Miocene to present magmatic evolution at the northern end of the Andean Southern Volcanic Zone, Central Chile

Abstract

ABSTRACT. At the northern end of the Andean Southern Volcanic Zone (NSVZ; 33-34°S), subduction angle decreased and the magmatic arc migrated eastward to its present location along the Andean drainage divide during the Pliocene. Prior to arc migration, the isotopic compositions of the magmas emplaced along the locus of the Miocene volcanic front changed significantly, Miocene igneous rocks have relatively low initial 87Sr/86Sr=0.7038 to 0.7040 and high epsilon Nd=+1.9 to +3.3, while Pliocene rocks emplaced along the same belt have higher 87Sr/86Sr=0.7043 to 0.7049 and lower epsilon Nd=-1.1 to +0.8. These isotopic changes imply a temporal increase in the role of crustal components in magma-genesis. This may have resulted, in part, from increased assimilation of lower crust. However, the crust below the Pliocene arc never reached the same thickness as that below the active NSVZ, although the Pliocene igneous rocks are isotopically similar to NSVZ lavas. Altematively, these changes may be explained by an increase in the proportion of crustal components added to the sub-Andean mantle source region during the Pliocene. This resulted from an increase in the rate of subduction erosion and source region contamination below Central Chile due to a combination of both decreasing subduction angle and the subduction of the Juan Fernandez Ridge. Similar isotopic changes imply an increase in crustal components in Andean magmas beginning before 14 Ma at 30°S, by 9 Ma at 32°S, by 7 Ma at 33°S, and after 5 Ma at 34°S. This suggests a close relation with the southwards migration of the locus of subduction of the Juan Femandez Ridge. Differences in the rates of subduction erosion and mantle source region contamination also explain some of the chemical differences between the Andean Central (CVZ) and Southern (SVZ) Volcanic Zones. The authors conclude that lower plate parameters (subduction geometry, rates of subduction erosion and sediment subduction) may be as important as upper plate parameters (crustal age and thickness) for producing not only the spatial, but also the chemical segmentation of the active Andean arc. RESUMEN. Evolucion magmatica desde el Mioceno al presente en el extremo norte de la Zona Volcanica de los Andes del Sur, Chile central. En el extremo norte de la Zona Volcanica de los Andes del Sur (NZVS; 33-34°S), el angulo de subduccion disminuyo durante el Plioceno y el arco magmatico migro hacia el este, a su posicion actual a lo largo de la linea divisoria de aguas en la cumbre de los Andes. La composicion isotopica de los magmas emplazados en el Frente volcanico miocenico cambio significativamente antes de la migracion del arco. Las rocas igneas del Mioceno tienen razones iniciales de 87Sr/86Sr relativamente bajas, entre 0,7038 y 0,7040 y valores de epsilon Nd altos entre +1 ,9 y +3,3, mientras que las rocas del Plioceno, emplazadas en ese mismo cinturon, tienen razones iniciales de 87Sr/86Sr mas altas, entre 0,7043 y 0,7049, y valores de epsilon Nd mas bajos entre -1,1 y +0,8. Estos cambios isotopicos indican un aumento en el tiempo del rol de los componentes corticales en la genesis de los magmas, lo que podria ser el resultado, en parte, de una mayor asimilacion en la corteza inferior. Sin embargo, la corteza que infrayace al arco pliocenico nunca alcanzo el espesor de la corteza que existe en la actualidad bajo el extremo norte de la Zona Volcanica de los Andes del Sur, aun cuando las rocas igneas del Plioceno son isotopicamente similares a las lavas de la NZVS. En forma alternativa, estos cambios podrian ser explicados por un aumento en la proporcion de los componentes corticales en la fuente del manto subandino durante al Plioceno. Esto fue producto del mayor grado de erosion tectonica y de la contaminacion cortical de la fuente bajo Chile central, consecuencia de la disminucion del angulo de subduccion y de la subduccion de la Dorsal Juan Fernandez. Cambios isotopicos similares indican un aumento de los componentes corticales en los magmas andinos que comenzo antes de los 14 Ma en 30°S, a los 9 Ma en 32°S, a los 7 Ma en 33°S y despues de 5 Ma en 34°S. Esto sugiere una estrecha relacion con la migracion hacia el sur del lugar de subduccion de la Dorsal Juan Fernandez. Las diferencias en la velocidad de la erosion tectonica yen la contaminacion de las regiones fuente de magmas tambien explican algunas de las diferencias quimicas entre la Zona Volcanica de los Andes Centrales (ZVC) y la Zona Volcanica de los Andes del Sur (ZVS). Esto sugiere que los factores relacionados con la placa inferior (geometria de subduccion, velocidad de erosion tectonica y subduccion de sedimentos) pueden ser tan importantes como los factores de la placa superior (espesor y edad de la corteza) para producir no solo la segmentacion espacial, sino tambien la segmentacion quimica del arco andino activo.