Mesozoic gliding and Tertiary basin and range tectonics in eastern Sonora, Mexico

Abstract

Complex deformational structures assigned to vertical movements, and gravitational activity, such as gliding, are well preserved in Upper Cretaceous rocks of the Arivechi region, Eastern Sonora, Mexico. These structures allow us to discriminate between synsedimentary and tectonic origins. The rocks at Arivechi have been divided into two units according to their lithology and degree of deformation, the Cañada de Tarachi (oldest) and El Potrero Grande units. The Upper Cretaceous volcano-sedimentary sequence is more than 6 km thick and consists mainly of andesite, rhyolithic tuff, conglomerate sandstone, siltstone, and shale-type rocks that were deposited in the Arivechi back-arc basin. Within the Cañada de Tarachi Unit, monoliths and blocks were found; these include rocks dating from Proterozoic, Paleozoic and Mesozoic times. The Proterozoic monoliths are dominated by quartz sandstone and dolomite and the Paleozoic and Mesozoic monoliths consist of limestone, shale, limestone-shale-sandstone, conglomerate and igneous rocks. Two granitic monoliths have been dated, one at 76 Ma (U/Pb zircon date) and the other at 70 Ma (40Ar/39Ar whole rock step-heating). The sedimentary monoliths show gradational transitions from coherent beds to intense deformation along their edges and bases. The structure within the monoliths, blocks and surrounding host rocks was studied in detail. The new stratigraphic and structural data suggest that the monoliths and blocks may have originated at a positive land east of Arivechi, in western Chihuahua and eastern Sonora, Mexico, known as the Aldama Platform. The identified structures consist of folds and normal faults. Fold vergence suggests that the depocenter was located westward of the study area. A paleostress reconstruction documented the tectonic history of the eastern margin of the Arivechi back-arc basin Stress inversion of fault slip data was achieved by an improved right-dihedra method followed by rotational optimization. The structural analysis and paleostress reconstructions showed that the Mesozoic-Cenozoic kinematic evolution was extensional and continued during Cretaceous times; it has also been identified in Miocene rocks. The rock sequence was modified by basin and range-type normal faulting, as suggested by our paleostress reconstruction. The last event is the result of the beginning of tectonic extension at the onset of the shift from a subduction regime toward a transform fault regime, i.e., from the subduction of the Fallaron plate to the San Andreas Gulf of California fault system during Miocene times. NE-SW and ENE-WSW extension was followed by E-W and WNW-ESE extension. The faulting sequence went from NE-SW to ENE-WSW and subsequently to WNW-ESE.

Translated abstract

En el oriente de Sonora, México, se encuen-tran bien preservadas en rocas del Cretácico Superior de la región de Arivechi, estructuras de deformación compleja asociadas a movi-mientos verticales y actividad gravitacional como deslizamientos. Estas estructuras nos permitieron hacer la distinción entre estruc-turas de origen sin-sedimentario y de origen tectónico. Las rocas en Arivechi, de acuerdo con su litología y grado de deformación, se dividieron en dos unidades la Unidad Cañada de Tarachi (la más antigua) y la Unidad El Potrero Grande. La secuencia volcano-sedimentaria del Cretácico Superior tiene más de 6 km de espesor y consiste en una secuencia de toba riolítica, andesita, conglomerado, arenisca, limolita y lutita que fueron depositadas en la cuenca tras arco de Arivechi. Dentro de la Unidad Cañada de Tarachi se encontraron monolitos y bloques que son los que constituyen uno de los objetivos principales de esta investigación. La edad de los monolitos y bloques incluyen rocas del Proterozoico, Paleozoico y Mesozoico. Los monolitos del Proterozoico están dominados por arenisca de cuarzo y dolomía. Los monolitos del Paleozoico y Mesozoico consisten en caliza y lutita interestratificadas, conglomerado y roca ígnea. Dos de los bloques graníticos fue-ron fechados; uno de ellos en 76 Ma (edad U/Pb en zircón) y el segundo en 70 Ma (40Ar/39Ar roca total por calentamiento a pasos). Los monolitos sedimentarios muestran una transición gradacional desde capas coherentes en sus porciones superior y media, a una intensa deformación en sus bordes y bases. Las estructuras dentro de los megaclastos y bloques, así como las rocas que los rodean, se estudiaron a detalle, para reconstruir el origen y desarrollo estructural de los monolitos, bloques y rocas encajonantes. La nueva información estratigráfica y estructural nos permite inferir que la posible fuente de los monolitos y bloques fue una tierra positiva localizada hacia el oriente de Arivechi en el oeste de Chihuahua y oriente de Sonora, México, denominada la Plataforma de Aldama. Las estructuras identificadas consisten en pliegues y fallas normales. La vergencia de los pliegues sugiere que el depocentro estaba localizado hacia el oeste del área de estudio.Se efectuó una reconstrucción de paleoesfuerzos con el fin de documentar la historia tectónica del margen oriental de la posible cuenca de tras-arco de Arivechi. Se utilizó el método de inversión de esfuerzos a partir de los datos de deslizamiento de las fallas aplicando el método right-dihedra mejorado, seguido por una optimización rotacional. El análisis estructural y la reconstrucción de esfuerzos muestran que la evolución cinemática Mesozoico-Cenozoico se caracterizó por ex-tensión. Este régimen continuó después del Cretácico y ha sido identificado en el Mioceno. La secuencia de rocas fue modificada por una deformación Cenozoica tipo Cuencas y Sierras, caracterizada por fallamiento normal durante el Mioceno, como sugiere la reconstrucción de los paleoesfuerzos. Este último evento fue el resultado del cambio del régimen tectónico, de subducción de la placa Farallón al régimen de fallamiento transcurrente que da inicio al sistema de fallas San Andres-Golfo de California durante el Mioceno. La cronología de eventos identificados sugiere que la dirección de extensión NE-SW y ENE-WSW fueron seguidos por extensión E-W y WNW-ESE. Esto indicaría que la secuencia del fallamiento fue de NE-SW a ENE-WSW y, por último, a WNW-ESE.