Estado térmico-reológico de los Andes Centrales y su relación con los procesos de deformación activos

Tesis Doctoral

Autor: Federico Ibarra   

Año: 2021

Directora: Dra. Claudia Beatriz Prezzi    

Resumen

La región de los Andes Centrales en Sudamérica presenta un complejo y heterogéneo sistema de deformación. La actividad sísmica registrada y las estructuras neotectónicas mapeadas indican que la deformación de intraplaca se ubica principalmente sobre los márgenes del orógeno, en las zonas de transición hacia el retroarco y el antearco. Por otro lado, las regiones con deformación activa en el antepaís exhiben estilos de deformación característicos que varían a lo largo del rumbo, así como distintivas distribuciones de sismicidad en profundidad. De norte a sur, se observa una progresión en el estilo de deformación de piel fina a piel gruesa y un incremento del espesor de la capa sismogénica. En base a observaciones geológicas y geofísicas, las causas generalmente invocadas para explicar el carácter heterogéneo de la región son los cambios en el espesor y composición de los sedimentos, la presencia de estructuras heredadas y los cambios en el ángulo de subducción de la placa de Nazca. Sin embargo, no existe aún ningún estudio comprensivo sobre la relación entre la composición litosférica de los Andes Centrales, su estado reológico y los procesos de deformación observados. Consecuentemente, el objetivo principal de esta tesis es explorar la existencia de una posible correlación entre el estado físico de la litosfera en la región y la ubicación de la deformación activa. El estudio de la composición litosférica mediante la integración de datos independientes constituye una base fundamental para la determinación del estado térmico y reológico de los Andes Centrales, los que a su vez establecen nuevas herramientas para entender los complejos procesos de deformación de la región. En esta línea, el flujo de trabajo principal de la tesis consiste en la construcción de un modelo gravimétrico tridimensional de la litosfera andina basado en datos, seguido de la simulación del campo termal conductivo en estado estacionario y el cálculo de la distribución de resistencia a la deformación permanente de las rocas. Adicionalmente, la respuesta dinámica del sistema orógeno-cuenca de antepaís a compresión de intraplaca es evaluada mediante el desarrollo de un modelo geodinámico.

Los resultados de los modelos sugieren que la composición litosférica heterogénea y heredada controla el estado térmico-reológico actual de los Andes Centrales, que a su vez influye en la ubicación y estilo de los procesos de deformación activos. La mayor parte de la actividad sísmica y las estructuras neotectónicas se encuentran espacialmente asociadas a regiones que presentan alto gradiente de resistencia integrada, en las zonas de transición de la litosfera félsica y débil en el orógeno, hacia la litosfera más máfica y resistente en el retroarco y antearco. Asimismo, los resultados de la simulación dinámica muestran una marcada localización de los segundos invariantes de la tasa de deformación deviatórica a lo largo de las mismas regiones, sugiriendo que el acortamiento es acomodado en zonas de transición entre dominios débiles y resistentes. La distribución vertical de la actividad sísmica parece también estar influenciada por el estado térmico-reológico de la litosfera. La profundidad a la que la frecuencia de hipocentros comienza a disminuir en las distintas unidades morfoestructurales presenta una correlación con la posición de las transiciones frágiles-dúctiles modeladas, en consecuencia, una fracción de los eventos sísmicos se posiciona dentro del campo de deformación dúctil de la corteza. Un análisis exhaustivo revela que prácticamente todos los hipocentros de la región se ubican por encima de la isoterma de 600ºC, coincidiendo con el límite térmico superior para el comportamiento frágil de la olivina. Por consiguiente, la ocurrencia de sismos por debajo de las transiciones frágiles-dúctiles modeladas podría ser explicada por la presencia de rocas máficas resistentes, residuales de pasados eventos tectónicos. Otra potencial causa de sismos profundos es la existencia de zonas de cizalla heredadas, en las cuales el comportamiento frágil es favorecido mediante una reducción en la fricción interna de los materiales. Esta hipótesis es especialmente adecuada para el antepaís fragmentado del Sistema de Santa Bárbara y las Sierras Pampeanas, donde estudios geológicos indican una sucesiva reactivación de estructuras a lo largo del tiempo. Particularmente, en el Sistema de Santa Bárbara los resultados indican que para explicar la sismicidad profunda es necesario considerar la presencia de rocas máficas en conjunto con una reducción en la fricción interna.