Refolding ofthin-skinned thrust sheets by active basement-involved thrust faults in the eastern Precordillera of western Argentina

Abstract

La deformación activa en el oeste de Argentina está reflejada por terremotos devastadores como el sismo de San Juan en 1944. Aunque el terremoto causó un daño considerable a San Juan, la fuente del terremoto permanecía incierta. Fuentes potenciales de falla ocurren en las fajas plegadas y corridas adyacentes, la epidérmica de la Precordillera o la faja de basamento de Sierras Pampeanas, al oeste y este respectivamente de la sierra de Villicum, una lámina de corrimiento de la Precordillera Oriental, ubicada al noroeste de la provincia de San Juan. La sierra de Villicum es una lámina de corrimiento limitada al oeste por el corrimiento de Villicum, que yustapone un panel de estratos cambro-ordovícicos y neógenos de la pared colgante, con estratos rojos neógenos en la pared yaciente. Una serie de terrazas fluviales desarrolladas a través del corrimiento de Villicum no tienen evidencia activa de plegamiento o falla. Las terrazas están deformadas por fallas y pliegues activos en el medio del flanco sudeste de la lámina de corrimiento de la sierra de Villicum. La región de replegamiento activo está caracterizada por un monoclinal buzante al sudoeste de estratos neógenos que inclinan al sudeste. Rupturas superficiales cosísmicas y postsísmicas de la falla de La Laja ocurrieron en 1944 a lo largo de aproximadamente 6 km en el limbo del monoclinal. La evidencia de deformación superficial en el terremoto de 1944 estuvo dominada por plegamiento, incluido el de terrazas con geometría de pliegues, las que son consistentes con modelos de kink-bands para pliegues de crecimiento y con relaciones de fallas de estratificación que indican que la falla de La Laja es una falla por flexo deslizamiento. Un modelo de falla inversa ciega en el basamento para la fuente del terremoto y para la deformación activa, reconcilia la deformación en la zona de terrazas, la ruptura superficial cosísmica en la falla de La Laja, el repliegue de la lámina de corrimiento de Villicum, el arqueamiento del basamento entre la Precordillera y la Precordillera Oriental y la sismicidad que se extiende en profundidad hacia el noroeste desde ~5 km a unos ~35 km por debajo de la sierra de Villicum. La tasa de acortamiento horizontal máximo es estimada en unos ~3,0 mm por año a partir del modelo de plegamiento de terraza y su correlación con las terrazas datadas ubicadas al sudoeste del área estudiada. Rocas de basamento por debajo del cerro Salinas, una lámina de corrimiento de las Sierras Pampeanas ubicada al sudoeste de la región estudiada, también está caracterizada por una geometría monoclinal inclinada al este, que sugiere que fallas inversas ciegas en fallas de basamento con vergencia oriental representan un riesgo sísmico significativo, pero subvalorado en el oeste de Argentina.

Devastating earthquakes like the 1944 San Juan earthquake reflect active deformation in western Argentina. Although the earthquake caused considerable damage to San Juan, the source of the earthquake remains uncertain. Potential source faults occur in the thin-skinned fold-and-thrust belt Precordillera province and in the thick-skinned Sierras Pampeanas province, to the west and east, respectively of Sierra de Villicum, a thrust sheet in the eastern Precordillera northwest of San Juan. Sierra de Villicum is a west-vergent thrust sheet bound on the northwest by the Villicum thrust, which juxtaposes a southeast dipping panel of Cambro-Ordovician and Neogene strata in the hanging wall with Neogene red beds in the footwall. A series of Late Pleistocene fluvial terraces developed across the Villicum thrust show no evidence of active fold or fault deformation. Terraces are deformed by active folds and faults in the middle of the southeastern flank of the Sierra de Villicum thrust sheet. A southeast-facing, southwest-plunging monocline characterizes the Neogene red beds in the region of active folding. Co- and post-seismic surface rupture along roughly 6 km of the La Laja fault in 1944 occurred in the limb of the monocline. Evidence that surface deformation in the 1944 earthquake was dominated by folding includes terrace´s fold geometry, which is consistent with kink-band models for fold growth, and bedding-fault relationships that indicate that the La Laja fault is a flexural slip fault. A blind basement reverse fault model for the earthquake source and for active deformation reconciles the zone of terrace deformation, coseismic surface rupture on the La Laja fault, refolding of the Villicum thrust sheet, a basement arch between the Precordillera and eastern Precordillera, and microseismicity that extends northwestward from a depth of ~5 km beneath Sierra de Villicum to ~35 km depth. Maximum horizontal shortening rate is estimated to be ~3.0 mmyr-1 from the terrace fold model and correlation of the terraces with dated terraces located to the southwest of the study area. Basement rocks beneath Cerro Salinas, another eastern Precordillera thrust sheet to the southwest, are also characterized by an east-facing monoclinal geometry, which suggests that blind thrust faulting on east-vergent basement faults represents a significant, underappreciated seismic hazard in western Argentina.