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Rol del acoplamiento en placas viscosas en la
tectónica Andina del Terciario Superior
Francisco Delgado
Universidad de ChileFacultad de Ciencias Físicas y MatemáticasDepartamento de GeofísicaGF758 – Sismotetónica de Chile
Introducción
• La existencia de una marcada segmentación andina a lo largo del margen W de Sudamérica no se puede explicar usando mecanismos simples de acoplamiento entre placas.
• Esto se puede ver debido a los gradientes de acortamientos que existen a lo largo del margen continental.
• El registro geológico apoya esta segmentación andina al menos desde el inicio de la tectónica andina.
• Al parecer las diferentes edades en la corteza subductada tienen un rol en esta marcada segmentación.
Modelos Numéricos
En este paper se busca explicar el rol del acoplamiento en la segmentación y evolución andina a partir de modelos basados en mecánica de medios continuos.
Se plantean 2 modelos: uno de capa viscosa delgada y otro de capa deslizante.
El primero es uno de strain plano al que se le añade la tracción en la base de la litósfera.
En el segundo la capa deslizante es la interfaz entre la placa de Nazca y Sudamericana y en él la topografía de la fosa dinámica es el resultado del balance entre las fuerzas tectónicas y de buoyancia.
La resistencia de la placa deslizante representa el grado de acoplamiento que deforma la fosa y el antearco para equilibrar las fuerzas tectónicas.
• Se divide el margen W de Sudamérica en dos dominios:– Antearco: topografía de la fosa dinámica controlada por
fuerzas tectónicas y de buoyancia y la resistencia de la capa deslizante
– Intraarco – Antepaís: deformación controlada por reología, resistencia de capa deslizante y velocidad relativa de la placa continental.
• Cuando se deforma un dominio, se deja fijo el otro.
Deformación del antearco al cambiar la velocidad y edad del slab subductado.
Deformación del intraarco y antepaís controlada por la velocidad absoluta de la placa continental y la tracción de la capa deslizante que resiste el empuje de la placa continental.
La diferencia en velocidades hace que las placas no sean capaces de absorber toda la deformación y se produzcan acortamientos.
• Se definen 4 sub-dominios de diferentes viscosidades (η): capa deslizante, antearco, arco-antepaís y cratón.
• η de la capa deslizante representa el acople entre placas de Nazca y Sudamericana.
Diferentes controles en η: η del antearco es tal que permita equilibrio
de la fosa dinámica en menos de 5 a 10 Ma. η del arco – antepaís controlado por
gradiente termal y reología del manto litosférico.
η del cratón 2 órdenes de magnitud más alto para que entregue resultados realistas, lo que hace que éste no se deforme.
η de la capa deslizante variable para que represente alto y bajo acoplamiento.
• Se resuelven las ecuaciones (EDP) de difusión de calor, leyes constitutivas, Navier-Stokes y continuidad para strain - espesor usando un software de elementos finitos usando condiciones de borde a partir de 15 perfiles a lo largo de los Andes.
Determinación de η para la placa deslizante
Topografía de la fosa dinámica controlada por 3 factores: Relación entre fuerzas tectónicas y de
buoyancia. Parámetro de capa deslizante – acoplamiento
en términos del stress transferido. Manteo del slab subductado (solo el
inmediato a la fosa). η de la placa inferior es insensible a
variaciones en η de la placa superior (constante a lo largo del margen).
• η de la capa deslizante en equilibrio es aquélla que reproduce la topografia de la fosa dinámica.
• Se corre un modelo de topografía y se elige la viscosidad de equilibrio para cada perfil en el que las líneas de flujo son menores.
• Se correlaciona η de la capa deslizante en equilibrio de 10 km con otros parámetros.
• η se correlaciona con el ángulo del slab y la edad de la placa de Nazca.
• Máximo acoplamiento en zonas más viejas (Codo de Arica) y menor en zonas de flat slab o con dorsales subductadas.
• Esto implica que la edad termal de la placa es el principal factor que incide en el acoplamiento.
• Se relaciona esto con la resistencia de la placa mediante el cálculo de las envolventes de resistencia a la deformación permanente.
• Éstas indican nuevamente indica mayores resistencias en el Codo de Arica y menores en las zonas de dorsales.
• Usando una relación empírica-teórica:
σslip=0,58V0,25E1,22
se calcula la resistencia de la capa deslizante, la cual está de acuerdo con observaciones.
• Mayor dependencia con la edad que con la velocidad del slab.
• Velocidad importante sólo en placas viejas.
Modelo y Tectónica Andina
• Dado que una buena parte de los Andes son menores a 25 Ma, se usa esta edad para correr el modelo.
• Diferentes polos de rotación y velocidades de convergencia para las placas de Farallón/Nazca y Sudamericana a lo largo de los ciclos Andinos.
• Condiciones de borde dadas a partir de edades, viscosidades y velocidades de convergencia.
• Nuevamente corteza oceánica más vieja y viscosidad más alta en torno al codo de Arica.
• Primero se corre el modelo usando 2 capas de distinta viscosidad.
• Al engrosarse la corteza, la flotabilidad balancea la tectónica, aumentando el movimiento de Sudamérica hacia la fosa y produciendo acortamiento diferencial, movimientos de rumbo y rotaciones.
• Formación del codo de Arica y desplazamiento de la deformación desde el arco-antearco hacia la Cordillera Oriental.
• La mayor deformación coincide con corteza oceánica más vieja.
• Se corre nuevamente el modelo, pero considerando los 4 dominios originales con viscosidades características y manteniendo la geometría del margen tan simple como sea posible (no hay flat slab considerado).
• Acortamiento más fuerte en el Altiplano, coherente con perfiles balanceados.
• Disminución de acortamiento hacia el N y S del Altiplano.
• Al aumentar el espesor de la corteza, aumenta la fuerza de buoyancia y se rota el codo de Arica.
Debido a cambios en la viscosidad, se produce un flujo NS con un antearco casi rígido y una migración de la deformación compresiva hacia la Cordillera Oriental.
Asociado a los anterior, cambios desde un regimen transpresivo a uno transtensional en el antearco del Sur de Chile.
El codo de Arica no aparece tan marcado debido a que su formación es más vieja (Fase Incaica).
Se logra una leve curvatura al sur de la dorsal de Chile.
Además, el modelo podría explicar procesos a otra escala: Rotaciones asociadas a eventos más viejos
como la fase Incaica. Relación entre erosión por subducción -
extensión de la fosa y la formación de la Depresión Central.
Reducción en la tasa de convergencia e inversión de cuencas.
Estructuras oblicas al orógeno.
Conclusiones
Deformación del antearco controlada por la velocidad de la placa oceánica y del arco-antepaís por la velocidad y edad de la placa oceánica.
Acoplamiento de placas depende de la edad del slab y en segundo orden de su velocidad.
Mayores acoplamientos en el codo de Arica y menores en la dorsal de Chile.
Resistencia de acoplamiento coherente con estudios previos.
El modelo reproduce los rasgos de primer orden del margen W de Sudamérica: morfología, acortamiento, espesor cortical y rotaciones paleomagéticas.
El modelo puede explicar otros rasgos de primer orden como estructuras oblicuas, inversión de cuencas y relación entre erosión tectónica y extensión en la fosa.
Referencia
Yáñez, Gonzalo; Cembrano, José. Role of viscous plate coupling in the late Tertiary Andean tectonics. Journal of Geophysical Research, Vol. 109, B02407, doi:10.1029/2003JB002494, 2004
