Depositional processes and controlling factors from river mouths to slope systems in active tectonic margins: insights from middle-upper Eocene to Lower Miocene records in the Colombian Caribbean

Abstract

The middle-upper Eocene to Lower Miocene sedimentary successions in the Colombian Caribbean represent complex depositional environments shaped by tectonics and sediment input. The conducted sedimentological, ichnological, well-logs, and micropaleontological analyses reveal both allogenic and autogenic processes influencing sedimentation. In the southwestern Colombian Caribbean, south of the San Jacinto Fold Belt, middle-upper Eocene coarsegrained deposits are characterized by hyperconcentrated and hyperpycnal flows originating from continental areas. These flows undergo transformations upon reaching coastal and marine settings, exhibiting diverse flow behaviors ranging from high-energy sand-rich flows to fluidal gravel beds. Marine influence, reflected in sedimentological and ichnological features, indicate gravitational flow and tidal modulation. In the central region of the San Jacinto Fold Belt, evidence points to the development of submarine channel systems, with coarse-grained channel-lobe transitions in slope-basin plain systems, marking supercritical to subcritical conditions with sediment transport from land to the marine basin. During the latest Eocene to earliest Oligocene, transgressive fine-grained deposits overlie coarse-grained successions in the southwestern Colombian Caribbean. Oligocene to Early Miocene successions show meandering fluvial deposits, mudrocks, and rhizoliths, indicating water-logged interdistributary bays and gallery flood forests, marking the beginning of a lower delta plain system. Moreover, typical fluvio-dominated deltaic successions, influenced by tropical torrential rains, show fluctuations in river discharges, with episodic tidal modulation and wave reworking affecting the deltaic system. This period marks a significant shift in sedimentation patterns, driven by tectonic activity, relative sea level changes, and tropical climatic influences. The progradational trend and evolving depositional styles highlight the complex interplay between tectonic convergence, subsidence, and climate, contributing to the understanding of sedimentary processes in tropical regions.

Las sucesiones sedimentarias del Eoceno medio-tardío al Mioceno Temprano en el Caribe colombiano representan sistemas deposicionales complejos, modulados por la tectónica y el aporte de sedimentos. Los análisis sedimentológicos, icnológicos y micropaleontológicos llevados a cabo revelan procesos alogénicos y autogénicos que influyen en la sedimentación. En el suroeste del Caribe colombiano, al sur del Cinturón Plegado de San Jacinto, los depósitos de grano grueso del Eoceno medio-tardío se generaron por flujos hiperconcentrados e hiperpícnicos originados en áreas continentales. Estos flujos se transforman al alcanzar los entornos costeros y marinos, exhibiendo comportamientos de flujo diversos que van desde flujos ricos en arena de alta energía hasta lechos de fluidos de grava. La influencia marina, reflejada en características sedimentológicas e icnológicas, se relaciona con la presencia de flujos gravitacionales y modulación por mareas. En la región central del Cinturón Plegado de San Jacinto hay evidencia del desarrollo de sistemas de canales submarinos, con transiciones de lóbulos y canales de grano grueso que marcan condiciones supercríticas a subcríticas con transporte de sedimentos desde la tierra hacia la cuenca. Durante el Eoceno tardío al Oligoceno temprano, depósitos transgresivos de grano fino cubren las sucesiones de grano grueso en el suroeste del Caribe colombiano. Las sucesiones del Oligoceno al Mioceno temprano muestran depósitos fluviales meandriformes, lutitas y rizolitos, que indican bahías interdistributarias y bosques anegados, marcando el inicio de un sistema de llanura deltaica inferior. Además, las típicas sucesiones deltaicas dominadas por sistemas fluviales, influenciadas por lluvias torrenciales tropicales, registran fluctuaciones en las descargas de los ríos, con modulación por mareas y retrabajamiento por olas afectando el sistema deltaico de manera episódica. Este período refleja un cambio en los patrones de sedimentación, ocasionado por la actividad tectónica, los cambios realtivos del nivel del mar y las influencias climáticas tropicales. La tendencia progradacional y la evolución de los patrones deposicionales resaltan la compleja interacción entre la convergencia tectónica, la subsidencia y el clima, contribuyendo a la comprensión de los procesos sedimentarios en regiones tropicales.