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Geometría y estructuras de la cuenca neógena de Loja a partir dedatos gravimétricos (Andes Ecuatorianos)

Geometry and structure of the Loja Neogene Basin from gravity data (Central Ecuadorian Andes)

Jesús Galindo-Zaldívar (1,2), John Soto (3), Patricia Ruano (1,2), José Tamay (3), Francisco Lamas (4), José Guartán (3),José Miguel Azañón (1,2) y Agustín Paladines (3)

(1) Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (CSIC � Univ. de Granada). Facultad de Ciencias. 18071. Granada. jgalindo@ugr.es; pruano@ugr.es;jazanon@ugr.es(2) Departamento de Geodinámica. Facultad de Ciencias.18071. Granada.(3) Universidad Técnica Particular de Loja (Ecuador), San Cayetano Alto, apartado postal 11-01-608. jesoto@utpl.edu.ec; jvtamay@utpl.edu.ec;jaguartan@utpl.edu.ec; apaladines1@uio.satnet.net(4) Departamento de Ingeniería Civil. E.T.S Ing. Caminos, Canales y Puertos. Universidad de Granada 18071. Granada. flamas@ugr.es

ABSTRACT

The recent tectonic evolution of the central Andes is driven by the subduction of the oceanic Nazca platebelow the South America continental crust. This process has produced relief uplift and the isolation anddeformation of intramontane retroarc foreland basins. In this setting, the Loja Basin is a N-S elongated andasymmetrical syncline infilled by sediments since the Middle-Late Miocene. While the western area only hasundergone eastwards tilting with low dips, the eastern sector is affected by large open N-S folds and by aneastward verging reverse fault zone, several hundreds of meters wide. New gravity measurements constraintsthe geometry of the sedimentary infill, indicating maximum thickness displaced eastwards in respect to thecentral axis of the basin, probably as consequence of the activity of reverse faults. These data reveals theprogressive development of eastwards verging structures at the shallow crustal Andean orogenic wedge sincethe Miocene.

Key words: Andes, recent tectonics, gravimetry, neogene basin.

Geogaceta, 48 (2010), 215-218 Fecha de recepción: 15 de febrero de 2010ISSN: 0213-683X Fecha de revisión: 21 de abril de 2010

Fecha de aceptación: 28 de mayo de 2010

Introducción

Ecuador forma parte del cinturón defuego del Pacifico y tiene un volcanismoy una sismicidad muy activas. Gran partede su territorio forma parte de la Cordille-ra de los Andes y en su entorno figura unadorsal oceánica activa denominada«Carneggie ridge» o dorsal de Galápagosque se sitúa entre las placas de Cocos yNazca (Fig 1A).

La Cordillera de los Andes se ha for-mado como consecuencia de lasubducción a lo largo de la Fosa de Chilede cortezas oceánicas situadas en el Pací-fico bajo la corteza continental de la Pla-ca Sudamericana.

En los Andes centrales y septentriona-les (Fig. 1B) la placa de Nazca subdujobajo Sudamerica a una velocidad media de10 cm/año (Norabuena et al., 1999). Sinembargo, desde hace aproximadamente10-12 Ma (Mioceno Medio-Superior), lavelocidad disminuyó hasta 7 cm/año debi-do posiblemente al acoplamiento entre lasplacas y a la creación de relieve(Laffaldano and Bunge, 2008). En este

contexto las cuencas sedimentariasintramontañosas sinorogénicas del Ecua-dor (Cuencas de Antepaís de Retroarco),se desarrollaron a partir del Oligoceno Su-perior, momento de máxima actividadorogénica. Sin embargo, más recientemen-te, se ha producido una nueva reactivación

del proceso orogénico andino con creaciónde nuevo relieve que ha dado lugar al de-sarrollo de nuevas cuencas neógenas ycuaternarias sinorogénicas.

La Cuenca de Loja (Fig. 1) formaparte de las cuencas intramontañosasneógenas de la zona Sur del corredor

Fig. 1.- Localización geológica de la Cuenca de Loja en los Andes Ecuatorianos. A, Principalesplacas tectónicas. B, Situación de la zona.

Fig. 1.- Geological setting of the Loja Basin in the Ecuadorian Andes. A, Main tectonic plates. B,Location of study area.

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Interandino. Se localiza en la parte me-ridional de Ecuador, próxima a la divi-soria de aguas entre los océanos Atlán-tico y Pacífico. Está rellena por rocasesenc ia lmente de t r í t i cas de edadMioceno Medio y Super iordiscordantes sobre el basamento decomposición dominante metapelítica,localmente con intrusiones de rocasígneas. Su secuencia sedimentarianeógena ha s ido es tab lec ida porKennerley (1980) y estudiada en deta-lle por Hungerbühler et al. (2002)quienes proponen la existencia de una l to es t ruc tura l que separó dossubcuencas para justificar las diferen-c ias en t re l as se r ies . E l re l l enosedimentario se inició con depósitosfluviales, deltáicos y lacustres que enel sector occidental corresponden demuro a techo, a las formaciones Trigal,La Banda y Belén, mientras que en eloriental están integradas en la forma-ción San Cayetano. Sobre ellas reposadiscordantemente la formaciónQuillollaco. Sin embargo, no existendataciones precisas de estas formacio-nes. Los estudios previos de la estructu-ra interna indican una mitad oriental de-formada por pliegues de orientación N-S que estaría separada de la occidentalpor una falla vertical (Kennerley yAlmeida, 1973; 1975) o normal inclina-da al Oeste (Hungerbühler et al., 2002).

Esta falla habría sufrido inversióntectónica, rotaría y se formarían fallasnuevas inversas con buzamientos al Esteque serían las responsables de la indivi-dualización de ambas subcuencas. Sinembargo, los estudios realizados duranteeste trabajo no han permitido identificaresta zona de falla de posición central enla cuenca. La región está muy cubiertay no existen datos detallados sobre lascaracterísticas de los pliegues y fallasni datos sobre la geología del subsuelo

que permitan conocer la estructura pro-funda de la cuenca.

El objetivo de este trabajo es estable-cer la geometría profunda de la cuencade Loja y la importancia de la tectónicaen la distribución actual del rellenosedimentario. Para ello se integrarán lasobservaciones geológicas de campo condatos gravimétricos tomados sobre unatransversal realizada en la parte centralde dicha cuenca.

Adquisición y procesado de datosgravimétricos

Las medidas gravimétricas hans ido rea l izadas en sept iembre de2 0 0 9 m e d i a n t e u n g r a v í m e t r oScintrex CG5 con precis ión de 1microGal, la posición en planta conun navegador GPS y la cota con unaltímetro barométrico de 1m de pre-cisión junto con un barógrafo de re-gistro continuo e instalado en una es-tación fija. Se ha tomado como refe-r e n c i a l a b a s e g r a v i m é t r i c a d eGranada (España) del Instituto Geo-gráfico Nacional, que fue utilizadapara instalar una nueva base en laUniversidad Técnica Particular deLoja (UTPL, Ecuador), ya que eneste país no existe una red densa deestaciones gravimétricas. La derivaen es te c ic lo fue in fe r io r a 0 .05mGal.

A partir de la base en la UTPL se rea-lizaron 136 medidas a lo largo de perfi-les aproximadamente perpendiculares yparalelos a la elongación N-S de la cuen-ca y medidas aisladas distribuidas paramejorar la cobertura en planta (Fig.4).La anomalía de Bouguer calculada con

Fig. 2.- Esquema geológico de la Cuenca de Loja. Situación en Fig. 1B. Los contactos entreformaciones son discordantes.

Fig. 2.- Geological sketch of the Loja Basin. Location in Fig. 1B. Contacts between formationsare unconformities.

Fig. 3.- Cabalgamientos N-S y pliegues apretados en la Fm. San Cayetano.

Fig. 3.- N-S trending thrusts and tight fold in San Cayetano Fm.

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Geometría y estructura de la cuenca neógena de Loja a partir de datos gravimétricos (Andes Ecuatorianos)

una densidad de referencia de 2,67 g/cm3

incluye la corrección topográfica hasta20 km obtenida a partir del modelodigital de terreno SRTM 3 realizado porla NASA (ftp://e0mss21u.ecs.nasa.gov/srtm/) con una malla de 90 m. Los mode-los gravimétricos se han realizado me-

Fig. 4.- Mapa de anomalía de Bouguer de la Cuenca de Loja. Densidad de referencia, 2.67 g/cm3. Los puntos negros indican las estacionesmedidas.

Fig. 4.- Bouguer Anomaly map of the Loja Basin. 2.67 g/cm3 reference density. Black dots are the measurement stations.

diante el programa GRAVMAG (Pedleyet al., 1993).

Estructura de la Cuenca de Loja

La cuenca de Loja (Fig. 2) es unasinforma compleja con algunos pliegues

aislados muy abiertos de ejes general-mente orientados N-S. Su mitad orientalestá afectada por pliegues algo más apre-tados, cuyos flancos pueden buzar más de50°. Hacia la parte central de la cuenca seidentifica una zona de cabalgamientos(Fig. 3) de orientación N-S y vergencia

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Fig. 5.- Perfil y modelo gravimétrico de la transversal central de la Cuenca de Loja. Posiciónen Fig. 4.

Fig. 5.- Profile and gravity model of the central transect of the Loja Basin. Location in Fig. 4.

hacia el Este que afecta a la formacióninferior (San Cayetano).

La anomalía de Bouguer tiene valo-res negativos en la región, comprendi-dos entre -197 y -211 mGals (Fig. 4),que corresponden a una corteza conti-nental netamente engrosada. Si se con-sidera la anomalía regional obtenida apartir de los valores medidos en el ba-samento, la cuenca tiene mínimos deanomalía residual que alcanzan -8mGal, elongados N-S y desplazados ha-cia el Este desde su zona central, queindican la asimetría en su relleno. Apartir de los datos gravimétricos y losdatos geológicos de campo se ha calcu-lado un modelo gravimétrico de distri-bución de densidades (Fig. 5) que com-pleta la imagen de la estructura profun-da de la cuenca en su transversalcentral.

Discusión y conclusiones

A partir del Mioceno Medio-Supe-rior el empuje de la placa de Nazca quesubduce bajo el margen continentalSudamericano ha reactivado el procesoorogénico andino, dando lugar a un re-juvenecimiento del relieve y al desarro-l lo de cuencas intramontañosassinorogénicas.

Estas cuencas han sido comprimidasen dirección E-O y han desarrollado plie-gues, cabalgamientos y fallas inversas deorientación N-S. La deformación se hadesarrollado en varias etapas, tal y comolo demuestra la disminución del acorta-miento asociado a las estructuras en lasformaciones sedimentarias más recientes(Fm. Quillollaco), lo que marcaría el ca-rácter sintectónico (sinorogénico) de dichacuenca.

La cuenca de Loja es esencialmenteuna sinforma, relativamente compleja ensu interior, ya que aparece afectada porpliegues menores, cabalgamientos y fa-llas, sobre todo en su mitad oriental. Losdatos gravimétricos han contribuido areconocer por primera vez la geometríaprofunda de dicha cuenca. La distribu-ción de sedimentos puede explicarsemediante un modelo bastante sencillo,en el que destaca un importante alto debasamento en su tercio más oriental (Fig.5). Este alto estructural coincide ademáscon un máximo en el espesor del rellenosedimentario y con el límite de la zonamás intensamente deformada. Esteefecto puede ser consecuencia de la ac-tividad de una falla inversa que cobija-ría un gran espesor de sedimentos de lacuenca en su bloque más oriental. Tantolos datos geológicos de campo como la

interpretación gravimétrica indican quelas fallas inversas y cabalgamientos tie-nen vergencia Este, opuesta a la que ha-bía sido propuestas hasta el momento. Lapresencia de esta estructura sugiere laexistencia de un despegue en la partemás oriental y superficial de la cuencaque explicaría el sistema de pliegues queallí aparece (Fig. 3) y que acomodaríagran parte del desplazamiento de la fallainversa profunda. Dichos pliegues ha-brían tenido actividad desde el MiocenoMedio. La presencia y actividad de la fa-lla inversa y el despegue superficial conella relacionado podrían estar asociadoscon la actividad sísmica de la región.

Agradecimientos

Se agradecen las sugerencias detalla-das del Dr. Nemesio Heredia y un revi-sor anónimo que han permitido mejorarnotablemente el contenido y la presenta-ción del trabajo. Este trabajo ha sido fi-nanciado por la AECID, proyecto A/021488/08 y el grupo RNM-148 Junta deAndalucía.

Referencias

Hungerbühler, D., Steinmann, M.,Winkler, W., Sewards, D., Egüez, A.,Peterson, D.E., Helg, U. y Hammer, C.(2002). Earth-Science Reviews, 57, 75-124.

Kennerley, J.B. (1980). Overseas Geolo-gy and Mineral Resources, 55, 17 p.

Kennerley, J.B. y Almeida, L. (1973).Mapa geológico de Ecuador, hoja deGonzanamá (57) 1:100.000. InstitutoGeográfico Militar.

Kennerley, J.B. y Almeida, L. (1975).Mapa geológico de Ecuador, hoja deLoja (56) 1:100.000. Instituto Geográ-fico Militar.

Laffaldano, G. y Bunge, H.P. (2008).Geology, 36, 443-446.

Norabuena E.O., Dixon T.H., Stein S. yHarrison C.G.A. (1999). GeophysicalResearch Letters, 26, 3405� 3408.

Pedley, R.C., Busby, J.P. y Dabeck, Z.K.(1993). British Geological Survey, Te-chnical Report WK/93/26/R, 75p.