Caracterización del Macizo Norpatagónico por medio del análisis integrado de información geofísica y geológica

Abstract

El modelado geofísico directo de las propiedades de la litósfera es una poderosa herramienta para analizar el estado geodinámico actual de un área en particular. Los resultados de este modelado, junto con la información independiente disponible permiten establecer hipótesisque ayudan a la comprensión de procesos geodinámicos del pasado.El objetivo principal de esta tesis es la caracterización de la altiplanicie Macizo Norpatagónico (MNP) mediante la integración de información tanto geofísica como geológica empleadométodos geofísicos de modelado directo. De este modo, se pretende aportar al esclarecimiento de las causas de la elevación del área de estudio. La integración de información de diversasfuentes es especialmente importante en este caso ya que la zona no cuenta con gran cantidad de datos.La altiplanicie del MNP es un área de 100000 km2 que cuenta con una altura aproximada de 1200 msnm presentando poca variación de relieve en su interior pero distinguendose de las cuencas que la circundan entre 500 y 700 m. Esta altiplanicie se elevó, desde alturas por debajo del nivel del mar en el Paleoceno, hasta más de 1200 msnm en el Oligoceno. Este levantamiento tan significativo en menos de 25 Ma, se generó sin evidencias de deformación interna notable y en una época en la cual la zona se encontraba bajo un régimen extensivo y en el margen activo (al oeste de Sudamérica) ocurría un reacomodamiento de placas que originó una anomalía térmica en el manto. Teniendo en cuenta estas evidencias, surge el interrogante de cuál fue el mecanismo que generó el levantamiento.Todo modelado geofísico directo requiere de la parametrización de un modelo inicial en la cual es posible incorporar información independiente que ayudará a reducir la incerteza de los parámetros y, por lo tanto, la ambigüedad del método. En consecuencia, el primer pasoconsistió en el análisis crítico de información disponible en el área (desde la superficie hasta el manto) lo cual nos permitió elegir los mejores parámetros para la construcción del modelo inicial. El análisis permitió, además la obtención de algunos resultados preliminares sobre las características de la altiplanicie del MNP. Utilizando datos de gravedad, se realizó una inversión con el fin de obtener la discontinuidad corteza-manto (Moho), ya que representa el mayor contraste de densidad de la litósfera. Su resultado fue comparado con otros modelos existentes para el área y, al haber muy pocos datos de profundidad de Moho en la zona, se observaron diferencias importantes. Sin embargo, la gran mayoría de los modelos indican la presencia de una corteza engrosada debajo de la altiplanicie del MNP. Por otro lado, mediante el análisis de datos petrológicos de xenolítos del área, se determinó la densidad del manto. Los resultados evidenciaron heterogeneidades en el manto dentro de la zona de trabajo. Tambiénse observó una correlación entre las densidades obtenidas para los xenolítos y la edad de la extracción de los mismos. Estos estudios evidenciaron la necesidad de una caracterización más detallada de la profundidad del Moho y de la configuración de densidades en el mantopara ser incluida en un modelo de densidades.Una vez recopilada y analizada la información geofísica y geológica, se procedió al desarrollo de los modelos. Los primeros en ser realizados fueron los gravimétricos, que fueron confeccionados utilizando el software IGMAS+. En el modelado tridimensional a escala litosférica,se hizo especial hincapié en la distribución de densidades en el manto, convirtiendo velocidades de tomografías sismológicas en densidades utilizando diversos métodos. Luego se eligió la distribución más adecuada mediante el contraste con datos independientes obtenidosa partir de datos de xenolítos del manto. La distribución de densidades del manto elegida se tomó como parámetro fijo y así se obtuvieron las características de la corteza (densidad media y espesor) que mostraron el mejor ajuste con los datos de anomalías de Bouguer disponibles.Seguidamente, se utilizó el modelo resultante (geometría y composición) como parámetro de entrada para calcular la distribución tridimensional de temperaturas. Este paso fue realizado mediante la utilización del programa GMS creado en el GFZ, Potsdam, Alemania que resuelve la ecuación tridimensional de conducción del calor utilizando elementos finitos. Luego, el modelo fue validado mediante la comparación con datos de temperatura de pozos. Por último, utilizando tanto la estructura como las temperaturas resultantes de los modelos anteriores (gravimétrico y térmico), se modeló la reología del área, es decir, se predijo elcomportamiento mecánico de las distintas partes de la litósfera y su resistencia. Este modelo también fue realizado utilizando software desarrollado en el GFZ. A partir del modelado de las distintas propiedades físicas se pudieron obtener los siguientes resultados con respecto al estado actual del área de estudio:En cuanto a las densidades, se puede observar un gran contraste, de 110 kg/m3, entre dos áreas del modelo que coinciden con terrenos paleozoicos descriptos en trabajos previos. Con respecto al espesor cortical, este es mayor en la altiplanicie que en susalrededores, llegando a observarse una diferencia de hasta 7 km. Este engrosamiento es coincidente con áreas de topografía elevada, con lo que podrían estar indicando un balance isostático a escala cortical en la actualidad.El modelado térmico predice para la parte somera de la corteza, una temperatura hasta 20ºC menor en el área de la altiplanicie en comparación con sus alrededores. En la parte más profunda de la corteza y en el manto litósferico esta característica se invierte,habiendo una temperatura aproximadamente 50ºC mayor en la altiplanicie que en sus alrededores. Consecuentemente, en el área de la altiplanicie, la resistencia de la litósfera estaría concentrada a bajas profundidades. Este hecho podría relacionarse con las evidenciasde deformación en zonas aledañas a la altiplanicie del MNP pero que no afectan estructuralmente a los sedimentos dentro de la misma. Las altas temperaturas y poca rigidez predicha por los modelos para mayores profundidades podría estar relacionada con los remanentes de la anomalía térmica ocurrida en la época del levantamiento, aunque también se discute la posibilidad de que una fuente de calor más reciente estéafectando la zona y sea la razón de dichas observaciones.Estos resultados, en conjunto con el análisis de información existente sobre el área, han permitido establecer las siguientes hipótesis:En la actualidad, el posible equilibrio isostático inferido en el modelado de densidades puede estar contribuyendo a mantener la altura topográfica de la altiplanicie del MNP.A esta posibilidad se le suman las altas temperaturas predichas por el modelado y la tectónica activa en el margen occidental de Sudamérica, que también podrían estar contribuyendo a que el área de estudio se mantenga elevada.En el Paleógeno, cuando el área de la altiplanicie del MNP estaba sometida a un régimen extensional, el calentamiento del manto causado por la anomalía térmica pudo haber generado el decrecimiento de las densidades que en conjunto con el gran espesor corticaldel área habrían causado un desequilibrio isostático y su consecuente levantamiento.Los resultados obtenidos en la presente tesis contribuyen al conocimiento en un área desafiante debido a la falta de datos e información.