Structural controls on crustal fluid flow : a multi-scale hydromechanical and thermochronologic approach from the Southern Andes (39ºS)
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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 fluidossostenible λ depende de la orientación de los ejes principales de esfuerzo (σ1≥σ2≥σ3), y desu magnitud relativa representada en la forma del tensor de esfuerzo φ=(σ2-σ3)/(σ1-σ3). Sinembargo, las fallas geológicas ocurren como una red de fracturas en un rango de diferentestamaños (e.g. largo, apertura) y orientaciones, y son mecánicamente muy sensibles a estresesexternos (e.g. σV). Por estas razones, la hidromecánica multi-escala de las zonas de falla esaún un tema abierto al debate. En este trabajo, se presenta un esquema cuantitativo para elanálisis multi-escala de zonas de falla y redes de fracturas. Las fallas que controlan latectónica de la Zona Volcánica Sur se eligieron como caso de estudio (ZVS, 39°S), esto esel Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO) y las Fallas Transversales a los Andes (FTA). ElSFLO es un sistema NNE dextral, orientado favorablemente para la circulación de fluidosen el régimen de estrés de largo plazo. Por otro lado, fallas sinistrales NW-WNW de las FTAson aparentemente más antiguas que el SFLO, y están orientadas favorablemente para elalmacenamiento de fluidos corticales. Las preguntas de investigación son: ¿Cómo afecta elrégimen de esfuerzo a la permeabilidad secundaria en la ZVS?; ¿Cuáles son las condicionesclave que controlan el flujo multi-escala en la ZVS?; ¿Cómo afecta la exhumación a latendencia a generar volúmenes favorables a la circulación de fluidos en la ZVS? A la primerapregunta, se propone que la generación de volúmenes idóneos para la circulación de fluidosse ven favorecidos por regímenes de esfuerzo que generan presiones de fluido queevolucionan en el tiempo: mientras las fallas NE del SFLO aumentan su capacidad detransmitir fluidos a niveles estructurales someros, las fallas WNW de las FTA aumentan sucapacidad de almacenamiento. A la segunda, debido a que tanto las redes de fracturas delSFLO y las FTA como las manifestaciones geotermales superficiales son autosimilares ensu largo, la capacidad de circulación y/o almacenamiento de fluidos dependería de latransmisividad de las redes de fracturas (apertura y/o conectividad). A la tercera, laexhumación produce el alzamiento diferencial de bloques tectónicos alrededor de fallas NSdextrales del SFLO (> 1 mm/a), que facilitarían la circulación de fluidos en dominiosestructurales en un arreglo tipo pop-up y/o dominó una componente inversa significativa.Los resultados globales presentados acá indican que los recursos geotermales superficialesse concentran en fallas subverticales pertenecientes al SFLO y a las FTA. A la escalaregional, estas son fallas de rumbo NS del SFLO, y de rumbo WNW de las FTA. A la escalameso- y microscópica, fracturas de rumbo NS y NE del SFLO promueven la circulaciónvertical de fluidos hidrotermales, mientras que fracturas de rumbo WNW promueven sualmacenamiento. Las conclusiones de este trabajo proveen de un entendimiento másprofundo de los procesos hidromecánicos fundamentales de transporte de fluidoshidrotermales, lo que se podrá aplicar en el mejoramiento de estrategias eficientes para laexploración 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