Middle Miocene calc-alkaline volcanism in Central Patagonia (47°S): petrogenesis and implications for slab dynamics - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Andean geology Year : 2010

Middle Miocene calc-alkaline volcanism in Central Patagonia (47°S): petrogenesis and implications for slab dynamics

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Felipe Espinoza
  • Function : Author
Diego Morata
  • Function : Author
Mireille Polve
  • Function : Author
Yves Lagabrielle
René C. Maury
  • Function : Author
Aude de la Rupelle
  • Function : Author
Christele Guivel
  • Function : Author
Joseph Cotten
  • Function : Author
  • PersonId : 831066
Hervé Bellon
  • Function : Author
  • PersonId : 865957
Manuel Suárez

Abstract

We present a chronological (K-Ar), petrologic and geochemical study (major and trace elements, Sr-Nd isotopes) of Middle Miocene (ca. 16-14 Ma) calc-alkaline rocks (basalts to andesites) extruded in the present-day back-arc region of Central Patagonia (Zeballos Volcanic Sequence (ZVS), 47 S). This magmatism started shortly after mafic plutonism ceased in the arc region (ca. 16 Ma, 200 km west), and ended ca. 2 My before the onset of voluminous slab tear-related back-arc alkaline basaltic magmatism (ca. 12 to Pliocene). The studied calc-alkaline rocks have a typical subduction-related signature (high LILE/HFSE ratios, depletion in Nb, Ta and Ti; Ba/La >20; Ta/Hf <1.5; (Sr-87/Sr-86)(o)=0.70366-0.70402, epsilon(Nd)=+0.1-+3.8). Major and trace elements contents are consistent with their evolution by closed system fractional crystallization of a presumed parental liquid similar in composition to the most basic rock of the suite. Moreover, a strong subducted sediment imprint is recognized (increasing Th/HFSE and decreasing Ce/Pb during differentiation). However, these rocks show striking similarities with volcanic complexes emplaced above areas where a gently dipping slab occurs (high K contents; similar LREE/HREE, Nb/Zr, Ba/Nb; Th/Hf; Th/Ta, Ta/Hf<0.3), particularly the present-day Andean flat-slab region and the Neuquen Basin during the Late Miocene. A comprehensive tectono-magmatic model is here presented to explain the generation and extrusion of these calc-alkaline magmas during the Middle Miocene. The development of a transient low-angle subduction and the resulting eastward migration of the volcanic front are then proposed. Mixing between stored remnants of calc-alkaline magmatism and later primitive alkaline melts is envisioned as the most likely process accounting for the transitional signature (i.e., intermediate between calc-alkaline and alkaline, La/Nb >I; TiO2 <2 wt%) of some basalts extruded synchronously with genuine alkaline lavas in the Neogene Patagonian Plateau Lavas province.
Volcanismo calcoalcalino durante el Mioceno Medio en Patogonia Central (47°S): petrogenesis e implicaciones en la dinamica de placas. En este trabajo se presenta un estudio cronologico (K-Ar), petrologico y geoquimico (elementos mayores y trazas, isotopos de Sr-Nd) de rocas calcoalcalinas (basaltos a andesitas) del Mioceno Medio (16-14 Ma) que ocurren en una posicion de trasarco en Patagonia Central (47°S; Secuencia Volcanica Zeballos, SVZ). Este magmatismo comenzo poco despees de que el plutonismo mafico cesara en la region bajo el arco (ca. 16 Ma, 200 km al oeste), y termino ca. 2 My antes del comienzo de un voluminoso evento magmatico basaltico alcalino desarrollado en el trasarco, relacionado con ventanas astenosfericas, que continuo hasta el Pleistoceno. Las rocas calcoalcalinas estudiadas tienen una quimica tipicamente relacionada con procesos de subduccion (altas razones LILE/HFSE, empobrecimientos en Nb, Ta y Ti; Ba/La>20; Ta/Hf l,5; (87Sr/86Sr)0=0,70366-0,70402, End~O,1±3,8); y sus contenidos de elementos mayores y trazas son consistentes con una evolucion por cristalizacion fraccionada, en un sistema cerrado, desde un liquido parental de composicion similar a la de la roca mas basica del conjunto analizado. Se reconoce, ademas, la influencia de sedimentos subductados en la composicion de estos magmas (aumento de la razon Tb/HFSE y disminucion de la razon Ce/Pb durante la diferenciacion). Sin embargo, estas rocas muestran importantes similitudes composicionales con las de complejos volcanicos emplazados sobre areas donde ocurre subduccion de bajo angulo (altos contenidos de K, similares razones LREF/HREE, Nb/Zr, Ba/Nb; TblHf; TblTa, Ta/Hf O,3), particularmente rocas de la actual region de subduccion plana en Chile central-Argentina y de la cuenca de Neuquen durante el Mioceno Superior. Se propone aqui un modelo tectono-magmatico que explica la generacion y extension de magmas calcoalcalinos en una posicion de trasarco durante el Mioceno Medio en Patagonia mediante el desarrollo de un fenomeno transiente de subduccion de bajo angulo y el consiguiente desplazamiento hacia el este del frente volcanico. Ademas, la mezcla entre remanentes de este magmatismo calcoalcalino almacenados en la corteza y fundidos alcalinos posteriores, provenientes de la astenosfera, se presenta como el proceso responsable de la generacion de la signatura transicional (i.e., intermedia entre calcoalcalina y alcalina, La/Nb>1; TiO2 2 wt%) reconocida en algunos basaltos que ocurren contemporaneamente con otros puramente alcalinos en la provincia de las Lavas Neogenas de Plateau de la Patagonia.
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insu-00561888 , version 1 (24-06-2022)

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Felipe Espinoza, Diego Morata, Mireille Polve, Yves Lagabrielle, René C. Maury, et al.. Middle Miocene calc-alkaline volcanism in Central Patagonia (47°S): petrogenesis and implications for slab dynamics. Andean geology, 2010, 37 (2), pp.300-328. ⟨10.5027/andgeoV37n2-a03⟩. ⟨insu-00561888⟩
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