Provenance of the La Casita Formation and the Patula Arkose: Implications for the tectono-magmatic evolution of NE Mexico from Carboniferous to Jurassic times

Yam Zul Ernesto Ocampo-Díaz¹*, Oscar Talavera-Mendoza², Uwe Jenchen^3,4, Víctor A. Valencia⁵, Hugo Cesar Medina-Ferrusquia³ y Martín Guerrero-Suastegui²

¹ Área de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luís Potosí, Av. Dr. Manuel Nava No. 8, Zona Universitaria, San Luis, Potosí, México, C.P., 78290. *magonegro_2000@hotmail.com.

² Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, UAG, Ex-Hacienda de San Juan Bautista, Taxco el Viejo, Guerrero, México.

³ Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Avenida Universidad S/N, Ciudad Universitaria, C.P. 6645, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México.

⁴ Facultad de Ciencias de la Tierra, UANL, Hacienda de Guadalupe, Carretera a Cerro Prieto, km 8, C. P. 67700 Linares, Nuevo León, México.

Manuscrito recibido: Enero 30, 2013
Manuscrito corregido recibido: Octubre 23, 2013
Manuscrito aceptado: Noviembre 21, 2013

Resumen

Durante el Valanginiano-Huateriviano, la Formación La Casita (fosa de Monterrey) y la Arcosa Patula (cuenca de Sabinas) conformaron unidades sedimentarias distribuidas en el borde sureste y noreste del bloque de Coahuila. El presente estudio discrimina el carácter de los diferentes elementos geotectónicos que conforman el Noreste de México, en su función como áreas fuente, integrando estudios petrográficos de areniscas y geocronología de circones detríticos. En la Formación La Casita se diferenciaron petrofacies volcano-plutonoclásticas con tendencias a cuarzo-feldespáticas, mostrando influencia de líticos volcánicos con texturas felsíticas, microlíticas, lathwork, líticos plutónicos con texturas mirmequíticas y líticos metafelsíticos/psamitcos_3y4, en tanto que la Arcosa Patula se caracteriza por una petrofacies sedimento-plutonoclástica, con alto contenido de líticos plutónicos con texturas mirmequíticas, metapelíticos₂ y metapsamíticos₂, y en menor proporción líticos volcánicos con texturas felsíticas y lathwork.

Las edades de los circones detríticos varían desde 2885 hasta 164 Ma, y la mayoría de los granos (57%) se ubican en el rango de 275 a 240 Ma. En total se definieron cuatro poblaciones, A-D, y dos subpoblaciones, D1 y D2, considerando los picos de probabilidad altos y bajos del conjunto total de las edades obtenidas: población de circones A (>700 Ma; Paleoproterozoico - Neoproterozoico), la población B (700-500 Ma; Neoproterozoico - Cámbrico medio), la población C (500-450 Ma; Cámbrico medio - Ordovícico Medio) y la D (350-160 Ma; Carbonífero temprano - Jurásico Medio). En la Formación La Casita, los circones jurásicos a carboníferos evidencian fuentes múltiples de arcos magmáticos en el norte y este de México, entre los que destacan el Arco del Carbonífero- Pérmico temprano, el Arco magmático Permo - Triásico y las rocas volcánicas de la Formación Nazas del Triásico Tardío - Jurásico Medio. Por otra parte, circones devónicos a neoproterozoicos y mesoproterozoicos indican el basamento de la región que es comparable con el Complejo Novillo y las rocas sedimentarias paleozoicas que le cubren.

Los circones detríticos más jóvenes de la Arcosa Patula derivan muy probablemente del Arco Magmático del Permo-Triásico, mientras que los circones de 298-250 Ma son correlacionables con el Arco Las Delicias del Carbonífero - Pérmico temprano y con las rocas metamórficas de bajo grado del cratón de Coahuila-Texas.

Palabras clave: Formación La Casita, Arcosa Patula, procedencia, geocronología, circones detríticos, NE de México.

Abstract

During Valanginian-Hauterivian time, La Casita Formation (Monterrey trough) and the Patula Arkose (Sabinas basin) formed sedimentary units distributed in the southeast and northeast edge of the Coahuila block. The present article discriminates the character of the different geotectonic elements that form northeastern Mexico and integrates petrographic studies of sandstone and geochronology of detrital zircons. La Casita Formation consists of volcano-plutonoclastic petrofacies with quartz-feldspathic trends, showing volcanic lithic influence with felsitic, microlitic, lathwork, andplutonic lithic fragments with myrmekitic textures, as well as metafelsitic/psammitic_3y4 lithics; in contrast, the Patula Arkose is characterized by sedimentary-plutonoclastic petrofacies, with a high content of plutonic lithics with myrmekitic, metapelitic2, and metapsammitic2 textures, and a subordinate content of volcanic lithics with felsitic and lathwork textures.

The detrital zircon ages vary from 2885 to 164 Ma with a high percentage of grains (57%) located in the range of 275 to 240 Ma. Four age populations, A-D, and two subpopulations were defined considering probability peaks and lows of all ages obtained: Zircon population A (>700 Ma; Paleoproterozoic-Neoproterozoic); population B (700-500 Ma; Neoproterozoic - middle Cambrian); population C (500-450 Ma; middle Cambrian - Middle Ordovician); population D (350-160 Ma; early Carboniferous - Middle Jurassic). In La Casita Formation, the Carboniferous to Jurassic zircons show multiple magmatic-arc sources in the north and east of Mexico, prominent among them are the Carboniferous- Permian arc, the Permo-Triassic magmatic arc, and volcanic rocks of the Upper Triassic - Middle Jurassic Nazas Formation. On the other hand, Mesoproterozoic and Neoproterozoic to Devonian zircons indicate the age of the basement of the region, which is comparable with the Novillo Complex, and the overlying Paleozoic sedimentary rocks.

The youngest detrital zircons of the Patula sandstones were probably derived from the Permo-Triassic magmatic arc, whereas the 298259 Ma zircons are correlated with the Las Delicias arc of Carboniferous-early Permian, and the low-grade metamorphic rocks of the Coahuila-Texas craton.

Both formations were deposited within a strike-slip basin system; however, the La Casita Formation displays provenance characteristics of continental magmatic arcs and recycled orogens (~Q₅₆F₃₅L₉; ~Qp₂₄Lv₆₁Ls₁₅), whereas Patula sandstones have characteristics of stable continental block provenance, and subordinate suture belt provenance (~Q5sF33L,; ~Qp59LviLs40).

Key words: La Casita Formation, Patula Arkose, provenance, detrital zircons, northeastern Mexico.

Desde el Jurásico Tardío hasta el Cretácico Temprano el desarrollo del norte de México está marcado por la transición de un sistema tectónico extensional a un ambiente de acortamiento que favoreció la generación de sistemas transtensivos. Este cambio de régimen fue controlado por la apertura del Golfo de México, la rotación del bloque de Yucatán y la migración de una subducción oblicua hacia la margen paleopacífica de México (California, Arizona y Norte de Sonora; Sistema Cordillerano). A continuación se establecieron en los límites suroccidentales del Cratón de América del Norte, arcos del Pérmico-Triásico como ensambles petrotectónicos ligados a la Margen peri-Gondwanica, y el desarrollo de un sistema de cuencas de tipo strike-slip (e.g., cuenca McCoy-Sabinas y fosa de Monterrey; Tardy et al., 1989; Mickus et al., 2009; Ocampo-Díaz, 2011, 2012). La reactivación de fallas del basamento exhumó los complejos petrotectónicos asistiendo un ciclo de intemperismo, erosión y transporte de sedimentos (Michalzik, 1988; Ocampo-Díaz, 2011).

En la fosa de Monterrey se instauraron sistemas de depósito marginales dentro de un sistema de línea de costa deltaica con dirección NW 45-SE 45 de la Formación La Casita (Ocampo-Díaz, 2011), entre tanto en la cuenca de Sabinas se depositaban sistemas aluviales y fluviales (Arcosa Patula; Krutak, 1965; Charleston, 1974; Ocampo-Díaz, 2012). Posteriormente se depositaron potentes secuencias de rocas carbonatadas cubriendo los ensambles petrotectónicos.

Los estudios de procedencia con datos de petrografía modal y geocronología de circones detríticos son herramientas para determinar áreas fuente en cuencas, sobre todo en regiones geológicas con una gran variedad de posibles áreas fuente y para documentar la evolución estratigráfica, tectónica y las posibles vías de dispersión y transporte de sedimentos (e.g., Zuffa, 1980; Dickinson, 1985; Critelli 1999; Lawton et al., 2009).

El trabajo tiene el objetivo de documentar y discriminar las características petrográficas, la composición del área fuente, el ambiente tectónico y la posible ubicación de las rocas madres de las contemporáneas formaciones La Casita y Arcosa Patula, por medio de análisis petrográficos y análisis geocronólogicos de circones detríticos.

GEOLOGÍA REGIONAL

El noreste de México es una región geológica en donde se yuxtaponen o amalgaman los terrenos tectonoestratigráficos Sierra Madre y Coahuila (Campa y Coney. 1983; Figura 1) durante la sutura del Ouachita-Marathon en el Pérmico (Dickinson y Lawton; 2001).

El basamento del Terreno Sierra Madre está constituido por el Gneiss Novillo (~1.0 Ga) conformado por rocas metamórficas de grado bajo a medio (Ruiz et al., 1988; Ortega-Gutiérrez et al., 1995; Keppie y Ortega-Gutiérrez, 2010), yuxtapuestas en contacto tectónico con esquistos pelíticos y psamíticos con lentes de serpentinitas, metagabros, metabasaltos y metapedernal del Esquisto Granjeno (Neoproterozoico al Silúrico, posiblemente hasta el Devónico; Carrillo-Bravo 1961; Dowe 2004; Keppie 2004; Barboza-Gudiño et al., 2011). La cubierta sedimentaria paleozoica está conformada por sucesiones conglomeráticas, rocas carbonatadas con abundantes braquiópodos y equinodermos, tobas riolíticas y lutitas, así como areniscas del Silúrico al Pérmico temprano (Carrillo-Bravo 1961; Gursky y Michalzik, 1989; Stewart et al., 1999).

Las rocas más antiguas del Terreno Coahuila son rocas volcánicas calcoalcalinas del bloque de Coahuila o Arco de Las Delicias, emplazadas durante el Pensilvánico Tardío-Pérmico (McKee et al., 1988), además esquistos pelíticos y psamíticos de sericita/muscovita en facies de esquistos verdes (Carpenter, 1997).

Ambos terrenos muestran intrusiones de granitos y granodioritas de edad pérmico-triásica como de la Isla La Mula, la Isla de Monclova y el Archipiélago de Tamaulipas (McKee et al., 1990; Jones et al., 1995; Torres et al., 1999; Pindell y Kennan, 2002).

Durante del Pérmico-Triásico y Triásico-Jurásico Medio se emplazaron los arcos volcánicos en el NE de México (Pindell y Dewey, 1982; Jones et al., 1995; Dickinson y Lawton, 2001; Centeno-García, 2005; Barboza-Gudiño et al., 2008; Rubio-Cisneros y Lawton, 2011). La instauración de estos nuevos ensambles por procesos de acreción-amalgamación favorecieron al incremento de los procesos alocíclicos extra- e intracuencales, los cuales ayudaron a restablecer los patrones de sedimentación y configuración de las cuencas sedimentarias de noreste de México (Ocampo-Díaz, 2012).

Durante el Jurásico Temprano-Medio (185-195 Ma; Fastovsky et al., 2005; Barboza-Gudiño et al., 2008; Godínez-Urban et al., 2011; Rubio-Cisneros y Lawton, 2011) se desarrollaron en la margen paleo-pacífica de México secuencias volcánicas de composición intermedia-félsica y vulcanoclásticas de la Formación Nazas en los estados de Zacatecas, San Luís Potosí y Durango; la Serie Pre-Huizachal en el estado de Nuevo León, Formación La Boca en el estado de Tamaulipas, y Formación Todos Santos en el estado de Chiapas, relacionadas con arcos continentales en la porción suroeste de Norte América (Grajales-Nishimura et al., 1992; Jones et al., 1995; Bartolini et al., 2003; Barboza-Gudiño et al., 1999, 2008; Rubio-Cisneros y Lawton, 2011).

En el Jurásico Tardío - Cretácico Temprano prevaleció un régimen transtensivo relacionado con una subducción oblicua alojada en la margen paleopacífica que favoreció (1) el desarrollo del rifting y drifting en el Golfo de México; (2) la generación de cuencas de tipo strike-slip en el límite sur de Norte América (e.g., cuenca de Bisbee, fosa de Chihuahua, cuenca de Sabinas y fosa de Monterrey); y (3) el desplazamiento menor de los bloques de ensambles petrotectónicos (Tardy et al., 1989; Bassett y Busby, 2005; Haenggi y Muehlberger 2005; Ocampo-Díaz, 2011 y 2012).

Tanto en la fosa de Monterrey como en la cuenca de Sabinas, se depositaron paquetes de rocas sedimentarias, cubriendo los conjuntos petrotectónicos: 1) los lechos rojos de origen fluvio-aluvial del Grupo Huizachal; 2) las evaporitas de la Formación Minas Viejas; 3) las calizas de plataforma somera abierta de la Formación Zuloaga; y 4) las lutitas y areniscas deltaicas y costeras de la Formación La Casita (Michalzik, 1988; Salvador, 1987; 1991; Pindell y Kennan, 2002; Centeno-García, 2005; Ocampo-Díaz, 2011 y 2012; Figura 2).

Estratigrafía del Jurásico Tardío - Cretácico Temprano

Formación La Casita

La Formación La Casita fue definida por Imlay (1936) en el Cañón de La Casita, como una secuencia de lutita de color gris oscuro a negro, intercalada con estratos delgados de caliza arcillosa amarillenta y capas delgadas de carbón. Posteriormente, Michalzik (1988) describe horizontes fosfatados en el área de Iturbide, Nuevo León. El espesor de la Formación La Casita oscila entre 60 y 800 m (Fortunato 1982; Fortunato y Ward, 1982; Michalzik 1988; Eguiluz de Antuñano, 1990; Michalzik y Schumann, 1994). En la región de Monterrey-Saltillo, Fortunato y Ward (1982), así como Goldhammer (1999) dividieron a la Formación La Casita en las siguientes tres unidades estratigráficas: Unidad 1 (Kimmerigdiano-Tithoniano). Goldhammer et al. (1990) describen a la unidad como una lutita negra carbonosa y limolita, con capas con ostras altamente bioturbadas, interpretadas como depósitos de prodelta dentro de una plataforma submareal profunda, que se correlaciona con el miembro inferior de la Formación Cotton Valley que aflora en el sur de Texas, EUA. El espesor de esta unidad varía de 137-148 m.

En la región estudiada, la Unidad 1 únicamente aflora en el área de Picachos (Figuras 1 y 3), constituida por lutita negra con laminaciones paralelas y lutita arenosa de color café obscuro.

En el Cañón Los Chorros afloran dos sub-unidades: la subunidad 2A (Kimmerigdiano-Berriasiano; Fortunato y Ward, 1982) que corresponde a los primeros ~230 metros, constituidos por intercalaciones de conglomerado, arenisca de grano fino a grueso y lutita, depositados en secuencias de tipo estrato-decreciente; en tanto que la subunidad 2B (120 metros, Hauteriviano-Valanginiano, Eguiluz de Antuñano, 1990; Goldhmmer, 1999; Michalzik y Shumman, 1994) está caracterizada por secuencias del tipo estrato- y grano crecientes, constituidas por lutitas, areniscas de grano fino-grueso y en menor proporción conglomerados.

Ambas subunidades marcan la transición de una planicie deltaica influenciada por ríos a depósitos marino-marginales durante un período de máxima progradación de sistemas deltaicos (Ocampo-Díaz, 2011 y 2012). Las secuencias grano-crecientes marcan la progradación de barras deltaicas y plataformas submarinas abiertas (Ocampo-Díaz 2012). Las secuencias estrato- y grano-decrecientes marcan depósitos canalizados.

Las areniscas presentan estratificación cruzada de tipo planar y laminaciones paralelas o masivas, ocasionalmente se encuentran concentraciones de ostras e icnofósiles de tipo Skolithos, Thallasinoides y Ophiomorpha de la icnofacies de Skolithos. Los estratos de lutitas se caracterizan por presentar laminaciones paralelas, estratificación lenticular y flaser, así como lodos acoplados simples y dobles (Figuras 3).

Unidad 3 (Valanginiano temprano-Hauteriviano). De acuerdo con Golhammer (1999), la transición de la Unidad 2 a la Unidad 3 se caracteriza por la primera ocurrencia de dolomía micrítica. La Unidad 3 está descrita como 115 a 310 metros de limolita y areniscas con estratificación cruzada o altamente bioturbadas intercaladas con carbonatos. Hacia la cima, la Unidad 3 se intercala transicionalmente con la Formación Taraises.

En el área de Santa Cruz, la Unidad 3 se caracteriza por intercalaciones rítmicas de lutitas moderadamente bioturbadas y areniscas de grano fino-medio (Figura 3), con un espesor de ~50 metros. En el Cañón Los Chorros y Cañón Picachos presenta intercalaciones de areniscas de grano fino a medio, conglomerados de guijas y en menor proporción lutitas, con espesores de 120 y 130 m respectivamente (Figura 3).

Arcosa Patula (Valanginiano-Hauteriviano; cuenca de Sabinas)

La Arcosa Patula, definida por Imlay (1940) en la Sierra de La Gavia, está constituida por ~1210 m de intercalaciones de lutitas, areniscas, conglomerados y, en menor proporción, de brechas con espesores variables.

Los conglomerados así como las brechas fueron depositados en bancos medios a gruesos, con gradación normal y estratificación cruzada de tipo recta (Figura 4). El contenido de los clastos, que presentan todos los posibles grados de redondez, está conformado por rocas metamórficas de grado bajo, granitos, calizas, areniscas y lutitas.

Las areniscas muestran un amplio espectro de espesores, granulometría y estructuras sedimentarias. Los contactos entre los bancos generalmente son rectos y ocasionalmente erosivos. Los bancos de lutitas de color gris obscuro, variando de medios a muy gruesos, exhiben laminaciones paralelas (Figura 4).

La Arcosa Patula representa depósitos aluviales a fluviales procedentes de los altos formados por el bloque de Coahuila. Se puede correlacionar la Arcosa Patula con las formaciones San Marcos y Chapulín en el norte, y las Unidades 2B y 3 de la Formación La Casita, (Krutak, 1965; Charleston, 1981; Humphrey et al., 2003). Estratigráficamente, sobreyace la Formación Barril Viejo y subyace de forma transicional la Formación La Mula.

METODOLOGÍA

Análisis petrográfico

El análisis petrográfico cualitativo se realizó en 30 muestras de areniscas de grano medio a grueso, el análisis modal en 16 muestras representativas. El análisis petrográfico cuantitativo se elaboró por medio de un conteo de 1000-1500 granos libres de matriz por lámina delgada, empleando el método Gazzi-Zuffa propuesto por Weltje (2002). La composición del área fuente se determinó por medio de la identificación de (1) los diferentes tipos de cuarzo (Basu et al., 1975; Blatt y Christie, 1963 y Young, 1976); (2) los líticos volcánicos de acuerdo con Dickinson (1970) y Marsaglia et al. (1992); y (3) los líticos metamórficos según Garzanti y Vezzoli (2003), en función de su grado metamórfico.

Las láminas delgadas fueron atacadas con HF y teñidas con soluciones sobresaturadas de cobaltinitrito de sodio, cloruro de bario y alizarina para la diferenciación de los feldespatos potásicos y plagioclasas (Marsaglia y Tazaki, 1992). Se determinaron los siguientes parámetros petrográficos (Tablas 1, 2 y 3): Cuarzo+Cuarcita+Chert-Feldespato-Fragmentos de roca (McBride, 1963) y Q-F-L (Dickinson y Suczeck, 1979; Dickinson, 1985); litoclastos granosos, Rg, sedimentarios, Rs, y metamórficos, Rm (Critelli y Le Pera, 1994); Qp-Lv-Ls y Lm-Lv-Ls (Ingersoll y Suczek, 1979); finalmente litoclastos plutónicos, Rp, volcánicos, Rv, y sedimentarios, Rs (Ocampo-Díaz, 2011 y 2012).

El esquema de Ocampo-Díaz (2011, 2012) considera la terminología genética descriptiva de Ingersoll (1983), empleando el apelativo del constituyente predominante, por ejemplo, areniscas plutonoclásticas, lo cual brinda mejores resultados si éstos son considerados como ensambles (e.g., ensamble granoso, Rg), tal como lo determina Critelli y Le Pera (1994).

Geocronología de circones detríticos

La geocronología de los circones se realizó en un espectrómetro de masas por inducción de plasma acoplada con un multicollector laser-ablation (LA-MC-ICPMS), en el LaserChron del Departmento of Geosciencias de la Universidad de Arizona, EUA. De acuerdo con la metodología de Gehrels et al. (2008), se montaron de 500-1000 circones detríticos en resina epóxica. En el presente trabajo, se analizaron para cada muestra ~100 individuos. La información obtenida fue filtrada de acuerdo con la precisión de ²⁰⁶Pb/²³⁸U y ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb, con un error de 5%, y la discordia al 20%. Las incertidumbres analíticas son listadas como 1a, (ver Tabla A1 del suplemento electrónico). De manera general, las edades documentadas o best age se basan en ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb para granos con edades mayores a 1000 Ma y ²⁰⁶Pb/²³⁸U para aquellos granos con edades más jóvenes que 1000 Ma. De acuerdo a Ludwig (2003), los resultados fueron graficados en diagramas de concordia de Pb-U del tipo Tera-Wasserburg y diagramas probabilísticos de edades relativas o diagramas acumulativos probabilísticos empleando la versión 3.0 de Isoplot, considerando la edades significativas como aquellas que se encuentran representadas por el solapamiento de tres o más análisis. La distribución de las edades, se graficó como espectros de edades en forma de curvas de probabilidad de edades relativas. Estas curvas se generan mediante la suma de la distribución de la edad de cada análisis individual, considerando que el error se distribuye normalmente (Ludwig, 1988, 2003). Los picos de edades de probabilidad alta fueron calculados empleando el programa de Excel Age Pick proporcionado por el laboratorio LaserChron de la Universidad de Arizona.

RESULTADOS

Composición de las areniscas

Las muestras de la Formación La Casita en los cañones Los Chorros, Picachos y Santa Cruz, así como las muestras de la Arcosa Patula (cuenca de Sabinas) se clasifican como arcosas y arcosas líticas con tendencia a subarcosas (fosa de Monterrey; cf., McBride, 1963; Figura 5a). De acuerdo con la clasificación genética (Ingersoll, 1983; modificada por Ocampo-Díaz, 2011, 2012), las muestras indican variaciones composicionales que permiten dividirlas en tres petrofacies (A, B y C; Figura 5b). En este caso las petrofacies A y B son más enriquecidas en fragmentos líticos (sedimentarios en petrofacies A; volcánicos y plutónicos en petrofacies B), mientras la petrofacies C es más enriquecida en cuarzo y feldespatos.

Petrofacies A: sedimentoclástica

La petrofacies A está representada por muestras de la Arcosa Patula. El cuarzo es el principal constituyente extracuenca de tipo: 1) monocristalino con extinción recta mayor a ondulada (Qmr/ Qmo ~3.41±1.75; Tablas 2 y 3), texturalmente sus granos son subangulosos a subredondeados, mostrando estrías, inclusiones fluidas y rara vez bordes de crecimiento sintaxiales; 2) policristalino que exhibe contactos suturados y fábrica tectónica caracterizada por cristales alongados con extinción ondulada individual grano a grano (Qp/Qm=~0.08±0.01). Los feldespatos predominantes son plagioclasas con maclado polisintético, que ocasionalmente alteran a sericita. Los feldespatos potásicos son menos comunes, exhiben maclado tipo Carlsbad y enrejado (Figura 6a). De la base a la cima de la Arcosa Patula, los feldespatos tienden a desaparecer (relación P/F: ~30.28±26.96). Los fragmentos líticos de la Petrofacies A son, en orden de abundancia: líticos carbonatados con texturas esparíticas (~2.7%), líticos carbonatados con texturas micríticas (~2%) y líticos metamórficos metapelítico₂ (Figura 6b), metapelítico₃ (Figura 6c), metafelsítico/psamítico₂ (Figura 6d) y felsítico/psamítico₃ (~0.6%); además de líticos de lutitas (~0.2%), líticos de areniscas de grano fino-medio (~0.4%) y líticos volcánicos con texturas felsíticas y tobáceas (~0.2% y ~0.1%).

La matriz, de tipo protomatriz, está constituida por minerales arcillosos y, en parte, se encuentra alterada a pseudomatriz, constituida por minerales ferrosos (e.g. hematita El cemento calcítico (~7%) muestra texturas esparíticas, poiquilíticas y está parcialmente dolomitizado.

Los minerales accesorios son: muscovita (~0.5%), biotita (~0.2), apatita (~0.2%) y circón (~0.1%).

Petrofacies B: volcano-plutonoclástica

La Petrofacies B representa las muestras de Picachos y Santa Cruz. El cuarzo, como su principal constituyente, es subanguloso-subredondeado, siendo: monocristalino con extinción recta (Qmr~35%), monocristalino con extinción ondulada (Qmo~13%) y policristalino con más de tres cristales (Qp>3~1.5%). los feldespatos son dominados por plagioclasas con maclado polisintético, comúnmente alterados a sericita (Ps~11%). Los feldespatos potásicos exhiben maclado Carlsbad y alteran a caolinita (Fs~9%). Como fragmentos líticos se encuentran: volcánicos con texturas tobáceas, variolíticas y subvariolíticas (~3%; Figuras 6e), volcánicos con texturas felsíticas (~1.5%; Figura 6f), volcánicos con texturas lathwork (~0.8%; Figura 6g), además litoclastos carbonatados con textura micrítica (~0.6%), metamórficos con texturas metafelsíticas/psamíticas₄ (~0.1%) y fragmentos sedimentarios de lutitas (~0.1%).

La protomatriz, constituida por minerales arcillosos comúnmente es reemplazada por pseudomatriz (~2%) conformada por minerales ricos en fierro. El cemento de calcita con textura esparítica (~6%) y poiquílitica (~4%) está parcialmente dolomitizado (~0.5%).

Como minerales accesorios se encuentran: moscovita (~2%), minerales opacos circón (~0.25%) y apatita (~0.1%).

Petrofacies C: cuarzo-feldespática

La protomatriz, constituida comúnmente por material arcilloso (~6%), está reemplazada por pseudomatriz conformada por material rico en fierro (~2%). El cemento calcítico exhibe textura esparítica (~6%) y poiquilítica (~3%), cubre comúnmente a los minerales de cuarzo y reemplaza a los feldespatos potásicos y a las plagioclasas, muy rara vez también a los fragmentos líticos.

Como minerales accesorios se determinaron moscovita (~2.7%), biotita (~0.3%), minerales opacos (~0.1%), circón y apatito (~0.1%).

Geocronología de circones detríticos

Las edades de los circones detríticos varían desde 2885 hasta 164 Ma, y la mayoría de los granos, 57%, se ubican en el rango de 275 a 240 Ma (Figura 7, Tabla 4). En total se definieron cuatro poblaciones, A-D, y dos subpoblaciones, considerando los picos de probabilidad altos y bajos del conjunto total de las edades obtenidas (Figura 7).

Población de circones A (>700 Ma; Paleoproterozoico-Neoproterozoico).

En todas las muestras se presentan circones con edades Precámbricas (700-2000 Ma), constituyendo el 9 % de los granos analizados (Figura 7). Entre ellos, la mayor concentración se encuentra en muestras del Cañón Los Chorros y Cañón Santa Cruz (muestras: Ch-15 con 21% y Sc-7 con 14 %; ver Tablas A1 y 4), mientras las de la Arcosa Patula de la Sierra de la Gavia presentan las menores concentraciones (Gv-12: 1 % y Gv-9: 2%, ver Tabla 4). Los picos principales de la población A se ubican en: 1314 Ma, 1194 Ma, 1055 Ma y 929 Ma (muestra Ch-15), 1160 Ma, 1020 Ma, 948 Ma (Sc-12), y 1061 Ma, (Pc-8).

Población de circones B (700-500 Ma; Neoproterozoico - Cámbrico medio).

Población de circones C (500-400 Ma; Cámbrico medio - Devónico Temprano).

También los circones de la población C constituyen menos del 2% de la población total (Figura 7), únicamente presente en muestras de la Formación La Casita de las secciones Picachos (Pc-8: 1%) y Cañón Los Chorros (Ch-15: 2%; Figura 8), mostrando picos de mayor probabilidad situados en: 468 Ma, 426 Ma y 412 Ma (Figura 7;.Tabla 4). De forma particular la muestra Ch-15 presenta picos de probabilidad alta en 422 Ma (Figura 8).

Población de circones D (350-160 Ma; Carbonífero temprano -Pérmico temprano).

Con el 89 %, los circones detríticos de la población D representan el grupo más numeroso (Tabla A1). La distribución probabilística de esta población no muestra una clara división en relación con picos de probabilidad alta y baja (Figura 7 a-c), sin embargo, las características petrográficas y modos detríticos permiten dividirle en dos subpoblaciones. Los picos de alta probabilidad están situados en 321 Ma, 305 Ma, 256 Ma, 232, Ma, 200 Ma y 167 Ma (Figura 7b).

Subpoblación de circones D1 (350-254 Ma; Carbonífero temprano-Pérmico tardío). Con el 79 % los circones detríticos de la subpoblación D1 representan el grupo más numeroso de la población D. Grupalmente, esta subpoblación muestra picos de probabilidad alta en 335 Ma, 321 Ma, 305 Ma, 275 Ma, 267 Ma y 256 Ma (Figuras 7 b-c). De manera individual, las muestras de la Formación la Casita cuantifican un porcentaje doblemente más alto que las muestras de la Arcosa Patula. Los picos individuales se localizan 267 Ma, 261 Ma, y 255 Ma (Ch-15; Figuras 7c y 8); 275 Ma, 269 Ma, y 260 Ma (Sc-7); 260 Ma y 256 Ma (Sc-12); 288 Ma y 277 Ma (Pc-8); 264 Ma, 258 Ma (Gv-9); 275 Ma, 268 Ma y 257 Ma (Gv-12; Figura 8).

DISCUSIÓN

Composición de las áreas fuente

La determinación de la composición de las rocas fuente considera (i) los tipos de cuarzos, (ii) la concentración relativa de fragmentos líticos y (iii) la distribución de los feldespatos (e.g., relación plagioclasa/ feldespato alcalino; Tablas 2 y 3).

El predominio de líticos volcánicos (Lv/Lt~0.81) con texturas tobáceas, felsíticas, lathwork y microlíticas en la Formación La Casita indica la influencia de rocas volcánicas de composición andesítica, riolítica y basáltica; en la Arcosa Patula se reduce esta influencia a 47% (Lv/Lt~0.47). Los líticos plutónicos con texturas mirmequíticas y/o gráficas muestran rocas fuente de composición granítica o grano-diorítica. En la Arcosa Patula, los fragmentos líticos metapelíticos₂, metapelíticos₃, metafelsíticos/psamíticos₂ y metafelsíticos/psamíticos₃ indican áreas fuente metamórficas de grado bajo a medio (e.g., esquistos de moscovita), en comparación, litoclastos de rocas metamórficas de grado medio-alto (metafelsíticos/psamíticos₄; e.g., esquisto de biotita y gneis) son más abundantes en las muestras de la Formación La Casita. El diagrama Rg-Rs-Rm (Criteli y Le Pera, 1994; Figura 9) muestra cambios en el área fuente de las secciones. Las muestras de la Sección Santa Cruz contienen la mayor cantidad de litoclastos de rocas cristalinas de grano grueso (Rg; e.g., granito, granodiorita o gneis), mientras que en las otras muestras de la Formación La Casita aumenta el contenido de litoclastos sedimentarios (Rs). La Arcosa Patula está influida por áreas fuente de carácter metamórfico (Rm). Tomando en cuenta la distribución de los litoclastos plutónicos, volcánicos y sedimentarios (Rp-Rv-Rs; Figura 5b, Ocampo-Díaz, 2011, 2012), aumenta la diferencia entre las muestras de la Fm La Casita, dominadas por fragmentos volcánicos, y de la Arcosa Patula, que muestra una influencia mayor de líticos sedimentarios y plutónicos.

Edad y distribución de las áreas fuente

En las muestras datadas se reconocieron cuatro poblaciones y dos subpoblaciones de circones detríticos relacionados a eventos o provincias geotectónicas. Población A, relacionada con el Complejo Novillo y definida por edades mayores a 700 Ma; población B de la provincia Pan-Africana-Brasiliana, conformada por edades de 500 a 700 Ma; población C de los arcos del Silúrico al Devónico desarrollados durante la Orogenia Tacónica, representada por edades de 400 a 500 Ma; suboblación D1, circones relacionados con el evento de sutura Ouachita-Marathon con edades de 250 a 350 Ma; y subpoblación D2 relacionada con una suite de las provincias ligadas con los arcos del Pérmico-Triásico Medio definida por edades de 250 a 275 Ma, de arcos del Triásico, conformado por edades de 190 a 250 Ma y por arcos continentales de edad Jurásica definida por un rango de edad del 160 a 190 Ma.

Las edades de las poblaciones de circones y los análisis petrográficos permiten la identificación de las siguientes rocas y conjuntos petro-tectónicos como áreas fuente:

1. Los circones detríticos de la población A, además de los líticos metafelsíticos/psamíticos₄ y metapelíticos₄ de la Formación La Casita, provienen de rocas cristalinas proterozoicas del basamento precámbrico del noreste de México (Gneis Novillo; Ruiz et al., 1988; Ortega-Gutiérrez et al., 1995; López et al., 2001).

2. La población B con circones detríticos con edades del Neoproterozoico a Cámbrico medio (Figura 10) indica rocas fuente relacionadas a bloques de basamentos exóticos del basamento Pan-Africano-Brasiliano. Petrográficamente, la población B está representada por líticos metafelsíticos/psamiticos₄ y metapelíticos_4> así como por cuarzos policristalinos con contactos rectos en ángulos de 120°, principalmente en la Arcosa Patula y en una muestra de la Formación La Casita (Picachos, Pc-8: Tablas 2 y 3). Áreas fuente de composición y edades similares están documentadas en conglomerados de la Formación Las Uvas y en formaciones del Jurásico Temprano de los estados de Tamaulipas y San Luís Potosí (ver López et al., 2001, Venegas-Rodríguez et al., 2009 y Lawton et al., 2009).

3. La población C deriva de rocas plutónicas relacionadas con un arco continental desarrollado durante la Orogenia Tacónica de la acreción de Gondwana con Laurencia (Steiner y Walker, 1996; Martens et al., 2006). Estas rocas plutónicas han sido encontradas en el sur de los Apalaches, en escasos afloramientos de Belice y en la región noroeste de Guatemala (Steiner y Walker, 1996; Dickinson y Gehrels, 2003; Martens, 2009). La falta de conjuntos petrotectónicos de esta edad en el noreste de México, se puede interpretar como efecto del reciclamiento de rocas clásticas preexistentes (Lawton et al., 2009).

Ambiente tectónico y área fuente

Tomando en cuenta la madurez textural, la situación geotectónica de las formaciones La Casita y Arcosa Patula puede ser interpretada bajo dos puntos de vista. El clásico diagrama Q-F-L (Dickinson et al., 1983) permite la interpretación de las formaciones como productos de orógeno reciclado (Formación La Casita; Figura 11a) o de un orógeno reciclado con tendencia al basamento levantado (Arcosa Patula). Postulando una situación tectónica de un rift, la distribución de los mismos parámetros Q-F-L (Garzanti et al., 2001; Marsaglia et al., 2007) indica que ambas formaciones fueron depositadas dentro de un ambiente relacionado de tipo rift disectado (Figura 11c). En ambos casos y en ambos modelos, la alta cantidad de cuarzo y feldespato y la relativa baja cantidad de litoclastos, son típicos para sedimentos de una madurez elevada, proviniendo de bloques levantados de basamento; en estos ambientes también se puede esperar un cierto grado de reciclamiento de sedimentos más antiguos.

Con toda esta similitud en la madurez textural, existe una diferencia en el carácter del área fuente. Combinando el diagrama Qp-Lv-Ls (Dickinson y Suczek, 1979) con el Diagrama Qp-Lv-Ls (Ingersoll y Suczek, 1979; Figura 11b), la Arcosa Patula se representa, con el predominio de fragmentos líticos sedimentarios, metasedimentarios y metamórficos, como producto de la alteración de un orógeno de colisión, mientras la Formación La Casita se compone por sedimentos derivados de arcos magmáticos (contemporáneos o preexistentes).

CONCLUSIONES

La integración de la información petrográfica, las edades de U-Pb de circones detríticos y el análisis de la información geológica obtenida de las áreas estudiadas permiten concluir lo siguiente:

Las muestras analizadas pueden clasificarse de manera descriptiva como arcosas-arcosas líticas a subarcosas y de manera genética como (i) sedimento-plutonoclásticas, (ii) volcano-plutonoclásticas y (iii) cuarzo-feldespáticas (Ocampo-Díaz, 2011, 2012). Petrográficamente, la Formación La Casita (Unidades 2 y 3) muestra áreas fuente de composiciones (i) graníticas o granodioríticas, (ii) volcánicas, posiblemente andesíticas o riolíticas y en menor proporción basálticas, (iii) rocas metamórficas de grado medio-alto y (iv) sedimentarias recicladas de formaciones clásticas y carbonatadas preexistentes. Se encontraron líticos metafelsíticos/psamíticos₄, líticos volcánicos con texturas felsíticas, lathwork, tobáceas y microlíticas, líticos plutónicos con texturas mirmequíticas y/o gráficas, como también abundancia de líticos carbonatados con texturas micríticas de lutitas y areniscas de grano fino. El área fuente de la Arcosa Patula principalmente está compuesta por rocas graníticas, rocas metamórficas de grado bajo (esquistos y pizarras), rocas sedimentarias lodosas, arenosas y carbonatadas, y en menor grado por rocas volcánicas; se presentan líticos metapelíticos₂, metapelíticos₃, metafelsíticos/psamíticos₂ y metafelsíticos/psamíticos₃, líticos plutónicos con texturas mirmequíticas y/o cuarzo con texturas gráficas, líticos volcánicos con texturas felsíticas y lathwork y líticos carbonatados micríticos.

Ambas formaciones se depositaron en ambientes tectónicos relativamente estables procediendo de orógenos reciclados y bloques continentales. La Formación La Casita (Figura 11a) muestra una alta influencia de ensambles petrotectónicos relacionados con arcos continentales (Figuras 5b y 11b). La Arcosa Patula muestra características de bloques continentales estables, basamentos con tendencia a la transición continental, con mucha afinidad hacia orógenos de colisión (Figura 11a,b).

Las poblaciones de circones A-D son testigos de varios eventos orogénicos petrotectónicos. La población de circones detríticos A está relacionada con (i) el basamento cristalino de edad Grenvilliana (>700 Ma), actualmente aflorando en el Complejo Novillo, (ii) con el bloque de Coahuila, (iii) con el reciclamiento de las unidades clásticas más antiguas (Figura 10). Los escasos circones detríticos del Neoproterozoico-Cámbrico medio (700-500 Ma; población B) indican influencia de bloques exóticos ligados al evento Pan-Africano-Brasiliano (López et al., 2001; González-León et al., 2009; Lawton et al., 2009; Venegas-Rodríguez et al., 2009). La población C marca la influencia de rocas plutónicas relacionadas con la acreción de Gondwana a Laurencia durante la Orogenia Apalachiana (Figura 10). La población D corresponde a rocas volcánicas de composición andesítica-basáltica e intrusivos graníticos y granodioríticos de los Arcos de Las Delicias y del Archipiélago de Tamaulipas, formados en el lapso del Carbonífero temprano - Pérmico temprano. Las rocas metamórficas de bajo grado del Cratón Coahuila-Texas y los Esquistos de Aramberrí-Granjeno muestran edades similares, incorporando también rocas del Triásico

El Valanginiano-Hauteriviano representa el tiempo de mayor exhumación de los ensambles petrotectónicos en el NE de México y está relacionado posiblemente con rifts intracontinentales o bien con desplazamientos laterales que favorecieron el desarrollo de cuencas strike-slip, ligadas a una subducción oblicua en la margen pacífica y a un gran sistema que se extiende desde las cuencas McCoy, en Nuevo México hasta Sabinas en Coahuila (cf., Tardy et al., 1989; Ocampo-Díaz, 2011, 2012), Figura 11c. Las formaciones La Casita (fosa de Monterrey) y Arcosa Patula (cuenca de Sabinas) muestran características composicionales de un rift disectado (maduro; Figura 11c). El amplio espectro de cuatro poblaciones de circones habla de un área fuente bien extendida, reflejando el espectro completo de la evolución de la región; sin embargo, cambios en la intensidad de la influencia de los arcos magmáticos del Pérmico al Jurásico resaltan la necesidad de estudios detallados sobre la geometría de las cuencas alrededor del bloque de Coahuila y las posibles direcciones del transporte sedimentario.

AGRADECIMIENTOS

Ocampo-Díaz agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca doctoral otorgada; a la Facultad de Ciencias de la Tierra de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), por el apoyo económico brindado para realizar la datación de los circones detríticos; al Laboratorio de Petrología Sedimentaria de la de la Unidad Académica de Ciencias de la Tierra de la Universidad Autónoma de Guerrero (UACT-UAGro), por el apoyo para la realización del análisis petrográfico; al Laboratorio de Geoquímica, UACT-UAGro, por la tinción de las secciones delgadas; también a Igor Ishi Rubio-Cisneros y Margarita Martínez-Paco por las observaciones tempranas del presente manuscrito. Agradecimientos especiales a los revisores y editores, Samuel Eguiluz de Antuñano, Gary Gray y muy especialmente a Timothy Lawton por la crítica constructiva para dar forma al presente manuscrito y a Elisa Jenchen por la revisión final.

APÉNDICE. INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

La Tabla A1 puede ser descargada en el sitio web <http://satori.geociencias.unam.mx>, en la tabla de contenido de este volumen.

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