Andean geodynamic evolution and shortening on the Cusco transect ( 13-16° S) Peru Sedimentary registration, chronology, paleogeographic controls, kinematic evolution

A synthesis of the geologic research undertaken in the Andes of Cusco area is presented. The area lie between the NE boundary of the Western Cordillera and the SW one of the Eastern Cordillera forming the NW extremity of the Altiplano. The interpretative model which results of this study is of major importanc for the understanding of the geodynamic evolution of the Andes during Mesozoic and Cenozoic. Structural, sedimentological and petrologic data are discussed. The geodynamic evolution is controlled during paleozoic and meso--cenozoic times by a paleogeographic limit between two different kind of substratum which are in contact along a boundary corresponding to the Abancay defiexion and the Cusco-Puno threshold.The Permo-Trias represents the transition between an Hercynian regime and the Andean one. The major features of the Permo-Triassic basin are inherited structures which furtherly controlled all the Andean evolution. The area of Cusco is characterized by more than 10.000 m of Tertiary continental Red Beds which overlie marine and continental sequences of Cretaceous-PaIeocene age. These Red Beds were deposited in synorogenic basin during the Andean deformation in compressive setting. Strike-slip motions occur between 50 and 44?My along the Cusco-Puno threshold and near the NE boundary of the South-Peruvian Mesozoic basin, and result with the transtensive opening of the RedBeds basins and the deposition of the San Jeronimo Group in the Cusco, Sicuani,Ayaviri and Puno areas and possibly as far as Northern Bolivia, and representing the first settlement of the wide Altiplanic basin. A major change in stress regime occur at about 43-40 My leading to the compressive closure of the Red Beds basin and the beginning of the conglomeratic Anta sedimentation (Inca 1 tectonic event). The boundary between the Red Beds basin and the Western Cordillera, becomes a left lateral strike slip limit as shown by the evolution of the Oligo-Miocene basins. These left lateral displacement are in good agreement with the explicative model for the Bolivian Orocline. During that time (Qechua tectonic episodes) the Neogene basins were elosed in compressive tectonic regime. Geochronologic data suggest that the magmatic activity was more or less continuous since Eocene (48 My) times. However the spatial distribution of the magmatism was subject to strong variations. The quantification of the deformation shows that the amount of shortening obtained using surface geologic data cannot explain the crustal thickness observeed using geophysical data. A model involving the emplacement of continental material by underthrusting and tectonic erosion of continental crustal slivers in the subduction zone by is proposed in order to explain the volume excess. The plate kinematic seems to exercise an influence on the Andean geodynamic evolution, particularly through the event calendar, but the major control of the deformational patterns are the main paleogeographic boundaries.
Ce mémoire constitue la synthèse des travaux de recherche effectués dans les Andes de la région de Cusco (Pérou). Cette région s'étend entre la bordure NE de la Cordillère Occidentale et la bordure SW de la Cordillère Orientale et constitue la terminaison NW de l'Altiplano. Les modèles interprétatifs issus de ces études sont importants pour la compréhension de l'évolution géodynamique des Andes au Méso-Cénozoïque. Ainsi une large part est faite aux résultats de la confrontation des méthodes structurales, sédimentologiques et magmatiques. On montre que l'évolution paléozoïque et méso-cénozoïque de la zone étudiée serait en partie contrôlée par une limite paléogéographique avec deux types différents de substratum. Cette limite se situe au niveau de la déflexion d' Abancay et du seuil Cusco-Puno. Le Permo-Trias doit être considéré comme une période transitoire entre le cycle hercynien et le cycle andin. Les principaux traits du bassin Permo-Trias sont des structures héritées (y compris la déflexion d'Abancay), qui ont aussi contrôlé toute l'évolution andine. La région de Cusco est caractérisée par plus de 10.000m de couches rouges tertiaires d'origine continentale qui surmontent des sédiments marins et continentaux d'âge Crétacé à Paléocène. Ces Couches Rouges tertiaires se sont déposées dans des bassins synorogéniques liés aux déformations compressives andines. Des mouvements décrochants dextres apparaissent vers 50-44 Ma le long du seuil Cusco-Puno et en bordure NE du bassin mésozoïque sud-péruvien, conduisant à l'ouverture en transtension des bassins de Couches Rouges du Groupe San Jeronimo de Cusco, Sicuani, Ayaviri, Puno et vraisemblablement du Nord de la Bolivie. A cette époque le grand bassin altiplanique aurait commencé à se structurer. Un important changement du régime de contraintes vers 43-40 Ma provoque la fermeture en compression des bassins de Couches Rouges et le début de la sédimentation des conglomérats de la Formation Anta (événement compressif Inca1). Ce changement induit postérieurement une évolution du comportement de la limite Cordillère Occidentale-Bassin Couches Rouges, qui devient le siège de mouvements décrochants senestres, comme le montrent l'évolution des bassins Oligocènes-Miocènes. Ces mouvements senestres sont compatibles avec des modèles qui tentent d'expliquer la formation de l'Orocline bolivien. Les contraintes compressives (crises Quechua) sont des marqueurs de la fermeture des bassins néogènes. Les données géochronologiques semblent indiquer que l' activité magmatique dans la zone étudiée a été plus ou moins continue depuis l'Eocène (48 Ma) et que la répartition du magmatisme montre, par contre, une nette évolution dans l'espace. Les calculs de la déformation indiquent que les valeurs de raccourcissement obtenues à partir des données géologiques de surface, ne suffisent pas à produire l'épaississement crustal mis en évidence par la géophysique. Pour expliquer cet excès de volume on propose un sous-charriage de matériel continental provenant de la subduction ou l'apport de copeaux litbosphériques résultant de l'érosion tectonique. Cependant, si le doublement de la croute est entièrement dû au raccourcissement,la déformation en surface ne serait bien exprimée qu' en quelques endroits. La cinématique de plaques semble bien avoir un rôle sur la tectonique andine, ses crises et périodes ou événements, et la déformation est contrôlée par les grands accidents paléogéographiques.