阿根廷西北部托罗峡谷盆地晚中新世环境演化：前陆破碎化的地层学与物源证据

《Journal of South American Earth Sciences》：Late Miocene environmental evolution of the Quebrada del Toro Basin (NW Argentina): Stratigraphic and provenance evidence for foreland fragmentation

　　

摘要

Torro山沟盆地（南纬24.5°）位于中安第斯山脉南部，保存了记录西北阿根廷前陆盆地演化关键时期的渐新世地层序列。本研究对上新世Agujas组（约12–8.9 Ma）和Gólgota组（约8 Ma之后）进行了地层学、沉积学和物源分析，旨在重建该盆地的沉积环境和古地理演化。Agujas组具有三种相组合：下部为火山岩丰富的砾岩，由全冲积环境中的漫流沉积形成（FA1），并逐渐过渡为砂质辫状河道体系的透镜状砾岩（FA2），间杂洪泛平原来源的块状砂岩和泥岩（FA3）。古流向为东北方向。碎屑成分指示混合物源，结合了近源物源以及来自西部和西北部的区域性物源组合。Gólgota组不整合覆盖于Agujas组之上，主要由表块状砾岩组成，为近源冲积扇环境中漫流沉积形成（FA4），并含次要的透镜状砾岩（FA2），代表扇体系中的砂质河道。该层位记录了物源的显著变化，古流向转为西南方向，表明排水网络经历了重组。这一环境变化与约8 Ma时物源反转及角度不整合面共同指示了一次构造扰动。结合区域模型，这一演化记录了盆地东部边界山系（Pacuy–Gólgota）的隆升以及区域抬升期间沉积能量的增强，为前陆系统从整合状态向受基岩块体隆升限界的山间盆地转变提供了证据。

引言

Torro山沟地区（图1）位于阿根廷西北部萨尔塔省的中安第斯山脉南部，在南纬24.5°处构成了研究安第斯前陆复杂渐新世演化的关键区域，因其形成了与安第斯构造走向横切的谷地。该区位于东科迪勒拉山脉内，其地层记录跨度广泛，经历了前寒武纪重大构造和地层事件、形成白垩纪-古近纪萨尔塔群盆地的裂陷期（萨尔塔裂谷），以及新生代安第斯造山运动所塑造的普纳高原、东科迪勒拉山脉和Santa Bárbara体系的现今格局（例如：Salfity, 1982; Mon and Salfity, 1995; Strecker et al., 2012）。继承性构造结构对安第斯变形的定位和样式产生了根本性控制，使该区域成为研究先存地壳结构与造山生长相互作用的关键区域（例如：Hongn et al., 2010a; Pearson et al., 2013）。

在新生代期间，Torro山沟地区作为一个造山同期沉积区，保存了记录前陆从连续沉积系统向阿根廷西北部山间盆地演变的厚层沉积序列，反映了前陆的碎裂化过程（Strecker et al., 2007, 2012; Hain et al., 2011; del Papa et al., 2021）。这一演化过程是众多研究的关注对象，涉及构造、沉积和火山作用等方面，阐明了变形时限、与Calama-Olacapato-El Toro（COT）断裂体系相关的岩浆活动阶段以及盆地充填和侵蚀循环等重大问题（例如：Marrett and Strecker, 2000; Hilley and Strecker, 2005; Mazzuoli et al., 2008; Vezzoli et al., 2012; Pingel et al., 2020; Villagrán, 2020）。

尽管已有这些进展，晚渐新世（10至7 Ma之间）仍是该地区构造-地层演化中的关键时间窗口（例如：Hilley and Strecker, 2005; Pingel et al., 2020; del Papa et al., 2021）。在本研究区东侧和南侧，区域分析已在Lerma谷和Calchaquí谷识别出约9-8 Ma时物源和河流体系的重大变化（del Papa et al., 2021; Bucher et al., 2025），表明古排水系统经历了根本性的重组。然而，关于Torro山沟盆地演化的重大问题仍然存在，特别是其脱离东部前陆的时限和机制、晚渐新世期间排水系统的古地理格局及其与区域构造事件的关联性。这些问题可通过对该关键时间段的详细地层分析得以解答。

因此，本研究聚焦于对Torro山沟出露的上新世（10-7 Ma）地层单元进行综合分析：Agujas组（约12–8.9 Ma）和Gólgota组（约8 Ma之后）。通过对相分析和物源分析在内的详细地层学和沉积学研究，本研究的目的是：(a) 考察和解释这些地层单元沉积期间的沉积环境；(b) 考虑环境变化和物源变化，建立该时段的古环境演化序列；(c) 将这些数据与现有的构造-地层模型相结合，为前陆在南安第斯山脉中的碎裂化和分异化过程提供时限和机理证据。

章节片段

地质背景

Torro山沟盆地位于南纬24.5°的东科迪勒拉山脉，由主要的断层控制和基岩核部山系所围限（图1A）。一组由Ciénaga Redonda山脉和Bayo山脉（即Pearson et al., 2013中的Zamaca山脉）组成的山块体系位于盆地西部和西南部，受向东北倾向的Solá断裂系统抬升。在北部，Almagro山脉随向东南倾向的San Bernardo断裂隆升。Pacuy山脉和Gólgota山脉（Pascha山脉，见后文）

研究方法

为开展古环境分析，对四个地点进行了地层学和沉积学研究：Quebrada Agua Colorada Sur（ACS）、Quebrada Agua Colorada Norte（ACN）、Quebrada Gólgota（QG）和Gobernador Solá（GS）（图1B）。部分剖面通过区域标志性地层相互对比，这些标志性地层可基于卫星影像进行识别和制图。野外工作包括详细的逐层测量、相描述以及在每一

地层学

一个不整合面将Pe?a Agujero组与上覆的Agujas组分开（图2）。Agujas组以灰色砾岩层开始，富含火山岩碎屑，厚度达约50米。这些灰色砾岩层构成一个突出的露头山脊（图2A），被解释为Agujas组的基底。灰色砾岩在垂向上过渡为红色砾岩和砂岩序列，在露头中形成尖峰状形态（图2A）

Agujas组

Agujas组底部由火山岩丰富的砾岩（FA1）组成，由漫流质超浓流及次级的流体流沉积而成。沉积过程和质地特征指示近源至中源冲积环境（Smith, 1986; Nemec and Steel, 1984; Blair and McPherson, 1994; Miall, 1996）。FA1在垂向上渐变进入透镜状砾岩（FA2）和块状砂岩与泥岩（FA3）。FA2代表砂质河道带

结论

Agujas组（约12–8.9 Ma）记录了Torro山沟的一次充填阶段。沉积过程从冲积环境中的火山岩丰富砾岩（FA1）演变为辫状河道（FA2）及洪泛平原沉积（FA3）。古流向为东北方向，多混杂碎屑组合来自西-西南方向，指示一个开放的排水系统整合了东部普纳高原的物源。上覆的Gólgota组（约8 Ma之后）以角度不整合方式覆盖于其上。该地层单元主要由近源表块状砾岩

作者贡献声明

Joaquín Bucher：撰写——初稿、监督、研究、概念化。Jonathan Ledesma：撰写——初稿、研究、概念化。Patricio Payrola：撰写——初稿、研究、概念化。Mario Albertengo：撰写——初稿、方法学、概念化。Cecilia del Papa：撰写——初稿、监督、资金获取、概念化。

生成式AI使用声明

在准备本作品期间，作者使用了Deep Seek工具以改善语言、可读性并优化科学写作。使用工具后，作者对内容进行了审查和编辑，并对已发表文章的完整内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中所报告的工作。

致谢

我们衷心感谢Torro山沟的当地居民在野外工作期间提供的款待和支持，特别是Lamas Pinto家庭、Vanesa和Diego。本研究部分得到了阿根廷研究项目资助：CONICET资助（PIP 1122025010 0672CO）；以及授予C. del Papa的国际合作资助DAAD-CONICET，以及国际合作项目"SuRfAce Processes, Tectonics and Georesources: The Andean Foreland Basin of Argentina"

Joaquín Bucher|Jonathan Ledesma|Patricio Payrola|Mario Albertengo|Cecilia del Papa

地质研究中心（CIG），阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET），拉普拉塔国立大学，Diagonal 113 N°275, La Plata, B1904DPK, Argentina