Syn-rift volcanism of the Neuquén Basin, Argentina: Relationships with the Late Triassic-Early Jurassic evolution of the Andean margin

La Cuenca Neuquina constituye uno de los rasgos más conspicuos desarrollados durante el Mesozoico en el margen Andino de Gondwana. El relleno de sin-rift inicial (Triásico Superior-Jurásico Inferior) de esta cuenca extensional ensiálica estuvo caracterizado por una profusa actividad magmática. Los depocentros del sector austral de la cuenca (Chachil, Catán Lil, Chacaico, Sañicó y Piedra del Águila) muestran excelentes exposiciones para realizar el estudio de las rocas volcánicas representantes de este ciclo magmático. El presente análisis tuvo lugar mediante la caracterización estratigráfica, litológica y geoquímica de las rocas volcánicas que componen hasta el 70% del total del relleno inicial. Las principales unidades lávicas y piroclásticas son diques, domos, coladas, conductos emisores e ignimbritas. La distribución espacio-temporal de las diferentes unidades muestra una evolución desde términos efusivos de composiciones intermedias a términos piroclásticos ácidos, desarrollados hacia la parte superior de la secuencia. La caracterización litológica y petrográfica sugiere que el sistema volcánico estuvo asociado a reservorios magmáticos multinyectados, donde tuvieron lugar procesos típicos de cámaras magmáticas superficiales. El estudio de las facies de alteración de la secuencia reveló ocho tipos diferentes dentro del relleno de sin-rift, principalmente de carácter sinvolcánico y minoritariamente posvolcánico. El análisis geoquímico mostró el carácter cogenético de las rocas lávicas y piroclásticas, con un dominio composicional desde términos intermedios a ácidos. Las rocas pertenecen a la serie subalcalina, mayoritariamente calcoalcalinas y transicionales, con patrones de elementos traza típicos de series orogénicas. Sin embargo, muestran algunas diferencias evolutivas y composicionales (>50% de términos diferenciados ácidos) con las series clásicas de arco. Los modelos actuales para generación de magmas en sistemas convergentes fueron discutidos (i.e., modelos de generación intracorticales y extracorticales), habiéndose optado por el modelo de generación extracortical para justificar los atributos composicionales y la evolución estratigráfica del Ciclo Precuyano. Este modelo implica la fusión parcial de un subplacado conformado por una ‘pluma silícica fría’ (i.e., mezcla de corteza oceánica y sedimentos provenientes de la losa subductada). El subplacado permitiría comprender la gran distribución del volcanismo Precuyano en sentido transversal al margen, mientras que en función del grado de fusión de la ‘pluma’, se explicarían las composiciones dominantes del ciclo: andesíticas y dacíticas-riodacíticas. Durante el inicio de la extensión se habría favorecido el ascenso de materiales de composiciones intermedias, mientras que en el clímax del ‘rifting’ o en las zonas de mayor extensión se habría facilitado el ascenso de los materiales ácidos viscosos. Finalmente, un esquema de segmentación Andino a los 40°S explicaría el desarrollo de un segmento extensional hacia el norte, en donde se localizó la Cuenca Neuquina, y el desarrollo de un arco magmático hacia el sur, representado por el Batolito Subcordillerano.The Neuquén Basin constitutes one of the most conspicuous features of the Andean margin of Gondwana during Mesozoic times. The initial syn-rift infill (Late Triassic-Early Jurassic) of this ensialic extensional basin involved a profuse magmatic activity (Precuyano Cycle). Outcrops of the southern depocentres of the basin (Chachil, Catán Lil, Chacaico, Sañicó y Piedra del Águila) were studied in order to analyze the characteristics of this magmatic cycle. Shallow intrusive, lava flow and pyroclastic accumulation units of the syn-rift sequence conform up to 70% of the total infill. The syn-rift sequence shows a particular spatial-temporal evolution from mainly intermediate volcanic rocks at the base to mainly acidic pyroclastic rocks to the top. Volcanic feeding-systems were characterized by shallow and multiple-injection magmatic chambers. Eight main alteration facies related to syn- and post-volcanic stages were determined. Trace element data show that the lava and pyroclastic products share a co-magmatic trend, dominated by intermediate to acid products. Rocks belong to the sub-alkaline series, mostly calc-alkaline and transitional, and in a lesser extent tholeiitic, with orogenic signature. Nevertheless, the stratigraphical and compositional features (>50% of acid volcanic products) suggest some differences with typical arc-series. Recent models to explain the magmatic systems in complex convergent margins were discussed (i.e., intra-crustal and extra-crustal models), being chosen an extra-crustal model to justify the compositional and stratigraphical features of the Precuyano Cycle. According to this model the partial melting of an underplating 'silicic cold plume' (metasediment-oceanic crust mélanges derived from subducted slab) would explain the wide distribution transversal to the margin of the Precuyano volcanism, whereas the degree of partial melting of the 'plume' would explain the prevailing composition of the cycle: andesitic and daciticrhyodacitic compositions. The onset of extension made possible the rising of the initial andesitic volcanism, whereas during either the rifting climax or along the sites with major crustal extension, the high viscosity acid magmas would have been preferentially risen. Finally, an Andean segmentation at 40°S would explain the development of an extensional segment towards the north, where the Neuquén basin was developed, and the magmatic arc towards the south, represented by the Subcordilleran Batholith.Centro de Investigaciones Geológica