Upper Carboniferous retroarc volcanism with submarine and subaerial facies at the western Gondwana margin of Argentina

ResumenDurante el Carbonífero tardío se desarrolló un arco magmático continental en el margen oeste del Gondwana en Sudamérica y en el mismo tiempo se originaron varias cuencas sedimentarias marinas en la región del retroarco. Al norte de los 33°S, en el Cordón Agua del Jagüel, Precordillera de Mendoza, Argentina, aflora una secuencia volcánica emplazada en un ambiente submarino con algunas exposiciones subaéreas, intercalada en los sedimentos marinos de la Formación Agua del Jagüel que rellenan una de las mencionadas cuencas de retroarco. Este trabajo presenta, por primera vez, un análisis de las facies conjuntamente con los datos geoquímicos e isotópicos de dicha asociación volcánica los cuales sugieren la depositación en una cuenca marina ensiálica de retroarco. La secuencia volcánica está compuesta por facies de flujos de detritos con fragmentos de origen sedimentario o volcánico, oleadas piroclásticas basales, hialoclastitas dacíticas–andesíticas resedimentadas masivas y laminadas, lavas almohadilladas, hialoclastitas básicas y lavas y hialoclastitas dacíticas–andesíticas. La composición de estas rocas es bimodal, basáltica y dacítica–andesítica. La geoquímica indica una filiación subalcalina, calcoalcalina de bajo K y metaluminosa. Las características geoquímicas de los basaltos señalan un origen a partir de un magma proveniente de un manto empobrecido con leve contaminación cortical. La geoquímica de las dacitas–andesitas, en cambio, muestra importante participación tanto de componentes corticales como de fluidos relacionados con la subducción. Estos hechos están sustentados por las diferentes relaciones iniciales de los isótopos de Sr y Nd y las edades modelo de Nd, que indican distintas fuentes magmáticas para ambos tipos de rocas. Las características de esta asociación volcánica sugiere, para los tiempos del Carbonífero tardío en esta latitud, un emplazamiento en un ambiente extensional, probablemente asociado a la presencia de una zona de subducción profunda.

During Late Carboniferous times a continental magmatic arc developed at the western margin of Gondwana in South America, as several marine sedimentary basins were formed at the same time in the retroarc region. North of 33°S, at Cordón Agua del Jagüel, Precordillera of Mendoza, Argentina, a volcanic sequence crops out which was emplaced in a submarine environment with some subaerial exposures, and it is intercalated in marine sediments of Agua del Jagüel Formation, which fills of one of these retroarc basins. This paper presents, for the first time, a facies analyses together with geochemical and isotopic data of this volcanic suite, suggesting its deposition in an ensialic retroarc marine basin. The volcanic succession comprises debris flows with either sedimentary or volcanic fragments, base surge, resedimented massive and laminated dacitic–andesitic hyaloclastite, pillow lava, basic hyaloclastite and dacitic–andesitic lavas and hyaloclastite facies. Its composition is bimodal, either basaltic or dacitic–andesitic. The geochemistry data indicate a subalkaline, low K calk-alkaline and metaluminous affinity. The geochemistry of the basalts points to an origin of the magmas from a depleted mantle source with some crustal contamination. Conversely, the geochemistry of the dacites–andesites shows an important participation of both crustal components and subduction related fluids. A different magmatic source for the basalts than for the dacites–andesites is also supported by Sr and Nd isotopic initial ratios and Nd model ages. The characteristics of this magmatic suite suggest its emplacement in an extensional setting probably associated with the presence of a steepened subduction zone at this latitude during Upper Carboniferous times.