PROVENANCE OF CENOZOIC UNITS OF THE GUADUAS SYNCLINE: IMPLICATION IN THE TECTONIC EVOLUTION OF THE SOUTH OF MIDDLE MAGDALENA VALLEY AND ADJACENT OROGENS

Abstract

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.  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