Estructura de cuencas intramontañosas del sur de Ecuador en relación con la tectónica de la Cordillera de los Andes a partir de datos geofísicos y geológicos

Abstract

La subducción de la placa de Nazca bajo el margen de la placa Sudamericana formó la cadena montañosa de los Andes ecuatorianos. El estudio del margen continental y las cuencas sedimentarias intramontañosas del Sur de Ecuador, aporta nuevos datos para comprender la evolución tectónica de la Cordillera de los Andes y los riesgos geológicos. El análisis combinado de los datos de anomalías gravimétricas y magnéticas de satélite, datos de gravedad obtenidos en medidas de campo, sísmicidad y observaciones geológicas permite definir la estructura profunda del margen continental de Sudamérica y la Cordillera de los Andes en Ecuador. Las anomalías de Bouguer obtenidas de los datos de satélite tienen forma alargada, son arqueadas y paralelas al margen continental. Los mínimos gravimétricos se relacionan con la Cordillera de los Andes, mientras que los máximos relativos paralelos y ubicados hacia el oeste corresponden a la Cordillera Costanera y la Cordillera Talara-Tumbes. Las anomalías positivas suaves e irregulares se extienden hacia la cuenca Oriente. La placa oceánica de Nazca tiene anomalías positivas en dirección ENE a OSO, que resaltan la Cordillera Carnegie, rodeada de máximos más prominentes que corresponden a corteza oceánica. Los nuevos datos de campo obtenidos en los perfiles 1°S y 4°S de latitud, muestran valores de la anomalía de Bouguer entre -273 y + 75 mGal. Los modelos gravimétricos corticales sugieren que la corteza continental en la Cordillera de los Andes tiene un espesor de 70 km, mientras que en la región de la Costa y la cuenca Oriente el espesor es de 20 a 40 km. Las principales cuencas sedimentarias y los cuerpos intrusivos determinan mínimos de las anomalías de Bouguer. En el perfil 1°S de latitud, la corteza oceánica tiene 8 km de espesor y se extiende bajo el continente hasta una profundidad de 200 km al este de la fosa de subducción, con una inclinación de 30º E. El patrón de anomalías magnéticas E-O cambia bruscamente en el borde oriental de los Andes, y coincide con el límite de la sismicidad xii asociada a la subducción. Hacia el este, las anomalías NO-SE en la cuenca Oriente están asociadas con el cratón Sudamericano. La deformación tectónica continua activa y está determinada por los vectores de desplazamiento de 135 estaciones GPS que forman parte de la red RENAGE y REGME del IGM que abarcan todo el territorio de Ecuador (1995.4-2011.0). Las deformaciones activas producen un desplazamiento en dirección E a NE respecto a la placa estable de Sudamérica y afectan principalmente la zona central y norte del margen continental. Están asociados a la subducción y a empujes de vergencia hacia al Este. A partir de la zona de subducción, la tectónica extensional comienza en el Golfo de Guayaquil a lo largo del Bloque Norandino. Está relacionada con la falla dextral Puná-Pallatanga que atraviesa la Cordillera Occidental. Al norte, la Cordillera Real está caracterizada por altos relieves y acortamientos en dirección ENE-OSO. Hacia el sur la deflexión de Huancabamba presenta relieves bajos e irregulares con un patrón de deformación de desplazamientos hacia el sureste, por la presencia del cratón Sudamericano más resistente. El Bloque Norandino sufrió deformaciones internas en la cuenca Manabí, una cuenca extensional de ante arco ubicada entre la Cordillera Costanera y la Cordillera Occidental de los Andes. Las cuencas sedimentarias sinorogénicas intramontañosas del sur de Ecuador de Loja, Malacatos-Vilcabamba y Catamayo, rellenas durante el Mioceno- Cuaternario, permiten determinar la evolución tectónica reciente. La geometría del relleno sedimentario se establece mediante gravimetría. Las nuevas medidas de gravedad en las cuencas sedimentarias indican anomalías de Bouguer negativas que alcanzan hasta -292 mGal relacionadas con las zonas de mayor espesor del relleno sedimentario y de corteza continental. La cuenca de Loja es asimétrica con un espesor del relleno sedimentario que alcanza 1200 m en la parte oriental, en las zonas de mayor deformación compresiva. Las estructuras tectónicas incluyen pliegues orientados N-S, NO-SE y NE-SO y fallas inversas con vergencia hacia al Este. En la cuenca Malacatos-Vilcabamba, su relleno xiii sedimentario tiene aproximadamente 1100 m de espesor, con algunos pliegues orientados N-S. Sin embargo, las cuencas de Catamayo y Malacatos-Vilcabamba están esencialmente limitadas por fallas normales orientadas en dirección N-S a NO-SE, que producen una fuerte asimetría en la cuenca Catamayo. Estas estructuras muestran una etapa inicial de compresión E-O a partir del Mioceno medio-tardío que desarrolló pliegues orientados NNE-SSO, fallas inversas y elevación del relieve y producen la elevación a gran altitud de la Cuenca de Loja. Como consecuencia del engrosamiento de la corteza, el posterior desmantelamiento de la parte superior de la Cordillera de los Andes favorece los eventos extensionales y el desarrollo de fallas normales que afectan principalmente a las cuencas de Catamayo y Malacatos-Vilcabamba. El desarrollo de los Andes ecuatorianos es el resultado de la subducción a lo largo del margen continental sudamericano influenciado por el acoplamiento de la Cordillera Carnegie y los elementos resistentes heredados del cratón Sudamericano. El levantamiento reciente del relieve resulta de la interacción de deformaciones extensivas y compresivas que formaron las cuencas sedimentarias durante le Neógeno-Cuaternario. Las zonas de mayor riesgo sísmico en Ecuador se localizan en las regiones con mayores deformaciones tectónicas: la zona de subducción cercana a la zona costanera, la falla transcurrente de Pallatanga y las fallas de borde que se extienden al Este de la Cordillera Real.

The Ecuadorian Andes were formed by Nazca Plate subduction below the Pacific margin of the South American Plate. The study of Ecuadorian continental margin and the south Ecuador intramontane sedimentary basins, provides new data to understand the Andes Cordillera tectonic evolution and the geological hazards. Combined analysis of satellite gravity and magnetic anomalies with the gravity field data obtained in land surveys, integrated as well as with seismicity and geological data, constrained the deep structure of the South America continental margin and Andes Cordillera in Ecuador. Satellite Bouguer anomalies are elongated, arched and parallel to the continental margin. The lows are related to the Andes Cordillera, while relative westward parallel highs correspond to the Cordillera Costanera and the Talara-Tumbes Cordilleras. Smooth and irregular positive anomalies characterize Oriente Basin. The oceanic Nazca Plate shows positive ENE-WSW anomalies highlighting the Carnegie Ridge, surrounded by more prominent highs corresponding to standard oceanic lithosphere. New E-W gravity anomaly profiles at 1° S and 4° S show Bouguer anomalies comprised between -273 and +75 mGal. Gravity crustal models suggest that the continental crust in the Andean Cordillera is up to 70 km thick, while thickness decreases up to 20 to 40 km in the Coastal region and Oriente Basin. Main sedimentary basins and intrusive bodies are related to the local low Bouguer anomalies. The oceanic crust, 8 km thick, subduct beneath the continent to a depth of 200 km, with the highest 30º eastwards dip of the slab modelled at Profile 1ºS. Satellite magnetic data reveal that E-W anomalies related to the oceanic subducting slab below the South American margin reach the Andes Cordillera. The Carnegie Ridge is characterized by a roughly ENE-WSW minimum, corresponding to highly magnetized rocks located along the 1º S profile. The E-W magnetic anomaly pattern changes sharply at the eastern edge of the subduction also in agreement with the end of the related deep seismicity; further eastward the NW-SE anomalies are associated with the South American craton in Oriente Basin. xvi Active tectonic-related deformation are constrained by the analysis of displacement vectors of the RENAGE and REGME 135 GPS stations deployed by the IGM in Ecuador (1995.4-2011.0). The main active deformations affects the central and northern continental margin, with displacements towards the E or NE in respect to the stable South America. In addition to the subduction zone, the main fault zone is the Pallatanga-Puna right-lateral strike-slip fault that begins in the Gulf of Guayaquil and runs across the Cordillera Occidental, at the boundary of the North Andean Block. To the north, the Cordillera Real is characterized by high reliefs and ENE-OSO shortening. To the south, the Huancabamba southern deflection, with low reliefs and an irregular to low southeastward-directed deformation pattern, constitute a resistant element of the South American craton. The North Andean block underwent internal deformations in the Manabí Basin, an extensional fore-arc basin in between the Cordillera Costanera and the Cordillera Occidental of the Andes. The northwestern part is affected by subduction-related seismicity and by an eastward vergent thrust. The South Ecuador sedimentary basins of Loja, Malacatos-Vilcabamba and Catamayo belong to the Neogene-Quaternary synorogenic intramontane basins and reveals the recent tectonic evolution. Gravity research constrain the deep geometry of the Neogene-Quaternary sedimentary infill. New gravity measurements in the sedimentary basins indicate negative Bouguer anomalies reaching up to -292 mGal related to thick continental crust and sedimentary infill. Loja Basin is asymmetrical, with a thickness of sedimentary infill reaching more than 1200 m in the eastern part, which coincides with a zone of most intense compressive deformation. The tectonic structures include N-S, NW-SE and NESW oriented folds and associated east-facing reverse faults. The basin of Malacatos-Vilcabamba, with a sedimentary infill reaching 1500 m, has some N-S folds. However, Malacatos-Vilcabamba and Catamayo basins are essentially dominated by N-S to NW-SE normal faults, producing a strong asymmetry in the Catamayo Basin area. These structures reveal an initial stage of E-W compression xvii since Middle-Late Miocene that developed NNE-SSO folds, reverse faults and relief uplift, determining the high altitude of the Loja Basin. As a consequence of the crustal thickening and in association with the dismantling of the top of the Andes Cordillera, extensional events favored the development of normal faults that mainly affect the basins of Catamayo and Malacatos-Vilcabamba. The development of the Ecuadorian Andes is the result of the subduction along the South American continental margin influenced by the coupling of the Carnegie Ridge and the inherited resistant elements of the South American craton. The recent relief uplift is consequence of the interaction of extensional and compressional deformation shaping the Neogene-Quaternary sedimentary basins. The greatest seismic hazards in Ecuador are linked to the highest deformations associated with the subduction zone located near the coastal area, the Pallatanga transfer fault, and the Eastern Andes Cordillera Real frontal faults.