Magíster en Ciencias, Mención Geología / Geólogo / El estudio de las características litológicas y mineralógicas observadas en ambientes volcánicos andinos junto a su contexto geotectónico, permite entender de mejor manera la evolución en el tiempo y el espacio de los sistemas geotermales asociados al volcanismo andino de la Zona Volcánica Sur Central (ZVSC). La presente Tesis de Magister aborda el estudio de la geología y mineralogía secundaria en rocas volcano-sedimentarias del Miembro Guapitrio de la Formación Cura-Mallín, la cual constituye parte del basamento del volcanismo activo de la Zona Volcánica Sur Central, en la zona de la Cordillera Principal de la Región del Bio-bío - Araucanía (38,1 - 38,6°S). Esta formación goza de gran interés actual por su promisoria capacidad de albergar reservorios geotermales en profundidad, asociados con los sistemas volcánicos de la ZVSC. El trabajo incluyó el levantamiento estratigráfico y muestreo de roca en cuatro sucesiones volcano-sedimentarias de aprox. 200 m cada una en la zona del Cordón Maravilla (Fm. Cura-Mallín, miembro Guapitrio, 8 km al NW de Lonquimay), y la identificación y caracterización detallada de la mineralogía secundaria de las unidades estudiadas. Para ello se utilizó microscopía óptica con luz polarizada, microscopía electrónica de barrido (SEM) con catodoluminiscencia (CL) y espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), y se realizaron estudios de difracción de rayos X (DRX) en roca total, en materia extraído de amígdalas y cavidades y en separados minerales de tamaño menor a 2 µm (fracción arcilla). La Sucesión Cordón Maravilla (SCM), corresponde a una secuencia de rocas volcano-sedimentarias caracterizada por la presencia mayoritaria de paquetes de brechas y conglomerados volcánicos intercalados con lavas de bajo espesor y composición intermedia variable, además de escasas rocas piroclásticas (tobas líticas y vítreas). La alteración presente en la SCM corresponde a facies de ceolitas (T°< 180°C), y se caracteriza por la asociación mineral esmectita-clorita/esmectita + mordenita ± heulandita ± clinoptiloita ± cuarzo ± calcita, con presencia ubicua de arcillas de tipo esmectita. Además, se observa una zonación en la facies mineral (facies de mordenita) caracterizada por una variación desde subfacies mordenita en la parte media-inferior de la sucesión a subfacies clinoptiloíta hacia el techo de ella. Las asociaciones de minerales secundarios se observan rellenando cavidades y fracturas, presentando algunos de éstos diferencias texturales en su ocurrencia. La mordenita, en particular, presenta texturas cristalinas que evidencian variabilidad en el proceso de evolución mineral tanto en el periodo de inducción, nucleación y crecimiento cristalino, entre las que se destacan texturas aciculares-radiales y texturas coloformes, estas últimas caracterizadas por el crecimiento de cristales esferoidales tipo coloide de gran tamaño (< 400 µm). Las características geológicas y mineralógicas reconocidas en este trabajo permiten concluir que: (1) las facies litológicas de la SCM tienen una fuerte semejanza con las observadas en un paleo-ambiente de estratovolcán, de acuerdo a terminología de Cas y Wright (1987); (2) la presencia de una zona de alteración hidrotermal en su parte superior del sistema (Cerro Lolco), junto a enjambres de diques semidúctiles de orientaciones N60°E, NS y N60-80°E y la morfología de las unidades rocosas, sugieren cercanía a la fuente de calor; (3) la zonación en la facies mordenita en la SCM son muy similares a las observadas en zonas con alto gradiente geotermal (100-160°C/km) asociadas con calderas volcanotectónicas (ceolitización tipo-caldera; Utada, 1999; 2001); y (4) las variaciones texturales en la mineralogía de alteración (ej. mordenita) son reflejo de cambios en sus condiciones de formación, controladas tanto por la disponibilidad de monómeros de sílice, alcalinidad y pH del sistema de formación mineral. En base a estas observaciones, se postula un modelo conceptual que involucra la mezcla de fluidos hidrotermales ricos en Si de alta temperatura, con aguas meteóricas frías infiltradas en la zona somera de un sistema geotermal asociado a una caldera-estratovolcán. Las características texturas asociadas a la mineralogía de alteración de las sucesiones volcanoclásticas estudiadas y su similitud con texturas resultantes en experimentos de síntesis hidrotermal de ceolitas (ej. Cundy y Cox, 2005), sugieren que los procesos de precipitación/disolución mineral fueron recurrentes en el tiempo, e influenciaron significativamente la evolución de la permeabilidad dinámica del sistema durante episodios de alta actividad hidrotermal y/o eruptiva del sistema de caldera. Estos resultados confirman de manera inequívoca la presencia de actividad paleo-geotermal en la secuencia estudiada, y demuestran que la variabilidad textural de las asociaciones minerales de alteración de la Fm. Cura-Mallín debe ser considerada como un factor preponderante al momento de evaluar la permeabilidad de ésta, y su potencial como unidad hospedante de reservorios geotermales en la Zona Volcánica Sur Central.

Geólogo / La erupción del año 2015 del volcán Calbuco, en el sur de Chile, presentó una serie de problemáticas de carácter científico y social, especialmente al haber ocurrido sin ningún tipo de deformación superficial y escasos precursores sísmicos hasta pocas horas antes de que ocurriera. Gracias a un análisis de termobarometría, en conjunto con evidencias geofísicas y geologicas en otros estudios, se pudo establecer que el volcán presenta una cámara magmática a una profundidad cercana a los 7 km y 950°C de temperatura, antes de la erupción. Utilizando un análisis de inclusiones vítreas en los minerales de los productos piroclásticos de la erupción se pudo obtener una caracterización geoquímica del magma y se identificaron los distintos procesos que ocurrieron previo al emplazamiento de este en la cámara y durante su cristalización. El magma posee una composición andesítica-basáltica, mientras que la fase fundida presenta una composición esencialmente dacítica. El magma se encontraría saturado en los volátiles H2O, CO2 y SO2, enriquecido en elementos trazas ligeros de Li y B y en halógenos como Cl y F. Su particular composición, en comparación con el resto de los volcanes de este sector de la Zona Volcánica Sur, estaría en gran medida asociada a la presencia de al menos una cámara magmática saturada en agua en la corteza profunda, donde ocurriría cristalización de anfíbol. Una interacción del magma con las paredes de la cámara, donde destaca un posible proceso de asimilación cortical que involucra metapelitas, sería significativa para las características de la cámara magmática y su evolución. Se sugiere que una desestabilización de las paredes de la cámara producto de este proceso de asimilación y una concentración de volátiles exsueltos en la cámara, debido a first y second boiling, corresponderían a dos procesos importantes dentro de la dinámica pre-eruptiva de la cámara magmática.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / El Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN), mediante la adaptación de la metodología National Volcano Early Warning System (NVEWS), desarrollada por el Servicio de Geología de los Estados Unidos, ha determinado el riesgo asociado a los 90 volcanes activos que existen en Chile. Por otra parte, investigadores de la Universidad de Bristol, utilizando el listado de los países acogidos al Global Facility for Disaster Reduction and Recovery (GFDRR) of the World Bank , en el estudio llamado Volcano hazard and exposure in GFDRR priority countries and risk mitigation Measures , desarrollaron una metodología para la evaluación del riesgo volcánico (Metodología de la Universidad de Bristol, MUB). En ésta se estima el nivel de peligro, el nivel de incerteza según la disponibilidad de información y el índice de exposición de la población. El riesgo de cada volcán se estima de la combinación del peligro y la exposición, en un área espacial determinada. De acuerdo a lo anterior, el presente estudio consistió en realizar la evaluación del riesgo volcánico a los 90 volcanes activos de Chile con la mencionada metodología y comparar los resultados con aquellos obtenidos por SERNAGEOMIN con el fin de realizar un análisis integrado de los resultados de ambas metodologías que permite establecer para cada volcán la mejor metodología para evaluar el riesgo volcánico asociado. Aplicando la metodología de la Universidad de Bristol, se han obtenido cuatro volcanes con un nivel de riesgo medio (Villarrica, Calbuco, Fui e Isla de Pascua), mientras que los 86 volcanes activos restantes han sido categorizados con un nivel de riesgo bajo, sin tener volcanes en categoría de riesgo alto. Mientras que en la metodología NVEWS-SERNAGEOMIN son 12 los volcanes que tienen un nivel de riesgo muy alto, 19 con un nivel de riesgo alto, 17 volcanes están en la categoría de riesgo medio, 15 tienen un nivel de riesgo bajo y 27 volcanes activos están en la categoría de bajo riesgo. Estos resultados indican las evidentes diferencias entre ambas metodologías lo que ha motivado el desarrollo de este trabajo, para poder determinar la que mejor se puede aplicar al contexto volcánico de Chile. Finalmente se propone utilizar la metodología NVEWS-SERNAGEOMIN para evaluar el ranking de riesgo, la MUB para determinar las áreas de peligro excluyendo aquellas zonas de altas pendientes y además se propone realizar una adaptación de la MUB al contexto volcánico de Chile, reasignando nuevos puentajes de peligro y vulnerabilidad mendiante el proceso de análisis jerarquico (PAJ).

Geóloga / Los conos de Caburgua corresponden un cluster de conos monogenéticos ubicados en la ribera sur del lago Caburgua. Los estudios realizados en estos volcanes y sus depósitos son escasos, siendo dirigidos, en su mayoría, al estudio de estratovolcanes cercanos o al estudio de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui. La presencia de un gran número de fallas de separación normal e inversa en los depósitos asociados a estos conos es lo que motiva la realización de este trabajo, cuyo principal objetivo es determinar el origen de estas estructuras, el que se supone tectónico. Para conseguir esto, se realizó un análisis de la distribución de rumbos y manteos de los planos de falla y un análisis de parámetros morfológicos de los conos, con el fin de determinar una orientación aproximada de los esfuerzos principales para el momento de la formación de las estructuras, del dique alimentador y, probablemente, de los conos y sus depósitos. Dentro de los resultados obtenidos a partir de la caracterización de fallas, destaca el restringido rango en el que se encuentra el rumbo de estas y su fuerte paralelismo: entre N80° y N130° para fallas normales y entre N90° y N130°para fallas inversas. Esto hace suponer que, de ser el origen tectónico, debió existir un cambio en la configuración de esfuerzos entre el momento de la formación de fallas normales (σ1: vertical, σ3: NE-SW) y fallas inversas (σ1: NE-SW, σ3: vertical). Por su parte, a partir de algunos de los parámetros morfológicos, se pudo restringir la orientación del dique alimentador, lo que permitió determinar una orientación aproximada para los esfuerzos principales en el momento de formación del dique: N30-60E para σ1 y subvertical para σ3. Dentro de la posibilidad de un origen tectónico, se analizan dos opciones de acuerdo al contexto en el que se encuentran los depósitos piroclásticos: estructuras tipo horsetail, descartada debido a la orientación de las fallas, y la formación de fallas dentro de las diferentes etapas de un ciclo sísmico. Esta última parece ser una opción sólida, ya que explica el cambio en el estado de esfuerzos, el paralelismo entre los dos tipos de estructuras y la mayor cantidad de fallas normales. Dentro del análisis del origen de las fallas, se considera también un posible origen gravitacional. Sin embargo, este es prácticamente descartado debido a las características observadas en los afloramientos: la amplia distribución de fallas inversas; la proporción observada entre los tipos de depósitos que componen a los afloramientos; y la aparente ausencia de caras libres. Así, se determina que el origen de las fallas de los depósitos de Caburgua es probablemente tectónico, asociado al desarrollo de fallas inversas durante la etapa intersísmica y fallas normales durante la etapa cosísmica.

Geólogo / Las erupciones ocurridas en el Complejo Volcánico Lonquimay de 1988-90 y en el volcán Calbuco de 2015 presentaron estilos eruptivos muy diferentes, a pesar de que emitieron magmas de similar composición (andesítica y andesitico basáltica respectivamente). La erupción del Complejo Volcánico Lonquimay fue del tipo estromboliana, con explosiones intermitentes de mediana a baja intensidad y que perduraron por más de un año, concentrando su actividad en el cono monogenético más cercano al volcán, denominado cono Navidad. La erupción del volcán Calbuco, por su parte, exhibió características de actividad subpliniana, con una columna que alcanzo alturas sobre los 15 km. Su actividad principal fue durante los dos primeros días, pero se considera terminada a las 2 semanas. En este trabajo se caracterizan los productos de ambas erupciones, por medio de un análisis petrográfico, composicional y textural, para identificar las distintas fases minerales, su abundancia, su composición y su distribución de tamaño. Los resultados obtenidos indican que los distintos comportamientos eruptivos responden principalmente a diferencias en la viscosidad y en los contenidos de volátiles de los magmas. Los magmas del volcán Calbuco son de mayor viscosidad porque su temperatura es menor y tiene un mayor contenido cristalino. Esto facilita a que el magma se comporte de manera frágil al ser deformado en el conducto por un aumento de la velocidad de ascenso y/o al alcanzar un volumen crítico de burbujas que producen que el magma sea fragmentado. La saturación de burbujas pudo haberse producido por la exsolución de un gran contenido de volátiles, ya que los magmas del volcán Calbuco tienen la capacidad de disolver un gran contenido de volátiles. Con respecto al comportamiento eruptivo del CVL, su menor explosividad se debe a la baja viscosidad de sus magmas, que permitieron que los volátiles pudiesen segregarse del magma, resultando en una erupción menos explosiva en relación a la del volcán Calbuco. Otra característica importante es que los magmas del CVL tienen una menor solubilidad y pueden arrastrar un menor porcentaje de volátiles en relación al volcán Calbuco. A pesar de esto, durante la fase inicial se produjo la fragmentación del magma y se formo una pluma eruptiva con alturas de hasta 9 km. Esta fase más explosiva de la erupción puede relacionarse a un sistema cerrado en el que los volatiles se matuvieron junto al magma hasta alcanzar un volumen crítico de burbujas y colapsar.

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El Complejo Volcánico Lonquimay (CVL) se encuentra emplazado en una zona que corresponde a parte de la expresión más septentrional de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO), la cual, en esas latitudes, se ha interpretado como una activa ‘cola de caballo’ (horsetail splay) de escala cortical, y dentro de la cual este complejo volcánico estaría relacionado a una estructura de tail crack orientada NE-SW. En el presente informe se estudia el CVL y el basamento que lo subyace con la intención de analizar las mesoestructuras frágiles, inferir una posible cronología tectónica y compararla con los modelos aceptados hasta la fecha, esto sumado a un completo análisis morfométrico de los conos piroclásticos pertenecientes a la zona para estimar la geometría de las fracturas alimentadoras de magma durante los ciclos eruptivos. Todo este trabajo es complementado con tres perfiles gravimétricos ortogonales a la traza mayor de la ZFLO y separados 25 km entre sí con la finalidad de caracterizar el estilo estructural existente y así comprender la relación entre tectónica y los episodios de volcanismo en la zona. Las mesoestructuras frágiles estudiadas correspondieron exclusivamente a diaclasas, las que fueron medidas en rocas de edades comprendidas entre el Mioceno Inferior alto a subactuales. Éstas fueron agrupadas en sets y se logró relacionar los sets más representativos a determinados periodos geológicos. En base a los pocos trabajos publicados relacionados con el estudio de la interacción diaclasas – tectónica, se concluyó que las diaclasas neógenas se habrían generado debido a un σHmax orientado N76E; por otra parte, las diaclasas cuaternarias se deberían a un σHmax de orientación N21E. Ambos valores no difieren en más de 25° con respecto a las orientaciones de los σHmax calculadas mediante inversión de datos de planos de falla estriados para esta misma zona por otros autores. Aunque tensores locales de strain calculados en este trabajo para fallas cuaternarias recientemente mapeadas en la zona indican una orientación del eje de acortamiento horizontal máximo según N60E. El análisis morfométrico de los conos piroclásticos pertenecientes tanto al Cordón Fisural Oriental (CFO) como a las zonas aledañas al CVL, todos de edad holocena (cuya expresión más actual corresponde al cono Navidad, edificado durante la erupción de 1988-1990), evidencian cráteres elongados en las direcciones NE y ENE, cráteres coetáneos orientados hacia el NE, alineamiento de las depresiones de los bordes de los cráteres variables entre NNE y ENE, y azimuts de cráteres abiertos según NE y ENE. Estas características sugieren una disposición de las fracturas alimentadoras orientadas según la dirección NE a ENE, restringen el σHmin a las direcciones NW a NNW y, al poseer la zona un régimen transcurrente, indican la dirección del σHmax en la zona. Finalmente, los tres perfiles gravimétricos diseñados evidencian, de norte a sur, una variación en el dominio de la traza principal de la ZFLO, desde 1180 m de ancho y 1510 m de espesor, hasta 20330 ± 1170 m de ancho y 1160 ± 310 m de espesor, donde este último, más al sur, aumenta hasta 2440 m (siempre suponiendo un relleno volcano-sedimentario de densidad 2.31 gcm-3). En los dos perfiles meridionales, sobre todo en el perfil central, se evidencia una configuración de horsts y grábenes; esta disposición de unidades, sumado al gran relleno propuesto, lo más probable es que sea reflejo de extensión local relacionada a una cuenca de rumbo, posiblemente de curvatura de falla o step-over. Otras posibilidades no excluyentes entre ellas ni con la anterior pueden indicar una cuenca de intra-arco, un menor ancho de la ZFLO (5910 m), o bien, erosión glacial por sobre un relieve tectónico. No se descarta que la traza principal de la ZFLO emplee anisotropías corticales de escala regional como puede ser el borde de la subcuenca Lonquimay, donde las fallas previas responsables de inversión tectónica habrían sido reactivadas en sentido transcurrente dextral. El volcanismo en la zona puede responder a un régimen de extensión local, a propagación mediante estructuras heredadas, o bien, a grietas de tensión que romperían la delgada cobertura cenozoica.

Geóloga / El Objetivo principal de este trabajo consiste en determinar y analizar los factores que dominan el comportamiento del penacho volcánico, asociados a columnas eruptivas débiles. Este análisis permitirá una mejor comprensión de impactos a erupciones volcánicas cuya emisión es prolongada por meses, aunque con reducida acumulación en superficie. En este estudio se trabajó con la erupción del Complejo Volcánico Puyehue-Cordón Caulle, que inició su actividad el día 4 de Junio 2011 continuando hasta fines de Marzo del 2012. La erupción se caracterizó por una fase inicial explosiva de dos a tres días, generando la mayor cantidad de depósitos piroclásticos. El resto de la erupción correspondió a un período de emisión menor, pero persistente, coetáneo con la erupción de lava de bloques. Esta erupción generó diversos daños en las zonas aledañas al volcán, desde evacuación de población, en su etapa inicial hasta interrupción de vuelos comerciales, daños en la propiedad privada y ambiental. Se trabajó con un total de 450 imágenes Satelitales MODIS a lo largo del período eruptivo, en los cuales se implementó el método BTD, con el fin de determinar zonas afectadas por la caída de ceniza, además se determinó direcciones de dispersión del penacho y se caracterizó las diferentes fases de la erupción. Adicionalmente con el método CTOP se estimaron distintas alturas de la columna a lo largo de todo el período. Finalmente, basándose en expresiones teóricas y observaciones tanto eruptivas como meteorológicas, fue posible estimar el flujo de masa a lo largo de la erupción.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / Geólogo / La mayoría de los campos volcánicos monogenéticos están constituidos principalmente por productos piroclásticos de composición basáltica. Los volúmenes emitidos por cada centro eruptivo tienden a ser pequeños, menores a 1 km3, donde su actividad puede durar días a años, mientras que el campo volcánico completo se puede desarrollar y perdurar por millones de años, pudiendo superar en volumen a un volcán poligenético. En este sentido, el Campo Volcánico Laguna del Maule (CVLdM) representa un caso excepcional con más de 350 km3 de material basáltico a riolítico, eruptado mayormente de manera efusiva desde el Pleistoceno. En este trabajo se propone un modelo volcanológico-petrológico de la dinámica eruptiva de las lavas post-glaciales emplazadas en la parte Oeste del CVLdM, analizando la evolución del magma en profundidad, el ascenso de magma por los conductos eruptivos y el emplazamiento de lavas en superficie. Se estudió la morfometría, mineralogía y química de seis lavas y un domo del CVLdM para modelar las condiciones termodinámicas pre-eruptivas del magma y su evolución, incluyendo posibles procesos magmáticos causantes de su migración y ascenso a la superficie. Las lavas analizadas tienen una composición química andesítica a riolítica, morfología de bloques, volúmenes de 0.03 a 1.16 km3, largos máximos de 10 km, anchos máximos de 5 km y espesores máximos de 140 m. Los resultados indican la presencia de un sistema magmático formado en cuatro etapas, comenzando con la acumulación de magma andesítico basáltico a andesítico debido a múltiples intrusiones. Posteriormente, procesos de cristalización desarrollaron un reservorio tipo mush cristalino (13-17 km, 970-1025 °C) con extracción y ascenso de líquido intersticial. Una tercera etapa de estancamiento del magma en ascenso proveniente de la extracción más profunda (7-11 km, 900-970 °C), permitió la formación de un nuevo mush cristalino más evolucionado. Finalmente, una nueva extracción y ascenso del líquido intersticial riolítico formó un reservorio magmático riolítico pobre en cristales (~5 km, 760-800 °C) bajo el lago. El constante recalentamiento debido a múltiples intrusiones permitó al sistema magmático permanecer activo en el largo plazo, producto de variadas intrusiones de magma máfico en el caso del reservorio profundo y magma silícico en el caso del reservorio más somero.

Doctora en Ciencias, Mención Geología / La tomografía sísmica, entre otros métodos geofísicos, permite obtener información de subsuperficie que debería ser coherente con los datos geológicos y geofísicos disponibles en la zona de estudio. Los modelos de velocidades obtenidos a través de este método, pueden ser usados para aportar a la interpretación y modelación numérica de procesos y sistemas geológicos, tales como los sistemas magmático-hidrotermales. Debido a la dificultad y al alto costo de mediciones directas en estos entornos, propiedades físicas más precisas tales como presión, temperatura y contenido de fases deben ser inferidas a través de modelamientos numéricos. En esta tesis se presenta una convergencia entre la tomografía sísmica y la información geológica disponible en superficie de los sistemas asociados al volcán Tacora y al Complejo Volcánico Tinguiririca-Fray de León (CVT) (Lees, 2007). En una primera instancia, se establece una correlación entre el modelo de velocidades 3D y modelos estructurales y geoquímicos de las zonas de estudio. A fin de precisar las posibles zonas de exploración a través de la temperatura medible cerca de las fuentes de calor, el segundo paso consiste en complementar los resultados previos utilizando modelos físico-numéricos de termoelasticidad sin disipación de energía (Green & Naghdi, 1993), permitiendo que las velocidades, obtenidas a través de la tomografía sísmica, ingresen como parámetros de entrada en ecuaciones constitutivas que definen los campos de temperatura y desplazamiento en un volumen determinado por el área de los Complejo Volcánico. El objetivo general de esta investigación es entonces caracterizar los sistemas magmático-hidrotermales asociados a los complejos volcánicos ya mencionados, entregando una aproximación desde el punto de vista netamente geológico para luego precisar la temperatura en zonas potenciales de extracción. Toda la información que podemos obtener a través de los análisis previamente expuestos es relevante para definir la geometría espacial de reservorios magmáticos presentes en sistemas volcánico hidrotermales, y de esta forma, poder ubicar posibles reservorios geotérmicos, precisando incluso la localización de las zonas de explotación. La realización de este estudio se justifica, considerando sus aplicaciones, en la posibilidad de generar de forma precisa modelos conceptuales de sistemas magmático hidrotermales en un entorno volcánico. Asimismo, este tema significa un aporte al estado del arte en esta área del conocimiento, constituyéndose en una investigación que integra datos fenomenológicos y numéricos, los que pueden ser adaptados a otros sistemas complementando la interpretación geológica con el modelamiento numérico. Es interesante destacar que esta tesis es la primera que determina parámetros físicos, tales como temperatura, densidad y acoplamientos elásticos a través de la utilización de la distribución 3D de velocidades de ondas sísmicas.