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AREA: Ciencias de la Tierra, Geofísica.

EJE TEMATICO: Gravimetria.

DELIMITACION DE TERRANES UTILIZANDO GRAVIMETRIA SATELITAL

Álvarez, Orlando(1); Giménez, Mario(1); Braitenberg, Carla(2); Folguera, Andrés(3);

Martínez, Patricia(1); Lince Klinger, Federico(1).

(1)Instituto Geofísico y Sismológico Volponi, U.N.S.J. Ruta 12, Km 17, San Juan, Arg.

orlando_a_p@yahoo.com.ar Becario de CONICET, gimmario@gmail.com,

patricia.signos@gmail.com, flklinger@hotmail.com, drfranciscoruiz@gmail.com

(2)Dipartimento di Geoscienze, Universita di Trieste, Via Weiss 1, 34100 Trieste, Italy.

berg@units.it

(3)Inst. Estudios Andinos “Don Pablo Groeber”. Dep. Cs. Geol. FCEN. U.B.A. Bs. As. Arg.

andresfolguera2@yahoo.com.ar

Resumen

Las mediciones satelitales del campo de gravedad proveen modelos del campo de

gravedad terrestre, llamados modelos globales del campo gravitatorio, con una gran

resolución y exactitud. Nosotros calculamos dos funcionales del geopotencial: la anomalía

de gravedad (GA) y el gradiente vertical de la gravedad (Tzz) aplicado a la region sur de los

Andes Centrales basado en el modelo de gravedad terrestre EGM2008. La determinación

del efecto topográfico es necesario para determinar la prolongación descendente y para la

validación de los datos del gradiometro del satélite. Esto se lleva a cabo utilizando un

modelo de elevación digital del terreno.

El procesamiento y la interpretación de la anomalía gravimétrica y del gradiente

vertical permiten la comparación con mapas geológicos y con estructuras tectónicas

conocidas a una escala regional y permiten desentrañar estructuras desconocidas que

pueden estar cubiertas por sedimentos o que no hayan sido mapeadas previamente

(Braitenberg et al., 2011). En la region sur de los Andes Centrales varios lineamientos

geodinámicos pueden ser interpretados, como el contacto entre la corteza oceánica de la

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placa de Nazca y la placa Sudamericana, los ridges asismicos sobre la placa oceánica, la

faja plegada y corrida, Famatina, Sierras Pampeanas, el contacto entre el cratón del Rio de

la Plata y el Terreno Pampia. Grandes lineamientos como el de Tucumán y el de Valle Fértil-

Desaguadero contacto entre Cuyania y el terreno Pampia, pueden ser también claramente

delineados.

1. Introducción

Los Andes son el sistema orogénico más grande desarrollado por la subducción de

corteza oceánica bajo el margen continental. Los Andes están construidos por un complejo

conjunto de bloques litosfericos que se amalgamaron desde la formación del supercontinente

Rodinia hasta los últimos 5 Myr (Figura 1). Algunas piezas fueron anexadas como

consecuencia de importantes colisiones que produjeron cinturones metamórficos exhumados

de litosfera oceánica, mientras que otras están asociadas con el cierre de pequeñas cuencas de

backarc o con la colisión de diferentes tipos de terranes oceánicos.

Figura 1: Principales rasgos geotectónicos del área bajo estudio.

El registro de estos amalgamamientos es altamente variable en cualidad debido a los

procesos orogénicos subsecuentes que afectaron el borde oeste de la placa Sud-Americana

desde la apertura del océano atlántico. Los andes y los procesos de subducción asociados, que

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son el producto del desplazamiento hacia el oeste de esta placa desde la ruptura del Pangea,

han alterado y obscurecido la geometría del basamento por medio del desplazamiento de

anisotropías previas, desarrollando cuencas de antepais y cubriéndolo bajo gruesas columnas

de material volcánico de arco y retroarco. En particular, la zona del flat-slab Pampeano

desarrollada entre los 27º y los 33ºS, a denudado un intrincado collage de bloques de corteza

amalgamados durante las etapas deformacionales Pampeana (Brasiliano), Famatiniana y San

Rafaelina (Alleghinian), que aun están lejos de ser completamente comprendidas. Su

ocurrencia y particularmente su patrón son intensamente discutidos debido a la formación de

cuencas que ha definido afloramientos del basamento dispersos. A pesar de este registro

incompleto, estos amalgamamientos han definido importantes heterogeneidades de densidad.

2. Metodología

Los gradientes del campo de gravedad resaltan la principales características geológicas

como depósitos volcánicos, suturas, lineamientos. Para el mapeo geológico el Tzz es ideal, ya

que resalta el centro de la masa anómala (Braitenberg et al., 2011). El tensor del gradiente de

la gravedad (Marussi tensor) está compuesto por cinco elementos independientes y es

obtenido como la segundas derivadas del potencial anómalo (Hoffmann-Wellenhof and

Moritz, 2006), mientras que la GA es obtenida como la primera derivada espacial. El Tzz y el

campo de gravedad para la region sur de los Andes centrales fueron calculados (Janak and

Sprlak, 2006) utilizando el modelo global EGM-2008 hasta grado y orden 2159 (Pavlis et al.,

2008), una solución combinada de una base de datos anomalía gravimétrica global de 5´x 5´

de resolución, y soluciones derivadas del satélite GRACE. La altura de cálculo es de 7000 m

para asegurar que todos los valores están sobre la topografía y está hecho en un sistema de

coordenadas esféricas. Los valores son calculados en una grilla regular con un tamaño de

grilla de 0.05º, con un máximo grado y orden de 2159 de la expansión armónica. La

resolución espacial del modelo es de λmin≈2πR/Nmax≈19 Km con R radio medio terrestre y

Nmax (Barthelmes, 2009) el máximo grado y orden de la expansión armónica (Hofmann-

Wellenhof and Moritz, 2006). Se controlo la calidad de los datos terrestres utilizados en el

modelo EGM08 para grados mayores a N=120, por un análisis de comparación (Figuras 2 y

3) con las observaciones derivadas del modelo GOCE (Pail et al., 2011) hasta grado y orden

N=250. Los campos presentan buena concordancia, y las diferencias debido al esparcimiento

de los datos terrestres son muy suaves (Figuras 4 y 5). El efecto topográfico es eliminado de

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los campos para eliminar la correlación con la topografía. La corrección alcanza a unas

decenas de Eötvös para el Tzz y hasta unos pocos cientos de mGal para la gravedad.

Figura 2: Diferencia absoluta entre ambos campos. El cuadro negro muestra el área con datos

erróneos (sobre los Andes). El cuadro blanco muestra el área (sobre el llano) con buenos

datos. Límites nacionales: línea de trazo; limites provinciales: línea negra fina; borde costero:

línea negra. La diferencia entre ambos campos es debido a los datos terrestres erróneos o la

ausencia de datos en el modelo EGM08.

Figura 3: Histograma de la anomalía de gravedad residual entre EGM08 y GOCE (hasta

grado y orden N = 250). Izquierda: cuadro negro de la Fig. 3. Derecha: cuadro blanco de la

Fig. 3.

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Figura 4: Root mean square del residual de la gravedad en cuadros de 1º x 1º.

Figura 5: Histograma de las desviaciones rms en cuadros de 1º x 1º.

3. Resultados

Los resultados son comparados con un mapa geológico esquemático e la region sur de

los Andes centrales, que incluye las principales características geológicas a escala regional.

La anomalía de Bouguer es mostrada en la Figura 6 y 8 y el gradiente vertical de la gravedad

en la Figura 7 y 9. En ellas se han interpretado los principales lineamientos, correspondientes

a Sierras Pampeanas, resaltando el fallamiento occidental de las sierras de Famatina, Ambato,

Velasco, Aconquija, Ancasti, Capillitas, Zapata and Vinquis, Fiambalá, Córdoba, Chepes,

Ulapes, San Luis, el sistema de sierras de Mas-Valle Fértil-Guayaguas-Catantal-Las Quijadas,

y sierras menores como Pie de Palo, los Llanos y Brava. Ellos muestran valores de gravedad

entre -10 and +50 mGal; los valores positivos relativos son debidos a la gran respuesta

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negativa producida por la raíz Andina. Tzz muestra una señal positiva que fluctúa a negativa

debido a las cuencas intermontanas.

El área de contacto entre el terreno Pampia terrane y el cratón del Río de La Plata cratón, es

claramente observado y es expresado por un cambio abrupto de la señal gravimétrica que se

vuelve más positiva hacia el craton. Tambien es posible observar el area de contacto entre los

terrenos de Cuyania y de Pampia, esta sutura está asociada con el megalineamiento Bermejo–

Desaguadero el cual es claramente visible en la señal gravimétrica (Fig. 6 y 8) y que también

es delineado en el gradiente vertical debido al cambio abrupto de negativo a positivo (Fig. 7 y

9). La respuesta gravimétrica positiva de la Precordillera dentro de la gran influencia negativa

que provoca la raíz Andina puede ser vista en la Fig. 1. El Tzz muestra (Fig. 7 y 9) el

predomino de los dominios extensionales Triásicos con dirección NW-SE que se extiende

hacia la Cordillera Andina. El limite oeste de la Precordillera, presentado como un máximo

negativo tanto en la señal de gravedad como en el gradiente marca el límite entre los terrenos

Cuyania y Chilenia.

En el mapa de Tzz (Fig. 7 y 9) se ha interpretado un lineamiento en la region superior que

presenta una dirección SW-NE generando una señal lineal de gradiente. Este lineamiento es

presentado como una continuación del ridge a sísmico observado por la placa de nazca a

aproximadamente 28ºS. Este lineamiento podría estar relacionado con la presencia de las

principales manifestaciones mineralógicas de origen hidrotermal asociadas al volcanismo

Neógeno sobre la taza del lineamiento, agrupadas en el Distrito Minero de Farallón Negro.

Cuencas de retroarco como Tucumán-Las Salinas, Pipanaco, Valle de la Rioja, Salinas

Grandes and Bermejo presentan valores bajos de gradiente entre -30 y +6 Eötvös para Tzz y

están limitadas a -160 mGal y menos como en Bermejo.

4. Conclusiones

Los nuevos modelos de campo de gravedad tienen una precisión y resolución sin

precedentes, además los datos del satélite GOCE con mayor resolución espacial permiten

controlar los datos terrestres que se usan en el modelo. Por medio de un procesamiento

adecuado de los datos gravimétricos satelitales, se obtuvieron anomalías de gravedad y

gradiente vertical, los cuales resaltan algunas características geológicas de manera diferente,

demostrando la utilidad y complementariedad de ambas técnicas. De esta forma es posible

detectar limites geológicos, relacionados a diferencias de densidad, en una escala regional.

Este trabajo intenta resaltar el potencial de esta nueva herramienta que incluye la gravimetría

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satelital, combinada con la completa corrección topográfica, para lograr la interpretación

tectónica de medias a altas longitudes de onda para una region de estudio determinada.

Figura 6: Anomalía Gravimétrica corregida por topografía para el modelo EGM08 hasta

grado y orden N=2159. Referencias: PC(Precordillera), F(Famatina). Sierras: CB(Córdoba),

A(Ancasti). Lineamientos: VF(Valle Fértil-Desaguadero), TB(Lineamiento Transbrasiliano),

C(Catamarca), T(Tucumán). Cuencas: R (Rioja), B (Bermejo), SG(Salinas Grandes),

P(Pipanaco). (Álvarez et al. 2012)

Figura 7: Gradiente vertical de la gravedad corregido por topografía para el modelo EGM08.

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Figura 8: Anomalía Gravimétrica corregida por topografía para el modelo GOCE hasta grado

y orden N=250.

Figura 9: Gradiente vertical de la gravedad corregido por topografía para el modelo GOCE.

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Figura 10: Perfiles comparando la anomalia de gravedad obtenida con EGM08 y GOCE

hasta N = 250, sobre el contacto entre el craton del Rio de la Plata y el terreno Pampia. El area

gris sombreada resalta el area de contacto. Topografia: linea continua; GA-EGM08:linea de

trazo; GA-GOCE: linea de trazo y punto.

5. Bibliografia

Barthelmes, F., 2009. Definition of functionals of the geopotential and their calculation from

spherical harmonic models theory and formulas used by the calculation service of the

International Centre for Global Earth Models (ICGEM). Scientific Technical Report

STR09/02. GFZ German Research Centre for Geosciences, Postdam, Germany. March 2009,

http://icgem.gfz-postdam.de

Braitenberg, C., Mariani, P., Ebbing, J., Sprlak, M., 2011. The enigmatic Chad lineament

revisited with global gravity and gravity gradient fields. In: D J J van Hinsbergen, S J H

Buiter, T H Torsvik, C Gaina and S Webb, The Formation and Evolution of Africa: A

Synopsis of 3.8 Ga of Earth History, Special Publication of the Geological Society of London,

SP357, ISBN 978-1-86239-335-6. Hofmann-Wellenhof, B., Moritz, H., 2006. Physical

Geodesy, 2nd edn., Springer, Wien New York, 286pp.

Janak, J. & Sprlak, M. 2006. New Software for Gravity Field Modelling Using Spherical

Armonic. Geodetic and Cartographic Horizon, 52, 1-8 (in Slovak).

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Pavlis, N.K., S.A. Holmes, S.C. Kenyon, and J.K. Factor, An Earth Gravitational Model to

Degree 2160: EGM2008, presented at the 2008 General Assembly of the European

Geosciences Union, Vienna, Austria, April 13-18, 2008.

Pail, R., Bruisma, S., Migliaccio, F., Förste, C., Goiginger, H., Schuh, W.D., Höck, E.,

Reguzzoni, M., Brockmann, J.M., Abrikosov, O., Veicherts, M., Fecher, T., Mayrhofer, R.,

Krasbutter, I., Sansò, F. & Tscherning, C.C. 2011. First GOCE gravity field models derived

by three different approaches. Journal of Geodesy, 85, 819–843.