Abstract

Un problema fundamental en tectónica es comprender mejor la arquitectura y los procesos de formación de las zonas de fallas corticales a distintas escalas (refs. 4, 1, 5). En este trabajo, se describe en detalle la estructura interna de la zona de falla Coloso y se discute los procesos que podrían haber conducido a su formación. Esta falla presenta evidencias de endurecimiento reológico, que son contrastantes con estudios previos en fallas similares. Para explicar esta aparente contradicción se plantea un fortalecimiento por regeneración y sellado de la falla durante periodos de reposo, de acuerdo con resultados experimentales obtenidos por otros investigadores. 1. Marco Geológico: La Falla Coloso está ubicada en la Cordillera de la Costa, al sur de la ciudad de Antofagasta (23º-25º S) y forma parte del Sistema de Falla Atacama. Tiene un rumbo NNW y es subsidiaria de la Falla Paposo con un ángulo de 20º. La falla Coloso es una falla transcurrente sinistral, de una longitud aproximada de 140 km y una separación de rumbo de al menos 5 km. Corta diorita, granodiorita, andesita de la Fm. la Negra y conglomerado de la Fm. Caleta Coloso (ref. 2). 2. Arquitectura de la Falla La falla es subvertical y corta diorita isotrópica. Su núcleo tiene un espesor de 400 a 500 m, y está subdividido en varias zonas tabulares de protocataclasita y de ultracataclasita /cataclasita verde de espesor entre 10 y 30 m (Figura 1). Estas zonas, anastomosadas, están separadas por lentes de protolito fracturado. La zona de daño, de ca. 200 m de ancho, sólo se puede observar en el lado occidental de la falla; hacia el Este la roca está cubierta por aluvios Pliocenos. El núcleo de la falla y la zona de daño exhiben clorita, epidota, calcita y cuarzo, en vetillas y diseminado, lo que sugiere transporte de fluidos y precipitación mineral durante la deformación. La edad de la falla ha sido estimada entre 125 y 118 Ma (refs. 10, 2) 3. Discusión y Conclusión Trabajos previos han propuesto un modelo de debilitamiento reológico (“Strain/velocity weakening”) generado por elevadas presiones de fluido en el núcleo de la fallas. Este modelo busca explicar la baja resistencia friccional de la falla Punchbowl (San Andreas F.) y la alta sismicidad que se observa en esa estructura y en la mayoría de grandes fallas de rumbo activas. La falla San Andreas, y sus ramificaciones exhumadas, presentan deformación localizada en planos de falla simples con zonación interna (Fig. 2). Esta zonación consiste típicamente de una delgada lámina (menos de 10 cm) de ultracataclasita dentro de una zona de cataclasita foliada de varios metros de de espesor, rodeada por una zona de daño del orden de 100 m de ancho 4. El protolito corresponde a diorita cuarcífera, tonalita, granodiorita y monzogranito de biotita. En contraste, la falla Coloso presenta deformación distribuida en un núcleo “múltiple” y una zona de daño el doble de ancha. A pesar de que los protolitos de ambas fallas son similares textural y mecánicamente, la arquitectura que presenta la falla Coloso indica un proceso de fortalecimiento, opuesto a lo observado en Punchbowl, San Andreas. Sin embargo, la arquitectura de la falla Coloso es muy similar a aquella de la falla Carboneras, España, al cortar rocas metamórficas. Esta falla corta dolomita y rocas metamórficas ricas en filosilicatos, y presenta tanto deformación localizada, en ramas con núcleos simples con cataclasita, como deformación distribuida en un “núcleo múltiple anastomosado”. La deformación localizada se observa en la dolomita y la deformación distribuida en las rocas metamórficas ricas en filosolicatos5. Este “modo mixto” de fallamiento se explica a través de la propiedad de fortalecimiento que suelen mostrar las salbandas de filosilicatos como respuesta al aumento de la tasa de deformación en estudios experimentales. Esto no se puede aplicar en la falla Coloso. La falla Coloso no calza con ningún modelo conceptual previo, debido a que presenta la arquitectura observada en Carboneras pero el protolito similar al de Punchbowl Fault (Fig. 2). Esta inusual deformación distribuida en rocas cristalinas homogéneas puede ser explicada por un fortalecimiento de las rocas de falla que las hace más resistentes a esfuerzos diferenciales. Análisis experimentales han llegado a la conclusión que dicho fortalecimiento se produce durante periodos de reposo sin movimiento (refs 9, 6, 7). Se muestra claramente un aumento de la cohesión y del coeficiente de fricción al someter fallas simuladas a pruebas de deslizamiento–reposo-deslizamiento. (Fig 3). Estos aumentos son proporcionales al tiempo de reposo y estarían controlados por procesos físicos y químicos que ocurrirían a escala microscópica durante los periodos sin deslizamiento, por regeneración de cristales (healing) y precipitación de nuevos minerales8. Se propone entonces que este fortalecimiento sería el responsable de la distribución de la deformación en ramas anastomosadas y el engrosamiento de la zona de daño. Las rocas de falla tienen que ser relativamente más débiles que el protolito, para que ocurra ruptura al reactivarse la falla. Si las rocas de fallas se comportasen más fuertes que el protolito frente a la deformación y esfuerzos (cómo en filosilicatos), la fractura entonces se generaría en el protolito, formando así una ueva zona de falla, ramificada de la principal que deja atrapado un lente de protolito fracturado entre ellas (e.g. Falla Carboneras5). Éste mecanismo habría formado la arquitectura de la falla Coloso, con un núcleo múltiple anastomosado (Fig. 2). El fortalecimiento aquí planteado, requiere de un periodo de reposo, sin movimiento y menores esfuerzos, lo cual es concordante con el ciclo sísmico, en el cual cada sismo se produciría durante la formación cada nueva rama del núcleo, para luego descansar, acumular presiones, precipitar fluidos y regenerar la falla.