TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN
Delimitación del margen de placa entre Suramérica y el Caribe al norte de Venezuela mediante el realzado de la anomalía gravimétrica
Identification of the intraplate margin between South american and Caribbean plates at north Venezuela using enhancement of gravity anomalies
Antonio Ughi1, Dionisio González1 y Amaury Toloza1
1 Laboratorio de Interpretación del Subsuelo, Departamento de Geofísica, Escuela de Geología, Minas y Geofísica, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela.
Ciudad Universitaria de Caracas, Facultad de Ingeniería, Escuela de Geología, Minas y Geofísica, Caracas 1041-A, Venezuela. antonio.ughi@ucv.ve
RESUMEN
Se realizó un estudio gravimétrico con datos satelitales en la región centro-norte de Venezuela con el objetivo de delimitar el margen entre placas y caracterizar las estructuras corticales presentes en la zona de interacción entre las cortezas propiamente oceánica, transicional y continental ubicadas entre el cinturón deformado del Caribe sur y el cinturón de corrimiento del norte de Venezuela.
Los resultados muestran que existen características claras en las firmas gravimétricas que permiten diferenciar la corteza oceánica de la corteza transicional. El límite entre ambas es el cinturón deformado del Caribe sur el cual se extiende hasta los 64º W de longitud, 250 km más hacia el oeste de lo que se tiene previamente reportado. Sin embargo, la separación entre la corteza transicional y continental está poco definida por las anomalías gravimétricas por lo que se interpreta que la corteza transicional es un bloque sobrecorrido y suturado a Suramérica y los sistemas de fallas transcurrentes de San Sebastián - El Pilar pudieran representar la zona de sutura.
Palabras clave: Placa Caribe; Anomalías gravimétricas; Geodinámica; Placa Suramericana; Soluciones de Euler.
ABSTRACT
We made a gravimetric study using the satellital gravity database of the northern region of Venezuela in order to delimitated the intra-plate margin and characterize the crustal structures of the interaction zone between oceanic, transitional and continental regimes located between the south Caribbean deformed belt and venezuelan frontal thrust.
The results clearly show cortical differentiation between oceanic and transitional crust identifiable by the gravimetric signature. The limit between both types of crust is located at the South Caribbean Deformed Belt, and its extension reaches up to 64º W, 250 km farther west than had been previously reported. On the other hand, the separation between transitional and continental crust to the south is less clear in the gravimetric signature. We interpret that the transitional crust is an overthrusted and sutured block to South América, and the San Sebastian-El Pilar fault system may represent the suture zone.
Key words: Caribbean plate, Gravity anomalies; Geodynamics; South American plate; Euler solutions.
INTRODUCCIÓN
El margen septentrional de la placa suramericana es una amplia zona tectónicamente activa de 1000 km de longitud y 350 km de ancho en donde se acomoda el desplazamiento transcurrente-compresivo de la placa Caribe relativo a Suramérica (Audemard, 1993; Singer y Audemard, 1997; Audemard, 1998; Bezada et al., 2010). Estudios con GPS en la región estiman en promedio un movimiento hacia el este de la placa Caribe respecto a Suramérica de aproximadamente 20 mm/año (Pérez et al., 2001; Weber et al., 2001; Trenkamp et al., 2002). Una gran proporción de este movimiento tiene lugar a lo largo de fallas dextrales rumbo deslizantes como los sistemas de fallas Oca-Ancón y San Sebastián-El Pilar (Singer y Audemard, 1997; Audemard et al., 2005; Palma et al., 2010). Hacia el oeste de Venezuela, el límite entre las placas Caribe y suramericana abarca una región de unos 600 km de ancho que incluye a la cuenca de Falcón y una gran cantidad de bloques tectónicos independientes que se mueven diferencialmente con respecto a las placas circundantes, como por ejemplo, el bloque Bonaire (Silver et al., 1975; Bosch y Rodríguez, 1992) y el bloque de Maracaibo (Audemard y Audemard, 2002).
La geodinámica actual del límite entre Caribe y Suramérica ha evolucionado desde el Cretácico, iniciando como una subducción tipo B en donde un fragmento de litósfera oceánica asociada a Suramérica subduce bajo la placa oceánica del Gran Arco del Caribe (Pindell y Barrett, 1990); para luego evolucionar a una colisión oblicua hacia el este desde el Terciario al presente (Audemard, 1993; 1998; Aitken et al., 2011; Escalona y Mann, 2011).
Estudios con datos gravimétricos realizados en la región centro-oriental del Caribe muestran la existencia de anomalías gravimétricas asociadas a la presencia de cuerpos de roca ubicados a niveles intermedios y profundos dentro de la placa oceánica, con forma de anillos concéntricos en torno a las islas de Sotavento y el arco de islas de las Antillas Menores, que pudieran representar la evidencia del desplazamiento de la lámina de subducción en la medida que la placa Caribe se desplazaba hacia el este (Ughi, 2011; Ughi, 2012). De ser así se hace necesario evaluar las implicaciones sobre la evolución geodinámica de dicho margen.
El análisis gravimétrico resulta efectivo para el estudio de márgenes de placas ya que las anomalías gravimétricas son sensibles a contrastes laterales de densidad en el subsuelo y en los márgenes de placas ocurre un amplio contraste de densidades a lo largo de la interfaz de Moho y los niveles corticales superiores. Dada la mayor profundidad de Moho con respecto a la mayoría de las fuentes generadoras de anomalía, aunado a un mayor contraste de densidad entre ésta y las demás fuentes, implica que los efectos gravitacionales de Moho tienen distinta amplitud a escala regional y características de comportamiento que permiten que sea separada de otras componentes del campo de anomalías gravimétricas observado. Una vez separado, el efecto gravitacional de Moho puede ser analizado tanto cuantitativa (modelado de profundidades) como cualitativamente (cartografiado de gradientes) para determinar el límite entre corteza oceánica y corteza continental (Pawlowski, 2008) y además, permite que las anomalías generadas por fuentes ubicadas dentro de la corteza puedan ser analizadas e interpretadas de forma diferenciada.
En esta investigación se realizó un estudio cualitativo de las anomalías gravimétricas dentro de una ventana de trabajo que se encuentra entre las longitudes 63° W y 71° W y las latitudes 6° N y 15° N, con el propósito de delimitar el margen entre placas y caracterizar las estructuras corticales presentes en la zona de interacción entre las cortezas propiamente oceánica, transicional y continental ubicadas entre el cinturón deformado del Caribe sur y el frente de corrimientos ubicado al norte de Venezuela.
MARCO TECTÓNICO
En el margen entre las placas Caribe y Suramérica se pueden distinguir varias provincias tectónicas principales (Figura 1): (1) la cuenca de Venezuela, (2) los arcos extintos de las Antillas de Sotavento y de Aves, (3) las cuencas sedimentarias de Falcón, Bonaire, Los Roques, Cariaco y Grenada, (4) las cuencas antepaís de Maracaibo y Guárico y (5) los cinturones orogénicos del Sistema Montañoso del Caribe y de los Andes venezolanos (Bellizia, 1986; Pindell y Barrett, 1990; Audemard, 1993; Mann, 1999; Gorney et al., 2007; Aitken et al., 2011; Escalona y Mann, 2011).
Figura 1. Mapa de la región en estudio donde se ilustran las principales provincias morfológicas y las familias de fallas: sistemas de fallas transcurrentes (líneas azules), cuencas sedimentarias marinas (línea segmentada amarilla), familia de fallas este-oeste en el mar Caribe (líneas verde claro), familia de fallas noreste-suroeste en el mar Caribe (líneas verdes), familia de fallas noroeste-sureste (líneas celestes), corrimiento frontal de Guárico (líneas anaranjadas). Las familias de fallas fueron tomadas de Gorney et al. (2007).
Figure 1. Location map of the north-central region of Venezuela showing the principals morphological provinces and fault families: strike slip system faults (blue lines), marine sedimentary basins (dashed yellow line), system fault E-W (light green line), system fault NE-SW (green line), system fault NW-SE (light blue line) and Guarico thrust belt (orange line). The fault families were taken from Gorney et al. (2007).
Cuenca de Venezuela
El núcleo de la placa Caribe es corteza oceánica de edad cretácica constituida por las cuencas de Colombia y Venezuela con arcos de islas y fragmentos continentales en sus márgenes (Aitken et al., 2011). La cuenca de Venezuela posee un espesor anómalo de 17 a 20 km (Officer et al., 1957; Fox y Heezen, 1975; Boynton et al., 1979; Driscoll y Diebold, 1999). El perfil batimétrico de la cuenca de Venezuela es plano (Figura 1), con una suave deformación uniforme de 3 km de espesor, conformada por sedimentos pelágicos y clásticos provenientes del alto de Aves desde el este y del continente suramericano por el sur (Draper et al., 1994; Driscoll y Diebold, 1999).
Antillas de Sotavento y alto de Aves
El alto de Aves (Figura 1) fue un arco volcánico activo, perteneciente al gran arco del Caribe entre el Cretácico Tardío y el Paleoceno (Fox y Heezen, 1975; Pinet et al., 1985; Bouysse, 1988) conformado geológicamente, hacia el sur del alto de Aves, por granodioritas, diabasas, basalto porfirítico y metabasaltos. Las edades radiométricas de esta zona datan del Cretácico Medio hasta el Paleoceno (Nagle, 1972; Fox y Heezen, 1975; Case et al., 1984; Holcombe et al., 1990) con sedimentos posiblemente derivados de Suramérica traídos desde el este a lo largo del margen pasivo suramericano (Pindell y Dewey, 1982) en el cual se encuentran los cinturones orogénicos producidos por la colisión Caribe-Suramérica.
El subsuelo hacia el borde suroeste de la placa Caribe posee 3 provincias en cuanto a basamento identificado a partir de registros de pozos compilados por González de Juana et al. (1980), Curet (1992) y Macellari (1995). Los pozos perforados en las islas de Sotavento (Curet, 1992) revelan un basamento compuesto por rocas ígneas metamorfizadas pertenecientes al arco del Caribe del Cretácico, aunado a basaltos tholeiticos y rocas volcánicas andesíticas de afinidad oceánica. Una segunda provincia de basamento con afinidad continental se encuentra en la península de la Guajira (rocas metamórficas paleozoicas) (Gorney et al., 2007).
Cuencas sedimentarias
En la zona de Falcón y la bahía de La Vela se encuentra una provincia diferente asociada al arreglo intra-arco del Cretácico Tardío, como por ejemplo, rocas ígneas metamorfizadas sin afinidad oceánica. Las unidades sedimentarias de Falcón subyacen sobre basamento alóctono del Caribe. Este bloque fue emplazado durante el Paleoceno al Eoceno Temprano, en una etapa compresiva que afectó al oeste de Venezuela y consistió principalmente en depósitos de meta-sedimentos del Cretácico tardío relacionados con flysch (Audemard, 1991; Stephan, 1982). Por encima de esta sedimentación marina de basamento metamórfico asociada con la primera subsidencia extensional comenzó en la parte este de la cuenca la depositación de lutitas negras calcáreas del Eoceno Tardío (Renz, 1948). Durante el Oligoceno la extensión continuó y se extendió hacia el oeste, durante este tiempo la cuenca se expandió 36.000 km2 cubriendo una ancha parte del norte venezolano, la cuenca tenía forma elongada y era limitada al sur y al oeste por áreas levantadas (plataforma de Dabajuro), estaba parcialmente cerrada al norte por el alto de Paraguaná y era continua al este con la cuenca profunda de Bonaire (González de Juana et al., 1980). Hacia el Oligoceno, la distribución de litofacies estaba dominada por la geometría de la cuenca y subsecuentemente de más lutitas oscuras (sedimentos marinos) (Wheeler, 1963; Bezada et al., 2008). Las facies de aguas marinas del eje de la cuenca fueron intruidas por cuerpos ígneos de composición basáltica alcalina, con edad de 22.9±0.9 Ma (Muessig, 1978) por lo que están en el límite Oligoceno-Mioceno; estas intrusiones podrían estar relacionadas con la formación incipiente de la corteza oceánica por el adelgazamiento de la corteza continental como resultado de un proceso extensivo (Muessig, 1984). Luego del Mioceno Medio, no ocurrió más sedimentación en la cuenca de Falcón y fue invertida por un régimen tectónico compresional que se transformó en una zona de relieve positivo conocida como el anticlinorio de Falcón (Audemard, 1993; 1998; 2001).
Cinturones orogénicos
El Sistema Montañoso del Caribe (Figura 1) es un complejo orográfico ubicado en la región norte costera de Venezuela donde forma un cinturón alargado con dirección este - oeste de topografía elevada y relieve accidentado. Este sistema comprende un conjunto de cinturones tectónicos que en superficie se extienden desde la cresta de Curazao al norte, hasta el corrimiento frontal de Guárico al sur y desde la transversal o deflexión de Barquisimeto en su extremo occidental, hasta la península de Araya - Paria en su extremo oriental (Bellizia, 1986).
El Sistema Montañoso del Caribe representa un complejo tectónico polifásico y cuenta con una gran heterogeneidad geológica (Ostos, 1990). En la región central, el Sistema Montañoso del Caribe está conformado, de norte a sur, por lo cinturones tectónicos de 1) Cordillera de la Costa, 2) Caucagua - El Tinaco, 3) Loma de Hierro - Paracotos, 4) Villa de Cura y 5) Piemontina (Beck, 1985; Stephan, 1985).
El cinturón tectónico de la Cordillera de la Costa es considerado un cuerpo para - alóctono y alóctono que representa junto con el cinturón de Caucagua - El Tinaco el material proveniente del paleo - margen suramericano. Está constituido por un basamento granítico precámbrico y por una cubierta volcánico - sedimentaria y sedimentaria del Mesozoico (González de Juana et al., 1980). Según Dengo (1951), Bellizia (1972) y Beck (1985) los sedimentos mesozoicos se depositaron cuando el terreno residía en un margen pasivo tipo Atlántico.
ESTUDIO GRAVIMÉTRICO
Para el estudio gravimétrico se utilizó una malla regular tomada de la base de datos del Centro Internacional para modelos Globales de la Tierra ("International Centre for Global Earth Models - ICGEM"). Los datos adquiridos por el satélite Grace, están equiespaciados 0,39 minutos de arco, es decir, 700 m aproximadamente, y cubren un área total aproximada de 890.000 km2 ubicada entre las coordenadas 6ºN - 15ºN y 63ºW - 71ºW.
Los datos de altura necesarios para los cálculos de las reducciones de Aire Libre, Bouguer y topográfica se obtuvieron del mismo ICGEM a partir del modelo digital de elevaciones ("Digital Elevation Model - DEM") ETOPO1 con una resolución de 1 minuto de arco.
Procesamiento de los datos gravimétricos
Los datos gravimétricos están referenciados geográficamente sobre el elipsoide WGS84 y están basados en armónicos esféricos convertidos según el modelo gravitacional EGM-2008.
Para realizar los cálculos de la corrección topográfica se utilizan dos modelos digitales de elevación, el primero (modelo local) es 0,5º más grande que el área en estudio y el segundo (modelo regional) es 1º más grande en todas las direcciones.
Los modelos digitales de elevaciones son muestreados y centrados en cada estación como una cuadrícula mallada. La corrección se calcula con base en la contribución de las zonas cercana, intermedia y lejana. Para la primera el algoritmo suma las contribuciones de cuatro secciones triangulares inclinadas que describen la superficie del terreno alrededor de la estación, para la zona intermedia el efecto se calcula utilizando la aproximación con prismas cuadrados desarrollado por Nagy (1966) y para la zona lejana se utiliza la aproximación de un segmento anular cuadrado descrito por Kane (1962).
La anomalía de Bouguer completa (Figura 2) se calcula utilizando el modelo digital de elevaciones local para el cálculo de la reducción de Aire Libre (Figura 2) , la corrección topográfica descrita anteriormente y la reducción de Bouguer con una densidad para la roca de 2670 kg/m3 y una densidad para el agua de 1025 kg/m3.
Figura 2. Mapas de anomalías de Aire Libre (a) y Bouguer completa (b) para la zona en estudio. Los mapas fueron generados con interpolación por mínima curvatura, elipsoide WGS-84. La densidad utilizada es de 2,67 g/cm3 para la roca y 1,03 g/cm3 para el agua. En todos los mapas se colocó la línea de costa, lagos y el río Orinoco como referencia de ubicación. (Fuente: ICGEM).
Figure 2. Free Air (a) and complete Bouguer (b) anomaly maps. We used minimum curvature interpolation with ellipsoid WGS-84. The rock reduction density is 2.67 g/cm3 and the water reduction density is 1,03 g/cm3. In all maps it shows coastline for reference location. (Source: ICGEM).
Seguidamente se elimina el ruido de alta frecuencia característico de los datos gravimétricos satelitales aplicando un filtro rechaza banda definido en las altas frecuencias, con una banda de rechazo de 0,03 a 0,06 m.
Para realizar la separación regional-residual se evaluaron distintos métodos como por ejemplo, filtros gaussianos y pasa bandas, superficies polinómicas y continuación analítica de campo hacia arriba. Esta última es la que preserva mejor el sentido geológico de las anomalías observadas.
Para determinar la altura idónea se generan varios mapas de continuación analítica de campo a cada 10 km, luego se calcula el coeficiente de correlación entre las continuaciones analíticas sucesivas y se grafica contra la profundidad correspondiente (Figura 3).
Figura 3. Gráfica de altura óptima para la continuación analítica de campo hacia arriba.
Figure 3. Optimal altitude graph for upward analytical continuation.
La altura idónea que permite utilizar la continuación analítica de campo para realizar la separación regional - residual se obtiene al unir los extremos de la correlación con una línea recta y ubicar el punto más alejado de ésta (Figura 3), que para el caso del presente estudio es 40 km.
El mapa de anomalía residual se obtiene al sustraerle al mapa de anomalía de Bouguer el efecto producido por la continuación analítica de campo hacia arriba a 40 km (Figura 4).
Figura 4. Mapas regional (a) y residual (b) del mapa de continuación analítica de campo hacia arriba a 40 km. El residual se calcula como la diferencia entre el mapa regional y el mapa de anomalía de Bouguer completa.
Figure 4. Regional (a) and residual (b) maps for upward analytical continuation at 40 km. The residual is calculated form difference between the complete Bouguer and regional map.
Anomalías de Aire Libre y Bouguer
El mapa de anomalía de Aire Libre (Figura 2a), que abarca un rango de valores de 100 a -125 mGal, permite resaltar de forma adecuada los accidentes geográficos y las estructuras morfológicas principales de la región bajo estudio. Al norte del mapa, con valores relativos intermedios a altos, se puede identificar la cuenca oceánica de Venezuela limitada hacia el este por una franja con orientación norte - sur de valores máximos gravimétricos que corresponde con el alto de Aves y al sur por otra franja con orientación este - oeste de mínimos relativos que corresponde con la cuenca de Los Roques y el cinturón deformado del Caribe sur. Al sur del cinturón de deformación del Caribe se observa una hilera de máximos asociado a las islas de Sotavento (Aruba, Curazao, Bonaire, Aves, Los Roques, La Orchila y La Blanquilla). Esta secuencia de anomalías positivas de orientación este - oeste se interconecta con la anomalía del alto de Aves y del norte de Paria en un punto triple ubicado al noroeste de la península de Macanao en la isla de Margarita. Hacia el sur, sobre el territorio continental venezolano, se observan claramente los máximos positivos pertenecientes a los andes venezolanos, el Sistema Montañoso del Caribe, los llanos centrales y el escudo de Guayana. Al este, el mínimo absoluto está representado por la cuenca Oriental de Venezuela.
La anomalía de Bouguer (Figura 2b) reduce el efecto de las estructuras topográficas permitiendo el análisis de los contrastes de densidad presentes en las rocas por debajo del nivel de referencia utilizado para el cálculo de las reducciones de Aire Libre y Bouguer. Con este tipo de representación se pueden evaluar las estructuras corticales desde un punto de vista geológico y no sólo desde el punto de vista morfológico como en el caso de la anomalía de Aire Libre. En la figura 2b, el rango de valores de la anomalía de Bouguer abarca desde los 380 mGal hasta los -68 mGal. La máxima anomalía negativa representada por la cuenca Oriental de Venezuela se observa incrementada en extensión, comparada con la del mapa de Aire Libre, e incluye un área que se extiende desde el sur de la península de Paria hasta el límite con el macizo guayanes ubicado al sur del río Orinoco. Hacia el oeste del territorio continental venezolano, los Andes están representados por mínimos gravimétricos relativos con una clara orientación NE-SW. Las cuencas de Falcón, Guárico, Barinas y Apure (ubicación ver Figura 1) están representadas con anomalías de valor intermedio. Al norte de la línea de costa de Venezuela, los valores de anomalía de Bouguer incrementan progresivamente hasta alcanzar el máximo gravimétrico absoluto sobre la placa oceánica de la cuenca de Venezuela. Es importante destacar que las anomalías de valor positivo que se observan sobre las Antillas de Sotavento en el mapa de Aire Libre, no son visibles en el mapa de Bouguer, una vez más debido a que las reducciones de topografía y de Bouguer eliminan el efecto superficial morfológico permitiendo destacar la contextura cortical del basamento sobre el cual se asientan las islas. Debido a esto, los procesos matemáticos de filtraje y realzado de la anomalía gravimétrica se han aplicado sobre el mapa de Bouguer y no sobre el de Aire Libre, de forma de poder evaluar los gradientes y contrastes de densidades a niveles corticales.
Separación regional - residual
La separación regional - residual de la anomalía de Bouguer permite evaluar de forma individual las anomalías de larga longitud de onda, generadas por contrastes gravimétricos profundos o de carácter regional, de las anomalías de corta longitud de onda producidas por cuerpos de roca superficiales o de extensión areal más local.
Para este estudio se utilizaron cuatro métodos distintos con el objetivo de realizar la separación regional - residual de la anomalía de Bouguer: el método de superficies polinómicas, el método de filtrado, el método de continuación analítica de campo y una combinación entre filtrado y continuación analítica de campo. El criterio utilizado para seleccionar el mejor ajuste de la separación regional - residual entre los cuatro métodos utilizados, está basado en que el resultado debe representar de la forma más cercana las estructuras corticales conocidas generadoras de las anomalías gravimétricas regionales, es decir, un criterio geológico cualitativo. Una vez seleccionado el regional óptimo se le resta a la anomalía de Bouguer para obtener el residual correspondiente.
El mejor ajuste de las estructuras corticales se obtiene con el método combinado de aplicar un filtro gaussiano a una continuación analítica de campo hacia arriba a 40 km sobre el nivel de referencia en el mapa de anomalía de Bouguer (Figura 4).
En el mapa regional (Figura 4a) se evidencia que las anomalías tienen una orientación preferencial este - oeste disminuyendo progresivamente de norte a sur desde 332 mGal hasta -58 mGal en la cuenca Oriental de Venezuela.
El residual correspondiente (Figura 4b) conserva la tendencia este - oeste; sin embargo, revela de forma más definida las estructuras regionales más someras y las estructuras de extensión reducida pero más profundas.
Derivadas direccionales
La derivada direccional representa el gradiente de la anomalía gravimétrica por cada punto de medición de la misma. La representación cartográfica de las derivadas direccionales en los tres ejes preferenciales X, Y y Z permite resaltar los gradientes producidos por contrastes de densidad cuyas orientaciones se alinean con alguno de los ejes antes mencionados y poder darle así un contexto geológico o tectónico a la anomalía observada.
En el mapa de derivada direccional en X (Figura 5a) se observa que los gradientes presentes entre la placa oceánica del Caribe (cuenca de Venezuela) y la línea de costa del territorio continental venezolano son originados en una zona de corteza cuyo comportamiento gravimétrico es diferenciable de las cortezas ubicadas inmediatamente al norte y al sur de la misma, ya que se observan anomalías positivas de máximos valores de gradiente (17 x 10-4 mGal/km) que se extienden en dirección E-W.
Figura 5. Mapas de derivadas direccionales. Mapa de derivada en el eje X (a), mapa de derivada en el eje Y (b) y mapa de derivada en el eje Z (c).
Figure 5. Directional derivative maps. Derivative map in X (a), Derivative map in Y (b) Derivative map in Z (c).
La zona de corteza transicional que abarca las cuencas de Aruba, Bonaire, Curazao y la plataforma continental venezolana queda mejor delimitada en el mapa de derivada direccional en Y (Figura 5b) donde al norte se observa un gradiente positivo que se correlaciona con el cinturón de deformación del Caribe sur, estableciendo el límite norte entre la corteza transicional y la corteza propiamente oceánica de la placa Caribe. Al sur, los sistemas de fallas de San Sebastián - El Pilar se ven demarcados por otra zona de gradientes positivos con orientación E-W que se alinean con el trazo de la línea de costa venezolana. Gradientes positivos también se observan en las cuencas de Bonaire y Los Roques con orientación preferencial E-W y en las cuencas de Aruba y Curazao con orientación NW-SE.
La derivada direccional en Z (Figura 5c) dispersa la influencia de los sistemas de fallas y permite delimitar los gradientes positivos asociados a las cuencas sedimentarias, como por ejemplo, las cuencas de Cariaco y Bonaire donde se observan claramente los máximos gradientes. La cuenca de Los Roques se observa como una sucesión de máximos y mínimos valores de gradientes. Se resaltan muy bien los gradientes positivos asociados al adelgazamiento cortical del norte de Falcón (Sousa et al. 2005, Bezada et al. 2008) y se observa la anomalía de gradientes positivos que se prolonga desde la isla de Margarita hacia el arco de las Antillas Menores.
Estimación de profundidades
La estimación de las profundidades de los cuerpos generadores de las anomalías gravimétricas se realizó mediante el método de deconvolución de Euler utilizando un índice estructural de 1. Las soluciones de Euler se calcularon sobre el mapa de anomalía de Bouguer completa, pero para facilitar la interpretación cualitativa de índole geológica se representaron de forma separada las soluciones para las profundidades principales y se graficaron sobre el mapa de derivada direccional en Z (Figura 6).
Figura 6. Soluciones de Euler menores a 5 km (a) y entre 5 y 10 km (b) para el cálculo de la profundidad de los cuerpos generadores de anomalías gravimétricas. Para facilitar la interpretación se colocaron sobre el mapa de derivada en el eje Z donde se ilustra el gradiente vertical de la anomalía de Bouguer.
Figure 6. Euler solutions lesser to 5 km (a) and between 5 - 10 km (b) necessary to calculate the depth of gravity anomalies. To improve interpretation we put the Euler solutions over the Z derivative map that shows the vertical gradient of Bouguer anomaly.
Las soluciones de Euler menores a 5 km de profundidad (Figura 6a) tienen expresión en todas las secciones del mapa; sin embargo, se destacan algunas zonas de interés, como por ejemplo, en el cinturón de deformación del Caribe sur, el frente de corrimientos y la cuenca de Bonaire. Con esta representación, los sistemas de fallas transcurrentes del norte de Venezuela no parecen tener expresión definida como generadores de las anomalías gravimétricas.
Las soluciones de Euler entre 5 y 10 km de profundidad (Figura 6b) delimitan de forma más precisa las presencia de los sistemas de fallas transcurrentes y el cinturón deformado del Caribe sur.
Al norte de la isla de Margarita se evidencia que las anomalías de alto gradiente gravimétrico también coinciden con las soluciones más profundas hacia los bordes y las soluciones más someras en el centro de las anomalías. La misma secuencia de soluciones profundas en los bordes y soluciones someras en el centro de las anomalías de alto gradiente vertical ocurre también en la sucesión de anomalías que se observan entre el cinturón deformado del Caribe sur y las cuencas de Bonaire y Los Roques. Esta sucesión de anomalías fue descrita por Ughi (2012) e interpretada inicialmente como reminiscencias del proceso de desplazamiento de la placa Caribe hacia el este junto con el desplazamiento de la lámina de subducción del Atlántico (Ughi, 2011).
DISCUSIÓN
En esta investigación se han utilizados los análisis clásicos sobre la anomalía de Bouguer junto con la aplicación de filtros, continuación analítica de campo y derivadas direccionales para evaluar si las cortezas oceánica, transicional y continental presentes entre las placas del Caribe y suramericana poseen firmas gravimétricas distintivas que permitan diferenciar los límites tectónicos, geológicos o estructurales entre ellas.
La delimitación del límite corteza continental - corteza oceánica (CC-CO) posee una gran importancia debido a que constituye un parámetro esencial en modelos tectónicos de evolución de cuencas, además, la rigidez de la corteza está relacionada con su composición lo que influye en su comportamiento flexural.
Los mapas de derivadas direccionales aportan información útil en la delimitación de estructuras, por lo que los máximos demarcan los límites de la corteza de transición entre la corteza oceánica al norte del cinturón de deformación del Caribe sur y la corteza continental al sur del sistema de fallas de San Sebastián - El Pilar. Esta corteza de transición presenta una forma alargada y romboédrica en cuyo interior se observan alternancias de máximos y mínimos posiblemente asociados a las fallas presentes en la zona o a características intracorticales en el basamento de las cuencas sedimentarias.
Delimitación de la corteza continental y oceánica
El cinturón de deformación del Caribe sur presenta una huella gravimétrica distinguible tanto en el mapa de residuos como en los mapas de derivadas direccionales. Los elevados valores de gradiente (superiores a 29 x 10-4 mGal/km) permiten diferenciar el cambio entre corteza propiamente oceánica perteneciente a la placa Caribe y la corteza transicional. Tradicionalmente, el cinturón de deformación del Caribe sur es representado inclinándose hacia el territorio continental venezolano sobre los 66º W cerca de Cabo Codera; sin embargo, los mapas de residuos y gradientes (Figuras 4b, 5b y 5c) muestran que la firma gravimétrica característica se prolonga mucho más hacia el este llegando hasta el alto de Aves y el norte de la isla de Margarita.
La zona más ancha de esta corteza transicional se observa sobre las longitudes de 71º W a 72º W donde se extiende desde los 11º N hasta los 14º N y va progresivamente disminuyendo su extensión hacia el este hasta los 12º N (Figuras 5b y 5c). Hacia el sur se hace más difícil establecer el límite entre la corteza transicional y continental, ya que las anomalías gravimétricas son poco distintivas; sin embargo, en el mapa de derivada direccional en Y se observa una diferenciación con las anomalías presentes al sur del sistema de fallas transcurrentes de San Sebastián - El Pilar lo cual permite inferir que hay un cambio en las características estructurales de la corteza en esta zona que pudiera representar el límite sureño de la corteza transicional.
CONCLUSIONES
1. El análisis de las derivadas direccionales calculadas sobre la anomalía de Bouguer completa demuestra que el cinturón deformado del Caribe sur representa el límite sur de la placa Caribe. Este límite marca un cambio sustancial en la densidad de las rocas que diferencia la corteza típicamente oceánica del Caribe de la zona de corteza transicional; sin embargo, su extensión se prolonga hasta los 64º W interactuando con un complejo cúmulo de anomalías gravimétricas que se ubican al norte de la isla de Margarita. Las derivadas direccionales demuestran que el cinturón deformado del Caribe sur se extiende aproximadamente 250 km más al este de lo que se ha considerado previamente.
2. Mediante el estudio de las anomalías gravimétricas se demuestra que la corteza transicional se extiende desde el cinturón deformado del Caribe sur hasta el sistema de fallas de San Sebastián - El Pilar. Más aún, estudios de flexión de placas en la zona (Ughi et al., 2004) demuestran que el límite de la placa Caribe debe estar al norte de éste sistema de fallas transcurrentes, por lo que se interpreta que la corteza transicional es un bloque sobrecorrido y suturado a Suramérica y el sistema de fallas transcurrentes de San Sebastián - El Pilar pudiera representar la zona de sutura.
3. Las anomalías positivas en la derivada en Z (alto gradiente vertical del campo gravitatorio) al norte de la isla de Margarita y en las cuencas de Bonaire, Los Roques y La Blanquilla coinciden con soluciones de Euler menores a 5 km en el zenit de la anomalía y soluciones mayores a 10 km en los alrededores, lo que se interpreta como un adelgazamiento de corteza en esta zona. Esta misma firma distintiva se observa en la península de Paraguaná, donde Sousa et al. (2005) identificaron un adelgazamiento de corteza debajo de la misma.
Agradecimientos
Este trabajo representa una contribución al proyecto CDCH-UCV Nº: PI-08-8004-2011/1, "Estudio de la estructura cortical de las islas de sotavento al norte de Venezuela y su relación con la geodinámica de la placa Caribe", financiado por el Consejo para el Desarrollo Científico y Humanístico de la UCV, órgano al que expresamos nuestra gratitud.
REFERENCIAS
1. Aitken, T., Mann, P., Escalona, A. and Christenson, G., 2011. Evolution of the Grenada and Tobago basins and implications for arc migration. Marine and Petroleum Geology 28(1):235-258.
2. Audemard, F. A., 1993. Néotectonique, sismotectonique et aléa sismique du nord-ouest du Vénézuéla (systéme de failles d'Oca-Ancón). Ph.D. thesis, Université Montpellier II, 369 pp.
3. Audemard, F. E., 1991. Tectonics of western of Venezuela. Ph.D. thesis, Rice University, Texas, 245 pp.
4. Audemard, F. A., 1998. Evolution Géodynamique de la Facade Nord Sud-américaine: Nouveaux apports de l'Histoire Géologique du Bassin de Falcón, Vénézuéla. Proceedings XIV Caribbean Geological Conference, Trinidad, 1995 2:327- 340.
5. Audemard, F. A., 2001. Quaternary tectonics and present stress tensor of the inverted northern Falcón Basin, northwestern Venezuela. Journal of Structural Geology 23:431-453.
6. Audemard, F. E. and Audemard, F. A., 2002. Structure of the Mérida Andes, Venezuela: relations with the South America-Caribbean geodynamic interaction. Tectonophysics 345:299-327.
7. Audemard, F. A., Romero, G., Rendon, H. and Cano, V., 2005. Quaternary fault kinematics and strees tensors along the southern Caribbean from fault-slip data and focal mechanism solutions. Earth Science Reviews, 69: 181-233.
8. Beck, C., 1985. Las napas de Aragua - Cadena Caribe Central y la historia Mesozoica del margen sur del Caribe a lo largo del meridiano de Caracas. Memoir, Symposium Geodynamique des Caraibes, Paris 541 -551.
9. Bellizzia, G. A., 1972. Sistema Montañoso del Caribe, borde sur de la placa Caribe ¿es una cordillera alóctona?. Memorias 6ta Conferencia Geológica del Caribe, Margarita, Venezuela 247-258.
10. Bellizzia, G. A., 1986. Sistema Montañoso del Caribe, una cordillera alóctona en la parte norte de América del Sur. Sociedad Venezolana de Geólogos, Memorias VI Congreso Geológico Venezolano 10:6657- 6836.
11. Bezada, M., Schmitz, M., Jácome, M.I., Rodríguez, J., Audemard, F. and Izarra, C., 2008. Crustal structure in the Falcón Basin area, northwestern Venezuela, from seismic and gravimetric evidence. Journal of Geodynamics 45:191-200.
12. Bezada, M., Magnani, M., Zelt, C., Schmitz, M. and Levander, A., 2010. The Caribbean South American plate boundary at 65°W: Results from wide-angle seismic data. Journal of Geophysical Research 115, B08402.
13. Bosch, M. and Rodríguez, I., 1992. North Venezuelan collisional crustal block: The boundary between the Caribbean and South American plates. Journal of South American Earth Sciences 6: 133 - 143.
14. Boynton, C. H., Westbrook, G. K., Bott, M. H. and Long, R. E., 1979. A seismic refraction investigation of crustal structure beneath the Lesser Antilles island arc. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society 58:371-393.
15. Bouysse, P., 1988. Opening of the Grenada back-arc basin and evolution of the Caribbean plate during the Mesozoic and early Paleogene. Tectonophysics 149:121-143.
16. Case, J. E., Holcombe, T. L. and Martin, R. G., 1984. Map of geologic provinces in the Caribbean region - In: Bonini, W. and Hargraves, R. (eds.), The Caribbean-South American Plate Boundary and Regional Tectonics, GSA Memoir, vol. 162. Geological Society of America, Boulder, CO 1-30 pp.
17. Curet, E., 1992. Stratigraphy and evolution of the Tertiary Aruba basin. Journal of Petroleum Geology 153.
18. Dengo, G., 1951. Geología de la región de Caracas. Boletín de Geología, Caracas 1(1): 39 - 115.
19. Draper, G., Donovan, S. K. and Jackson, T. A., 1994. Geologic provinces of the Caribbean region - In: Donovan, S. K. and Jackson, T. A. (eds.), Caribbean Geology. The University of West Indies Publishers Association (UWIPA), Kingston, Jamaica, 3-12.
20. Driscoll, N. W. and Diebold, J. B., 1999. Tectonic and stratigraphic development of the eastern Caribbean: new constraints from multichannel seismic data - In: Mann, P. (ed.), Caribbean Basins, Sedimentary Basins of the World. Elsevier, Amsterdam, 591-626.
21. Escalona, A. and Mann, P., 2011. Tectonics, basin subsidence mechanisms, and paleogeography of the Caribbean-South American plate boundary zone. Marine and Petroleum Geology 28(1):1-32.
22. Fox, P. J. and Heezen, B. C., 1975. Geology of the Caribbean crust - In: Nairne, A. & Stehli, F. G. (eds.), The Ocean Basins and Margins. Plenum, New York, 421-466.
23. González de Juana, C., Iturralde, J. and Picard, X., 1980. Geología de Venezuela y de sus cuencas petrolíferas. Ediciones FONINVES, Caracas, Venezuela, 1031 pp.
24. Gorney, D., Escalona, A. and Mann, P., 2007. Chronology of Cenozoic tectonic events in western Venezuela and the Leeward Antilles based on integration of offshore seismic reflection data and on-land geology. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 91(5):653-684.
25. Holcombe, T. L., Ladd, J. W., Westbrook, G., Edgar, N. T. and Bowland, C. L., 1990. Caribbean marine geology; ridges and basin of the plate interior - In: Dengo, G., Case, J.E. (eds.), The Caribbean Region, the Geology of North America. Geological Society of America, Boulder, CO, 231-260.
26. Kane, M. F., 1962. A Comprehensive System of terrain corrections using a digital computer. Geophysics 27(4):455-462.
27. Macellari, C., 1995. Cenozoic sedimentation and tectonics of the southwestern Caribbean pull-apart basin, Venezuela and Colombia - In: Tankard, A., Suarez, S., Welsink, H. (eds.), Petroleum Basins of South America. American Association of Petroleum Geologists, Memoir 62:757-780.
28. Mann, P., 1999. Caribbean sedimentary basins: classification and tectonic setting from Jurassic to present - In: Mann, P. (ed.), Caribbean Basins. Sedimentary Basins of the World, vol. 4. Elsevier Science B.V, Amsterdam, 3-31.
29. Muessig, K., 1978. The central Falcon igneous suite, Venezuela: Alkaline basaltic intrusions of the Oligocene -Miocene age. Geologie en Mijnbouw 57:261-266.
30. Muessig, K., 1984. Structure and Cenozoic tectonics of the Falcon Basin, Venezuela, and adjacent areas - In: Tankard, A., Suarez, S. and Welsink, H. (eds.), Petroleum basins of South America: American Association of Petroleum Geologists, Memoir 62:217- 230.
31. Nagle, F., 1972. Rocks from seamounts and escarpments on the Aves Ridge - In: Transactions of the Sixth Caribbean Geological Conference. Queens College Press, Flushing, NY, 409-413.
32. Nagy, D., 1966. The prism method for terrain corrections using digital computers. Pure Applied Geophysics, 63:31-39.
33. Officer, C. B., Ewing, J. I., Edwards, R. S. and Johnson, H. R., 1957. Geophysical Investigations in the Eastern Caribbean: Venezuela Basin, Antilles Island Arc and Puerto Rico Trench. Geological Society of America Bulletin 68:359-378.
34. Ostos, M., 1990. Evolución tectónica del margen sur-central del Caribe basado en datos geoquímicos. Revista Geos, Universidad Central de Venezuela, Caracas, 30:1-294.
35. Palma, M., Audemard, F. and Romero, G. 2010. Nuevos mecanismos focales para Venezuela y areas vecinas 2005-2008: importancia de la densificación y distribución de la Red Sismológica Nacional. Revista Técnica de Ingeniería Universidad del Zulia, 33(2): 1-14.
36. Pawlowski, R., 2008. The use of gravity anomaly data for offshore continental margin demarcation. The Leading Edge (3):722-727.
37. Pérez, O., Bilham, R., Bendick, R., Velandia, J., Hernadez, C., Hoyer, M. and Kozuch, M., 2001. Velocity field across the southern Caribbean plate boundary and estimates of Caribbean-South American plate motion using GPS geodesy 1994-2000. Geophysical Research Letters 28:2987-2990.
38. Pindell, J. and Dewey, J., 1982. Permo-Triassic reconstruction of western Pangea and the evolution of the Gulf of Mexico-Caribbean region. Tectonics 1(2):179-212.
39. Pindell, J. and Barrett, S., 1990. Geological evolution of the Caribbean region: a plate tectonic perspective - In: Dengo, G. & Case, J. (eds.), The Caribbean Region. The Geology of North America, 405-432.
40. Pinet, B., Lajat, D., LeQuellec, P. and Bouysse, P., 1985. Structure of Aves Ridge and Grenada basin from multi-channel seismic data - In: Mascle, A. (ed.), Symposium Geodynamique des Caraibes. Technip, Paris, 53-64.
41. Renz, H. H., 1948. Stratigraphy and fauna of the Agua Salada Group, State of Falcon, Venezuela. Geological Society of America, Memoir 32, 219 pp.
42. Silver, E. A., Case, J. E. and MacGillavry, H. J., 1975. Geophysical study of the Venezuelan Borderland. Geological Society of America Bulletin 86:213-266.
43. Singer, A. and Audemard, F. A., 1997. Aportes de Funvisis al desarrollo de la geología de fallas activas y de la paleosismología para los estudios de amenaza y riesgo sísmico - In: Grases, J. (ed.), Diseño sismorresistente: especificaciones y criterios empleados en Venezuela. Publicación Especial de la Academia de Ciencias Físicas, Matemáticas y Naturales 33:25-38.
44. Sousa, J., Rodríguez, J., Giraldo, C., Rodríguez, I., Audemard, F. and Alezones, R., 2005. An integrated geological-geophysical profile across northwestern Venezuela - In: 6º Simposio Internacional de Geodinámica Andina, Barcelona, España, memorias en CD.
45. Stephan, J. F., 1982. Evolution géodinamique du domaine Caraibe, Andes et chaine Caraibe sur la transversale de Barquisimeto (Vénézuéla). PhD thesis, Paris, 512 pp.
46. Stephan, J. F., 1985. Andes et Chaine Caraibe sur la transversale de Barquisimeto (Venezuela). Memoir, Symposiun Geodynamique de Caraibes, Paris, 505-532.
47. Trenkamp, R., Kellogg, J.N., Freymuller, J.T. and Mora, H.P., 2002. Wide plate margin deformation, southern Central America and northwestern South America, CASA GPS observations. Journal of South American Earth Sciences 15:157-171.
48. Ughi, A., 2011. Flexión litosférica en la zona de subducción oceánica Caribe - Atlántico: características elásticas y edad de las placas. Geología Colombiana, Edición Especial 36(1):73-90.
49. Ughi, A., 2012. Estudio gravimétrico de la estructura cortical en la cuenca de Grenada y las Antillas Menores. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 29(2):432-449.
50. Ughi, A., Reyes, J., and Rodríguez, I., 2004. Modelado geodinámico por medio del análisis de flexión de placas en la región central de Venezuela. Memorias, XII Congreso Venezolano de Geofísica, Caracas, Venezuela, memorias en CD.
51. Weber, J. C., Dixon, T. H., DeMets, C., Ambeh, W. B., Jansma, P., Mattioli, G., Saleh, J., Sella, G., Bilham, R. and Pérez, O., 2001. GPS stimate of relative motion between the Caribbean and South American plates and geological implications for Trinidad and Venezuela. Geology 29(1):75-78.
52. Wheeler, C., 1963. Oligocene and Lower Miocene stratigraphy of western and northwestern Falcon Basin, Venezuela. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 47(1):35-68.
Recibido: 25-09-2013
Aceptado: 03-02-2014