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Acta geológica lilloana 29 (2): 67–105, 7 de diciembre de 2017
Áreas de proveniencia de meta-sedimentos e
interpretación geoquímica de ambientes tectónicos de
deposición de la Formación Puncoviscana: Cordillera
Oriental y Sierras Pampeanas, Argentina
ä
Resumen — La Formación Puncoviscana s.l. constituye una importante secuencia litoes-
tratigráfica constituida dominantemente por psamitas y pelitas, con intercalaciones subordina-
das de conglomerados, carbonatos y vulcanitas, depositadas en una cuenca somera, entre el
Neo-Proterozoico y el Terreneuviano sobre el borde occidental de Gondwana, el cual se habría
comportado, para algunos autores, como cuenca de antepaís y para otros, como borde con-
tinental pasivo, tesituras que nosotros combinamos, como secuencias de un mismo proceso
evolutivo. En la Formación Puncoviscana s.l. se encuentran ichnofósiles agrupados en dos
asociaciones con diferentes distribuciones: una zona con la asociación de Nereites saltensis,
que correspondería a los niveles más altos del Ediacarano y otra con la asociación de Oldhamia
radiata, que se ubicaría en niveles del Terreneuviano. Por otra parte los circones detríticos,
dan una amplia gama de edades, que indican proveniencias desde terrenos Paleo-Protero-
zoicos, Meso-Proterozoicos y Neo-Proterozoicos a los que se suman los del Terreneuviano.
Estos valores radiométricos corresponden a las diferentes áreas cratónicas reconocidas en el
continente Sudamericano, con edades desde 2300 a 950 Ma. Aunque también se detectan
edades entre 850 y 580 Ma, que indicarían actividad ígnea entre el final del Ciclo Sunsás y
el comienzo del Ciclo Pampeano, que denominamos Ciclo Ancajano. Las secuencias clásticas
de la Formación Puncoviscana, cuya base se inicia con el Ciclo Ancajano, constituye una
secuencia continua formada desde meta-sedimentos a sucesiones metamórficas en Facies
Esquistos Verdes a Anfibolitas, desarrolladas durante el Ciclo Pampeano y cuya culminación
corresponde a la orogenia Tilcárica acaecida a los 520 Ma, evidenciada por la discordancia
que la separa del Grupo Mesón. El desarrollo de la cuenca en un ambiente marginal distensivo
entre los 580 y 540 Ma, dio lugar al desarrollo del magmatismo ultrabásico, a básico alcalino
y a toleítico; mientras que la culminación de la secuencia sedimentaria, ya en un ambiente
compresivo, entre los 540 y 520 Ma, genera el importante magmatismo calco-alcalino y
meta- a per-aluminoso en la Cordillera Oriental y en las Sierras Pampeanas de Catamarca,
Santiago del Estero y Córdoba. Los análisis geoquímicos realizados en los afloramientos repre-
sentativos de los diferentes niveles de metamorfismo, permitió utilizar diagramas de elementos
mayores, menores y trazas, para caracterizar ambientes de deposición de los sedimentos,
que en general corresponden a «Margen Continental Activo» y «Arcos de Islas Oceánicas y
Continentales». Por otra parte pudo establecerse que los detritos sedimentarios aportados
a la cuenca de Puncoviscana, corresponde esencialmente a sedimentos cuarzosos y a rocas
ígneas félsicas, que son típicas de Corteza Continental Superior (UCC), siendo los procesos
sedimentarios muy similares en la totalidad de las rocas estudiadas, como lo demuestra la
composición geoquímica global y el comportamiento de las tierras raras.
Palabras clave: Formación Puncoviscana, Ambiente tectónico, Proveniencia Corteza Con-
tinental Superior, Discriminación geoquímica.
Recibido: 10/05/17 – Aceptado: 04/12/17
Alejandro J. Toselli
1
, Florencio G. AceñolAzA
1
, Hubert Miller
2
, Juana N. rossi
1
1
Instituto Superior de Correlación Geológica (INSUGEO). Miguel Lillo 205, (4000) Tucumán, Argenti-
na. ajtoselli@yahoo.com.ar; facenolaza@gmail.com; juanitarossi@gmail.com.
2
Department für Geo-Unweltwissenschaften. München. Luisenstr. 37, 80333. Manchen. Germany.
hubert.miller@iaag.uni-muenchen.de.
Provenance of the Puncoviscana Formation meta-sediments and
geochemical interpretation of its tectonic-setting in Cordillera
Oriental and Sierras Pampeanas, Argentina
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A. J. Toselli et al.: Áreas de proveniencia de meta-sedimentos de la Fm. Puncoviscana
ä
Abstract — “Provenance of the Puncoviscana Formation meta-sediments and geochemical
interpretation of its tectonic-setting in Cordillera Oriental and Sierras Pampeanas, Argentina”.
The Puncoviscana Formation sl. is an important lithostratigraphic sequence consisted of domi-
nantly psammites and mudstones, interbedded with subordinate conglomerate, carbonates and
volcanics deposited in a shallow basin between the Neo-Proterozoic and Terreneuvian on the
western edge of Gondwana, which for some authors would have behaved as foreland basin
and for others as a passive continental margin, a thesis we interpret like sequences of one
same evolutionary process. In Puncoviscana formation sl. ichnofóssils are grouped into two
associations with different distributions: an area with Nereites saltensis, which correspond
to the highest levels of the Ediacaran and another one with Oldhamia radiata, which would
fit on Terreneuvian levels. On another side, detrital zircons giving a wide range of ages, indi-
cate provenances from Paleo-Proterozoic, Meso-Proterozoic and Neo-Proterozoic terranes to
which are summoned those of Terreneuvian. The available radiometric values correspond to
different cratonic areas recognized in the South American continent from 2,300 to 950 Ma.
There are also detected zircon ages between 850 and 600 Ma, which indicate igneous activ-
ity between the end of the Sunsas and the beginning of the Pampean cycle. We propose the
name of Ancajano Complex for this interval. Clastic sequences of the Puncoviscana formation,
begin over the Ancajan Complex and comforms a continuous sequence from meta-sediments
to Greenschists and Amphibolites metamorphic facies developed within the Pampean cycle and
it ends with the Tilcaric orogeny occurred at 520 Ma, evidenced by the unconformity that
separates the Puncoviscana Formation from Meson Group. The development of an extensional
marginal basin between 580 and 540 Ma, led to the extrusion of basic alkaline, ultrabasic
to a tholeiitic magmatism; whereas the culmination of the sedimentary sequence, and in a
subduction environment, between 540 and 520 Ma, it generates significant calc-alkaline and
a per-aluminous magmatism in the Eastern Cordillera and Precordillera of Catamarca, San-
tiago del Estero and Córdoba provinces. Geochemical analyzes on representative outcrops of
different metamorphic levels, allowed us to use major, minor and trace element diagrams to
characterize environments of deposition of sediments, which generally correspond to “Active
Continental Margin” and “Oceanic and Continental Arc Islands”. In addition, it could be shown
that sedimentary debris which contributed to the Puncoviscana basin, essentially correspond
to siliceous sediments and igneous felsic, which are typical of Upper Continental Crust (UCC),
being very similar sedimentary processes in all the studied samples, as evidenced by the
overall chemical composition and behavior of the Rare Earth Elements.
Keywords: Puncoviscana formation, Tectonic setting, Upper Continental Crust source,
Geochemical discrimination.
INTRODUCCIÓN
Desde el sur de Bolivia y continuando en
el noroeste de Argentina, hasta Córdoba y
San Luis, se desarrollaron una serie de cuen-
cas de carácter intra- a pericratónicas en el
borde de Gondwana occidental, con desa-
rrollo de depósitos clásticos heterogéneos
de importante significación regional, entre
el Ediacarano y el Terreneuviano, conocida
como cuenca de Puncoviscana. Estas estu-
vieron controladas por los núcleos cratóni-
cos denominados «Amazónico Occidental o
Guaporé», «Mara», «Río Apa – Río de La Pla-
ta», «Arequipa – Antofalla» y «Margen acti-
vo Meso-Proterozoico superior», con edades
superiores a los 2 Ga.
Básicamente, las rocas que afloran en te-
rritorio argentino, se asignan a la Formación
Puncoviscana s.l. que tiene varias unidades
equivalentes con afloramientos en el borde
andino desde el sur de Bolivia (Formación
San Cristóbal), en localidades de Sierras
Pampeanas (formaciones Suncho, Negro
Peinado, San Luis, etc.) hasta el norte de la
Patagonia (Formación Jagüelito) sensu Ace-
ñolaza y Aceñolaza (2005).
Por otra parte el desarrollo de esta cuenca
o sub-cuencas, han tenido distintas interpre-
taciones geotectónicas, ya sea como formada
en un margen pasivo relacionada a extensión
por rift (Aceñolaza y Miller, 1982; Ježek et
al., 1985; Willner et al., 1983; Do Campo y
Riveiro Guevara, 2005); o la propuesta dada
por Kraemer et al. (1995), Keppie y Bahl-
burg (1998) y Zimmermann (2005), que
sostienen que el desarrollo de la cuenca de
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antepaís se produjo por deformación corti-
cal debido a la carga sedimentaria, al oeste
del orógeno Pampeano. Ambas hipótesis han
sido presentadas y discutidas en numerosos
trabajos, utilizando distintos tipos de argu-
mentos.
Nosotros sostenemos que la secuencia
sedimentaria se ha iniciado en una cuenca
distensiva desarrollada con dirección NNE-
SSO, siguiendo una de las ramas de la es-
tructura aulacogénica (Aceñolaza y Durand,
1986), que evoluciona desde el «Triple Pun-
to Boliviano», en el este de Bolivia, que ya
fue enunciada por Kroner (1981) y poste-
riormente desarrollada por Litherland et al.
(1986) y Suarez Soruco (1989, 2000). Este
Punto Triple habría sido el responsable de la
ruptura de los núcleos antiguos de Guaporé,
Arequipa-Antofalla y Río de La Plata, que
controló el desarrollo de las cuencas que se
desarrollaron en la región entre el Neo-Pro-
terozoico y el Paleozoico inferior, que se ex-
tiende desde Bolivia hasta la región central
de Argentina. Los trabajos de Tosdal (1996)
y Lucassen et al. (2000) basados en datos
geológicos, geocronológicos y geoquímicos
establecieron la estrecha afinidad existente
entre Arequipa-Antofalla y el Cratón Amazó-
nico Occidental.
De dichos antecedentes y siguiendo a Li-
therland et al. (1986) consideramos la asig-
nación del Ciclo San Ignacio-Sunsás como la
referencia estratigráfica y cronológica más
adecuada para constituir el basamento con
edades del orden de 1400 a 950 Ma. Esta
cuenca, que corresponde al orógeno Pam-
peano, está limitada al oeste, por el terreno
de Arequipa-Antofalla y al este por los cra-
tones de Guaporé y Rio de la Plata.
En la región norte de la Cuenca predo-
minan las rocas sedimentarias que han su-
frido procesos diagenéticos a bajo grado de
metamorfismo, mientras que hacia el sur
predominan áreas con rocas metamórficas
de mediano grado. Algunos autores como
Willner (1990) y Willner y Miller (1986)
argumentan sobre la base de evidencias
geoquímicas que las rocas más deformadas
y con mayor metamorfismo, representarían
niveles corticales más profundos y por ende
más antiguos, de las sucesiones supra-corti-
cales. Por otra parte Mon y Hongn (1991),
interpretan las diferentes sucesiones meta-
mórficas, como relacionadas a diferentes
eventos tectono-metamórficos.
Debido a las diferentes interpretaciones
ambientales sostenidas hemos seleccionado
afloramientos representativos para los estu-
dios geoquímicos de las rocas silico-clásticas,
de las secuencias de la Quebrada de Huma-
huaca y sierras del Campo, Guasayán y San
Javier, junto a localidades de bajo a media-
no grado de metamorfismo de las sierras de
Ancasti, Quilmes, Cumbres Calchaquíes, La
Cébila y Famatina, con miras a relacionar
los resultados con los obtenidos por otros
autores que ya realizaron estudios similares
en diferentes localidades Sierras Pampea-
nas, Sierras de Famatina, Cordillera Orien-
tal y Puna, como von Gosen (2009, 2014),
Zimmermann (2005) y en la sierra de Los
Llanos (Verdecchia et al. 2014). Los análisis
los hemos integrado con las bases de datos
publicados por (Willner et al., 1983; Lottner,
1986; Rossi et al., 1997; von Gosen, 2009),
que permiten caracterizar los ambientes en
los que se produjo la deposición. Con esto
pretendemos vincular los eventos tectóni-
cos del Neo-Proterozoico-Cámbrico inferior
en territorio argentino e identificar la base
de la Formación Puncoviscana y las áreas
de proveniencia del material sedimentario,
para interpretar la evolución del margen
del Gondwana occidental. Los resultados
obtenidos serían complementarios, con las
conclusiones obtenidas por los autores men-
cionados.
ANTECEDENTES
Los depósitos más antiguos reconocidos
en el continente sudamericano y sus eventos
magmáticos-metamórficos asociados, esta-
rían relacionados con cuencas pericratónicas
que corresponden a varios ciclos orogénicos
cuya mayor expresión geológica se desarro-
lla en el borde amazónico boliviano-brasile-
ño. Allí se reconoció la existencia de varios
eventos que, según Litherland et al. (1986),
se caracterizan bajo las denominaciones de
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A. J. Toselli et al.: Áreas de proveniencia de meta-sedimentos de la Fm. Puncoviscana
Ciclo San Ignacio (1400-1280 Ma), Ciclo
Sunsás (1280-950 Ma) y Ciclo Brasiliano
(950-500 Ma) sensu Almeida et al. (1981).
Con algunas diferencias autores brasileños
como Colombo et al. (1999), a estos ciclos se
los reconoce como Provincias Geocronológi-
cas y que si bien se fundamentan en datacio-
nes de rocas, las mismas presentan algunas
variaciones en sus valores y se las denomina:
Río Negro-Jurena (1800-1550 Ma); Cinturón
Rondoniana-San Ignacio (1560-1300 Ma);
Bloque Paraguá (>1700 Ma); Ventuarí-Ta-
pajós (1950 – 1800 Ma); Escudo Amazóni-
co (>2300 Ma); Cratón del Río de la Plata
(2200 Ma) y Arequipa-Antofalla (1100 Ma)
(Fig. 1), o sea valores correspondientes al
Paleo-Proterozoico, Meso-Proterozoico y
Neo-Proterozoico.
Dataciones radimétricas realizadas sobre
el llamado Cratón de Arequipa-Antofalla
(«Terrane») permiten identificar rocas con
valores correlacionables al cratón Amazónico
del área boliviano-brasileño, lo mismo ocu-
rre con los estudios de afinidad geoquímica
con el Cratón Amazónico occidental (Tosdal,
1995; Lucassen et al., 2000).
También en el borde occidental del Cra-
tón del Río de la Plata, se reconocen rocas
cronológicamente vinculadas con las del
borde occidental amazónico (Gaucher, 2005,
2009; Aceñolaza y Toselli, 2009; Toselli et al.
2012), al igual que en el ámbito de las sie-
Figura 1. Esquema geotectónico con la ubicación de la región estudiada y su relación en el
contexto de las principales unidades cratónicas de Sudamérica.
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Acta geológica lilloana 29 (2): 67–105, 7 de diciembre de 2017
rras de Córdoba, Santiago del Estero y pro-
vincia de Buenos Aires (Rapela et al., 2007;
Sims et al., 1999).
Al referirnos a la Formación Puncoviscana
s.l., es importante tener en cuenta su signifi-
cado crono-estratigráfico, así como el marco
regional en el que se desarrolló la sedimen-
tación. Los datos cronológicos obtenidos de
los circones detríticos, permiten interpretar
el origen y procedencia de las rocas que la
componen y sus relaciones con diferentes
eventos orogénicos.
Con respecto a su ubicación estratigráfica
en primer lugar se destaca que por su con-
tenido paleontológico se asigna esta unidad
al lapso Ediacarano-Terreneuviano. Trazas y
cuerpos fósiles encontrados en distintas lo-
calidades del noroeste argentino, permiten
asignar la icnofacies de Nereites saltensis a
los niveles más altos del Ediacarano; mien-
tras que los que contienen Oldhamia radiata
forman parte de niveles del Terreneuviano
(Cámbrico inferior) (Durand y Aceñolaza,
1990; Aceñolaza y Aceñolaza, 2005).
En los últimos años al intensificarse las
dataciones isotópicas sobre circones detrí-
ticos presentes en diferentes afloramientos
se comprueba que los datos obtenidos tie-
nen un amplio rango cronológico. Las po-
blaciones de mayor edad presentan valores
del orden de los 850 Ma, mientras que las
rocas portadoras de icnofósiles se sitúan en
los 540 - 525 Ma.
El techo de la Formación Puncovisca-
na se sitúa en los ~520 Ma, posición cro-
nológica que tiene a la Orogenia Tilcárica
como responsable de la gran deformación
tectónica que afectó a los afloramientos de
la Formación Puncoviscana y unidades equi-
valentes, las cuales estuvieron acompañados
por eventos ígneo-metamórficos. En discor-
dancia angular, por sobre éstos, se dispone
la sucesión siliciclástica de edad cámbrica
correspondiente al Grupo Mesón (discordan-
cia tilcárica).
Este buen conocimiento sobre el tope de
esta unidad estratigráfica, es totalmente dife-
rente con respecto a su base, de la que no se
conoce fehacientemente ni su edad, ni sobre
que terrenos se asienta, teniendo en cuenta
el rol que le cupo a los núcleos proterozoicos
de la región (Fig. 1). Como ya se dijo, por un
lado estaba el Cratón Amazónico Occidental
(Guaporé) mientras que por otro lo eran el
de Arequipa-Antofalla y el del Río de la Plata
con edades >1500 Ma y que en consecuen-
cia debieron aportar a la cuenca sus detritos.
Es conocido que en el margen del Macizo
Guaporé se desarrolló una cuenca periférica
cuyos datos cronológicos van desde 1280
a 950 Ma (Cuenca Sunsás). En este mismo
lapso hay depósitos y rocas ígneo-metamór-
ficas en el núcleo Arequipa-Antofalla y en el
borde occidental del Río de La Plata.
Como se ve, en ese lapso temporal y
constituyendo poblaciones de circones hay
diversas agrupaciones que dan indicios de
acontecimientos ígneos pre-Puncoviscana.
En localidades de la sierra de Ancasti y de
la quebrada de Humahuaca, es notable que
la población de circones más jóvenes tienen
valores mayores a los 900 Ma, lo que signi-
fica que éstos terrenos formarían parte del
Ciclo Sunsás. Pero hay otros afloramientos
cuyos picos más jóvenes tienen valores del
orden de los 800 Ma., y otros aún más jóve-
nes con valores de 600 Ma. Dichas poblacio-
nes son previas a las propias de Puncovisca-
na s.l. (~540 Ma) (Aceñolaza et al., 2010.
Esto implica interpretar que hay rocas co-
rrespondientes a otros ciclos entre Sunsás y
Puncoviscana, sobre los cuales se apoyaría
esta unidad. El problema de identificación,
se da cuando se sospecha que la litología de
Puncoviscana s.l. y las correspondientes a los
ciclos previos parecen ser similares, lo que
dificulta diferenciar las rocas que originaron
y proveyeron los circones. Por otra parte no
se han identificado fehacientemente macizos
con edades entre 850 y 600 Ma.
En un trabajo anterior (Adams et al.,
2011) hemos planteado un cuadro estrati-
gráfico indicando que la posición de la base
de Puncoviscana habría de posicionarse en
el Criogeniano, sin descartar una edad algo
más joven correspondiente al Ediacarano.
Ello llevaría a suponer que habría ciclos
orogénicos previos, no identificados, en la
cuenca en la que se depositó la Formación
Puncoviscana.
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A. J. Toselli et al.: Áreas de proveniencia de meta-sedimentos de la Fm. Puncoviscana
En general las secuencias meta-sedimen-
tarias de la Formación Puncoviscana s.l.,
están integradas esencialmente por rocas
clásticas con bajo grado de metamorfismo,
con caracteres de turbiditas (Ježek y Miller,
1986, 1987; Ježek, 1990). Los estudios se-
dimentológicos de (Ježek et al., 1985, 1986;
Ježek, 1990; Durand, 1990) y con apoyo de
datos químicos (Willner et al., 1985; Willner,
1987) describieron las litologías de dichas
rocas meta-sedimentarias (Fig. 2). En gene-
ral la secuencia geológica muestra importan-
te deformación regional y metamorfismo de
bajo a mediano grado. Con desarrollo res-
tringido, se presentan niveles de conglome-
rados, carbonatos e intercalaciones volcáni-
cas (Aceñolaza et al., 1988; Durand, 1990;
Porto et al., 1990; Omarini et al., 1999a;
Escayola et al., 2011).
La continuación de los afloramientos de
la Formación Puncoviscana hacia el sur en
las Sierras Pampeanas, con rocas de mayor
grado metamórfico, es interpretada como
una transición continua (Willner et al., 1987;
Aceñolaza et al., 1988). No obstante uno de
los mayores obstáculos para correlacionar
las diferentes unidades, es la ausencia de
fósiles en amplias regiones, que no permite
subdivisiones dentro de las monótonas se-
cuencias meta-clásticas. Asimismo, las su-
cesiones, litológicamente monótonas, están
afectadas por importantes deformaciones y
actividad magmática del Cámbrico medio al
Ordovícico inferior (Rapela et al., 1998), que
dificulta establecer correlaciones regionales
o medir espesores reales.
Los datos de isótopos de Nd de las rocas
meta-sedimentarias de bajo-grado obtenidos
por Bock et al. (2000); así como los datos de
medio- a alto-grado de metamorfismo (es-
quistos, gneises y calco-silicatos) obtenidos
por Pankhurst et al. (1999); Pakhurst y Ra-
pela (1998); Rapela et al. (1998); Lucassen
et al. (2000), representan solo áreas restrin-
gidas, con edades de formación de corteza
que varía entre 1,5 y 1,8 Ga, para los meta-
sedimentos de bajo grado y de 1,5 a 2,1 Ga,
para las rocas metamórficas de mediano- a
alto grado.
Las edades de circones detríticos conteni-
dos en las rocas, cubre un espectro de prove-
niencias de áreas continentales, con edades
comprendidas entre el Paleo-Proterozoico,
Meso-Proterozoico y Neo-Proterozoico tem-
prano (entre 1900 a 850 Ma). También se
determinan edades criogenianas y ediacara-
nas entre 850 y 541 Ma. La morfología de los
circones encontrados en algunas secuencias
silico-clásticas, tobáceas y volcánicas, evi-
dencian la actividad magmática (volcánica
y plutónica), que ocurre en el Terreneuviano,
desarrollada en algunas áreas de deposición
de la Formación Puncoviscana.
En general los sedimentos tienen su fuen-
te en las diferentes áreas cratónicas, escudos
y cinturones más antiguos ya mencionados,
todos los cuales se consideran potenciales
fuentes de sedimentos transportados por
los ríos que fluyeron hacia el margen pasi-
vo del océano paleo-Pacífico (Adams et al.,
2005, 2008a, b, 2009, 2011; Aceñolaza et
al., 2010). No debe olvidarse las edades
Meso-Proterozoicas del terreno Arequipa-
Antofalla (1100 Ma), situado al oeste de la
cuenca y cuyo aporte sólo fue explorado por
Ježek (1990). En la figura 3 se sintetizan las
edades y los limites temporales asignados a
los diferentes ciclos.
Adicionalmente, deben considerarse los
datos bio-estratigráficos y radiométricos
que son consistentes con las edades de de-
posición de la Formación Puncoviscana, en
el Ediacarano-Terreneuviano (Aceñolaza y
Aceñolaza, 2005, y referencias allí citadas)
y las edades Rb/Sr de metamorfismo de 541,
540 y 504 Ma, en las provincias de Tucumán
y Salta (Adams et al., 2005).
Autores como von Gosen (2009, 2014);
Zimmermann (2005); Simpson et al. (2003);
Schwartz y Gromet (2004); Rossi et al.
(1997); Keppie y Bahlburg (1998) entre
otros, fueron ajustando la interpretación de
los depósitos silico-clásticos del Paleozoico,
utilizando los datos geoquímicos como base
de trabajo, logrando importantes resultados
en regiones de las provincias de Catamarca,
La Rioja, Salta, Santiago del Estero y Cór-
doba.