Middle Miocene calc-alkaline volcanism in Central Patagonia (47°S): petrogenesis and implications for slab dynamics Translated title: Volcanismo calcoalcalino durante el Mioceno Medio en Patagonia Central (47°S): petrogénesis e implicaciones en la dinámica de placas

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 are region (ca. 16 Ma, 200 km west), and ended ca. 2 My before the onset of volumi-nous 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; (87Sr/86Sr)o=0.70366-0.70402, εNd=+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 oceurs (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 Neuquén 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 (Le., intermediate between calc-alkaline and alkaline, La/Nb >1; TiO2 <2 wt%) of some basalts extruded synchronously with genuine alkaline lavas in the Neogene Patagonian Plateau Lavas province.

Translated abstract

En este trabajo se presenta un estudio cronológico (K-Ar), petrológico y geoquímico (elementos mayores y trazas, isótopos de Sr-Nd) de rocas calcoalcalinas (basaltos a andesitas) del Mioceno Medio (16-14 Ma) que ocurren en una posición de trasarco en Patagonia Central (47°S; Secuencia Volcánica Zeballos, SVZ). Este magmatismo comenzó poco después de que el plutonismo máfico cesara en la region bajo el arco (ca. 16 Ma, 200 km al oeste), y terminó ca. 2 My antes del comienzo de un voluminoso evento magmático basáltico alcalino desarrollado en el trasarco, relacionado con ventanas astenosféricas, que continuó hasta el Pleistoceno. Las rocas calcoalcalinas estudiadas tienen una química típicamente relacionada con procesos de subducción (altas razones LILE/HFSE, empobrecimientos enNb, Ta y Ti; Ba/La>20; Ta/Hf<1,5; (87Sr/86Sr)o=0,70366-0,70402, εNd=+0,1±3,8); y sus contenidos de elementos mayores y trazas son consistentes con una evolución por cristalización fraccionada, en un sistema cerrado, desde un líquido parental de composición similar a la de la roca más básica del conjunto analizado. Se reconoce, además, la influencia de sedimentos subductados en la composición de estos magmas (aumento de la razón Th/HFSE y disminución de la razón Ce/Pb durante la diferenciación). Sin embargo, estas rocas muestran importantes similitudes composicionales con las de complejos volcánicos emplazados sobre areas donde ocurre subducción de bajo ángulo (altos contenidos de K, similares razones LREE/HREE, Nb/Zr, Ba/Nb; Th/Hf; Th/Ta, Ta/Hf<0,3), particularmente rocas de la actual region de subducción plana en Chile central-Argentina y de la cuenca de Neuquén durante el Mioceno Superior. Se propone aquí un modelo tectono-magmático que explica la generación y extrusion de magmas calcoalcalinos en una posición de trasarco durante el Mioceno Medio en Patagonia mediante el desarrollo de un fenómeno transiente de subducción de bajo ángulo y el consiguiente desplazamiento hacia el este del frente volcánico. Además, la mezcla entre remanentes de este magmatismo calcoalcalino almacenados en la corteza y fundidos alcalinos posteriores, provenientes de la astenósfera, se presenta como el proceso responsable de la generación de la signatura transicional (z'.e., intermedia entre calcoalcalina y alcalina, La/Nb>1; TiO2<2 wt%) reconocida en algunos basaltos que ocurren contemporáneamente con otros puramente alcalinos en la provincia de las Lavas Neógenas de Plateau de la Patagonia.