Pre-collisional extensional tectonics in convergent continental margins: the cretaceous evolution of the central cordillera of the Colombian Andes

Abstract

The Cretaceous tectonic evolution of the Northern Andes continental margin is characterized by continuous convergence that allowed the formation of continental volcanic arcs, back arc basins, extensional divergent tectonics and accretion of exotic terranes. Such a record, particularly the extensional phases, is commonly hidden by the overimposition of deformational events associated with evolution of the subduction configuration, collision of exotic terranes and strike slip fragmentation. We integrate field geology, stratigraphy, U-Pb provenance and geochronology to improve the understanding of the Early Cretaceous pre-deformation phases in the western flank of the Central Cordillera and to refine the understanding of Cretaceous to Early Paleogene paleo-tectonic evolution. Lower Cretaceous sedimentation was deposited over Triassic metamorphic units and includes a transgressive record characterized by fan delta conglomerates overlaid by distal turbidities and a syn-sedimentary volcanic record at 100 ma. This record is related to continental crust extension and sea floor spreading that formed ribbons and microcontinents separated by oceanic crust. Following this extensional event, an 85 – 82 Ma two-arc system seems to have been formed over the main continental margin and an isolated microcontinent. These two arcs collided and were also juxtaposed to another allochthonous Cretaceous oceanic arc between 80 Ma and 60 Ma.

Resumen: rastreando fases extensionales en orogenos acrecionarios: evolución Cretácica de la Cordillera Central en los Andes Colombianos. Las márgenes convergentes se caracterizan por zonas de subducción que funcionan durante largos periodos de tiempo (200 ma). Estos límites convergentes son dinámicos y están en constante transformación, alternado periodos extensionales con periodos donde dominan los regímenes compresivos. Los cambios entre una tectónica compresiva y una extensional están relacionados con cambios en el ángulo de subducción, el ángulo entre los vectores de movimiento de la placa, la actividad mantelica y la llegada de bloques exóticos a la margen. Los regímenes extensionales en las márgenes convergentes son los responsables del desarrollo de: cuencas retro-arco, cuencas transtesivas, apertura de nuevos océanos y la fragmentación de la corteza continental; por otro lado una tectónica compresiva está asociada con la aparición de: cinturones de plegamiento y cabalgamiento, el engrosamiento cortical, la inversión de cuencas sedimentarias y el desarrollo de cuencas flexurales. La acreción de bloques alóctonos y para-autóctonos durante las fases compresivas suelen borrar parcialmente el registro geológico de las fases extensionales. Los Andes del norte son una provincia geológica donde la subducción se ha re-instalado desde el Mesozoico medio, después de la fragmentación de Pangea. Esta provincia se caracteriza por la acreción de bloques exóticos durante el Cretácico Superior y el Cenozoico, que se alternaron con la historia de subducción continua. En el segmento occidental de los Andes Colombianos afloran varias unidades formadas durante El Cretácico Inferior, que debido los múltiples eventos colisiónales posteriores han sido deformadas y metamorfoseadas en múltiples ocasiones, además las relaciones originales entre estas unidades han sido parcialmente borradas lo cual ha llevado a agrupar estas rocas en litodemas cuya historia es todavía poco comprendida. Dentro de estas unidades se encuentran el Complejo Arquia, el Complejo Quebradagrande, el Complejo Metasedimentario Aránzazu y rocas sedimentarias como: la Formación Abejorral y la Formación Valle Alto. Debido a que estas unidades litodedemicas agrupan rocas formadas en distintos escenarios tectónicos y en distintos periodos, han sido propuestos múltiples modelos evolutivos y paleogeográficos para el Cretácico en los Andes del norte. Con el fin de rastrear la evolución Cretácica de los Andes del norte en este trabajo se combinaron distintas técnicas dentro de una sección de referencia ubicada en el límite entre los departamentos de Antioquia y Caldas, esta sección fue controlada con cortes regionales, dentro de las técnicas utilizadas se incluyen: cartografía geológica, geología estructural, estratigrafía, procedencia y geocronología U-Pb. Dentro de los resultados obtenidos se identificaron las fases extensionales que fragmentaron y modificaron la margen continental durante el Cretácico Inferior (140-100 ma), este periodo se caracterizó por la apertura de nuevos océanos y mares marginales asociados a la generación micro-continentes y fragmentos de corteza extendidos (“Ribbons”), la extensión fue seguida por fases compresivas que generaron la aparición de varias zonas de subducción durante el Cretácico Superior (100 – 80 ma), entre 80 y 60 ma varios bloques aloctonos colisionan de manera diacrónica con la margen continental y con los bloques extendidos durante el la extensión, este periodo se caracteriza por la inversión de cuencas, engrosamiento cortical y el reinicio de la subducción. Los Andes del norte presentan una oportunidad única para entender la evolución de las márgenes convergentes y la temporalidad de los distintos escenarios tectónicos.