Análisis de la placa Caribe a partir de modelos integrados de anomalías de campos potenciales
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Nuris Orihuela Guevara
2013-A
Se aborda en este trabajo la aplicación de los métodos potenciales para realizar la caracterización de las anomalías presentes en el Caribe con el objeto de aportar nueva información geocientífica que apoye en la compresión del origen y evolución de la placa Caribe. Sobre la base de la integración de los resultados se presenta una secuencia de evolución tectónica desde el Jurásico Medio hasta el Presente.
Del análisis de las anomalías gravimétricas de la sección central de la Zona de borde Sur de la placa Caribe, deriva la identificación de variaciones laterales de las napas tectónicas de la Serranía del Litoral, con extensión de este efecto en la Plataforma Centro Norte Costera y proyección en las Antillas de Sotavento. Estas variaciones laterales revelan que la zona fue sometida a importantes esfuerzos compresivos con componentes rotacionales durante el Cenozoico.
La caracterización de las anomalías magnéticas del Caribe Oriental permite establecer tres fuentes en el subsuelo de la región: las anomalías bandeadas de la corteza oceánica original, el efecto magnético de la cobertura LIP y las variaciones laterales de la isoterma de Curie. La identificación de cronos mesozoicos formados por esparcimiento en una cresta oceánica de baja velocidad permite proponer su afinidad con la Cresta Centro Atlántica y motiva la revisión de cronos en otras provincias interiores de la placa Caribe.
La revisión detallada de los perfiles magnéticos marinos disponibles para las provincias interiores de la placa Caribe lleva a la identificación de cronos mesozoicos desde el M23 hasta el M0 distribuidos entre el Elevado de Nicaragua Sur y la sección occidental de la Cuenca de Venezuela. La sección oriental de la Cuenca de Venezuela registra el 38% de CMQZ (Cretaceous Magnetic Quit Zone), el resto se encuentra en el subsuelo del Elevado de Aves y el Arco de las Antillas Menores. La secuencia de cronos exhibe una rotación de 53º respecto a los cronos equivalentes del Atlántico Central, rotación que se asocia, en la secuencia de evolución tectónica propuesta, a la combinación de esfuerzos por la apertura del Atlántico Sur y Ecuatorial.
La propuesta de evolución tectónica establece que el piso oceánico de la placa Caribe se forma por esparcimiento de la Cresta Centro Atlántica a partir del Jurásico Medio, la colisión de la dorsal oceánica contra la Plataforma Continental Suramericana deriva, por traslación, en la formación de horst(s) y graben(s) así como fallamiento transformante regional en la franja norte de Suramérica. La rotación horaria de la placa Suramericana y la actividad mantelar dentro del Caribe influye en la formación de arcos de isla en el Cretáceo. El reacomodo hemisférico de placas tectónicas ocurrido en el Eoceno, el inicio de la actividad expansiva en la Dorsal de Caimán y el levantamiento del Arco de las Antillas Menores crea, finalmente, las condiciones para la formación de la placa Caribe.
This study deals with the application of potential methods to characterize anomalies in the Caribbean in order to contribute new geoscientific information that helps explain the Caribbean Plate’s origin and evolution. Integration of results serves to propose a tectonic evolution sequence from Middle Jurassic to the present.
Analysis of gravimetric anomalies from the central segment of the southern Caribbean Plate margin zone suggests lateral variations of the Serranías del Litoral tectonic nappes, so as continuation of this behavior along the North-Central Coastal Platform and its projection upon the Leeward Antilles. Such lateral variations reveal that the region underwent significant compressive stress by continental rotation during the Cenozoic.
Characterization of Eastern Caribbean magnetic anomalies suggests the presence of three sources in the region’s subsurface: striped anomalies in the original oceanic crust, magnetic effect of LIP coverage and lateral variations of Curie isotherm. Identification of
Mesozoic chrons resulting from low-velocity oceanic ridge spreading leads to propose its affinity with the Central Atlantic Ridge and prompts the revision of chrons in other Caribbean Plate’s inner provinces.
Detailed analysis of available marine magnetic profiles of the Caribbean Plate’s inner provinces allows for identification of M23-M0 Mesozoic chrons distributed between the Southern Nicaraguan Rise and the Western Venezuelan Basin. The Eastern Venezuelan Basin shows 38% of CMQZ (Cretaceous Magnetic Quiet Zone) record, the rest being at the subsurface of the Aves Ridge and the Lesser Antilles Arc. The chron sequence shows a 53°-clockwise rotation with respect to the equivalent chrons from the Central Atlantic. In the proposed tectonic evolution sequence, this rotation movement is associated with the combination of efforts resulting from the Southern and Equatorial Atlantic openings.
The tectonic evolution proposed suggests the Caribbean Plate seafloor formation by spreading of the Central Atlantic Ridge since Middle Jurassic, collision of an oceanic ridge against the South American continental shelf resulting —by displacement— in the formation of horst(s) and graben(s), so as regional transform faults in northern South America. Clockwise rotation of the South American Plate and mantle activity in the inner Caribbean lead to the formation of island arcs in the Cretaceous. Hemispheric tectonic plate rearrangement in the Eocene, beginning of expansive activity in the Cayman Ridge and emergence of the Lesser Antilles Arc eventually creates the conditions for the formation of the Caribbean Plate.
Resumeniv Lista de tablasvii Lista de figurasviii Capítulo 1. Introducción
1.1Planteamiento del problema1
1.2Métodos potenciales en la placa Caribe2
1.2.1 Gravimetría5
1.2.2 Magnetometría7
1.3Referencias8
Capítulo 2. Deconvolución de datos gravimétricos en el segmento central
de la zona de borde sur de placa Caribe12
Resumen12
2.1Introducción y contexto tectónico12
2.2Contexto geológico13
2.3Estudios geofísicos previos18
2.4Deconvolución de Euler20
2.5Resultados22
2.6Análisis de resultados26
2.7Conclusiones28
2.8Referencias29
Capítulo 3. Caracterización de anomalías magnética del Caribe Oriental35
Resumen35
3.1Introducción35
3.2Contexto geológico36
3.3Datos geofísicos39
v
3.4Método42
3.5Isoterma de Curie y pluma de manto de Caribe Oriental44
3.6Perfiles de anomalías magnéticas46
3.7Análisis48
3.7.1 Fuentes de anomalías magnéticas48
3.7.2 Características de anomalías de longitud media49
3.7.3 Anomalías magnéticas bandeadas52
3.7.4 Anomalías bandeadas con baja influencia de la
Isoterma de Curie53
3.8Conclusiones55
3.9Referencias56
Capítulo 4. Anomalías magnéticas bandeadas del Caribe y evolución tectónica61
Resumen61
4.1Introducción62
4.2Contexto geológico62
4.3Datos69
4.4Método69
4.5Análisis de resultados80
4.5.1 Cronos Mesozoicos80
4.5.2 Fallas transformantes81
4.5.3 Rotación de Cronos82
4.5.4 CMQZ84
4.5.5 Velocidad de esparcimiento85
4.6Evolución tectónica86
4.7Conclusiones95
4.8Referencias95
Capítulo 5. Conclusiones generales102
Apéndice. Magnetic anomalies in the Eastern Caribbean104
vi
Tablas
Capítulo 1
Tabla 1.1 Propiedades físicas de provincias del interior de la placa Caribe4
Capítulo 2
Tabla 2.1.Geofísica de provincias del borde sur de la placa Caribe.19
Capítulo 4
Tabla 4.1. Levantamiento con identificación del NGDC vs. Provincias Geológicas
(www.ngdc.noaa.gov/mgg/dat/). 70
Tabla 4.2. Levantamientos con identificación del NGDC para provincias
(www.ngdc.noaa.gov/mgg/dat/) circundantes a la placa Caribe.71
Tabla 4.3 Distribución de levantamientos por grupo de perfiles.72
Tabla 4.4 Distribución de cronos por provincia geológica.77
Tabla 4.5 Posición geográfica de cronos mesozoicos y velocidad promedio de esparcimiento por perfil.79
Tabla 4.6 Comparación de velocidad de esparcimiento Caribe con los Océanos
Atlántico y Pacífico.81
Tabla 4.7 Coordenadas extremas de los segmentos de falla presentes en el
Caribe y la falla transformante equivalente en el Océano Atlántico.82
Tabla 4.8. Episodios tectónicos relevantes en la evolución de la región y
formación de la placa Caribe.94
vii
Fig. 1.1 Provincias y bordes tectónicos de la placa Caribe (Modificado de 3
Granja, 2009).
Fig. 1.2 Anomalías de gravedad derivada del modelo combinado EGM 2008
(Pavlis et.al., 2008).6
Fig. 1.3 Anomalías de campo magnético en la sección oriental de la placa Caribe,
modelo combinado NGDC720 (Maus et.al., 2010).8
Capítulo 2
Fig. 2.1 Zona de estudio destacando napas tectónicas y provincias de
interés (Modificado de Hackley et al. 2005).14
Fig. 2.2 Anomalías de Bouguer (Tomado de García, 2009).15
Fig. 2.3 Anomalias gravimétricas regionales (Tomado de García, 2009).15
Fig. 2.4 Localización e identificación de perfiles generados (Imagen de
fondo de Anomalía de Bouguer).22
Fig. 2.5 Solución de Euler sobre perfiles Oeste-Este en la región norcentral
de Venezuela.23
Fig. 2.6 Solución de Euler sobre perfiles Norte-Sur en la región norcentral
de Venezuela.24
Fig. 2.7 Máxima profundidad de contraste generado a partir de la deconvolución
de Euler en Anomalías de Bouguer.25
Fig. 2.8 Máxima profundidad de contraste generado a partir de la deconvolución
de Euler de la anomalías gravimétricas regionales.26
Capítulo 3
Fig. 3.1 Alineaciones magnéticas bandeadas (Modificado de Ghosh et al., 1984).36
Fig. 3.2 Anomalías de campo magnético en la sección oriental de la placa Caribe,
modelo combinado NGDC-720 (Maus, 2010).39
Fig. 3.3 Anomalías del campo magnético en la sección oriental de la placa Caribe
derivadas de la integración de levantamientos aéreos (USGS, 2002).41
Fig. 3.4 Componente regional del mapa aeromagnetico en la sección oriental de
la placa Caribe.42
Fig. 3.5 Isoterma de Curie del Caribe Oriental.44
viii
borde placa Caribe (CAR)-placa Suramericana (SUR), zona de baja velocidad entre Lat. 11 y 14 la línea punteada identifica la superficie de Curie (Modificado
de Miller, et al. 2009).45
Fig. 3.7 Variación lateral promedio entre los latitudes 10.5 y 12 de la zona de transición del manto, 410 a 660 km de profundidad (Tomado de Huang, et al.
2010).46
Fig. 3.8 Variación de velocidad de ondas de corte de la capa D» estimado a partir de un modelo de frecuencia finita, referencias GA: Punto caliente Galápagos,
RA: Ratón y BE: Bermuda (Tomado de Hung, et al. 2005).46
Fig. 3.9a Perfiles magnéticos en sección sur occidental de la Cuenca de Venezuela.47
Fig. 3.9b Perfiles magnéticos perpendiculares a las Antillas de Sotavento.48
Fig. 3.9c Perfiles magnéticos sobre la zona triangular.48
Fig. 3.10a Efecto magnético de la corteza bandeada.50
Fig. 3.10b Efecto magnético de la cobertura LIP.51
Fig. 3.10c Efecto magnético de la isoterma de Curie.51
Fig. 3.10d Efecto magnético integrado de las 3 fuentes.52
Fig. 3.11 En el nivel superior, comparación de la secuencia bandeada del perfil DSDP15GC (segmento punteado) con un perfil localizado en el Atlántico Norte (segmento continuo) entre 31º y 34º de latitud norte; en el nivel inferior modelo teórico de cronos mesozoicos del Atlántico Central (Modificado de Bird, et al.
2007).54
Capítulo 4
Fig.4.1 Provincias geológicas presentes en la placa Caribe (Nodificado de Granja,
2009).63
Fig.4.2 Localización de perfiles seleccionados, grupo 1, línea punteada, grupo
2, línea continua, grupo 3, línea discontinua.71
Fig. 4.3 Perfil magnético NE-SO, grupo 1, se destacan con flechas negras posición
de fallas.73
Fig. 4.4a Perfil Sur de anomalías magnéticas, grupo 2. Se identifican los cronos
Mesozoicos registrados, la totalidad del perfil se localiza en la Cuenca de Colombia. 74
ix
Fig. 4.4b Perfil Central de anomalías magnéticas, grupo 2. Se identifican los cronos Mesozoicos registrados, la posición del cruce de la falla transformante (línea punteada) y el segmento por provincia geológica según la identificación
de la Tabla 4.1.74
Fig. 4.4c Perfil Norte, anomalía magnética, grupo 2. Se identifican los cronos
Mesozoicos registrados y el segmento por provincia geológica según la
Tabla 4.1.75
Fig. 4.5 Perfil magnético, grupo 3, se destaca con flecha vertical el inicio de
CMQZ. 76
Fig. 4.6 Perfil magnético, grupo 4. Golfo de México con cronos simétricos
respecto a M23 y registro completo de JMQZ.76
Fig. 4.7 Perfil magnético, grupo 5, Dorsal de Caimán.77
Fig. 4.8a Perfil magnético, grupo 5, cronos Mesozoicos del Atlántico Central.78
Fig. 4.8b. Perfil magnético, grupo 5, Zona Quieta Jurásica (JMQZ) del Atlántico
Central.80
Fig. 4.9 Secuencia de cronos mesozoicos y fallas transformantes de la placa
Caribe.83
Fig. 4.10 Perfil magnético del CMQZ del Atlántico Central, se destaca con
flecha vertical el inicio de CMQZ.84
Fig. 4.11 Orientación de cronos del Atlántico Central.85
Fig. 4.12a Secuencia de evolución tectónica de la placa Caribe entre Jurásico
Medio y Eoceno (Jurásico Medio).86
Fig. 4.12b Secuencia de evolución tectónica de la placa Caribe entre Jurásico
Medio y Eoceno (Jurásico Tardío).87
Fig. 4.12c Secuencia de evolución tectónica de la placa Caribe entre Jurásico
Medio y Eoceno (Cretácico Temprano).89
Fig. 4.12d Secuencia de evolución tectónica de la placa Caribe entre Jurásico
Medio y Eoceno (Cretácico Tardío).90
Fig. 4.12e Secuencia de evolución tectónica de la placa Caribe entre Jurásico
Medio y Eoceno (Eoceno).92
Fig. 4.13 Magnitud y sentido de movimiento de placas tectónicas derivado de
mediciones con técnicas geodésicas (www.dgfi.badw.de).93
Los resultados de este estudio revelan que el piso oceánico de la Placa Caribe cuenta con registro magnético bandeado entre el Elevado de Nicaragua Sur y el Alto de Aves. La ausencia de registro bandeado en el Elevado de Nicaragua Norte apoya la asociación de esta provincia a corteza continental y al Escarpe de Pedro como límite físico entre ambos dominios.
El registro de cronos en provincias interiores del Caribe se encuentra entre M23 (150
Ma) en elElevado de Nicaragua Sur y CMQZ en la frontera entre la Cuenca de Venezuela y el Alto de Aves. Se registran dos fallas transformantes al Sur de la Cuenca de Venezuela, el desplazamiento asociado de los cronos es de 3º al Este. El crono más joven registrado en la Cuenca de Colombia es el M14, en la Cuenca de Venezuela es CMQZ.
La distribución de cronos revela que las edades son más jóvenes al Este y que la velocidad de esparcimiento de la dorsal asociada es de 1.8 cm/a, ambas condiciones avalan que la dorsal vinculada a la formación del piso oceánico Caribe es la Dorsal Centro Atlántica.
Además de las anomalías bandeadas, en el Caribe existen otras dos fuentes de anomalías magnéticas, la cobertura LIP y las variaciones laterales de la Isoterma de Curie. Esta última presenta una importante disminución en la sección oriental de la Cuenca de Venezuela lo que se interpreta como posible expresión de los que fue la zona de actividad mantelar asociada a la formación de la cobertura LIP y al cierre del brazo de esparcimiento que forma el Golfo de México.
La zona de borde sur de la Placa Caribe expresa compleja distribución de los campos potenciales, las anomalías gravimétricas revelan la deformación regional de las napas tectónicas presentes y las anomalías magnéticas revelan la rotación horaria de la secuencias de cronos al sur de la Cuenca de Venezuela. Ambas conductas son vinculadas a los esfuerzos tectónicos que afectaron la región en el Cenozoico y que derivan en la definitiva independencia del bloque litosferico del Caribe, se vincula esta etapa al reacomodo hemisférico de placas tectónicas ocurrido en el Eoceno.
El Caribe actuó como zona de borde entre las Placas Norteamericana y Suramericana hasta el Eoceno, esto implica que la complejizacion progresiva de la región con la cobertura LIP, la formación de arcos magmáticos, la presencia de fallas transformantes, no fue suficiente para garantizar el movimiento autónomo del bloque litiosferico, el cual no se alcanza hasta el Eoceno. Dos episodios son fundamentales para alcanzar esta autonomía, el inicio de la expansión de la Dorsal de Caimán y la formación del Arco de las Antillas Menores.
El patrón de deformación de la Región Caribe ha estado marcado desde el Cretáceo por la evolución de la Placa Suramericana, ello se mantiene hasta el Presente. La apertura del Atlántico Sur y Ecuatorial derivan en la rotación horaria de esta placa hasta alcanzar la posición actual, generando importantes esfuerzos compresivos sobre el Caribe, bajo estas condiciones, la presencia de la cobertura LIP y de la Plataforma de Bahamas generan las condiciones de borde necesarias para el levantamiento de los arcos magmáticos presentes en la región.
La caracterización geofísica de la Placa Caribe, pese a los grandes esfuerzos realizados las últimas seis décadas, requiere de nuevos trabajos que incorporen todas las técnicas prospectivas de la geofísica bajo esquemas multiciplinarios. De vital importancia serán las perforaciones en áreas que pueden ser bien seleccionadas a la luz de conocimiento actual de la región, así como, los estudios geoquímicos y geocronológicos.