Andean Geology 38 (1): 23-36. January, 2011
formerly Revista Geológica de Chile
www. scielo.cl/andgeol.htm

 

Influencia de un bloque rígido en un sistema de fallas de rumbo: modelamiento análogo

Influence of a rigid block in a strike-slip fault system: analogue modelling

 

Thierry Nalpas1, Brian Townley2, Diego Sanhueza2

1 Géosciences Rennes (UMR 6118), Université deRennes 1, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes cedex, France-IRD. thierry.nalpas@univ-rennes1.fr
2 Departamento de Geología, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile. btownley@ing.uchile.cl; disanhue@@ing.uchile.cl

RESUMEN. En este trabajo se presenta un estudio de modelamiento análogo sobre la naturaleza, geometría y cinemática de la deformación a lo largo de fallas de rumbo dada la presencia de un bloque rígido en su trayectoria de deformación. Los modelos análogos están apropiadamente escalados considerando las características reológicas de los materiales que se desean contrastar en la deformación. Dos grandes parámetros fueron probados: la configuración del bloque rígido, variando su forma y tamaño, y el monto del desplazamiento. Los resultados experimentales muestran el desarrollo de rotaciones, fallas y pliegues como producto de la presencia de un bloque rígido en la trayectoria de falla. Los diversos casos geométricos probados pueden ser empleados para su comparación con sistemas de fallas de rumbo en los cuales existen diferencias litológicas de comportamiento reológico diferencial, como por ejemplo el caso del 'Núcleo rígido de Limón Verde' al sur de Chuquicamata, ubicado en la trayectoria del sistema de fallas de Domeyko.

Palabras clave: Modelamiento análogo, Falla de rumbo, Bloque rígido, Falla de Domeyko.

ABSTRACT. This work addresses the kinematic effects of a rigid block in strike-slip systems by using analogue models. The experiments (size, behaviour of materials) were scaled down in order to represent deformation of the tested rheologic contrast conditions in deformation. Two main parameters were tested: the configuration of the rigid block, changing its form and size, and the amount of displacement. The experiments evidenced the development of rotations, faults and folds along the fault trajectory, as resulting from the presence of the rigid block during the deformation. Testing of diverse geometric situations may be used for comparison to strike-slip fault systems in which different lithologies and rheologic behaviour exist, for example, presence of the 'Limón Verde rigid core' along the Domeyko fault system, just south of Chuquicamata.

Keywords: Analogue modelling, Strike-slip fault, Rigid block, Domeyko fault.

1.       Introducción

Las fallas de rumbo constituyen importantes estructuras de deformación de la corteza en todos los ambientes tectónicos. Son estructuras que han sido detalladamente estudiadas, tanto en sus propiedades de terreno, geometría de deformación, comportamiento sísmico como también mediante modelamiento análogo (e.g., Harding, 1973; Chester et al., 1993; Sylvester, 1988; Richard et al., 1989; Stern y McBride, 1998; Ueta et al., 2000; Mann, 2007; Faulkner et al., 2008). Estos estudios han mostrado que la deformación en sistemas de fallas de rumbo se desarrolla con la formación de estructuras específicas asociadas a la distribución diferencial de tensores de deformación, como lo son las fallas de Riedel', fallas inversas y normales y pliegues 'en échelon' (Sylvester, 1988; Richard et al., 1989; Chester et al., 1993; Faulkner et al., 2003).

En el sistema de formación del orógeno andino existen zonas de fallas regionales ligadas a la subducción, las que son paralelas al sistema de fosa oceánica, entre las que se reconocen fallas normales, inversas y/o fallas transcurrentes, principalmente estructuras 'frágiles' o de transición frágil-dúctil, que acomodan deformaciones de compresión, extensión o cizalle. Estas se han ligado a períodos de convergencia oblicua de placas como son los casos de los Sistemas de Falla de Atacama (Scheubery González, 1999) y de Falla de Domeyko (Maksaev et al., 19941; Tomlinson y Blanco, 1997a y b) en el norte de Chile y el Sistema Liquiñe-Ofqui (Hervé, 1994; Cembrano et al., 1996) en el sur de Chile.

El Sistema de Fallas de Atacama corta las rocas intrusivas y volcánicas del Jurásico al Cretácico Inferior en la Cordillera de la Costa del norte de Chile. Este es un sistema de falla mayor, que se extiende a lo largo de la Cordillera de la Costa por alrededor de 1.100 km desde los 20°30' hasta los 29°45'S (Saint Amandy Alien, 1960; Arabasz, 1971; Scheuber y Reutter, 1992; Brown et al., 1993; Scheubery González, 1999; Grocott y Taylor, 2002).

El Sistema de Fallas de Domeyko, en el norte de Chile, corta rocas del Paleozoico al Paleógeno (Maksaev, 1990; Boric et al., 1990; Maksaev et al., 19941; Tomlinson y Blanco, 1997a y b; Maksaev y Zentilli, 1999) y se extiende por sobre 800 km a lo largo de la Cordillera de Domeyko entre los 19o y los 27°S (Taylor, 1935; Alvarez et al., 1980; Maksaevy Zentilli, 1999). Este sistema de fallas ocupa la posición correspondiente al borde oriental de la cuenca de trasarco que existió en el Mesozoico, por lo que probablemente el sistema de falla se desarrolló en la zona de debilidad estructural heredada de las fallas normales que limitaron la cuenca. Durante el Eoceno-Oligoceno, un período de acelerada convergencia oblicua de orientación NE entre las placas Farallón y Sudamericana (Pardo-Casas y Molnar, 1987), se desarrolló un evento de deformación transpresional asociado con la fase tectónica Incaica, con acortamiento cortical caracterizado por estructuras de sobreescurrimiento, plegamiento, fallas de rumbo, rotaciones y alzamientos de bloques a lo largo de la zona de Fallas de Domeyko (Reutter et al., 1991, 1996; Maksaev y Zentilli, 1999; Amagada et al., 2003, 2006). La historia cinemática de este sistema de fallas es compleja, con evidencias de fallamiento de rumbo inicial dextral y de una inversión de éste a sinistral (Reutter et al., 1991, 1996; Tomlinson, 1997a y b; Maksaev y Zentilli, 1999), y fallamiento inverso en algún momento de la evolución de la deformación (Amilibia et al., 2000; Mclnnes et al., 1999), con un desplazamiento total de rumbo sinistral estimado en 25 a 35 km en el caso de la falla Oeste (Reutter et al., 1996; Tomlinsony Blanco, 1997a,b; Campbell et al., 2006). Estudios paleomagnéticos han demostrado rotaciones horarias de hasta 40° en rocas del Mesozoico y Paleógeno a lo largo de la cordillera de Domeyko (Randall et al., 2001; Amagada et al., 2006). La larga evolución de los procesos de deformación ha otorgado una geometría propia de sistemas de fallas de rumbo, con el desarrollo de múltiples estructuras rotacionales, fallas paralelas y de conexión entre ellas, fallas de tipo cola de caballo, fallas inversas, entre otras, descritos en diversos mapas geológicos y estructurales de la región (e.g., Mpodozis et al., 1993).

El Sistema de Fallas de Liquiñe Ofqui, en el sur de Chile, corresponde a un complejo de fallas de intraarco de más de 1.000 km de largo entre los 39° y los 47°S y muestra evidencia de tectónica transpresional y transtensional (Hervé, 1976,1994; Hervé et al., 1979; Hervé y Thiele, 1987; Cembrano y Hervé, 1993; Cembrano et al., 1996).

Estos sistemas de fallas de rumbo cortan rocas de reologías muy distintas, con una potencial variación de la resistencia, y comportamiento de deformación a lo largo de su extensión.

Los modelos análogos clásicos de zonas de deformación de rumbo no han abordado la influencia de la variación reológica espacial en la evolución de sistemas de fallas de rumbo. Una situación de contrastes reológicos en la naturaleza es la que se pudiera esperar a lo largo de sistemas de fallas que afectan distintos tipos de rocas, las cuales observan un comportamiento diferencial ante procesos de deformación. Un ejemplo pudiera ser la existencia de un núcleo rígido de rocas en la traza de un sistema de fallas, como es el caso del descrito 'Núcleo rígido Sierra Limón Verde' en la traza del sistema de fallas de Domeyko (Mpodozis et al., 1993)2. Tal efecto genera una geometría particular de estructuras que pueden ser visualizadas en su geometría y evolución de deformación en experimentos análogos y luego contrastados con la situación real descrita en mapas geológicos y estructurales.

El objetivo de este trabajo es comprender cómo las fallas de rumbo se ven afectadas por una variación espacialmente limitada en la reología, estudiar cómo se desarrolla la partición de la deformación dentro y alrededor de un bloque más rígido que el resto, intersectado en la trayectoria de una falla, y cómo evoluciona en el tiempo esta deformación. La metodología de estudio es mediante modelización analógica. Los modelos están construidos con la presencia de un bloque rígido en la traza de falla para simular una variación espacial local de la reología (Fig. 1), como pudiera ser el ejemplo natural del 'Núcleo rígido Sierra Limón Verde' en la zona de falla de Domeyko, descrito en Mpodozis et al., (1993)2.


FIG. 1. Aparato experimental. DV, discontinuidad de velocidad. Espesor en centímetros de las capas de silicona y de arena en el bloque rígido y alrededor.

2.       Procedimiento experimental

Las técnicas de modelamiento utilizadas en el Laboratorio de Modelización Analógica de la Universidad de Chile son similares a las usadas en otros laboratorios para experimentos en sistemas frágil-dúctil (e.g., Laboratorio de Tectónica Experimental de Geosciences Rennes, Universidad de Rennes, Francia) y las cuales han sido descritas en varios estudios previos (e.g., Faugère y Brun, 1984; Vendeville et al., 1987;Davyy Cobbold, 1991). Las rocas frágiles están representadas por arena de cuarzo molido, con un ángulo de fricción interna cercano a 30° y una densidad (p) de 1.400 kg/m3. Las rocas dúctiles están representadas por masilla de silicona con una viscosidad (µ) cercana a 104 Pa.s a 30°C (Nalpas y Brun, 1993) y una densidad (p) alrededor de 1.400 kg/m3.

El aparato experimental consiste de una placa basal rígida y fija sobre la cual hay una delgada placa móvil que está fija a una pared móvil que es empujada a una velocidad constante (Fig. 1). El límite de la placa móvil induce una discontinuidad de velocidad asimétrica (D V) en la base del modelo, la cual localiza la deformación (cf. Malavielle, 1984; Allemand et al., 1989;Ballard, 1989; Richard et al., 1991). Las dimensiones del modelo son de 50 por 50 cm sin límites fijos, para producir una cantidad de acortamiento relativamente grande y evitar que se produzca efecto de cuña en el borde. Los experimentos fueron construidos con una capa dúctil de silicona en la base (2 cm de espesor), subyacente a una capa frágil de arena de cuarzo (1,5 cm de espesor) de diferentes colores intercalados (Fig. 1). Para simular un bloque rígido, el modelo tiene en su centro un espesor más importante de arena (2,5 cm) que fue depositado manualmente en un cuadrado en reemplazo de un centímetro de silicona y después el resto de la capa de arena fue depositado tamizando la arena de cuarzo sobre todo el modelo (Fig. 1). Dos parámetros fueron probados: la configuración del bloque rígido (variando su tamaño) y la cantidad del desplazamiento, desarrollados con movimiento dextral. La tasa de desplazamiento lateral en todas las experiencias es de 2 cm/h. Esta velocidad es compatible con los datos del escalamiento usado en el modelo (Tabla 1), y corresponde a una velocidad de deformación de 0,1 cm/año en la naturaleza (compatible con velocidad de deformación en zonas de fallas de rumbo).


Cuatro modelos con variación en el tamaño y la geometría del bloque rígido fueron desarrollados para estudiar la distribución espacial y geométrica de la deformación y su resistencia a la deformación. Tres cuadrados de 5x5 cm, 7,5x7,5 cmy 10x10 cm para probar el efecto de tamaño, y uno cilindrico para probar el efecto geométrico. Con los bloques mencionados se probaron tres modelos con variación en la cantidad de desplazamiento (5, 10 y 15 cm), desarrollados para estudiar la evolución temporal de la deformación.

Fotografías de la superficie del modelo fueron tomadas a intervalos regulares de tiempo para observar el desarrollo de las estructuras. Para visualizar correctamente la deformación alrededor de las fallas y las rotaciones asociadas, líneas finas de arena blanca fueron depositadas en un patrón cuadrado de 2,5 cm en la superficie del modelo. Después de la deformación, las estructuras internas quedaron registradas en una serie de cortes realizados en la mejor dirección para observar las estructuras. Las capas frágiles fueron construidas con arena de dos colores para revelar mejor las estructuras y observarlas en las fotografías.

3.       Resultados

3.1.       Desarrollo del experimento de base (bloque rígido de 5x5 cm)

La evolución de la deformación se puede ver mediante una serie de cuatro fotos de la superficie del modelo (Fig. 2a-d), representada en las figuras con la orientación del Norte a la izquierda, el Oeste abajo, el Sur a la derecha, y el Este arriba (Fig. 2a). El inicio de la deformación ocurre con la aparición de fallas de rumbo dextral, con azimut ±N20° a cada lado del bloque rígido (Fig. 2b). Progresivamente se observa un aumento en el desarrollo de las fallas de rumbo, con fallas más largas, con distribución 'en échelon' sin llegar a cortar el bloque rígido. A cada lado del bloque rígido ocurre un desarrollo de dos pliegues anticlinales con un azimut de N120° (Fig. 2c). Progresivamente las fallas de rumbo 'en échelon' pasan a ser fallas de rumbo conectadas y al mismo tiempo los pliegues anticlinales son cortados por fallas inversas sinistrales de azimut N130° y de vergencia en dirección del bloque rígido. Entre las fallas inversas sinistrales se puede observar una rotación horaria del bloque rígido de 5o a 10° visible en la deformación del cuadrado blanco de la superficie.


FIG. 2. Fotografías de la superficie del modelo de referencia con bloque rígido de 5x5 cm, y dos cortes perpendiculares a estructuras mayores, a. Estado inicial; b. después de 1,2 cm de desplazamiento; c. después de 2,5 cm de desplazamiento; d. después de 5 cm de desplazamiento.

El estado final de esta evolución superficial se presenta mediante dos perfiles ubicados perpendicularmente a la deformación. En estos perfiles se observa la deformación al lado del bloque rígido con pliegue y falla de vergencia opuesta en dirección del bloque rígido. El plegamiento de las capas es más importante en dirección del bloque rígido con una pendiente fuerte de las capas.

3.2.       Desarrollo de los experimentos con cambio del tamaño del bloque rígido

En referencia al experimento de base con un bloque rígido de 5x5 cm se estudiaron diferentes evoluciones de la deformación asociados con un aumento del tamaño del bloque rígido, y un caso con cambio de forma.

Para un tamaño del bloque rígido de 7,5x7,5 cm la deformación muestra, como en el experimento de base, un desarrollo de pliegues anticlinales cortados posteriormente por fallas inversas sinistrales (N1 30° a N140°) de vergencia en dirección del bloque rígido (Fig. 3b). Además, se desarrolla en el flanco opuesto del pliegue otra falla inversa sinistral de vergencia opuesta al bloque rígido y ubicado en su parte NE y SW, de azimut N120° a N150°. También, entre las dos fallas inversas sinistrales se puede observar una rotación horaria del bloque rígido de 10°. A diferencia del experimento anterior, el centro del bloque rígido es cortado por una falla de rumbo dextral (con azimut ±N20°). Las dos extremidades NWy SE del bloque rígido están afectadas por fallas de rumbo sinistrales (con direcciones ±N70°). Las fallas de rumbo dextrales ubicadas al Norte y Sur del bloque rígido, con distribución 'en échelon' muestran un aumento en el desarrollo en dirección de las extremidades NWy SE del bloque rígido. Los perfiles muestran un desarrollo menos importante de las fallas inversas en comparación del experimento de base, pero con un desarrollo más importante en dirección del bloque rígido.

Para un tamaño del bloque rígido de 10x10 cm la deformación muestra un importante desarrollo de las fallas de rumbo dextrales ubicadas al Norte y Sur del bloque rígido, y también que cortan el bloque rígido con una distribución 'en échelon', al contrario del experimento de base (Fig. 3c). También se puede observar, al igual que en el experimento precedente (7,5x7,5 cm) fallas de rumbo sinistrales (con azimut ±N80°) a las dos extremidades NWy SE del bloque rígido. Los perfiles muestran pequeños pliegues asociados con el borde del bloque rígido y las fallas de rumbo dextrales localizadas sobre la discontinuidad de velocidad (DV), lo que no se puede observar en los otros experimentos donde los pliegues más importantes están sistemáticamente asociados con el borde del bloque rígido sin relación directa con la DV.


FIG. 3. Fotografías de la superficie de modelos, y dos o tres cortes para mostrar las estructuras mayores al final de los 5 cm de desplazamiento con bloque rígido de tamaño diferente, a. Modelo de referencia; b. con un bloque rígido de 7,5x7,5 cm; c. con un bloque rígido de 10x10 cm; d. con un bloque rígido de sección circular de 10 cm de diámetro.

En los experimentos anteriores se realizaron las pruebas con un bloque rígido de geometría angular, en la cual el efecto de rotaciones incide sobre los efectos de deformación del entorno. Para probar una geometría no angular y las posibles diferencias en los efectos de deformación del entorno se realizó una nueva experiencia con un cuerpo rígido de forma cilindrica de diámetro igual 10 cm. La deformación en este caso muestra un desarrollo alrededor del bloque rígido sin fallas que lo corten (Fig. 3d). Se observa el desarrollo de fallas inversas sinistrales ubicados en la parte NE y SW del bloque rígido (con azimut ±N130° N140°) y una falla de rumbo sinistral (con azimut ±N70°) en su extremidad SE (como en el experimento de cuerpo rígido de 7,5 por 7,5 cm). El bloque rígido está afectado por una rotación horaria de 10° visible en la deformación del cuadrado blanco de la superficie del modelo. Además, las fallas de rumbo dextrales ubicadas al norte y sur del bloque rígido muestran un aumento en su desarrollo, y una curvatura en dirección de las extremidades este y oeste del bloque rígido. Los perfiles muestran un desarrollo de las fallas comparable al experimento de base.

3.3.       Desarrollo de los experimentos con cambio de la cantidad de desplazamiento

En referencia al experimento de base con un bloque rígido de 5x5 cm, y con 5 cm de cantidad de desplazamiento, se estudiaron las diferencias de evolución de la deformación dado un aumento de la cantidad de desplazamiento, con un bloque rígido del mismo tamaño.

Para una cantidad de desplazamiento de 10 cm la deformación muestra un desarrollo mayor de todas las estructuras, tanto en longitud como en densidad (Fig. 4b), con aumento del alzamiento y del movimiento sobre las fallas. Las fallas de rumbo dextral a cada lado del bloque rígido (con azimut ±NS-N20°) se conectan y se duplican. Los pliegues anticlinales ligados a fallas inversas sinistrales de dirección N140° tienen doble vergencia en dirección del bloque rígido y de su exterior. Entre las dos fallas inversas sinistrales la rotación horaria del bloque rígido sube hasta 20°. La deformación observable en superficie y en los perfiles permite ver que la zona del bloque rígido está rodeada de zonas en alzamiento que se propagan en dirección del bloque rígido.

Para una cantidad de desplazamiento de 15 cm la deformación muestra un aumento del desplazamiento sobre las estructuras y de la rotación asociada (Fig. 4c). Los pliegues anticlinales y las fallas inversas sinistrales ligados pasan a un azimut N155°. Entre las dos fallas inversas sinistrales la rotación horaria del bloque rígido sube entre 35° y 40°. Las fallas inversas sinistrales casi sobrepasan el bloque rígido. Se pueden observar fuertes rotaciones horizontales y verticales con cambio de manteo de las capas a un ángulo subvertical (Fig. 4c perfil C'C).

La estructura global de la figura 4 (especialmente b), resulta muy similar a aquella generada en un 'restraining stepover' (e.g., Me Clay y Bonora, 2001) en sistemas de rumbo conocidos. La diferencia mayor es la localización del alzamiento por estructuras en 'pop up'que están localizadas al borde del bloque rígido sin alzamiento de su centro.


FIG. 4. Fotografías de la superficie de modelos, y dos o tres cortes para mostrar las estructuras mayores al final de diferentes tasas de desplazamiento, a. Modelo de referencia; b. con 10 cm de desplazamiento; c. con 15 cm de desplazamiento.

4.       Discusión

4.1.       Modelizaciones analógicas

Los diferentes experimentos permiten observar algunas características generales del efecto de un bloque rígido sobre el desarrollo de un sistema general de falla de rumbo dextral. Todas las características geométricas se verían en imagen especular relativamente a la DV si consideramos un sistema general sinistral. La primera característica importante es la organización general de la deformación, con un desarrollo de fallas de rumbo dextrales afuera del bloque rígido y una rotación horaria del bloque rígido asociada al sistema de falla de rumbo dextral. Esta rotación horaria del bloque rígido induce en sus bordes NE y SW (y de menos importancia en sus bordes SE y NW) el desarrollo de estructuras transpresionales sinistrales (simultáneamente desplazamiento sinistral, inverso y plegamiento) (Fig. 5). Cuando la cantidad de desplazamiento aumenta la zona de influencia del bloque rígido toma una forma ovalada de elongación NW-SE, con un aumento de la rotación horaria del bloque rígido y de las estructuras transpresivas que pasan de N140° a N155°. Así, en un experimento de deformación dextral, la presencia de un bloque rígido implica una rotación de este bloque rígido y la rotación de las estructuras sinistrales alrededor de este bloque rígido. El aumento de esta rotación permite la generación de tres zonas de deformación que tienen una orientación aproximada norte-sur, pero con fallas de rumbo dextral al norte y al sur con desplazamiento mayor, y sinistral al centro con desplazamiento menor.


FIG. 5. Esquema que muestra las características generales de la deformación alrededor del bloque rígido para un caso de movimiento dextral. Para un caso sinistral todos los indicadores de movimiento y geometría se invierten.

La evolución de la deformación depende también del tamaño del bloque rígido. Cuando este bloque rígido es grande, no rota y es cortado por fallas de rumbo (Fig. 3c). Esto sugiere que resulta más fácil y de menor consumo energético cortar el bloque rígido por fallas que lograr una rotación. Ello se explica porque al rotar el cuerpo rígido es necesario acomodar dicho movimiento a través de fallas alrededor del bloque rígido. Mientras más grande el bloque, más largas tienen que ser estas fallas, y mayor es el consumo de energía para crearlas. El cambio de forma del bloque rígido de un cuadrado de 10 por 10 cm a un cilindro de 10 cm de diámetro permite disminuir la resistencia a la rotación del bloque rígido, observándose un cambio en la geometría de la deformación asociado a la rotación de la zona del bloque rígido.

La presencia de un bloque rígido dentro de un sistema de deformación transcurrente influencia la deformación si el bloque rígido puede rotar. Si el bloque rígido es muy grande, el sistema de fallas transcurente corta el bloque rígido sin efectos externos muy importantes. Cuando ocurre una rotación las estructuras transcurrentes asociadas tienen un sentido de desplazamiento contrario respecto del sentido general.

4.2.       Comparación con casos reales

Si bien los resultados de la modelización analógica no son directamente comparables a un sistema de fallas regional como lo es por ejemplo el sistema de Fallas de Domeyko, sí permiten comprender mejor los efectos de diferencias reo-lógicas a lo largo de la trayectoria de una falla de rumbo, en particular un bloque rígido como pudiera ser la presencia de un bloque cristalino antiguo. Las fallas transcurrentes ligadas a la subduccion se nuclean y se desarrollan en la zona débil a lo largo del arco magmático (debilitamiento termal de la litosfera por el calor adicionado por el magmatismo) y acomodan el componente de desplazamiento horizontal en márgenes continentales activos durante períodos de convergencia oblicua (Woodcock, 1986; Beck, 1986; Buspy-Spera y Saleeby, 1990). Las zonas de fallas litosféricas, como el caso del Sistema de Fallas de Domeyko, en el norte de Chile, tienen un rol documentado en el emplazamiento y disección de algunos de los depósitos minerales tipo pórfido más grandes del mundo (Lindsay y Zentilli, 1997).

El Sistema de Fallas de Domeyko (Boric et al., 1990) en particular, se extiende a lo largo de la Cordillera de Domeyko y ocupa la posición correspondiente al borde oriental de la cuenca de trasarco que existió en el Mesozoico. La actividad transcurrente en el Cenozoico se correlaciona con un período de convergencia oblicua de dirección NE con altas razones de convergencia (aprox. 12 cm/año; Cande, 1983) desde los 42 a los 26 Ma (anomalías magnéticas 18 a 13) basado en la reconstrucción del movimiento del fondo oceánico (Pilger, 1983,1984; CandeyLeslie, 1986; Pardo-Casas y Molnar, 1987). El Sistema de Fallas Domeyko corresponde a una serie de fallas de carácter regional que limita y acomoda el alzamiento de la Cordillera de Domeyko (Maksaev y Zentilli, 1988; Maksaev, 1990), que controla el emplazamiento de los pórfidos cupríferos (Rojas y Lindsay, 1997) y la exposición de afloramientos de rocas más antiguas (Tomlinsony Blanco, 1997b); presentando alzamientos de bloques paleozoicos (Maksaev y Zentilli, 1988). Existen documentadas evidencias de movimientos transcurrentes (Maksaev, 1990; Scheuber y Reutter, 1992; Reutter et al., 1996; Tomlinson y Blanco, 1997a; Lindsay, 1997; Astudillo et al., 2008) y rotaciones (Mpodozis et al., 1993; Yáñezetal, 1994; Amagada et al., 2000; Astudillo et al., 2008), con existencia de geometría de tipo 'stepover', como es el caso de Sierra Limón Verde, ubicado al sur de la ciudad de Calama y de Chuquicamata. La Sierra Limón Verde se caracteriza principalmente por rocas cristalinas paleozoicas denominadas como 'Núcleo rígido Limón Verde' en Mpodozis et al. (1993). En el mapa geológico de Mpodozis et al. (1993) se aprecia tanto al norte como al sur del 'Núcleo rígido' una geometría de tipo 'stepover', desde el sur hacia el este (Fallas de los Toros, Pampa Elvira, Purilactis), fallas que rodean el 'Núcleo rígido' (Falla Queríante), y desde el norte fallas que rodean el 'Núcleo rígido' hacia el oeste (Falla Sierra Limón Verde). Los afloramientos y distribución de rocas del 'Núcleo rígido Sierra Limón Verde' muestra, en su flanco NW, una forma subeircular, en su flanco SE y S bajo cobertura de gravas, y en su flanco NE de forma elongada NNW (Fig. 6). Si bien esta comparación está basada solamente en aspectos geométricos, los resultados de los experimentos análogos proveen información que puede ayudar a comprender mejor procesos diferenciales de deformación a lo largo de zonas de falla en las cuales se ha documentado existencia de litologías particulares y puntuales distintas, de comportamiento reológico ante procesos de deformación diferente. A la fecha no existen estudios del sector Sierra Limón Verde que permitan demostrar rotaciones de dicho bloque. Existen tanto al norte como al sur de este bloque desviaciones de la deformación con fallas de rumbo, fallas inversas y plegamientos que requerirían un mapeo de detalle para su comparación a los modelos análogos aquí presentados.


FIG. 6. Mapa geológico del sector Sierra Limón Verde en el cual se define el 'Núcleo rígido Limón Verde' y se muestra la geometría y distribución de diversas ramas de fallas del sistema de Fallas de Domeyko (modificado de Mpodozis et al., 1993). Tanto al norte como al sur de Sierra Limón Verde se ha documentado un movimiento sinistral de fallas, y al oeste y este se han documentado, en estudios paleomagnéticos, rotaciones horarias de bloques asociados a estos movimientos (Amagada et al., 2003, 2006). De acuerdo al modelo análogo y la geometría de fallas alrededor del 'Núcleo rígido' se postula que este observó rotaciones antihorarias, generando la desviación de fallas desde el sur hacia el este, y desde el norte hacia el oeste. Las rotaciones horarias documentadas se indican esquemáticamente en la figura, al oeste y este, y se indica la rotación antihoraria determinada según el modelamiento análogo, en el núcleo rígido.

Por otra parte, en el mismo sistema de Fallas de Domeyko, en la mina de Chuquicamata, existen datos que indican rotaciones horizontales (30° a 90°) y verticales (hasta 45°) documentadas en relación con movimientos transcurrentes (Astudillo et al., 2008). donde los pórfidos eocenos-oligocenos representan cuerpos distintos a las rocas huéspedes.

5.       Conclusiones

La presencia de un bloque rígido en un sistema de fallas de rumbo puede modificar la organización y geometría de la deformación:

  • Alrededor del bloque rígido y asociado al movimiento principal se observan fallas antitéticas de tipo inversas transcurrentes y pliegues asociados.
  • Cuando el bloque rígido puede hacer una rotación horizontal, la rotación es horaria ante un sistema transcurrente general dextral, y antihorario para un sistema general sinistral.

La rotación del bloque rígido induce a la creación de un sistema transcurrente local alrededor del bloque rígido, con un movimiento antitético del sistema transcurrente general; sinistral para un sistema general dextral, y dextral para un sistema general sinistral.

El tamaño del bloque rígido es crítico en la evolución de la deformación:

  • Un bloque rígido pequeño favorece una deformación distribuida alrededor de este.
  • Un bloque rígido grande no cambia la geometría de las estructuras principales.

El incremento en el desplazamiento genera:

  • Un incremento en el movimiento en el plano de falla de las fallas inversas.
  • Una rotación horaria más importante de las estructuras (pliegues y fallas inversas) en el lugar del bloque rígido, que tienden a orientarse en un bajo ángulo a subparalelas a la discontinuidad de velocidad.
  • Una rotación sobre un eje horizontal (visible en cortes) junto a las fallas de ángulos de hasta 90°.

Los resultados de los modelos análogos estudiados pueden ser empleados en comparación a situaciones reales en las cuales se conoce de existencia de diferencias Teológicas en la trayectoria de fallas de rumbo regionales con desviaciones puntuales de la deformación principal en forma de desarrollo de fallas inversas, fallas de rumbo y pliegues, asociadas a rotaciones de cuerpos rígidos. El caso de la existencia del 'Núcleo rígido Sierra Limón Verde' en la traza del sistema de Fallas de Domeyko constituye un ejemplo comparativo de tipo sinistral a los experimentos análogos, pero este análisis es limitado a aspectos solamente geométricos. Sin duda un estudio más crítico es necesario, con estudios de terreno más elaborados que permitan corroborar la similitud con los experimentos análogos aquí presentados.

Los resultados de los experimentos análogos se espera aporten información respecto de geometrías y distribución de deformación a lo largo de sistemas de fallas de rumbo, cuando en la traza de estos existen variaciones puntuales de rocas y comportamiento reológico diferencial ante procesos deformativos.

Agradecimientos

Este trabajo fue realizado gracias a la colaboración entre IRD (Francia) y la Universidad de Chile. Se agradece la importante contribución de los Dres. C. Costa y G. González y especialmente del Dr. J. Cembrano en la revisión del manuscrito.

 

Notas

1       Maksaev, V.; Tomlinson, A.J.; Blanco, N. 1994. Estudio geológico de la franja longitudinal comprendida entre Quebrada Blanca y Chuquicamata SERNAGEOMIN-CODELCO, informe (medito): 72 p.

2       Mpodozis, C; Marinovic, N.; Smoje, I; Cuitiño, L. 1993. Estudio geológico-estructural de la Cordillera deDomeyko entre Sierra Limón Verde y Sierra Mariposas, Región de Antofagasta. Escala 1:100.000. SERNAGEOMIN, CODELCO, Informe Registrado (IR-93-04): 282 p.

 

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Manuscript received: December 22, 2009; revised/acepted: October 13, 2009.

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