VARIACIONES EN EL CAMPO DE ESFUERZOS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DEL ORÓGENO ANDINO: CASOS DE ESTUDIO EN LOS ANDES CENTRALES DURANTE LOS ÚLTIMOS 20 MA

GIAMBIAGI, L., ALVAREZ, P. Y GODOY, E.

Simposio; XVI Reunión de Tectónica y V Taller de campo de Tectónica.; 2015

Diferencias laterales en la distribución de la densidad dentro de la litósfera por engrosamiento de la misma están asociadas a cambios en la energía potencial gravitatoria (EPG). Este concepto teórico sugiere que las variaciones laterales de densidad generarían columnas litosféricas con baja y alta energía gravitatoria las cuales estarían sometidas a compresión o tensión, respectivamente (Artyushkov, 1973; Fleitout y Froidevaux, 1982). El campo de esfuerzos de un orógeno puede estar influido fuertemente por estas fuerzas gravitatorias, siendo éstas una fuente principal de esfuerzos de intraplaca que se superpone a los esfuerzos causados por las condiciones de borde del orógeno, relacionados al movimiento relativo entre placas.A pesar de que diversos análisis numéricos y teóricos han considerado el efecto de los esfuerzos gravitatorios sobre los procesos geodinámicos, en los Andes Centrales son pocos los estudios ?in situ? del estado de esfuerzos actual. Los estudios previos sobre el campo de esfuerzos andino se concentran en la región de la Cordillera Blanca (norte de Perú), en el limbo norte del oroclino Boliviano (sur de Perú), y en el sector sur de la Puna, quedando el sector sur del Altiplano y el norte de la Puna prácticamente sin datos. En este trabajo presentamos los resultados del estudio del campo de esfuerzos que se observa a lo largo del arco magmático mio-cuaternario desde los 22° hasta los 36°S. El estudio fue realizado a partir del método de inversión de datos cinemáticos de fallas que afectan a rocas de edad miocena a holocenas, de manera tal de registrar los cambios en el campo de esfuerzos durante la construcción andina en los últimos 20 Ma. Para ello fueron utilizados los datos obtenidos de 5 estudios estructurales realizados en proyectos geotermales para la empresa Energía Andina, ubicados en: (1) el borde occidental del plateau Altiplano-Puna, en la unidad orográfica conocida como Cordillera Occidental, a los 22°S (proyecto Paniri), 24°S (proyecto Tuyajto) y 26°S (proyecto Juncalito); (2) la Cordillera Frontal ubicada sobre el segmento de subducción subhorizontal, a los 30°S (proyecto Baños del Toro), y (3) la Cordillera Principal en el segmento de subducción normal a los 35°S (proyecto Tinguiririca). En las 5 áreas se obtuvieron 1518 datos de movimiento de falla, de los cuales fueron seleccionados 1367 por compatibilidad cinemática. Con estos datos se obtuvieron 88 tensores reducidos de esfuerzos cuyas edades se encuentran acotadas entre el Mioceno medio y el Holoceno. Aportamos asimismo más datos sobre la evolución tempo-espacial del campo de esfuerzos durante la construcción andina y proponemos dos tipos distintos de evolución de dicho campo, controlados principalmente por los valores relativos de los esfuerzos principales (σ1, σ2, σ3).Los resultados indican una complejidad mayor de sur a norte en el patrón y en la evolución de los campos de esfuerzos. En el sector sur, en el proyecto Tinguiririca (35°S), se obtuvieron tensores compresivos para el período 18 a ~5 Ma, transpresivos entre ~5 y 1 Ma, y transcurrentes para el período 1-0 Ma. Hacia el norte, en el proyecto Baños del Toro (30°S) que abarca la zona de la mina El Indio, los tensores compresivos corresponden al lapso 18-13 Ma, transpresivos al lapso 13-8 Ma y transcurrentes en los últimos 8 Ma. En este último lapso se registran tensores extensionales y transtensionales que en nuestro modelo asociamos a zonas de tips de fallas, transferencia entre dos fallas transcurrentes e interferencias de fallas dextrales y sinestrales. En la zona de la Cordillera Occidental, en los tres proyectos (Juncalito, 26°S; Tuyajto 24°S y Paniri 22°S), la complejidad en la evolución del campo de esfuerzos es mayor. Se registra en estos tres sectores un cambio de una compresión E-W que dominó hasta el Mioceno medio a una compresión N-S, previo a un evento transcurrente de compresión N-S y extensión E-W del Plioceno. Con posterioridad se registra un evento transcurrente con extensión N-S y compresión E-W, que gradúa a transtensión y finaliza con extensión para el último millón de años, aproximadamente.  El patrón de esfuerzos cuaternarios medido para el sector occidental del Altiplano difiere significativamente de los modelos teóricos donde sólo se considera la EPG como fuente de esfuerzos. Sin embargo, si se consideran las dos fuentes principales de esfuerzos, las condiciones de borde y la EPG, el patrón de esfuerzos es consistente con los modelos de Flesch y Kreemer (2010). Las áreas estudiadas se ubican estratégicamente en la zona de arco magmático del Mioceno al presente y corresponden a zonas con importante liberación de fluidos, que bajo ciertas circunstancias puede dar lugar a zonas bajo sobrepresión.  Esta sobrepresión está controlada por el valor del esfuerzo vertical (σv) a partir del factor poro-fluido dado por λv = Pf/σv (para presiones hidrostáticas λv = 0,4 y para presiones litostáticas λv = 1). El límite superior para Pf está dado por la generación de fracturas hidráulicas cuando Pf = σ3 + T (siendo T la resistencia a la tensión de las rocas) para ambientes cercanos a la superficie donde σ1 ? σ3 < 4T o por la presencia o ausencia de fallas y fracturas previas óptimamente orientadas con respecto al campo de esfuerzos. La máxima capacidad de presión de fluidos que el sistema roca-fractura-fluido puede sostener está dada por el régimen tectónico (extensional  σv=σ1>σ2>σ3, transcurrente σ1>σv=σ2> σ3, compresivo σ1> σ2>σv=σ3) y por el esfuerzo diferencial σ1 - σ3 (Sibson, 2000). El régimen extensional es el que menos sobrepresión puede soportar, mientras que el compresional es el que puede sostener mayor Pf. De esta manera, los cambios en el régimen de esfuerzos por permutación de esfuerzos principales (σ2/σ3, σ2/σ1) como los esperables durante la construcción topográfica de un orógeno tendrán particular interés en la expulsión o retención de fluidos en el sistema bajo estudio. Durante una transición compresión/transcurrencia (permutación σ2/σ3) o transcurrencia/extensión (permutación σ2/σ1) el sistema tenderá a expulsar fluidos, los cuales pueden ser retenidos en mallas de fracturas de cizalla y de tensión, o migrar a través de estructuras activas. Asimismo, el campo de esfuerzos y la orientación de los esfuerzos horizontales máximos y mínimos gobernarán la generación o reactivacion de estructuras de potencial interés económico. De acuerdo con nuestros datos y análisis, la evolución del campo de esfuerzos estará gobernada principalmente por el valor relativo de σ2 respecto de σ1 y σ3. Dicho valor controlará el tipo de permutación σ2/σ3 o σ2/σ1 y por ende el régimen tectónico transitorio durante la evolución de un régimen compresional a uno extensional.