Angulo de Subducción En la Formación de Yacimientos

ANGULO DE SUBDUCCIÓN EN LA FORMACIÓN DE YACIMIENTOS MINERALES José Andrés Yparraguirre Calderón [email protected] Gerente de Laboratorio de FAIngenieros SAC

1.- Zona de subducción La subducción de placas es el proceso de hundimiento de una placa litosfera bajo bajo otra en un límite convergente, según según la teoría de tectónica de placas. La L a subducción ocurre a lo largo de amplias zonas de subducción que en el presente se concentran en las costas del océano Pacífico en en el llamado cinturón de fuego del Pacífico pero p ero también hay zonas de subducción en partes del mar Mediterráneo, las l as  Antillas, las  Antillas  Antillas del Sur y la costa índica de Indonesia. de Indonesia. La subducción es causada por dos fuerzas tectónicas, una que proviene del empuje de las dorsales meso-oceánicas y otra que deriva del jale de bloques. La subducción provoca muchos terremotos de gran magnitud los cuales se originan en la zona de Benioff. La L a subducción también causa la fusión la  fusión parcial de parte de  parte del manto terrestre generando magma que asciende dando lugar a volcanes. El ángulo de subducción, que forma el plano de la  la   zona de Benioff con con la superficie terrestre, puede variar de cerca de 90° en las Marianas a tan sólo 10° en Perú. La corteza oceánica que está en camino de ser subducida en la fosa de las Marianas es la corteza oceánica más antigua de la Tierra sin contar  ofiolitas. contar  ofiolitas. La La subducción empinada está asociada a extensión de retroarco, pr ovocando ovocando la migración de corteza de los arcos volcánicos y fragmentos de corteza continental dejando atrás un  mar marginal. marginal .

Figura 1.- Zona de Subducción

1.1.- Placa de Nazca La placa de Nazca es una placa tectónica oceánica que se encuentra en el océano Pacífico or iental, frente a la costa occidental de América del Sur, en el litoral de Perú El borde oriental de la placa se encuentra dentro de en una zona de subducción bajo la placa Sudamericana, lo que ha dado origen a la cordillera de los Andes y a la fosa peruanochilena. El límite austral de la placa de Nazca con respecto a la placa Antártica está formado por la dorsal de Chile, y el límite occidental con la placa del Pacífico por la dorsal del Pacífico Oriental. En el norte el límite de la placa de Nazca con la placa de Cocos está formado en gran parte por la dorsal de Galápagos. Los límites con estas tres placas oceánicas son divergentes aunque abundan también trayectos transformantes. En el occidente de la placa de Nazca, específicamente en las zonas de unión entre las placas, existen tres microplacas. Las islas Galápagos se encuentra en la unión de las de Nazca, del Pacífico y de Cocos. La de Juan Fernández en el borde entre la del Pacífico, la de Nazca y la Antártica, y la de  Isla de Pascua (se encuentra cerca pero no abarca la isla de Pascua) en el límite entre Nazca y del Pacífico, un poco más al norte que la de Juan Fernández. La subducción de la placa de Nazca frente a las costas sudamericanas, ha provocado que esta área sea altamente sísmica y volcánica. Cabe destacar el gran terremoto de Valdivia de 1960, cuya magnitud superó los 9,5 MW, que ha sido el más fuerte movimiento telúrico medido con instrumentos en la historia de la humanidad, con el cual se ha estudiado la  zona Sur de Chile y se descubrió una microplaca llamada placa de Chile que se extiende desde la península de Arauco por el norte hasta la península de Taitao en la confluencia de las placas Sudamericana, Nazca y Antártica. 1.2.- Placa sudamericana La placa Sudamericana es una placa tectónica que abarca dicho subcontinente y la porción del océano Atlántico Sur comprendida entre la costa sudamericana y la dorsal mesoatlántica, esta placa abarca unos 10 millones de kilómetros cuadrados. El límite convergente en el oeste ha generado dos notables fenómenos: la cordillera de los Andes y la fosa peruano-chilena; mientras que en el este el límite divergente con la  placa Africana permitió la aparición del océano Atlántico y, posteriormente, la dorsal mesoatlántica. Las placas limítrofes son:    

Al Norte, la placa del Caribe y la placa Norteamericana. Al Sur, la placa Antártica. Al Este, la placa Africana. Al Oeste, la placa de Nazca (la cual está incrustada bajo la placa sudamericana).

La placa sudamericana está moviéndose hacia el oeste, alejándose de la dorsal mesoatlántica. La placa de Nazca es más densa y se está moviendo hacia el este por lo que

está subduciendo bajo el borde occidental de la placa sudamericana a un ritmo de 77 milímetros por año. Esta colisión de placas es responsable de elevar la cadena de los Andes (continúa haciéndolo) y de causar la aparición de los volcanes que están alineados a lo largo de la zona.

Figura: 2.- Placa de Nazca interactuando con placa Sudamérica. 1.3.- Zona de Benioff Cuando la litosfera oceánica subduce, lo hace por un plano inclinado, que corta a la superficie siguiendo un arco marcado por la presencia de una fosa oceánica. Donde la placa que subduce roza con la opuesta se producen terremotos de manera regular, cuyos focos quedan proyectados en el mapa en el lado interno o cóncavo del arco dibujado por la fosa, es decir, por la línea de subducción. Esa zona, en la que son frecuentes los terremotos, es la que se denomina zona de Benioff. El plano de fricción entre las dos placas que convergen se llama plano de Benioff, y es en él donde se concentran los focos o hipocentros de los  terremotos. Que los hipocentros se presentan a mayor profundidad cuanto mayor es la distancia a la fosa fue observado ya por Benioff. Los terremotos que caracterizan a la zona son de tres tipos por su mecanismo:

a) En la zona más próxima a la fosa, la signatura sísmica revela un origen distensivo, que se interpreta como efecto del encorvamiento de la litosfera cuando inicia la subducción. En la parte media y más extensa, los terremotos son de fricción, y se deben a la b) que se produce entre las dos placas en el plano de Benioff. c) Los terremotos más profundos, de 300 km a 700 km de profundidad, y más alejados de la fosa se supone que son resultado de una contracción brusca de los materiales que subducen. Se atribuye a una transición de fase crítica, en la que los materiales se adaptan a la presión adoptando repentinamente estructuras cristalinas más compactas sin cambio de la composición química. 2.- Modelos para el proceso de subducción Los estudios realizados para conocer el modelo ó la geometría del proceso de subducción utilizando datos telesísmicos, regionales y locales son diversos, pero en conjunto han permitido tener una idea general sobre la forma como se realiza este proceso en el borde Oeste de Perú. Los resultados obtenidos por diferentes autores se detallan a continuación: 2.1.- Barazangi e Isacks (1976  –  1979) La Región norte-centro buza con 10° hasta unos 100km de profundidad a partir de la cual se hace horizontal. En el Sur, el ángulo de buzamiento incrementa a 30° hasta unos 300 km. Postulan además que existe una ruptura en la litosfera que separa estas dos regiones.

Figura: 3.- Modelo de Barazangi e Isacks (1976-1979).

3.2.- Hasegawa y Sacks (1981). Estos autores utilizaron datos registrados por una red sísmica local instalada en la región Sur de Perú. Según sus resultados, sugieren que en esta región el proceso de subducción se produce con un ángulo de inclinación de aproximadamente 30° hasta una profundidad del orden de 300 km. Hacia la región Central, la subducción conserva el mismo ángulo pero esta se hace horizontal a una profundidad de 100 km. Estos autores concluyen que la forma de la placa subducente es continua y que el cambio en el modo de subducción, entre la región Norte, Centro y Sur se produce con una contorsión de la placa.

Figura: 5.- Modelo de Hasegawa y Sacks (1981).

2.3.- Grange (1984). Este autor, utilizando datos de una red sísmica local instalada en la región Sur de Perú, propone que el proceso de subducción en esta región se realiza con un ángulo de 30° constante hasta una profundidad de 250 km, para luego disminuir hacia la región Central hasta alcanzar una profundidad del orden de 100 km. Entre ambos modos de subducción, el autor indica que la placa se contorsiona.

Figura: 6.- Modelo de Grange (1984).

2.4.- Rodríguez y Tavera (1991). Los autores determinaron la geometría del proceso de subducción para la región Central de Perú utilizando datos obtenidos de cuatro redes sísmicas locales que funcionaron en diversos periodos de tiempo. A partir de sus resultados, los autores postularon que en la región Central el proceso de subducción se realiza con un ángulo promedio de 30° hasta una profundidad de 107 km para luego desplazarse de manera casi horizontal por debajo del continente hasta 650 km de distancia desde la línea de fosa. Hacia la región Sur, el ángulo de subducción se mantendría en 30° y la placa de Nazca se contorsionaría para pasar de un modo de subducción subhorizontal a otro normal.

Figura: 7.- Modelo de Rodriguez y Tavera (1991)

2.5.- Cahill y Isacks (1992).  Ambos autores evalúan cuantitativamente una base de datos para el periodo de 19631989 extraída del catálogo NEIC (National Earthquake International Center) y el ISC (International Seismological Center), a fin de estudiar la geometría del proceso de subducción en Sudamérica. La selección de los datos se realiza en función de los valores de las residuales obtenidas en la localización de los sismos, frecuencia sísmica y relación magnitud vs número de estaciones que registraron el sismo. Los autores proponen un esquema 3D para la geometría del proceso de subducción entre las latitudes de 7°S a 40°S. Para el Perú, los autores proponen que la subducción se iniciaría, desde la fosa, con un ángulo de 27°-30° para luego ser continua por debajo del continente mostrando la presencia de dos tipos de subducción: una subducción subhorizontal presente en la zona Central de Perú (entre 7°S-16°S) y otra de tipo normal presente en la región Sur de Perú (al Sur de los 16°S).

Figura: 8.- Modelo de Cahill e Isacks (1992).

2.6.- Tavera y Buforn (1998). Estos autores proponen un modelo 3D para el proceso de subducción en Perú a partir de una base de datos extraída del NEIC (National Earthquake Information Center) para el periodo 1960-1995 (mb 5.0). Los autores indican la existencia de dos modos de subducción: una casi horizontal presentes en las regiones Norte y Centro de Perú con profundidades del orden de 100-120 km y distancias, desde la fosa, de 700 a 500 km respectivamente. En la zona Sur, el proceso de subducción se mantiene constante con un ángulo de 30° hasta 300 km de profundidad y distancias desde la fosa de400 km. Los autores remarcan la heterogeneidad en el modo de subducción, la contorsión de la placa y las distancias alcanzadas, desde la fosa, por debajo del continente.

Figura: 9.- Modelo de Subducción de Tvera y Buforn (1998). 3.- Importancia en formación de yacimientos Morfológicamente en el Perú se observa once zonas, con una mineralización metálica peculiar en cada una de ellas. Geotectónicamente hubo una Orogénesis Hercínica en la Cadena Costera en la Cordillera Oriental con un tectonismo Eohercínico en el Devónico Superior, tectonismo Neohercínico en el Permiano Medio; Orogénesis Andina en la Cordillera Occidental, Central y Subandina del Cretáceo Superior al Terciario Superior. Los yacimientos metálicos tienen una distribución en franjas paralelas a la Cordillera de los  Andes conocido como Provincias Metalogenéticas; de Oeste a Este se tiene: fierro, cobre dentro de ella oro en un cierto sector, plata y polimetálico, polimetálico, oro y polimetálico, lavadero de oro, con una geología peculiar en cada una de ellas. Estas Provincias Metalogenéticas se han mineralizado en diferentes Épocas conocido como Épocas Metalogenéticas, ellas se realizaron con el Paleozoico, Cretáceo Superior - Terciario Inferior, Terciario Superior, y el Cuaternario. Todo lo expresado se realizó por efecto del Tectonismo de Placas de convergencia conocido como Placa de Nazca y Placa de América que dio lugar a la formación de la Cordillera de los Andes, a su magmatismo y a su mineralización.

Figura 11.- Generación de magmas en zona de subducción. La riqueza en metales de la Cadena se relaciona en primer lugar con su notable actividad magmática calcoalcalina, y la mayoría de sus depósitos metalíferos están directa o indirectamente asociados a ella. Aunque la mayor parte de las rocas ígneas plutónicas y volcánicas de edad paleozoica y mesozoica pertenecen a la serie calcoalcalina, también se asocian a ella rocas shoshoníticas (ricas en K) así como alcalinas (con alto K+Na). También hay basaltos toleíticos (propios de dorsales oceánicas) en prismas de rocas acrecionadas al borde continental en Ecuador y Colombia. Excepto estas últimas, la composición química e isotópica de las rocas andinas es consistente con un origen común, correspondiente a una cuña de manto litosférico situada entre la corteza continental y la placa oceánica subductada. Sin embargo, las variaciones composicionales sugieren que la participación relativa del manto y de la placa subductada no siempre fue la misma. Igualmente, el efecto de la corteza continental sobre los magmas que la atravesaron fue mínima en algunos casos y significativa en otros, lo que se expresa en la gama de valores de la relación isotópica inicial 87Sr/ 86/Sr. El mecanismo de generación magmática implica la participación de la corteza oceánica hidratada que cubre la placa litosférica subductada bajo el Continente, cuya fusión parcial aporta agua y otras substancias volátiles, así como componentes silicatados de bajo punto de fusión. Ese aporte favorece la fusión, también parcial, de materiales silicatados del manto. Los magmas así formados ascienden a través del Manto y la Corteza y experimentan, en distinto grado, tanto procesos de diferenciación como de contaminación, hasta emplazarse, ya sea en profundidad (batolitos) o en niveles intermedios, o bien ser expulsados en la superficie como materiales volcánicos efusivos o piroclásticos. Durante el proceso de ascenso de los magmas andinos, parte de las r ocas volcánicas antes formadas pueden ser asimiladas por los nuevos magmas, un proceso bien establecido en el Batolito de la Costa de Perú, que ha sido calificado como canibalístico por los especialistas. Sin embargo, puesto que la composición de las rocas parcialmente asimiladas no difiere

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mucho de la de los nuevos magmas, ello afecta poco su composición química o isotópica. Una posible excepción corresponde a aquellos cationes de gran radio iónico, como K, Rb y Ba, así como a metales pesados de fácil extracción, como Pb, Cu, Mo y metales preciosos, los cuales podrían ser incorporados a la fase magmática, enriqueciendo su potencial metalífero.

Como resultado del proceso de subducción o inmersión de la corteza oceánica debajo de la continental, se origina un arco volcánico y una cuenca de trasarco por tectónica extensional. En esta cuenca también se depositan los VMS y en los arcos los pórfidos cupríferos, Skarn y depósitos Epitermales. 4.- Conclusiones     

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La geometría de la placa de Nazca subduce siguiendo una pendiente de 25°-30° hasta una profundidad que oscila entre 100 y 150 km (aumenta de Norte a Sur). La subducción de la Placa de Nazca y Sudamericana influenciaron al levantamiento de la cordillera de los Andes. La placa de Nazca esta fracturada en 3 (Nazca Norte, Nazca Centro y Nazca Sur) Hay varios modelos creados de la Geometría de la Placa de Nazca. La riqueza en metales de la Cadena de los Andes se relaciona en primer lugar con su notable actividad magmática en los volcanes producto de la subducción entre las placas de Nazca y Sudamericana. Si el ángulo es alto (45° o más) el arco y retroarco estarán bajo extensión, con importante actividad magmática. Es característico del encuentro entre placas oceánicas y es denominado tipo Marianas. Si el ángulo es de aproximadamente 30°, orógeno tipo andino o chileno, se instala un arco magmático, en donde alternan etapas distensivas con actividad magmática y otras compresivas que producen sismicidad y estructuras tectónicas del tipo pliegues y fallas. En la cual por la presencia de esta actividad volcánica y presencia de fallas se generan muchos yacimientos en el Perú y otros países como mencionamos en importantes yacimientos.

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