Geóloga / Se ha postulado desde hace varios años que la subducción de la Dorsal de Juan Fernández influye en los cambios magmáticos y tectónicos ocurridos durante el Neógeno en la región chilena de bajo ángulo de subducción (flat slab). Esta dorsal asísmica, definida por una cadena lineal de domos volcánicos desigualmente distribuidos, creados por actividad magmática relacionada a hot spot, subducta bajo el margen a latitud de ∼32-33°S, tras un período de migración desde la latitud del Codo de Arica, por lo menos desde el Mioceno temprano. La trayectoria pasada de la Dorsal de Juan Fernández ha sido reconstruida a partir de vectores de movimiento de placas, utilizando esta reconstrucción se puede estimar el intervalo de tiempo en que la dorsal en subducción estuvo localizada bajo el arco volcánico. La reconstrucción indica una rápida migración hacia el sur del punto de colisión a lo largo de 1400 km del margen, hasta alrededor de 30°S de latitud, a una tasa de ~20 cm/año. Desde allí hasta el presente el punto de colisión ha migrado a una tasa significativamente menor de 3,5 cm/año a lo largo de 275 km del margen. En este trabajo se hace un análisis de datos de geoquímica recopilados de la literatura, que abarcan el tramo del margen donde ocurre la migración de la Dorsal de Juan Fernández. Estos datos entregan concentraciones de elementos incompatibles, (Rb, Cs, Th, U), variaciones de razones de elementos traza: Ba/La (18-56), Th/La (0,25-0,9), Ba/Ta (650-2000), La/Ta (30-60); tierras raras: (La/Sm)N (3,5- 7,0); razones de 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd, e isótopos de Pb que indicarían un aumento en la incorporación de materiales corticales a la cuña astenosférica, participación de fluidos acuosos, subducción de sedimentos y enriquecimiento de la fuente. De igual modo se evidencian trazas de una señal de tipo adakítico a lo largo del segmento de migración que aumenta en intensidad hacia el sur, donde la dorsal comienza su avance más lento. En varios casos a lo largo de la zona de estudio se evidencia un carácter transitorio en los efectos, que coincidiría con la migración del locus de subducción de la dorsal a lo largo del margen chileno. Estas variaciones se atribuyen a una tasa acelerada de erosión tectónica por subducción, asociada a la subducción de los montes submarinos que constituyen la dorsal, así como a un efecto de hidratación pervasiva de la losa oceánica en la vecindad de ésta, al aporte de los montes submarinos y posiblemente a un efecto de subhorizontalización de la losa, producido por la flotabilidad positiva de la dorsal y el ángulo formado por su rumbo con respecto a la dirección de convergencia de placas a lo largo de su migración.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / El volcán Isluga (19°09'S, 68°50'W) es un volcán compuesto que se localiza en el límite entre la Cordillera Occidental y el Altiplano de la Región de Tarapacá, Chile, cercano al límite fronterizo con Bolivia. El origen de este centro eruptivo está determinado por la subducción de la Placa Nazca bajo la Placa Sudamericana y pertenece al segmento volcánico conocido como Zona Volcánica Central (ZVC: 16-28°S), donde la signatura geoquímica es particular debida al espesor cortical anómalo. El objetivo de este estudio es determinar la evolución geológica y magmática del volcán Isluga, mediante análisis geológicos de terreno, geoquímicos y petrológicos de las muestras de colada de lava y de depósitos piroclásticos, además de dataciones radiométricas 40Ar/39Ar en muestras de rocas seleccionadas. La geología local consiste en cuatro fases que evolucionaron desde aproximadamente 1,7 Ma con una actividad predominantemente efusiva y relativamente monótona. La actividad eruptiva se inició con la etapa Isluga 1 que se destaca por generar las coladas de lava de mayor longitud, con flujos de tipo simple. Esta unidad se extiende hasta ca. 0,5 Ma. La unidad Isluga 2 se desarrolló en el período de 0,5 hasta 0,1 Ma. El volumen de esta unidad y la longitud de sus coladas de lava son inferiores en comparación con la unidad anterior. Seguidamente, la unidad Isluga 3 se desarrolló entre los 0,1-0,05 Ma, y contiene flujos de lava de aun menor longitud y morfología de tipo compuesto. Por último, la unidad Isluga 4 se desarrolló hasta el Holoceno, generando depósitos piroclásticos de caída en la cima del edificio y flujos piroclásticos y lahares en las quebradas que rodean al volcán. Las muestras de rocas de las distintas unidades corresponden a andesitas y dacitas con un contenido de SiO2 variable entre 57 -65% en peso y se caracterizan por presentar una asociación mineral de plagioclasa, clinopiroxeno, ortopiroxeno, anfíbola, óxidos de hierro y titanio y/o biotita. Asimismo, se destaca la presencia de texturas de desequilibrio en la mineralogía principal. Mediante el modelado geoquímico se determinó que el origen de los magmas del volcán Isluga corresponde a una fuente profunda con presencia de granate residual. Esta signatura se desarrolla en el límite de la corteza inferior, donde se llevan a cabo procesos de tipo MASH. Se realizó una modelación geoquímica para cristalización en equilibrio, con el fin de conocer su papel en la creación de la suite volcánica del Isluga, el cual coincide con las tendencias geoquímicas del volcán Isluga y genera una asociación mineral similar. Mediante el análisis SEM se realizaron las primeras estimaciones sobre las condiciones de presión y temperatura en la que los magmas del volcán Isluga evolucionaron, mediante geotermobarómetros en piroxeno-líquido, dos piroxenos y óxidos de Fe-Ti. Los resultados indican temperaturas de 912°C hasta 1228°C y presiones variables desde 1,5 kbar hasta 7,5 kbar. Se concluye que los magmas que generaron los depósitos del volcán Isluga son de origen polibárico provenientes desde la corteza inferior con magmas basálticos con granate residual y procesos tipo MASH hasta reservorios de nivel medio donde la mayoría de los minerales cristalizan y se equilibran entre los 15 y 10 km. Por ultimo a 5-4 km de profundidad se cristalizan las fases más someras como la anfíbola donde se producen procesos de auto-convección y/o mezcla de magmas. Este sistema magmático se caracteriza por ser de bajas tasas eruptivas y bajo aporte magmático de la fuente, estableciendo reservorios magmáticos de larga vida.

Doctor en Ciencias, Mención Geología / El presente trabajo de tesis aborda la caracterización cuantitativa de parámetros físicos relacionados a la tectónica de la cuña continental Chilena, con objeto de estudiar las variaciones del estado dinámico del margen en función de las inhomogeneidades presentes tanto en la placa oceánica como en la cuña continental. En una primera etapa, se estudia el impacto de la subducción del centro de expansión de la Dorsal de Chile al sur del punto tripla Nazca-Antártica-Sudamérica (CTJ). En base a un modelo de inversión 2-D obtenido a lo largo de un perfil sísmico de refracción de ángulo ancho, localizado a los 47.5ºS, se obtienen nuevos datos sobre la estructura y edad (~5 Ma) del prisma de acreción que permiten plantear un modelo conceptual sobre la evolución de este segmento del margen chileno durante los últimos 13 (Ma). Adicionalmente, mediante el desarrollo de un modelo geométrico simple y variable en el tiempo, se estiman valores del flujo sedimentario terrígeno de 75 (km2/Ma) y 39.6 (km/Ma) para la tasa relativa de avance del frente de deformación, que explican tanto el tamaño del prisma de acreción como el espesor del relleno sedimentario observados en la actualidad. En una segunda etapa, se genera un modelo de densidad de la cuña continental en el segmento norte de la zona de ruptura del terremoto del Maule Mw8.8, mediante el uso de un nuevo esquema de moldeamiento gravimétrico 2-D. Los resultados permiten observar una correlación espacial entre las complejidades del proceso de ruptura cosísmica y las anomalías de densidad y morfología de la zona. El modelo gravimétrico sugiere que el parche de mayor deslizamiento durante el terremoto del Maule se localizó en un segmento del margen caracterizado por bajas densidades en la cuña continental, baja carga vertical sobre el contacto sismogénico, la presencia de una cuenca de plataforma bien desarrollada y bajos ángulos de talud consistentes con un coeficiente de fricción basal efectivo bajo. Localmente, el modelo muéstra una anomalía de alta densidad ubicada dentro del parche de alto deslizamiento, que es interpretada como la presencia de un monte submarino decapitado o bien como una prolongación hacia el océano del basamento continental rígido. Finalmente, se analiza la variabilidad del ángulo de talud y del el ángulo de la placa oceánica subductada a lo largo de todo el margen chileno, con objeto de estimar valores del coeficiente de fricción basal efectivo de acuerdo con la teoría de Cuña Critica de Coulomb No-Cohesiva. A escala regional, se observa una segmentación tectónica a lo largo del margen Chileno, donde cada segmento se caracteriza por valores diferentes del ángulo de talud y coeficiente de fricción basal efectiva, y están limitados por la presencia de anomalías morfológicas oceánicas y continentales. Esta segmentación tectónica parece estar correlacionada con la distribución de grandes terremotos y con las inhomogeneidades de los procesos de ruptura de Mega-terremotos en la zona de subducción chilena.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La zona de subducción Peruana (∼3°S a ∼18°S) es un margen erosivo caracterizado principalmente por la colisión entre la Dorsal de Nazca y la Placa Sudamericana. Esta dorsal es una cordillera submarina volcánicamente inactiva (dorsal asísmica), y se encuentra sobre la Placa de Nazca en dirección N42◦E frente a las costas de Perú y Chile. Con una longitud de más de 1000 km y 200 km de ancho, esta dorsal se formó en el centro de expansión Pacífico/Nazca en el Cenozoico Temprano, con una elevación con respecto al suelo oceánico que la rodea de aproximadamente 1500 m. Hace ∼11.2 Ma y a los ∼11°S, ocurre la primera colisión de la Dorsal de Nazca con la Placa Sudamericana. Posteriormente, este punto comenzó a migrar hacia el sur hasta su actual punto de intersección con el margen a los ∼15°S. En este trabajo, se presenta un modelo de velocidad bidimensional obtenido a partir de datos de sísmica de reflexión y refracción adquiridos durante la campaña SO146 del crucero alemán R/V Sonne frente a las costas de Perú en el año 2000. El perfil estudiado se encuentra a los ∼9°S, aproximadamente a 200 km hacia el norte del primer punto de colisión de la Dorsal de Nazca con la Placa Sudamericana. La metodología utilizada se basa en la desarrollada por Korenaga et al. [2000], la cual realiza la inversión conjunta de los tiempos de viaje de ondas refractadas y reflejadas, utilizando un esquema híbrido de trazado de rayos basado en el método gráfico y en un refinamiento local de la curvatura de rayos que permita de manera eficiente obtener un Modelo Directo (Forward Modelling). Esta técnica incluye restricciones de suavizamiento y amortiguamiento para normalizar la solución a través de un esquema de inversión iterativo. Los resultados muestran que el margen frente a las costas de Trujillo se caracteriza por un prisma de acreción frontal bien definido de aproximadamente 20 km de ancho, representado por una zona de baja velocidad de onda P. Una cubierta sedimentaria de ∼2 km de espesor se observa en el talud continental, caracterizada por velocidades entre 2 y 2,5 km/s. En la corteza continental se observan velocidades entre 3,5 a 6,3 km/s, con un gradiente de velocidad hacia el Noreste. En cuanto a la corteza oceánica, ésta presenta un espesor anómalo, y en el manto oceánico superior las velocidades observadas dan cuenta de un grado moderado de serpentinización. Las principales diferencias entre la arquitectura del margen en el Norte de Chile y la zona de Trujillo corresponden a la ausencia de prisma de acreción en el primer caso y un espesor anómalo de la corteza oceánica en el segundo caso. Adicionalmente, la pendiente del talud continental en el Norte de Chile es más pronunciado que en Trujillo, lo que evidencia una erosión basal más intensa en esta zona, lo que provocaría la subsidencia del talud continental.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La subducción entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana ha presentado diversos cambios en la dirección de convergencia a lo largo de los años, generado diversas estructuras geológicas en la zona sur del país (33ºS - 46ºS), como por ejemplo, la extensa Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO) que corresponde a una zona de cizalle dextral activa que a lo largo de toda su extensión presenta diferentes estilos de deformación, además de la abundante presencia de edificios volcánicos que en su mayoría se encuentran activos. Uno de los volcanes más activos del país es el volcán Villarrica, centro eruptivo del Pleistoceno Medio a Holoceno, que en los últimos años ha presentado episodios de baja explosividad (hawaiiano a estromboliano), con un pequeño lago de lava casi permanente en el interior del cráter y actividad fumarólica continua. Para caracterizar el sistema de falla existente en zonas aledañas al volcán Villarrica, se realizó un estudio mediante Magnetotelúrica, método geofísico pasivo que utiliza como fuente un amplio espectro de variaciones geomagnéticas que ocurren de forma natural generando inducción electromagnética en la Tierra. La adquisición de los datos se efectuó en dos campañas, la primera en Noviembre-Diciembre de 2013 y la segunda en abril de 2014. Estos datos fueron analizados mediante un programa basado en el proceso robusto mostrado por Egbert y Booker (1986), calculándose resistividad aparente y fase, más análisis de dimensionalidad, junto con modelos de resistividad obtenidos por inversiones 2D, permitiendo un análisis de las principales estructuras existentes en profundidad. Los parámetros básicos como resistividad aparente y fase muestran una zona con estructuras resistivas (~1000 Ω m) en los primeros kilómetros y algo más conductoras en profundidad (~50 Ω m). Se calcularon flechas de inducción, strike geoeléctrico y tensor de fase, mostrando un comportamiento 3-D para los periodos asociados a menor profundidad. A mayores periodos, estos parámetros se ven influenciados por la presencia de sistemas magmáticos sobre todo cerca de la cadena volcánica Villarrica-Lanín. Mediante inversiones 2D, una correspondiente a un perfil orientado E-O, fue posible caracterizar parte de la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui que pasa por los costados del lago Caburgua. Otra inversión 2D para un perfil norte-sur, apreciando varias estructuras en superficie alineadas en sentido E-O y un cuerpo conductor a una profundidad de 20 km que se extiende en superficie hasta los 4 km, situado en la parte sur del perfil.

Magíster en Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / La zona de subducción en Chile se caracteriza por poseer una actividad sísmica mayor en comparación con otras partes del mundo, con terremotos de gran magnitud cuyas zonas afectadas varían en función del contacto sismogénico y la profundidad a la que ocurren. El peligro sísmico es una potencial herramienta para proyectar las distribuciones espaciales y temporales de dichas zonas. Éste se basa principalmente en conocer estimaciones o modelos que predigan los posibles movimientos superficiales máximos según una serie de parámetros indicadores de las características sísmicas de la zona y de los suelos en cuestión. La necesidad de estas estimaciones se ha traducido en el desarrollo de modelos empíricos de atenuación para diferentes tipos de terremotos y regiones. En la zona de subducción chilena han ocurrido tres terremotos importantes en los últimos años, Maule 2010, Iquique 2014 y Illapel 2015, que han aportado nuevos y mejores datos a través de modernos instrumentos que permiten obtener aceleraciones espectrales para un rango de periodos más amplio que estudios anteriores. Esto permite mejorar y proponer fórmulas de atenuación que consideren los efectos de sismos sobre estructuras de periodo largo, como edificios equipados con aislación sísmica, y estructuras rígidas de periodo corto, como instalaciones de equipos a nivel del suelo y elementos masivos de hormigón. Utilizando una base de datos de registros de aceleraciones de terremotos de la zona de subducción chilena, se generan curvas de atenuación horizontales para PGA, PGD y aceleraciones y pseudodesplazamientos espectrales para osciladores de periodos entre 0.01 [s] y 10 [s] con un 5\% de amortiguamiento crítico. Las variables del modelo corresponden a la magnitud momento (Mw), la profundidad de foco (H), la distancia más cercana al área de ruptura (Rrup) en el caso de terremotos interplaca y la distancia hipocentral (Rhip) para intraplaca. La amplificación dinámica de suelos se evalúa a partir de la determinación de un nuevo modelo empírico para el factor de amplificación, en función del periodo predominante del suelo (T*) y la velocidad de onda de corte de los 30 [m] más superficiales (VS30). Los resultados de esta tesis son válidos para distancias máximas de 400 [km], donde para un mismo tipo de suelo, es posible identificar aceleraciones máximas diferentes en cada tipo de terremoto. Los mecanismos intraplaca poseen valores más altos para periodos cortos y PGA en distancias cercanas a la fuente, mientras que los interplaca son mayores en periodos intermedios-largos y distancias medias-lejanas. Al utilizar un modelo de amplificación de suelos más detallado que estudios anteriores, es posible reproducir espectros de sitios de diferentes formas y amplitudes, incluso el caso específico del de dos puntas visto en registros reales para ciertos tipos de suelos durante el terremoto de Maule 2010.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Para poder estudiar el tsunami provocado por el terremoto de Iquique magnitud Mw 8.2 del 2014 y validar el uso del modelo numérico de propagación de tsunamis NEOWAVE, se definieron modelos de fuente sísmica con distribución de desplazamiento elíptica en un plano de falla rectangular que simulan el terremoto mencionado, preservando el momento sísmico y geometría acorde con la subducción. La deformación vertical del fondo oceánico de cada modelo se usa como condición inicial en NEOWAVE, que modela la propagación no-hidrostática lineal del tsunami y simula la altura del mar en las posiciones geográficas de tres boyas DART y diez mareógrafos en zonas costeras. Los registros de las trece esta- ciones se comparan con los resultados obtenidos de la simulación numérica, lo que permite validar el uso de una propagación no-hidrostática lineal con NEOWAVE en la zona de estudio. Luego, se implementó un algoritmo de inversión para obtener un modelo de distribución de desplazamiento cosísmico. Se definió un plano de falla rectangular consistente con la geometría de la subducción en el norte de Chile, el cual fue discretizado en subfallas rectangulares a las cuales se le asignó un desplazamiento uniforme unitario para poder simular la propagación del tsunami de cada subfalla y así calcular las funciones de Green. Estas funciones de Green y los registros de las boyas DART se usan para plantear un sistema matricial lineal que se invierte mediante un criterio de ajuste por mínimos cuadrados no negativos. Incluyendo un término de suavizamiento en la inversión, la distribución de desplazamiento cosísmico invertido concuerda con otros modelos publicados. Finalmente, se generaron escenarios de propagación de tsunami para la zona norte de Chile donde aún existe déficit de deslizamiento que podría generar terremotos tsunamigénicos. En dicha zona se definen seis superficies posibles de ruptura con distribución de deslizamiento estocástica y geometría acorde con la subducción. Para cada segmento se generaron varios modelos de desplazamiento, y con ellos se simularon las amplitudes de run-up a lo largo de la costa. Los resultados muestran que la inundación promedio podría ser del orden de un par de metros en localidades costeras, llegando a alcanzar valores máximos de ~10 m.

Geólogo / Las causas de los pulsos orogénicos de la cadena andina durante el Cenozoico, son aún un enigma, distintos autores han postulado que estos eventos, o fases compresivas, estarían gatillados por los cambios en el vector de velocidad de convergencia entre la placa oceánica subductante y la placa Sudaméricana, el movimiento hacia el oeste de Sudamérica por el centro de expansión Atlántico, o corrientes astenosféricas. Sin embargo, muchos modelos, numéricos y análogos, muestran que estos procesos, por sí solos, no explicarían el momento ni el rango latitudinal en que ocurren estos sucesos. Por otro lado, la placa oceánica que subduce bajo Sudamérica, no es homogénea, posee una compleja batimetría consistente en cadenas de montes submarinos, zonas de fracturas, plateaus oceánicos y centros de expansión activos e inactivos, estos rasgos batimétricos afectan hoy en día la tectónica del margen continental, produciendo mayor sismicidad en la zona del margen y hacia el interior del continente donde se le atribuyen sismos más profundos, como también la somerización de la placa subductante. Por lo que el esfuerzo que produce la subducción de estos elementos, afectaría la corteza continental con mayores tasas de deformación. El objetivo de esta memoria es generar un modelo de reconstrucción tectónica, que sea coherente con los rasgos batimétricos, la fábrica del suelo oceánico y las anomalías magnéticas, en las Placas Pacífico y Nazca, que pueda constreñir el tiempo y la latitud donde estos rasgos batimétricos llegaron a interactuar con el margen sudamericano, y así observar la relación espacio-temporal entre el arribo de estos rasgos batimétricos al margen de subducción, y las fases orogénicas que dieron origen a la Cordillera de los Andes durante el Cenozoico.