VARIACIONES EN EL CAMPO DE ESFUERZOS Y MIGRACIÓN DE FLUIDOS EN CAMPOS GEOTERMALES: EJEMPLOS EN LOS ANDES CENTRALES ENTRE LOS 22° Y 36°S

SPAGNOTTO, SILVANA; PAMELA ÁLVAREZ; GIAMBIAGI, LAURA

Buenos Aires

Simposio; Reunión FyD2016; 2016

Dpto de Cs Geológicas - UBA

Los procesos de fracturamiento y fallamiento juegan un rol fundamental en el trasporte y la migración de fluidos, controlando la distribución de magmas, acuíferos, yacimientos hidrocarburíferos y fluidos hidrotermales. De la misma manera, la presencia de fluidos tiene influencia sobre la deformación y la ruptura de las rocas a partir de su control sobre la presión de fluido y las propiedades geoquímicas dentro de las fallas y fracturas. Sin embargo, no todas las fallas y fracturas contribuyen a la migración de fluidos. La orientación y distribución de dichas estructuras con respecto al campo de esfuerzo imperante son factores cruciales sobre la migración de fluidos a través de ellas y gobiernan la conductividad hidráulica de las mismas.Los esfuerzos normales a las fallas y fracturas tienden a reducir su apertura, y por consiguiente a inhibir el flujo de fluidos; mientras que los esfuerzos tangenciales a las mismas tienen a mantenerlas abiertas y a favorecer dicha migración. El cizallamiento, promovido por un esfuerzo diferencial alto, alta presión de fluidos, o un bajo valor de esfuerzo normal a la estructura, focaliza la migración de fluidos (Baron et al., 1995) ya que el mismo constituye el mejor mecanismo para producir dilatación en la falla (Aydin 2000). Las fallas o fracturas críticamente activas bajo un campo de esfuerzo determinado son aquellas orientadas óptimamente de manera tal que la relación de esfuerzo de cizalla a esfuerzo normal se encuentre próxima al valor crítico por encima del cual se produce la ruptura (Byerlee 1978; Jaeger y Cook 1979). Por esta razón, las fallas activas durante el campo de esfuerzo imperante pueden tener un importante efecto sobre la migración de fluidos (Barton et al. 1995). El campo de esfuerzos en los Andes Centrales está gobernado por un campo de esfuerzos regional y otro local. El campo regional es producto de las fuerzas geodinámicas generadas a partir de la interacción de placas y del flujo mantélico. El campo local es producto principalmente de fuerzas gravitatorias, y a escala más local del flujo de magma y variaciones topográficas. Otras perturbaciones en el campo de esfuerzo local están dadas por variaciones en los esfuerzos de Coulomb como consecuencia de los sismos de interplaca en la zona de subducción. El proyecto de investigación consiste en el estudio de los patrones de anisotropía en la permeabilidad a partir del análisis de fallas óptimamente orientadas para reactivarse bajo el campo de esfuerzos imperante. Por otro lado se investiga la relación entre las variaciones en el campo de esfuerzos durante la evolución de un orógeno de subducción (106-107 años) y durante el ciclo sísmico de la megafalla de subducción (102 años). El trabajo consiste en identificar dominios estructurales favorables para los canales de migración de fluidos hidrotermales en seleccionados campos geotermales ubicados en el arco volcánico actual, abarcando los segmentos 22-27°S en la Cordillera Occidental, 28-30°S en la región de subducción plana, y 35-36°S en la Cordillera Principal en la región de subducción normal. En estos segmentos realizamos estudios cinemáticos y geomecánicos de distintos campos geotermales. El trabajo de campo consistió en caracterizar a las estructuras principales, secundarias y a las fracturas a escala de afloramiento. El modelado cinemático consistió en mapear las estructuras, identificar su desplazamiento y acotar la edad de movimiento, y confeccionar modelos cinemáticos 3D de cada uno de los campos geotermales donde se integró el mapeo estructural de superficie con la información de subsuelo: gravimetría, magnetometría, MT y pozos.El modelado geomecánico consiste en: (1) determinar el campo de esfuerzos y de paleoesfuerzos al momento de generarse/reactivarse las principales estructuras a partir de dos metodologías: (a) mecanismos focales de sismos, y (b) inversión de datos de deslizamiento de fallas de meso-escala. (2) realizar una evaluación de la tendencia al deslizamiento y a la dilatación de las fallas previamente analizadas para el modelo cinemático 3D. (3) estudiar las variaciones de esfuerzos de Coulomb en las fallas principales del campo geotermal durante el ciclo sísmico de la megafalla de subducción. (4) confección de un modelo predictivo de comportamiento estructural. La tendencia a la dilatación (dilation tendency) de una falla indica la tendencia de un plano a dilatarse a partir de fracturación tensional. La tendencia al deslizamiento (slip tendency) se obtiene a partir de la razón entre el esfuerzo de cizalla y el esfuerzo normal sobre un plano particular e indica la tendencia de un plano a deslizarse bajo el campo de esfuerzos imperante.Cambios en el esfuerzo estático producto de un sismo de megafalla en el contacto entre las placas Nazca y Sudamericana pueden producir un aumento en la sismicidad cortical, como fue descripto para el segmento cortical ubicado entre los 35° y 36°S luego del sismo Mw 8.8 Maule del año 2010 (Spagnotto et al., 2015). Esta sismicidad se debe a cambios de esfuerzos sobre fallas receptoras críticamente estresadas. La tendencia de una roca a fallarse frágilmente es una función de la relación entre los esfuerzos de cizalla y normales sobre los planos de fractura o debilidad preexistentes. Esto se conoce como criterio de fractura de Coulomb. Las fallas se mueven cuando los esfuerzos de cizalla son mayores a los esfuerzos normales en combinación con la fricción de la superficie que tienen a mantener la fractura cerrada. Cambios en los esfuerzos de Coulomb durante un evento sísmico de megafalla pueden inhibir o promover el movimiento en fallas críticamente estresadas de la corteza dependiendo de la ubicación y orientación relativa entre el sismo y la debilidad cortical. En la región 35-36°S, el estudio de la sismicidad indicó un aumento de ocho veces en la sismicidad cortical post-Maule (Spagnotto et al., 2015). Este estudio indicó, a partir del cálculo de variación de esfuerzos de Coulomb, que la variación del esfuerzo normal es mayor que la variación en la componente de cizalla, sugiriendo que un proceso de unclamping (producto de una disminución del esfuerzo normal) promovió el movimiento normal-dextral de la falla de rumbo NNE dextral que afecta al arco volcánico y pasa por los campos geotermales estudiados. Actualmente investigamos cómo un proceso de unclamping sobre fallas críticamente estresadas favorece la migración de fluidos dentro de un campo geotermal.Actualmente investigamos la relación entre las variaciones temporales a escala 106-107 sobre el campo de esfuerzos y su relación con la migración de fluidos y entre variaciones en esfuerzo de Coulomb a escala 102 sobre las fallas activas y su relación con los patrones de anisotropía en la permeabilidad.