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Thesis Lithostratigraphical and tectono-sedimentary study of the Plio-Pleistocene infill of the Interandean North Cauca Valley Basin (Colombia) NEUWERTH, Ralph Abstract This investigation focus on the study of the Plio-Plesitocene deposits in a zone covering parts of the Quindío, Risaralda and Valle del Cauca departments in Central Colombia. The results can be summarized as follows : In the initial phase, a vast field campaign, a detailed sedimentological study and facies analyses have led to the differentiation of various lithological units within the Zarzal Formation, allowing the stratigraphical redefinition of the Plio-Pleistocene sediments deposited in the northern part of the Cauca Basin, on both sides of the Serranía de Santa Barbara. This sedimentological study has demonstrated the existence of soft-sediment deformations interpreted as seismites. They demonstrate an intense synsedimentary seismic activity during the Plio-Pleistocene. The last part of this research presents a tectonic study at a larger scale than the studied North Cauca Basin. A dextral strike-slip zone has been evidenced. This deformation zone seems to be responsible for the closing of the North Cauca Basin studied here. Reference NEUWERTH, Ralph. Lithostratigraphical and tectono-sedimentary study of the Plio-Pleistocene infill of the Interandean North Cauca Valley Basin (Colombia). Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2009, no. Sc. 4141 URN : urn:nbn:ch:unige-189486 DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:18948 Available at: http://archive-ouverte.unige.ch/unige:18948 Disclaimer: layout of this document may differ from the published version. 1 / 1 UNIVERSITE DE GENEVE FACULTE DES SCIENCES Département de Géologie et Paléontologie Professeur G. E. Gorin UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE INGENERÍA CEIFI Profesor A. Espinosa LITHOSTRATIGRAPHICAL AND TECTONO-SEDIMENTARY STUDY OF THE PLIO-PLEISTOCENE INFILL OF THE INTERANDEAN NORTH CAUCA VALLEY BASIN (COLOMBIA) _______________________________________________________________ THESE Présentée à la Faculté des Sciences de l’Université de Genève pour obtenir le grade de Docteur ès sciences, mention Sciences de la Terre par Ralph Neuwerth de Monthey (VS) Thèse No 4141 GENEVE Atelier de reprographie ReproMail 2012 Neuwerth, R.: Lithostratigraphical and tectono-sedimentary study of the Plio-Pleistocene infill of the interandean North Cauca valley basin (Colombia). Terre & Environnement, vol. 106, viii + 157 pp. (2012) ISBN 978-2-940472-06-2 Section des sciences de la Terre et de l'environnement, Université de Genève, 13 rue des Maraîchers, CH-1205 Genève, Suisse Téléphone ++41-22-379.66.28 - Fax ++41-22-379.32.11 http://www.unige.ch/sciences/terre/ i Abstract This investigation is the result of a collaboration agreement between the Universities of Geneva (Switzerland) and Quindío (Colombia), initiated by Profs. Georges Gorin (Geneva) and Armando Espinosa (Quindío). It is part of a larger research project funded by the Swiss National Science Foundation and studying the Plio-Plesitocene deposits in a zone covering parts of the Quindío, Risaralda and Valle del Cauca departments in Central Colombia. Within the framework of the latter project, four Ph.D. and six M.Sc. theses have been carried out and six papers have been so far published in international journals. The thesis presented here attempts to integrate in an optimal way the results already obtained by other contributors to the project. Because the North Cauca Basin studied here was significantly lacking reliable data, a multidisciplinary approach has been applied throughout the investigation. The results have improved the geological knowledge of the area and can be summarized as follows : In the initial phase, a vast field campaign, a detailed sedimentological study and facies analyses have led to the differentiation of various lithological units within the Zarzal Formation. The latter are interstratified with each other, as well as with the volcaniclastic deposits of the Quindío-Risaralda Fan. These new data, as well as radiometric datings, have permitted the stratigraphical redefinition of the Plio-Pleistocene sediments deposited in the northern part of the Cauca Basin, on both sides of the Serranía de Santa Barbara (paper submitted to Geologica Acta). This sedimentological study of various outcrops has demonstrated the existence of spectacular soft- sediment deformations interpreted as seismites. They demonstrate an intense synsedimentary seismic activity during the Plio-Pleistocene. These results have been published in 2006 in Sedimentary Geology. The last part of this research presents a tectonic study at a larger scale than the studied North Cauca Basin. Because a sedimentary depositional model for the lithostratigraphical units was established, it has been necessary to take a more regional view at tectonic lineaments in order to understand the geometry of the basin in a wider context. A dextral strike-slip zone has been evidenced, comprised between the EENE-WWSW trending, dextral, transtensional Cucuana and Istmina faults. This deformation zone seems to have led to the clockwise rotation of the Romeral Fault System and the formation of NW-SE trending normal faults. The latter are probably responsible for the closing of the North Cauca Basin studied here, but also for that of the Amagá and Upper Magdalena basins. ii Resumen La presente investigación es el resultado del convenio existente entre las Universidades de Ginebra (Suiza) y del Quindío (Colombia), iniciado por los profesores Georges Gorin (Suiza) y Armando Espinosa (Colombia). Dicho proyecto a sido sostenido por el Fondo Nacional Suizo de la Investigación, el cual fue consagrado al estudio sedimentológico y estructural de los depósitos de edad Pliopleistocena que cubren parte de los departamentos del Quindío, Risaralda y la parte norte del departamento del Valle del Cauca. La realización de este proyecto permitió producción de cuatro tesis de doctorado, seis tesis de master y la publicación de seis artículos en revistas internacionales. El trabajo aquí presentado intenta integrar de la mejor forma los estudios realizados previamente en el marco de dicho proyecto. La cuenca septentrional del Valle del rio Cauca carecía de estudios detallados hasta la elaboración del presente estudio. Esta problemática fue abordada de una manera multidisciplinaria y los resultados obtenidos contribuyen en el mejoramiento de los conocimientos geológicos del área de la siguiente manera. Gracias al trabajo de campo; al estudio sedimentológico detallado y al análisis de facies las diferentes unidades litoestratigráficas existentes al interior de la Formación Zarzal pudieron ser diferenciadas. De la misma manera que las relaciones existentes con el Abanico Volcaniclástico del Quindío- Risaralda. Estos resultados junto con las dataciones radiométricas efectuadas nos permiten proponer una redefinición estratigráfica de los sedimentos Plio-Pleistocenos depositados en la parte norte de la cuenca del valle del rio Cauca; de lado y lado de la Serranía de Santa Bárbara (articulo remitido a Geológica Acta). Esta descripción sedimentológica a la escala del afloramiento permitió igualmente de identificar impresionantes estructuras de deformación de sedimentos blandos; que fueron interpretadas como sismitas. Estas últimas, son una prueba de la actividad sísmica de la zona durante el Plio-Pleistoceno. Estos resultados fueron publicados en el año 2006 en la revista “Sedimentary Geology”. La parte final de esta tesis propone un estudio tectónico a gran escala. Dado que el modelo de depósito de las diferentes unidades litoestratigráficas había sido previamente elaborado (en el seno de este proyecto); un análisis de las principales estructuras existentes en el área era necesario con el fin de precisar la geometría de dicha zona. La existencia de una zona de cizallamiento dextral fue evidenciada entre las fallas de componente dextral y normal de Cucuana e Itsmina orientadas EENE-WWSW. Esta zona de deformación parece ser la responsable de la rotación en sentido horario del sistema de fallas de Romeral y de la creación de las fallas normales de orientación NW – SE. Estas últimas no solo permitieron el cierre de la cuenca del Valle del río Cauca en la zona de estudio, sino que probablemente influyeron en el cierre de las cuencas de Amagá y del Valle superior del Magdalena. iii RÉSUMÉ Cette recherche est le fruit d’un accord de collaboration entre les Universités de Genève (Suisse) et du Quindío (Colombie), initié par les Professeurs Georges Gorin (Genève) et Armando Espinosa (Quindío). Elle s’insert dans un vaste projet de recherche, soutenu par le Fond National Suisse de Recherche Scientifique, portant sur l’étude des dépôts plio-pléistocènes dans une zone couvrant une partie des départements du Quindío, Risaralda et Valle del Cauca en Colombie centrale. Ce projet a permis la réalisation de quatre thèses de doctorat, six thèses de master et six articles dans des revues scientifiques internationales. Le présent travail a essayé d’intégrer de manière optimale les études préalablement réalisées dans le cadre de ce grand projet. Cette étude a pour but de comprendre la formation ainsi que l’évolution du bassin du Cauca Nord, comprenant deux bassins sédimentaires intra-montagneux (North Cauca Valley and Quindío- Risaralda Fan) durant le dernier million d’années. Ces derniers, situés entre les cordillères centrale et occidentale de la Colombie centrale, sont séparés par une chaine montagneuse d’âge Oligo-Miocène, nommée la Serranía de Santa
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