The Morales Formation (New Unit): Record of Fluvial–Lacustrine Environments and the Beginning of the Miocene Explosive Volcanism in the Patía Sub–basin (SW of Colombia)   

Andrés F. GALLEGO–RÍOS, Andrés PARDO–TRUJILLO, and ​Guillermo A. LÓPEZ–PLAZAS 

https://doi.org/10.32685/pub.esp.37.2019.13

ISBN impreso obra completa: 978-958-52959-1-9

ISBN digital obra completa: 978-958-52959-6-4

ISBN impreso Vol. 3: 978-958-52959-4-0

ISBN digital Vol. 3: 978-958-53131-0-1​

Citation is suggested as: 

Gallego–Ríos, A.F., Pardo–Trujillo, A., López–Plazas, G.A. & Echeverri, S. 2020. The Morales Formation (new unit): Record of fluvial–lacustrine environments and the beginning of the Miocene explosive volcanism in the Patía Sub–basin (SW Colombia). In: Gómez, J. & Mateus–Zabala, D. (editors), The Geology of Colombia, Volume 3 Paleogene – Neogene. Servicio Geológico Colombiano, Publicaciones Geológicas Especiales 37, p. 395–415. Bogotá. https://doi.org/10.32685/pub.esp.37.2019.13​

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Abstract  

The sedimentary rocks of the Patía Sub–basin (SW Colombia) record the Cenozoic geologic evolution of western Colombia from the Paleogene to the Holocene. In this research, we report a new Miocene stratigraphic unit near Mercaderes town (Cauca Department). A 563 m–thick sequence is described in detail and divided from bottom to top into three lithological assemblages. (I) The upper segment of the conglomeratic member of the Esmita Formation is formed by 33 m–thick beds of clast–supported lithic conglomerates interbedded with lenticular litharenites, with trough and planar cross–bedding. They are interpreted as braided river deposits. (II) The Morales Formation, which is defined in this work, presents 470 m thick composed mainly of parallel laminated gray–black mudstones interbedded with thin sandstone beds, with parallel and ripple laminations, graded bedding, and soft–sediment deformation structures. Plant fragments, pollen, and spores are common. Towards the top, sandstone and polymictic conglomerate beds increase. They are interpreted as lake, marsh, and crevasse splay deposits adjacent to fluvial channels. (III) The bottom of the Galeón Formation is composed by 7 m thick of sandstones and conglomerates rich in volcanic fragments accumulated in a fluvial environment with simultaneous volcanic activity.

The petrographic study (conventional and heavy minerals) identifies mainly litharenites and feldspathic litharenites, whose fragments suggest igneous (volcanic and plutonic), sedimentary (mudstones and sandstones), and metamorphic (high–pressure metamorphic rocks and graphitic schists) sources, which are correlated with the basements exposed at the present in the Central and Western Cordilleras.

We review a volcaniclastic sandstone obtained from the bottom of the Galeón Formation that provides the youngest population of U/Pb ages in detrital zircons of ca. 15.4 Ma, interpreted as the depositional age. The sudden increase in volcanic components allows us to interpret this time as the onset of strong volcanism in the basin, which continues currently in the Central Cordillera. This age and new palynological studies suggest a Burdigalian – early Langhian (ca. 19–15.4 Ma) age for the Morales Formation, which improves the chronostratigraphy of the region. Lower Miocene mud–dominated successions have been described in different basins of Colombia (the Cauca–Patía, Middle and Upper Magdalena, Llanos, and Caribbean Basins) and can be related to a regional period of tectonically induced accommodation.

Keywords: Patía Sub–basin, Morales Formation, middle Miocene, stratigraphy, petrography, provenance, vulcanism.

Resumen 

Las rocas sedimentarias de la Subcuenca Patía (SW de Colombia) registran la evolución geológica cenozoica del oeste de Colombia desde el Paleógeno hasta el Holoceno. En este trabajo se reporta una nueva unidad estratigráfica del Mioceno cerca de la población de Mercaderes (departamento del Cauca). Se describe en detalle una secuencia de 563 m de espesor y se divide de base a techo en tres conjuntos litológicos. (I) La parte superior del miembro conglomerático de la Formación Esmita está formada por 33 m de estratos gruesos de conglomerados líticos clastosoportados intercalados con estratos lenticulares de litoarenitas, con estratificación inclinada planar y en artesa. Estos estratos se interpretan como depósitos de un río trenzado. (II) La Formación Morales, que se define en esta investigación, tiene 470 m de espesor y se compone principalmente de lodolitas de color gris–negro con laminación plana paralela intercaladas con estratos delgados de areniscas, con laminación ripple y plana paralela, gradación normal y estructuras de deformación sinsedimentaria. Son frecuentes los restos de plantas, polen y esporas. Hacia su parte superior se presenta un incremento en estratos de areniscas y conglomerados polimícticos. Esta unidad se interpreta como depósitos de lagos, pantanos y de desbordamiento adyacentes a canales fluviales. (III) La base de la Formación Galeón está compuesta por 7 m de areniscas y conglomerados ricos en fragmentos volcánicos acumulados en un ambiente fluvial con actividad volcánica simultánea.

En el estudio petrográfico (minerales convencionales y pesados) se identificaron principalmente litoarenitas y litoarenitas feldespáticas, cuyos fragmentos sugieren fuentes ígneas (volcánicas y plutónicas), sedimentarias (lodolitas y areniscas) y metamórficas (rocas de alta presión y esquistos grafitosos) que se correlacionan con los basamentos expuestos en las cordilleras Central y Occidental.

Se revaluó una arenisca volcanoclástica obtenida en la base de la Formación Galeón que proporcionó la población más joven de circones detríticos con edades U–Pb de ca. 15,4 Ma, interpretadas como la edad de depósito. El repentino aumento de los componentes volcánicos permite interpretar esta edad como el inicio de un fuerte vulcanismo en la cuenca, el cual continúa hoy en día en la cordillera Central. Esta edad y los nuevos estudios palinológicos sugieren una edad Burdigaliano–Langhiano temprano (ca. 19–15,4 Ma) para la Formación Morales, lo que mejora la cronoestratigrafía de la región. Se han descrito sucesiones lodosas del Mioceno inferior en diferentes cuencas de Colombia (Cauca–Patía, Valle Medio y Valle Superior del Magdalena, Llanos y el Caribe). Estas pueden estar relacionadas con un periodo de acomodación originado por la tectónica. 

Palabras clave: Subcuenca Patía, Formación Morales, Mioceno medio, estratigrafía, petrografía, procedencia, vulcanismo.

Abbreviations 

ANH                                           Agencia Nacional de Hidrocarburos

HI                                                   Hydrogen index

IIES                                            Instituto de Investigaciones en Estratigrafía

LA–ICP–MS                  Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry

TAI                                                Thermal alteration index

TOC                                            Total organic carbon

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