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Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

Geología estructural en sector de El Ingenio, Cajón del Maipo, RM, Chile (33º40’-33º50’S). Daniela Villela(1)*, Marcelo Farías(1) , Reynaldo Charrier(1,2), y Andrés Fock(3) 1Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile 2Facultad de Ingeniería, Universidad Andrés Bello, Campus República, Santiago. 3 Xterrae Geología, Avenida Hernando de Aguirre 194, Providencia, Santiago * email: danielavillelao@gmail.com Resumen. En la Cordillera Principal Occidental, entre 33° y 34°S, afloran rocas de la Formación Abanico (Eoceno Superior-Mioceno Inferior), y de la Formación Farellones (Mioceno). Este estudio analiza la estratigrafía y deformación al suroeste del río Maipo, centrándose en una estructura antiforme compleja (Anticlinal El Ingenio) que presenta fallas y pliegues de segundo orden en su núcleo. Se desarrolló un modelo forward para explicar la geometría de la estructura compleja y para estimar el acortamiento. Se determinó que los niveles intermedios del anticlinal se deformaron más intensamente que los niveles superiores en respuesta a su menor competencia, además el acortamiento estimado para el anticlinal es de 1900 m. Por último se generó un modelo evolutivo en el que se reconocieron al menos dos eventos compresivos en el área estudiada.

Palabras Claves: Cuenca de Abanico, deformación

cenozoica, Andes de Chile Central, Cordillera Principal Occidental, Modelamiento estructural.

1 Introducción La Cordillera Principal Occidental, entre 33° y 34°S, está conformada por rocas volcánicas y sedimentarias pertenecientes a las formaciones Abanico (Eoceno Medio-Oligoceno Superior) y Farellones (Mioceno). Se ha interpretado que la Formación Abanico fue depositada en un sistema de cuencas extensionales de intra arco (Cuenca de Abanico), orientadas norte-sur, desarrolladas durante el Eoceno y Oligoceno (e.g., Charrier et al., 2002, 2005, 2009; Jara y Charrier, 2014; Muñoz-Sáez et al., 2014) y que estas fueron posteriormente invertidas durante el Mioceno. Durante la inversión de la Cuenca de Abanico se depositaron sintectónicamente los niveles inferiores de la Formación Farellones (Fock et al., 2006). Finalmente, la deformación compresiva se habría propagado hacia el este desarrollando la faja plegada y corrida de Aconcagua (e.g., Giambiagi et al., 2003).

En este contexto, al suroeste de Santiago, en el valle de río Maipo, específicamente en el sector de El Ingenio (Figura 1), afloran rocas de las formaciones Abanico y Farellones, las que presentan una fuerte deformación en una estructura antiforme compleja (Anticlinal El Ingenio), reportada previamente por Thiele (1980), Fock (2005) y Farías (2010) con un aparente desarrollo de dúplex vergente al

este. Esta estructura podría contener parte importante del acortamiento necesario para explicar el espesor cortical y alzamiento del frente cordillerano.

En este estudio se caracterizó la geometría y cinemática del antiforme, se estimaron acortamientos asociados y se generó un modelo evolutivo para toda la zona estudiada.

Figura 1. Ubicación del área de estudio.

2 Geología del área de estudio 2.1 Estratigrafía Basándose en los trabajos anteriores y en columnas levantadas en este estudio, se definieron las siguientes unidades estratigráficas: Fm. Abanico, compuesta de lavas y brechas volcánicas (Eoceno medio-Oligoceno); Miembro Inferior de Fm. Farellones(MIFF) , que corresponde a una secuencia de tobas de lapilli, tufitas, areniscas y en menor medida lutitas (Mioceno temprano a medio), la Unidad El Ingenio, compuesta por intercalaciones de areniscas y lutitas en su base e intercalaciones de tobas y conglomerados en su techo, la cual se correlaciona cronoestratigraficamente con el MIFF; y, por último, Miembro Superior de Fm. Farellones (MSFF), conformada por lavas andesíticas con intercalaciones de brechas (Mioceno medio-tardío). Además se definió la Unidad Coyanco, de la cual no se tiene antecedentes litológicos o geocronológicos, pero se observó que se dispone en discordancia sobre el MIFF, por lo que se correlaciona al MSFF (ver mapa en Figura 2).

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ST 1 TECTÓNICA Y DEFORMACIÓN CORTICAL ANDINA

Figura 2. Mapa geológico del área de estudio.

2.2 Geología Estructural En la zona de estudio se diferencian dos dominios estructurales: norte y sur, separados entre ellos por el tramo NW-SE del río Maipo. A grandes rasgos estos se caracterizan por: Norte: la deformación se concentra en la parte occidental de la zona de estudio, en el Anticlinal del Maipo, afectando a la Fm. Abanico, y, en menor medida, del MIFF. Hacia el oriente los estratos del MSFF se disponen subhorizontales, con leves discordancias progresivas, (Figura 3a). Sur: presenta deformación intensa de piel fina con una serie de anticlinales y sinclinales en toda su extensión afectando principalmente a la Unidad El Ingenio. El Sinclinal Morro Pangal y el Anticlinal de El Ingenio se encuentran en esta zona (Figura 3b). El MSFF presenta estratos de crecimiento al este del Anticlinal El Ingenio.

Figura 3. Perfiles esquemáticos de los dominios estructurales (a) Dominio Norte y (b) Dominio sur.

2.2.1 Modelamiento Anticlinal El Ingenio El Anticlinal El Ingenio corresponde a una estructura antiforme de orientación NNW, con una media longitud de onda de 5 km, que afecta a la Unidad El Ingenio. En su núcleo se observan estructuras de segundo orden que corresponden a fallas inversas y pliegues con vergencia principalmente hacia el este.

En el anticlinal se observó que los diversos niveles estratigráficos se deforman de diferente manera, lo cual es atribuible al contraste de competencia de las rocas: un gran anticlinal en los niveles superiores competentes (principalmente tobas y conglomerados) y una serie de fallas y pliegues de menor longitud de onda en los niveles intermedios menos competentes (compuestos principalmente por areniscas y lutitas). A partir de modelos forward construidos para explicar el desarrollo estructural del Anticlinal El Ingenio, se obtuvo como resultado que la estructura acomoda al menos 1900 m de acortamiento (960 m asociado a la deformación interna y 940 m a las fallas profundas) y alzamiento relativo de 1500 m (Figura 4). 3 Discusiones 3.1 Unidad El Ingenio y Unidad Coyanco En este trabajo se definieron informalmente dos unidades: El Ingenio y Coyanco. La primera (compuesta de sucesiones de areniscas, lutitas y conglomerados fuertemente deformados) se correlacionó con el MIFF por ser la más similar en cuanto a litología, sin embargo en el MIFF predominan las tobas, mientras que en la Unidad El Ingenio predominan las rocas sedimentarias finas. También se correlacionaron por su posición estratigráfica, afloran a la misma altura a los distintos lados del río Maipo, sin embargo de haber una estructura importante a lo largo del río, estas unidades no necesariamente son correlacionables. Se hace necesaria la datación de las rocas de la Unidad El Ingenio para confirmar su correlación con la Fm. Farellones. Respecto a la Unidad Coyanco son necesarios antecedentes litológicos ni geocronológicos para hacer una buena correlación. 3.2 Geología estructural Respecto los dominios estructurales norte y sur, se pueden notar importantes diferencias, esta separación de dominios podría deberse a una estructura de rumbo coincidente con el segmento NW-SE del río Maipo. De todos modos es necesario entender mejor cómo se disponen los estratos del MIFF en la parte oriental del dominio norte donde se encuentran cubiertos por el miembro superior de la misma.

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AT 1 GeoloGía ReGional y Geodinámica andina

El modelo estructural realizado para el Anticlinal El Ingenio podría estar sobreestimado el valor de acortamiento a causa de las limitaciones del software que no permite modelar el movimiento simultáneo a través de varias fallas. El valor de acortamiento obtenido es un valor no menor que debe ser considerado en las próximas estimaciones de acortamiento a lo largo de perfiles transversales a la Cordillera de los Andes a esta latitud. 3.3 Evolución Estructural Basándose en los antecedentes geológicos recopilados en el área de estudio se pueden reconocer tres etapas de evolución tectónica:

Etapa 1: depositación de lavas y brechas vocanoclásticas de la Fm. Abanico (Figura 5a). Etapa 2: Primer evento de deformación, la Fm. Abanico se pliega en el Anticlinal del Maipo y sintectónicamente se deposita el MIFF y la Unidad El Ingenio (Figura 5b). Esto es reafirmado por la obtención de una edad de ~22 Ma U-Th/He en apatito de un nivel de arenisca fina que correspondería a la edad de exhumación de la fuente. Etapa 3: Segundo evento de deformación, la Unidad El Ingenio es deformada, dando origen al Anticlinal El Ingenio y Sinclinal Morro Pangal, posterior a este evento se deposita el MSFF, seguido del emplazamiento del Plutón San Gabriel a los ~11 Ma (Figura 5c).

Contextualizando estas etapas en un marco regional, considerando los estudios previos realizados en esta región (Charrier et al., 2002; Giambiagi et al., 2003; Fock et al., 2006; Farías et al., 2010; Muñoz-Sáez et al., 2014), se podría correlacionar la Etapa 1 a la extensión de la Cuenca de Abanico (Eoceno Medio a Oligoceno superior); la Etapa 2 al evento compresivo asociado a la inversión de la Cuenca de Abanico (Mioceno inferior); y, finalmente, la Etapa 3, al evento de deformación fuera de secuencia respecto a la faja plegada y corrida de Aconcagua (Mioceno medio). 3 Conclusiones Para el área de estudio se pudieron reconocer al menos dos eventos compresivos, el primero genera el Anticlinal del Maipo en la parte norte del área de estudio (Mioceno inferior) y el segundo genera el anticlinal El Ingenio y sinclinal Morro Pangal (Mioceno medio). A partir del modelo forward construido para explicar el desarrollo estructural del Anticlinal El Ingenio, se obtuvo que la estructura acomoda al menos 1900 m de acortamiento horizontal. Se determinó que los niveles intermedios del anticlinal se deformaron más intensamente que los niveles superiores en respuesta a su menor competencia.

Agradecimientos Se agradece al proyecto Fondecyt # 1120272 a cargo del profesor Marcelo Farías Thiers y a Midland Valley por la licencia académica del software MOVE entregado al Departamento de Geología de la Universidad de Chile. Referencias Charrier, R., Baeza, O., Elgueta, S., Flynn, J., Gana, P., Kay, SM., Muñoz, N., Wyss, AR. y Zurita, E., 2002. Evidence for Cenozoic extensional basin development and tectonic inversion south of the flat-slab segment, southern Central Andes, Chile (33°–36°S.L.). Journal of South American Earth Sciences, 15(1): 117-139 p.

Charrier, R., Farías, M. y Maksaev, V., 2009. Evolución tectónica, paleogeográfica y metalogénica durante el Cenozoico en los Andes de Chile norte y central e implicaciones para las regiones adyacentes de Bolivia y Argentina: Revista de la Asociación Geológica Argentina, 65: 5-35.

Farías, M., Comte, D., Charrier, R., Martinod, J., David, C., Tassara, A., Tapia, F. y Fock, A., 2010. Crustal scale structural architecture in central Chile based on seismicity and surface geology: Implications for Andean mountain building. Tectonics, 29, TC3006.

Fock, A., 2005. Cronología y tectónica de la exhumación en el Neógeno de los Andes de Chile central entre los 33º y los 34ºS. Tesis de magister, Departamento de Geología, Universidad de Chile, Santiago, 235 p.

Fock, A., Charrier, R., Farías, M. y Muñoz, M., 2006. Fallas de vergencia oeste en la Cordillera Principal de Chile Central: Inversión de la Cuenca de Abanico (33°-34°S). Revista de la Asociación Geológica Argentina, Publicación Especial (6): 48-55.

Giambiagi, L., Ramos, V., Godoy, E., Alvarez, P. y Orts, S., 2003. Cenozoic deformation and tectonic style of the Andes, between 33 degrees and 34 degrees south latitude: Tectonics, 22(4): 1041.

Giambiagi, L., Tassara, A., Mescua, J., Tunik, M., Álvarez, P., Godoy, E., Hoke, G., Pinto, L., Spagnotto, S., Prras, H., Tapia, F., Jara, P., Bechis, F., García, V.H., Suriano, J. Moreiras, S.M. y Pagano, S.D., 2014. Evolution of shallow and deep structures along the Maipo–Tunuyán transect (33º40′S): from the Pacific coast to the Andean foreland. En: Sepúlveda, S. A., Giambiagi, L. B., Moreiras, S. M., Pinto, L., Tunik, M., Hoke, G. D. y Farías, M. (editores): Geodynamic Processes in the Andes of Central Chile and Argentina. Geological Society, London, Special Publications, 39.

Jara, P. y Charrier, R., 2014. Nuevos antecedentes estratigráficos y geocronológicos para el Meso-Cenozoico de la Cordillera Principal de Chile entre 32° y 32° 30'S: Implicancias estructurales y paleogeográficas. Andean geology, 41(1): 174-209.

Muñoz-Sáez, C., Pinto, L., Charrier, R., y Nalpas, T., 2014. Influence of epositional load on the development of a shortcut fault system during the inversion of an extensional basin: The Eocene-Oligocene Abanico Basin case, central Chile Andes (33°-35°S). Andean Geology, 41(1): 1-28.

Thiele, R., 1980. Hoja Santiago, Región Metropolitana. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile (29), 21p.

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Figura 4. Modelo forward de generación del Anticlinal El Ingenio. En rosado se representa la Fm. Abanico y en amarillo la Unidad El Ingenio.

Figura 5. Modelo esquemático de la evolución estructural en la zona de estudio