Proyecto NSF - Continental Dynamics Program (EEUU)
Responsable: Alan Levander (Rice University)

Fecha de la propuesta: 2001
Fecha de aprobación: 2002
Inicio financiamiento: 2002
Duración: cinco años

http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/earthscience/research.cfm?doc_id=5031
http://www.ig.utexas.edu/outreach/ttif/BOLIVAR/index.php
http://www.ig.utexas.edu/research/projects/venez_margin/

Resumen

Proyecto financiado por el "National Science Foundation" (NSF) de Estados Unidos, coordinado por Alan Levander (Rice University, Houston, Texas) y co-financiado a través de proyectos adicionales por CONICIT y otras instituciones venezolanas (financiamiento pendiente). El proyecto tiene una duración de 4 años y comienza el 1ro de Abril del 2001, con opción a una prórroga de un año.

Participantes en el proyecto (Venezuela)

FUNVISIS: M. Schmitz, H. Rendón, G. Tovar, F. Audemard
Universidad Simón Bolívar (USB): C. Izarra, M.-I. Jácome,
Universidad Central de Venezuela (UCV): M. Rodríguez, J. Cavada, F. Urbani, R. Alezones
PDVSA –INTEVEP: A. Ortega

Participantes en el proyecto (Estados Unidos)

Rice University: A. Levander, H. Avé Lallemant, C. Zelt, A. Lenardic, J. Pindell, B. Magnani
Univ. of Houston: P. Copeland
Univ. of Georgia : J. Wright
Univ. of Indiana: G. Pavlis, T. Baldwin
Univ. Ca. San Diego: F. Vernon
Univ. of Texas: P. Mann, I. Pecher, G. Christenson

Objetivos

- Estudio de la interacción de las placas del Caribe y Sudamericana
- Modelaje de la corteza terrestre y la corteza marina
- Evaluación de la hipótesis sobre el crecimiento de la corteza terrestre mediante la acreción de arcos magmáticos

Metodos usados

- Sismología (tomografía, análisis de funciones receptores)
- Refracción y reflexión sísmica (marina y terrestre)
- Geología (historia de la exhumación, análisis estructural)
- Geodinámica (modelaje integral, evaluar escenarios)

Resumen científico

Gracias a los buenos contactos que existen entre investigadores venezolanos y varias universidades estadunienses, se elaboró una propuesta para el estudio de la interacción de las placas Caribe y Sudamérica fue sometida al “Nacional Science Foundation – NSF” de Estados Unidos, que finalmente obtuvo su financiamiento a partir de Abril del 2001 por un lapso de 4 años. Durante la ejecución del proyecto se intenta evaluar la hipótesis de que una fracción importante del crecimiento de la corteza terrestre se debe a la acreción de arcos magmáticos y terranes o fragmentos corticales. El límite de placas entre el Caribe y la placa Sudamericana expone en forma ejemplar este tipo de interacciones. Desde el Mesozoico el Caribe se desplaza hacía el este respecto al continente Sudamericano y en la actualidad el arco de las Antillas Menores está en proceso de colisión con el continente. Existe una zona de transpressión de unos 1000 kilómetros a lo largo del límite entre las placas, lo que deja un conjunto de estructuras complejas tanto a nivél cortical como en el manto superior. En superficie se observan cadenas metamórficas como el arco de las Antillas Menores, el sistema montañoso del Caribe y "fold and thrust belt" de la Serranía del Interior. La datación de los eventos tectónicos y magmáticos ayudará a identificar las diferentes fases orógenas dentro del sistema. Se asume que estos comenzaron en el Eocenio en el oeste y fueron migrando hacía el este con el tiempo.

Mediante el empleo de métodos multidisciplinarios se mejorará el conocimiento de las estructuras geológicas y geofísicas. El conocimiento de los procesos en el manto superior ayudará a entender los mecanismos responsables para los movimientos de las placas. Con modelos integrales se evaluarán los hipótesis geodinámicos.

Resumen técnico/científico

Los estudios geológicos, geofísicos y geodinámicos se concentrarán en 4 transectas principales:

1) Trinidad, 0 Ma: Esta transecta NW-SE que va desde el alto de Aves hasta Trinidad identificará la geometría de la corteza y el manto pre-colisional del sistema, es decir la ubicación reciente del margen oriental de la placa del Caribe.

2) Oriente, 15 Ma (Mioceno): Una transecta N-S en el este de Venezuela identificará la geometría Miocenio-Plioceno del sistema. Se intentará definir la geometría de la subducción de la placa del Atlántico debajo del Caribe.

3) Centro, 30 Ma (Oligoceno): La transecta en la parte central de Venezuela determinará el alcance de la subducción Sudamericana debajo del Caribe y/o viceversa. Se espera poder identificar relictos de la geometría en el Oligoceno.

4) Occidente, 50 Ma (Eoceno): Se espera para esta transecta una geometría similar a la transecta en la parte central, con una fuerte componente del bloque de Maracaíbo. El sistema de fallas activas de Oca-Ancón y Boconó se investigará mediante un perfil combinado de sísmica de refracción y reflexión profunda.

5) Arco Magmático, 0-50 Ma: Perfil W-E a lo largo de las islas de las Antillas Menores, que debería indicar los cambios en el espesor de la corteza debido a heterogenidades en la tensión paralela al arco. Las velocidades sísmicas y evidencias geológicas darán indicios a la distribución de la roca máfica y sílica e indicarán datos del proceso de exhumación.

Detalle de la investigación propuesta

El estudio contempla investigación multidisciplinaria en el campo de la geología (análisis estructural, termocronología, termobarometría) para definir la secuencia de los procesos, estudios sísmológicos activos y pasivos para secuencias 2-D y 3-D de la litosfera y los flujos el manto. De esta manera se obtendrá información de diferentes escalas con la máxima resolución posible de los diferentes métodos. El conjunto de los datos será interpretado cuántitativamente en modelajes geodinámicos que usarán reologías realisticas basadas en los parámetros obtenidos y que permitirán simular los procesos a todo el largo de la interacción de las dos placas.

Estudios geológicos

Arco magmático de las Antillas Menores, Cadena Metamórfica y Cuencas Cenozoicas en Venezuela.

Los estudios geológicos aportarán la información base para la datación de las secuencias de los procesos en el borde de placas en tres campos:

1) Reconstrucción de la evolución magmática en el sentido del rumbo (finalización del magmatismo, acrección del arco al continente y configuración extensional);

2) Reconstrucción de la historia de exhumación de la roca metamórfica de alta presión de fases de subducción anteriores;

3) Evolución y historia deposicional de las cuencas Cenozoicas dentro de la evolución de los márgenes.

Arco magmático de las Antillas Menores

Se intenta examinar la hipótesis que este arco, desde Aruba hasta los Testigos, haya sido extinto debido al incremento en la oblicuidad de la convergencia entre mediados del Cretacico y reciente, después acrecionado al margen continental Venezolano durante Eoceno al presente y que en realidad fuera de composición felsica. Se aplicarán varias técnicas de datación y una evaluación de la historia térmica. El análisis estructural puede dar indicios para la acrección al margen continental y sobre la evolución estructural Mesozoica.

Cadenas Metamórficas en Venezuela: Se considera que las cadenas metamórficas contienen rocas de alta presión y baja temperatura (HP/LT) de edad Cretácica, posiblemente relacionadas a la subducción de la placa Sudaméricana-Atlántica debajo del Proto-Caribe. El proceso de entierro, levantamiento, exhumación y finalmente su obducción sobre el continente Sudamericano refleja la interacción de las dos placas desde el Cretácico. Se asume que el desarrollo se realizó en dos etapas, primero el ascenso a profundidades menores (desde el Cretacico al presente) mediante "strain partitioning", extensión por fallas transcurrentes o extensión paralela al arco en el "accretionary wedge". Las zonas que han permanecidas mas tiempo en el límite de placas tienen expuestas rocas de mayor profundidad, tal como en el oeste de la zona de estudios. Le sigue la segunda fase desde el Eoceno relacionado a la obducción del arco de las Antillas Menores y su "accretionary wedge" sobre el margen continental.Mediante análisis estructural, petrología metamórfica y geocronología se establecerá la evolución en tiempo y espacio de la exhumación. Se pondrá énfasis en las regiones donde se realizan las mediciones sísmicas activas.

Cuencas Cenozoicas: Se complementarán estudios anteriores en costafuera, donde se relacionarán los estratos claves en mapas tiempo/profundidad, como por ejemplo una discordancia del Mioceno Medio y las bases de las microcuencas Cuaternarias. Los estudios propuestos permitirán una evaluación cuantitativa de la geometría estructural y dinámica de las cuencas Cenozoicas, tanto como sus mecanismos de formación, historia y partición de esfuerzos en la zona de interacción de las placas.

Investigaciones Geofísicas: Sismología pasiva: Tomografía, Análisis de "Receiver Functions" y estudios de sismicidad; Sismología activa: MCS, OBS, en tierra y costafuera y reflexión y refracción profunda en tierra.

Sísmica pasiva

La tomografía prevista en este estudio usará las llegadas de las estaciones sismológicas instaladas en la región temporal y permanentemente, y permitirá generar imágenes en 3-D de las propiedades sísmicas del manto superior con una resolución de celdas de 50 km. Hasta la fecha solo existen imágenes con una resolución muy baja, los que sin embargo ya dan una idea general de la configuración de las placas. La propuesta integrará las estaciones fijas de la Red Sismológica Nacional, manejada por FUNVISIS, con 25 estaciones portátiles adicionales en tierra y 15 estaciones OBS en el mar. Las estaciones estarán instaladas en dos perfiles N-S tanto como en las islas de la Antillas Menores y en tierra en las zonas adyacentes. De esta manera se mejorará la cobertura de las estaciones en la zona de interés y se intentará monitorear el cambio en la polaridad de la subducción tanto como las complejas estructuras del manto resultantes de este fenómeno. Asociado con esto se esperan anomalías en el flujo astenosférico que serán detectadas mediante el método de "shear wave splitting". Durante su instalación de 18 meses se espera registrar unos 1000 eventos telúricos, entre telesismos, sismos regionales y locales. Cada uno de estos eventos aportará información sobre diferentes partes de la corteza y del manto. El método del "receiver functions análisis" aportará información sobre el espesor cortical y las velocidades promedias de la corteza.

Sísmica activa

Existe una amplia cobertura de perfiles sísmicos de reflexión tanto en la parte marina como en las cuencas de antepaís en Venezuela, todos estos limitados a cubrir la corteza superior. Hasta la fecha, no existen perfiles sísmicos de la corteza profunda en la zona de estudio. Por esta razón se proponen 5 perfiles de reflexión/refracción offshore/onshore con registros MCS (sísmica multicanal), OBS (sismómetros en el fondo del océano) y en tierra, que serán complementados por líneas adicionales de MCS entre las líneas principales. En tierra se intentará realizar disparos adicionales para extender la cobertura hacia el interior del continente y un perfil combinado de reflexión/refracción profunda, cruzando los sistemas de fallas de Oca-Ancón y Boconó.

Los 5 perfiles principales estarán ubicados de tal manera que proveerán información sobre la interacción de las placas hace 50 Ma (70W), 30 Ma (67.5W), 15 Ma (65W) y reciente (Trinidad) y además a lo largo del arco magmático (12N). Se investigará en detalle la geometría acrecional del cinturón deformado en el Caribe, el arco de las Antillas Menores y el sistema montañoso del Caribe, tanto como la complejidad del sistema de fallas transcurrentes en la zona de interacción de las placas. Los perfiles proporcionarán información tanto de la corteza como del manto superior en la zona del cambio en la polaridad de la subducción y de esta manera aportarán al conocimiento de la evolución en esta zona de interacción de placas.

Se obtendrán un total de 7000 km de reflexión marina mediante un "Streamer" de 480 canales de 6 km de largo con una fuente de 20 cañones de aire con un total de 140 l (R/V Maurice Ewing), lo que resulta en una cobertura de 120 fold. Los 50 OBS que se instalarán a lo largo de cada perfil serán posicionados con un segundo barco (R/V Melville). En tierra se instalarán un total de 640 equipos de registro hasta una distancia de 150 km de la costa (250 m hasta 1 km distancia entre equipos). En la parte terrestre se sugiere por la contraparte venezolana la realización de tres disparos terrestres adicionales en cada perfil. La carga para estos disparos varía entre 500 y 1000 kg de explosivo c/u para cubrir una distancia máxima de hasta 250 km de registro (los OBS también registrarán los disparos terrestres) y de esta manera obtener información de la corteza terrestre y el manto superior. Como perfil de prueba se realizó en 2001 un proyecto financiado por CONICIT con un perfil de 150 km de largo en la Cuenca Oriental entre San Mateo y Ciudad Bolívar. Las cargas de explosivo variaron entre 100 kg y 500 kg para los diferentes disparos. Adicionalmente ha sido registrado un perfil de mas detalle en la Serranía del Interior entre Barcelona y San Mateo con disparos cargas de 75 kg y un perfil de prueba en la zona central entre el Litoral Central y los Valles del Tuy, atravesando Caracas, con cargas hasta 200 kg c/u. Para estos perfiles se emplearon los mismos equipos

En complemento de la propuesta se propone por la contraparte venezolana un perfil sísmico de reflexión/refracción profunda en continuación del perfil más occidental, es decir desde Coro a Barquisimeto, cruzando los sistemas de fallamiento activo de Oca-Ancón y Boconó y el triángulo del bloque de Maracaíbo. Este perfil se realizará con los 640 equipos de registro empleados en el estudio, que se instalarán a una distancia de 50 m c/u, resultando en una línea de registro de unos 25 km de largo. Diariamente se moverán 100 equipos, es decir que se progresarán 5 km al día. La distancia entre los disparos para el registro de reflexión, que tendrán entre 50 y 100 kg c/u, es de 2.5 km, disparados en ambos lados del tendido. De esta manera resulta un total de 160 disparos en 40 días de registro para el perfil de 200 km de largo. Actualmente se está estudiando la factibilidad para este perfil y las posibilidades de financiamiento por instituciones nacionales.

Modelaje Geodinámico

La aplicación de los diferentes métodos geológicos y geofísicos generará varios conjuntos de datos que serán interpretados de forma integrados mediante un modelaje geodinámico. De esta manera la evolución geológica de la región puede conectarse a la evolución a nivel litosférico y astenosférico y permitir interpretar los resultados en el contexto de la geodinámica regional. Uno de los proyectos asociados a la propuesta, que contempla la instalación de receptores de GPS fijos en la región, podrá aportar datos que directamente pueden probar estas hipótesis derivados. De esta manera, se puede conectar directamente la dinámica de los continentes con los flujos astenosféricos. La ventaja de los modelajes geodinámicos es la simulación de los procesos mas antiguos en esta interacción de placas. En una primera fase se desarrollarán modelos 2-D que posteriormente se traspasan a modelos 3-D con reologías y deformaciones complejas.