Determinación de la estructura cortical en el sector argentino de la Isla Grande de Tierra del Fuego

Abstract

Este trabajo de Tesis tiene como objetivo principal realizar una estimación de la estructura de la corteza del sector oriental de la Isla Grande de Tierra del Fuego (TdF). En zonas sísmicamente activas, como es el caso de TdF, es importante contar con modelos de velocidades sísmicas que se ajusten lo más posible a la estructura real de la zona, en principio, para que la localización de los sismos locales se pueda realizar con el mínimo error. A efectos de realizar el trabajo se ha contado con datos de cuatro estaciones sismológicas de banda ancha instaladas en la Isla. La zona de estudio presenta un escenario de gran interés ya que su ambiente geotectónico está caracterizado por la conjunción de tres placas tectónicas: la Antártica, la Sudamericana y la de Scotia. En particular las últimas dos definen un sistema de margen transformante que produce fallas con un movimiento sinestral E-O como es el sistema de fallas Magallanes-Fagnano que divide a la Isla en dos bloques continentales. A pesar de que la sismicidad actual de TdF está caracterizada por sismos de baja a mediana magnitud, registrados a partir de la instalación de las estaciones utilizadas, la sismicidad histórica incluye dos eventos de magnitud 7.5 y 7.8 ocurridos el 17 de diciembre de 1949. Para llevar a cabo el objetivo propuesto se han utilizado dos técnicas que requieren de la información contenida en los registros sismológicos de una manera diferente pero que se pueden complementar. En una primera etapa, se aplica el método de las Funciones del Receptor (FRs), siendo una de las metodologías más utilizadas cuando se quiere estimar la discontinuidad de Mohorovicic y la relación de velocidades sísmicas VP/VS de la corteza en el sitio en que está ubicada la estación sismológica. A partir de las FRs calculadas se realizan estimaciones del espesor cortical y de la relación de las velocidades sísmicas en cada estación considerando dos métodos: el “H-k stacking” y la inversión mediante el “Neighbourhood Algorithm” (NA). El primero consiste en apilar las amplitudes de las FRs en los tiempos de arribo calculados de las fases Ps, PpPs, PpSs+PsPs para distintos valores de espesor cortical H y de VP/VS. Mediante el segundo método NA, se lleva a cabo la inversión no-lineal de las FRs realizando un ajuste en cada iteración de un modelo inicial a través de sucesivas capas con aumentos o descensos graduales de la velocidad. La variabilidad de los modelos obtenidos en esta etapa indican que el ambiente geotécnico de esta zona es complejo. Los valores de espesor cortical y de la relación de velocidades sísmicas VP/VS obtenidos a partir del primer método varían en el rango 24.8-34.8 km y 1.56-1.80, respectivamente, dependiendo de la estación y del grupo de eventos utilizados. En cuanto a la segunda técnica, el espesor cortical estimado varía desde 24.5 a 39.2 km y la relación VP/VS se estimó en el rango 1.69-1.88. Estos valores obtenidos son acordes con la presencia de diferentes ambientes geológicos, sistemas de fallas y estructuras plegadas presentes en la Isla. Los valores de espesor cortical obtenidos en la mayoría de las estaciones sismológicas, mediante las dos técnicas, indican que la profundidad de la Moho en el sector oriental de TdF aumenta de norte a sur. Además, los valores de espesor cortical determinados con ambas técnicas, son similares a valores obtenidos en estudios previos realizados mediante otras metodologías en zonas cercanas al área de estudio de este trabajo. En una segunda etapa se aplica el método de interferometría sísmica (SI). Mediante esta técnica es posible estimar la estructura a través del ruido sísmico o ruido ambiente. A diferencia de la técnica de las FRs, el método de SI no requiere la ocurrencia de terremotos. El concepto se basa en la extracción de la Función de Green Empírica (FGE) entre dos receptores a partir de la correlación cruzada de registros continuos de ruido. Mediante este método es posible obtener información de las ondas superficiales y calcular curvas de dispersión que caracterizan la estructura media entre cada par de estaciones. A partir de los registros continuos de ruido obtenidos en cuatro estaciones sismológicas utilizadas se obtienen seis trayectorias de ondas superficiales. En particular, se considera el cálculo de velocidades de grupo de la onda Rayleigh. Posteriormente las curvas de dispersión se invierten mediante una inversión iterativa ponderada. Teniendo en cuenta que la distancia entre estaciones en la región de estudio varía entre 50 y 100 km, las velocidades que se obtienen aportan información de la estructura de las capas más superficiales de la corteza en TdF, en particular se obtuvieron valores de velocidad de onda S hasta una profundidad de 10 km. La estructura superficial y local obtenida en la estación DSPA a partir de la inversión de FRs está caracterizada por velocidades de onda S en el rango 1.75-1.80 km/s en los primeros 2 km de corteza. Por otro lado, la estructura media obtenida a partir de la inversión de las curvas de dispersión calculada en los trayectos DSPA-TRVA, DSPA-ELCA y DSPA-USHA, presenta valores de VS entre 2.3 y 2.6 km/s para las mismas profundidades. En el caso de la estación ELCA, ubicada en el centro de la zona de estudio, la estructura local de onda S está caracterizada por valores de 2.4 km/s en las capas más superficiales. Estos resultados obtenidos, en la zona norte y centro del área de estudio, se correlacionan con la presencia de sedimentos del Terciario y Cretácico superior. En el caso de las estaciones ubicadas en la zona sur (TRVA y USHA), se observan valores de VS > 3 km/s en las capas más superficiales de los modelos obtenidos en ambas estaciones mediante la inversión de FRs. La estructura media obtenida entre TRVA y USHA a partir de la inversión de la curva de dispersión para dicho trayecto, muestra valores de velocidad de onda S en el rango 3.3-3.7 km/s, en los 2 primeros km de corteza. Dicho aumento de velocidad observado en la zona sur de la Isla es acorde con la presencia de rocas del basamento Paleozoico presente entre ambas estaciones. A profundidades un poco mayores (entre 5 y 8 km), se observa un aumento de velocidad en varios de los modelos obtenidos con ambas técnicas que parece estar relacionado con el basamento de la zona de estudio, sugiriendo un aumento de su profundidad de norte a sur. Además, en algunos de los modelos obtenidos mediante la técnica NA, se distingue un elevado contraste positivo de velocidad entre los 15 y 17 km de profundidad que podría estar asociado con la presencia de un sub-basamento en la zona de estudio. De esta manera los resultados obtenidos con todas las metodologías implementadas se combinan a efectos de caracterizar la corteza del sector oriental de la Isla Grande de Tierra del Fuego. Los resultados presentados en esta Tesis aportan nueva información sobre la estructura cortical de la zona y se espera que contribuyan al desarrollo de futuros trabajos con el fin de profundizar el conocimiento de la estructura y mitigar el impacto de futuros terremotos.