Structural controls on crustal fluid flow : a multi-scale hydromechanical and thermochronologic approach from the Southern Andes (39ºS)
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Date
2022
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Abstract
Las fallas geológicas y redes de fracturas gobiernan el flujo de fluidos en la corteza terrestre.
A la escala de una fractura dada y bajo esfuerzo diferencial, la presión máxima de fluidos
sostenible λ depende de la orientación de los ejes principales de esfuerzo (σ1≥σ2≥σ3), y de
su magnitud relativa representada en la forma del tensor de esfuerzo φ=(σ2-σ3)/(σ1-σ3). Sin
embargo, las fallas geológicas ocurren como una red de fracturas en un rango de diferentes
tamaños (e.g. largo, apertura) y orientaciones, y son mecánicamente muy sensibles a estreses
externos (e.g. σV). Por estas razones, la hidromecánica multi-escala de las zonas de falla es
aún un tema abierto al debate. En este trabajo, se presenta un esquema cuantitativo para el
análisis multi-escala de zonas de falla y redes de fracturas. Las fallas que controlan la
tectónica de la Zona Volcánica Sur se eligieron como caso de estudio (ZVS, 39°S), esto es
el Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO) y las Fallas Transversales a los Andes (FTA). El
SFLO es un sistema NNE dextral, orientado favorablemente para la circulación de fluidos
en el régimen de estrés de largo plazo. Por otro lado, fallas sinistrales NW-WNW de las FTA
son aparentemente más antiguas que el SFLO, y están orientadas favorablemente para el
almacenamiento de fluidos corticales. Las preguntas de investigación son: ¿Cómo afecta el
régimen de esfuerzo a la permeabilidad secundaria en la ZVS?; ¿Cuáles son las condiciones
clave que controlan el flujo multi-escala en la ZVS?; ¿Cómo afecta la exhumación a la
tendencia a generar volúmenes favorables a la circulación de fluidos en la ZVS? A la primera
pregunta, se propone que la generación de volúmenes idóneos para la circulación de fluidos
se ven favorecidos por regímenes de esfuerzo que generan presiones de fluido que
evolucionan en el tiempo: mientras las fallas NE del SFLO aumentan su capacidad de
transmitir fluidos a niveles estructurales someros, las fallas WNW de las FTA aumentan su
capacidad de almacenamiento. A la segunda, debido a que tanto las redes de fracturas del
SFLO y las FTA como las manifestaciones geotermales superficiales son autosimilares en
su largo, la capacidad de circulación y/o almacenamiento de fluidos dependería de la
transmisividad de las redes de fracturas (apertura y/o conectividad). A la tercera, la
exhumación produce el alzamiento diferencial de bloques tectónicos alrededor de fallas NSdextrales del SFLO (> 1 mm/a), que facilitarían la circulación de fluidos en dominios
estructurales en un arreglo tipo pop-up y/o dominó una componente inversa significativa.
Los resultados globales presentados acá indican que los recursos geotermales superficiales
se concentran en fallas subverticales pertenecientes al SFLO y a las FTA. A la escala
regional, estas son fallas de rumbo NS del SFLO, y de rumbo WNW de las FTA. A la escala
meso- y microscópica, fracturas de rumbo NS y NE del SFLO promueven la circulación
vertical de fluidos hidrotermales, mientras que fracturas de rumbo WNW promueven su
almacenamiento. Las conclusiones de este trabajo proveen de un entendimiento más
profundo de los procesos hidromecánicos fundamentales de transporte de fluidos
hidrotermales, lo que se podrá aplicar en el mejoramiento de estrategias eficientes para la
exploración de recursos geotérmicos en los Andes del Sur.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
Keywords
Presión de fluido, Sobrepresión, Régimen de esfuerzo, Estadística fractal, Procesamiento de imágenes, Geocronología, Termocronología