En la fosa la convergencia puede causar erosión de la placa superior cuando la fosa tiene menos de 1km de sedimentos y las tasas de convergencia son

Transcripción

1 Upper lithospheric structure of the subduction zone offshore of southern Arauco peninsula, Chile, at ~38 S

2 Introducción En la fosa la convergencia puede causar erosión de la placa superior cuando la fosa tiene menos de 1km de sedimentos y las tasas de convergencia son >6 cm a -1, o acreción cuando el grosor de sedimentos es > 1km y la tasa de convergencia es <7.6 cm a -1. La zona sur central de Chile albergó el terremoto de 1960 (M w ~9.5), caracterizado por una fosa llena acotada por el JFR y el Chile Rise. Su nucleación se localizó 80 km tierra adentro desde la fosa. Antes de la subducción la litosfera se curva causando fallamiento normal y actividad sísmica que varia de los microsismos M w <1 a grandes sismos intraplaca M w >6.5, lo que sugiere que la curvatura y fallamiento de la placa subductante continúa a grandes profundidades.

3 La isoterma de los 600 C (el límite de litósfera frágil) es una buena aproximación para la hidratación del manto, pero no ha sido acotada por estudios sísmicos. En esta zona, al sur de JFR y al norte del punto triple el margen chileno se caracteriza por acreción.

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5 Geodinámica La placa de Nazca se mueve a 6.6 cm a -1. Al norte de Valdivia FZ la litósfera oceánica fue formada por la dorsal Pacífica-Farallon hace mas de 20 Ma, al sur de Valdivia FZ fue creada en el Chile Rise durante los pasados 20 Ma. Al norte de Valdivia FZ la placa subducta con un ángulo de 45, mientras que al sur la placa subducta con un ángulo de 15. La fosa, Mocha FZ y Valdivia FZ definen un triángulo llamado el Bloque Mocha, un área de alta concentración de estrés, actuando como un límite entre dos grandes segmentos de la zona de subducción. El terremoto de 1960 se ubicó cerca de Mocha FZ y se propagó mas de 900 km hacia el sur. Mocha FZ está subductando a los 38 S, en dirección oblicua (N55 E), es problable que sea responsable del uplift de la península. Debido a que Mocha FZ impacta oblicuamente, la intersección entre la fractura y la fosa migra a ~3.1 cm a -1 hacia el sur.

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8 Caracterización de las estructuras geológicas obtenidas de reflexión sísmica y batimetrías. sísmica y batimetrías. En el outer rise las reflecciones del Moho ocurren a 2.3s bajo el tope del basamento oceánico (Fig 3). Cadenas de montes submarinos y ridges elongados subparalelos a Mocha FZ (Fig 2) Una sucesión de pequeños ridges sedimentarios definen el prisma de pre-acreción (Fig 4). Se observa fallamiento normal, horst-graben (Fig 3b). Se ve claramente la incisión del cañón submarino paleo-pellahuen, a los ~276km en el perfil. (Fig 4a).

9 Se encontraron 2 reflectores para modelar: El contacto interplaca y el Moho oceánico. Dada la incerteza del modelo, las velociadades fueron aproximadass mediante métodos estadísticos (método de Monte Carlo), en donde se asumió que todas las realizaciones tiene la misma probabilidad. Se generaron 100 velociades iniciales aleatorias, agregándoles pequeñas perturbaciones aleatoriamente también, obteniéndose modelos en 2- D interpolando perfiles de velocidad en 1-D. La figura 6b muestra el promedio de las velocidades obtenidas con los 100 modelos. La figura 7 muestra desviaciones en los modelos estadísticos, en donde reflectores interplaca tendrian una variacion de 0.1km a 0.4km, por otro lado el Moho tendría un rango entre 0. y 0.3km, con una maxima al SE del modelo.

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11 Resultados En las tomografías se muestran velocidades en la corteza de ~4.4 y ~7.2 km/s en la partes superior y inferior respectivamente. Éstas velocidades son características de una corteza madura y alejada del ridge, en donde circulamiento hidrotermal ha cesado. A medida que nos acercamos a la fosa la velocidades empiezan a decrecer (<3.5 km/s) en donde las velocidades típicas de corteza oceánica madura son >4.5km/s. Bajas velocidades en la corteza en el outer rise sugieren alteración de la porosidad en la corteza, esto acompañado de fracturamiento normal por esfuerzos extensionales (comportamiento similar observado en Antofagasta ~23.5 S y Chiloe ~43 S). Velocidades mayores a 8.4km/s son interpretadas como peridotita sin mayor hidratación, por otro lado mientras la placa de Nazca se acerca a la zona de subducción sus velocidades decrecen a ~7.8km/s (Fig 6c).

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13 La reducción de velocidad sugiere un fracturamiento y/o hidratación del mato oceánico en la zona del outer rise, implicando serpentinización. Claramente fracturamiento pervasivo implicaría hidratación del manto para la placa subductante. En la figura 6c se observa el gradiente de velocidades verticales muy claramente. El impacto de la presión de poro a grandes profundidades es causa de esto. Estudios en laboratorio muestran que serpentinita a 200MPa es 0.1km/s mas lenta que serpentinita a 400MPa. Velocidades del manto de ~8.4km/s a 16km de profundidad pueden definir al límite de hidroalteración, es decir, hasta donde puede penetrar el agua. Por otro la se calculó la geoterma para una placa de 30Ma, en donde se obtuvo una isoterma de C para el límite de hidroalteración. Se sugiere que la isoterma de 600 C sobreestima la cantidad de agua cargada por la litosfera a la zona de subducción.

14 La máxima profundidad a la cual el agua podría penetrar tiene que ser el punto neutral entre regímenes compresionales y extensionales, o un poco superior a este, en donde los estreses serían muy bajos como para inducir fracturamiento e hidroalteración. Para poder estimar la locación de el plano neutral depende de la reología, edad termal y régimen de stress de la placa. Seno and Yamanaka [1996] proponen a la isoterma de los 450 C es una buena aproximación para la profundidad de éste plano.

15 Rol de Mocha FZ Estudios previos muestran que la corteza en zonas de fractura es mas delgada, fracturada y con alteraciones hidrotermales. Adelgazamiento cortical de 7 a <6.4km en la fosa coincide con la intersección de Mocha la línea sísmica. La presencia de Mocha FZ sugiere una pontecial fuente de fluidos, y explica las bajas velocidades en la corteza y manto. Por otro lado la proyección de Mocha FZ tierra adentro corresponde a la locacion de volcán Longavi, donde su composición magmática ha sido estudiada (fundidos del manto altamente hidratados y oxidados). Por lo que el transporte de agua al subarco del manto es un posible efecto de la deshidratación durante el proceso de subducción de Mocha FZ.

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17 Margen continental Segmentación sísmica (Fig 9), la transición de velocidades a los 310km coincide con gran precisión con la zona de sismos intraplaca (Fig 6b). El agudo talud inferior de la península de Arauco puede indicar la transición de formaciones erosivas en el Mioceno a acreción en el presente. Cambios abruptos en velocidades de propagación indican cambios de tipo de roca. Se han encontrado similitudes a ésta mas al sur de la península. El complejo paleoacrecionario tiene un mayor grado de consolidación que el prisma frontal, pero menor que la estructura paleozoica. Se infiere nuevamente erosión y acreción, debido a que el complejo paleo acrecionario debería ser mucho mas grande que el prisma de acreción.

18 Comparación con el régimen erosivo del norte de Chile

19 Síntesis La corteza oceánica es de ~7km de grosor y muestra típicas V p a centros de expansión rápidos. Aproximándose a la fosa las velocidades decrecen, indicando hidratación. Se observaron horsts y grabens en el outer rise. Velocidades reducidas del manto fueron confinadas a profundidades máximas de 6-8km, coincidentes con la isoterma de C, interpretado como el límite inferior para la hidroalteración, donde las fallas extensionales dominan. El perfil sísmico que cruza a Mocha FZ supone adelgazamiento de la corteza oceánica (10-15%). Las velocidades del prisma frontal son claramente menores que en comparación con las mostradas en el norte de chile. Éste lugar a grandes rasgos se caracteriza por tener una clara segmentación sísmica, claramente relacionado con hidrofracturamiento y procesos erosivos.

20 FIN