The lithosphere of northwestern Canada recorded more than 2.5 Gy of complex tectonic evolution, from the formation of the ancient cores of the continental lithosphere such as the Slave craton to the Phanerozoic Cordilleran orogeny with substantial variations in crust and upper mantle structures that led to the concentration of natural resources (i.e., diamonds in cratons). Present-day northwestern Canada juxtaposes a thin and hot Cordilleran lithosphere to the thick and cold cratonic lithosphere, which has important implications for regional geodynamics. Recently, seismic station coverage has drastically increased across northwestern Canada, allowing the development of seismic tomography models and other passive-source seismic methods at high resolution in order to investigate the tectonic evolution and dynamics of the lithosphere in this region. The P- and S-wave upper mantle structures of northwestern Canada reveal that the distribution of kimberlite fields in the Slave craton correlates with the margin of fast and slow seismic mantle anomalies, which could delineate weak zones in the lithosphere. Based on our tomographic models we identify two high-velocity seismic anomalies straddling the arcuate Cordillera Deformation Front that have controlled its regional deformation, including a newly identified Mackenzie craton characterized by high seismic velocities extending from the lower crust to the upper mantle to the north of the Mackenzie Mountains. Furthermore, our P-wave tomography model shows sharp velocity contrasts beneath the surface trace of the Tintina Fault. Estimates of seismic anisotropy show a progressive rotation of fast-axis directions when approaching the fault zone. Together, they provide seismic evidence for the trans-lithospheric nature of the Tintina Fault. We further propose that the Tintina Fault has chiseled off small pieces of the Laurentian craton between the Late Cretaceous and the Eocene, which would imply that large lithospheric-scale shear zones are able to cut through small pieces of refractory cratonic mantle and transport them over several hundred kilometers.

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.

Geólogo / En los Andes Centrales las estructuras compresivas presentan variaciones a lo largo del rumbo en su geometría y cinemática. Ejemplo de ello son las estructuras de orientación NNE SSW que involucran al basamento paleozoico de las cuencas de Lautaro y Lagunillas en la Cordillera Frontal de la tercera región; consistiendo principalmente en fallas invertidas positivamente y fallas inversas. A pesar de existir mapeo geológico (1:100.000) y secciones balanceadas para la zona, aún existen interrogantes como la cinemática y proyección en profundidad de las estructuras, y su relación con estructuras heredadas de eventos tectónicos previos. Este trabajo busca resolver estas interrogantes al evaluar si el acortamiento de discontinuidades angulares en el basamento, relacionadas con procesos tectónicos extensionales, es un parámetro influyente en el desarrollo de dominios estructurales oblicuos. Mediante la integración de datos de superficie y modelos análogos. Se utilizaron 3 conjugaciones diferentes de una orientación N20E como discontinuidad de velocidad. Llevándose a cabo 3 series de modelos, tanto extensivos, como extensivos sometidos a compresión; utilizando arena como principal material de modelación. Los resultados muestran que durante la compresión de un sistema extensional pre-existente (hemi-grabenes): (a) las estructuras extensionales previas no necesariamente conservan su orientación, pudiendo rotar; (b) la orientación del sistema pre-existente, puede influenciar la orientación de las nuevas estructuras inversas, adoptando estas últimas un lineamiento paralelo al pre-existente; (c) pudiendo además estas nuevas estructuras enmascarar la configuración estructural del sistema pre existente, tanto en superficie como en profundidad; o (d) la reactivación del borde de cuenca propagarse como short-cuts en el basamento. Al contrastar los modelos con el prototipo natural, destaca: (a) el límite occidental de la Cuenca de Lagunillas se puede aproximar como una falla normal de borde de cuenca decapitado; (b) el lineamiento actual de la Cuenca Lautaro puede asociarse a una discontinuidad en la corteza de orientación N20ºE durante la extensión, pudiendo esta herencia influenciar la orientación de las estructuras inversas de lineamiento similar desarrolladas durante el periodo compresivo; (c) los resultados son aplicables a otras latitudes de la Cordillera Frontal, reproduciendo geometrías presentes en el Valle del Tránsito.

Geólogo / La Granodiorita Cerro del Pingo (GCP) corresponde a un intrusivo epizonal de edad Cretácico Inferior (ca. 130 - 127 Ma), compuesto por granodioritas y tonalitas de biotita y anfíbola de grano medio y tonalitas de piroxeno, el cual se encuentra emplazado directamente al este de la rama oriental del Sistema de Fallas de Atacama (SFA). En su extremo sur, la GCP presenta localmente una foliación mesoscópica subparalela a la traza del SFA y, a lo largo de su borde occidental, desarrollo de milonitas y protomilonitas asociado a la actividad transcurrente sinestral de dicho sistema. Varios procesos han sido planteados para explicar el origen de las fábricas desarrolladas en plutones graníticos; algunos se refieren a procesos propios de la dinámica interna de la cámara magmática (e.g. Gutiérrez et al., 2013), mientras que otros las atribuyen a la actividad tectónica sin- y/o post-emplazamiento (e.g. Wilson et al., 1999). Por otro lado, el estudio estructural de plutones graníticos ha avanzado debido al uso de la técnica de anisotropía de susceptibilidad magnética (ASM). Esta técnica ha sido capaz de proporcionar una descripción cuantitativa de la fábrica magnética, la que usualmente es coaxial a la fábrica magmática. De esta manera, el objetivo de este estudio es interpretar el origen de la fábrica magnética presente en la GCP. Para lograrlo se realizó un estudio de ASM y de las propiedades magnéticas de este plutón. Se muestreó el plutón en 38 sitios obteniéndose 386 especímenes orientados in situ. La orientación y magnitud de los ejes principales del elipsoide de ASM fueron determinados mediante un susceptibilímetro Kappabridge KLY-3S, con una resolución de 3 x 10-8 SI. Además, se realizaron mediciones de temperatura de Curie en muestras seleccionadas de las distintas facies de la GCP, en conjunto con análisis petrográficos orientados a identificar los minerales portadores magnéticos presentes. Por último, se realizó un análisis macro- y microestructural de la GCP y las milonitas del SFA, para establecer la cinemática de los desplazamientos ocurridos a lo largo de la rama oriental del SFA y examinar el estado en que la GCP adquirió la fábrica magnética. Los resultados indican que la fábrica magnética de las facies granodioritas y tonalitas de biotita y anfíbola se encuentra definida por magnetita, mientras que en la facies tonalitas de piroxeno ésta se encuentra definida por piroxeno o, eventualmente, por una combinación entre piroxeno y magnetita. Por otro lado, la fábrica magnética es principalmente oblata y muestra dos patrones bien definidos al interior del plutón. Por un lado, la mitad occidental del plutón (próxima al SFA) se encuentra caracterizada por foliaciones subverticales y lineaciones subhorizontales, ambas con orientación NNE a NS; mientras que la mitad oriental del plutón (distal al SFA), presenta foliaciones subhorizontales de rumbo variable y lineaciones subhorizontales de orientación NE a EW. Las fábricas registradas en la mitad occidental del plutón son consistentes con el campo de deformación regional inducido por la actividad transcurrente sinestral de la rama oriental del SFA, por lo tanto, se interpreta que estas fábricas se desarrollaron durante emplazamiento sintectónico. En tanto, la fábrica oblata subhorizontal registrada en la mitad oriental del plutón sugiere que el magma intruyó lateralmente a través de una discontinuidad horizontal en el basamento, desarrollándose un emplazamiento activo en este sector del plutón.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / La Zona Volcánica Sur presenta una clara disminución de la elevación y del espesor cortical hacia el sur, atribuido a la gradual disminución del acortamiento tectónico medido desde 25% (~25 km) a 35º30 S hasta 12% (~10 km) a 36º17 S. Este estudio pretende caracterizar y determinar los procesos tectónicos que producen el desarrollo de la Cordillera del Maule, en el contexto de la orogénesis en los Andes Centrales del Sur. En la región andina del Maule aflora una serie de depósitos sedimentarios continentales (Formación. Río Damas y Colimapu) y marinos del Cretácico Inferior (Formación. Baños del Flaco), sobreyacidos en discordancia angular por rocas sedimentarias y volcano-sedimentarias Cenozoicas continentales de la Formación Abanico, caracterizadas por una fuerte deformación, cubiertos en discordancia por depósitos volcánicos del Neógeno Superior. La evolución de la estratigrafía se superpone a una serie de eventos extensionales y compresivos, los que se evidencian en los principales rasgos estructurales de la región. Las estructuras presentes en la región se agrupan en dos dominios estructurales, con orientaciones principales N-S a NNE-SSW. El Dominio de la cuenca de trasarco Mesozoica (al este) consiste en estructuras inversas de vergencia Este, la Falla La Invernada y el anticlinal La Araña (asimétrico y de gran longitud de onda). El Dominio de la Cuenca de Abanico consiste en estructuras inversas de vergencia Este y Oeste (Falla Cipreses, Falla Las Corrientes, Falla García y Falla Las Garzas), caracterizadas por formar una serie de pliegues de diversa longitud de onda, amplitud y vergencia. La relación entre ambos dominios se puede explicar mediante una transferencia de la deformación desde el occidente (Dominio Cuenca de Abanico) hacia el oriente (Dominio de la cuenca de trasarco Mesozoica), a través de estructuras con un nivel de despegue de aprox. 10 km de profundidad. El acortamiento generado en la región es de 9 km, equivalente a un 24%, explicado por tectonismo compresivo neógeno. Estudios en U/Pb con circones detríticos sugieren la existencia de un evento compresivo Cretácico Superior, relacionado con la discordancia Mesozoico-Cenozoico, confirmando el inicio del alzamiento andino posterior a ~120 Ma en esta región de la cordillera. La evolución estructural de la zona de estudio, realizada a partir del análisis estructural, logró establecer la existencia de tres eventos compresivos para el flanco occidental de la Cordillera Principal en la zona de estudio. El primer evento compresivo evidenciado actuó en el Cretácico Superior, observado en el contacto discordante entre las rocas Mesozoicas y Cenozoicas (~ 20°), asociado al inicio del alzamiento de los Andes, posterior a ~120 Ma. El segundo evento compresivo ocurrió en el Mioceno medio, con la inversión de la Cuenca de Abanico. El tercer evento compresivo actuó en el Mioceno Superior, transfiriendo la deformación al Este a través de la Falla La Invernada. La distribución homogénea de acortamiento entre el sector oeste y este de la cordillera permite explicar la elevación media actual a esta latitud. Estas características difieren de la asimetría reportada más al norte, donde se planteó un modelo de cizalle simple como mecanismo de alzamiento de la cordillera, mientras que las características de la región de estudio permiten proponer, más bien, un mecanismo de cizalle puro como controlador del alzamiento andino a 36°S.

Memoria para optar al título de Geólogo / Fondecyt N° 11140012 y N° 1161360 / 30/01/2021

Declines in glacier area and volume are widespread. These changes will have important hydrologic consequences since glaciers store tremendous amounts of fresh water and buffer seasonally low flows in many densely populated regions. In this thesis I focus on a region that is hydrologically vulnerable to glacier change, namely the Cordillera Blanca, Peru. I present three manuscripts that focus on measuring glacier area change, modeling the effect of this area change on the hydrology of one watershed, and isotopic sampling to elucidate hydrologic processes in this watershed and the entire Cordillera Blanca. In the first manuscript, I describe a methodology for mapping glaciers using satellite imagery. Satellite data, in conjunction with automated glacier mapping methods, are being used more frequently to map changes in glacier size. In contrast to the majority of studies using automated methods, I correct satellite images for atmospheric effects. Mapping glaciers with atmospherically-corrected satellite images resulted in an approximately 5% increase in glacier area, relative to glaciers mapped with non-atmospherically-corrected images. I also applied a consistent threshold that was validated using high-resolution satellite imagery. This helps to reduce error associated with change analysis. For the entire Cordillera Blanca, I calculated a 25% decrease in glacier area from 1987 to 2010. The rate of glacier area loss has increased significantly based on the most recent estimates. In the second manuscript, I use a physically-based, hydrologic model, the Distributed Hydrology Soil Vegetation Model (DHSVM) with a newly-coupled dynamic glacier model to simulate stream discharge and glacier change in the Llanganuco watershed of the Cordillera Blanca. I also examined statistical trends associated with historical records of temperature, precipitation, and discharge. I observed significant positive trends in annual temperature, but no trends in precipitation or discharge despite a 25% reduction in glacier area in this watershed over the same time. The model setup process and the results of sensitivity analyses are described. Of the input parameters I examined, I found that the model was particularly sensitive to changes in albedo and precipitation. Based on established efficiency criteria, the newly-coupled model did a decent job of simulating historical stream discharge and glacier area during 10 year calibration and validation periods. However, due to the lack of additional validation data and an inability to quantify uncertainty associated with model output, the model is not yet ready to be used for predicting future discharge based on different climate projections. In the third manuscript I describe the knowledge gained about hydrologic processes from isotopic sampling in the Llanganuco watershed, as well as other watersheds of the Cordillera Blanca. Thirty water samples from Llanganuco were collected in July 2011 and measured for stable isotopes of water, δ¹⁸O and δ²H. I first calculated the isotopic lapse rate, or the relationship between isotopic values and elevation. Lapse rates from this watershed are slightly more positive than global averages. This observation is best explained by the influence of glaciers. I also calculated the strength of the relationship between isotopic values and percent glacier cover. For Llanganuco, glacier cover is a better predictor of isotopic value than elevation. Based on examination of the same relationships at larger scales in the Cordillera Blanca, this relationship appears to be persistent at a regional scale. Finally, I used a simple two-component mixing model to estimate the relative contributions of glacier meltwater and groundwater in the Llanganuco watershed. Glacier meltwater made up approximately three-fourths of surface water that exited the watershed during this two week period in July, 2011. The importance of glacier meltwater is clearly demonstrated using stable isotopes, but further, more detailed monthly sampling is necessary to accurately determine annual and dry season streamflow contributions from glacier meltwater and groundwater. / Graduation date: 2013

Southwest base of Cordillera Blanca mts. in South American Ands belongs to the most tectonically active fault zones. The core of this thesis was making of a detailed geomorphological map based on remote sensing satellite images for the purpose of analysis of direct and indirect manifestations of neotectonics. The greatest emphasis was placed on morphological manifestations of tectonics movements which are fault scarps facets and vertical fault steps deforming other shapes of relief - e.g. lateral moraines, dejection cones. Vertical steps reach from a few meters to tens of meters (max. 60 m) according to the age of influenced landform. Evaluation of measurements from deformometr from locality Pitec shows main trends of movements - moderate rise of massif, slow opening of fault plane and negligible left-lateral slip. Calculation of mountain-front sinuosity index, whose values were found relatively low, confirms high tectonic activity of fault zone. Analysis of longitudinal stream profiles hasn't showed presence of knick-points in the place of crossing with fault zone. Non-continuous process of lifting movements, whose interval is estimated at 1ka to 3ka (while the very last 2ka has been in relative tectonic calm), could be a possible explanation. Deep erosion of water streams wiped the tectonics...

The Monashee Complex is a structural culmination which exposes rocks from the lowest stratigraphic levels of the Canadian Cordillera. The Monashee Complex is subdivided into two lesser structural culminations; the Frenchman Cap and Thor–Odin culminations. The lithostratigraphic succession of the Thor–Odin Culmination is completely transposed by penetrative isoclinal folds with amplitudes from microscopic (<1 mm) to regional (10’s km). Lower structural levels are occupied by Proterozoic gneisses and migmatites of the Monashee basement assemblage. These are infolded with overlying metasedimentary rocks of the Monashee cover assemblage, which are Proterozoic to possibly Paleozoic in age. The basement and cover assemblages were subsequently intruded by Eocene granitic pegmatite, aplite and lamprophyre dykes. Regional metamorphism of the basement and cover assemblages reached upper amphibolite to lower granulite facies. The northeastern portion of the Thor–Odin Culmination of the Monashee Complex contains a suite of structures and fabrics, which are classified into four sets, based on their interpreted kinematic significance. These are: 1) transposition related structures (DT); 2) open, upright folds (DO); 3) exhumation related structures (DE); and 4) brittle faults (DB). Each successive set of structures exerted a control on the geometry of the next set. The large-scale geometry of the culmination is an interference structure between DT folds, a DE arch and high-strain zones, and a DB brittle horst. Early, DT fold style varies from intrafolial isoclinal “mature” style folds to upright or inclined asymmetric “immature” folds. This continuum of fold styles, along with evidence of anticlockwise rotation (looking down a vertical axis toward the shear plane) of fold axes and lineations is interpreted as being a result of penetrative triclinic non-coaxial flow. DO upright, symmetrical folds overprint early structures and fabrics, but are only preserved at low structural levels in the culmination where the DE coaxial stretching overprint is weak. DE normal shear bands and boudins overprint all earlier structures. A complex high-strain zone, the Thor–Odin High-Strain Zone, outcrops at high structural levels and along the margins of the culmination. The Thor–Odin High- Strain Zone developed as a result of material moving away from the crest of the culmination, outwards toward the flanks. Eocene brittle faults (DB) and fractures within the Thor–Odin Culmination of the Monashee Complex are divisible into three distinct sets. Initial 340–010º trending strikeslip faults (Set 1) were locally overprinted and reactivated by normal faults with a 325– 020º trend (Set 2). A third set of 255–275º trending fractures (Set 3) are interpreted as conjugates to Set 1, reactivated as transfer faults to the Set 2 normal faults. Large regional faults weather recessively forming topographic lineaments that transect the Monashee Complex. The Victor Creek Fault defines one such lineament. Detailed mapping within the northern Thor–Odin Culmination, reveals piercement points (fold hinges) on the east side of the fault, which are not readily matched on the west side. The minimum displacement required on the Victor Creek Fault to down-drop the fold hinge below the level of exposure on the west side is 1370 m, assuming normal down-to-the west displacement. However, the geometry of the fault is consistent with a Set 1 dextral strike-slip fault. Matching the piercement points in the study area with possible equivalents to the north indicates 55–60 kms of dextral strike-slip displacement. The Monashee Reflection (MR) is a major crustal-scale, cross-cutting reflection appearing on two mutually perpendicular Lithoprobe seismic profiles in the southern Omineca Belt of the Canadian Cordillera. It has previously been interpreted as the downplunge extension of an arched regional ductile thrust fault, the Monashee Décollement, and is described as separating the Monashee Complex from the overlying Selkirk Allochthon. Recent mapping demonstrates that this boundary is not a discrete ductile thrust, but rather transposed and gradational. Overprinting the transition zone is a complex, outward-dipping, normal, structure; the Thor−Odin High-Strain Zone. Three alternative 3-D geometric models have been developed for the MR in order to project the reflection to the surface. The favoured model correlates the surface trace of the Thor−Odin High-Strain Zone with MR. Normal shear sense kinematics are interpreted for the MR based on: 1) the overall geometry and asymptotic relationship between the MR and reflections in the hanging wall and footwall; 2) offset of metamorphic and geochronological gradients, consistent with an extensional zone, rather than with thrust fault interpretation and 3) the cross-cutting nature of the MR is consistent with normal structures throughout the region.

Geóloga / Al este de la cuenca de Santiago, en el valle del Río Volcán, quedan expuestas las estructuras de la Cordillera de los Andes, observándose una serie de corrimientos y pliegues en rocas volcánicas cenozoicas y sedimentarias mesozoicas que conforman la Faja Plegada y Corrida de Aconcagua (FPCA). Al oeste de estas secuencias, se ha interpretado que los Andes Centrales corresponderían a una cuenca extensional, representada por la Formación Abanico, de edad Eocena superior-Miocena. El alzamiento del sector occidental de la Cordillera Principal entre los 33°S y 34°S ha sido relacionado a la inversión tectónica de esta cuenca. A pesar de los antecedentes estratigráficos, estructurales y geoquímicos que sugieren este proceso, los modelos no especifican geométricamente si un modelo de inversión tectónica explica la construcción de este segmento del Orógeno Andino. Es así como el objetivo general del presente trabajo es establecer un modelo estructural evolutivo del sector occidental de la FPCA, con el fin de entender la arquitectura del Orógeno Andino en esta zona y compararlo con el reportado en otras latitudes. A partir de las observaciones superficiales y su interpretación en profundidad, es posible establecer un dominio estructural, con rumbo N-S a NNE-SSW, afectado por estructuras de piel fina y piel gruesa, que tendrían dos niveles de despegue, pertenecientes a la Formación Río Colina y a la Formación Lo Valdés. La deformación fue interpretada como pliegues asociados a una falla lístrica inversa de vergencia este. Por otro lado, la FPCA presenta un sinclinal vinculado a un sistema de dúplex, generado en los primeros corrimientos de la FPCA. De acuerdo al acortamiento calculado para la FPCA a esta latitud (22,7 km) se propone el siguiente modelo de trasferencia de deformación desde el borde occidental del área de estudio, al borde oriental: la falla Estero Las Minas, controla la ubicación de rampas en el basamento, a partir de las cuales, corrimientos con despegue relativamente profundos, trasferirían la deformación hacia la cobertura mesozoica sedimentaria. Los corrimientos en secuencia habrían ocurrido entre los 15-9 Ma (Etapa D1). Posteriormente entre los 8-4 Ma (Etapa D2) se generarían los corrimientos fuera de secuencia y el emplazamiento de los intrusivos Chacayes, El Diablo y Colina. Este evento representaría unos de los últimos pulsos de compresión en la zona. En base a las evidencias a mesoescala recolectadas en terreno, como la continuidad de las estructuras, la falta de discordancias angulares visibles en la ladera norte del Río Volcán, y los estratos sinorogénicos de la Formación Colimapu, que evidencian deformación cretácica-paleocena, se plantean serias dudas sobre el carácter de borde de cuenca de la falla El Diablo, donde no existiría inversión de la supuesta cuenca de Abanico y las secuencias cenozoicas y mesozoicas se comportarían como un conjunto, desarrollando la FPCA. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA). Proyecto FONDAP CONICYT 15090013