Estudio gravi-magnetométrico en el Macizo Norpatagónico
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Federico Lince Klinger
2011-A
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Diferentes hipótesis respecto a la evolución geotectónica y a la posición relativa de la Patagonia respecto de América del Sur durante el intervalo Paleozoico tardío – Mesozoico temprano dieron origen a estudios gravi-magnetométricos realizados al suroeste del macizo Norpatagónico en la fosa de Gastre y al noreste de la Patagonia en el Complejo Plutónico Navarrete. Estos estudios formaron parte de un proyecto multidiciplinario ejecutado entre el INGEODAV de la UBA y el IGSV (Instituto Geofísico Sismológico Volponi) perteneciente a la UNSJ. En el macizo Norpatagónico (39°- 44°) sur, fueron relevados datos gravimétricos, magnéticos y topográficos durante cuatro campañas. Estos sumados a las bases de datos del IFIR (Instituto de Física de Rosario) y al IGSV fueron procesados para construir mapas de anomalías gravimétricas. Mediante técnicas simples de separación de anomalías gravimétricas como el método de superficie de tendencias y otros más complejos, que utilizan la transformada rápida de Fourier (FFT), prolongación ascendente de campo potencial y filtro Butterworth pasa bajo se obtuvieron las anomalías gravimétricas que responden a las estructuras regionales. Luego, éstas fueron descontadas del mapa de anomalía de Bouguer para obtener las anomalías residuales en dos áreas ubicadas en el borde suroeste (Gastre) y en el borde noreste (Valcheta) del macizo Norpatagónico.
Los mínimos gravimétricos residuales en la fosa de Gastre están asociados a depocentros del tipo grabens, flanquedos por valores gravimétricos positivos vinculados con lineamientos identificados en superficie y asociados a la tectónica dominante en la región. Estos mínimos se corresponden con los mínimos magnéticos identificados en el mapa de anomalías magnéticas. La profundidad al basamento cristalino en la fosa de Gastre, se cuantificó mediante la aplicación de métodos frecuenciales 2D, deconvolución de Euler localizado y modelos de densidad, que la seccionan transversalmente. Estos modelos fueron construidos considerando un registro de densidad en un pozo exploratorio ubicado al sureste del área de estudio. Modelos de densidad construidos a partir de secciones sísmicas localizadas en el depocentro de Gorro Frigio convalidan las densidades de los modelos gravimétricos en esta área. Los resultados arrojados por las distintas técnicas, en la fosa de Gastre son consistentes entre sí. Encontrándose que la profundidad máxima al techo del basamento sería de 3,6 km aproximadamente.
En la región noreste del macizo Norpatagónico, que abarca los afloramientos graníticos del Complejo Plutónico Navarrete, las anomalías negativas en el mapa residual de Bouguer reproducen el cambio lateral de densidad entre lo que sería el basamento de edad proterozoica tardía a cámbrica y las unidades litológicas de edad mesozoica. Las soluciones de la señal analítica junto a las variaciones en la curva del gradiente horizontal de la gravedad, obtenidas a lo largo de un perfil transversal a los afloramientos del Complejo Plutónico Navarrete, evidencian contactos entre el cuerpo intrusivo y la roca de caja de diferente densidad. Sobre este perfil se obtiene un modelo gravimétrico 2D ajustado con datos de densidad de rocas en superficie. Sobre el afloramiento del Complejo Yaminué existe un máximo gravimétrico que no se corresponde con su densidad en superficie. Esto es una nueva evidencia que prueba que el mismo es una serie de intrusiones y escamas tectónicas delgadas subhorizontales y que su espesor es probablemente de poca magnitud. Por otro lado el Plutón Navarrete muestra mayor desarrollo en su tamaño y profundidad hacia el este del arroyo Treneta. Ambos campos potenciales, magnético y gravimétrico se ligaron mediante la relación de Poisson para determinar el grado de concordancia existente entre los afloramientos oriental y occidental del Complejo Plutónico Navarrete. Para ello fue necesario realizar el mapa de gradiente vertical de gravedad, el que se comparó con el mapa de anomalías magnéticas residuales reducidas al polo, manifestándose un notorio cambio de polaridad entre ambos campos potenciales. Este cambio de polaridad muestra que estos cuerpos plutónicos podrían haber sido emplazados en distintos tiempos geológicos. Los resultados son consistentes con los valores de susceptibilidad magnética de la región. Por último el modelo gravimétrico indica diferentes procesos evolutivos para estos cuerpos intrusivos corroborando estudios de magnetofábrica realizados en ambos plutónes.
Luego, se tomó la región ampliada (39º – 44º Sur), se calcularon modelos de la discontinuidad corteza-manto en el sentido de Airy, flexión elástica, e inversión: por prolongación ascendente y por filtro Butterworth pasa bajo. Fueron comparados todos los modelos obtenidos con diferentes técnicas.
Finalmente, se modeló un perfil que atraviesa el macizo del Deseado, el macizo Norpatagónico y el Cratón del Río de la Plata. En él se volcaron e integraron todas las evidencias geológicas y geofísicas recopiladas hasta el momento. Encontrando variaciones de espesor cortical vinculados a dos importantes gradientes al norte y al suroeste del macizo Norpatagónico.
Different hypothesis towards geotectonic evolution and the relative position of Patagonia on South America during the late Paleozoic – early Mesozoic interval gave origin to gravi-magnetometric studies. Said studies occurred southwest to the North Patagonian massif in the Gastre trough and north east the Patagonia in the Navarrete Plutonic Complex. These studies were part of a multidisciplinary project done between UBA’s INGEODAV and IGSV (Instituto Geofísico Sismológico Volponi) UNSJ. In the North Patagonian massif (39° – 44°) South, gravimetric, magnetic and topographic data were revealed during four campaigns. These data, added to the data base of IFIR (Instituto de Física de Rosario) and the ISGV data base, were processed to make maps of gravimetric anomalies. The gravimetric anomalies responding to regional structures were obtained using simple gravimetric anomalies separation techniques such as tendency surface method and others more complex which use Fourier rapid transformation (FFT -Spanish acronym), potential field ascending prolongation and Butterworth underneath filter. Later, these techniques were taken off from the Bouguer anomaly letter to obtain residual anomalies in two areas located to the Southwest edge (Gastre) and the Northeast edge (Valcheta) of the North Patagonian massif.
The minimum residual gravimetric in Gastre trough are associated to depocenters graben type, flanked by positive gravimetric values linked to guidelines identified in surface and associated to the dominant tectonic in the region. Said minimums are linked to the magnetic identified in the magnetic anomalies map. The crystalline basement depth in Gastre trough was quantified through the application of 2D frequencial methods, Euler located deconvulsionand density models which transversely dissect the trough. These models were made taking into consideration a density record in an explorative pit located Southeast the study area. Density models made through seismic sessions located at the Gorro Frigio depocenter validate the density of the gravimetric models in said area. The results obtained by the different techniques at Gastre trough are consistent with each other. The maximum depth up to the basement roof would reach 3.6km approximately.
In the Northeast area of the North Patagonian massif, which covers the granitic outcrops in Navarrete Plutonic Complex; the negative anomalies in the Bouguer residual letter reproduce the density lateral shift between what would be the late Proterozoic to Cambrian ages and the lithological units from the Mesozoic age. The solutions to the analytical signal along with the gravity horizontal gradient curve obtained from a profile transversal to the outcrops of the Navarrete Plutonic Complex show link between the intrusive body and the different density box rock. About this profile a 2D gravimetric model, adjusted to surface rocks density data, is obtained. A maximum gravimetric exists over the Yaminué Complex; said gravimetric does not correspond to the complex density. This is new evidence which proves that said gravimetric is a series of intrusions and thin sub-horizontal tectonic scales, and that its thickness is probably of low magnitude. On the other hand, the Navarrete Pluton shows a mayor size and depth development towards Treneta stream. Both potential fields, magnetic and gravimetric were linked through the relation of Poisson to determine the concordance degree between eastern and western outcrops at Navarrete Plutonic Complex. In order to do this it was necessary to make a gravity vertical gradient map which was compared to the residual magnetic anomalies map. The latter were reduced to pole indicating a remarkable shift of polarities between both potential fields. This polarity shift shows that these plutonic bodies may have been emplaced in different geological times. The results are consistent with the region magnetic sensitivity values. Finally, the gravimetric model shows different evolutionary processes for these intrusive bodies corroborating magneto fabric studies made in both plutons.
Later, the enlarged region was taken (39° – 44° South), crustal-mantle discontinuity models were calculated in the Airy sense, elastic flexion and inversion: by ascending prolongation and by Butterworth underneath filter. All models obtained were compared using different techniques.
Finally, a profile was created; it goes through the Deseado massif, the North Patagonian massif and the Rio de la Plata Craton. All the geological and geophysical evidence collected so far were included on said profile. Cortical thickness variations linked to two important gradients to the North and Southwest of the North Patagonian massif were found.
ABSTRACT_________________________________________________________________ 1
RESUMEN__________________________________________________________________4
CAPÍTULO 1
1.1) MACIZO NORPATAGÓNICO _______________________________________________ 7
1.2) ANTECEDENTES GEOFÍSICOS ____________________________________________11
1.3) TRABAJO DE CAMPAÑA _______________________________________________13
1.3.1) Mediciones gravimétricas _________________________________________13
1.3.2) Mediciones altimétricas __________________________________________ 14
1.3.3) Mediciones magnetométricas______________________________________15
1.4) ANOMALÍAS GRAVIMÉTRICAS__________________________________________ 17
1.4.1) Correcciones gravimétricas_________________________________________18
1.4.1.1) Corrección de aire libre______________________________________18
1.4.1.2) Corrección de Bouguer ______________________________________19
1.4.1.3) Corrección Topográfica ______________________________________19
1.4.1.4) Corrección por curvatura terrestre_____________________________ 22
1.5) CÁLCULO DE ANOMALÍAS GRAVIMÉTRICAS________________________________22
CAPÍTULO 2
2.1) SEPARACIÓN DE ANOMALÍAS GRAVIMÉTRICAS_____________________________ 25
2.2) MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE ANOMALÍAS GRAVIMÉTRICAS_________________ 25
2.2.1) Superficies de tendencia__________________________________________25
2.2.2) Prolongación ascendente del campo potencial ________________________ 29
2.2.3) Método espectral ________________________________________________33
2.2.3.1) Método espectral radial_______________________________________34
2.2.3.2) Filtro pasa bajo _____________________________________________ 36
2.3) INTERPRETACIÓN ANOMALÍA RESIDUAL__________________________________ 41
CAPÍTULO 3
3-1 FOSA DE GASTRE______________________________________________________47
3-2 ANTECEDENTES GEOLÓGICOS___________________________________________ 50
3.2.1) Unidades Litológicas_____________________________________________ 51
3.3) ANTECEDENTES GEOFÍSICOS ___________________________________________ 53
3.3.1) Magnetometría_________________________________________________53
3.3.2) Gravimetría____________________________________________________ 55
3.3.3) Prospección Sísmica _____________________________________________ 56
3.4) PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA EN LA FOSA DE GASTRE_____________________ 58
3.4.1) Cálculo de la anomalías de Bouguer completa_________________________58
3.4.2) Determinación de la anomalía residual de Bouguer____________________ 61
3.4.3) Análisis de densidad _____________________________________________ 64
3.4.3.1) Densidad de sondeo de pozo__________________________________65
3.4.4) Profundidad del basamento en la Fosa de Gastre________________________68
3.4.4.1) Método de Deconvolución de Euler localizado____________________ 68
3.4.4.2) Método Frecuencial_________________________________________71
3.4.4.3) Modelado gravimétrico 2D___________________________________ 71
CAPÍTULO 4
4.1) VALCHETA__________________________________________________________ 77
4.2) GEOLOGÍA __________________________________________________________78
4.2.1) Unidades Litológicas_______________________________________________80
4.3) ESTUDIO GRAVIMAGNETOMÉTRICO _____________________________________81
4.3.1) Mapa de anomalías de Bouguer____________________________________81
4.3.2) Mapa de anomalías de Bouguer residual____________________________ 83
4.3.2.1) Determinación de densidades________________________________ 84
4.3.3) Interpretación de anomalías gravimétricas__________________________ 85
4.3.4) Mapa de anomalías magnéticas___________________________________ 87
4.3.5) Anomalías magnéticas reducidas al polo_____________________________88
4.3.6) Relación de Poisson_____________________________________________ 89
4.4) DETERMINACIÓN DE LA GEOMETRÍA Y PROFUNDIDAD DE CPN________________93
4.4.1) Señal Analítica___________________________________________________ 93
4.4.2) Modelo de densidad_______________________________________________95
4.5) RESULTADOS ________________________________________________________97
CAPÍTULO 5
5.1) MODELO DE DENSIDAD REGIONAL ______________________________________99
5.2) GRADIENTE HORIZONTAL (DIRECCIONADO) DEL MAPADE AB_________________ 99
5.3) MODELOS DE LA DISCONTINUIDAD CORTEZA-MANTO_______________________105
5.3.1) Modelos de Moho Isostático_______________________________________108
5.3.1.2) Modelos isostáticos de compensación local______________________ 109
5.3.1.2.1) Hipótesis de Airy______________________________________109
5.3.1.2.2) Hipótesis de Pratt_____________________________________111
5.3.1.3) Modelos de compensación regional (modelo flexural)_______________113
5.3.2) Moho por Inversión gravimétrica___________________________________ 116
5.4) MODELO REGIONAL DE DENSIDAD_______________________________________122
CAPÍTULO 6
6.1) CONCLUSIONES___________________________________________________130
BIBLIOGRAFÍA _____________________________________________________________ 133
•La densificación de mediciones gravimétricas sobre el área de Gastre, permitió obtener mayor detalle de las anomalías. En el mapa de anomalías residual de Bouguer se individualizan debajo de la cobertura sedimentaria una serie de bloques elevados y hundidos en la Fosa de Gastre vinculados con lineamientos identificados en superficie.
La profundidad y geometría de la fosa de Gastre ha sido materializada por tres modelos de densidad construidos a partir de la información de datos de densidad de pozo y secciones sísmicas desde el área de Gorro Frigio al sur del área. Las profundidades en el Bajo de Gastre obtenidas con el modelo de densidad, el método de deconvolución de Euler localizado y el método Frecuencial (consistentes entre sí) alcanzarían los 3,6 km al basamento paleozoico.
•En el área de Valcheta, las anomalías residuales de Bouguer podrían interpretarse como indicadoras de la presencia de dos áreas con exposición de niveles estructurales diferentes, sobre el Complejo Yaminué (al oeste) y en las inmediaciones de la localidad de Valcheta (al este), separadas por un área de niveles más someros, al sur de Nahuel Niyeu (sector central). Este rasgo podría relacionarse a una deformación frágil de carácter extensional durante el Mesozoico temprano que hubiese producido una estructuración en bloques. Estudios que involucran la relación de Poisson, realizados en las rocas del Complejo Plutónico Navarrete muestran un cambio en el signo de Jz/σ indicando significativas diferencias entre las rocas aflorantes en ambos lados del arroyo Treneta. El gradiente horizontal de la gravedad y las soluciones de la señal analítica muestran la presencia de una gran discontinuidad (falla estructural) central coincidente en superficie con el arroyo Treneta y los contactos entre las diferentes litologías. El modelo de densidad 2D sugiere que los niveles estructurales expuestos en inmediaciones del Complejo Plutónico Navarrete occidental y oriental son significativamente distintos, siendo más somero el occidental que el oriental. El complejo Yaminué tendría un escaso desarrollo en profundidad, consistente con interpretaciones geológico-estructurales que sugieren que se trata de una o más láminas de corrimiento emplazadas tectónicamente.
•El estudio de la corteza del macizo Norpatagónico mediante la integración de datos geológicos y geofísicos ha permitido conocer la geometría en detalle de la Fosa de Gastre del Plutón Navarrete y de la parte central del macizo Norpatagónico, éste último, mediante modelos de inversión 3D y un modelo regional de densidad 2D.
•Se identificaron once sectores en el mapa de anomalías de Bouguer, mediante el cálculo del máximo gradiente horizontal. Éstos han sido asociados con estructuras geológicas emplazadas en corteza. Los máximos gravimétricos están vinculados a altos de basamento aflorantes en superficie y los mínimos gravimétricos a cuencas sedimentarias y depresiones.
•Se aplicaron varios métodos de separación de anomalías gravimétricas el más efectivo resultó ser el filtro Butterworth pasa bajo de orden superior a 8. En su respuesta predominan los efectos de larga longitud de onda, propios de la deflexión de 40 km en la discontinuidad corteza – manto para el macizo Norpatagónico
•En el mapa de anomalía residual de Bouguer, se aprecian con mayor detalle estructuras geológicas de dominio cortical. La diferencia más sobresaliente entre el mapa de anomalía de Bouguer y su residuo es sin dudas el mínimo central que se extiende desde Gastre hasta el este de Telsen y es asociado con el depocentro Gan Gan – Gastre. Éste representaría el depocentro de mayor desarrollo areal de la cuenca de Cañadón Asfalto. Otro rasgo para destacar es el alto gravimétrico (Ramos Mexía – Maquinchao) que secciona a la cuenca de Cañadón asfalto representando el borde norte del depocentro Gan Gan – Gastre.
•El moho hidrostático construido bajo la hipótesis de Airy es una imagen especular de la topografía a diferencia de las discontinuidades corteza – manto obtenidas por inversión gravimétrica, las cuales muestran estructuras de larga longitud de onda en acuerdo con un moho con comportamiento flexural. A partir del análisis flexural 2D se observó que el espesor elástico equivalente debe ser superior a 30.
•Finalmente, trazamos un perfil que cruza las discontinuidades geológicas más importantes en la Patagonia, como lo son: el Macizo del Deseado, el arco magmático occidental, el Macizo Norpatagónico, el arco magmático norte y continúa hasta el Cratón del Río de la Plata. Este perfil fue modelado gravimétricamente, sobre la base geológica existente, mapeos, dataciones de rocas, etc., la cual se vinculó con la escasa información geofísica existente: densidades obtenidas a partir de muestras de mano en las áreas de Gastre y Valcheta, sondeo de pozo y líneas sísmicas al sur de Gastre. En suma es un modelo que responde adecuadamente a hipotéticas zonas de suturas debido a los fuertes cambios en la señal del campo potencial en ambos bordes, principalmente al norte, del macizo Norpatagónico. Estos cambios de largas longitudes de ondas han sido interpretadas como diferentes espesores corticales, mientas que las anomalías gravimétricas de mediana a corta longitud de onda, dentro del macizo, se vinculan fundamentalmente a los depocentros de Gorro Frigio y Gan Gan – Gastre. Las anomalías modeladas, considerando un contraste de densidad de -0,2 g/cm3, indicarían profundidades al basamento paleozoico en el depocentro de Gan Gan – Gastre de 3,7 km.