Estructura Interna De La Caldera La Pacana (Altiplano II Región De Antofagasta) Mediante Gravimetría

XII Congreso Geológico Chileno Santiago, 22-26 Noviembre, 2009 S7_011

Estructura interna de la caldera La Pacana (altiplano II región de Antofagasta) mediante gravimetría

Delgado, F.1,2, Pavez, A.2

(1) Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. (2) Departamento de Geofísica, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Avenida Blanco Encalada 2002, Santiago, Chile. [email protected]

Introducción

Las calderas volcánicas constituyen el registro geológico de las erupciones volcánicas de mayor intensidad en la Tierra [1]. Debido a su gran tamaño y a los volúmenes de los productos emitidos, las calderas plantean numerosas interrogantes respecto de su eventual impacto en el medio ambiente global [2] En particular, las de mayor tamaño, también vulgarizadas como “supervolcanes”, han provocado un mayor interés por conocer su dinámica eruptiva y la formación de sus estructuras [3]. A la fecha, se han propuesto varios modelos teóricos, analógicos y numéricos que explican la formación de calderas volcánicas, los que aún requieren ser validados por observaciones de terreno [4]. El avance en esta materia, y particularmente para estos “supervolcanes” precisa de tener un mejor conocimiento de los tipos y volúmenes de productos emitidos, así como de las estructuras formadas en sus etapas evolutivas [5]. Esta contribución presenta los primeros resultados del estudio de la estructura interna de uno de dichos “supervolcanes” de edad Mioceno-Plioceno, ubicado en la Cordillera de la II Región de Chile.

La zona límite entre el Altiplano y la Puna, ubicada en los Andes de Argentina, Bolivia y Chile, hospeda uno de los conjuntos de estructuras volcánicas más importantes en el mundo, conocido como Complejo Volcánico Altiplano Puna (CVAP) [6] (figura N°1, [7]), el cual está compuesto de una serie de estratovolcanes, calderas e ignimbritas de edades miocenas y pliocenas [8]. La caldera La Pacana [9], localizada dentro de la Puna de Atacama (figura N°1), es una estructura de colapso de 6000 km2 aproximadamente, la cual constituye uno de los cuerpos de su tipo más grande en el mundo, comparable con las grandes calderas de Campi Flegri (Italia), Long Valley (Estados Unidos), Toba (Indonesia) y Yellowstone (Estados Unidos) [5]. La caldera La Pacana ha sido descrita

XII Congreso Geológico Chileno Santiago, 22-26 Noviembre, 2009 como una estructura alargada de 60 por 30 km2 con una orientación aproximada NS, cuyos límites E, S y SW corresponden a fallas normales, mientras que los límites N y W no se observan, por encontrarse cubiertos por unidades volcánicas más jóvenes [9], [10]. Esta configuración hace que la caldera haya sido interpretada como una geometría de hemigraben (figura N°2). La unidad litológica asociada al colapso de ésta, corresponde a la ignimbrita Atana de 4 Ma [7], [9], riolítica y rica en cristales, la cual está presente dentro y fuera de la caldera, observándose en el centro de ella como un domo resurgente elongado de 48 por 12 km2, intensamente afectado por fallas normales. Dada la geometría de hemigraben propuesta, el mecanismo de colapso propuesto es de tipo “trap-door” [9].

Para precisar los mecanismos de su formación, nos propusimos estudiar la estructura interna de la caldera La Pacana. Para ello, se hizo uso de mediciones gravimétricas apoyadas con posicionamiento de GPS diferencial. Los datos gravimétricos fueron adquiridos durante Enero-Febrero de 2009 y completados por datos previos [11], [12]. En un segundo paso, se integrarán estos nuevos antecedentes con observaciones de superficie mediante modelos que combinen la información geofísica con la geológica. A continuación se presentan resultados preliminares (Abril 2009).

Resultados preliminares

La anomalía de Bouguer completa (figura N°3) muestra una señal de baja frecuencia que corresponde a la tendencia regional de descenso de la gravedad debido a la raíz cortical de los Andes. En el sector de La Pacana este regional es cortado por una anomalía negativa de alta frecuencia de rumbo NS, con una longitud de onda de 25 km en la dirección EW y de más de 120 km. en la dirección NS, con una amplitud variable, pero promedio de 10 mGal. En particular, se identifican 2 señales de alta frecuencia, una en el sector N de la caldera, justo sobre el domo resurgente, y otra en su límite S, las cuales son aproximadamente circulares, con amplitudes de hasta 15 mGal. respecto al regional. Este tipo de señales negativas es el que se espera típicamente en este tipo de cuerpos volcánicos [13], las cuales pueden ser explicadas por el contraste de densidad entre el material de relleno y el basamento precaldera fuera de ella. Así, la presencia de anomalías de alta frecuencia indicaría que no todo el relleno de la caldera tiene la misma profundidad y confirmaría un mecanismo de colapso de tipo “trap-door”. Una interpretación alternativa sería que las dos anomalías corresponden a cuerpos diferentes por lo que se trataría de dos calderas anidadas, tal como ha sido sugerido por estudios recientes de la estratigrafía de los productos emitidos por esta caldera [14].

Referencias

[1] Cole, J.W., Milner, D.M., Spinks, K.D., 2005. Caldera and caldera structures: a review. Earth Science Reviews, 69, 1 – 26. [2] Self, S., Blake, S., 2008. Consequences of explosive supereuptions. Elements, 4, 41-46, DOI: 10.2113/GSELEMENTS.4.1.41. [3] Wilson, C., 2008. Superuptions and supervolcanoes: processes and products. Elements, 4, 29-34, DOI: 10.2113/GSELEMENTS.4.1.29.

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[4] Roche, O., Druitt, T. H., Merle, O., 2000. Experimental study of caldera formation. Journal of Geophysical Research, 105(B1), 395–416. [5] Sparks, S., Self, S., Grattan, J., Oppenheimer, C., Pyle, D., Rymer, H. 2005. Super eruptions, global effects and future threats. Report of a Geological Society of London Working Group, The Open University, UK, 26 p. [6] de Silva, S.L., 1989. Altiplano-Puna Volcanic Complex of the Central Andes. Geology, 17, 1102-1106. [7] Lindsay, J.M., de Silva, S., Trumbull, R., Emmermann, R., Wemmer, K., 2001. La Pacana caldera, N. Chile: a re-evaluation of the stratigraphy and volcanology of one of the world’s largest resurgent calderas. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 106 (1-2), 145-173. [8] Ramírez, C.F. , Gardeweg, M. 1982. Hoja Toconao. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, escala 1:250.000, N°54. [9] Gardeweg, M., Ramírez, C.F., 1987. La Pacana caldera and the Atana ignimbrite - a major ash-flow and resurgent caldera complex in the Andes of northern Chile. Bulletin of Volcanology, 49, 547±566. [10] Gardeweg M, Lindsay J, 2004. Lascar volcano and La Pacana caldera. IAVCEI General Assembly 2004 Pucon, Chile Field Trip Guide A2, 32 p [11] Götze, H.-J., Krause, S., 2002. The Central Andean gravity high, a relic of an old subduction complex? Journal of South American Earth Sciences, 14, 8, 799-811. [12] Pavez, A. 2005. Structure et déformations du Volcan Lascar à partir d’observations par satellites et au sol : Apports à la connaissance et la surveillance de volcans andésitiques. Thèse de doctorat, Institut de Physique du Globe de Paris, 381 p. [13] Rymer, H., Brown, G.C., 1986. Gravity fields and the interpretation of volcanic structures; geological discrimination and temporal evolution. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 27, 229–254. [14] Pavez, A.., Cortés, J.A., Self, S., Kuwata, A.K., Gardeweg, M. 2008. New insights on La Pacana caldera system, northern Chile, and its ignimbrite sheets. Proceedings of IAVCEI General Assembly, Reykjavik, Iceland, August 2008.

Figuras

Figura N°1 – Ubicación de la caldera La Pacana en el CVAP [7].

Figura N°2 – Caldera La Pacana (Mosaico Landsat 7 ETM+, combinación de bandas RGB=742, datum WGS84, proyección UTM zona 19S). La línea roja es el borde de la caldera, los puntos rojos son los datos tomados en este estudio y los verdes los ya existentes. El cuerpo alargado en el centro de la imagen es el domo resurgente.

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Figura N°3 – Anomalía de Bouguer completa (mGal.) (WGS84 UTM 19S) del sector Salar de Atacama – Puna. La caldera La Pacana está enmarcada por el cuadro negro.