Procedencia de las unidades Paleógenas de la cuenca del Catatumbo y su comparación con las cuencas adyacentes: relación con la convergencia de la placa Caribe

Durante el Paleógeno, los procesos de colisión de la placa Caribe con la esquina NW de Suramérica originaron procesos morfo-tectónicos sobre elementos corticales del borde de la margen convergente (Cordillera Central, Macizo de Santa Marta); sin embargo, aún se desconocen aspectos importantes de estos procesos en los segmentos internos de la placa continental. Un análisis de procedencia integrada en la sucesión Paleógena de 270 m de la cuenca del Catatumbo, localizada a más de 300 km de la margen de colisión, permite establecer si los sedimentos orogénicos proceden de las áreas emergidas en la margen colisional o de otras áreas intraplaca. Nuevos análisis de termocronología en el sistema (U-Th)/He en apatitos detríticos y paleotermométricos por reflectancia de la vitrinita en estas rocas del Paleógeno indican el grado de enterramiento y la temporalidad de la exhumación.

Las características composicionales de las areniscas (20 muestras) y minerales pesados (7 muestras), junto con las edades U/Pb de poblaciones de circones detríticos (7 muestras), permiten definir dos tendencias principales en la procedencia. La primera está relacionada con las rocas maduras del Paleoceno inferior (Formación Barco) y Eoceno inferior a medio (Formación Mirador), con un alto contenido de cuarzo, fragmentos líticos sedimentarios y minerales ultraestables. La segunda tendencia pertenece a las areniscas inmaduras de afinidad composicional Paleoceno superior (Formación Cuervos) y Eoceno superior (Formación Carbonera), que incluyen fragmentos de roca metamórficos y volcánicos, aumento en el contenido de feldespatos en rocas de la Formación Carbonera, y la presencia de minerales inestables como clorita, epidota y biotita.

En contraste con este cambio en la inmadurez composicional entre unidades del Paleógeno de la cuenca del Catatumbo, la población de edades de los circones detríticos durante el mismo periodo es constante, y dominan las edades de ~900-1500 Ma. Sólo dos poblaciones jóvenes se reportan. El incremento de la población de edades de edades Jurásicas se concentran hacia el Paleoceno superior (tope Formación Cuervos) y Eoceno superior (Formación Carbonera), y circones volcánicos de edad Paleoceno (58-53 Ma) se documentan en rocas del Paleoceno superior. Las edades antes mencionadas, el aumento en las poblaciones de edades Jurásicas y el incremento de feldespatos potásicos junto con asociaciones de minerales pesados inestables sugieren fuentes de aporte de rocas intrusivas y/o volcánicas cercanas al depocentro, y retrabajamiento de coberteras sedimentarias. Estas características están presentes como parte del proceso de exposición de diferentes niveles estratigráficos y rocas ígneas del Macizo de Santander desde el Paleoceno. Esta interpretación se soporta por la diferencia entre los marcadores de procedencia de la cuenca del Catatumbo con lo reportado en las cuencas de Cesar-Ranchería, las cuales están más cercanas al orógeno marginal (Macizo de Santa Marta).

Los análisis de termocronología de baja temperatura por (U-Th)/He en apatitos detríticos (AHe) y de paleotermometría por reflectancia de la vitrinita (Ro%) sugieren que las rocas del Paleógeno en el piedemonte este del Macizo de Santander se enterraron y exhumaron de manera heterogénea y asincrónica. Mientras la sucesión del Paleógeno en la sección norte fue enterrada lo suficiente para alcanzar valores de Ro entre 0.6-1% y para generar edades de exhumación por encima de 40-80 ºC menores de 3.5 Ma, el mismo nivel estratigráfico de la otra sucesión localizada a menos de 20 km hacia el sur, no se enterró lo suficiente para re-iniciar el sistema AHe según lo indican las edades variables entre ~247 y ~141 Ma. Estos datos permiten plantear la hipótesis que el proceso de enterramiento no es homogéneo a lo largo del piedemonte del Macizo de Santander, y debe corroborarse con estudios más sistemáticos de reflectancia de la vitrinita, termocronología, y desarrollo de modelos termales computacionales.

Los procesos orogénicos asociados con la subducción de la Placa Caribe y la esquina noroccidental de Sur América, son las principales causas del cambio en la morfología interna de una cuenca continua con depósitos de estratos marinos someros a marginales del Cretácico superior al establecimiento de cuencas continentales intraplaca, como la Cuenca del Catatumbo, desde el Paleoceno medio-tardío. El corto periodo de subducción de la placa del Caribe, debido a su espesor anómalo, puede ser considerado como un mecanismo para el establecimiento de altos y cuencas intraplaca aisladas en la esquina NW de Suramérica.

During Paleogene time, the collisional process of the Caribbean plateau against the northwestern margin of South America triggered morpho-tectonic responses via uplift and exhumation along the convergent margin (e.g., Santa Marta massif and Central Cordillera). However, only few evidences have been reported about the effects of these processes onto the internal segment of the continental plate. An integrated provenance analysis was carried out on the Paleocene-Eocene succession of the Catatumbo Basin, located 300 km from the collisional margin, in order to establish whether syn-orogenic sediments recorded in the Catatumbo basin were supplied from marginal or intraplate uplifts. Low-temperature thermochronology analyses via (U-Th)/He in detrital apatites plus vitrinite reflectance data (Ro%) provide evidence of the degree of burial and timing of exhumation of Paleogene rocks.

Compositional pattern of sandstones (20 samples), heavy mineral assemblages (7 samples) and detrital zircon age populations (7 samples), indicate two different provenance trends. Quartz-rich sandstones with significant amounts of sedimentary lithic fragments and ultrastable heavy mineral assemblages are found predominantly in the lower Paleocene Barco Formation and lower to middle Eocene Mirador Formation. On the other hand, sandstones of the upper Paleocene Cuervos Formation and upper Eocene Carbonera Formation are compositionally immature. These units exhibit increases in the content of metamorphic and volcanic lithic fragments, unstable heavy minerals (e.g., chlorite, epidote and biotite), and feldspar fragments in upper Eocene sandstones.

In contrast to the compositional variation of Paleogene sandstones in the Catatumbo basin, detrital zircon age populations in Paleogene units are remarkably uniform with prevalence of 900-1500 Ma age populations. The only difference is associated with the presence of Jurassic populations (ca 190 Ma) and upper Paleocene populations (58-53 Ma), which are documented in upper Paleocene and upper Eocene sandstones. An increase of feldspar fragments and unstable heavy minerals in conjunction with the close association with Paleocene and Jurassic peaks in detrital zircon age distribution, suggest that different stratigraphic levels of the sedimentary cover, as well as volcanic and/or intrusive rocks of the Santander Massif were exposed since Paleocene time.

Provenance markers of the Catatumbo Basin differ from those of the Cesar – Rancheria basins, which are located adjacent to the marginal uplift (Santa Marta Massif). In such marginal basins, Paleocene sandstones are compositional immature with high content of metamorphic and feldspar fragments, predominant zircons age populations younger than ~300 Ma, and a minor proportion of ~900-1500 Ma age population. This suggests that fluvial systems derived from the collisional margin did not reached intraplate basins.

Low-temperature thermochronology analyses by (U-Th)/He in apatite (AHe) and vitrinite reflectance paleothermometry (Ro%) indicate diachronic and heterogeneous patterns of burial and upflift/exhumation of the eastern foothills of the Catatumbo basin. Whereas in the northern section Paleogene strata were buried to reach Ro values between 0.6-1% and to record exhumation events above the 40-80ºC during the last 3.5 Ma, strata of the same age in another section located 20 km farther south were not buried below of 40-80º C so as to reset the AHe system since the reported ages display a major spread from ~247 to ~141Ma. Taken together, our datasets imply that burial events of Paleogene strata along the eastern Santander Massif foothills were not uniform. Further constrains require more extensive Vitrinite reflectance and lowtemperature thermochronological analyses and development of computer based thermal models.

Orogenic processes associated with the subduction of the Caribbean Plateau at the northwestern corner of South America, are considered as the main causes for internal breakup of the latest Cretaceous marine- to marginal basin and the establishment of continental intraplate basins, like the Catatumbo Basin, since Mid-Late Paleocene. The short period of subduction of the Caribbean plate, may be taken as a feasible mechanism to generate isolated intraplate uplifted areas and basins in the northwestern corner of the South America plate.