U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA 10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

ATENUAMIENTO CORTICAL Y EXTENSIÓN ACTIVOS EN EL ARCO Y RETROARCO ANDINO ENTRE LOS 37º–39ºS A PARTIR DE ESTUDIOS

GRAVIMÉTRICOS Y GEOLÓGICOS DE SUPERFICIE

FOLGUERA, A.1 , INTROCASO, A. 2, RAMOS, V.A. 1

1Laboratorio de Tectónica Andina, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina folguera@gl.fcen.uba.ar, andes@gl.fcen.uba.ar 2Facultad de Cs. Exactas, Ingeniería y Agrimensura–IFIR–UNR–CONICET, Rosario, Argentina geofisic@fceia.unr.edu.ar

INTRODUCCIÓN El retroarco interno andino entre los 37ºS y los 39ºS está formado por una fosa longitudinal que posee un ancho máximo de unos 20 kilómetros, denominada fosa de Loncopué (26), que concentra los máximos volúmenes eruptivos de este segmento orogénico (Fig. 1). Esta depresión se circunscribe a la faja meridianal entre 70°30´y 70°50´W entre los 37°45´y los 39°S y se reduce a la faja 70°45´-70°50´W entre los 37° y 37°45´S. Este rasgo separa dos dominios bien diferenciados: al este la faja plegada y corrida del Agrio interna, correspondiente al Sistema de Tres Chorros (22, 30), formada en el Cretácico superior y reactivada en el Neógeno, y al oeste el arco volcánico cuaternario, que se emplaza por sobre secuencias volcaniclásticas terciarias exhumadas entre 12 y 8 Ma (11, 21, 27, 33) (Fig. 1). La fosa de Loncopué representa ante todo una anomalía topográfica negativa en el frente de los Andes Patagónicos Septentrionales (Fig. 2) cuyo origen ha sido atribuido a fenómenos extensionales (23, 24, 25) en base a los excepcionales volúmenes de volcanismo monogénico que alberga y al hallazgo de fallamiento extensional que afecta hasta rocas del Holoceno en el arco volcánico cuaternario inmediatamente al oeste (5, 7, 16) (Fig. 1). Adicionalmente al interés que pudiera constituir la génesis de la fosa de Loncopué, su edad de formación y especialmente la probable actividad actual de los mecanismos que la pudieran haber definido, son puntos esenciales en el análisis del retroarco a estas latitudes. Estudios gravimétricos realizados hacia finales de la década del ochenta (4, 8, 9, 19) entre los paralelos 37º y 39ºS han permitido identificar una anomalía isostática coincidente con el desarrollo de esta depresión a lo largo de toda su extensión longitudinal y localmente con el sector cordillerano adyacente, lo cual posee importantes implicancias en torno a la actividad y génesis de la zona de retroarco interno y estructura neógena en la zona del arco. Un modelo gravimétrico que involucra a la cuña de materiales astenosféricos interpuestos entre las placas continental y oceánica subducida es consistente con el régimen extensional observado en la superficie del retroarco.

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

MARCO TECTÓNICO Los Andes entre los 37º y los 39ºS son una cordillera relativamente baja (2.500 m de elevación máxima) y excepcionalmente angosta. Su topografía decrece rápidamente a lo largo de sus dos flancos, dado el gran desarrollo areal de la Depresión Central en su vertiente occidental, lo cual conlleva a que el arco volcánico cuaternario se halle en el límite oeste de la cordillera (Fig. 1). Hacia el este la situación es equivalente ya que las cotas caen abruptamente en la depresión de Loncopué, a menos de 30 kilómetros de la zona axial de la cordillera, para incrementarse levemente en la zona correspondiente a la faja plegada y corrida del Agrio (Fig. 2).

La zona axial de los Andes a estas latitudes está formada por el extremo norte del denominado batolito nord-patagónico de edad cretácica a miocena (18, 27) y secuencias volcaniclásticas formadas en anteriores posiciones del arco volcánico de dos generaciones distintivas: secuencias

del Oligoceno superior-Mioceno inferior, correspondientes a la cuenca de Cura Mallín y depocentros equivalentes (2, 18, 28, 32) y secuencias del Plioceno inferior, de la cuenca de Cola de Zorro (27, 31).

Figura 2. a) Modelo digital en el que se observa la topografía de la zona del arco volcánico entre los 36° y los 40°S y en el que se reconoce al bloque precordillerano de Copahue-Pino Hachado y a la línea de máximas cumbres representada por el frente volcánico cuaternario. Volcanes: Cs-Choshuenco, V-Villarrica, Q-Quetrupillán, La-Lanín, S-Sollipulli, Ll-Llaima, Lq-Lonquimay, Ca-Callaqui, Cp-Copahue, Sv-Sierra Velluda, A-Antuco, Ch-Chillán, Tr-Tromen. Se indican también el alto del Cordón Mandolegüe y las fosas en echelon de Andacollo, Locopué y Collón Cura.

Tanto los depocentros del Paleógeno tardío como los del Neógeno temprano (cuencas de Cura Mallín y de Cola de Zorro) muestran evidencias de controles extensionales en la acumulación de sus depósitos (7, 11, 15, 21). Los productos más recientes de la zona axial de la cordillera están representados por el arco volcánico cuaternario, el cual está representado por dos generaciones de estrato-volcanes: los del Pleistoceno temprano y los del Holoceno respectivamente (12, 17, 26). El frente volcánico pleistoceno inferior se ubica a lo largo de la franja meridianal 70° 50´-71°W, mientras que el frente volcánico pleistoceno inferior-holoceno se encuentra entre 71° 15´y 71° 45´W, lo cual implica una migración hacia el oeste del frente de deshidratación de la losa oceánica entre 1,5 y 1 Ma aproximadamente (17, 26).

Las rocas más jóvenes aflorantes en la zona del retroarco interno son principalmente basaltos monogénicos preglaciarios, aunque existen menores cantidades de productos de efusión holocenos (17, 26), y ambos cubren la mayor superficie de la fosa. El basamento de estas lavas está formado por la Formación Cola de Zorro que posee una relación discordante angular del

orden de los 5° hacia el este con respecto al relleno cuaternario. Los basaltos y andesitas cuaternarios ubicados en esta zona de retroarco poseen más altos contenidos de TiO2 y más bajos de SiO2 en comparación con los de los productos del frente volcánico inmediatamente al este (17), los cuales son similares a otras asociaciones de retroarco hacia el norte en la zona de Llancanelo (36°-37°S) (3). El principal pulso de levantamiento de la cordillera entre 37º30´ y 39ºS se desarrolló en el Mioceno superior, dada la edad de una discordancia regional que separa a las secuencias del Mioceno inferior de las del Plioceno temprano (18). Sin embargo importante tectónica pliocena a cuaternaria se ha sobreimpuesto a la estructura compresiva de 12-8 Ma relacionada con la actividad del extremo norte del sistema de fallas de rumbo dextrales de Liquiñe-Ofqui (1, 13) y fallamiento extensional constatado en la zona del arco volcánico (6, 14, 15, 24, 25,) (Fig. 1). DISTRIBUCIÓN DE LA DEFORMACIÓN EN EL ARCO VOLCÁNICO Y EN EL RETROARCO INTERNO En el análisis estructural del segmento orogénico andino ubicado entre los 37° y 39°S se pueden diferenciar dos sectores en base a la forma en la cual la deformación se distribuye producto de la convergencia de la placa de Nazca y Sudamericana,: 1) un segmento sur (38°-39°S) el cual posee dos dominios estructurales, uno interno asociado a la traza del frente volcánico cuaternario en el cual se desarrolla un sistema transpresional dextral activo correspondiente al Sistema de fallas de Liquiñe-Ofqui (71°45´-71°15´W) (13) y uno externo en donde se encuentra al máximo desarrollo latitudinal de la fosa de Loncopué y la mayor densidad de centros volcánicos allí localizados (17, 26); 2) un segmento norte (37°-38°S) en el cual la traza del Sistema de fallas de Liquiñe-Ofqui abandona al frente volcánico cuaternario y se desplaza hacia el este propagándose en el retroarco interno y asociándose al desarrollo de una serie de depocentros transtensionales (70°50´-71°W) (5). El arco volcánico pasa allí a estar afectado por un sistema extensional activo (16) y la fosa de Loncopué se angosta de sur a norte hasta desaparecer, dirección a lo largo de la cual la cantidad de volumen eruptado contenido es progresivamente menor al anterior segmento (Figs. 1 y 2). De esta manera las zonas afectadas por extensión son contrastantes de norte a sur entre los 37° y los 39°S: mientras que en el segmento septentrional toda la zona cordillerana (sector interno), desde el frente volcánico hasta su límite con el retroarco, muestra signos de actividad extensional durante el Cuaternario, en el segmento austral solamente el sector de retroarco podría estar concentrando la zona de atenuamiento cortical en la fosa de Loncopué (Fig. 3). GRAVIMETRÍA Nocioni e Introcaso (19) realizaron una sección gravimétrica transcontinental en las proximidades de 37° de latitud sur. La sección recorre Chile y Argentina desde el Océano Pacífico al Océano Atlántico. Los principales resultados encontrados en la Cordillera Andina son (Figs. 4, 5 y 6). • La máxima amplitud de la Anomalía de Bouguer: - 120 mGal (Figs. 4 y 6) se encontró en las

proximidades del eje Andino • La longitud de onda de la Anomalía de Bouguer es compatible con el ancho andino,

principalmente en el sector chileno • Los gradientes gravimétricos horizontales en Chile y Argentina son del orden de -0.7 mGal/km y + 0.2 mGal/km respectivamente (Fig. 4) • Las anomalías isostáticas calculadas en 2D son positivas (Fig. 5)

• El máximo espesor cortical del modelo de inversión es de 43 km (Fig. 6) aunque posteriormente Introcaso et al. (10) calcularon 49 km de espesor máximo.

Diez e Introcaso (4) estudiaron una sección andina ubicada en 39° de latitud sur, encontrando los siguientes resultados: • En correspondencia con el eje andino la máxima amplitud de la anomalía de Bouguer es de –

110 mGal. • El máximo espesor cortical dado por el modelo de inversión es de 43 km (en concordancia

con los valores informados luego por Pacino (20) e Introcaso et al. (10) ). • La longitud de onda de la anomalía de Bouguer se corresponde bien con el ancho andino. • Los gradientes gravimétricos horizontales en Chile y Argentina son del mismo orden que los

encontrados en la sección ubicada en 37° de latitud sur. • Las anomalías isostáticas no fueron calculadas en ese trabajo, aunque es posible inferir a

partir de la comparación de: a) las anomalías de Bouguer de un modelo del tipo Airy perfectamente compensado y de b) las anomalías regionales de Bouguer observadas (Fig. 10, p. 194 de dicho trabajo), resultados similares a los obtenidos en la sección andina ubicada en 37° S.

Figura 4. Resultados gravimétricos en el perfil transcontinental sudamericano ubicado en las proximidades delparalelo de 37°S. Tomado de Nocioni e Introcaso (1988). Luego, Pacino (20) presentó un estudio en los Andes ubicados en 39° de latitud sur realizando una propuesta nueva que incorpora, de acuerdo con el reconocido volcanismo cuaternario, los

efectos de la cuña de materiales astenosféricos ubicados entre la placa Sudamericana y la placa oceánica subducida. La autora encontró también en principio un espesor de corteza de 43 km para un modelo exclusivamente cortical, mientras que, asumiendo un modelo que involucra: a) espesamiento cortical de 41 km y b) expansión térmica en manto litosférico (cuyo efecto sobre la gravedad es de sólo unos – 20 mGal) logró un modelo alternativo que involucra tanto a la corteza como al manto superior subyacente. Anteriormente Introcaso y Pacino (20) e Introcaso (8) basándose en la geometría de la cuña de materiales astenosféricos con aumento térmico o decrecimiento de densidad de – 0.03 g/cm3, encontraron que la corteza puede atenuarse en 5 km, si se considera en el modelo la expansión térmica astenosférica en los Andes Centrales del Norte de Argentina y Chile. Introcaso et al. (10) utilizaron modelos gravimétricos para explicar el déficit de espesor cortical de 5 km, siempre que el modelo combine adecuadamente la expansión producida por los materiales calientes con el espesor cortical disminuido.

DISCUSIÓN Atendiendo a la relación encontrada entre cambios en la inclinación de la placa oceánica subducida y la posición del cinturón volcánico (7, 24) es claro que deberíamos tener en cuenta en nuestros resultados gravimétricos a los efectos de los materiales astenosféricos calientes ubicados entre las placas continental y oceánica subducida. En este caso el modelo será consistente con el control extensional propuesto para la zona. En efecto, empujes verticales ascendentes afectarían tanto al manto litosférico como a la corteza involucrando a la zona de retroarco. Luego, la reconocida extensión producida por la velocidad de retroceso negativa (negative trench roll back velocity) y descenso de la zona de W-B tal como lo propusieran Folguera et al. (7) terminarían causando colapso extensional. Son además posibles modelos que incorporen los probables efectos positivos debidos a la placa subducida.

Debemos reconocer que la fuente de datos gravimétricos, algo dispersa, y la falta de MDT confiables en los trabajos mencionados en la década del ’80, hacen necesario hoy reformular el proyecto. No debemos pasar por alto, además, que Tassara y Yánez (29) e Introcaso et al. (10) postularon un comportamiento con tendencia flexural para la corteza andina ubicada por debajo de 34° de latitud sur. CONCLUSIONES Los resultados gravimétricos publicados en las secciones andinas ubicadas en 37° y 39° de latitud sur, deben ser necesariamente enriquecidos. No obstante ellos parecen ser compatibles con la incorporación en el modelo gravimétrico de una cuña de materiales astenosféricos interpuestos entre las placas continental y oceánica subductada. Esta cuña produciría un estado expansivo que, en términos generales, es consistente con el régimen distensivo y con el colapso (bajas altitudes) observado en el sector superficial del retroarco. Nuevas mediciones principalmente gravimagnetométricas se han previsto para la continuación de este estudio.

Figura 6. Modelo gravimétrico de corteza propuesto para la sección del 37°S, suponiendo: densidad de cortezade 2,9 g/cm3, densidad del manto de 3,3 g/cm3 y espesor normal cortical de 33 km. Tomado de Nocioni eIntrocaso (1988). AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue realizado con fondos de PICT 06729 de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica.

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