Evidence for Late Cretaceous reverse-sense ductile shear in the Quitobaquito Hills, southwestern Arizona, USA

ABSTRACT

New thermochronologic and microstructural data from the Quitobaquito Hills provide insight into conditions of mid-crustal deformation during the Late Cretaceous to early Paleogene Laramide orogeny in southwestern Arizona. The mylonitic Quitobaquito shear zone juxtaposes Paleoproterozoic (ca. 1.73–1.6 Ga) gneiss and schist above Jurassic (175–170 Ma) meta-volcanic and volcaniclastic deposits. The shear zone dips ~35° SSE and exhibits top-to-the-north, reverse-sense motion based on numerous kinematic indicators. The main shear zone is ~30 m (98 ft) thick and underlain by at least one imbricate thrust in Jurassic rocks in the footwall. Argon-argon and zircon (U-Th)/He thermochronologic data from the hanging wall and footwall to the shear zone show distinct time-temperature paths from ca. 70 Ma to 55 Ma, interpreted to represent the timing of shear zone displacement. From ca. 55 Ma to present, both the hanging wall and footwall to the shear zone experienced similar histories of exhumation, including a period of moderate cooling during the Eocene. Shear zone related deformation mechanisms in quartz and feldspar bracket deformation temperatures within upper-greenschist to lower-amphibolite conditions, consistent with cooling through muscovite Ar/Ar closure temperatures (>400 °C). Gneissic banding in Proterozoic hanging wall rocks and igneous foliations and schistosity in Jurassic footwall rocks are parallel to the Quitobaquito shear zone. Because of the parallelism of foliation fabrics in the footwall to the shear zone, metamorphism of footwall rocks is interpreted as synkinematic with the shear zone. The timing and kinematics of the Quitobaquito shear zone indicate that it is an expression of Late Cretaceous shortening in southwestern Arizona. We found no structural or thermochronologic evidence to suggest the shear zone is a reactivated strand of the postulated Jurassic Mojave-Sonora megashear.

RESUMEN

Nuevos datos termocronológicos y microestructurales de la zona de Quitobaquito Hills, en el suroeste de Arizona, ofrecen información sobre las condiciones de deformación de la corteza media-superior durante la orogenia laramídica desde el Cretácico Tardio al Paleógeno Temprano. La zona de cizalla milonítica de Quitobaquito yuxtapone gneises y esquistos paleoproterozoicos (ca. 1.73–1.6 Ga) sobre depósitos metavolcánicos y volcanoclásticos jurásicos (175–170 Ma). La zona de cizalla presenta una inclinación de aproximadamente 35° hacia el SSE y muestra un movimiento inverso con vergencia hacia el norte, de acuerdo con numerosos indicadores cinemáticos. La zona de cizalla principal tiene un espesor de aproximadamente 30 m y está acompañada por al menos un cabalgamiento imbricado en las rocas jurásicas en el bloque inferior. Los datos termocronológicos de Ar-Ar y zircón (U-Th)/He, obtenidos tanto en el bloque superior como del bloque inferior de la zona de cizalla, muestran trayectorias tiempo-temperatura distintas desde ca. 70 Ma hasta 55 Ma, las cuales se interpretan como representativas del periodo de desplazamiento de la zona de cizalla. Desde ca. 55 Ma hasta el presente, ambos bloques experimentaron historias de exhumación similares, incluyendo un período de enfriamiento moderado durante el Eoceno. Los mecanismos de deformación asociados con la cizalla en cuarzo y feldespato indican temperaturas de deformación correspondientes a condiciones metamórficas que varían desde facies de esquistos verdes de alta temperatura hasta facies de anfibolitas de baja temperatura, consistentes con el enfriamiento a través de temperaturas de cierre Ar/Ar de la moscovita (>400 °C). El bandeado gneísico de las rocas proterozoicas del bloque superior y las foliaciones ígneas y esquistosidad de las rocas jurásicas del bloque inferior son paralelas a la zona de cizalla de Quitobaquito. Debido al paralelismo de las estructuras de foliación a ambos lados de la zona de cizalla, asi como a su grado metamórfico, se interpreta que estas estructuras son sincinemáticas con respecto al desarrollo de la zona de cizalla principal. La cronología y la cinemática de la zona de cizalla de Quitobaquito indican que esta constituye una manifestación del acortamiento ocurrido durante el Cretácico Tardío en el suroeste de Arizona. Por lo tanto, no se encontró evidencia estructural ni termocronológica que sugiera que la zona de cizalla represente una rama reactivada de la hipotética megacizalla Mojave-Sonora, de supuesta edad jurásica.