Deformación andina en el extremo norte de la sierra de Valle Fértil: un estudio integrado basado en termocronología y geofísica

Abstract

En este trabajo de tesis doctoral se utilizan datos geológicos y geofísicos para caracterizar y determinar cuantitativamente la deformación acaecida en la sierra de Valle Fértil durante la tectónica andina. Este cordón serrano es una de las expresiones de las Sierras Pampeanas Occidentales en la provincia de San Juan. El sistema Valle Fértil-La Huerta se compone principalmente de rocas ígneas y metamórficas ordovícicas, perteneciente al arco magmático famatiniano. Sus extremos norte y sur exhiben rocas sedimentarias mesozoicas, las cuales se depositaron en las cuencas de Ischigualasto-Villa Unión y Marayes, respectivamente. Los análisis termocronológicos de muestras de rocas realizados utilizando el método de (U-ThSm)/He y trazas de fisión en los laboratorios de la Universidad de Arizona, Estados Unidos, ambos en cristales de apatita, sobre transectas orientadas en sentido oeste-este y en sitios localizados entre ambas transectas revelaron que la orogenia andina exhumó más de 3 km de rocas en los extremos norte (30° S) y sur (31,5° S) de la sierra de Valle Fértil, hacia los ~5-8 Ma y con tasas de exhumación de ~0,4 a 0,6 mm/año. Mientras que en la parte central (30,8º S), edades termocronológicas parcialmente reseteadas, revelaron que la exhumación de rocas fue menor que 3 km, hacia los ~10-14 Ma y a tasas de ~0,3 mm/año. A partir de la información correspondiente a los primeros 44 mecanismos focales determinados para la sismicidad cortical moderna en la zona de la sierra de Valle Fértil, se observa que la misma se distribuye entre 15 km y 36 km de profundidad mostrando soluciones de fallamiento de tipo inverso preferencialmente. La falla Valle Fértil es la principal estructura que exhuma este sistema serrano y en profundidad puede conectarse con un nivel de despegue ubicado en la corteza media-inferior, entre 25 y 30 km de profundidad, aproximadamente. Además, evidencias neotectónicas observadas hacia el oeste de la falla Valle Fértil también puede ser correlacionadas con el movimiento inverso de esta estructura a 30° S y a la altura de Marayes (San Juan) después del terremoto MW 7,5 de 1977. La información termocronológica, geológica de superficie y geofísica consistente en análisis de líneas de reflexión sísmica de YPF y datos de sismicidad fue integrada y analizada conjuntamente utilizando el software MOVETM. Así fue posible generar un modelo de deformación 3D para este bloque pampeano durante la orogenia andina. Este modelo permite visualizar que la deformación andina no es exclusiva a la falla Valle Fértil, que bordea el flanco occidental de la sierra, sino que también abarca a otras estructuras aledañas situadas al este de la sierra de Valle Fértil, como las fallas El Alto y Portezuelos con sismicidad actual que puede asociarse a las mismas. La corteza inferior es asísmica y éste comportamiento más dúctil se correlaciona con una zona de eclogitización parcial observado también en otras zonas del terreno Cuyania. Las características que presentan la falla de Valle Fértil y otras estructuras aledañas estudiadas en esta tesis doctoral muestran claramente que estas fallas son activas hasta profundidades de corteza media a inferior, se correlacionan con un modelo de acortamiento de deformación de piel gruesa por encima del segmento de subducción horizontal pampeano representando una zona de elevada peligrosidad sísmica para las provincias de San Juan y La Rioja.

In this doctoral thesis work, geological and geophysical data are used to characterize and quantitative determine the deformation occurring in the sierra Valle Fértil during the Andean tectonics. This mountain range is one of the Western Sierras Pampeanas outcrops, in the province of San Juan. The Valle Fértil-La Huerta mountain system is mainly composed by igneous and metamorphic Ordovician rocks, belonging to the magmatic Famatinian arc. Its northern and southern ends exhibit sedimentary early Triassic rocks, which were deposited in the Ischigualasto-Villa Union and Marayes basins, respectively. Thermochronological analyzes using the (U-Th-Sm)/He and fission tracks methods carried out in the University of Arizona, both in apatite crystals, along transects of west-east trends and in other locations in between have revealed that the andean orogeny exhumed more than 3 km of rocks at their northern (30° S) and southern (31,5° S) ends of the sierra Valle Fértil, around ~5-8 Ma with exhumation rates of ~0,4 a 0,6 mm/year. The central part of the sierra de Valle Fértil (30,8º S), shows partially reseated thermochronological ages, with exhumation of rocks of less than 3 km, around ~10-14 Ma, with exhumation rates of ~0,3 mm/year. Using information from first focal mechanism determinations of modern crustal seismicity in the sierra de Valle Fértil, it is possible to observe that seismic activity occurs between 15 km and 36 km depths showing focal mechanisms of reverse faulting solutions mainly. Knowing from previous geophysical studies that the crustal thickness in the sierra Valle Fértil region is of about 47 km, it is possible to note the presence of a detachment zone at 25-30 km depths, approximately. In addition, neotectonic evidence to the west of the Valle Fértil lineament, agrees well with its reverse motion at 30° S and at the latitude of Marayes locality (San Juan) during the 1977 MW 7.5 earthquake. Thermochronological, surface geological data, and geophysical information consisting in seismic reflection YPF lines and crustal seismicity were integrated and jointly analyzed using MOVETM software. Thus, a 3D model was developed for the sierra Valle Fértil Pampean block during the Andean orogeny. It shows that the Andean deformation is not only concentrated in the Valle Fértil fault, which bounds the western flank of the sierra Valle Fértil, but also involves other neighboring structures located to the east of the sierra de Valle Fértil, such as the El Alto and Portezuelos faults with seismicity associated to them. The lower crust is aseismic and this more ductile behavior correlates with a region of partial eclogitization, which has also been observed in other zones of the Cuyania terrane. All features studied in this thesis work for the sierra Valle Fértil fault and other neighboring structures clearly indicate that these faults are active up to levels of middle to lower crustal depths, and correlate with a model of contraction involving thickskinned deformation above the horizontal subduction Pampean segment. This represents a zone of high seismic hazard for the San Juan and La Rioja provinces.