Download estudio sismoestratigráfico del sector sudoccidental de la cuenca de

UNIVER SIDAD DE CONCEPCIÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003
ESTUDIO SISMOESTRATIGRÁFICO DEL SECTOR SUDOCCIDENTAL
DE LA CUENCA DE ANTEPAÍS DE MALVINAS. MARGEN
CONTINENTAL ATLÁNTICO. ARGENTINA
YAGUPSKY, D.1, TASSONE, A.1, LODOLO, E.2, VILAS, J.F. 1 y LIPPAI, H.1
1
Instituto de Geofísica “Daniel Valencio”, Dpto. de Geología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,
Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, CP C1428, Buenos Aires, Argentina.
[email protected] ; [email protected]; [email protected]; [email protected]
2
Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS), Borgo Grotta Gigante 42/C, 34016 Trieste,
Italy; [email protected]
INTRODUCCIÓN Y CONTEXTO GEOLÓGICO
La zona estudiada en el presente trabajo se encuentra en el extremo sur de la placa Sudamericana
(figura 1). La evolución tectónica de la región austral de América del Sur y mares adyacentes ha
estado condicionada por la interacción entre las placas Sudamericana, Antártica y de Scotia
(figura 1). Desde el Jurásico medio-superior hasta el presente, la región ha estado sometida a una
serie cambiante de regímenes tectónicos que han resultado en notables cambios de configuración
paleogeográfica, incluyendo las aperturas del Océano Atlántico Sur y del Mar de Weddell, la
separación de los bloques continentales de Sudamérica, África y Antártida y la apertura del
Pasaje de Drake (Barker y Burrell, 1977; Barker et al., 1991). La Faja Orogénica Andina está
representada por las Cordilleras Patagónica y la de Magallanes y forma el límite occidental de la
Cuenca de Magallanes (figura 1) presentando un núcleo batolítico al sur del paralelo de 52º S.
Estos cordones se orientan aproximadamente E-W y se extienden en las áreas sumergidas hasta el
Banco de Burdwood y la Dorsal Norte de Scotia (Figura 1). El sistema de fallas transcurrentes
asociado con corrimientos reconocidos en superficie inicialmente en el lado chileno de la Isla
Grande de Tierra del Fuego (Cunningham, 1993; Klepeis, 1994a; 1994b), ha sido interpretado
como la continuidad en superficie hacia el oeste del límite entre las placas de Sudamérica y
Scotia (Fuenzalida, 1972; Dalziel, 1989). La faja que incluye a la falla principal se conoce como
el Sistema de Falla Magallanes-Fagnano (MFS), extendiéndose por más de 600 km desde la costa
atlántica hasta la trinchera oceánica chilena (Figura 1). Al norte del contacto tectónico entre las
placas de Sudamérica y Scotia, se encuentran las Cuencas de Malvinas y Austral o Magallanes y
al sur de este contacto, la Cuenca Marginal Rocas Verdes (o Yaghán) (Figura 1), con un eje de
orientación E-SE. Las cuencas de Malvinas Occidental y Austral se encuentran separadas en su
porción norte por un alto topográfico conocido como la Dorsal de Dungeness o Río Chico,
orientado en dirección NNO (Galeazzi, 1996) (Figura 1). Ambas cuencas presentan un relleno
volcánico-sedimentario del Jurásico-Cenozoico que supera los 7 km de espesor, y tienen un
patrón de evolución tectónica y sedimentaria semejante, con un ligero diacronismo durante el
Terciario (véase Biddle et al., 1986; Yrigoyen, 1989; Galeazzi, 1996; Ramos, 1996; Urien y
Zambrano, 1996; y la bibliografía allí citada). El sector SO de la Cuenca de Malvinas, la parte SE
Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.
de la Cuenca Austral o Magallanes y la antigua Cuenca Marginal Rocas Verdes (o Yaghán) de
los Andes Fueguinos preservan un importante registro de los procesos geológicos que sufrió la
región. Este trabajo apunta a dilucidar y documentar con mayor precisión y certeza la dinámica
de su evolución tectónica y sedimentaria, especialmente durante el Cenozoico.
Figura 1– Mapa de ubicación y esquema geológico general de la región de Tierra del Fuego y su contexto tectónico.
La línea delgada es la isopaca de 1000 m de espesor de roca sedimentaria, tomada de Biddle et al., 1986. (TdF=
Tierra del Fuego; MFS= sistema de falla de Magallanes–Fagnano; FPCM= faja plegada y corrida de Magallanes;
RV= antigua cuenca marginal Rocas Verdes).
BASE DE DATOS Y MÉTODOS
Se contó para este trabajo con líneas sísmicas e información de pozos de la Base de datos de la
Secretaría de Energía de la Republica Argentina y con líneas sísmicas propias (Figura 2). Se tuvo
en cuenta la información que surge de las secciones sísmicas obtenidas del procesamiento poststack y en forma comparativa las secciones near–trace y stack. El trabajo específico de
descripción sísmica e interpretación geológica se realizó sobre las secciones migradas.
Los datos extraídos de los sondeos petroleros en el área se utilizaron para contrastar la
composición litológica de los materiales que integran las unidades sísmicas identificadas,
extrapolando con las debidas precauciones la información sobre las líneas que no son cortadas
por ningún sondeo. La metodología utilizada para la interpretación de los perfiles sísmicos fue la
habitual en el análisis sismoestratigráfico y estructural. Una vez establecidas las facies acústicas y
las unidades sísmicas se ha procedido a la interpretación sismoestratigráfica, individualizando
horizontes y unidades sismoestratigráficas en las secciones a partir de los datos de pozos
disponibles. La información extraída de nuestras líneas sísmicas fue correlacionada con la
información presentada por otros autores en zonas adyacentes (Galeazzi, 1994; Yrigoyen, 1989;
Biddle et al., 1986; Robiano, 1989; Richards et al., 1996), pudiendo así datar los reflectores de
interés.
Figura 2– Información utilizada en este trabajo (SEC=líneas sísmicas de la Secretaría de Energía; TM=líneas
sísmicas propias; ubicación de pozos). Ubicación de los rasgos tectónicos y morfoestructurales principales del área.
La línea delgada es la isopaca de 1000 m de espesor de roca sedimentaria, tomada de Biddle et al., 1986. Batimetría
en metros.
Luego se integraron los datos obtenidos en mar con los de tierra, estableciendo en la sección
sísmica presentada en la figura 3, un corte geológico representativo del sector del margen
continental estudiado y un mapa preliminar con la continuidad hacia el océano Atlántico de las
principales unidades morfoestructurales que integran la zona sudoccidental de la cuenca Malvinas
(Figura 2).
ESTUDIO SISMOESTRATIGRÁFICO
Se hallaron cuatro grandes discontinuidades en la cuenca además del tope del basamento preJurásico, pudiendo asignárseles las siguientes edades a partir de los métodos detallados en el
apartado anterior: 150,5Ma, 68Ma, 42,5Ma y 5,5Ma (figura 3). Estas discontinuidades fueron
exitosamente correlacionadas con límites de megasecuencias detectados por Galeazzi (1994) en
la Cuenca de Malvinas, representando cada una de ellas importantes cambios en el
comportamiento tectónico y sedimentario de la región. En la Figura 3 se presenta un perfil
interpretado de una de las secciones sísmicas estudiadas, de orientación NS. Las descripciones
siguientes hacen referencia en mayor medida a esta sección.
A partir de las cinco discordancias mayores reconocidas en los registros sísmicos, se han
diferenciado cuatro unidades sismoestratigráficas principales dentro del relleno sedimentario de
la cuenca. Por medio de la correlación de estas superficies con los resultados obtenidos por
Galeazzi (1994), Biddle et al. (1986), Yrigoyen (1989), Robiano (1989), Richards et al. (1996) y
otros autores se ha podido vincular a cada una de estas unidades sismoestratigráficas con
intervalos que representan estadíos de características tectónicas y sedimentarias particulares
durante la evolución de la región. Las unidades sismoestratigráficas reconocidas son:
UNIDAD 1
Esta unidad corresponde al basamento pre-Jurásico, formado por rocas metamórficas de bajo
grado y granitos. Las metamorfitas fueron perforadas por el pozo exploratorio Cruz X-1 y
consisten en esquistos verdes. Los granitos han sido perforados por el pozo exploratorio F dentro
del área de estudio (figura 2), encontrándose a una profundidad de 1935,5 m.b.n.m. una roca
granítica meteorizada que arrojó una edad de 168 Ma (Yrigoyen, 1989). Se trata de granitos
cuarzosos de grano medio, con abundantes micas y clorita o posiblemente apatita. Entre los
feldespatos, los porcentajes de ortoclasa aumentan con la profundidad. La edad de esta roca,
inferior a la del basamento paleozoico, podría estar asociada a un evento de removilización del
intrusivo, relacionado al magmatismo de la serie Tobífera (Galeazzi, 1994).
El basamento se extiende, utilizando profundidades en tiempos dobles, por debajo de los 3
segundos. Desde el punto de vista sísmico muestra características bastante homogéneas: la señal
sísmica presenta una muy pobre continuidad lateral y amplitudes moderadas, confiriéndole un
arreglo caótico. Se encuentra afectado por fallas directas de alto ángulo (unos 60º en promedio)
que dan lugar a la formación de grábenes y hemigrábenes, alcanzando extensiones de unos 10
Km. Los hemigrábenes están controlados por fallas lístricas con rumbo dominante nor-noroeste
que inclinan en su mayoría hacia el sur, siendo los rechazos apreciables de ambas estructuras de
hasta 0,5s twt. Este estilo estructural imprime al techo del basamento un arreglo en el cual se
intercalan altos y bajos estructurales separados por fallas directas de alto ángulo. El tope de esta
unidad está representado por un horizonte de alta amplitud (Figura 3) correspondiente a una
discordancia de alcance regional. Esta superficie marca un importante cambio en la textura
sísmica de los reflectores. La unidad suprayacente presenta una evidente estratificación interna y
está constituida por las rocas volcánicas de la serie Tobífera, como se verá en la próxima sección.
UNIDAD 2
Esta unidad sismoestratigráfica se compone de reflectores con moderada continuidad lateral y
alta amplitud. Se apoya en discordancia sobre el techo del basamento. Como se mencionó
anteriormente, esta superficie de discontinuidad se distingue a partir de una notable diferencia de
la textura sísmica entre la unidad infra y la suprayacente. A partir de la información
geocronológica obtenida del pozo E (Figura 2), se le asigna a la discordancia que marca el tope
de la serie Tobífera una edad de 150,5 Ma. Este dato coincide con la edad del límite de secuencia
obtenida por Biddle et al. (1986) en la cuenca de Magallanes. El espesor de esta unidad es muy
variable, ya que rellena los grábenes y hemigrábenes que dislocan el basamento, pero se
encuentra ausente sobre los altos estructurales del mismo. El relleno de los bajos estructurales
presenta un espesor de hasta 0,5 seg twt, con sus mayores potencias hacia las fallas que controlan
los depósitos. Los reflectores sísmicos muestran terminaciones de tipo onlap sobre las mismas. El
fallamiento extensional que dislocó al basamento afectó también a las vulcanitas de la Formación
Tobífera, como resultado de la propagación hacia arriba de las fallas maestras de los grábenes y
hemigrábenes principales. También se generaron fallas directas de poco rechazo afectando a esta
unidad, tanto sintéticas como antitéticas respecto a la falla principal de cada depósito. En las
secciones sísmicas analizadas no se distinguieron discordancias ni variaciones en la textura
sísmica dentro de la unidad 3 (serie Tobífera), como las encontradas por otros autores (Robiano,
1989; Galeazzi, 1994), probablemente a raíz de la pobre definición alcanzada a esas
profundidades.
UNIDAD 3
Esta unidad está constituida por depósitos cretácicos que se encuentran representados en términos
generales por reflectores de amplitud y continuidad moderadas. Las terminaciones de los
reflectores inferiores del intervalo sobre la discordancia basal del depósito son de tipo onlap
contra los altos estructurales y downlap hacia el sur, sobre el tope de Tobífera. Por encima, la
unidad continúa con reflectores sísmicos paralelos de arreglo fundamentalmente agradacional. Su
tope está representado por la discordancia datada en 68 Ma (Galeazzi, 1996). Esta superficie de
discontinuidad presenta un basculamiento hacia el sur, alcanzando profundidades de 2,5s twt en
el extremo sur de la cuenca, mientras que en el extremo norte del área estudiada este horizonte no
excede los 1,7s twt. Las fallas directas formadas durante la etapa de rift jurásica parecen haber
continuando activas durante el Cretácico, acompañando al proceso de subsidencia térmica que
sufría la cuenca en dicho período. Estas estructuras terminan en su mayoría antes de alcanzar el
tope del Cretácico, aunque algunas se propagan hacia los depósitos cenozoicos suprayacentes,
fundamentalmente en el sector meridional de antefosa. Los mayores rechazos observados en los
grábenes y hemigrábenes subyacentes al depósito se registran en esta región, provocando un
descenso del mismo de unos 0,5s twt, aunque su espesor permanece constante. Este fenómeno
podría ser el resultado de la reactivación de las fallas normales que afectan al basamento ocurrida
durante el Cretácico superior-Paleógeno. Este intervalo estuvo dominado por un régimen
tectónico transtensivo concentrado en el sector de antefosa. Algunas de estas estructuras fueron
posteriormente invertidas.
UNIDAD 4
Esta unidad está integrada por arenitas y arcilitas glauconíticas, fangolitas y vaques calcáreos y
carbonatos micríticos pertenecientes a la Formación Arenas Glauconíticas. Su depositación se
produjo durante un período dominado por deformación transtensiva en el sector sur de la región
estudiada, responsable de la formación de la antefosa y precursora del período transpresivo en el
que desembocaría esta región hacia el Eoceno medio (Galeazzi, 1994). La transtensión reactivó
fallas normales previas que alcanzan al basamento, delineando así una profunda depresión
denominada aquí de antefosa. En consecuencia, los sedimentos de esta unidad rellenaron una
cuenca asimétrica, con sus mayores espesores en el sector meridional de la misma, donde la
depositación fue controlada por las estructuras extensionales que la formaron (figura 3).
Probablemente el aporte que permitió el relleno de esta fosa durante el Paleoceno haya provenido
del oeste y del sudoeste, aprovechando esta nueva continuidad del eje de la depresión adyacente a
la cadena Andina que ya funcionaba desde el Cretácico tardío en la Cuenca de Magallanes (Dott
et al., 1982; Galeazzi, 1994). El intervalo considerado se desarrolla entre los 1,75 y los 2s twt en
el norte del área de antepaís, inclinando hacia el sur y aumentando levemente su espesor en esa
dirección. Sobre la región de antefosa esta unidad se extiende entre los 2,5 y los 2s twt. La base
de estos depósitos de transición está determinada por una discordancia erosiva sobre la cual
observamos reflectores con suaves terminaciones de tipo downlap. Se trata de reflectores de
amplitud y continuidad moderadas y arreglo retrogradacional. En el arco de Dungeness muestran
terminaciones de tipo onlap sobre el tope del Cretácico, representando a rocas de edad Eocena
media, mientras que al sur, en la región de la antefosa, el Cretácico se encuentra cubierto por
rocas paleocenas. Esta cuña es por lo tanto más antigua que las secuencias que “onlapan” la
plataforma expuesta hacia el norte (Galeazzi, 1994). El tope de esta unidad está representado por
una discordancia fechada en 42,5 Ma. Se trata de un rasgo regional considerado la discordancia
de antepaís en esta región, ya que indica el inicio de la deformación transpresiva en el tramo
oriental del oroclino andino (Galeazzi, 1994).
UNIDAD 5- (SUBUNIDADES 5A Y 5B)
La subunidad 5a está compuesta por arcillitas, intercaladas con areniscas líticas cuarzosas y
glauconíticas, limolitas y tufitas. Estos depósitos de antepaís se desarrollan por encima de los
1,75s twt en el sector septentrional de la cuenca y se engrosan notablemente hacia el sur, donde
se extienden desde los 2,5s twt hasta la superficie. Este intervalo es fuertemente progradante
hacia el norte y presenta una geometría cuneiforme en el sector de la antefosa. Se reconocieron
dos discordancias dentro de esta sección: la primera de ellas fechada entre los 15,5 y los 12,5 Ma
y la segunda, de 5,5Ma de antigüedad. Estas superficies fueron datadas a partir de su correlación
con los límites de secuencias de tercer y cuarto orden (Mitchum y Van Wagoner, 1991; Vail et
al., 1991) reconocidos por Galeazzi (1994).
La base del depósito está constituida por una superficie discordante que, como dijimos
anteriormente, muestra un basculamiento pronunciado hacia el sur. Sobre el sector más inclinado
de esta superficie los reflectores presentan terminaciones de tipo onlap y un arreglo retrogradante
hacia el norte. La discordancia pasa gradualmente a formar una paraconformidad en esa
dirección. El techo de este primer conjunto de reflectores está representado por la discordancia de
15,5 a 12,5 Ma. La geometría de esta unidad es acuñada en el sector de la antefosa. Allí alcanza
espesores de 1,25s TWT, adelgazándose notablemente hacia el norte donde la unidad se presenta
condensada. En esta región de antepaís adquiere una geometría tabular de escasos 0,2s twt de
espesor. Los reflectores muestran amplitud y continuidad moderadas, interrumpidos en el sector
meridional por fallas directas de alto ángulo.
La subunidad 5b se encuentra por encima de la discontinuidad de 15,5 a 12,5 Ma. Su geometría
es progradante oblicua (sensu Sangree y Widmier, 1977), caracterizada por su forma en cuña
curva, con la concavidad hacia el techo, y con reflectores oblicuos de inclinación máxima en la
parte superior que disminuye progresivamente hacia abajo. En el extremo sur de la cuenca el
depósito presenta una profundidad de 1,5s twt, alcanzando el suelo oceánico, y se adelgaza hacia
el norte hasta un espesor aproximado de 0,5s twt. Los reflectores que componen esta unidad
muestran amplitud y continuidad altas y terminaciones de tipo downlap sobre la base del
depósito. La geometría del mismo nos indica un borde de cuenca con un importante aporte
sedimentario proveniente del sector meridional elevado. Se observan algunas fallas normales de
pequeña envergadura afectando a este intervalo, probablemente formadas como respuesta
gravitatoria a la gran carga sedimentaria recibida. El tope de esta intervalo está representado por
una discordancia miocena tardía, por encima de la cual encontramos reflectores de alta amplitud
y gran continuidad, con terminaciones de tipo downlap hacia el norte. La geometría de este
depósito es cuneiforme, engrosándose hacia el norte, hasta una profundidad de 1s twt, con la base
cóncava hacia arriba.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La sección presentada (perfil sísmico multicanal SEC-3, de 100 km de longitud), sintetiza la
información obtenida para este sector del margen atlántico. Se han diferenciado cinco
discordancias mayores dentro del relleno sedimentario de la cuenca. A partir de la correlación de
estas superficies con los resultados obtenidos por otros autores ya citados, hemos podido
diferenciar dentro de la columna sedimentaria (por encima del basamento pre-Jurásico) cuatro
intervalos tectonoestratigráficos que representan estadíos con comportamientos particulares
durante la evolución de la región (figura 3):
Unidad 1- (Basamento pre-Jurásico)
Unidad 2-Fase de Rift (Jurásico inferior-Jurásico superior)
Unidad 3- Fase de hundimiento térmico (Jurásico superior-Cretácico superior)
Unidad 4- Fase de transición a cuenca de antepaís (Cretácico tardío-Eoceno medio)
Unidad 5- Fase de antepaís (Eoceno medio-actualidad)
Estas etapas se enmarcan en un esquema evolutivo regional del extremo sur de Sudamérica,
donde se encuentran las cuencas de Magallanes y Malvinas (Figura 1). Su evolución está
asociada a los diferentes arreglos tectónicos que se sucedieron sobre el área considerada desde el
Paleozoico hasta la actualidad. Durante el Paleozoico superior, la subducción de corteza oceánica
bajo el margen Panthalássico de Gondwana propició la formación de un complejo de acreción en
esa región. Las rocas de esta unidad conforman actualmente el basamento de ambas cuencas (ver
basamento pre-jurásico en Figura 3). La extensión desencadenada hacia el Triásico y su
evolución hasta la ruptura del supercontinente en el Mesozoico medio, imprimió los primeros
rasgos distintivos a las cuencas consideradas. Durante esta etapa se formaron grábenes y
hemigrábenes de orientación dominante NO-SE que funcionaron como depocentros de los
productos de sinrift (ver Figura 3). Simultáneamente y como consecuencia de la extensión se
produjo la efusión de enormes volúmenes de material magmático y piroclástico silíceo
(Formación Tobífera). Se destaca dentro de este período de estiramiento regional el proceso de
extensión de trasarco, que produjo corteza oceánica entre el margen continental (Cordillera
Darwin) y el arco relacionado a subducción, formando la cuenca marginal Rocas Verdes y el mar
de Weddell en el Cretácico inferior. A partir de la ruptura de Gondwana comenzó la deriva de
Sudamérica, acompañada por subsidencia térmica de la litósfera desde el Jurásico superior hasta
el Cretácico superior y acumulándose en ambas cuencas los sedimentos del postrift (ver SAG en
figura 3). A mediados del Cretácico se inició la compresión responsable de la Orogenia Andina
en el margen Pacífico del continente. Este proceso provocó el cierre de la cuenca marginal y el
levantamiento de la parte interna del orógeno, desencadenando en la cuenca de Magallanes el
comienzo de la subsidencia por carga tectónica. Este fenómeno marcó el inicio de su
funcionamiento como cuenca de antepaís en el Maastrichtiano. Durante el Terciario se formó la
faja plegada y corrida de Magallanes como resultado de la propagación de los esfuerzos hacia el
antepaís (figura 1). En la cuenca de Malvinas la antefosa se delineó en el Terciario inferior (ver
transición a antepaís en figura 3), y su funcionamiento como cuenca de antepaís sensu stricto data
del Eoceno medio (ver antepaís en Fig.3). Este diacronismo entre ambas cuencas se debe a la
propagación hacia el este de la transpresión en el extremo sur del continente sobre la Dorsal
Norte de Scotia. El régimen transcurrente en esta región habría estado activo desde hace unos 100
Ma, asociado al movimiento de rumbo levógiro entre la Península Antártica y Sudamérica. La
posterior formación de la placa de Scotia y la apertura del Pasaje de Drake durante el Eoceno
superior-Oligoceno superpuso rasgos tanto transpresivos como transtensivos sobre las estructuras
anteriormente formadas. El análisis realizado de los depósitos de antepaís nos permite afirmar
que a partir del Eoceno medio se produce un cambio de gran envergadura en la fisiografía y en el
funcionamiento de la cuenca de Malvinas. Este cambio es el resultado del comienzo de un
régimen tectónico compresivo, probablemente transpresivo, en el extremo sur del área estudiada.
La compresión generó apilamiento tectónico, permitiendo la propagación hacia el este del
Oroclino Andino. La respuesta del sector adyacente al norte de este eje de deformación fue la
flexura de la corteza, con la consecuente generación de espacio para la acomodación de
sedimentos. Esta subsidencia acentuó probablemente la actividad de las estructuras transtensivas
generadas durante el Paleoceno en la región de antefosa, donde vemos un descenso importante de
la discordancia eocena media, modificando así gravemente la fisiografía de la cuenca. El
levantamiento del Oroclino Andino en esta región proporcionó además un nuevo área de aporte
sedimentario en el margen meridional. Por otra parte, vemos evidencias de que la compresión
dominante durante este período reactivó algunas estructuras jurásicas, invirtiendo antiguas fallas
normales en el norte del sector de antefosa.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido en parte financiado por el proyecto UBACyT X-199. Los autores agradecen a
las autoridades de la Secretaría de Energía de la Republica Argentina por facilitar la utilización
de su base de datos.
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