Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Estado térmico-reológico de los Andes centrales y su relación con los procesos de deformación activos |
| Título alternativo: | The thermal and rheological state of the Central Andes and its relationship to active deformation processes |
| Autor: | Ibarra, Federico |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la Web: | 2023-11-09 |
| Fecha de defensa: | 2021-03-25 |
| Fecha en portada: | 2021 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Geológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Geología |
| Director: | Prezzi, Claudia Beatriz |
| Consejero: | Geuna, Silvana Evangelina |
| Jurado: | Brune, Sascha; Tocho, Claudia Noemí; Rapalini, Augusto E. |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | ANDES CENTRALES; MODELADO TERMICO; MODELADO REOLOGICO; DEFORMACIONCENTRAL ANDES; THERMAL MODELLING; RHEOLOGICAL MODELLING; DEFORMATION |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7377_Ibarra |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7377_Ibarra.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7377_Ibarra |
| Ubicación: | GEO 007377 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Ibarra, Federico. (2021). Estado térmico-reológico de los Andes centrales y su relación con los procesos de deformación activos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7377_Ibarra |
Resumen:
La región de los Andes Centrales en Sudamérica presenta un complejo y heterogéneo sistema de deformación. La actividad sísmica registrada y las estructuras neotectónicas mapeadas indican que la deformación de intraplaca se ubica principalmente sobre los márgenes del orógeno, en las zonas de transición hacia el retroarco y el antearco. Por otro lado, las regiones con deformación activa en el antepaís exhiben estilos de deformación característicos que varían a lo largo del rumbo, así como distintivas distribuciones de sismicidad en profundidad. De norte a sur, se observa una progresión en el estilo de deformación de piel fina a piel gruesa y un incremento del espesor de la capa sismogénica. En base a observaciones geológicas y geofísicas, las causas generalmente invocadas para explicar el carácter heterogéneo de la región son los cambios en el espesor y composición de los sedimentos, la presencia de estructuras heredadas y los cambios en el ángulo de subducción de la placa de Nazca. Sin embargo, no existe aún ningún estudio comprensivo sobre la relación entre la composición litosférica de los Andes Centrales, su estado reológico y los procesos de deformación observados. Consecuentemente, el objetivo principal de esta tesis es explorar la existencia de una posible correlación entre el estado físico de la litosfera en la región y la ubicación de la deformación activa. El estudio de la composición litosférica mediante la integración de datos independientes constituye una base fundamental para la determinación del estado térmico y reológico de los Andes Centrales, los que a su vez establecen nuevas herramientas para entender los complejos procesos de deformación de la región. En esta línea, el flujo de trabajo principal de la tesis consiste en la construcción de un modelo gravimétrico tridimensional de la litosfera andina basado en datos, seguido de la simulación del campo termal conductivo en estado estacionario y el cálculo de la distribución de resistencia a la deformación permanente de las rocas. Adicionalmente, la respuesta dinámica del sistema orógeno-cuenca de antepaís a compresión de intraplaca es evaluada mediante el desarrollo de un modelo geodinámico. Los resultados de los modelos sugieren que la composición litosférica heterogénea y heredada controla el estado térmico-reológico actual de los Andes Centrales, que a su vez influye en la ubicación y estilo de los procesos de deformación activos. La mayor parte de la actividad sísmica y las estructuras neotectónicas se encuentran espacialmente asociadas a regiones que presentan alto gradiente de resistencia integrada, en las zonas de transición de la litosfera félsica y débil en el orógeno, hacia la litosfera más máfica y resistente en el retroarco y antearco. Asimismo, los resultados de la simulación dinámica muestran una marcada localización de los segundos invariantes de la tasa de deformación deviatórica a lo largo de las mismas regiones, sugiriendo que el acortamiento es acomodado en zonas de transición entre dominios débiles y resistentes. La distribución vertical de la actividad sísmica parece también estar influenciada por el estado térmico-reológico de la litosfera. La profundidad a la que la frecuencia de hipocentros comienza a disminuir en las distintas unidades morfoestructurales presenta una correlación con la posición de las transiciones frágiles-dúctiles modeladas, en consecuencia, una fracción de los eventos sísmicos se posiciona dentro del campo de deformación dúctil de la corteza. Un análisis exhaustivo revela que prácticamente todos los hipocentros de la región se ubican por encima de la isoterma de 600oC, coincidiendo con el límite térmico superior para el comportamiento frágil de la olivina. Por consiguiente, la ocurrencia de sismos por debajo de las transiciones frágiles-dúctiles modeladas podría ser explicada por la presencia de rocas máficas resistentes, residuales de pasados eventos tectónicos. Otra potencial causa de sismos profundos es la existencia de zonas de cizalla heredadas, en las cuales el comportamiento frágil es favorecido mediante una reducción en la fricción interna de los materiales. Esta hipótesis es especialmente adecuada para el antepaís fragmentado del Sistema de Santa Bárbara y las Sierras Pampeanas, donde estudios geológicos indican una sucesiva reactivación de estructuras a lo largo del tiempo. Particularmente, en el Sistema de Santa Bárbara los resultados indican que para explicar la sismicidad profunda es necesario considerar la presencia de rocas máficas en conjunto con una reducción en la fricción interna.
Abstract:
The Central Andes region in South America is characterized by a complex and heterogeneous deformation system. Recorded seismic activity and mapped neotectonic structures indicate that most of the intraplate deformation is located along the margins of the orogen, in the transitions to the foreland and the forearc. Furthermore, the actively deforming provinces of the foreland exhibit distinct deformation styles that vary along strike, as well as characteristic distributions of seismicity with depth. The style of deformation transitions from thin-skinned in the north to thick-skinned in the south, and the thickness of the seismogenic layer increases to the south. Based on geological/geophysical observations and numerical modelling, the most commonly invoked causes for the observed heterogeneity are the variations in sediment thickness and composition, the presence of inherited structures, and changes in the dip of the subducting Nazca plate. However, there are still no comprehensive investigations on the relationship between the lithospheric composition of the Central Andes, its rheological state and the observed deformation processes. The central aim of this dissertation is therefore to explore the link between the nature of the lithosphere in the region and the location of active deformation. The study of the lithospheric composition by means of independent-data integration establishes a strong base to assess the thermal and rheological state of the Central Andes and its adjacent lowlands, which alternatively provide new foundations to understand the complex deformation of the region. In this line, the general workflow of the dissertation consists in the construction of a 3D dataderived and gravity-constrained density model of the Central Andean lithosphere, followed by the simulation of the steady-state conductive thermal field and the calculation of strength distribution. Additionally, the dynamic response of the orogenforeland system to intraplate compression is evaluated by means of 3D geodynamic modelling. The results of the modelling approach suggest that the inherited heterogeneous composition of the lithosphere controls the present-day thermal and rheological state of the Central Andes, which in turn influence the location and depth of active deformation processes. Most of the seismic activity and neotectonic structures are spatially correlated to regions of modelled high strength gradients, in the transition from the felsic, hot and weak orogenic lithosphere to the more mafic, cooler and stronger lithosphere beneath the forearc and the foreland. Moreover, the results of the dynamic simulation show a strong localization of deviatoric strain rate second invariants in the same region suggesting that shortening is accommodated at the transition zones between weak and strong domains. The vertical distribution of seismic activity appears to be influenced by the rheological state of the lithosphere as well. The depth at which the frequency distribution of hypocenters starts to decrease in the different morphotectonic units correlates with the position of the modelled brittle-ductile transitions; accordingly, a fraction of the seismic activity is located within the ductile part of the crust. An exhaustive analysis shows that practically all the seismicity in the region is restricted above the 600°C isotherm, in coincidence with the upper temperature limit for brittle behavior of olivine. Therefore, the occurrence of earthquakes below the modelled brittle-ductile could be explained by the presence of strong residual mafic rocks from past tectonic events. Another potential cause of deep earthquakes is the existence of inherited shear zones in which brittle behavior is favored through a decrease in the friction coefficient. This hypothesis is particularly suitable for the broken foreland provinces of the Santa Barbara System and the Pampean Ranges, where geological studies indicate successive reactivation of structures through time. Particularly in the Santa Barbara System, the results indicate that both mafic rocks and a reduction in friction are required to account for the observed deep seismic events.
Citación:
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Ibarra, Federico. (2021). Estado térmico-reológico de los Andes centrales y su relación con los procesos de deformación activos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7377_Ibarra
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Ibarra, Federico. "Estado térmico-reológico de los Andes centrales y su relación con los procesos de deformación activos". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7377_Ibarra
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