TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN

Interpretación estructural del sector norte del flatslab pampeano a partir de datos magnéticos. precordillera de San Juan y La Rioja

Structural interpretation of the northern flatslab zone from magnetic data. precordillera of San Juan and La Rioja

 

Sánchez, Marcos A.^1(*); Fernández, Mario R.²; Folguera, Andrés³; Martínez, Myriam P.^1.2; Álvarez, Orlando¹

¹ Instituto Geofísico y Sismológico Ing. Volponi, U.N.S.J. CONICET. San Juan, Argentina.
² Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, UNSJ. San Juan, Argentina.
³ Inst. Estudios Andinos "Don Pablo Groeber". Dep. Cs. Geol. FCEN. U.B.A. Buenos Aires - Argentina.
^(*) E-mail: 1marcossanchez@gmail.com

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RESUMEN

La región andina entre los -28° a -31° de latitud incluye la transición de las provincias geológicas: Cordillera Frontal, Precordillera y Sierras Pampeanas Occidentales en las provincias de San Juan y La Rioja. La evolución geológica y un régimen tectónico compresivo del área podrían haber dejado su impronta en zonas donde micro continentes colisionaron y se amalgamaron, identificadas como zonas de sutura.
A partir de una base de datos magnéticos compilados desde diferentes tipos de fuentes (aéreas y terrestres) y adquiridos en diferentes épocas, se aplicó una serie de reducciones geofísicas con el propósito de obtener una única base de datos homogénea. A la carta de anomalías magnéticas Totales, se le aplicaron dos métodos de filtrado diferentes: Continuación Analítica Ascendente y Frecuencial. Finalmente, sobre perfiles transversales en dirección Este - Oeste, se calcularon soluciones a partir de la Deconvolución de Werner 2D. Se interpretó la disposición de unidades con diferente susceptibilidad magnética correlacionando estas con la configuración de "terrenos" paleozoicos amalgamados en esta región. La ubicación de las soluciones de Werner permitió reconocer el comportamiento en profundidad de las estructuras aflorantes.

Palabras Claves: Magnetometría; Precordillera; Filtrado; Deconvolución de Werner.

ABSTRACT

The Andean region between -28° to -31° of latitude included the transition of geological provinces: Front Range, Western Sierras Pampeanas and Precordillera in the provinces of San Juan and La Rioja. The geological evolution and the compressive tectonic regime in the area could have made its mark in areas where micro-continents collided and amalgamated, identified as suture zones.
From a base of magnetic data collected from different types (air and land) sources and acquired at different times, a series of geophysical reductions in order to obtain a single homogeneous database was applied. At the map of Total Magnetic Anomaly obtained, we applied two different methods of filtering: Analytic Upward Continuation and Frequency.
Finally, on cross sections toward East - West, solutions from 2D Werner deconvolution - with results consistent with the existing models for Precordillera and it structure - were calculated.
We have interpreted the arrangement of units with different magnetic susceptibility correlating these with the configuration of Paleozoic "terranes" amalgamated in this region. The location of Werner solutions allowed us to recognize the behavior in depth of the exposed structures.

Keywords: Magnetic data; Precordillera; Filter; Werner Deconvolution Method.

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INTRODUCCIÓN

La subducción de la placa de Nazca por debajo de la placa Sudamericana, entre Chile y Argentina, está caracterizada por la alternancia de sectores de subducción normal con subducción subhorizontal (Ramos y Folguera, 2009). Estos sectores en alternancia, presentan rasgos tectónicos superficiales característicos. Particularmente, la zona de subducción subhorizontal conocida como "flatslab pampeano" comprendido aproximadamente desde los -28° hasta los -34°, presenta la sismicidad más alta del sector y ausencia de volcanismo (Barazangi e Isacks, 1976; Cahill e Isacks, 1992; Pardo et al., 2002).
El área de análisis del presente trabajo comprende secciones de las provincias geológicas de Cordillera Frontal, Precordillera y Sierras Pampeanas Occidentales (Ver Figura 1). Se han propuesto diferentes modelos tectónicos para explicar la evolución en el tiempo que diera origen a la disposición actual de estas unidades geológicas (Rapela, 1998 a y b; Ramos, 2009).

Figura 1. Esquema de ubicación geográfica del área de estudio. Se indican las principales provincias geológicas de la zona.
Figure 1. Scheme of geographic location of the area under study. It shows the main geologic provinces on the area.

Al respecto, el régimen tectónico compresivo del área podría haber dejado su impronta en zonas donde micro continentes colisionaron y se amalgamaron. Estos vestigios se conocen como zonas de sutura. El proceso de subducción sub-horizontal acontecido en los últimos 17 Ma, ha exhumado fajas de deformación metamórficas asociadas a las raíces de arcos magmáticos previos a las colisiones y cinturones magmáticos postcolisionales. Esta configuración se manifiesta a través de una importante variación lateral en las propiedades físicas y composicionales de las diferentes unidades (Ramos, 1989; Quenardelle y Ramos, 1999).
El objetivo del presente trabajo es determinar los límites tectónicos entre los principales "terrenos" amalgamados durante la historia geológica de la región de estudio.
Para lograr este objetivo, nos valdremos de una herramienta sensible a la detección de variaciones laterales de las propiedades petrofísicas o de contacto entre diferentes estructuras geológicas, como lo es el campo magnético terrestre (Gibb y Thomas, 1976; Martínez y Giménez, 2003; Introcaso et al., 2004; Chernicoff y Zappettini, 2004; Lince Klinger, et al. 2008; Sánchez et al., 2013; Sánchez et al., 2014).
La información de datos magnéticos fueron: datos provenientes de diferentes fuentes (aéreas y terrestres); para esto fue necesario aplicar una serie de operaciones de reducción y procesamiento geofísicos para obtener una única base de datos homogénea (Ruiz et al., 2011). Luego de preparada la carta de anomalías magnéticas Totales del área, se utilizaron dos métodos de separación de anomalías de larga y corta longitud de onda: 1) Continuación Analítica Ascendente y 2) Métodos Frecuenciales.
Finalmente, a estos datos de les aplicó la Deconvolución de Werner a fin de conocer la distribución de "contactos" entre unidades con diferente susceptibilidad magnética y permitir una mejor comprensión de las mismas. Los resultados hallados son coherentes con los modelos preexistentes para precordillera y su estructura.

MARCO GEOLÓGICO

El área de estudio considerada, incluye las provincias geográficas de San Juan y La Rioja, mientras que de acuerdo a Caminos (1979), involucra la transición entre las provincias geológicas de Cordillera Frontal, Precordillera y Sierras Pampeanas Occidentales.

Cordillera Frontal
Comprende principalmente depósitos neopaleozoicos que se asientan en discordancia angular sobre un basamento de naturaleza gnéisica de edad precámbrica (Polanski 1958; Ramos y Basei, 1997). El régimen de esfuerzos ocurrido durante el Pérmico medio dio como resultado una intensa deformación de las rocas que constituyen el basamento de la Cordillera Frontal. Al norte y al sur de la Cordillera Frontal el bloque fue segmentado por el rift triásico, por lo que este basamento fragmentado en diferentes láminas participó luego en la configuración de la Cordilllera Principal (Ramos et al., 1996). Por otro lado, las unidades carboníferas de Cordillera Frontal, se depositaron en un ambiente marino (Amos y Rolleri, 1965), correspondientes a una cuenca de retroarco (Ramos et al., 1984; López Gamundi et al., 1997). Mientras que los productos intrusivos y volcánicos se interdigitan y se emplazan en las secuencias neopaleozoicas. La secuencia superior comprende productos volcánicos exclusivamente ácidos asociados a depósitos extensionales (Llambías et al., 1993).

Precordillera
Esta unidad ha sido dividida en tres subunidades: Precordillera Occidental, Precordillera Central y Precordillera Oriental en base a sus características estratigráficas y estructurales (Ortiz y Zambrano, 1981). Los sectores occidental y central están representados por una faja plegada y corrida de piel fina, mientras que el sector oriental corresponde a un bloque de basamento con una estructura de igual vergencia que las Sierras Pampeanas (Bracaccini, 1946, 1960; Rolleri, 1969; Ariza et al., 2014). El área de transición entre Precordillera Central y Oriental se conoce como zona triangular (Zapata y Allmendinger 1994, 1996).

Sierras Pampeanas
Esta unidad se ha diferenciado en dos provincias de características diferentes, las Sierras Pampeanas Occidentales y las Orientales. Las Sierras Pampeanas Orientales corresponden a un orógeno generado durante el Proterozoico, con una colisión cercana al límite Precámbrico-Cámbrico, que sería responsable del magmatismo y metamorfismo de esa edad (Ramos, 1988; Rapela y Pankhurst, 1996). En tanto, que el basamento de Sierras Pampeanas Occidentales, aflora en las Sierras Pampeanas de Tucumán, Catamarca, La Rioja, San Juan y el sector occidental de San Luis y corresponde a un orógeno eopaleozoico (Ramos, 1988). La estructura de las Sierras Pampeanas está caracterizada por fallas lístricas, que se horizontalizan en profundidad dentro de la corteza (González Bonorino, 1950). Esto ha sido corroborado luego, mediante métodos geofísicos, por diversos autores (Giménez et al., 2000; Martínez y Giménez, 2003; Lince Klinger et al., 2008, Alvarado y Ramos, 2011, García et al. 2011, Sánchez et al., 2013).

RESEÑA DE LA EVOLUCIÓN GEOLÓGICA DEL ÁREA

Las rocas carbonáticas de Precordillera de San Juan y La Rioja, se depositaron en un ambiente de plataforma cuyo basamento integra junto al bloque de San Rafael y Pie de Palo, como "Terreno" Cuyania (Ramos et al., 1996; Astini et al., 1996; Ramos, 2004). Este "Terreno" se habría separado de Laurentia durante el Cámbrico inferior y acrecionó con Gondwana durante el Ordovícico medio (Thomas y Astini, 2003). Investigaciones previas habían sugerido esto, a partir de datos paleontológicos (Borrello, 1985; Benedetto y Astini, 1993), paleomagnéticos (Rapalini y Astini, 1997) y geoquímicos (Kay et al., 1996). Como resultado de la colisión de Cuyania con el "Terreno" Pampia, se desarrolló una zona de sutura entre la Sierra de Valle Fértil y la Sierra de Pie de Palo. Esto último fue confirmado por Ruiz e Introcaso (1999), Giménez et al. (2000), Ruiz e Introcaso (2001) a través de anomalías gravimétricas y magnéticas.
A fin de vincular las características geológicas del área de estudio con los datos geofísicos disponibles, se compiló y digitalizó un único mapa geológico a partir de las cartas geológicas del Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR): 2969-I Pastillos, 2969-II Tinogasta, 2969-III Maliman, 2969-IV Villa Unión, 3169-I Rodeo, 3169-II San José de Jáchal con resolución 1:250.000 y de la Carta Geológica de Chile, con resolución 1:1.000.000 (SERNAGEOMIN, 2003). La Figura 2 muestra el mapa resultante. Las unidades se han agrupado en las siete edades más representativas del área, con la estandarización de la Carta Cronoestratigráfica Internacional 2014 (ICS International Chronostratigraphic Chart).

Figura 2. Mapa Geológico donde se diferencian las principales unidades según edades. En línea de trazo se indican las principales discontinuidades litosféricas propuestas para la región. CH: Terreno Chilenia, CU: Terreno Cuyania, PA: Terreno Pampia, AA: Terreno Arequipa Antofalla. PN, PC y PS, son los perfiles sobre los cuales se calculó la Deconvolución de Werner (Figura 7).
Figure 2. Geological map showing the main units differ according to age. With dashed lines the major lithospheric discontinuities proposals for the region are indicated. CH: Terrane Chilenia, CU: Terrane Cuyania, PA: Terrane Pampia, AA: Terrane Arequipa - Antofalla. PN, PC and PS are the profiles on which the Werner deconvolution (Figure 7) was calculated.

MARCO GEOFÍSICO

La base de datos magnética utilizada está compuesta por diferentes fuentes. En primer lugar, incluye un conjunto de datos magnéticos terrestres, propiedad del Instituto Geofísico Sismológico Volponi de la Universidad Nacional de San Juan (I.G.S.V. - U.N.S.J.). Estos fueron utilizados como herramienta de control, para unificar datos de otras fuentes. El resto de los datos utilizados se obtuvieron a partir de dos relevamientos aeromagnéticos de SEGEMAR (Chernicoff y Nash, 2002; Litvak et al., 2005). Estas bases de datos son de Campo Magnético Total (CMT), y fueron digitalizadas y regularizadas utilizando los datos terrestres como datum de control (Ruiz et al. 2011).

Método Magnético
El valor observado en un punto del campo geomagnético incluye la contribución de distintas fuentes. Las variaciones diurnas se corrigieron para el momento de su adquisición (Dobrin, 1976). Las reducciones de datos aéreos fueron realizadas por las compañías de adquisición World GeoSciencies y Sial Geociences en los años 1995 y 1998 respectivamente. En tanto que las correcciones de datos terrestres fueron realizadas por el equipo de investigación del I.G.S.V. antes citado.
Por otra parte, el Campo Magnético Normal está representado por el Campo Geomagnético de Referencia Internacional (IGRF por sus siglas en inglés), obtenido y publicado por la Asociación Internacional de Geomagnetismo y Aeronomía (IAGA por sus siglas en inglés) y la Unión Internacional de Geodesia y Geofísica (IUGS por sus siglas en inglés). Un modelo IGRF es un conjunto de coeficientes de Gauss con sus variaciones seculares, de grado y orden n = m = 1− 10. Los términos de grado inferior representan en gran medida el campo principal proveniente del núcleo externo (Hinze et al., 2013). En este trabajo se utilizaron los modelos IGRF 1995, IGRF 2000 e IGRF 2010, para corregir los datos de acuerdo a su localización y fecha de adquisición correspondiente.
Luego de aplicar las correcciones detalladas (Blakely, 1995), se obtuvo la carta de Anomalías Magnéticas que representan el Campo Magnético Cortical del área de estudio (Figura 3).

Figura 3. Mapa de Anomalías Magnéticas Totales sobre un Modelo de Elevación Digital (DEM 90 x 90).
Figure 3. Total Magnetic Anomaly Map on a Digital Elevation Model (DEM 90 x 90).

MÉTODOS DE FILTRADO E INTERPRETACIÓN

Al utilizar métodos potenciales, debe considerarse que los rasgos estructurales profundos causan anomalías de larga longitud de onda, de carácter regional. Asimismo, estructuras someras, causan gradientes horizontales abruptos y de corta longitud de onda. Para discriminar efectos locales de regionales, se aplicaron filtros tales como: el método de Continuación Analítica Ascendente y el Filtro Pasabanda Butterworth, consiguiendo sus respectivas anomalías regionales y residuales.

Prolongación Ascendente de Campos Potenciales
El método consiste en una transformación del campo medido, a una altura h sobre la superficie de medición (Pacino e Introcaso, 1987). De esta manera se atenúan las anomalías de corta longitud de onda. La transformación puede realizarse en el dominio espacial o frecuencial. La forma más eficiente resulta en el dominio frecuencial aplicando el teorema Fourier - Convolución. En este artículo se ensayaron Prolongaciones Ascendentes a la carta de Anomalías Magnéticas Totales para diferentes alturas. En la Figura 4 se presentan los resultados obtenidos para Anomalías Regionales y Residuales con altura de prolongación de h= 10 km pues, a nuestro criterio, en ellas se observan las mayores correlaciones con las estructuras geológicas del área.

Figura 4. Aplicación del método de Prolongación Ascendente de Campos Potenciales. Izquierda: Mapa de anomalías magnéticas Regionales obtenidas con h= 10 km. En líneas de trazos negro se ubican las mayores discontinuidades, CH: Terreno Chilenia, CU: Terreno Cuyania, PA: Terreno Pampia, AA: Terreno Arequipa Antofalla. Derecha: Mapa de anomalías magnéticas Residuales obtenido de sustraer el mapa Regional obtenido al mapa de anomalías magnéticas (Figura 3). En líneas negras, se han trazado las fallas más importantes reconocidas por geología.
Figure 4. Application of Analytic Upward Continuation Method. Left: Regional magnetic anomaly map, obtained from the with h = 10 km. In black dashed lines the major discontinuities are located. CH: Terrane Chilenia, CU: Terrane Cuyania, PA: Terrane Pampia, AA: Arequipa Antofalla Terrane. Right: Residual magnetic anomaly map, obtained by subtracting the Regional map to the magnetic anomaly map (Figure 3). In black lines are plotted major faults recognized by geology.

Filtro Pasabanda Butterworth
Este filtro permite discriminar las componentes regionales de las residuales a partir del contenido frecuencial de la señal (número de onda). El nivel de corte del filtro se controla fijando el número de onda central del algoritmo (Butterworth, 1930). En la Ecuación 1 se define la expresión matemática del filtro como:

Se ensayaron varios números de onda para los diferentes contenidos frecuenciales en la carta de anomalías. La Figura 5 muestra el filtro aplicado para obtener la anomalía regional.

Figura 5. Filtro Butterworth aplicado. Gráfico de Número de Onda Vs. Logaritmo del Espectro de potencia. En negro se muestra el espectro de potencia total, en azul el filtro elegido, y en rojo el espectro resultante. Número de onda central kc=0.005.
Figure 5. Applied Butterworth Filter. Graph of Wave Number vs. Power spectrum logarithm. In black the total power spectrum is shown in blue filter chosen, and the resulting spectrum in red. Central wavenumber kc=0.005.

Deconvolución Semiautomática de Werner

En este artículo se calculó la deconvolución de Werner en dirección aproximadamente E-O (perpendicular a las estructuras) sobre los 3 perfiles indicados en la Figura 2. Las soluciones obtenidas se muestran en la Figura 7.

Figura 6. Aplicación del Filtro Pasabanda Butterworth con número de onda central kc= 0.005 Izquierda: Mapa de anomalías magnéticas Regionales. En líneas de trazos negro se ubican las mayores discontinuidades, CH: Terreno Chilenia, CU: Terreno Cuyania, PA: Terreno Pampia, AA: Terreno Arequipa Antofalla. Derecha: Mapa de anomalías magnéticas Residuales. En líneas negras, se han trazado las fallas más importantes reconocidas por geología.
Figure 6. Application of Butterworth Bandpass Filter with central wave number kc = 0.005. Left: Map of Regional magnetic anomalies. In black dashed lines the major discontinuities are located. CH: Terrane Chilenia, CU: Terrane Cuyania, PA: Terrane Pampia, AA: Arequipa Antofalla Terrane. Right: Residual magnetic anomaly map. In black lines have been traced major faults recognized by geology.

Figura 7. Soluciones calculadas sobre tres Perfiles E-O a partir del método de Deconvolución de Werner. Se destacan en las tres secciones, las soluciones agrupadas en la transición del ámbito de Precordillera a Cordillera Frontal. Se indica con líneas de trazo grises el posible contacto entre los "Terrenos" Pampia, Cuyania y Chilenia. Con elipses se indican las soluciones agrupadas que corresponderían al Batolito de Colangüil emplazado en el ámbito de Cordillera Frontal. Hacia el Oeste se esboza una la traza de una discontinuidad similar.
Figure 7. Solutions obtained on three sections in E - W direction, from Werner deconvolution method. Are highlighted in the three sections, the solutions grouped in the transition from Pre Cordillera to Frontal Cordillera. Shown with dashed gray lines the possible contact between Pampia, Cuyania and Chilenia terranes. Ellipses, indicating grouped solutions that would correspond to Colangüil Batholith emplazed on Frontal Cordillera enviroment. Westward a trace of a similar discontinuity is sketched.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El campo de anomalías regionales obtenidas por los dos métodos de filtrado, se corresponden morfológicamente. En ambas Regionales se observan repuestas magnéticas referidas a distintos basamentos magnéticos. De esta manera se pueden diferenciar razonablemente bien los diferentes "Terrenos" paleozoicos propuestos para el área: Chilenia, Cuyania, Pampia, Arequipa Antofalla.
A partir de las anomalías residuales obtenidas se obtuvo una importante correlación de las secuencias Terciarias de Cordillera Frontal con máximos en las anomalías magnéticas. Previamente, Weidmann et al., (2013) indicaron para estas unidades una suceptibilidad magnética . Esto presenta un contraste de suceptibilidad de 36,9 , respecto a las secuencias Permo-triásicas que corresponderían al basamento de Cordillera Frontal. En ambos mapas de anomalías Residuales obtenidos quedan resaltados estos importantes contrastes de susceptibilidad, a partir de las fallas que exhumaron y pusieron en contacto estas secuencias.
Las estructuras inferidas a partir de los perfiles de Deconvolución de Werner muestran un elevado ajuste con los modelos estructurales propuestos previamente por Zapata y Allmendinger (1994, 1996) y Ramos (1999). En estos perfiles es también notable la correspondencia entre el agrupamiento de soluciones y la transición entre los "Terrenos" Chilenia - Cuyania, Cuyania - Pampia. Se hace evidente esta zona de transición entre Terrenos Paleozoicos a partir de un abrupto gradiente magnético particularmente en el Perfil Norte y Perfil Sur de la Figura 7. Similar comportamiento se observa hacia el Oeste en ámbito de Cordillera Frontal, donde se delimita una discontinuidad que tendría el mismo comportamiento de las suturas entre los "terrenos" Pampia, Cuyania y Chilenia.

Agradecimientos

A las siguientes instituciones que nos amparan: CONICET, SEGEMAR, al Instituto Geofísico Sismológico Volponi y al Departamento de Geofísica y Astronomía de la Universidad Nacional de San Juan. A la colaboración desinteresada desde el proyecto financiado por CICITCA-UNSJ (E-96. Res.018-14-CS).

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Recibido: 31-10-2014
Aceptado: 14-09-2015