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Revista geológica de Chile

versión impresa ISSN 0716-0208

Rev. geol. Chile v.26 n.1 Santiago jul. 1999

http://dx.doi.org/10.4067/S0716-02081999000100004 

Revista Geológica de Chile. Vol. 26. No. 1. p . 67-87. 15 Figs., 4 tablas, Julio 1999.

 

Estados de esfuerzo compresivo plioceno y compresivo-
transpresivo pleistoceno, Andes del sur, Chile (38-42º30'S)

 

Alain Lavenu
Institut de Recherche pour le Développement (IRD, ex ORSTOM),
Casilla 53390, Correo Central, Santiago 1, Chile, y
Departamento de Geología, Universidad de Chile,
Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile
e-mail: alavenu@dgf.uchile.cl
   
José Cembrano
Departamento de Geología, Facultad de Ciencias
Físicas y Matemáticas, 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 Depresión Central y de la Cordillera Principal entre los 38 y 42º30'S, han sido afectados por deformación frágil tanto de carácter local como regional. El estudio de la geometría y cinemática de microfallas y el análisis de los tensores desviatóricos permitieron establecer los estados de esfuerzo a la escala regional. Se determinaron dos eventos tectónicos: 1- un evento plioceno, de tipo compresivo uniaxial, pre-Cuaternario y generalizado en toda la zona estudiada, con una dirección de esfuerzo principal s1 cercana a E-W; 2- un evento pleistoceno, con una partición de los esfuerzos, caracterizado en la zona de ante-arco por una compresión con una dirección de esfuerzo principal s1 NNE-SSW a N-S, y en la zona de intra-arco por una transgresión dextral con una dirección de esfuerzo principal s1 NE-SW.

Palabras claves: Neotectónica, Esfuerzos, Compresión, Transpresión, Ante-arco, Intra-arco, Pleistoceno, Plioceno, Andes, Chile.

ABSTRACT

Compressional Pilocene and compressional-transpressional Pliocene states of stress, southern Chilean Andes (38-42º30'S). Miocene-Pliocene and Quaternary intrusive rocks and sedimentary deposits from the Central Depression and the Main Cordillera, between 38 and 42º30'S, have been affected by local and regional brittle deformation. Microfault geometry and kinematic analysis along with calculation of deviatoric tensors allowed to determine regional-seale states of stress. Two tectonic events were identified. A Pliocene event, prior to the Quaternary, affects the entire zone of study, and is characterized by a maximum compressional stress s1 roughly oriented in an E-W direction. A Pleistocene event corresponds to an overall deformation partitioned into two coeval distinctive states of stress: a compressional stress s1 oriented in a N-S to NNE-SSW direction in the fore arc zone, and a dextral transpressional state of stress with s1 striking NE-SW, in the intra-arc zone.

Key words: Neotectonics, Stress, Compression, Transpression, Fore arc, Intra-arc, Pleistocene, Pliocene, Andes, Chile.

INTRODUCCION

Desde mediados del Terciario (25 Ma) los Andes Centrales (entre los 18 y 46ºS , a lo largo de más de 3.500 km) han sido sometidos a convergencia oblicua entre las placas oceánica de Nazca y continental de América del sur. La subducción de la placa de Nazca, que enfrenta al continente sudamericano entre el sur del Ecuador y el punto triple en la Península de Taitao (CTJ) (Fig. 1), se divide en 4 segmentos principales: dos segmentos subhorizontales (inclinados de 5 a 10º al este) y dos segmentos más inclinados (30ºE) (Jordan et al., 1983). La zona de estudio (Fig. 2) corresponde al segmento más austral de la zona de convergencia Nazca-Sudamérica, con inclinación de 30º y con presencia de una actividad volcánica moderna hasta los 46ºS (latitud del punto triple). La convergencia actual es de dirección N78º y su velocidad es de 8 cm/a a la latitud de Santiago y es de dirección N79º y de velocidad 7,90 cm/a a la latitud de Chiloé (DeMets el al., 1994; Tamaki, 1999).

Los Andes, entre los 38 y 42º30'S, se pueden dividir en dominios paralelos entre sí y tectónicamente diferentes:

- una zona de ante-arco ubicada entre la fosa Perú-Chile y la Cordillera Principal y en la cual se encuentran la Cordillera de la Costa y la Depresión Central;
- un arco magmático, o intra-arco, en la Cordillera Principal que es la zona de los volcanes activos y,
- una zona de antepaís.

El estudio de la geodinámica de los Andes del sur de Chile permite caracterizar las variaciones latitudinales y longitudinales en la naturaleza de la deformación regional durante un prolongado período de convergencia oblicua de las placas.

El objetivo de este trabajo es comprender mejor la naturaleza y distribución espacial de los estados de esfuerzo plioceno y pleistoceno de los Andes chilenos entre los 38 y 42º30'S. La distribución de las direcciones de los esfuerzos se estableció esencialmente a partir del análisis de la cinemática de fallas en el terreno y también a partir de los escasos mecanismos focales de sismos ya publicados. Se estudiaron 20 estaciones de mediciones entre la latitud de la localidad de Esperanza (en el límite entre las Regiones IX y X) y la latitud de Castro en la Isla de Chiloé. Estos estudios permitieron analizar ca. 720 fallas, las cuales mediante inversión numérica arrojaron un total de 20 direcciones independientes de esfuerzo y deformación.

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

MARCO GEODINAMICO

Entre los 38 y 42º30'S, la zona de ante-arco continental comprende la Cordillera de la Costa y la Depresión Central, paralelas al margen de placas. Esta depresión comienza al norte en la región de San Felipe, cerca de Santiago, y termina al sur de Aisén en el Istmo de Ofqui, a la latitud del punto triple donde colisiona la Dorsal de Chile con la fosa. La Depresión Central se extiende por más de 1.400 km, con un ancho que no sobrepasa los 75 km. Escarpes de falla aparentes constituyen el límite occidental de esta Depresión con la Cordillera de la Costa. Su límite oriental con la Cordillera Principal corresponde, entre los 33 y 36ºS, a un relieve de falla importante. De los 39ºS hacia el sur, el límite no es tan nítido y corresponde al pie del arco volcánico actual. Esta depresión fue descrita originalmente como un graben de edad pliocena (Aubouin et al., 1973). Las observaciones de los autores en fallas y microfallas expuestas a lo largo de ambos bordes de esta depresión permiten caracterizar mejor esta dinámica. El límite oriental de la Depresión Central con el arco volcánico, entre los 38 y 42º30'S (Fig. 2) no está bien expuesto, ya que se encuentra cubierto por depósitos volcánicos. En esta región, el arco volcánico actual se desarrolla adyacentemente o sobre los lineamientos corticales de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO).

Esta estructura (ZFLO), de más de 950 km de extensión norte-sur, es una de las mayores zonas de fallas de rumbo activas que se conocen en las zonas de subducción modernas (Jarrard, 1986). La ZFLO se caracteriza por una serie de lineamientos NNE-SSW, fallas y zonas de cizalle dúctil, que siguen la dirección de los arcos magmáticos del MioPlioceno y Actual. Steffen (1944) la descubrió y la describió al final del siglo pasado y principios de este siglo (Hauser, 1991) y su concepto evolucionó poco a poco (Klohn, 1960.; H. Moreno y M.A. Parada1; Hervé, 1977; Solano, 1978; Hervé et al, 1979). Sin muchas pruebas de terreno, esta falla fue considerada como dextral (Hervé, 1976, 1977; Hervé y Thiele, 1987). Recientemente, numerosos estudios más detallados han permitido confirmar y establecer claramente su cinemática: zona de cizalle dúctil dextral a dextral-inversa durante el Mioceno tardío y parte del Plioceno (Cembrano, 1992; Cembrano y Hervé, 1993; López et al., 1997; Arancibia et al., 1997; Cembrano et al., 1997; Cembrano, 1998) y zona de cizalle frágil 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, en prensa).

FIG. 2. Esquema estructural simplificado de Chile central y del sur. El área de estudio aparece enmarcada.

METODOLOGIA

Se estudiaron las zonas de ante-arco y de intra-arco comprendidas entre los 38 y 42º30'S. El análisis se hizo en la Cordillera de la Costa (Isla de Chiloé), en la Depresión Central y a lo largo de la ZFLO. Las mediciones se hicieron, esencialmente, en sedimentos cuaternarios y rocas intrusivas del Neógeno.

Para determinar el estado de esfuerzo en los distintos sitios se analizaron los vectores de deslizamiento medidos sobre fallas estriadas utilizando el algoritmo de inversión de Carey (Carey y Brunier, 1974; Carey, 1979). Este algoritmo permite determinar un tensor de esfuerzo y las direcciones principales de los ejes s1, s2, s3 (Fig. 3). A partir de los planteamientos de Anderson (1951); Wallace (1951); Bott (1959) y Price (1966), desde dos decadas (cf. Yin, 1996), varios autores han propuesto métodos de cálculo cuantitativos para interpretar la cinemática de las fallas en un cuerpo rocoso altamente fracturado, a partir de la inversión de datos de poblaciones de fallas. Estos métodos se basan en dos supuestos alternativos: 1- la minimización de la suma del error de ángulo entre el esfuerzo de cizalle calculado y la dirección de deslizamiento observado 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; Reches et al., 1992) y 2- la minimización de la suma del ángulo de rotación mínimo entre cada plano de falla observado y cada plano que puede hacer que el esfuerzo de cizalle calculado coincide con la dirección de deslizamiento observada (Gephart y Forsyth, 1984; Gephart, 1990).

FIG.3. Ejemplo de una solución calculada a partir de vectores de deslizamiento en el caso de un régimen transpresivo (de rumbo) con s1 y s3 horizontales. Las flechas ligadas a las trazas de fallas corresponden al vector de deslizamiento medido S (red de Wulff, hemisferio inferior). Los pequeños segmentos en la traza de cada falla y el histograma muestran la desviacion, en grados, entre los vectores de deslizamiento, medido (S) y calculado (t ), en cada plano de falla. Ng es el norte geográfico, Nm es el norte magnético con una declinación magnética local de 10ºE. En este cáculo, Reloncaví1, la relación de forma IR = 0,61 (cf. Fig. 4), lo cual indica un régimen de rumbo compresivo. Las flechas negras anchas y convergentes hacia el centro del diagrama indican el azimut de la dirección del esfuerzo principal máximo s1 calculado(2º-N221ºE). Aquí el eje s1 tiene un buzamiento de 2º en la dirección azimutal N221º. El azimut, midiéndose en el sentido horario, a partir de1 norte, se escribe de manera indiferente N221ºE, N221º ó 221º. En las tablas 1 a 4, las direcciones azimutales se escriben sin indicar la 'N' de norte. En el texto y en las figuras se escriben con la 'N' para mejor comprensión.

FIG.4. Clasificación de los diferentes tipos de regímenes tectónicos a partir de la relación deforma R (R = s2 -s1/s3 -s1). Los cuadros grises indican los 4 tensores de revolución; sv representa respectivamente s3 (régimen compresional), s2 (régimen de rumbo), s1 (régimen extensional) (modificado de Ritz y Taboada, 1993).

Mientras algunos autores proponen una mezcla de los dos métodos (Yin y Ranalli, 1993; Yin, 1996), otros proponen métodos de cálculo de las direcciones de los ejes de la deformación, en vez de los ejes de esfuerzo (Angelier y Mechier, 1977; Pfiffner y Burkhard, 1987; Marrett y Allmendinger, 1990; Allmendinger et al., 1993).

Las hipótesis fundamentales que permiten interpretar el significado de las superficies estriadas a lo largo de planos de fallas, en témino de esfuerzos, son los siguientes (Carey y Brunier, 1974):

1- para cada estación de mediciones, un evento tectónico dado se caracteriza por un solo tensor de esfuerzo homogéneo;

2- para un evento tectónico, el deslizamiento responsable de la estriación ocurre en la misma dirección y sentido que la proyección del esfuerzo de cizalle en cada plano de falla;

3- la dirección y elsentido del indicador cinemático, en el plano de falla, dependen de la orientación del vector esfuerzo y de la relación de forma 'R' del elipsoide de esfuerzos (R = s2 -s1/s3 -s1) del tensor de esfuerzo. Esta relación de forma permite determinar los diferentes tipos de tensores y los regímenes tectánicos. Los diferentes estados o regímenes de esfuerzo, compresional, de rumbo y extensional, son limitados por 4 tensores de esfuerzo de revolución (Ritz y Taboada, 1993) (Fig. 4).

RESULTADOS DE LA INVERSION

A partir del análisis de los tensores obtenidos, determinaron dos eventos tectónicos (Fig. 5):

  • Un segundo evento, Pleistoceno, el cual es siempre posterior a 3,59 Ma en Hornopirén, y posterior a 1,6 Ma en Puyuhuapi. Esta última edad fue obtenida en biotita débilmente deformada (Cembrano, 1998), lo que arroja una edad máxima para dicha deformación frágil.

FIG. 5. Cronología y dirección de los diferentes regímenes tectónicos a partir de los datos obtenidos en este trabajo.

Las mediciones (Fig. 6) fueron analizadas y elaboradas en detalle. Todos los resultados se integraron en las tablas 1a 4.

FIG. 6. Ubicación de las estaciones de mediciones de fallas analizadas en este trabajo.

EL EVENTO TECTONICO PLIOCENO

Los resultados obtenidos se encuentran en las tablas 1 y 2. En el norte de la zona de estudio (Tabla 1) las medidas de fallas se hicieron en rocas graníticas y sedimentarlas de¡ Mioceno Medio a Superior y - en una estación - en granitoides del Pérmico. La dirección principal de compresión s1 es E-W, el estado de esfuerzo es de rumbo y s3 es horizontal (Fig. 7). Para las estaciones de mediciones del río Caunahue (CAUN) y del Rancho Mellipulli (MELLI), en la Depresión Central y en el límite con el arco volcánico, la relación de forma R es cercana a 1, lo que corresponde a un estado de esfuerzo de rumbo compresivo. Para la estación del río Quilalelfú (QUILAL), en la zona de intra-arco y 16 km al NNW de Liquiñe en el borde occidental de la Cordillera Principal, R es inferior a 0,5 y corresponde a un estado de esfuerzo de rumbo extensivo.

En la parte sur de la zona de estudio (40-42º30'S) (Tabla 2), las mediciones de fallas se efectuaron en el Batolito Nor-Patagónico, cuyos cuerpos tienen edades que se extienden del Cretácico al Neógeno. En algunos cuerpos no existen dotaciones (batolito indiferenciado). Las estaciones en las cuales se efectuaron las mediciones de fallas se encuentran en el ante-arco y el intra-arco actuales, pero pertenecen todas a la zona del intra-arco mioceno. La dirección principal de compresión es, también aquí, cercana a E-W: s1=N263º (REL1 y REL2) (Fig. 8) y tiene una relación de forma R=0,78, lo cual sugiere un estado de esfuerzo compresivo uniaxial.

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
Estación
de medición
Edad de
la unidad
Número
de datos
Latitud
S
Longitud
W
s1
s2
s3
R
         
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
CAUN 295 Ma*
14
40º08'
72º15'
95º
24º
286º
65º
187º
0,87
MELLI Miocene Medio
13
40º14'
72º13'
87º
11º
332º
64º
181º
23º
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 CORDILLERA PRINCIPAL, ZONA DE INTRA-ARCO ACTUAL.

         
Direcciones principales de esfuerzo
Estación
de medición
Edad de
la unidad
Número
de datos
Latitud
S
Longitud
W
s1
s2
s3
R
         
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
QUILAL 8,1 Ma*
21
39º35,5'
71º53'
88º
339º
74º
180º
15º
0,33
RIEL1 Cretácico/Mioceno
38
41º38'
72º19'
263º
173º
30º
82º
0,78
RIEL2 Cretácico/Mioceno
20
41º30'
72º17'
263º
172º
11º
27º
77º
0,78

* Edad tomada de Munizaga et al. (1984).

EL EVENTO TECTONICO PLEISTOCENO

Los resultados obtenidos están listados en la tablas 3 y 4. La edad de las rocas en las cuales se tomaron medidas de fallas y estrías, comprende desde el Mioceno Superior hasta el Pleistoceno.

FIG. 7. Diagramas de los datos de fallas del evento tectónico plioceno de la Depresión Central y de la Cordillera Principal en el norte de la zona de estudio (Río Quilalelfú QUILAL, Río Caunahue CAUN, Rancho Mellipulli MELLI).

FIG. 8. Diagramas de los datos de fallas del evento tectónico plioceno de la Cordillera Principal en el sur de la zona de estudio (Reloncaví REL1 y REL2).

ZONA DE ANTE-ARCO

En las estaciones de medición de la Depresión Central (Fig. 9) el estado de esfuerzo es compresivo (s1 es horizontal, s3 es vertical) de dirección NNE-SSW (Tabla 3).

En Esperanza, estación en sedimentos de edad pleistocena, la relación de forma R es cercana a 0, lo que tiende a mostrar aquí un estado de esfuerzo compresivo radial (elipsoide de revolución con s1ºs2) . Esto podría explicarse por una deformación superficial y poco constreñida.

En Victoria las tres fallas medidas no permiten calcular un tensor de esfuerzo; se indica únicamente la dirección de la deformación.

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 con la glaciación cuaternaria más antigua, anterior a 55.000 a A.P. (Mercer, 1976; Porter, 1981) y de edad supuesta de 0,7 Ma (Hauser, 1986; Heusser y Flint, 1977), sufrieron una deformación en com presión (numerosas estrías tectónicas en rodado de origen fluvio-glacial) con s1 horizontal de direción N-S a NNE-SSW y s3 vertical. La mayoría de la relaciones de forma R son inferiores a 0,50 (entre 0,01 y 0,40) lo que indica un estado de esfuerzo compresivo radial, como en la estación de ESPERANZA. En Fresia, Ancud, Lajas, la deformación es superficial y, también, poco controlada. En la estación de BRAUN el estado de esfuerzo es compresiv uniaxial.

ZONA DE INTRA-ARCO

En la Cordillera Principal, a lo largo de la ZFLO, a partir del análisis de las estrías medidas sobre fallas en rocas del Mioceno al Plioceno superior, se definieron estados de esfuerzo transpresivo (s1 y s3 horizontales) con direcciones de s1 cercanas a NE-SW (Tabla 4) (Fig. 1l). Para la estación del lago Caburgua (CABURGU) se calculó una relación de forma R=0,88, que corresponde a un estado de esfuerzo compresivo.

FIG. 9. Diagramas de los datos de fallas del evento tectónico pleistoceno de la Depresión Central (Esperanza, Victoria, Fresia, Nueva Braunau). Zona de ante-arco.

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

         
Direcciones principales de esfuerzo
 
Estación
de medición
Edad de
la unidad
No. de datos
Latitud S
Longitud W
s1
s2
s3
R
         
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento  
ESPERANZA Pleistoceno
6
37º50'
72º23'
359º
90º
12º
250º
77º
0,07
VICTORIA Pleistoceno
3
38º12'
72º20'
40º
-
-
-
-
-
-
FRESIA1 Pleistoceno
37
41º11'
73º22'
209º
299º
104º
52º
0,40
FRESIA2 Pleistoceno
13
41º11'
73º22'
26º
16º
285º
34º
138º
52º
0,19
BRAUN Pleistoceno
12
41º20'
73º19'
48º
11º
313º
23º
160º
64º
0,85
ANCUD1 Pleistoceno
10
41º51'
73º49'
17º
30º
172º
57º
280º
11º
0,06
ANCUD2 Pleistoceno
20
41º52'
73º50'
29º
120º
29º
296º
61º
0,34
ANCUD3 25,6± 0,7 Ma*
8
41º51'
73º59'
156º
247º
13º
42º
76º
0,16
LAJAS Pleistoceno
12
41º55'
73º52'
341º
77º
60º
249º
30º
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 RUMBO CUATERNARIAS DE LA CORDILLERA PRINCIPAL. ZONA DE INTRA-ARCO ACTUAL.

         
Direcciones principales de esfuerzo
 
Estación
de medición
Edad de
la unidad
No. de datos
Latitud S
Longitud W
s1
s2
s3
R
         
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
azimut
buzamiento
 
AÑIQUE 8,1 Ma*
28
39º37'
71º54,5'
238º
12º
34º
76º
147º
0,59
CABURGU 8,5-11,6Ma**
34
39º08,5'
71º45'
228º
14º
137º
41º
76º
0,88
RELONC1 Cretácico/ Mioceno
29
41º38'
72º19'
221º
124º
71º
312º
19º
0,61
RELONC2 Cretácico/ Mioceno
42
41º30'
72º17'
231º
58º
80º
321º
0,63
VOLCAN Ap. Pleistoceno
24
41º51'
72º40'
210º
300º
105º
81º
0,38
HORNOPI 3,59± 0,3Ma+
51
42º
72º26'
236º
33º
81º
145º
0,37

Edades tomadas de * Munizaga et al. (1984); ** Munizaga et al. (1988) y + Cembrano et al. (1996b).

FIG. 10. Diagramas de los datos de fallas del evento tectónico pleistoceno de la Depresión Central en la zona de Isla Chiloé y Chile continental (Ancud, Lajas y Volcán Apagado). Zona de antearco. La estación de mediciones Volcán Apagado se encuentra en el límite entre las zonas de ante-arco y de intra-arco (cf. texto).

Las estaciones de la Cuesta Los Añiques (AÑIQUE) y Reloncaví (RELONC1 y RELONC2), con relación de forma cercana a 0,60 y s3 cercano a la horizontal, corresponden a un estado de esfuerzo de rumbo. La estación de Hornopirén (HORNOPI), con R= 0,37, corresponde a un estado de esfuerzo de rumbo extensivo.

En las laderas del volcán cuaternario Apagado, estudiado por Alarcón (1995), al oeste de Hornopirén y en el borde occidental de la Cordillera Principal, se midieron fallas inversas (estación VOLCAN Ap.). El estado de esfuerzo determinado es compresivo, entre radial y uniaxial y de dirección NNE-SSW. Aunque pertenezca geológicamente al intra-arco, este sitio produce una dirección de esfuerzo más bien de ante-arco, seguramente porque se encuentra en el limite de ambos dominios.

DISTRIBUCION DE LOS ESTADOS DE ESFUERZO

En los Andes del sur de Chile, entre los 38 y 42º30'S, los terrenos neógenos y cuaternarios se encuentran afectados por una deformación frágil poco desarrollada, pero que abarca una gran extensión. El análisis de la deformación frágil registrada en la Depresión Central y a lo largo de la ZFLO muestra que existen dos eventos tectónicos.

FIG. 11. Diagramas de los datos de fallas del evento tectónico pleistoceno de la Cordillera Principal en la zona de estudio. Zona de intra-arco.

El evento plioceno se caracteriza por un estado de esfuerzo compresivo generalizado, registrado en las zonas de ante-arco y de intra-arco actuales (Fig. 12) representado por s1 de direccción E-W, s2 de dirección N-S, y s3 vertical.

FIG. 12. Dirección de esfuerzos del Pleistoceno. Tanto en la Depresión Central, zona de ante-arco, como en la zona de intra-arco, a lo largo de la ZFLO, el análisis de los tensores permite determinar un régimen tectónico compresivo, con una dirección de s1 , regional y constante, cercana a E-W. Por falla de buenos afloramientos (vegetación tupida y falta de caminos) se restringieron las observaciones a la parte oriental de la Depresión Central a a la Zona de Falla de Liquiñe-Ofqui.

Durante el Pleistoceno se observa una partición de las direcciones principales de esfuerzo a escala del margen continental con la ocurrencia coetánea de dos estados de esfuerzo diferentes (Fig. 13).

FIG. 13. Dirección de esfuerzos del Pleistoceno. El análisis de los tensores de esfuerzos, tanto en la Depresión Central como en la Cordillera principal, permite determinar dos tipos de regímenes tectónicos diferentes indicando una partición de las direcciones de esfuerzo. En la Depresión Central, zona de ante-arco, el régimen tectónico es compresivo con s1horizontal de dirección NS a NNE-SSW y s3 vertical. En la Cordillera Principal, a lo largo de la ZFLO, zona de intra-arco, el régimen tectánico es transpresivo con s1 horizontal de dirección NE-SW y s3 horizontal y perpendicular. El análisis de los mecanismos focales de los sismos registrados en la región del volcán Lonquimay, después de la erupción de diciembre de 1988, permite calcular un vector deslizamiento s1 compatible con una dirección de compresión N20º similar a las direcciones del paleoesfuerzo determinadas en este trabajo.

RELACIONES MORFO-ESTRUCTURALES ENTRE LA DEPRESION CENTRAL, EL ARCO
VOLCANICO Y LA ZONA DE FALLA LIQUIÑE-OFQUI

Los límites geográficos norte y sur de la Depresión Central entre los 33 y 46ºS corresponde a los mismos límites norte y surde la Zona Volcánica Sur de los Andes (ZVSA). La Depresión Central y la Cordillera Principal, en la cual se encuentra la ZVSA, constituyen dos elementos paralelos entre sí. El límite actual entre ambos elementos no corresponde a un lineamiento activo. La Depresión Central no tiene actualmente las características de un 'graben' limitado por fallas rectilíneas y normales. En efecto, las mediciones de fallas a lo largo de este escarpe en rocas del Terciario muestran, esencialmente, movimientos de rumbo con direcciones de compresión sucesivas en el tiempo E-W y N-S. EI 'graben' tendría su origen en el Neógeno, durante el cual un episodio extensivo favoreció el desarrollo del 'graben' de la Depresión Central (Laugenie, 1982; Cisternas y Frutos, 1994). En la zona de estudio, la deformación más reciente se concentra, esencialmente, en el intra-arco a lo largo de la ZFLO. Si en efecto hubo un contacto por falla activa entre la Depresión Central y la Cordillera Principal, esto fue antes del Cuaternario. Alrededor de los 36ºS este límite está marcado por fallas de dirección N30º, en gradas escalonadas por el hundimiento de las capas volcánicas del OligocenoMioceno (e.g., Formación Colbún) que quedaron debajo del relleno más reciente de la Depresión Central. En el resto de la Depresión Central, la mayoría de las fallas medidas en ambos bordes son, también, fallas de rumbo. Las pocas fallas normales observadas pueden explicarse como el resultado de un reajuste gravitacional a lo largo de los bordes.

FIG. 14.

Bloque diagrama ilustrando la partición transcurrente en convergencia oblicua durante el Cuaternario a la latitud de la zona de estudio. A esta escala, no se tomó en cuenta la concavidad del límite entre placas.

En cuanto a las relaciones entre el volcanismo Reciente/Actual y la neotectónica, trabajos previos (Glazner, 1991; McCaffrey, 1992; Takada, 1994; Tobisch y Cruden, 1995; Tobisch et al., 1995) han tratado de mostrar cómo el emplazamiento de ciertos tipos de magmatismo (e.g., presencia de conos volcánicos monogénicos) podría estar ligado a diferentes regímenes tectónicos, lo que también ha sido investigado en esta zona de Chile (Cembrano y Moreno, 1994; López-Escobar et al., 1995; Arancibia et al, 1997; Cembrano et al, 1997; Lavenu y Cembrano, 1997; Lavenu et al., 1997; López-Escobar et al., 1997).

PARTICION DE LA DEFORMACION

Está comúnmente reconocido que la partición de la deformación ocurre en numerosos tipos de ambientes tectónicos. En muchas fajas orogénicas, la deformación está particionada entre fallas de rumbo y fallas inversas. Para ciertos autores, la partición se produce a nivel del esfuerzo (Zoback et al., 1987; Rice, 1992; Zoback y Healy, 1992), mientras que para otros, se produce a nivel de la deformación (Oldow et al, 1990; Molnar, 1992) (cf. Tikoff y Teyssier, 1994 para más explicaciones).

La transpresión puede ser descrita como una combinación de cizalle simple y cizalle puro, en función de la orientación de eje de deformación instantánea o esfuerzo (Fossen y Tikoff, 1993; Teyssier et al. 1995; Tikoff y Saint Blanquat, 1997).

A la latitud del estudio (40ºS), el vector de convergencia entre la placa Nazca (N79º) y la placa Sudamericana a nivel de la costa chilena y/o de la ZFLO (N10º) es oblicuo (a un ángulo de 68º) con respecto al margen y se lo considera constante durante los últimos 10 a 5 Ma, con una velocidad actual de 7,90 cm/a (DeMets et al., 1994; Tamaki, 1999). En este marco, se deben considerar dos casos: el evento tectónico plioceno y el evento tectónico pleistoceno, siendo las direcciones de esfuerzo diferentes tanto en el tiempo como en el espacio.

El análisis del estado de esfuerzo del evento Plioceno muestran que el eje del esfuerzo máximo horizontal tiene una dirección promedio N92º en la zona de ante-arco hasta la ZFLO. Según Bellier y Sébrier (1994), en Sumatra, la convergencia oblicua tiene que ser mecánicamente acomodada por la subducción, i-en compresión con una componente perpendicular a la fosa y ii- en transpresión con una componente paralela a la fosa. Además, según Teyssier et al. (1995) en mismas condiciones de convergencia oblicua existe una partición de la deformación con transpresión, en la cual la dirección del esfuerzo máximo instantáneo (s1) bisecta el ángulo entre el vector de convergencia y la perpendicular al margen. En la zona de estudio, la convergencia tiene una dirección N79ºy la perpendicular al margen una dirección Nl00º lo que daría una dirección teórica de s1 N89,5º, muy cercana a la dirección promedio N92º que resulta del procesamiento de los datos de terreno.

No ocurre lo mismo en lo que concierne al evento pleistoceno. Los datos de terreno y el análisis del estado de esfuerzo muestran que el eje del esfuerzo máximo horizontal (s1 ) tiene una dirección promedio N13º en la zona de ante-arco (zona de límite de placas en particular ) y es casi paralelo al límite de placa de Nl0º. Al contrario, a lo largo de la ZFLO, la dirección principal de compresión tiene un promedio de N42º.

FIG. 15. Velocidades de convergencia, perpendicular y tangencial a la fosa, calculadas por Engebretson a la latitud de 40ºS (comunicación escrita, 1995, modificada). A partirde 50 Ma, el sentido del desplazamiento de la componente horizontal de convergencia pasa de sinistral oblicuo a dextral oblicuo. Alrededor de los 2 Ma, se nota una reducción drástica de la velocidad de convergencia que explicaría, en parte, la partición de la deformación en la placa continental.

La dirección de convergencia, similar durante el Plioceno y el Pleistoceno, no puede explicar el cambio de dirección de s1. En cambio, la velocidad de convergencia, tanto perpendicular como tangencialmente a la fosa, disminuyó a partir de 2 o 3 Ma (Engebretson et al., 1986; C.D. Engebretson, comunicación escrita, 1995) (Fig. 15) y eso puede provocar un cambio en la partición de los esfuerzos.

Según McCaffrey (1992), la naturaleza de la deformación del ante-arco podría explicarse por la geometría del margen en relación con la dirección de deslizamiento. En esta parte de los Andes de Chile, existe un margen cóncavo hacia el océano. En este caso, el ante-arco debe sufrir un acortamiento paralelo al arco, lo que se comprueba con los datos de este estudio. Lo contrario ocurre en Ecuador, donde el margen es nítidamente convexo hacia el océano y donde se nota una extensión N-S cuaternaria, paralela al arco (Dumont et al., 1997).

Al este del arco volcánico, en Argentina, se observa una deformación cuaternaria con pliegues abiertos con vergencia hacia el este en el valle intramontano entre Cordillera Frontal y Precordillera, y fallas inversas con vergencia hacia el este con sismicidad activa en la Precordillera (Kadinsky Cade et al., 1985; Costa et al., 1997). En las Sierras Pampeanas existe un acortamiento E-W de la corteza con vergencia hacia el oeste, a lo largo de fallas inversas norte-sur (Costa y Vita-Finzi, 1996). Al sur de los 35ºS, después de una tectónica neógena (Jordan y Allmendinger, 1986; Diraison et al., 1998), la sismicidad (Chinn e Isacks, 1983) y las fallas activas no son descritas. Esta región corresponde a una zona donde terminan las Sierras Pampeanas y la Zona Subandina y donde termina, también, la zona de subducción plana (Fig. 1). La Cordillera Principal viene en contacto más o menos directo con el bloque rígido que representa, en parte, el basamentode la plataforma de la Patagonia argentina. De esta manera, parece ser que toda la deformación cuaternaria se restringe a las zonas de ante-arco y sobretodo del intra-arco.

CONCLUSIONES

El estudio de la deformación frágil pliocena y pleistocena en las zonas de ante-arco e intra-arco en los Andes del sur de Chile entre los 38 y 42º30'S permite concluir la existencia de una compleja geometría de los estados de esfuerzo regionales con variaciones significativas en el tiempo y en el espacio. Dos episodios de deformación frágil, caracterizados por fallas y/o microfallas debidas a cizalle discontinuo, se suceden durante la historia tectónica pliocena-pleistocena de esta región. Esos episodios son posteriores a la deformación dúctil de edad pliocena.

Durante el Plioceno, y anteriormente al Cuaternario, ocurre un evento tectónico compresivo, de dirección E-W. el cual abarca toda la zona estudiada. Durante el Pleistoceno, el segundo evento tectónico comprende dos estados de esfuerzo diferentes coetáneos: uno de dirección N-S a NNE-SSW en la zona de ante-arco, otro NE-SW en la zona de intra-arco, a lo largo de la ZFLO.

La compresión del Plioceno, E-W, estaría directamente ligada a un régimen de convergencia rápida y a un acoplamiento interplaca importante. La compresión del Pleistoceno, particionada y de dirección N-S en el ante-arco, estaría ligada a un régimen de convergencia más lento con acoplamiento más débil que en el Plioceno, y podría también explicarse, en parte, por una geometría cóncava del margen en relación al límite de convergencia.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo forma parte de los resultados del Convenio IRD-Departamento de Geología de la Universidad de Chile. Los autores agradecen, a los geólogos C. Rodríguez y H. Moreno (Servicio Nacional de Minería) y al Servicio Nacional de Geología y Minería por su ayuda en terreno. También, desean expresar su agradecimiento a los evaluadores P. Cobbold (Université de Rennes), R. Charrier (Universidad de Chile) y C.D. Reuther (Universität Hamburg) y al editor de la Revista Geológica de Chile (Dr. F. Hervé) por sus valiosas contribuciones y sugerencias.

1 1974. Geología del área de Liquiñe-Neitume y Lago Pirihueico (Inédito), Instituto de Investigaciones Geológicas, 41 p. Santiago.

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Manuscrito recibido Septiembre 22. 1998: aceptado: Junio 11, 1999.

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