BASEMENT CONFIGURATION OF THE NORTHWESTERN SOUTH AMERICA - CARIBBEAN MARGIN FROM RECENT GEOPHYSICAL DATA Translated title: Configuración del basamento de la margen Sur America noroccidental - el Caribe, a partir de datos geofísicos recientes

Abstract

The oceanic nature of the crust in northern Colombia (underlying the Lower Magdalena Basins) has been postulated by different authors as a northern extension of the Cretaceous, mafic and ultramafic rocks accreted to the western margin of northwest Colombia (in the Western Cordillera and Baudo range). Localized, small outcrops of oceanic affinity rocks seem to support this hypothesis. However, geophysical data do not support this northern extension, but clearly mark the boundary between the collisional Panamá terrane with northern South America and the over thrusting of the latter on top of the obliquely convergent Caribbean plate. We produced maps to basement and Moho topography by integrated modeling of gravity, magnetics, seismic reflection surveys and well data from northwest Colombia and the southwestern Caribbean. In areas with good seismic coverage, the basement under the Lower Magdalena Basins (LMB) is represented by a clear reflector. In areas where seismic data shows poor imaging or is absent, we use a back stripping methodology to model first the sedimentary section, with known densities, composition and geometry controlled by oil wells and high quality seismic data, and then the deeper section. 2,5D gravity and magnetics modeling results in an initial Moho that can be extended to the entire region based on the control of available seismic refraction points. This controlled Moho provides the basis for basement modeling for the whole area and this sequence is iterated for several sections across the region. Our results indicate that the crust under northern Colombia is continental to thinned continental (transitional) in nature, with densities between 2,6 and 2,7 g/cm3. Our model also requires a dense wedge of sediments (density 2,5 g/cm3) at the base of the modern fold belt, which may represent a fossil sedimentary wedge attached to the continental margin. This wedge may have served as a backstop for the modern fold belt. The gravity modeling does not require oceanic crust to form the basement in the Sinú and San Jacinto fold belts as previously suggested. Discrete layers and thin slivers of oceanic sediments and basement could have been scrapped off the incoming plate and thrusted into an accretionary mélange, and eventually exposed at the surface, as seen in the Mulatos, Chalan and Cansona locations. The shape of the continental wedge / oceanic crust boundary resembles that of a very low angle/flat subduction zone (ß angle between 2º to 3º), and is interpreted here as a low angle over thrusting of northern South America riding in a highly oblique direction over the underlying Caribbean plate. The map to basement depth obtained during this study forms the basis for basin analysis, oil maturation and evolutionary studies of the region. As an example, we apply our map to a flexural analysis of the LMB.

Translated abstract

La naturaleza oceánica de la corteza en el norte de Colombia (subyaciendo las cuencas del Valle Inferior del Magdalena) ha sido postulada por varios autores como una extensión al norte de las rocas Cretácicas, máficas y ultra máficas adosadas al margen Occidental del Nor Oeste de Colombia (en la Cordilleras Occidental y la Serranía del Baudó). Pequeños afloramientos, localizados, de rocas de afinidad oceánica aparentemente confirman esta hipótesis. Sin embargo, los datos geofísicos parecen no soportar esta extensión hacia el Norte, sino que claramente marcan el limite entre el terreno colisional de Panamá con el Norte de Sur América y los sobre cabalgamientos de esta ultima por encima de la placa oblicuamente convergente del Caribe. Hemos obtenido mapas del basamento y el Moho mediante el modelamiento integrado de gravimetría, magnetometria, sísmica de reflexión y datos de pozo del Norte de Colombia y el Sur Oeste del Caribe. En donde existe sísmica de reflexión la respuesta del basamento es muy clara. En áreas en donde los datos sísmicos son inexistentes o presentan pobre resolución, utilizamos una técnica de reconstrucción para modelar primero la sección sedimentaria, cuyas densidades, composición y geometría son conocidas, y se encuentra controlada por datos de pozos petroleros y sísmica de alta resolución. El modelamiento gravimetrico y magnetometrico en 2,5 D resulta en un Moho inicial que puede ser extendido a toda el área gracias al control de los puntos de sísmica de refracción disponibles. Este Moho controlado provee las bases para el modelamiento del basamento en toda el área de estudio, y esta secuencia es iterada para distintas secciones a través del área de estudio. Nuestros resultados indican que la corteza bajo el Norte de Colombia es de naturaleza continental a transicional (continental adelgazada). Nuestro modelo también requiere de una cuña densa de sedimentos (densidad de 2,5 g/cm3) a la base del cinturón deformado moderno, el cual podría representar una cuña sedimentaria fosilizada adosada al margen continental. Esta cuña puede haber servido de bloque rígido (backstop) para el cinturón deformado. El modelamiento gravimetrico no requiere que una corteza oceánica forme el basamento en los cinturones plegados de Sinú y San Jacinto como se ha sugerido previamente. Capas aisladas y tajadas delgadas de sedimentos oceánicos pudieron haber sido rasgadas de la placa entrante y cabalgadas dentro de una melange acrecionaria, y eventualmente expuesta en superficie. La forma de la cuña continental / limite de la corteza oceánica se asemeja a una zona de subducción de bajo ángulo o plana (ángulo ß entre 2º a 3º), y se interpreta aquí como un sobre corrimiento de bajo ángulo del norte de Sur América cabalgando en una dirección altamente oblicua sobre la placa Caribe subyacente. El mapa de basamento en profundidad obtenido durante nuestro estudio forma las bases para estudios de análisis de cuencas, maduración de hidrocarburos y estudios de evolución en la región. A manera de ejemplo, hemos aplicado dicho mapa al análisis flexural del LMB.