Fluid pulses along the subduction interfacean integrated field and petro-geochemical approach

Resumen

Entender la relación entre la presión de fluidos y los terremotos lentos y regulares en la zona de subducción es clave para determinar sus propiedades mecánicas, ya que los fluidos controlan su reología, y, por tanto, la ocurrencia de dichos fenómenos sismológicos. Sin embargo, estos efectos aún no han sido validados desde una perspectiva geológica. Esta tesis aporta nuevo conocimiento sobre esta temática al investigar complejos metamórficos de alta presión que exponen rocas representativas de las regiones donde estos terremotos ocurren. La primera localidad estudiada es un fragmento del paleo-prisma de acreción de Chile central. Este terreno de alta presión (400°C y 0.8GPa) está compuesto por una asociación litológica coherente de esquistos verdes y azules. El segundo terreno estudiado, el complejo de Seghin (sutura de Zagros) en facies de lawsonita-esquisto azul (480°C-1.8GPa, Cretácico tardío), es un paleocanal de subducción compuesto por bloques máficos en matriz serpentinitica. Observaciones de campo, mediciones estructurales y datos petro-geoquímicos de las vetas y las rocas de caja revelan que las vetas tempranas se formaron mediante reacciones progradas de minerales de baja presión. Estas vetas, junto con otras formadas posteriormente, evolucionaron y fueron rellenadas con minerales de alta presión. Eventos de hidrofracturamiento, caracterizados por la precipitación de carbonatos, se sobrepusieron a todas las estructuras previas en condiciones cercanas al pico metamórfico. Los análisis petro-geoquímicos sugieren diferentes fuentes de fluidos, en su mayoría, posiblemente asociados a una fuente profunda cercana a la transición esquisto azul-eclogita. Así, se sugiere que una mezcla entre fluidos canalizados y porosos, fue el mecanismo de flujo dominante a lo largo de la interfaz de subducción. Se destaca que las litologías máficas presentan vetas de lawsonita brechificadas y contenidas en una matriz (ultra) cataclastica. Caracterización del sistema veta-matriz revela que el flujo frágil y el flujo por presión-disolución fueron los principales mecanismos de deformación en facies de esquisto azul. De este modo, se establece un escenario en el que «pulsos» de fluidos externos acompañaron y precedieron al flujo frágil en la zona de terremotos lentos, debilitando la zona de cizalle y desencadenando un deslizamiento lento y terremotos de baja frecuencia. Investigaciones posteriores dan cuentan de un primer registro de rocas relacionadas a fallas sísmicas en facies de esquisto azul, incluyendo brechas y (ultra) cataclasitas. En los materiales cataclásticos, la presencia de minerales de alta presión (20-35km de profundidad) indica condiciones representativas de la zona sismogénica. Las relaciones de corte entre las ultracataclasitas, las brechas y las vetas muestran que los procesos de fallamiento recurrente e hidrofracturamiento fueron contemporáneos. Los modelos mecánicos confirman que estas estructuras sólo pueden haberse formado en un régimen críticamente inestable a presiones de fluidos cercanas a las litostáticas, como se observa en márgenes activos. Por último, se propone un modelo a gran escala, en el que los fluidos expulsados cerca de la transición esquisto azul-eclogita son capaces de circular a lo largo de la interfaz de subducción produciendo hidrofracturación tremorogénica, vetas brechificadas (asociadas a cizallamiento lento) y ultracataclasitas, representando así posibles marcadores de señales sísmicas regulares y de baja frecuencia.