Aplicación de modelos análogos para el análisis de la evolución de sistemas volcánicos andinos

Vigide, Nicolás Carlos

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Aplicación de modelos análogos para el análisis de la evolución de sistemas volcánicos andinos
Título alternativo:	Application of analogue models for the analysis of the evolution of Andean volcanic systems
Autor:	Vigide, Nicolás Carlos
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Estudios Andinos "Don Pablo Groeber" (IDEAN)
Fecha de defensa:	2021-03-26
Fecha en portada:	2021
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Geológicas
Director:	Yagupsky, Daniel Leandro
Director Asistente:	Caselli, Alberto Tomás
Consejero:	Risso, Corina Ana María
Idioma:	Español
Palabras clave:	ANALISIS ESTRUCTURAL; CALDERA DEL AGRIO; COMPLEJO VOLCANICO PLANCHON-PETEROA; COMPLEJO VOLCANICO CAVIAHUE-COPAHUE; MODELADO ANALOGO; PALEOESFUERZOS; DESLIZAMIENTO Y DILATANCIASTRUCTURAL ANALYSIS; AGRIO CALDERA; PLANCHON-PETEROA VOLCANIC COMPLEX; CAVIAHUE-COPAHUE VOLCANIC COMPLEX; ANALOGUE MODELS; PALEOSTRESSES; DILATION AND SLIP
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7329_Vigide
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7329_Vigide.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7329_Vigide
Ubicación:	Dep.GEO 007329
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. Vigide, Nicolás Carlos. (2021). Aplicación de modelos análogos para el análisis de la evolución de sistemas volcánicos andinos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7329_Vigide

Resumen:

Este trabajo tiene como objetivo el estudio de las características estructurales que ejercen control sobre los complejos volcánicos, así como también su influencia en la circulación de fluidos hidrotermales. Para llevar a cabo este estudio, se eligieron dos sistemas volcánicos con marcos tectónicos distintos: el Complejo Volcánico Caviahue-Copahue (CVCC), y el Complejo Volcánico Planchón-Peteroa (CVPP). Ambos pertenecen a la Zona Volcánica Sur de la cordillera de los Andes. En cada uno de ellos, se desarrolló un análisis estructural a distintas escalas. Se detectaron de manera semiautomática lineamientos morfoestructurales sobre imágenes satelitales, y se relevaron datos cinemáticos de fallas de escala afloramiento en el campo. Esto permitió caracterizar distintos episodios de deformación actuantes en cada sector estudiado, obteniéndose los paleoesfuerzos asociados a partir de la inversión de datos cinemáticos. En función de los resultados obtenidos, se estimaron las tendencias al deslizamiento y a la dilatación de las distintas familias de estructuras identificadas. El análisis realizado en el CVCC permitió definir dos grupos de fallas principales que controlan la deformación en el área: una orientada NE-SO a ENE-OSO, y otra ONO-ESE a NO-SE. Las primeras son fallas normales de alto ángulo, que generan un sistema de horsts-y-grabens con longitudes que de hasta 2 km a lo largo del rumbo. El segundo conjunto mostró cinemáticas de rumbo. Además, estas fallas ~NO-SE están relacionado con el volcanismo fisural Mioceno-Plioceno y definen la dirección del eje mayor de la caldera. En el área geotérmica, los paleoesfuerzos obtenidos presentan un σ1 vertical, indicando un régimen extensional local. La integración de estos resultados, junto con la geología del área, permiten plantear la ocurrencia de los siguientes estadíos de deformación para el CVCC: (1) un estadío extensional temprano, controlado por el sistema de fallas ~ONO-ESE, las cuales habrían actuado como conductos de salida para el volcanismo mioceno-plioceno; y (2) otro estadío extensional local, controlado por las fallas normales NE-SO a ENE-OSO, favoreciendo el emplazamiento magmático desde el Pleistoceno, con zonas de transferencia conformadas por las fallas ~ONO-ESE. A su vez, se propone que la generación de la Caldera del Agrio correspondería a un evento volcanotectónico entre ambos estadios durante el Pleistoceno tardío, controlado principalmente por las fallas ~NO-SE. En cuanto al campo geotérmico, se reconoció un control ejercido por las fallas ~NE-SO bajo un régimen local de esfuerzos extensional, siendo estas estructuras las vías principales de circulación de fluidos hidrotermales. Las fallas mayores ~NO-SE actuarían como barreras para esta circulación, debido a sus bajos valores de tendencia al deslizamiento y la dilatancia. La caracterización lograda delimita con buena correspondencia la zona de emanaciones termales entre la falla Chancho-Có al sur y la falla Trolope al norte. Por otra parte, se realizaron tres series de simulaciones análogas para evaluar distintos modelos de evolución del CVCC. Para la primera serie de experimentos, se simularon los siguientes escenarios: configuraciones transtensionales en un medio frágil, con condiciones de contorno variables, sumándose luego un dominio dúctil que simule un reservorio magmático. Para la segunda serie, se evaluó el rol del colapso caldérico, y la superposición del colapso caldérico a una deformación transtensiva inicial. Por último, en la tercera serie, se establecieron eventos extensivos no coaxiales para lograr un acercamiento de escala más local a la configuración estructural observada en el área. A partir de estas simulaciones, y contrastando los resultados obtenidos en cada serie con las observaciones regionales y locales realizadas en el CVCC, se establecieron las siguientes conclusiones: (1) la configuración estructural regional de la Caldera del Agrio no guarda una similitud con un sistema de pull-apart clásico ligado a una inflexión derecha de la traza de la falla principal dextral Liquiñe-Ofqui; (2) al combinar esta configuración estructural con un cuerpo dúctil somero (cámara magmática), el resultado en planta señala que el arreglo estructural producto de un evento transtensivo explica eficientemente los dominios de fallas NNO-SSE a NE-SO, pero no el dominio de fallas ~NO-SE, que respondería a otro proceso; (3) las simulaciones dirigidas a entender el funcionamiento estructural de la superposición de eventos extensivos no coaxiales permitieron entender el rol de las diferentes familias de fallas relevadas en el campo dentro del sistema. En particular, se pudo establecer que las fallas iniciales ~NO-SE compartimentan el desarrollo de las estructuras ~ENE-OSO sobreimpuestas, actuando en ocasiones como zonas de transferencia. Para el caso del CVPP, los lineamientos morfoestructurales de mesoescala presentan tres direcciones principales: ~E-O, ~NE-SO, y ~NO-SE. Los lineamientos mayores desarrollan inflexiones, dando paso a saltos izquierdos entre las direcciones NO-SE a E-O a lo largo del rumbo, compartimentalizadas por lineamientos orientados ~NNE-SSO. A partir del análisis de datos cinemáticos de fallas se obtuvieron soluciones que indican deformación de rumbo con eje de acortamiento ENE-OSO a NE-SO. La inversión de estos datos señala un régimen de esfuerzos de rumbo desde el Cuaternario, con un esfuerzo horizontal máximo orientado ~ENE-OSO. Bajo este campo de esfuerzos local, las estructuras ~NE-SO y ~ONO-ESE poseen alta tendencia al deslizamiento, mientras que aquellas en el rango NE-SO a E-O son propensas a la dilatancia. Este análisis sugiere que las estructuras transversales al sistema orogénico a estas latitudes ejercen un control de primer orden en las manifestaciones termales. Las zonas de intersección entre ellas y las estructuras submeridionales incrementan el daño estructural, promoviendo la migración de fluidos a través de poblaciones de fallas y fracturas ~ENE-OSO y ~NO-SE de escala afloramiento.

Abstract:

This work aims to study the structural features controlling the Andean volcanic complexes, as well as their influence on the circulation of hydrothermal fluids. To achieve this objective, two volcanic systems with different tectonic frameworks were analyzed: the Caviahue-Copahue volcanic complex (CCVC), and the Planchón-Peteroa volcanic complex (PPVC), both belonging to the Southern Volcanic Zone of the Andes. For each case, structural analyses at different scales were carried out: mesoscale morpho-structural lineaments detection over satellite images, and outcrop-scale fault-slip data field surveys. The deformation regimes acting on each studied area were characterized, and the associated palaeostresses were obtained from the inversion of the kinematic data. Based on the obtained results, the dilatation and slip tendencies of the identified families of structures were estimated. The performed analysis in CCVC allowed to define two main sets of faults controlling the deformation of the area: NE-SW to ENE-WSW, and WNW-ESE to NW-SE, respectively. The first group is composed of high-angle normal faults, resulting in a horst-and-graben setting with along- strike lengths up to 2 km. The second group shows strike-slip kinematics with a minor normal component. These ~NW-SE faults are related to the fissural miocene-pliocene volcanism, and define the major caldera axis direction. In the geothermal area, the obtained paleostress orientation shows a consistent vertical σ1, denoting a local extensional regime. The integration of these results with the geology of the area allows to propose the following deformation stages for the CCVC: (1) an early extensional stage, controlled by ~NW-SE trending faults, which acted as volcanic vents for the Miocene-Pliocene products; and (2) another local extensional stage, controlled by NE-SW to ENE-WSW oriented faults and associated ~WNW-ESE oriented transfer zones governing the magmatic emplacement since Pleistocene. It is proposed that the generation of the Agrio caldera would correspond to a volcano-tectonic event between both stages during late Pleistocene, mainly controlled by the ~NW-SE oriented faults. Regarding the geothermal field, the ~NE-SW extensional fault system is proposed as the main circulation pathways for hydrothermal fluids. The major ~NW-SE faults would act as barriers for this circulation, due to their low values of slip and dilatation tendencies. The achieved characterization shows a good agreement with the zone of thermal emanations, between the Chancho-Có fault to the south and Trolope fault to the north. Furthermore, three series of analogous experiments were carried out to evaluate different evolution models for the CCVC. In the first modelling series, the following scenarios were simulated: transtensional settings over a fragile media with different border conditions, including later a ductil media simulating the presence of a magmatic reservoir. For the second series of experiments, pure caldera collapse and the overlap of caldera collapse event over an initial transtensional scenario were modelled. Finally, in the third series, two non-coaxial extensional events were established to achieve a local scale approach to the structural configuration observed in the area. Contrasting the experimental results with the regional and local observations made at the CVCC, the following conclusions were obtained: (1) the regional structural setting of the Agrio depression does not bear a structural similarity with a classic pull-apart system linked to a right inflection of the trace of the main dextral Liquiñe-Ofqui fault; (2) combining this structural configuration with a shallow ductile body(magmatic chamber), the result in plan-view shows that a transtesive event efficiently explain the NNW-SSE to NE-SW fault domains, but does not account for the ~NW-SO domain, which would respond to other process; (3) simulations aimed to understand the structural behavior of the superposition of non-coaxial extensive events allowed to assess the role of the different fault families surveyed in the field within the system. Particularly, it could be claimed that the ~NW-SE oriented structures compartmentalize the subsequent ~ENE-WSW oriented faults, acting on occasions as transfer zones. In the case of the PPVC, mesoscale morphostructural lineaments present three main directions: ~E-W, ~NE-SW, and ~NW-SE. Major lineaments develop inflections, giving rise to left bends between the NW-SE to E-W along the strike, compartmentalized by ~NNE trending lineaments. Strike-slip fault solutions with an ENE-WSW to NE-SW oriented shortening axis were obtained from fault-slip data analysis. The inversion of fault kinematic indicators constrains a Quaternary to recent strike-slip regime, with a ~ENE-WSW oriented maximum horizontal stress. Under the defined local stress field, ~NE-SW and ~WNW-ESE oriented structures have high slip tendency, while those spanning from NE-SW to E-W are prone to dilate. This analysis suggests that these transverse structures exert first order on the hydrothermal manifestations. Circulation would profit the most from ~ENE-WSW and ~NW-SE striking outcrop-scale faults and fractures associated with the damage zones.

Citación:

---------- APA ----------

Vigide, Nicolás Carlos. (2021). Aplicación de modelos análogos para el análisis de la evolución de sistemas volcánicos andinos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7329_Vigide

---------- CHICAGO ----------

Vigide, Nicolás Carlos. "Aplicación de modelos análogos para el análisis de la evolución de sistemas volcánicos andinos". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7329_Vigide

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