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Revista de la Asociación Geológica Argentina

versión impresa ISSN 0004-4822versión On-line ISSN 1851-8249

Rev. Asoc. Geol. Argent. v.63 n.2 Buenos Aires abr./jun. 2008

 

Lineamientos regionales del basamento cristalino a partir de un análisis gravimétrico

Mario E. Giménez1, Patricia M. Martínez1 y Antonio Introcaso2

1 CONICET. Instituto Geofísico Sismológico "Ing. F. Volponi". FCEFN, Universidad Nacional de San Juan. Email: mgimenez@unsj-cuim.edu.ar , mpm@unsj-cuim.edu.ar
2 CONICET. Instituto de Física Rosario. FCEIA, Universidad Nacional de Rosario. Email: geofisic@fceia.unr.edu.ar

RESUMEN

A partir de una carta de anomalías de Bouguer que cubre una extensa área en el centro oeste de Argentina entre 65º y 70º de longitud oeste y entre 28º a 33º de latitud sur se aplicaron diferentes técnicas de deconvolución de Euler, tilt y su gradiente. Para la deconvolución de Euler, se consideró una ventana de 30 km por 30 km, teniendo en cuenta el ancho de las estructuras topográficas visibles de la Precordillera, Sierras Pampeanas y el Sistema de Famatina. Se probaron diferentes índices estructurales, adoptando los índices de 0,5 y 1, debido a que definen más claramente las alineaciones de soluciones de Euler, permitiendo vincularlas a suturas entre terrenos, reconocidas geológicamente y al menos con cinco fallamientos con rumbo E-W. Los resultados obtenidos, fueron confirmados por otras dos técnicas: tilt y su gradiente, señalando que existe una muy buena correspondencia entre técnicas independientes entre si.

Palabras clave: Gravimetría; Andes Centrales; Suturas; Acreción; Terrenos; Lineamientos.

ABSTRACT: Regional lineaments in the crystalline basement based on a gravimetric analysis. A Bouguer anomaly chart corresponding to a broad area in Argentina between 65º and 70º west longitudes and 28º and 33º south latitudes was dealt with Euler deconvolution, tilt and tilt gradient methods. For the Euler deconvolution method a 30 km by 30 km square window was considered, taking into account the widths of the involved structures of Precordillera, the Sierras Pampeanas and the Famatina System. Different structural indexes were also tested, adopting 0,5 and 1 as optimal values since the results can be related to well known terrane sutures and at least five E-W big faults lineaments. Results are confirmed by other two techniques: tilt and gradient tilt, these tests show good agreement with the overlapping lineaments previously obtained.

Keywords: Gravimetric; Central Andes; Sutures; Accretion; Terranes; Lineaments.

INTRODUCCIÓN

La deconvolución de Euler es una potente herramienta de interpretación, tanto para datos gravimétricos como magnetométricos, que ha sido por varios años utilizada para hacer estimaciones de profundidad y formas de las fuentes causantes de las anomalías. La aplicación universal de esta técnica ha consistido en determinar la profundidad hasta el techo de las fuentes causantes de las anomalías gravimétricas o magnéticas (Thompson 1982, Roy et al. 2000, Keating 1998).

En el presente trabajo se aplicó exitosamente esta técnica para obtener en la amplia zona ubicada por sobre la zona de subducción plana de la placa de Nazca, grandes lineamientos que relacionamos con zonas de suturas y zonas de fallamientos con direcciones E-W.

La deconvolución de Euler se basa en la ecuación de homogeneidad de Euler y adiciona un índice estructural para producir las estimaciones de profundidad. Usados conjuntamente, el índice estructural y las estimaciones de profundidad, permite identificar y hacer valoraciones de profundidades para una amplia variedad de estructuras geológicas tales como fallas, contactos, diques, intrusivos, etc. (Reid et al. 1990, Roy et al. 2000).

En el presente trabajo, a partir de una base de datos gravimétricos pertenecientes al Instituto de Física de Rosario (Universidad Nacional de Rosario - CONICET) y al Instituto Geofísico Sismológico Ing. F.S. Volponi (Universidad Nacional de San Juan), que abarca una basta región del oeste argentino, comprendida entre las coordenadas 70° y 65° de longitud oeste y entre 28° y 33° de latitud sur, con mas de 2.500 puntos gravimétricos, se confeccionó una carta de anomalías de Bouguer, en el sistema IGSN71. Esta carta fue procesada mediante la técnica de deconvolución de Euler, a efectos de obtener las soluciones de las profundidades de las fuentes causantes de las anomalías e interpretar los resultados obtenidos para distintos índices estructurales.

Se evaluaron también los gradientes de la grilla de anomalía de Bouguer, con el propósito de correlacionar los resultados de la deconvolución de Euler.

Marco geológico

El área de estudio se ubica sobre la zona de subducción subhorizontal de la placa de Nazca, entre los 28º y 33º 30´ de latitud sur de acuerdo con Jordan et al. (1983), entre otros (Fig. 1). Este fenómeno, ha provocado un excepcional desarrollo de los Andes en sentido longitudinal, con la formación de la Precordillera de la Rioja - San Juan y Mendoza y las Sierras Pampeanas. De esta manera se han involucrado en la cuña de deformación sectores del antepaís con escaso espesor sedimentario. Las exposiciones del basamento han permitido elaborar una compleja historia de amalgamación de terrenos entre el Proterozoico superior al Paleozoico en el margen gondwánico (Ramos 1988, 2004, Astini y Rapallini 2003). Las correspondientes suturas entre bloques son identificables a partir del hallazgo de cinturones de rocas básicas a ultrabásicas que representan secuencias ofiolíticas, así como de cuerpos ígneos calcoalcalinos que representan las raíces de antiguos arcos volcánicos y que se hallan hacia el este del frente volcánico cenozoico.

Figura 1: Carta del modelo de elevación digital del terreno, que cubre ampliamente la región de estudio y sobre el cual se indican las principales estructuras orogénicas y sierras tales como: PP: Pie de Palo, CH: Chépes-Los Llanos, U: Ulapes, SL: San Luis, C: Córdoba, VF: Valle Fértil, F: Sistema de Famatina, V: Velasco, A: Ambato, AC: Ancasti, B: Brava, Precordillera y Cordillera de los Andes.

Un complejo de melánge y ofiolitas en la región entre la Precordillera y las Sierras Pampeanas (Ramos et al. 1986), indican que un espacio oceánico, pudo haber existido entre la Precordillera y el margen del Gondwana.

La colisión del basamento de la Cordillera Frontal, que constituye el terreno de Chilenia, ocurrió durante el Devónico superior a Carbonífero inferior. La naturaleza del basamento del Chilenia no es bien conocida porque las rocas precámbricas son escasas en la Cordillera Frontal. No obstante el afloramiento de las riolitas y granitos del Paleozoico superior, sugieren la presencia de un viejo basamento siálico (Mpodozis y Ramos 1989). La colisión causó el levantamiento de un elemento positivo, la Protoprecordillera de Rolleri y Baldis (1967). Este bloque levantado dividió las facies del Paleozoico superior.

En síntesis, la parte más austral de Sudamérica es un complejo mosaico de bloques cratónicos que se acrecionaron a lo largo del margen suroccidental de Gondwana entre el Precámbrico y el Paleozoico temprano (Ramos 1988). Los modelos actuales que explican el desarrollo de esta región se asumen en términos de interacciones de placas y ciclos orogénicos.

Los métodos potenciales han contribuido en la detección de los bordes de las placas litosféricas, mediante la interpretación del par positivo-negativo (elevado gradiente) causado por la convergencia de las mismas (Thomas 1983, Ramé et al. 1995, Giménez et al. 2000, Martínez y Giménez 2003). Estas suturas representan la destrucción de la litósfera oceánica, y la consecuente yuxtaposición de terrenos desplazados controlan la reactivación de las fallas normales e inversas posteriores, redistribuyendo las masas de los materiales que constituyen el basamento (Beumont 1981).

METODOLOGÍA

La anomalía de Bouguer (Fig. 2) fue calculada en el Sistema Internacional de 1971, y los datos referidos a la estación fundamental de Miguelete. Las observaciones gravimétricas fueron reducidas topográficamente.

Figura 2: Carta de anomalías de Bouguer. Equidistancia de las isoanómalas: 20 mGal. Se han superpuesto los contornos de las principales Sierras Pampeanas para su georeferenciación, estas son: PP: Pie de Palo, U: Ulapes, VF: Valle Fértil, CH: Chepes-Los Llanos, B: Brava, F: Sistema de Famatina, V:Velasco.

El cálculo de anomalías de gravedad se efectuó mediante las clásicas expresiones siguiendo lo manifestado por Hinze et al. (2005). La reducción topográfica se evaluó dentro de la zona de Hayford, con segmentos circulares de terreno hasta 167 km de diámetro. Para la reducción de Aire Libre se consideró un gradiente normal de 0.3086 mGal/m. En tanto que para la reducción de Bouguer se asume una densidad de σ =2,67 g/cm3.

La carta de anomalías de Bouguer (Fig. 2), refleja los rasgos estructurales más importantes de la región en estudio. Es interesante destacar que esta carta sin ningún tipo de filtro se observan rasgos tales como por ejemplo: 1) hacia el oeste el gran negativo coincidente con la Cordillera de los Andes, ratificando anteriores estudios gravimétricos (Introcaso et al. 1990, Martínez et al. 1995, Introcaso 1997, entre otros), 2) los positivos referentes a las sierras de Valle Fértil y su prolongación hacia el sur, de Pie de Palo y de Chepes, todas ellas con características de alta densidad (Giménez et al. 2000, Introcaso et al. 2004). Estas han sido interpretadas como una colisión de arcos islándicos (Vujovich 1993, Martínez 1997), 3) los positivos sobre la sierra de Velasco, coincidiendo con observaciones ya realizadas por Martínez et al. (1999) y posteriores.

Deconvolución de Euler

Consideremos cualquier función de tres coordenadas cartesianas x, y, z denotada por f(x,y,z). El plano de observación se tomará como el plano z = 0 y z positivo hacia abajo. Por convención, el eje x apunta al norte y el eje y al este. La función f(x,y,z) se dice que es homogénea de grado n si:

(1)

Más aún se puede demostrar que si f(x, y,z) es homogénea de grado n, satisface la siguiente ecuación:

(2)

Esta ecuación diferencial parcial se conoce como ecuación de homogeneidad de Euler o simplemente ecuación de Euler.

Índice estructural
Consideremos un punto fuente (masa puntual, dipolo magnético, etc.) localizado en el punto x0, y0, z0 relativo al plano de medida. La gravedad será de la forma:

(3)

La ecuación de Euler para la forma funcional (2) se puede escribir como:

(4)

Siendo, N: el índice estructural (comúnmente llamado SI).

Los gradientes en las tres direcciones cartesianas se pueden calcular usando la teoría de campo potencial en el dominio del espacio o número de onda. En algunos casos, el gradiente vertical puede ser medido y usado directamente en la ecuación (4).

La ecuación (4) se puede usar para analizar datos gravimétricos mapeados. Las derivadas o gradientes en la ecuación (4) pueden medirse, o más comúnmente, calcularse a partir de los datos. Las únicas cantidades que no se conocen en la ecuación son x0, y0, z0 y N. Las coordenadas (x0, y0, z0), representan la profundidad y ubicación a lo largo del perfil de la fuente puntual y N simboliza el tipo de fuente que mejor representa la anomalía. Es fácil de verificar que modelos simples han preescrito valores de N (comúnmente llamado SI). De Reid et al. (1990), se extrajo algunos ejemplo de modelos simples, utilizando un SI = 0.5, se resaltan las zonas de contactos; para SI = 1, los cuerpos cilíndricos verticales (diques), y para SI = 2, fuentes puntuales esféricas (concentración de minerales).

El índice estructural (SI) es también una medida de cuán pronunciada es la anomalía relativa a su profundidad. Muchos rasgos geológicos tienen distintos índices estructurales (Reid et al. 1990).

Se aplicó ésta técnica (deconvolución de Euler) a la carta de anomalías de Bouguer (Fig. 2) la que fue regularizada mediante la técnica de la transformada rápida de Fourier manteniendo una equidistancia de 2.5 km. Dos parámetros fueron necesarios tener en cuenta para el cálculo: el tamaño de la ventana móvil y el índice estructural.

Para la elección del tamaño de la ventana móvil, se realizaron numerosas pruebas con diversos anchos de ventana, obteniéndose los mejores resultados para un ancho de 30 km, coincidentes con las estructuras orogénicas visibles en superficie. Valores menores a este enfatizan inhomogeneidades locales y superficiales, y por el contrario con valores de ventanas mayores al elegido provoca una perdida en la resolución de las soluciones.

El segundo parámetro, el índice estructural, para gravimetría varía gradualmente desde 0.5 a 2 (Reid et al. 1990, Keating 1998, Roy et al. 2000). Las soluciones calculadas por la deconvolución de Euler, se ubican siempre en los bordes estimados de las inhomogeneidades de las densidades y altos gradientes. El resultado es un conjunto de puntos a diferentes profundidades que pueden ser interpretados geológicamente, sin conocer la distribución de densidades. Esto es debido a que el método opera matemáticamente con un sistema sobredimensionado de ecuaciones, y la solución encontrada será la que mejor se ajuste a los valores de gravedad observados mediante la técnica de mínimos cuadrados.

Las profundidades de las fuentes encontradas para los índices estructurales (0,5, 1, 1,5 y 2), varían desde 0,75 km a 35 km de profundidad. Las soluciones obtenidas con un SI = 0,5 y SI = 1 permitieron delinear claramente las soluciones e interpretarlas. Finalmente los índices de SI = a 1.5 y 2, fueron descartados, ya que no aportaban mayor información que la ya analizada con los índices anteriores. En todos los casos se prefijó un error máximo en la ubicación de las soluciones de la deconvolución de Euler (para las tres componentes) en un valor menor o igual a 1 km.

Figura 3: Deconvolución de Euler con índice estructural de 0,5, aplicado a la anomalía de Bouguer.

RESULTADOS

Analizando las soluciones de la deconvolución de Euler, se observa alta estabilidad y coherencia en las mismas (Roy et al. 2000). En la figura 4a se ha realizado la interpretación sobre las soluciones que arroja el SI = 0.5. De esta manera, es posible hacer la correspondencia entre el alineamiento de estas soluciones y los grandes fallamientos reconocidos o zonas de suturas marcados con líneas continuas de color gris oscuro en la figura 4a. Siguiendo el mismo criterio se han marcado con líneas de en color gris claro, los posibles fallamientos transversales (Fig. 4a). Seguidamente se han trasladado estos alineamientos sobre los contornos de las principales Sierras Pampeanas y identificándose numéricamente cada alineación (Fig. 4b) y, sin intentar hacer un análisis exhaustivo, entre las alineaciones que se interpretan se pueden correlacionar con claridad:

Figura 4: a) Interpretación de la deconvolución de Euler. b) Interpretación de la deconvolución de Euler, sobre los contornos de las principales Sierras Pampeanas para su georeferenciación.

1) La zona de sutura con ofiolítas entre el terreno Chilenia y el de Cuyania (Ramos 1988). En este caso con la porción del terreno Cuyania correspondiente a la Precordillera, propuesta por Mpodozis y Ramos (1989), Ramos (2004), entre otros.

2) La zona de sutura coincidente con la alineación de la megafalla Desaguadero Bermejo, que pone en contacto el terreno Cuyania y el de Famatina. Esta ha sido ampliamente reconocida geológica y geofísicamente por Martínez (1997), Vujovich et al. (2004), Zapata (1998), Ramos et al. (2002), Martínez y Giménez (2003), Introcaso et al. (2004), etc.

3) La zona de sutura entre los terrenos de Famatina y Pampia. Identificada entre otros por Astini et al. (1996), Ramos et al. (2002) y Martínez y Giménez (2003).

4) La sutura en el borde W de la Sierra de Córdoba ubicada entre Pampia y el terreno de Córdoba de acuerdo con Leal et al. (2003), o entre Pampia y el craton del Río de la Plata según Ramos et al. (2002). Esta separa las Sierras de Chepes -Ulapes y las sierras de San Luis, de las sierras de Córdoba.

5) La sutura que separa dentro del terreno Cuyania, el sector de Precordillera con el sector de Pie de Palo, propuesto por Benedetto y Astini (1993), Ramos (1995), Astini et al. (1996) y Keller (1999). Este lineamiento ha sido reconocido desde los trabajos de Ortiz y Zambrano (1981).

6) Es de destacar el conjunto de soluciones concéntricas en la parte austral de la sierra de Pie de Palo. Estas coinciden con el alto estructural propuesto por Ortiz y Zambrano (1981). En cuanto a los alineamientos transversales paralelos y regionales de dirección EW, podemos decir que podrían coincidir con:

7) La continuación de la megafractura de Aconquija, propuesta por Baldis et al. (1982).

8) Con el lineamiento propuesto por Ortiz y Zambrano (1981) o la megafractura de Ambato propuesta por Baldis et al. (1979).

9) Con la megafalla Salinas Grandes (Baldis et al.1979, entre otros).

10) Este lineamiento, con algún desplazamiento, se corespondería con la megafractura de Quilmes (Baldis et al. 1979).

11) Este lineamiento aún no relacionado con rasgos geológicos conocidos.

Método del tilt

Otra técnica similar al gradiente horizontal, es el cálculo de la derivada de las pendientes de la carta de anomalías (tilt) y del gradiente de ésta última (Thurston y Smith 1997, Verduzco et al. 2004). Esta técnica es de suma utilidad para mapear estructuras de basamento, y consiste en:

(5)

El gradiente del tilt se define como:

(6)

Las cartas de tilt y su gradiente se observan en las figuras 5 y 6 respectivamente. Estas técnicas de procesamiento, tilt (Fig. 5) y su gradiente (Fig. 6), permiten auscultar las heterogeneidades del basamento, tales como por ejemplo fallas, resaltos o discontinuidades. Sobre ambas (Figs. 5 y 6) se ha superpuesto la interpretación efectuada en figuras 4a y b, referente a las alineaciones de la deconvolución de Euler. En ambos casos, se puede apreciar la coherencia que existe entre ambas técnicas totalmente independientes y sin embargo las alineaciones de las suturas en mayor medida, y de los posibles fallamientos en menor medida, son consistentes. Esto fortalece la interpretación aquí realizada y estaría confirmando las interpretaciones geológicas que sugirieron la amalgamación de terrenos entre el Proterozoico superior al Paleozoico en el margen gondwánico (Ramos 1988, 2004, Astini y Rapallini 2003, entre otros).

Figura 5: Carta de tilt aplicada a la anomalía de Bouguer. Se ha superpuesto la interpretación realizada de los alineamientos de la deconvolución de Euler.

Figura 6: Carta de gradiente de tilt, en la que se ha superpuesto la interpretación de los alineamiento de la deconvolución de Euler.

CONCLUSIONES

El presente abarca el segmento de subducción subhorizontal de la placa de Nazca, entre los 28º y 33º de latitud sur y entre los 70º y 65º de longitud oeste. Mediante una sensible técnica de procesamiento de datos gravimétricos, se ha realizado una interpretación de las soluciones de la deconvolución de Euler. Posteriormente se ha aplicado el método del tilt y su gradiente. Estas técnicas, independientes entre si, nos proponen cinco grandes alineaciones que se pueden correlacionar con las interpretaciones geológicas denominadas suturas que sugieren que la región bajo estudio es un complejo mosaico de bloques cratónicos que se dispusieron juntos a lo largo del margen suroccidental de Gondwana entre el Precámbrico y el Paleozoico temprano. Asimismo, se pueden inferir también cinco posibles fallamientos transversales y paralelos entre si, con dirección E-W.

Esta interpretación, asumida como preliminar, será motivo de futuros trabajos que densifiquen las áreas de menor cobertura de datos como así también de la adquisición y procesamiento de la información magnetométrica, que por el momento es escasa para su comparación con la gravimétrica.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Dra. Graciela Vujovich y al Dr. José Kostadinoff por sus valiosos comentarios y sugerencias que permitieron mejorar el presente trabajo. A CONICET por el subsidio del PIP 6044 que financió las campañas de relevamiento de datos.

TRABAJOS CITADOS EN EL TEXTO

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Recibido: 19 de noviembre, 2007
Aceptado: 25 de abril, 2008

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