Estados de esfuerzo compresivo plioceno y compresivo­

transpresivo pleistoceno, Andes dei sur, Chile (38-42°30'8)

Alain Lavenu

José Cembrano

Institut de Recherche pour le Développement (IRD, ex ORSTOM),

Casilla 53390, Carreo Central, Santiago 1, Chile, yDepartamento de Geologia, Universidad de Chi le,

Casilla 13518, Carreo 21, Santiago, Chile

e-mail: alavenu@dgt.uchile.c1

Departamento de Geologfa, Facultad de Ciencias

Fisicas y Matemàticas, Universidad de Chile,

Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile

e-mail: jcembran@cec.uchile.cl

RESUMEN

.,

Las rocas intrusivas y los sedimentos mioceno-pliocenos y pleistocenos de la Depresi6n Central y de la CordilleraPrincipal entre los 38 y 42°30'S, han sido afectados por deformaci6n fragil tanto de caracter local como regional. El estudiode la geometrîa y cinematica de microfallas y el analisis de los tensores desviat6ricos permitieron establecer los estadosde esfuerzo a la escala regional. Se determinaron dos eventos tect6nicos: 1- un evento plioceno, de tipo compresivouniaxial, pre-Cuaternario y generalizado en toda la zona estudiada, con una direcci6n de esfuerzo principal cr, cercanaa E-W; 2- un evento pleistoceno, con una partici6n de los esfuerzos, caracterizado en la zona de ante-arco por unacompresi6n con una direcci6n de esfuerzo principal cr, NNE-SSW a N-S, y en la zona de intra-arco por una transpresi6ndextral con una direcci6n de esfuerzo principal cr, NE-SW.

Palabras claves: Neotecton/ca, Esfuerzos, Compresi6n, Transpresi6n, Ante-arco, Intra-arco, Pleistoceno, Plioceno, Andes, Chi/e.

ABSTRACT

Compressional Pliocene and compressional-transpressional Pliocene states of stress, southernChilean Andes (38-42°30'8). Miocene-Pliocene and Quaternary intrusive rocks and sedimentary deposits fram theCentral Depression and the Main Cordillera, between 38 and 42°30'S, have been affected by local and regional brittledeformation. Microfault geometry and kinematic analysis along with calculation of deviatoric tensors allowed to determineregional-scale states of stress. Two tectonic events were identified. A Pliocene event, prior to the Quaternary, affects theentire zone of study, and is characterized by a maximum compressional stress cr" roughly oriented in an E-W direction.A Pleistocene event corresponds to an overall deformation partitioned into two coeval distinctive states of stress: acompressional stress cr" oriented in a N-S to NNE-SSW direction in the fore arc zone, and a dextral transpressional stateof stress with cr, striking NE-SW, in the intra-arc zone.

Key words: Neotecton/cs, Stress, Compression, Transpression, Fore arc, Intra-arc, Pleistocene, Pliocene, Andes, Chi/e.

Ravista Gaolag/ca da Chi/a, Vol. 26, No. 1, p. 67-87, 15 Figs., 4 tablas, Julio 1999.

68 ESTADOS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLEISTOCENO EN COMPRESION y TRANSPRESION...

INTRODUCCION

Desde mediados dei Terciario (25 Ma) los An­des Centrales (entre los 18 y 46°8 , a 10 largo demas de 3.500 km) han sido sometidos a convergen­cia oblicua entre las placas oceanica de Nazca ycontinental de América dei sur. La subducci6n de laplaca de Nazca, que enfrenta al continente sud­americano entre el sur dei Ecuador y el punta tripleen la Peninsula de Taitao (CTJ) (Fig. 1), se divide en4 segmentos principales: dos segmentos sub­horizontales (inclinados de 5 a 10° al este) y dossegmentos mas inclinados (300 E) (Jordan et al.,1983). La zona de estudio (Fig. 2) corresponde alsegmenta mas austral de la zona de convergenciaNazca-8udamérica, con inclinaci6n de 30° y conpresencia de una actividad volcanica moderna has­ta los 46°8 (Iatitud dei punta triple). La convergen­cia actual es de direcci6n N78° y su velocidad es de

o Gomillera de la Cos1B

o Depresi6n Central

_ Con:lillera Principal

g Con:liller. frontal

~ Precorditlera

~ Altlpl.no

o Sierras Pampeanas

o Con:lillera Oriental

~ Zon8 Subandina

~ Bsssmento Argentino\ ~ derormado

- Umrte intemacional

CTJ Punto triple

500 km

8 cm/a a la latitud de 8antiago y es de direcci6nN79° y de velocidad 7,90 cm/a a la latitud de Chiloé(DeMets et al., 1994; Tamaki, 1999).

Los Andes, entre los 38 y 42°30'8, se puedendividir en dominios paralelos entre si y tect6­nicamente diferentes:

una zona de ante-arco ubicada entre la fosaPeru-Chile y la Cordillera Principal y en la cual seencuentran la Cordillera de la Costa y la Depresi6nCentral;

un arco magmatico, 0 intra-arco, en la CordilleraPrincipal que es la zona de los volcanes activos y,

una zona de antepais.El estudio de la geodinamica de los Andes dei

sur de Chile permite caracterizar las variacioneslatitudinales y longitudinales en la naturaleza de ladeformaci6n regional durante un prolongado perio­do de convergencia oblicua de las placas.

El objetivo de este trabajo es comprender mejorla naturaleza y distribuci6n espacial de los estadosde esfuerzo plioceno y pleistoceno de los Andeschilenos entre los 38 y 42°30'8. La distribuci6n delas direcciones de los esfuerzos se estableci6 esen­cialmente a partir dei analisis de la cinematica defallas en el terreno y también a partir de los escasosmecanismos focales de sismos ya publicados. 8eestudiaron 20 estaciones de mediciones entre lalatitud de la localidad de Esperanza (en el limiteentre las Regiones IX y X) Y la latitud de Castro enla Isla de Chiloé. Estos estudios permitieron anali­zar ca. 720 fallas, las cuales mediante inversi6nnumérica arrojaron un total de 20 direcciones inde­pendientes de esfuerzo y deformaci6n.

FIG. 1. Unidades morfo-estructurales de los Andes dei sur. Areade estudio aparece enmarcada. CTJ corresponde al pun­to triple donde colisiona la Dorsal de Chile con la losa.

A. Lavenu y J. Cembrano 69

MARCO GEODINAMICO

FIG. 2. Esquema estructural simplificado de Chile central y deisur. El àrea de estudio aparece enmarcada.

Entre los 38 y 42°30'S, la zona de ante-arcocontinental comprende la Cordillera de la Costa y laDepresi6n Central, paralelas al margen de placas.Esta depresi6n comienza al norte en la regi6n deSan Felipe, cerca de Santiago, y termina al sur deAisén en el Istmo de Ofqui, a la latitud dei puntotriple donde colisiona la Dorsal de Chi le con la fosa.La Depresi6n Central se extiende por mas de 1.400km, con un ancho que no sobrepasa los 75 km.Escarpes de falla aparentes constituyen el limiteoccidental de esta Depresi6n con la Cordillera de laCosta. Su limite oriental con la Cordillera Principalcorresponde, entre los 33 y 36°S, a un relieve defalla importante. De los 39°S hacia el sur, el limiteno es tan nitido y corresponde al pie dei arcovolcanico actual. Esta depresi6n fue descrita origi­nalmente como un graben de edad pliocena(Aubouin et al., 1973). Las observaciones de losautores en fallas y microfallas expuestas a 10 largode ambos bordes de esta depresi6n permiten ca­racterizar mejor esta dinamica. Ellfmite oriental dela Depresi6n Central con el arco volcanico, entre los38 y 42°30'S (Fig. 2) no esta bien expuesto, ya quese encuentra cubierto por dep6sitos volcanicos. Enesta regi6n, el arco volcanico actual se desarrollaadyacentemente 0 sobre los lineamientos corticalesde la Zona de Falla Liquifie-Ofqui (ZFLO).

Esta estructura (ZFLO), de mas de 950 km deextensi6n norte-sur, es una de las mayores zonasde fallas de rumbo activas que se conocen en laszonas de subducci6n modernas (Jarrard, 1986). LaZFLO se caracteriza por una serie de lineamientosNNE-SSW, falias y zonas de cizalle ductil, que si­guen la direcci6n de los arcos magmaticos dei Mio­Plioceno y Actual. Stetten (1944) la descubri6 y ladescribi6 al final dei siglo pasado y principios deeste siglo (Hauser, 1991) Ysu concepto evolucion6poco a poco (Klohn, 1960; H. Moreno y MA Para­da1; Hervé, 1977; Solano, 1978; Hervé etai., 1979).Sin muchas pruebas de terreno, esta falla fue con­siderada como dextral (Hervé, 1976, 1977; Hervé yThiele, 1987). Recientemente, numerosos estudiosmas detallados han permitido confirmar y estable­cer claramente su cinematica: zona de cizalle ductil

46'

38' -

A

N

!' r'San FeliP'!, ~

SANTIAGO

/" FeUes

L~ Depresi6n Central

o km 15071" '

73'

42' _

0 A2'

~

'" RIJJ() G0

E

N

T

_ 38'

34'

1 1974. GeologÎa dei àrea de Liquine-Neltume y Lago Pirihueico (Inédito). Instituto de fnvestigaciones Geolôgicas, 41 p. Santiago.

70 ESTADOS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLEISTOCENO EN COMPRESlàN y TRANSPRESlàN ...

dextral a dextral-inversa durante el Mioceno tardioy parte dei Plioceno (Cembrano, 1992; Cembrano yHervé, 1993; L6pez et al., 1997; Arancibia et al.,1997; Cembrano et al., 1997; Cembrano, 1998) yzona de cizalle fragil transpresional dextral en el

Plioceno y el Pleistoceno (Lavenu y Cembrano,1994; Cembrano et al., 1996a; Cembrano et al.,1996b; Lavenu et al., 1996; Lavenu et al., 1997;Lavenu y Cembrano, 1997; Lavenu y Cembrano, enprensa).

METODOLOGIA

Se estudiaron las zonas de ante-arco y deintra-arco comprendidas entre los 38 y 42°30'S. Elanalisis se hizo en la Cordillera de la Costa (Isla deChiloé), en la Depresi6n Central y a 10 largo de laZFLO. Las mediciones se hicieron, esencialmente,en sedimentos cuaternarios y rocas intrusivas deiNe6geno.

Para determinar el estado de esfuerzo en losdistintos sitios se analizaron los vectores de desli­zamiento medidos sobre fallas estriadas utilizandoel algoritmo de inversi6n de Carey (Carey y Brunier,1974; Carey, 1979). Este algoritmo permite deter­minar un tensor de esfuerzo y las direcciones prin­cipales de los ejes 0'1,0'2,0'3 (Fig. 3). A partir de losplanteamientos deAnderson (1951); Wallace (1951);Bott (1959) y Price (1966), desde dos decadas (cf.Yin, 1996), varios autores han propuesto métodos

de calculo cuantitativos para interpretar la cinema­tica de las fallas en un cuerpo rocoso altamentefracturado, a partir de la inversi6n de datos depoblaciones de fallas. Estos métodos se basan endos supuestos alternativos: 1-la minimizaci6n de lasuma dei error de angulo entre el esfuerzo decizalle calculado y la direcci6n de deslizamientoobservado para cada falla (Carey y Brunier, 1974;Carey , 1976, 1979; Armijo y Cisternas, 1978;Angelier y Goguel, 1979; Etchecopar et al., 1981;Angelier et al., 1982; Armijo et al., 1982; Michael,1984, 1987; Reches, 1987; Gephart, 1988; Recheset al., 1992) y 2- la minimizaci6n de la su ma deiangulo de rotaci6n minimo entre cada piano de fallaobservado y cada piano que puede hacer que elesfuerzo de cizalle calculado coincide con la direc­ci6n de deslizamiento observada(Gepharty Forsyth,

,1 1,'1 3D 31 !

lU ,'II 11] Ir, s)

FIG. 3. Ejemplo de una soluci6n calculada a partir devectores de deslizamiento en el caso de unrégimen transpresivo (de rumba) con (J, y (J,horizontales. Las flechas ligadas a las trazasde fallas corresponden al vector de desliza­miento medido S (red de Wulff, hemisferioinferior). Los pequeiios segmentos en la trazade cada falla y el histograma muestran la des­viaci6n, en grados, entre los vectores de des­lizamiento, medido (S) y calculado (Tl. en cadapiano de falla. Ng es el norte geogràfico; Nm esel norte magnético con una declinaci6n mag­nética local de 10 o E. En este càculo,Reloncavf1, la relaci6n de forma IR = 0,61 (cf.Fig. 4), 10 cual indica un régimen de rumbacompresivo. Las flechas negras anchas y con­vergentes hacia el centra dei diagrama indicanel azimut de la direcci6n dei esfuerzo principalmàximo (J, calculado (2°-N221 'E) Aqui el eje(J,tiene un buzamiento de 2' en la direcci6nazimutal N221°. El azimut, midiéndose en elsentido horario, a partir dei norte, se escribe demanera indiferente N221 °E, N221° 6 22F Enlas tablas 1 a 4, las direcciones azimutales seescriben sin indicar la 'N' de norte. En el textoy en las figuras se escriben con la 'N' paramejor comprensi6n.

A. Lavenu y J Cembrano

REGI MEN EXTENSIONAL

,,. ""A..... ...,

Extensi6n radial Extansi6n uniaxial

Compresi6n radial Compresi6n uniaxial

,"----------- ----------.,,~- V

REGIMEN COMPRESIONAL

71

FIG. 4. Clasiticaci6n de los diferenles lipos de regimenes tect6nicos a partir de la relaci6n de forma R (R = a,-a/aia ,). Los cuadros grisesindican los 4 tensores de revoluci6n; a. representa respectivamente a, (régimen compresional), a, (régimen de rumbo), a,(régimen extensional) (modificado de Ritz y Taboada, 1993).

1984; Gephart, 1990). Mientras algunos autoresproponen una mezcla de los dos métodos (Yin yRanalli, 1993; Yin, 1996), otras praponen métodosde calculo de las direcciones de los ejes de ladeformaci6n, en vez de los ejes de esfuerzo (Angeliery Mechler, 1977; Pfiffner y Burkhard, 1987; Marretty Allmendinger, 1990; Allmendinger et al., 1993).

Las hip6tesis fundamentales que permiten in­terpretar el significado de las superficies estriadasa 10 largo de pianos de fallas, en témino de esfuer­zos, son los siguientes (Carey y Brunier, 1974):1- para cada estaci6n de mediciones, un evento

tect6nico dado se caracteriza por un solo tensor deesfuerzo homogéneo;

2- para un evento tect6nico, el deslizamiento res­ponsable de la estriaci6n ocurre en la misma direc­ci6n y sentido que la proyecci6n dei esfuerzo decizalle en cada piano de falla;3- la direcci6n y el sentido dei indicador cinematico,en el piano de falla, dependen de la orientaci6n deivector esfuerzo y de la relaci6n de forma 'R' deielipsoide de esfuerzos (R= 0"2-0",/0"3-0) dei tensorde esfuerzo. Esta relaci6n de forma permite deter­minar los diferenles tipos de lensores y los regfme­nes tect6nicos. Los diferentes estados 0 regîmenesde esfuerzo, compresional, de rumbo y extensional,son limitados por 4 tensores de esfuerzo de revolu­ci6n (Ritz y Taboada, 1993) (Fig. 4).

RESULTADOS DE LA INVERSION

A partir dei analisis de los tensores obtenidos,se determinaron dos eventos tect6nicos (Fig. 5):

Un primer evento, Plioceno, para el cual no fueposible determinar de manera muy precisa la edadde la deformaci6n, posterior a 8, 1 Ma en Los Afiiques,entre 5,4 y 3,59 Ma en Hornopirén, entre 5,4 Ma y1,6 Ma en la zona de Puyuhuapi, un poco mas al surde la zona estudiada (edades de Munizaga et al.,

1984; Hervé et al, 1993; Cembrano et al., 1996b;Cembrano et al., 1997);

Un segundo evento, Pleistoceno, el cual essiempre posterior a 3,59 Ma en Hornopirén, y poste­rior a 1,6 Ma en Puyuhuapi. Esta ultima edad fueobtenida en biotita débilmente deformada (Cembra­no, 1998), 10 que arraja una edad maxima paradicha deformaci6n fragi!.

72 ESTADDS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLEISTOCENO EN COMPRESION y TRANSPRESION...

ZONA DE ANTEARCO ZONA DE INTRAARCO

DEPRESION CENTRALCORDILLERA PRINCIPAL

ZFLO

0 ONNE NEZ

00W

~ 0(/)

ssw 0 0W...Ja. sw --1.6Ma-

03.59 Maz --- ---w

gwqOÇJE::J w ENE

a.ws~OÇJE--- -- 5.4Ma -

0zwg

--- S,l Ma~

FIG. 5. Cronologia y direcciôn de los dilerentes regimenesteclônicos a partir de los datos obtenidos en este trabajo.

Las mediciones (Fig. 6) fueron analizadas yelaboradas en detalle. Todos los resullados seintegraron en las tablas 1a 4.

7"1

,Rff - 3S'

10km

,73'

EL EVENTO TECTONICO PLIOCENO

Los resullados obtenidos se encuentran en lastablas 1 y 2. En el norte de la zona de estudio (Tabla1) las medidas de fallas se hicieron en rocasgranfticas y sedimentarias dei Mioceno Medio a8uperior y - en una estaci6n - en granitoides deiPérmico. La direcci6n principal de compresi6n (J1es E-W, el estado de esfuerzo es de rumbo y (J3 eshorizontal (Fig. 7). Para las estaciones de medicio­nes dei rio Caunahue (CAUN) y dei Rancho Mellipulli(MELLI), en la Depresi6n Central yen el limite con elarco volcanico, la relaci6n de forma R es cercana a1, 10 que corresponde a un estado de esfuerzo derumbo compresivo. Para la estacion dei rio Quilalelfu(QUILAL), en la zona de intra-arco y 16 km al NNWde Liquine en el borde occidental de la CordilleraPrincipal, R es inferior a 0,5 y corresponde a unestado de esfuerzo de rumbo extensivo.

En la parte sur de la zona de estudio (40­42°30'8) (Tabla 2), las mediciones de fallas seefectuaron en el Batolito Nor-Patagonico, cuyoscuerpos tienen edades que se extienden deiCretacico al Neogeno. En aigunos cuerpos no exis­ten dataciones (batolito indiferenciado). Las esta­ciones en las cuales se efectuaron las medicionesde fallas se encuentran en el ante-arco y el intra­arco actuales, pero pertenecen todas a la zona deiintra-arco mioceno. La direccion principal de com­presion es, también aqui, cercana a E-W: (J,=N263°(REL1 YREL2) (Fig. 8) Ytiene una relaci6n de formaR=0,78, 10 cual sugiere un estado de esfuerzocompresivo uniaxial.

{~ Oepfesi6n Cenlrsl FIG. 6. Ubicaci6n de las estaciones de mediciones de tallasanalizadas en este Irabajo.

TABLA 1. PARAMETROS DE LOS TENSORES DEL ESFUERZO DESVIATORICO DEL EVENTO TECTONICO PLiOCENO CALCULADOS A PARTIR DE LAS FALLAS DE LA

DEPRESION CENTRAL, ZONA DE ANTEARCO ACTUAL.

Direcciones principales de esfuerzo

Estacion Edad de Numero Latitud Longitud a, a2a

3R

de medicion la unidad de datos S W

azimut buzamiento azimut buzamiento azimut buzamientof---

CAUN 295 Ma* 14 40°08' 72°15' 95° 24° 286° 65° 18r 4° 0,87MELLI Miocene Medio 13 40°14' 72°13' 8r 11° 332° 64° 181 ° 23° 0,91

Edad tomada de Munizaga et al. (1984).

TABLA 2. PARAMETROS DE LOS TENSORES DEL ESFUERZO DESVIATORICO DEL EVENTO TECTONICO PLiOCENO CALCULADOS A PARTIR DE LAS FALLAS DE LA CORDILLERAPRINCIPAL, ZONA DE INTRA-ARCO ACTUAL.

Estacionde medicion

QUILALREL1REL2

Edad dela unidad

8,1 Ma*Cretacico/MiocenoCretàcico /Mioceno

Numerode datos

213820

Latitud

S

39°35,541 °38'41 °30'

LongitudW

71 °53'72°19'72°17'

___a_, D_ir_e_c_c_i:_~-e-s-p-r-in-c-i-p-a-le-s-d-e_e_sf_u_:_r 3z_o -Rlazimut buzamiento azimut buzamiento azimut buzamiento

88° 5° 339° 74° 180° 15° 0,33263° 5° 1730 7Q 30° 82° 0,78263° 7° 1720 11 ° 2r 77° 0,78

Edad tomada de Munizaga et al. (1984).

74

QUILAL

NI: Nm

21 Fallas

ESTADOS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLEISTOCENO EN COMPRESION y TRANSPRESION...

EL EVENTO TECTONICO PLEISTOCENO

Los resultados obtenidos estan listados en lastablas 3 y 4. La edad de las rocas en las cuales setomaron medidas de fallas y estrfas, comprendedesde el Mioceno Superior hasta el Pleistoceno.

38 Fallas

REL 1

Ng Nm

MELLI

FIG. 7. Diagramas de los datos de fallas dei evento tectànicoplioceno de la Depresiàn Central y de la Cordillera Prin­cipal en el norte de la zona de estudio (Rio QuilalelfùQUILAL, Rio Caunahue CAUN, Rancho Mellipulli MELLI).

REL2

FIG. 8. Diagramas de los datos de tallas dei evento tectànicoplioceno de la Cordillera Principal en el sur de la zona deestudio (Reloncavi REL1 Y REL2).

A. Lavenu y J. Cembrano

ZONA DE ANTE-ARCO

En las estaciones de medicion de la Depre­sion Central (Fig. 9) el estado de esfuerzo escompresivo (01 es horizontal, 03 es vertical) dedireccion NNE-SSW (Tabla 3).

En Esperanza, estacion en sedimentos deedad pleistocena, la relacion de forma R es cercanaa 0, 10 que tiende a mostrar aquf un estado deesfuerzo compresivo radial (elipsoide de revolucioncon °1=(2)' Esto podrfa explicarse por una deforma­cion superficial y poco constrenida.

En Victoria las tres fallas medidas no permitencalcular un tensor de esfuerzo; se indica unicamen­te la direccion de la deformacion.

En el sur-oeste de la zona estudiada, en Fresia(FRESIA1 y FRESIA2), Nueva Braunau (BRAUN) (Fig.9), Ancud (ANCUD1, ANCUD2, ANCUD3) y Lajas(LAJAS) (Fig. 10), los sedimentos relacionados conla glaciacion cuaternaria mas antigua, anterior a55.000 a A.P. (Mercer, 1976; Porter, 1981) Y de

75

edad supuesta de 0,7 Ma (Hauser, 1986; Heussery Flint, 1977), sufrieron una deformacion en com­presion (numerosas estrfas tectonicas en rodadosde origen fluvio-glacial) con 01 horizontal de direc­cion N-S a NNE-SSW y °3 vertical. La mayorfa de lasrelaciones de forma R son inferiores a 0,50 (entre0,01 y 0,40) 10 que indica un estado de esfuerzocompresivo radial, como en la estacion de ESPE­

RANZA. En Fresia, Ancud, Lajas, la deformacion essuperficial y, también, poco controlada. En la esta­cion de BRAUN el estado de esfuerzo es compresivouniaxial.

ZONA DE INTRA-ARCO

En la Cordillera Principal, a 10 largo de la ZFLO,

a partir dei analisis de las estrfas medidas sobrefa lias en rocas dei Mioceno al Plioceno superior, sedefinieron estados de esfuerzotranspresivo (01 y 03

horizontales) con direcciones de 01 cercanas a NE­SW (Tabla 4) (Fig. 11). Para la estacion dei lago

t N359°NI Nm

•../-01.."1 -.-..~

0r~+ 6Fallas -SSW

3 Fallas

ESPERANZA

FRESIA2

VICTORIA

-. N026°

13 Fallas

BRAUN

FRESIA 1

12 Fallas

FIG. 9. Diagramas de los datos de fallas dei evento tect6nico pleisloceno de la Depresi6n Central (Esperanza. Victoria, Fresia, NuevaBraunau). Zona de antearco.

TABLA 3. PARAMETROS DE LOS TENSORES DEL ESFUERZO DESVIATORICO DEL EVENTO TECTONICO CUATERNARIO, CALCULADOS A PARTIR DE LAS FALLAS INVERSASCUATERNARIAS DE LA DEPRESION CENTRAL. ZONA DE ANTEARCO ACTUAL.

1 Direcciones principales de esfuerzo

Estacion Edad de Numero Latitud Longitud cr, cr, cr3 R1 de medicion la unidad de datos S W

azimut buzamiento azimut buzamiento azimut buzamiento,----------,-----,----,

1 ESPERANZA Pleistoceno 6 3r50' 72°23' 359° 4° 90° 12° 250° 77° 0,07VICTORIA Pleistoceno 3 38°12' 72°20' 40°FRESIA1 Pleistoceno 37 41 °11' 73°22' 209° 0° 299° 1° 104° 52° 0,40FRESIA2 Pleistoceno 13 41 °11' 73°22' 26° 16° 285° 34° 138° 52° 0,19BRAUN. Pleistoceno 12 41 °20' 73°19' 48° 11 ° 313° 23° 160° 64° 0,85ANCUD1 Pleistoceno 10 41 °51' 73°49' 17D 30° 172° 5r 280° 11° 0,06ANCUD2 Pleistoceno 20 41 °52' 73°50' 29° 2° 120° 29° 296° 61° 0,34ANCUD3 25,6 ± 0,7 Ma· 8 41 °51' 73°59' 156° 6° 247° 13° 42° 76° 0,16LAJAS Pleistoceno 12 41 °55' 73°52' 341 3° 7r 60° 249° 30° 0,01

.Edad tomada de Stern y Vergara (1992).

TABLA 4. PARAMETROS DE LOS TENSORES DEL ESFUERZO DESVIATORICO DEL EVENTO TECTONICO CUATERNARIO, CALCULADOS A PARTIR DE LAS FALLAS DE RUMBOCUATERNARIAS DE LA CORDILLERA PRINCIPAL. ZONA DE INTRA-ARCO ACTUAL.

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A. Lavenu y J. Cembrano

ANCUD 1 ANCUD2

20 Fallas

N. Nm

B Fallas N1560~

ANCUD 3

77

N341°

~ ",

--'-- ...12 Fallas JI(

LAJAS VOLCAN Ap.

FIG. la. Diagramas de los datos de fallas dei evento tect6nico pleistoceno de la Depresi6n Central en la zona de Isla Chiloé y Chiloécontinental (Ancud, Lajas y Volcan Apagado). Zona de antearco. La estaci6n de mediciones Volcan Apagado se encuentra enel limite entre las zonas de antearco y de intra-arco (cf. texto).

Caburgua (CABURGU) se calcul6 una relaci6n deforma R=0,88, que corresponde a un estado deesfuerzo compresivo. Las estaciones de la CuestaLos Aiiiques (ANIQUE) y Reloncavf (RELONC1 yRELONC2). con relaci6n de forma cercana a 0,60 y(J3 cercano a la horizontal, corresponden a un esta­do de esfuerzo de rumbo. La estaci6n de Hornopirén(HORNOPI), con R= 0,37, corresponde a un estadode esfuerzo de rumba extensivo.

En las laderas dei volcan cuaternario Apagado,estudiado por Alarc6n (1995), al oeste de Hornopi rényen el borde occidental de la Cordillera Principal, semidieron fallas inversas (estaci6n VOLCAN Ap.). Elestado de esfuerzo determinado es compresivo,entre radial y uniaxial y de direcci6n NNE-SSW.Aunque pertenezca geol6gicamente al intra-arco,este sitio produce una direcci6n de esfuerzo masbien de ante-arco, seguramente porque se en­cuentra en el limite de ambos dominios.

DISTRIBUCION DE LOS ESTADOS DE ESFUERZO

En los Andes dei sur de Chile, entre los 38 y42°30'8, los terrenos ne6genos y cuaternarios seencuentran afectados por una deformaci6n fragilpoco desarrollada, pero que abarca una gran exten­si6n. El analisis de la deformaci6n fragil registradaen la Depresi6n Central y a 10 largo de la ZFLOmuestra que existen dos eventos tect6nicos.

El evento plioceno se caracteriza por un estadode esfuerzo compresivo generalizado, registradoen las zonas de ante-arco y de intra-arco actuales(Fig. 12) representado por (J1 de direccci6n E-W, (J2

de direcci6n N-8, y (J3 vertical.Durante el Pleistoceno se observa una partici6n

de las direcciones principales de esfuerzo a escaladei margen continental con la ocurrencia coetaneade dos estados de esfuerzo diferentes (Fig. 13).

78 ESTADOS DE ESFUEAZO PLIOCENO y PLEISTOCENO EN COMPAESION y TAANSPAESION ..

ANIOUE

NI Nm

CABURGU

crI

__ 29 Fallas

N221° RELONC 1

RELONC 2 HORNOPI

FIG. 11. Diagramas delos datos delallas dei e­vento tect6ni­co pleistocenode la Cordi­liera Principalen la zona deestudio. Zonade intra-arco.

FIG. 12. Direcci6n de esluerzos dei Plioceno. Tantoen la Depresi6n Central, zona de ante-arco,como en la zona de intra-arco, a 10 largo dela ZFLO, el anàlisis de los tensores permitedeterminar un régimen tect6nico compresi­vo, con una direcci6n de cr" regional yconstante, cercana a E-W. Por Ialta debuenos afloramientos (vegetaci6n tupida yIalta de cami nos) se restringieron las obser­vaciones a la parte oriental de la Depresi6nCentral y a la Zona de Falla de Liquiiie­Olqui.

N

T

E

A 38'

G

A

N

c '---t---J 42', .

Orientaci6n deiesfuerzo compresivohorizontal maximoplioceno (0\)

~

Depresi6n Central

o km 150,

Q

Q:

a()

71'

1-'---.--, Rel1

Rel2

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« 73') )/ 1 R

7r/ u~ Quilal 1al lt

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75'1

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-42' 0

A. Lavenu y J. Cembrano 79

Régimen transpresivo

Régimen compresivo

38;;""

44'

40' -

42' -

41' -

60 km

.~.~ .

Lonquimay02-24-1989

39° -

c'

o

Estratovolcfm holoceno ­Estratovolcan pleistoceno

Fallas .__ ---Lineamiento

Arco volcanico71 '1

c•

t;1

~ 72'1

43'

44'

39'

40'

-N79°_ 41'

FIG. 13. Direccién de esfuerzos dei Pleistoceno. El analisis de los tensores de esfuerzos, tanto en la Depresion Central como en la

Cordillera principal, permite determinar dos tipos de regimenes tectonicos diferentes indicando una particion de las direccionesde esfuerzo. En la Depresi6n Central, zona de ante-arco, el régimen tecténico es compresivo con (J, horizontal de direccién N­

S a NNE-SSW y (J, vertical. En la Cordillera Principal, a 10 largo de la ZFLO, zona de intra-arco, el régimen tect6nico es

transpresivo con (J, horizontal de direccién NE-SW y cr, horizontal y perpendicular. El analisis de los mecanismos focales de los

sismos registrados en la regién dei volcan Lonquimay, después de la erupcién de diciembre de 1988, permite calcular un vectordeslizamiento (J, compatible con una direccién de compresion N20° similar a las direcciones dei paleoesfuerzo determinadas

en este trabajo.

80 ESTADOS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLEISTOCENO EN COMPRESI6N y TRANSPRESI6N ..

En la zona de ante-arco, el estado de esfuerzoes compresivo y <\ es de direcci6n N-S a NNE­SSW, (J2 es de direcci6n E-W, y (J3 es vertical.

En la zona de intra-arco, el estado de esfuerzoes de rumba compresivo (transpresi6n): (J, es dedirecci6n I\IE-SW, (J3 es de direcci6n NW-SE y (J2 esvertical.

La distribuci6n (0 partici6n) de las direccionesprincipales de esfuerzo a través dei margen activode la placa continental (Fig. 14) muestra que elrégimen tect6nico dei Pleistoceno es mas complejoque 10 descrito previamente por otros autores(Dewey y Lamb, 1992). Tampoco corresponde almodela general dei campo de esfuerzo E-W deter­minado numéricamente por Coblentz y Richardson(1996), en el cual se considera la posibilidad derotaciones cerca de los limites de placas, algo que,también, podria ocurrir aqui.

En cuanto a posibles rotaciones de bloques a 10

largo de la ZFLO, existen estudios previos depaleomagnetismo efectuados en diversos sitios deisur de Chi le, en rocas de edad comprendida entreel Paleozoico y el Terciario superior (Garcia et al.,1988; Beck, 1988; Beck et al., 1990; Cembrano etal., 1992; Rojas et al., 1994). Estos estudios prelimi­nares sugieren una rotaci6n horaria en rocas ubica­das al este de la ZFLO, 10 que es consistente concizalle dextral a 10 largo de la falla. Este bloquetendria escaso 0 nulo movimiento latitudinal conrelaci6n al crat6n sudamericano. Por otra parte, elbloque al oeste de la falla pudo haber sufrido un

N lO'

desplazamiento hacia el norte. Segun Sylvester(1988), diversos autores proponen rotaci6n de blo­ques basado en evidencia paleomagnética a 10

largo de grandes zonas de fa lias de rumbo (Rostein,1984; Ron y Eyal, 1985; Ron et al., 1986; Kissel etal., 1987). Otros, en cambio, han tenido dificultadespara comprender c6mo tales porciones de corteza,relativamente largas y estrechas, pueden mante­nerse tan rigidas durante la rotaci6n (Nelson yJones, 1987; Beck, 1989), considerando, ademas,que las evidencias geol6gicas de rotaci6n paleo­magnética no siempre son muy claras. Eso podriadeberse a que los modelos de rotaciones son muysimples y que no se sustentan - de manera indepen­diente - mediante observaciones geol6gicas deterreno.

Todavia es dificil correlacionar la deformaci6nactual (sismotect6nica) con la neotect6nica, por­que existen pocos datos de sismicidad superficial alsur de los 38°S. Sin embargo, cerca de la zona deestudio, en el extremo norte de la Falla Liquine­Ofqui, se registraron varios sismos después de laerupci6n dei volcan Lonquimay (38°22,5'S­71 °35,5'W), el 25 de diciembre de 1988. El meca­nismo focal calculado para el sismo dei 24 defebrero de 1989 (Dziewonski et al., 1990; Barrientosy Acevedo, 1992) corresponde a una falla dextralnorte-sur con una direcci6n de compresi6n (J 1N20°,que es compatible con la direcci6n dei paleo-es­fuerzo determinada en este trabajo.

FIG. 14. Bloque diagama ilustrando la

particion transcurrenle en con­

vergencia oblicua durante elCuaternario a la latitud de la

zona de estudio. A esta esca­la, no se toma en cuenta la

concavidad dei limite entre pla­

cas.

A. Lavenu y J. Cembrano

RELACIONES MORFO-ESTRUCTURALES ENTRE LA DEPRESION CENTRAL, EL ARCOVOLCANICO V LA ZONA DE FALLA L10UINE-OFOUI

81

Los limites geograficos norte y sur de la Depre­sion Central entre los 33 y 46°S corresponde a losmismos Ifmites norte y sur de la Zona Volcanica Surde los Andes (ZVSA). La Depresion Central y laCordillera Principal, en la cual se encuentra laZVSA, constituyen dos elementos paralelos entresi. El limite actual entre ambos elementos no co­rresponde a un lineamiento activo. La DepresionCentral no tiene actualmente las caracterfsticas deun 'graben' limitado por fallas rectilfneas y norma­les. En efecto, las mediciones de fallas a 10 largo deeste escarpe en rocas dei Terciario muestran, esen­cialmente, movimientos de rumba con direccionesde compresion sucesivas en el tiempo E-W y N-S.El 'graben' tendrfa su origen en el Neogeno, duranteel cual un episodio extensivo favorecio el desarrollodei 'graben' de la Depresion Central (Laugenie,1982; Cisternas y Frutos, 1994). En la zona deestudio, la deformacion mas reciente se concentra,esencialmente, en el intra-arco a 10 largo de laZFLO. Si en efecto hubo un contacta por falla activaentre la Depresion Central y la Cordillera Principal,esta fue antes dei Cuaternario. Alrededor de los36°S este limite esta marcado por fallas de direc-

cion N30°, en gradas escalonadas por el hundi­miento de las capas volcanicas dei Oligoceno­Mioceno (e.g., Formacion Colbun) que quedarondebajo dei relleno mas reciente de la DepresionCentral. En el resta de la Depresion Central, lamayorfa de las fallas medidas en ambos bordesson, también, fallas de rumbo. Las pocas fallasnormales observadas pueden explicarse como elresultado de un reajuste gravitacional a 10 largo delos bordes.

En cuanto a las relaciones entre el volcanismoReciente/Actual y la neotectonica, trabajos previos(Glazner, 1991; McCaffrey, 1992; Takada, 1994;Tobisch y Cruden, 1995; Tobisch et al., 1995) hantratado de mostrar como el emplazamiento deciertos tipos de magmatismo (e.g., presencia deconos volcanicos monogénicos) podria estar liga­do a diferentes regimenes tectonicos, 10 que tam­bién ha sido investigado en esta zona de Chile(Cembrano y Moreno, 1994; Lopez-Escobar et al.,1995; Arancibia et al., 1997; Cembrano et al., 1997;Lavenu y Cembrano, 1997; Lavenu et al., 1997;Lopez-Escobar et al., 1997).

PARTICION DE LA DEFORMACION

Esta comunmente reconocido que la particionde la deformacion ocurre en numerosos tipos deambientes tectonicos. En muchas fajas orogénicas,la deformacion esta particionada entre fa lias derumbo y fallas inversas. Para ciertos autores, laparticion se produce a nivel dei esfuerzo (Zoback etal., 1987; Rice, 1992; Zoback y Healy, 1992), mien­tras que para otros, se produce a nivel de la defor­macion (Oldow et al., 1990; Molnar, 1992) (cf. Tikoffy Teyssier, 1994 para mas explicaciones).

La transpresion puede ser descrita como unacombinacion de cizalle simple y cizalle puro, enfuncion de la orientacion de eje de deformacioninstantanea 0 esfuerzo (Fossen y Tikoff, 1993;Teyssier et al. 1995; Tikoff y Saint Blanquat, 1997).

A la latitud dei estudio (400S), el vector deconvergencia entre la placa Nazca (N79°) y la placaSudamericana a nivel de la costa chilena y/a de la

ZFLO (N100) es oblicuo (a un angulo de 68°) conrespecta al margen y se 10 considera constantedurante los ultimos 10 a 5 Ma, con una velocidadactual de 7,90 cm/a (DeMets et al., 1994; Tamaki,1999). En este marco, se deben considerar doscasos: el evento tectonico plioceno y el eventotectonico pleistoceno, siendo las direcciones deesfuerzo diferentes tante en el tiempo como en elespacio.

El analisis dei estado de esfuerzo dei eventoPlioceno muestran que el eje dei esfuerzo maximahorizontal tiene una direccion promedio N92° en lazona de ante-arco hasta la ZFLO. Segun Bellier ySébrier (1994), en Sumatra, la convergencia obli­cua tiene que ser mecanicamente acomodada porla subduccion, i- en compresion con una componenteperpendicular a la fosa y ii) en transpresion con unacomponente paralela a la fosa. Ademas, segun

82 ESTADOS DE ESFUERZO PLiOCENO y PLErSTOCENO EN COMPRESrON y TRANSPRESrON...

VELOCIDAD PERPENDICULAR40"5, AZIMUT fOSA =10·

VELOCIDAD TANGENCIAL40·S, AZIMUT FOSA =100

lisis dei estado de esfuerzo muestran que el eje deiesfuerzo maximo horizontal (cr

l) tiene una direccion

promedio N13° en la zona de ante-arco (zona deIfmite de placas en particular) y es casi paralelo alIfmite de placa de N1 0°. AI contrario, a 10 largo de laZFLO, la direccion principal de compresion tiene unpromedio de N42°.

La direccion de convergencia, similar durante elPlioceno y el Pleistoceno, no puede explicar elcambio de direccion de cr

l. En cambio, la velocidad

de convergencia, tante perpendicular como tangen­cial mente a la fosa, disminuyo a partir de 2 0 3 Ma(Engebretson et al., 1986; CD. Engebretson, co­municacion escrita, 1995) (Fig. 15) yeso puedeprovocar un cambio en la particion de los esfuerzos.

Segun McCaffrey (1992), la naturaleza de ladeformacion dei ante-arco podrfa explicarse por lageometrfa dei margen en relacion con la direccionde deslizamiento. En esta parte de los Andes deChile, existe un margen concavo hacia el océano.En este caso, el ante-arco debe sufrir un acortamien­to paralelo al arco, 10 que se comprueba con losdatos de este estudio. Lo contrario ocurre en Ecua­dor, donde el margen es nftidamente convexo haciael océano y donde se nota una extension N-Scuaternaria, paralela al arco (Dumont et al., 1997).

AI este dei arco volcanico, en Argentina, seobserva una deformacion cuaternaria con plieguesabiertos con vergencia hacia el este en el valleintramontano entre Cordillera Frontal y Precordillera,y fallas inversas con vergencia hacia el este consismicidad activa en la Precordillera (Kadinsky­Cade et al., 1985; Costa etal., 1997). En las SierrasPampeanas existe un acortamiento E-W de la cor­teza con vergencia hacia el oeste, a 10 largo defallas inversas norte-sur (Costa y Vita-Finzi, 1996).AI sur de los 35°S, después de una tectonicaneogena (Jordan y Allmendinger, 1986; Diraison etal., 1998), la sismicidad (Chinn e Isacks, 1983) y lasfallas activas no son descritas. Esta region corres­ponde a una zona donde terminan las SierrasPampeanas y la Zona Subandina y donde termina,también, la zona de subduccion plana (Fig. 1). LaCordillera Principal viene en contacta mas 0 menosdirecte con el bloque rigido que representa, enparte, el basamento de la plataforma de la Patagoniaargentina. De esta manera, parece ser que toda ladeformacion cuaternaria se restringe a las zonas deante-arco y sobretodo dei intra-arco.

1-

~H...-.~

dextralobllcuo 1

0..- r --Jslnestral

obllcuo f--1

rL

1- --......1

--...rI

Teyssier et al. (1995) en mismas condiciones deconvergencia oblicua existe una particion de ladeformacion con transpresion, en la cual la direc­cion dei esfuerzo maxima instantaneo (cr) bisectael angulo entre el vector de convergencia y laperpendicular al margen. En la zona de estudio, laconvergencia tiene una direccion N79°y la perpen­dicular al margen una direccion N1 00° 10 que dariauna direccion teorica de cr1 N89,5°, muy cercana ala direccion promedio N92° que resulta dei procesa­miento de los datos de terreno.

No ocurre 10 mismo en 10 que concierne alevento pleistoceno. Los datos de terreno y el ana-

FIG. 15. Velocidades deconvergencia, perpendiculary tangenciala la josa, calculadas por Engebretson a la latitud de 40Q5(comunicaci6n escrita, 1995, modificada). A partir de 50Ma, el sentido dei desplazamiento de la componentehorizontal de convergencia pasa de sinistral oblicuo adextral oblicuo. Alrededor de los 2 Ma, se nota unareducci6n drâstica de la velocidad de convergencia queexplicarla, en parte, la partici6n de la deformaci6n en laplaca conti nental.

60

40

cC 20:IiE 0~

-g -20"g -40a;> -60

-soo 10 20 30 40 50 60 70 SO 90 100

TIEMPO(Ma)

120_100...; 80::EE 60~4O"~ 20~ 0•> -20

-40-60-SO

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIEMPO(Ma)

A. Lavenu y J. Cembrano

CONCLUSIONES

83

El estudio de la deformaci6n fragil pliocena ypleistocena en las zonas de ante-arco e intra-arcoen los Andes dei sur de Chile entre los 38 y 42°30'Spermite concluir la existencia de una compleja geo­metrfa de los estados de esfuerzo regionales convariaciones significativas en el tiempo y en el espa­

cio. Dos episodios de deformaci6n fragil, caracteri­zados por fallas y/a microfallas debidas a cizallediscontinuo, se suceden durante la historia tect6nicapliocena-pleistocena de esta regi6n. Esos episo­dios son posteriores a la deformaci6n ductil de edadpliocena.

Durante el Plioceno, y anteriormente al Cuater­nario, ocurre un evento tect6nico compresivo, dedirecci6n E-W, el cual abarca toda la zona estudia-

da. Durante el Pleistoceno, el segundo eventotect6nico comprende dos estados de esfuerzo dife­rentes coetaneos: une de direcci6n N-S a NNE-SSWen la zona de ante-arco, otro NE-SW en la zona deintra-arco, a 10 largo de la ZFLO.

La compresi6n deI Plioceno, E-W, estaria direc­tamente ligada a un régimen de convergencia rapi­da y a un acoplamiento interplaca importante. Lacompresi6n dei Pleistoceno, particionada y de direc­ci6n N-S en el ante-arco, estaria ligada a un régi­men de convergencia mas lento con acoplamientomas débil que en el Plioceno, y podria tambiénexplicarse, en parte, por una geometrfa c6ncavadei margen en relaci6n allfmite de convergencia.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo forma parte de los resultados deiConvenio IRD-Departamento de Geologia de laUniversidad de Chile. Los autores agradecen, a losge61ogos C. Rodriguez y H. Moreno (Servicio Na­cional de Minerfa) y al Servicio Nacional de Geolo­

gia y Mineria por su ayuda en terreno. También,

desean expresar su agradecimiento a losevaluadores P. Cobbold (Université de Rennes) R.Charrier (Universidad de Chi le) y C.D. Reuther(Universitat Hamburg) y al editor de la RevistaGeol6gica de Chile (Dr. F. Hervé) por sus valiosascontribuciones y sugerencias.

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