Evolución del margen suroccidental del Cratón del Río de la Plata a partir de datos y modelos geofísicos
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Vazquez Lucero, Sebastián Emanuel
2023-A
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Resumen
Aunque las regiones cratónicas han sido reconocidas durante mucho tiempo como una parte importante de los procesos continentales, aún existe la necesidad de estudiar en detalle sus características estructurales y su relación con la génesis de las cuencas sedimentarias, la distribución de espesores sedimentarios, las fajas plegadas y corridas, etc., con la finalidad de comprender mejor los procesos geológicos.
El objetivo general de esta tesis es contribuir a un mejor conocimiento del estado termo-mecánico y la configuración estructural a escala litosférica, del margen suroccidental del Cratón del Río de la Plata. Los resultados obtenidos podrían ayudar a comprender mejor los procesos tectónicos, aún controversiales, que fueron responsables de la deformación del margen SO de Gondwana durante el Paleozoico Tardío y de la apertura del rift del Colorado en el Jurásico Tardío. Particularmente, la deformación y levantamiento de las Sierras Australes (Buenos Aires, Argentina) en el Pérmico Temprano, estaría estrechamente relacionada con la evolución del borde suroccidental del Cratón del Río de la Plata y su interacción con zonas de transferencia profundas de la corteza. Por lo tanto, es de vital importancia intentar localizar dichas estructuras debajo de la cuenca de Claromecó, las Sierras Australes y la cuenca del Colorado, ya que podrían haber jugado un papel importante en la evolución tectónica del área de estudio.
En esta tesis se han llevado a cabo estudios de anisotropía de susceptibilidad magnética, modelado gravimétrico, térmico y reológico en 3D y análisis geodinámico, utilizando un abordaje metodológico integrado.
Los estudios de anisotropía de susceptibilidad magnética se realizaron con el fin de contribuir al conocimiento de los diferentes eventos tectónicos que deformaron el basamento cristalino aflorante al S de la cuenca de Claromecó. Dichos estudios se complementaron con mediciones de foliaciones realizadas en el campo. Los resultados obtenidos brindaron nueva información muy valiosa para contrastar distintas hipótesis geodinámicas sobre la evolución de la zona de estudio, responsable de la deformación que afectó a los depósitos paleozoicos de la cuenca de Claromecó generando las Sierras Australes.
El modelado gravimétrico se realizó a partir de la construcción de modelos estructurales de densidad en 3D a escala litosférica, integrando distintos tipos de datos disponibles, como por ejemplo, información geológica, modelos globales de anomalías gravimétricas y batimétricos, datos de pozos (espesores y litologías), tomografías sísmicas (profundidad de Moho) y modelos de densidad 3D preexistentes de la cuenca del Colorado. A partir del modelado gravimétrico, se han construido modelos térmicos y reológicos en 3D obteniendo la distribución de temperaturas en la litosfera, así como también el estado reológico de la zona.
Pudo determinarse que la distribución de temperaturas está controlada principalmente por los espesores de la Corteza Continental Superior e Inferior.
A partir de los resultados del modelo de densidades, se propone una ubicación tentativa del límite suroccidental del Cratón del Río de la Plata y su posible relación tectónica con las zonas de transferencia identificadas en la plataforma continental hacia el S. Dicho límite coincidiría con el borde más septentrional de la cuenca del Colorado, y presenta características de debilidad en términos reológicos. Esto sugeriría que el rifting inicial de la cuenca del Colorado podría haber ocurrido a lo largo de este dominio débil.
Although cratonic regions have been recognized as an important part of continental processes, it is still necessary to study in detail their structural characteristics and their relationship with the genesis of sedimentary basins, the distribution of sedimentary thicknesses, the fold and thrust belts, etc., in order to better understand their geological processes.
The main goal of this thesis is to contribute to a better understanding of the thermo-mechanical state and the structural configuration on a lithospheric scale of the southwestern margin of the Río de la Plata Craton. The results obtained could help to better understand the tectonic processes, still controversial, that were responsible for the deformation of the southwestern margin of Gondwana during the Late Paleozoic. In particular, the deformation and uplift of the Sierras Australes (Buenos Aires, Argentina) in the Early Permian, would be closely related to the evolution of the southwestern edge of the Río de la Plata Craton and its interaction with deep crustal transfer zones. Therefore, it is pivotally important to identify these structures beneath the Claromecó basin, the Sierras Australes and the Colorado basin, since they could have played an important role in the tectonic evolution of the study area.
In this thesis, studies of anisotropy of magnetic susceptibility, 3D gravimetric, thermal and rheological modeling and geodynamic analysis have been carried out, using an integrated methodological approach.
Anisotropy of magnetic susceptibility studies were carried out in order to contribute to the knowledge of different tectonic events that deformed the outcropping crystalline basement southwards the Claromecó basin. These studies were complemented with foliation measurements obtained in the field. The obtained results provided new and highly valuable information to contrast different geodynamic hypotheses about the late Paleozoic – early Mesozoic evolution of the study area, responsible for the deformation that affected the Paleozoic deposits in the Claromecó basin, generating the Sierras Australes.
The gravimetric modeling was carried out from the construction of 3D density structural models on a lithospheric scale, integrating different types of available data, such as geological information, global models of bathymetry and gravimetric anomalies, well data (thicknesses and lithologies), seismic tomography (Moho depth), and pre-existing 3D density models of the Colorado basin. From gravimetric modeling, thermal and rheological models have been constructed in 3D, obtaining the temperature distribution within the lithosphere, as well as the rheological state of the area.
It could be determined that the temperature distribution is controlled mainly by the thicknesses of the upper and lower continental crust.
Based on the results of the density model, it was proposed a tentative location of the southwestern boundary of the Río de la Plata Craton and its possible tectonic relationship with the transfer zones identified on the continental shelf to the south. This limit would coincide with the northernmost edge of the Colorado basin, and presents characteristics of weakness in rheological terms. This would suggest that the initial rifting of the Colorado basin could have occurred along this weak domain.
RESUMEN 2
ABSTRACT 4
CAPÍTULO 1 – Introducción 10
1.1 Ubicación de la zona de estudio 10
1.2 Problemática de estudio, objetivos y flujo de trabajo 11
1.3 Estructura de la tesis 15
CAPÍTULO 2 – Antecedentes y Marco Geológico 17
2.1 Génesis de la cuenca de Claromecó y deformación de las Sierras Australes. 17
2.2 La cuenca de Claromecó 21
2.3 La cuenca del Colorado 27
CAPÍTULO 3 – Modelo de densidades 3D 31
3.1 Introducción 31
3.2 Metodología 31
3.3 Datos de Input 33
3.3.1 Datos offshore 33
3.3.2 Datos onshore 33
3.3.3 Datos de tomografía sísmica 34
3.3.4 Anomalías gravimétricas 36
3.3.5 Densidades 38
3.4 Modelo Inicial 39
3.5 Resultados 43
3.5.1 Relleno sedimentario 44
3.5.3 Moho 48
3.5.4 Densidad media de la corteza cristalina 48
CAPÍTULO 4 – Modelo térmico 3D 51
4.1 Introducción 51
4.2 Metodología 51
4.3 Resultados 56
CAPITULO 5 – Modelo reológico 3D 62
5.1 Introducción 62
5.2 Resultados 68
CAPÍTULO 6 – Interpretación de anomalías gravimétricas y magnetométricas 71
6.1 Introducción 71
6.2 Anomalías magnetométrica y gravimétrica 72
6.3 Fundamentos de los filtros 74
6.4 Deconvolución de Euler 76
6.5 Resultados 77
6.5.1 Anomalía gravimétrica 77
6.5.2 Anomalía magnetométrica 79
6.5.3 Anomalías residuales gravimétrica y magnetométrica 81
6.5.4 Deconvolución de Euler 3D 83
CAPÍTULO 7 – Anisotropía de Susceptibilidad Magnética (ASM) 87
7.1 Introducción 87
7.2 Metodología 87
7.2.1 Metodología trabajo de campo 91
7.2.2 Metodología en laboratorio 94
7.3 Geología de las localidades muestreadas 95
7.3.1 Sauce Chico Inlyer 95
7.3.2 Cerro San Mario 101
7.3.3 Granito Cerro Colorado (GCC) 102
7.3.4 Granito Agua Blanca (GAB) 104
7.3.5 Riolita La Ermita (RLE) 104
7.3.6 Riolita La Mascota (RLM) 105
7.4 Resultados 106
7.4.1 Granito Loma Mayer (GLME) 106
7.4.2 Riolita Cerro Pan de Azúcar (RCPA) – Sitio 1 109
7.4.3 Andesita Cerro Pan de Azúcar (ACPA) 110
7.4.4 Granito Cerro del Corral (GCDC) 115
7.4.5 Ignimbrita Cerro del Corral (ICDC) 118
7.4.6 Granito Cerro 21 de Septiembre (G21S) 121
7.4.7 Granito Cerro San Mario (GCSM) 124
7.4.8 Granito Cerro Colorado (GCC) 127
7.4.9 Granito Agua Blanca (GAB) 131
7.4.10 Riolita La Ermita (RLE) 134
7.4.11 Riolita La Mascota (RLM) 136
CAPÍTULO 8 – Discusión 140
8.1 Modelos 3D de escala litosférica 141
8.1.1 Zona norte de los modelos: cuenca de Claromecó y CRP 141
8.1.2 Zona sur de los modelos: zonas de transferencia de Colorado y Río Negro y cuenca del Colorado 143
8.1.3 Zona central de los modelos: Borde sur del CRP 146
8.1.4 Discusión general de los modelos 3D 150
8.2 Interpretación de anomalías gravimétricas y magnetométricas 151
8.3 Anisotropía de susceptibilidad magnética (ASM) 156
8.3.1 Consideraciones generales sobre los resultados de los estudios de ASM 156
8.3.2 Antecedentes de estudios de ASM en la región 157
8.3.3 Comparación de los resultados obtenidos con estudios de ASM previos en los sedimentos paleozoicos. 159
8.3.4 Interpretación de los resultados obtenidos de los estudios de ASM en el basamento cristalino 160
8.4 Discusión general 166
CAPÍTULO 9 – Conclusiones 168
ANEXO 171
A.1 Análisis de sensibilidad de los modelos termo-mecánicos 171
A.1.1 Modelo Térmico 3D 171
A.1.2 Modelo reológico 3D 172
A.2 Propiedades de la fábrica magnética a partir de mediciones de laboratorio (ASM) 176
Agradecimientos 184
REFERENCIAS 189
• El modelo de densidades 3D proporciona nuevos conocimientos sobre la configuración litosférica de las cuencas de Claromecó y Colorado.
• Se han generado, a partir del modelo de densidades, nuevos mapas de espesores sedimentarios, de la geometría y espesor cortical (Corteza Continental Superior e Inferior), y de la densidad cortical promedio.
• Los máximos espesores (~ 12km) obtenidos para el relleno de la cuenca de Claromecó son similares a los reportados en trabajos anteriores (Kostadinoff y Prozzi 1998; Introcaso et al. 2008; Ruíz e Introcaso 2011; Prezzi et al. 2013, 2018).
• Se identificó la posible presencia del umbral de Trenque Lauquen al NO del área modelada (Kostadinoff 2007), a partir de la profundización del tope de la Corteza Continental Superior.
• Los resultados del modelo de densidad 3D sugieren la existencia de un alto de basamento con baja densidad promedio, orientado E-O, entre las cuencas de Claromecó y Colorado. Se interpretó a esta estructura como el borde sur del CRP.
• Se observaron dos sectores elongados con alta densidad promedio y orientaciones divergentes en la Corteza Continental Inferior debajo de la cuenca del Colorado. Estos lineamientos corresponden a las zonas de transferencia pre-mesozoicas de Colorado y Río Negro (e.g. Franke et al. 2006, 2007; Dominguez et al. 2011; Autin et al. 2013).
• Se propone que podría haber existido una reactivación transpresiva/transtensiva de las zonas de transferencia y el borde sur del CRP durante la orogenia Gondwánica, que podría haber controlado, al menos en parte, la deformación y el levantamiento de las Sierras Australes.
• Se observó que hay entrampamiento de calor debajo de los principales depocentros sedimentarios debido a un efecto de “blanketing”, detectándose las temperaturas más bajas donde la conductividad térmica es mayor. Esta distribución de temperaturas está asociada al efecto chimenea de la Corteza Continental Superior con respecto al relleno sedimentario de baja conductividad térmica. Lo mismo ocurre a profundidades mayores, donde la Corteza Continental Inferior máfica presenta elevada conductividad térmica, mientras la Corteza Continental Superior posee menor conductividad.
• Las mayores temperaturas en la corteza cristalina corresponden a zonas donde la Corteza Continental Superior es más espesa, ya que, cuanto mayor es el espesor cortical, mayor es la producción de calor radiogénico.
• La reología en el área modelada está controlada principalmente por: (i) la distribución de temperatura; (ii) la composición, es decir, los tipos reológicos asignados a las unidades Corteza Continental Superior e Inferior, y (iii) las variaciones de espesor de la Corteza Continental Superior e Inferior.
• Los modelos realizados en el análisis de sensibilidad asignando diferentes tipos reológicos para la Corteza Continental Inferior no mostraron variaciones significativas en sus resultados (ver Apéndice).
• Los modelos reológicos realizados indican que el borde sur del CRP es el dominio reológicamente más débil a escala litosférica. Esta zona cortical coincide geográficamente con una faja débil auto-lubricada de escala litosférica orientada E-O, sugerida previamente por Vizán et al. (2017).
• El límite S del dominio reológicamente débil modelado coincide perfectamente con el borde N de la cuenca del Colorado. Considerando que las cuencas de rift son comúnmente asociadas a dominios litosféricos reológicamente débiles, se propone que el borde sur del CRP habría jugado un rol fundamental durante la apertura del rifting del Colorado.
• Mediante la aplicación de filtros y Deconvolución de Euler se identificaron estructuras que permitieron corroborar los resultados de los modelos 3D, así como obtener nueva información relacionada a la zona de cizalla de Ventana (Fig. 8.1) y a estructuras con orientación NE-SO en el sistema de Tandilia. Se han detectado cuatro grandes grupos de estructuras:
1. El borde sur del CRP.
2. Las zonas de transferencia de Río Negro y Colorado.
3. La zona de cizalla de Ventana.
4. Estructuras someras con orientación NE-SO en el sistema de Tandilia.
• El estudio de la ASM de las rocas del basamento cristalino ha permitido proponer dos posibles explicaciones para la orientación de sus planos de foliación magnética:
1. Que el desarrollo de los mismos se encuentre asociado a eventos tectónicos: la orogenia Brasiliana durante el Precámbrico (azimuts N-S); la orogenia Gondwánica en el Pérmico (azimuts ~300° a 330°) o bien una sobre imposición de ambos eventos (azimuts ~330° a 350°).
2. Que la variación en su orientación se deba a la ocurrencia de rotaciones diferenciales de bloques y/o dominios corticales, asociadas a una zona de debilidad litosférica regional.
• La coincidencia del borde sur del CRP con una faja débil auto-lubricada, de escala litosférica y regional, podría haber producido movimientos y desplazamientos laterales entre los dominios rígidos de Gondwana (Vizán et al. 2017), generando rotaciones diferenciales de bloques. Esto apoya la segunda explicación propuesta para los resultados del estudio de ASM.