-MS) permiten definir una edad máxima de sedimentación de 501±14 Ma (Series 3, Cámbrico) para este protolito sedimentario. Las rocas metasedimentarias se encuentran afectadas por una foliación regional definida por la asociación principal del pico metamórfico. Esta es una foliación de tipo S2, ya que se encuentran relictos de una foliación anterior en algunas muestras. Esta foliación regional, está localmente afectada por pliegues abiertos donde se desarrolla un clivaje de crenulación incipiente (S3). El metamorfismo de alto grado incluye un evento de fusión parcial, donde los primeros segregados se introducen a favor de la foliación S2 y la cortan en presencia de abundante fundido. Circones obtenidos de un granito anatéctico producido durante este evento de fusión parcial arrojaron una edad Concordia U-Pb de 434.1±4.5 Ma (Llandovery-Wenlock, Silúrico). La edad máxima de sedimentación y la edad de anatexis permiten acotar la evolución de las rocas metamórficas del basamento al Paleozoico inferior (entre el Cámbrico tardío y el Silúrico temprano). Las rocas ígneas del basamento son granodioritas y tonalitas, con menor proporción de gabros, las cuales cortan las rocas metamórficas y contienen xenolitos y roof pendants de las mismas. Por otra parte, estas rocas plutónicas fueron afectadas por un metamorfismo de bajo grado que llevan asociadas zonas de cizalla frágil-dúctil centimétricas a hectométricas. Edades U-Pb SHRIMP en circones restringe la edad de estas rocas entre 370 y 400 Ma (Devónico). La edad máxima de sedimentación de los protolitos de las rocas metamórficas y su evolución metamórfica podría estar relacionada a un evento orogénico del Paleozoico temprano, probablemente a la orogenia Famatiniana Patagónica. En contraste, las rocas plutónicas de San Martín de los Andes representarían un arco magmático, relacionado a una subducción que se habría producido al comienzo del ciclo orogénico Gondwánico, el cual culmina con la orogenia Gondwánica.