Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El 27 de febrero de 2010, se produjo un terremoto interplaca (Mw 8.8) en la zona Centro-Sur de Chile, seguido de una secuencia de réplicas, de las cuales destacan algunos terremotos corticales en el margen de Chile Central con mecanismos focales normales. Esta actividad duró varios meses, y tuvo sus eventos más importantes el 11 de marzo de 2010 (Mw=6.9 y Mw=7.0). Un estudio inicial de esta secuencia analizó un conjunto de datos de aproximadamente 630 terremotos registrados localmente por una red de 8 estaciones sísmicas de periodo corto, instalada inmediatamente después de ocurrido el sismo principal; este estudio asoció la actividad sísmica cortical con la activación del sistema de fallas de Pichilemu. En esta Tesis se presenta una caracterización más detallada, y en profundidad, de dicho sistema de fallas, generado a partir de una tomografía sísmica pasiva utilizando el registro de 20 estaciones sismológicas de período corto durante 2 meses en 2017 y ubicada entre los 34°S y 35°S (entre las ciudades de Navidad e Iloca). Dicha red sismológica registró 1493 sismos locales. Este trabajo incluye datos no procesados de la red 2010, detectando 1741 sismos adicionales. Con esta nueva base de datos y utilizando la metodología de inversión conjunta, se determinó un modelo 3D de velocidad de ondas P y S, y además se calculó la relación Vp/Vs en la zona de estudio. La distribución de la sismicidad cortical registrada se extiende desde el contacto interplaca (ca. 30 km de profundidad) hasta casi la superficie, a lo largo de un plano inclinado hacia el SW, de orientación NW-SE NNW-SSE coincidiendo con estructuras de la edad Paleozoica a Mesozoica presentes en la zona Central de Chile. La sismicidad se sitúa, dentro de o de manera contigua a una superficie de bajos Vp y Vs, que se correlacionan principalmente con zonas de fracturamiento intenso asociadas al sistema de fallas de Pichilemu, y un alto contraste de Vp/Vs, que se correlaciona con las zonas de la corteza del antearco que probablemente estén debilitadas por la presencia de fluidos. Bajo la estructura principal de la falla de Pichilemu, la razón Vp/Vs aumenta y la velocidad Vs disminuye hasta la cuña mantélica, la cual probablemente está altamente hidratada por fluidos liberados desde la subducción. Hacia el Este de la estructura principal de la falla, ésta se delimita por una estructura de altas velocidades Vp y Vs, y una baja razón Vp/Vs, lo que se asocia a la presencia de intrusivos del Carbonífero y a actividad magmática del Jurásico, presentes en la Cordillera de la Costa. Por lo tanto, la ubicación del sistema de fallas de Pichilemu estaría determinada por contrastes reológicos heredados de la evolución del complejo de subducción que representa la actual Cordillera de la Costa. / Este trabajo ha sido financiado por el proyecto FONDECYT N° 1161806

Geólogo / La aplicación de tomografías sísmicas en sistemas volcánicos e hidrotermales permite inferir propiedades físicas y litológicas del área estudiada a partir de la distribución 3D de velocidades sísmicas y sus variaciones. Sin embargo, la interpretación en general es ambigua porque son varios los factores químicos y mecánicos que controlan las velocidades de ondas sísmicas. En esta memoria se plantea que es posible identificar zonas saturadas con distintos tipos de fluido, arcillas y/o fracturas en sistemas hidrotermales a partir de los valores de velocidades de ondas P y S de una tomografía sísmica 3D utilizando criterios cuantitativos. Al contrastar los modelos obtenidos con información geológica disponible es posible mejorar la comprensión de su dinámica, determinando la geometría y la relación espacial entre las estructuras y los reservorios asociados al sistema volcánico-hidrotermal. En este trabajo se estudia el Complejo Volcánico Tinguiririca (CVT), ubicado en la Zona Volcánica Sur Transicional, en Los Andes de Chile central. Es un sistema volcánico-hidrotermal activo que se compone de tres estratovolcanes además de varios conos de escoria y manifestaciones termales alineados a lo largo de 20 km en dirección NNE, cerca de la traza principal del sistema de fallas El Fierro. Para cuantificar las variaciones de Vp, Vs y el módulo de Poisson (σ) causadas por la presencia de distintos tipos de fluido se utilizó un modelo de inclusiones de fluido con geometría de esferoide oblato. La principal conclusión obtenida es que estudiar las variaciones de dVs en conjunto con los módulos de Poisson obtenidos de una tomografía sísmica en un sistema hidrotermal posibilita distinguir zonas con distintos tipos de fluido (fundido, agua y/o gases), fracturamiento y arcillas. Utilizando estos resultados, se desarrolló un método que permite clasificar los datos y visualizar en 3D la distribución de las zonas antes definidas Al aplicar la metodología propuesta a la tomografía sísmica de Pavez et al. (2016) en el Complejo Volcánico Tinguiririca, se identificaron zonas con distintas propiedades petrofísicas en el área estudiada. Las principales son: en la zona noroeste existe un volumen con alteración hidrotermal y fracturas con arcillas; en el suroeste, se observa un cuerpo con fracturas secas, que representa la zona de daño del sistema de fallas El Fierro. Al oeste, se identificó un posible reservorio magmático compuesto de diques y saturado de volátiles, y al suroeste una zona saturada con agua, cerca de las Termas del Flaco. Esta distribución, tras contrastarse con información geológica y geofísica de otras fuentes, permitió establecer los principales rasgos de la dinámica del sistema volcánico e hidrotermal. Se propone la existencia de fluidos primarios producidos por desgasificación de un reservorio magmático. Éstos ascienden a través de diques y fracturas asociadas a la zona de daño del sistema de fallas El Fierro. Al sur, el sistema tiene una zona dominada por líquidos, y al norte una zona dominada por vapor, con alteración hidrotermal y arcillas bajo los volcanes y las manifestaciones termales solfatáricas. La aplicación del método desarrollado aquí supone una mejora en la interpretación de tomografías sísmicas en sistemas volcánicos e hidrotermales, debido a que permite detectar zonas con fluidos, arcillas, fundido y fracturas utilizando un enfoque cuantitativo, con criterios de clasificación basados en modelos numérico-elásticos.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El objetivo principal de este trabajo consiste en estudiar la estructura de velocidades de onda P en la zona de transición entre el prisma de acreción y el prisma paleoacrecionario frente a las costas de la región del Maule (35°42'-36°10'S/73°25'W-73°45'W) y establecer su vínculo con la tectónica y geología de la zona, mediante una tomografía sísmica 3D. El prisma de acreción en esta zona de Chile Sur-Central se caracteriza por presentar un ancho de entre 30 y 60 km formado gracias a la existencia de un espesor sedimentario importante en la fosa y a la convergencia de las placas de Nazca y Sudamérica. En particular, la zona de transición entre esta estructura acrecionaria de sedimentos altamente deformados y el prisma interno se caracteriza por cambios morfológicos en el suelo marino y por la predominancia de rasgos tectónicos característicos de áreas sometidas a un régimen compresivo como la presencia de thrust ridges. Este trabajo comprende el procesamiento de datos de refracción marina a lo largo de 5 perfiles paralelos entre sí y subparalelos al frente de deformación. La extensión promedio de los perfiles es de 50 km y se utilizaron 8 OBH/S (Ocean Bottom Hydrophone/Seismometer). Los datos fueron adquiridos a bordo del crucero británico James Cook durante una expedición realizada en 2008 a cargo del Instituto Alemán IFM Geomar. La densidad de datos y la simplicidad de la geometría del experimento facilitan un análisis tridimensional, aunque dada la longitud de los perfiles no es posible caracterizar la estructura a profundidades superiores a los 6 km. No obstante, un análisis bidimensional de la estructura de velocidad de onda P del perfil central permite establecer una comparación sustancial con los resultados obtenidos del modelo tomográfico 3D. Esto permite estudiar las ventajas comparativas del uso de uno u otro método para esta zona en particular. Ambos modelos obtenidos en este trabajo dan cuenta de una región de batimetría altamente irregular y, a pesar de la somera resolución, evidencian un contraste vertical de velocidad mayor en la zona más al SW que coincide con la presencia de una menor capa sedimentaria y la aparición más superficial de roca continental o sedimentaria de mayor grado metamórfico. Por otra parte, la región en que se observa un notorio cambio batimétrico coincide con una sistema de thrust ridge coherente con la distribución de velocidad del modelo propuesto. El enfoque tomográfico 3D permite obtener el volumen estructural a gran escala de la zona de estudio. En este caso, se evidencia que la hipótesis de bidimensionalidad es suficiente y permite realizar un estudio más detallado de la estructura de velocidad.

Geóloga / La región ubicada entre los 33°S y 34°S corresponde a una zona de transición latitudinal en relación a configuraciones tectónicas y características morfoestructurales superficiales; la Cordillera de la Costa entre estas latitudes se convierte en un lugar interesante para realizar un estudio de carácter tectónico; entre los 33°S y 34°S está formada por cuerpos plutónicos de orientación NW-SE en su porción occidental y cuerpos plutónicos y secuencias estratificadas N-S en su porción oriental, su rasgo estructural más distintivo consiste en un basculamiento suave hacia el Este de las secuancias estratificadas. La utilización de una tomografía sísmica permite generar una visión en profundidad de variaciones de velocidades de ondas sísmicas y relacionarlo con los rasgos geológicos observados en superficie. La distribución en el espacio 3D de las anomalías de ondas sísmicas muestran un dominio oriental de altos valores de la razón Vp/Vs y un dominio oriental de bajos valores de la razón Vp/Vs; ambos dominios se caracterizan por presentar una geometría triangular. En zonas superficiales (<20 km) las anomalías de Vp/Vs, Vs% y Vp% se asocian a cuerpos plutónicos que conforman el Batolito Costero; en zonas más profundas es posible diferenciar regiones de altos valores Vp/Vs asociados a una disminución en las variaciones porcentuales de las ondas P y S, lo que se interpreta como posibles zonas de deshidratación de la placa oceánica subductante o serpentinización del manto. La distribución de los cuerpos anómalos en el espacio 3D sumados a la geometría de estos cuerpos en profundidad, reflejan un control tectónico de primer orden que es responsable de su distribución y manifestación topográfica en superficie. Esto último indica que la configuración tectónica corresponde al modelo de cuñas continentales, caracterizado por la presencia de una pro-cuña hacia el Oeste y retro-cuña hacia el Este que coincide con los rasgos estructurales y variaciones topográficas observadas en la Cordillera de la Costa. La cuña continental varía en geometría de Norte a Sur en función de las variaciones en el coeficiente de fricción basal efectivo, procesos de deshidratación de la placa en subducción y del comportamiento mecánico en profundidad; en la zona Norte la deshidratación ocurre entre los 35 y 45 km de profundidad y no es intensa; en la zona central se tiene una deshidratación intensa entre los 40 y 55 km de profundidad, esta deshidratación es responsable de la presencia de peneplanos en superficie que separa la pro-cuña de la retro-cuña; finalmente en la zona Sur la cuña está desplazada hacia el Este, se identifica sector de pro y retro-cuña, y la deshidratación ocurre entre los 40 y 55 km de profundidad. / Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto FONDECYT N° 1161806

No description available.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Se presenta un modelo tomográfico bidimensional de onda compresional la cual exhibe la estructura cortical y mantélica superior de dos montes submarinos (montes O Higgins) que se formaron hace 8-10 Ma debido a la interacción del punto caliente de Juan Fernández con la placa oceánica de Nazca. En las cercanías del edificio volcánico, el basamento oceánico está cubierto por una delgada capa de sedimentos pelágicos y depósitos volcano-clásticos con velocidades < 3 km/s. Lejos de los montes submarinos, el modelo de velocidad muestra una corteza oceánica típica con espesor promedio de 6,5 km y velocidades en la corteza inferior que varían entre 6.5 y 7.1 km/s. La estructura interna de velocidad de los montes O Higgins varían entre 3.0 y 5.0 km/s, lo cual sugiere que los procesos de formación del edificio volcánico son más bien extrusivos en vez de intrusión cortical. Además, el manto oceánico tiene velocidades de ~7.8 km/s lejos de la fosa y de los montes O Higgins, pero estas decrecen rápidamente bajo los montes y hacia la fosa a valores de 7.3-7.4 km/s. Velocidades en el rango de 7.3-8.0 km/s observadas bajo dorsales oceánicas son comúnmente atribuidas a material magmático adosado por debajo del Moho oceánico (magmatic underplating). Sin embargo, los montes O Higgins se encuentran en la región del abombamiento de la litosfera oceánica (outer rise) la cual es una región caracterizada por múltiples fallas extensionales. Este fallamiento normal producto de la flexura de la litosfera paralela al eje de la fosa, facilitaría la hidratación del manto oceánico (serpentización). De esta forma es probable que las bajas velocidades mantélicas por debajo de los montes submarinos sea una combinación de efectos de serpentinización y magmatismo underplating.

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.