ARACHANIA, UN ARCO MAGMÁTICO NEOPROTEROZOICO Y SUS FRAGMENTOS EN SUDAMÉRICA Y AFRICA

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1 ARACHANIA, UN ARCO MAGMÁTICO NEOPROTEROZOICO Y SUS FRAGMENTOS EN SUDAMÉRICA Y AFRICA Claudio Gaucher 1,2 ; Jorge Bossi 3 ; Hartwig E. Frimmel 4 1 Departamento de Geología, Facultad de Ciencias, Iguá 4225, Montevideo, Uruguay gaucher@chasque.net 2 Institute of Geography and Geology, University of Copenhagen, Øster Voldgade 10, 1350 Copenhagen, Dinamarca 3 Depto. de Suelos y Aguas - Facultad de Agronomía, Universidad de la República Avenida Garzón 780, Montevideo, Uruguay 4 Geodynamics & Geomaterials Research Division, University of Würzburg, Am Hubland, D Würzburg, Alemania RESUMEN Recientemente se ha propuesto el término Arachania para designar un fragmento del Cratón de Kalahari que posteriormente ( Ma) evolucionó a un arco magmático. El mismo jugó un papel fundamental en la amalgama del Gondwana sudoccidental, solo reconocido recientemente. Trozos de Arachania se encuentran hoy a ambos lados del Atlántico Sur, entre ellos los terrenos Cuchilla Dionisio-Pelotas, Marmora y Tygerberg. Arachania se compone de tres elementos: (1) Un basamento granulítico-migmatítico de edad principalmente Namaqualano (1.0 Ga) y con evidencia de edades Eburneanas ( Ga), esencialmente expuesto en Uruguay; (2) un voluminoso magmatismo granítico calcoalcalino representando las raíces de un arco magmático neoproterozoico ( Ma); y (3) sucesiones metasedimentarias detríticas depositadas en el Ediacarense ( Ma), en algunos casos asociadas a rocas metaultramáficas y marcando el borde E de Arachania. Arachania es claramente exótica al Cratón del Río de la Plata, como lo demuestran los diferentes ambientes geotectónicos, diferentes edades U-Pb de zircones detríticos y edades modelo Nd de unidades sedimentarias autóctonas a ambos bloques. El límite es la Zona de Cizalla (geosutura) Sierra Ballena y su continuación al norte en Brasil (zonas de cizalla Canguçú y Major Gercino). El límite entre Arachania y el Cratón de Kalahari son también lineamientos de primer nivel: Cabalgamiento Schakalsberg y Zona de Cizalla Colenso (Namibia-Sudáfrica). La pertenencia de otros terrenos a Arachania, como el Terreno Cabo Frío en Brasil y el Terreno Costero en Namibia, se considera probable. Finalmente, se presenta un modelo de evolución según el estado actual de conocimientos.

2 Palabras clave: Arachania, Gondwana, Neoproterozoico, Brasiliano-Pan Africano, Uruguay ABSTRACT The name Arachania has been recently proposed for the block that comprises the Cuchilla Dionisio-Pelotas, Marmora, Tygerberg and correlative terranes at both sides of the south Atlantic, which is considered a fragment of the Kalahari Craton that a later stage ( Ma) evolved into an active margin. The block played a key role in the amalgamation of southwestern Gondwana, which has been only recently recognized. Arachania is composed of three different lithotectonic elements: (1) a high-grade metamorphic basement of Namaquan age (1.0 Ga) with evidence of older, Eburnean ( Ga) components that crop out mainly in southern Uruguay; (2) a voluminous calcalkaline granitic batholiths mostly within the Ma age range, representing the roots of a Neoproterozoic magmatic arc; and (3) deepwater, turbiditic, Ediacaran ( Ma) sedimentary successions marking the eastern border of Arachania, often associated with mafic to ultramafic rocks (obducted oceanic crust, mainly in SW-Namibia). Arachania is clearly exotic with respect to the Río de la Plata Craton, as shown by U-Pb detrital zircon age spectra and different geotectonic setting of sedimentary units autochthonous to both blocks, as well as by Nd model ages. The boundary is represented by the crustal-scale Sierra Ballena Shear Zone and its northward continuation into Brasil (Canguçú and Major Gercino shear zones). The boundary between Arachania and the Kalahari Craton are also first-order lineaments, such as the Colenso Shear Zone and the Schakalsberg Thrust (South Africa-Namibia). Other blocks, such as the Cabo Frío Terrane (Brasil) and Coastal Terrane (Namibia) may also belong to Arachania. An evolution model is presented according to the available data. Keywords: Arachania, Gondwana, Neoproterozoic, Brasiliano-Pan African, Uruguay Introducción La existencia de un arco magmático marcando el borde E del Cratón del Río de la Plata es conocida desde los trabajos de Umpierre y Halpern (1971) y Ferrando y Fernández (1971). Dicho arco magmático, originalmente considerado como un borde continental activo del propio cratón, es probablemente alóctono con respecto al mismo (Bossi y Gaucher, 2004; Basei et al., 2005, 2008; Gaucher et al., 2008). Recientemente se ha reconocido, además, que

3 diversos terrenos a ambos lados del Atlántico Sur probablemente fueron parte de dicho arco magmático, al cual se ha dado en llamar Arachania (Fig. 1; Gaucher et al., 2009). Entre esos fragmentos se encuentran el Terreno Cuchilla Dionisio en Uruguay, los batolitos Pelotas y Florianópolis en el sur de Brasil, el Terreno Marmora en Namibia y el Terreno Tygerberg en Sudáfrica (Fig. 1). Otros posibles fragmentos son el Terreno Cabo Frío en Brasil y el Terreno Costero en el norte de Namibia-Angola (Fig. 1). En este trabajo se discute el origen, evolución, extensión y significado geotectónico de Arachania, haciendo énfasis en la porción preservada en Uruguay. Estructura de Arachania Arachania se compone de tres elementos principales: (1) Un basamento granulítico-migmatítico de edad principalmente Mesoproterozoico, esencialmente expuesto en Uruguay (Preciozzi et al., 1999; Masquelín, 2006). Determinaciones U-Pb en zircones disponibles para el Complejo Cerro Olivo en Uruguay arrojaron edades de 1006 ± 37 Ma (Preciozzi et al., 1999). Edades en torno a Ga se obtuvieron en xenocristales del Syenogranito de Rocha (Hartmann et al., 2002), permitiendo suponer que una parte del basamento original se remonta al Paleoproterozoico. (2) Un voluminoso magmatismo granítico neoproterozoico es la característica más distintiva de Arachania, ocupando la mayor parte del bloque. Las edades de este magmatismo se ubican sistemáticamente entre 660 y 540 Ma, tanto en el Terreno Cuchilla Dionisio (Bossi y Gaucher, 2004 y referencias), Batolito de Pelotas-Florianópolis (Silva et al., 2005 y referencias) y Terreno Tygerberg (Scheepers y Schoch, 2006). Los granitoides son principalmente de filiación calcoalcalina, representando las raíces de un arco magmático. (3) Sucesiones metasedimentarias detríticas, en algunos casos asociadas a rocas metaultramáficas, marcan el borde E de Arachania. Entre ellas se cuentan las Formación Rocha (Uruguay), Formación Punta Mogotes (Argentina), Grupo Oranjemund (Namibia; Frimmel et al., 2002) y Formación Tygerberg (Sudáfrica). En Brasil, Basei et al. (2008) incluyen a la Formación Queçaba en este grupo, ya que sobreyace al Batolito de Florianópolis. La Formación Paso del Dragón en Uruguay puede pertenecer a este grupo también. Las unidades mencionadas se caracterizan por representar depósitos turbidíticos, tener una edad de depositación entre 600 y 550 Ma (Ediacarense; Armstrong et al., 1998;

4 Fig. 1: Reconstrucción de Gondwana sudoccidental y áreas adyacentes, mostrando la posición central de Arachania. TCF: Terreno Cabo Frío, TC: Terreno Curitiba, MLA: Microplaca Luis Alves, MT: Terreno Marmora, SM/OT: Terreno Serra do Mar-Oriental, ZCP: Zona Cizalla Purros, ZCSB: Zona Cizalla Sierra Ballena, ZCC: Zona Cizalla Colenso. De Gaucher et al. (2009) y referencias. Basei et al., 2005) y por espectros de edad de zircones detríticos de afinidad africana (ver más abajo; Fig. 2). Los contactos de Arachania con todas las unidades tectonoestratigráficas circundantes son lineamientos tectónicos de primer orden (Fig. 1; Gaucher et al., 2009). La Zona de Cizalla de

5 Sierra Ballena separa Arachania del Cratón del Río de la Plata. La Zona de Cizalla Colenso separa Arachania del Cratón de Kalahari en el sur, y el Cabalgamiento Schakalsberg en el Cinturón Gariep (Fig. 2). En Brasil, la Zona de Cizalla Major Gercino y la Dorsal Canguçú separan Arachania de diversos bloques (Microplaca Luis Alves, Bloque Paranapanema y otros; Fig. 1). Si bien por lo anterior cabría suponer que Arachania es exótica a todos los bloques circundantes, las edades que se conocen para su basamento indican una derivación original del Cratón de Kalahari. En efecto, el borde occidental de dicho cratón se caracteriza por un basamento Eburneano ( Ga) rodeado de cinturones de edad Namaqualano ( Ga), reflejando las edades encontradas en el basamento de Arachania. Como se expondrá más abajo, esto apoya además la aloctonía del bloque respecto al Cratón del Río de la Plata. Evidencias de aloctonía respecto al Cratón del Río de la Plata Las primera evidencia geológica de aloctonía reconocida fue la existencia de sucesiones de plataforma estable de edad Ediacarense-Cámbrico basal autóctonas al Cratón del Río de la Plata (Grupo Arroyo del Soldado) truncadas hacia el E por la Zona de Cizalla Sierra Ballena (Bossi et al., 1998; Gaucher, 2000 y referencias). Estas sedimentitas tienen además la misma edad que la intensa granitogénesis y vulcanismo en Arachania (Hartmann et al., 2002; Campal y Schipilov, 2005), inmediatamente al E de dicha transcurrencia, con lo cual el ambiente geotectónico de ambos bloques debió ser radicalmente diferente (Bossi y Gaucher, 2004). Dataciones U-Pb en zircones detríticos realizadas en los últimos años han permitido confirmar la aloctonía de Arachania respecto al Cratón del Río de la Plata. Los espectros de edades obtenidos por Rapela et al. (2007), Gaucher et al. (2008) y Blanco et al. (2009) para unidades del Ediacarense-Cámbrico indudablemente autóctonas al Cratón del Río de la Plata (Fig. 2) se caracterizan por: un pico dominante Transamazónico ( Ga), una importante proporción de zircones arqueanos (3.4, 3.1, 2.7 Ga), una cantidad variable pero importante de zircones mesoproterozoicos entre 1.5 y 1.0 Ga, y muy escasas edades neoproterozoicas. Por el contrario, edades de zircones detríticos de las Formaciones Rocha, Tygerberg, Punta Mogotes, Queçaba y Grupo Oranjemund, depositadas asimismo en el Ediacarense, muestran (Fig. 2; Armstrong et al., 1998; Basei et al., 2005, 2008; Rapela et al., 2008): (1) un pico dominante de edad Namaqualana ( Ga); (2) un pico secundario pero importante Brasiliano- Panafricano ( Ma); y (3) escasos zircones de edad Eburneana ( Ga). Es claro que el área fuente de estas sucesiones turbidíticas no fue el Cratón del Río de la Plata.

6 Fig. 2: Espectros de edades U-Pb en zircones detríticos de unidades autóctonas al Cratón del Río de la Plata (Formaciones Piedras de Afilar y Cerros San Francisco) y Arachania (Formación Rocha y Grupo Oranjemund). De Basei et al. (2005), Gaucher et al. (2008, 2009) y Blanco et al. (2009). Notablemente, tampoco el Cratón de Kalahari explica las edades obtenidas, ya que no se conocen rocas magmáticas en torno a Ma en el borde occidental del cratón. La única área fuente viable es un bloque que, teniendo un basamento Namaqualano-Eburneano, contenga importantes volúmenes de magmatitas Brasilianas (Basei et al., 2005). Arachania llena todos esos requisitos, por lo cual el Cinturón Gariep-Rocha es autóctono respecto al resto del bloque, marcando la sutura con el Cratón de Kalahari.

7 Las edades modelo Nd de sedimentitas neoproterozoicas son otro argumento importante que reafirman el carácter alóctono de Arachania. Mientras que al W de la cizalla Sierra Ballena- Major Gercino el Tdm de las mismas se centra en 2.0 Ga, al E de dicho lineamiento predominan edades modelo entre 1.3 y 1.6 Ga, las cuales son similares a los Tdm en el Cinturón Gariep (Basei et al., 2008 y referencias). Resumiendo, todas las evidencias acumuladas hasta el momento coinciden en que Arachania es un bloque alóctono, amalgamado cerca de la transición Neoproterozoico-Cámbrico. Evolución geotectónica propuesta Gaucher et al. (2009) resumen la evolución de Arachania de la siguiente forma: 750 Ma: Rifting de Arachania de la Provincia Namaqua del Cratón de Kalahari, posiblemente explotando antiguas zonas de cizalla dextrales mesoproterozoicas como zona de debilidad. Apertura del Océano Adamastor (Frimmel et al., 2002) Ma: Rifting y separación de Arachania de los remanentes de Rodinia, iniciando a la vez subducción en su borde oriental. Comienzo del magmatismo de arco Ma: Magmatismo de arco en Arachania, correspondiente al cerramiento del Océano Adamastor y subducción hacia el W por debajo del arco. 570 Ma: Colisión con el Cratón de Kalahari e inversión del sentido de subducción Ma: Apertura de cuencas de back-arc, donde se depositan las formaciones Rocha, Tygerberg y Grupo Oranjemund, entre otros. Hacia 545 Ma se cierra esta cuenca de back-arc, deformando las sucesiones sedimentarias y generando obducción de corteza oceánica joven (p.ej. Terreno Mármora, Serpentinitas del Cerro La Tuna?) Ma: Colisión tangencial de Arachania y Cratón de Kalahari con el Cratón del Río de la Plata. Formación de la Zona de Cizalla Sierra Ballena y reactivación sinistral de la Zona de Cizalla Sarandí del Yí. Referencias ARMSTRONG, R., DE WIT, M.J., REID, D.L., YORK, D., ZARTMAN, R.E., Cape Town's Table Mountain reveals rapid Pan-African uplift of its basement rocks. Journal of African Earth Sciences, 27/1A: BASEI, M.A.S., FRIMMEL, H.E., NUTMAN, A.P., PRECIOZZI, F., JACOB, J., A connection between the Neoproterozoic Dom Feliciano (Brazil/Uruguay) and Gariep (Namibia/South Africa) orogenic belts evidence from a reconnaissance provenance study. Precambrian Research, 139: , FRIMMEL, H.E., NUTMAN, A.P., PRECIOZZI, F., West Gondwana amalgamation based on detrital zircon ages from Neoproterozoic Ribeira and Dom Feliciano belts of South America and

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