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Late Triassic to Early Jurassic Plutonism in south Chile (34°-37°S): Its significance for the geodynamic evolution in the transition from Gondwana to Andean orogeny
Vásquez Illanes, Paulina Soledad
Der südamerikanische Kontinentalrand ist ein aktiver Kontinentalrand seit dem Spät Carboniferous. Für diesen Zeitraum (>300 Ma) werden zwei wesentliche tektonomagmatische Phasen postuliert, die spätpaläozoische und die andine Orogenese (Späte Trias-Rezent). Der Übergang zwischen diesen beiden orogenen Zyklen während des frühen Mesozoikums ist Gegenstand der Dissertation. Das Arbeitsgebiet liegt in der Cordillera de la Costa, Südchile (34°S - 37°S). Mit Hilfe petrologisch-geochemischer Methoden wurden Gesteine charakterisiert und ein geodynamisches Modell für den kritischen Zeitraum aufgestellt. Die Altersbestimmungen unterteilen die magmatische Aktivität in drei frühmesozoische Ereignisse: spättriassischer granitischer Magmatismus von ca. 225 - 220 Ma (Hualpen Stock und Constitución Granit), spättriassischer bimodaler Magmatismus von 210 - 197 Ma (Cobquecura Pluton, La Estrella Granit und Pichilemu Granit) und mitteljurassischer mafischer Magmatismus von ca. 175 - 150 Ma (Cerros del Hualve Intrusion und Montecillos Intrusion). Die drei Gruppen zeigen unterschiedliche Charakteristika und Kristallisationsbedingungen, insbesondere niedrige fO2 und aH2O des 210 - 197 Ma Magmatismus. Die Intrusionen von 225 - 220 Ma und 210 - 197 Ma sind an NW-SE bis N-S streichende Lineamente gebunden. Diese fallen mit der Richtung der permisch-jurassischen Hauptstrukturen zusammen, die am gesamten chilenischen Kontinentalrand auftreten. Der frühmesozoische Magmatismus zeigt geochemische Charakteristika subduktionsbezogener Magmen (Nb-Ta Trog, positive Pb Anomalie); zeitgleich tritt ein Akkretionskeil auf. Die 210 - 197 Ma-Plutone zeigen zusätzlich typische geochemisch-mineralogische Merkmale eines Extensions-Regimes, insbesondere der La Estrella Arfvedsonit-Granit und der Fayalit-führende Cobquecura-Pluton. Der Cobquecura-Pluton setzt sich aus komagmatisch intrudierten Gabbros und Fayalit-Granitoiden zusammen. Fayalit-Granitoide werden als extensionsbezogene Schmelzen und somit als nicht subduktionsbezogen interpretiert. Ihre Petrogenese ist umstritten. Fayalit-Granitoide gelten als Differentiate von H2O-armen Magmen mit einem fO2 unterhalb des Fayalit–Magnetit-Quarz Puffers. Das Verhalten der Haupt- und Spurenelemente der Fayalit-Granitoide (Chile) zeigt, dass sie Produkte der fraktionierten Kristallisation gabbroider Magmen in einem offenen System darstellen. Die mafische Quelle ist ähnlich der des regionalen subkontinentalen Mantels. Die Sr-Nd Isotopensignaturen unterscheiden sich von den bekannten Mantel- und Krustenquellen des regionalen paläozoischen Grundgebirges. Sowohl Gabbros als auch die Fayalit-Granitoide enthalten Fe-reiche restitische Xenolithe (Spinell-Cordierit-Quarz-Plagioklas), die aus einen anderen Niveau (mittlere oder untere Kruste) als die Rahmengesteine stammen. Vergleichbare geochemische Charakteristika und Pb-Isotopensignatur der restitischen Xenolite und der Fayalit-Granitoide weisen auf eine enge genetische Verbindung hin. Die daraus zu schließende Assimilation Fe-reicher Kruste als ein wichtiger Prozess in der Petrogenese der Fayalit-Granitoide hat in der Literatur kaum Beachtung gefunden. Weiterhin deuten die Isotopensignaturen auf einen größeren Einfluss der Mantelquelle als in den älteren Magmatiten hin. Die Fe-reiche Mineralogie und die Kristallisationsbedingungen des La Estrella Granits und des Cobquecura Plutons sind ungewöhnlich für das Phanerozoikum, jedoch häufig in proterozoischen anorogenen Gesteinen. Die geochemischen Signaturen und geologischen Charakteristika dieser Granitoide des chilenischen Kontinentalrandes beweisen jedoch, dass zeitgleich ein Subduktionsregime auftrat. Der Magmatismus von 225 - 220 Ma und 175 - 150 hat eine ähnliche Quelle wie der nordpatagonische Batolith, ein Beispiel für subduktionsbezogenen Kordillerenmagmatismus. Ein mögliches Szenario für den Übergang vom Spätpaläozoikum zur Andinen Orogenese ist ein Suprasubduktionsmilieu, im initialen Stadium mit einer schrägen Subduktion mit NW-SE gerichteten Extensionstrukturen, welche später ein steileres Abtauchen der subduzierten Platte verursacht hat. Diese steilere Subduktion könnte die Magmengenese im subkontinentalen Mantel begünstigt haben. Die Subduktionszonengeometrie in Trias-Jura ermöglichte die Platznahme von Magmen mit extensionsbezogenen Signaturen bei gleichzeitig bedeutenden Beiträgen aus Mantelquellen. Das lässt darauf schließen, dass der Beginn der andinen Orogenese durch eine Rekonfiguration der Konvergenzbedingungen während einer kontinuerlichen Subduktion vom Paläozoikum bis heute verursacht wurde.
The South American margin is a long-lived active margin since the Late Carboniferous (>300 Ma). Two tectonomagmatic stages have been documented for this time at the margin: The Late Paleozoic and the Andean Orogeny (Late Triassic-Recent). The transition between these two orogenic cycles during the emplacement of the Early Mesozoic granitoids of Chile is the subject of this work. The study area lies in the Cordillera de la Costa southern Chile (34 - 37°S). A geodynamic model is proposed based on petrologic-geochemical characteristics of the Early Mesozoic rocks. New age determinations group the magmatic activity into three pulses: Late Triassic granitic magmatism at 225 - 220 Ma (Hualpen Stock and Constitución Granite), Late Triassic bimodal magmatism at 210 - 197 Ma (Cobquecura Pluton, La Estrella Granite and Pichilemu Granite), and Middle Jurassic mafic magmatism von 175 - 150 Ma (Cerros del Hualve Intrusives and Montecillos Intrusives). These magmatic groups display distinct characteristics and crystallization conditions (remarkably low fO2 and low aH2O of the 210 - 197 Ma magmatism). The 225 - 220 Ma and 210 - 197 Ma intrusives are spatially related to NW-SE to N-S striking lineaments. This direction coincides with the orientation of major Permian-Jurassic structures along the Chilean margin. The whole Early Mesozoic magmatism displays geochemical characteristics of subduction-related magmas (Nb-Ta trough and positive Pb anomalies), contemporaneous with an accretionary wedge. Surprisingly, however, the magmatism at 210 - 197 Ma shows geochemical and mineralogical features of an extensional setting, particularly the La Estrella Granite (arfvedsonite granite) and the Cobquecura Pluton (fayalite granitoids). The Cobquecura Pluton consists of comagmatic gabbroic and (fayalite) granitoid rocks. Occurrences of fayalite-granitoids are only scarcely documented worldwide and are related to an extensional and not to a subduction setting until now. Their petrogenesis is controversially discussed. Fayalite granitoids are generally thought to have crystallized from H2O-poor and reduced magmas with an fO2 even lower than the fayalite-magnetite-quartz buffer. The major and trace element behavior of the Cobquecura Pluton of Chile moreover shows that the fayalite granites are a product of open-system fractional crystallization from the comagmatic mafic magmas of this suite. The mafic source is similar in composition to the regional subarc-subcontinental mantle. The fayalite granitoids exhibit Sr-Nd isotopic compositions that differ from both the mantle and the known crustal sources of the regional Paleozoic Basement. In both, gabbros and fayalite granitoids Fe–rich restitic xenoliths (spinel-cordierite-quartz-plagioclase) were discovered, that were probably derived from a deeper (middle or lower) crust than the upper crust exposed at the current surface. Similar geochemical characteristics and Pb-isotopic signatures of the restitic xenoliths and the fayalite granitoids point to an assimilation of Fe-rich deeper continental crust as an important process in fayalite granitoid petrogenesis, a process that has not gained much attention in the fayalite granitoid literature. Furthermore, the magmatic rocks emplaced at 210 - 197 Ma show an unequivocal evidence for a major contribution of a mantle source than older magmatic suites. The Fe-rich mineralogy and the crystallization conditions displayed by the La Estrella Granite and the Cobquecura Pluton are rather uncommon for the Phanerozoic and have been more frequently been reported for anorogenic Proterozoic rocks. In clear contrast, geological and geochemical characteristics of the Chilean continental margin, unambiguously demonstrate that a subduction regime occurred contemporaneously with the emplacement of the investigated magmatic suite. The magmatism at 225 - 220 Ma and at 175 - 150 have sources similar to that of the North Patagonian Batholith, which is an example for subduction-related cordilleran magmatism. A possible scenario for the transition between the Late Paleozoic and the Andean orogeny is a suprasubduction setting, with an initial phase preceded by oblique subduction that could have generated the extensional NW-SE trending structures followed by steepening of the slab. The steepening of the slab favors melting of the subcontinental mantle and the Triassic-Jurassic subduction geometry could have allowed the emplacement of magmas with an extensional signature and enhanced contributions from mantle sources. These features suggest that the onset of the Andean Orogeny was due to a reconfiguration of the convergence conditions during continuous subduction from the Paleozoic onwards.
