Métodos potenciales aplicados al análisis termo-mecánico de la litosfera en el frente de deformación de los andes en el norte argentino y cuencas sedimentarias asociadas

Abstract

En los Andes Centrales de América del Sur, en la región del noroeste argentino (NOA), tres grandes ciclos sedimentarios han evolucionado desde el Paleozoico hasta la actualidad, conformando la cuenca paleozoica, la cuenca cretácica-paleógena o cuenca del Grupo Salta y la cuenca cenozoica de ante paı́s del Chaco. En el Cretácico temprano-tardı́o tuvo lugar la Orogenia Andina que dio origen a una serie provincias morfoestructurales. Particularmente, la cuenca del Grupo Salta originada por procesos distensivos resulta de gran interés, dado a que su rama oriental, conformada por los depocentros Lomas de Olmedo en Argentina y Pirity en Paraguay preservan su forma original de carácter extensional, sin haber sufrido importantesmodificaciones por la Orogenia Andina y corresponden a losdepocentros con mayor potencial hidorcarburı́fero en la región. En este trabajo, se relevaron 3000 km lineales de datos gravimétricos y magnetométricos con posicionamiento GPSD utilizando instrumental deprecisión. A partir de los datos de gravedad medidos se pudieron realizar controles de calidad y una integración confiable de otras bases de datos terrestres y globales de última generación(EIGEN-6C4). Desde el análisis estadı́stico de ambos sets de datos se observó mejor precisión en las anomalı́as gravimétricas del modelo global para altitudes topográficas bajas. Los datos magnéticos terrestres, permitieron nivelar e integrar datos del modelo global EMAGv3 y conformar un mosaico con datos terrestres en el centro, completados hacia los bordes con el modelo global. Se aplicó modelado gravimétrico directo utilizando como restricción toda la información disponible (geometrı́a y propiedades fı́sicasde las secuencias sedimentarias), para determinar las profundida desde basamentos de cada uno de los ciclos sedimentarios y obtener un modelo en 3D de profundidades sedimentarias de buena precisión yresolución. El modelo en 3D de basamento presenta profundidades máximas del orden de los 9-10 km que se observaron en el eje de los depocentros Lomas de Olmedo y Pirity y la rama austral de la cuenca paleozoica. Se observó que los espesores sedimentarios de la cuencacenozoica del Chaco responden en gran medida a la flexión, con mayores espesores en el antepaı́s frontal que disminuyen hacia elantepaı́s distal. Sin embargo, un resultado conspicuo es que lacuenca cenozoica exhibe mayores espesores sedimentarios sobre losejes de los depocentros Lomas de Olmedo y Pirity, disminuyendo hacia los flancos, persistiendo la morfologı́a de distensión de la cuenca cretácica predecesora. Esta mayor subsidencia en el eje delos depocentros podrı́a asociarse a un último pulso distensivo que afecto la región a los ∼ 65-60 Ma.Seaplicó el método de prolongación ascendente a las anomalı́as de Bouguer completas (ABct) para separar los campos regionales y residuales, es decir, para filtrar los efectos gravimétricos de cuerpos profundos como la discontinuidad corteza-manto, de las anomalı́as producidas por la distribución de densidades en cortezasuperior. Los mapas residuales determinados no mostraron anomalı́asgravimétricas negativas en concordancia con los grandes espesoressedimentarios de las cuencas. Para normalizar la corteza superior, secorrigieron las anomalı́as de Bouguer completas por el efecto deespesores sedimentarios (ABct CS) obtenidos a partir del modeladodirecto descripto. Los campos residuales filtrados a partir de estasanomalı́as, mostraron una excelente correlación con las cuencassedimentaras, como es de esperarse debido a que se aplicó lacorrección geológica. El campo regional obtenido a partir delfiltrado de estas anomalı́as (ABct CS), exhibió una zona de altadensidad debajo los depocentros Lomas de Olmedo y Pirity. A partir deun método de correlación cruzada, se determinó que 25 km es laaltura óptima a prolongar las anomalı́as para obtener los camposregionales y residuales de la zona.Pararealizar un estudio regional de mayor dimensión que la comprendidapor los datos terrestres, se obtuvo un primer modelo en 3D de ladiscontinuidad corteza-manto utilizando las ABct del modelo globalEIGEN-6C4 y considerando capas de densidades constantes. Luego parala región acotada de datos terrestres, se computó un modelo másrestringido y de mayor resolución. Para obtener este modelo, serealizaron varias inversiones, complejizando el modelo mediante laincorporación de nueva información, como el efecto de las cuencassedimentarias, variaciones laterales de densidades de corteza ymanto, efecto de la placa que subduce y el efecto de ladiscontinuidad litosfera-astenósfera. Una de las principalescaracterı́sticas distintivas de estas últimas inversiones, es unazona de atenuamiento o adelgazamiento cortical bajo la rama orientalde la cuenca del Grupo Salta, del orden de los 4 km, alcanzandoprofundidades máximas de Moho de aproximadamente 31 km en la regiónde mayor atenuación. Con máximas profundidades observadas del ordende los 75 km bajo losAndes Centrales.Seobtuvo para la región en estudio dos modelos de Moho hidrostáticobajo la hipótesis local de Airy-Heiskanen, uno que considera laraı́z que compensa la carga topográfica, y otro que ademásinvolucra antiraı́z bajo las cuencas sedimentarias. En este últimomodelo, se observó un atenuamiento cortical bajo los depocentrosLomas de Olmedo y Pirity, con profundidades máximas de Mohohidrostático del orden de los 32 km, presentando un gran parecidomorfológico con el modelo de discontinuidad corteza-manto obtenidopor inversión gravimétrica. Esto se respalda en modelossismológicos regionales, con la salvedad de que nuestros modelospropuestos tienen mayor resolución. Este atenuamiento cortical,implicarı́a un alto gravimétrico en las anomalı́as, ocultandolas anomalı́as negativas correspondientes al déficit sedimentariode las cuencas, cuyo efecto deberı́a producir mı́nimos de decenasde mGal.Porotra parte, los estudios globales han evaluado la importancia delespesor elástico (Te) en la evolución orogénica, lo que demuestraque el estilo y la naturaleza del acortamiento de la corteza superiorestán influenciados por la rigidez litosférica heredada. Lostrabajos pioneros identificaron que el estilo de deformación en elsector más oriental de los Andes Centrales en América del Sur estárelacionado con el espesor elástico (Te). Allı́, el estilo de pielgruesa y de cizallamiento puro del Sistema de Santa Bárbara serelacionó inicialmente con la existencia de valores bajos de Te .Por el contrario, el estilo de deformación de piel fina en elSistema Subandino implica altos valores de Te. Sin embargo, losestudios más recientes de Te en los Andes Centrales presentanresultados contradictorios que llevan a cuestionar esta relacióndirecta. Los resultados de estos estudios muestran una fuertedependencia de la metodologı́a aplicada que dificulta lacomprensión general del estado termo-mecánico litosférico de losAndes Centrales. Para contribuir a resolver esta problemática,obtuvimos mapas de Te de alta resolución, usando modelado directo alresolver la ecuación de flexión del modelo de placa infinita en dosdimensiones. Para contemplar ampliamente la deformación de estos dosestilos, se utilizaron datos gravimétricos modernos de modelosgeopotenciales globales, debido a la escasez de datos terrestresrelevados en la presente contribución en estas áreas. Ademásdichos modelos globales presentan buena resolución para los estudiosde carácter regional del Te.Apartir de un análisis pormenorizado de las deflexiones de placa porcarga topográfica, se mostró que los valores de las anomalı́as dela gravedad y las profundidades de cuenca de antepaı́s en los AndesCentrales, se ajustan mejor considerando como relleno del espacio quegenera la deflexión, a las rocas de la corteza inferior. Seconstruyó y analizó detalladamente un modelo sintético, paradeterminar que el tamaño de ventana óptimo para calcular el Te, elcual bajo la metodologı́a aplicada es del orden de los 50-100 km.De este modo, se utilizó este tamaño de ventana para todos losvalores de Te computados.Losresultados de Te de este trabajo, demuestran la relación propuestapor trabajos pioneros, entre los estilos y mecanismos de deformacióny la rigidez flexural en el sector más oriental de los AndesCentrales. En este sentido, en el Sistema Santa Bárbara seobservaron valores bajos de Te , mientras que en el Sistema Subandinose obtuvieron valores altos de Te . Además, este comportamientorı́gido se correlaciona con la curvatura orogénica y con ellı́mite del escudo Brasiliano subyacente y con una zona somera delMoho gravimétrico, que rompe la tendencia regional de los AndesCentrales. Esta somerización en las profundidades del Moho podrı́aestar ligada a un alto gravimétrico ubicado en la parte este de laCordillera Oriental y en el Sistema Subandino, que se sustenta conuna zona de alta velocidad en el manto superior reportada porestudios de funciones receptoras. Esta correlación podrı́a indicarcambios en las propiedades de las rocas de la corteza inferior quejustifican las profundidades bajas del Moho gravimétrico y explicaren parte los valores más altos de Te .Seidentificó que el modelo local de Airy explicarı́a en gran partela evolución para la región de las subcuencas Lomas de Olmedo yPirity. Esto además fue respaldado con análisis estadı́stico delas anomalı́as gravimétricas. Sin embargo en el modelo de Tedeterminado con datos geopotenciales se observaron valores altos deTe en el eje de dichos depocentros que contrarrestan estosresultados, respaldando un mecanismo regional en vez de local. Parasolucionar esta discrepancia, se realizó una nueva determinacióndel Te de mayor resolución y más representativa para la ramaoriental de la cuenca cretácica. Para ello se utilizó el Mohogravimétrico invertido que contempla el adelgazamiento cortical bajolos depocentros; y en el modelo de placa elástica se consideró ladeflexión generada por la carga topográfica y la deflexiónnegativa debida a las cuencas sedimentarias. Este modelo reportóbajos valores de Te bajo los depocentros, con valores mı́nimossituados en la transición de Lomas de Olmedo y Pirity. Esto respaldaen gran parte la utilización del modelo local de Airy para lacompresión de la evolución de dichos depocentros y además sustentaesta metodologı́a utilizada para la estimación del Te . Sinembargo, se observan valores de Te bajos a intermedios en elantepaı́s cercano y valores altos en la región cratónica,implicando también un mecanismo flexural que afecta como un todo elantepaı́s.Porúltimo, a partir del mosaico de anomalı́as magnéticas, se evaluóel estado térmico de la corteza profunda, determinando un mapavariable de la profundidad al Punto de Curie, el que a su vez fueutilizado para la construcción de un mapa de flujo de calor. Losvalores más altos de flujo fueron obtenidos en las inmediaciones delvulcanismo más reciente. Además, se determinaron valores altos deflujo en el eje de la rama oriental de la cuenca cretácica, convalores máximos de aportes térmicos bajo el depocentro Pirity. Enel frente de deformación Andina, se observaron altos valores deflujo cortical en el Sistema Santa Bárbara, mientras que en laregión austral del Sistema Subandino predomina un flujo térmicobajo. Un resultado conspicuo fue que los valores de Te determinadosen este trabajo muestran una excelente correlación inversa con elflujo térmico cortical profundo obtenido, como ası́ también conestudios previos de flujo de calor superficial y zonas de altogradiente de temperatura superficial, otorgando confianza a nuestrosresultados.p { margin-bottom: 0.25cm; line-height: 120%; }p { margin-bottom: 0.25cm; line-height: 120%; }p { margin-bottom: 0.25cm; line-height: 120%; }