Cinemática de las fallas mayores del Macizo de Santander - énfasis en el modelo estructural y temporalidad al sur de la Falla de Bucaramanga

Abstract

El objetivo general del presente trabajo es obtener un modelo estructural de la deformación frágil del Macizo de Santander, con énfasis en el extremo sur de la Falla de Bucaramanga, incluyendo aspectos de temporalidad. Ante la incertidumbre de los modelos existentes sobre la geología estructural del Macizo de Santander, se presenta aquí una propuesta de los estilos estructurales del macizo y zonas adyacentes, la cual se consiguió con el análisis e integración de la cartografía geológica regional, trabajos existentes y modelos digitales del terreno. Se define la continuidad, vergencia y cinemática de las estructuras mayores, identificando como estructura principal de la zona el Sistema de Fallas S2M2 integrado de sur a norte por las fallas de Soapaga, Río Servitá, Mutiscua y Las Mercedes, el cual constituye el límite E del “Alto de Santander”. En el macizo predominan las fallas de rumbo sinestral y resalta la estructura en flor positiva de Bucaramanga, de doble vergencia (simétrica), con el bloque E limitado por la Falla de Guamalito y el bloque W por la Falla de Lebrija. La exposición de las rocas más antiguas de la zona se relaciona con esta estructura transpresiva y con la Cuña de Pamplona, que a su vez se define como la zona de deformación más joven del área. El modelo estructural del Macizo de Santander que se presenta aquí está soportado en el análisis de indicadores cinemáticos y tensores de esfuerzo. Los 236 tensores obtenidos en 100 estaciones de campo ayudan a explicar la configuración del macizo con un modelo transpresivo sinestral, en estructura en flor positiva, con bloques en estilo dominó adyacentes a la Falla de Bucaramanga y donde las fallas internas muestran cinemática contraria (dextral). Al norte del macizo se identifica también el dominó de Teorama. Estas estructuras transpresivas se expresan con un tensor regional W-E con azimut aproximado a 95°, el cual se identifica como el campo actual de esfuerzos por las relaciones de corte observadas en la Cuña de Pamplona. Los tensores también indican un patrón radial del SHm (Sigma horizontal máximo) hacia el frente de deformación de esta cuña orogénica, cuya influencia alcanza el borde W del Macizo de Santander. El tensor regional W-E permite también explicar la sintaxis tectónica que se configura entre la Cuña de Pamplona al norte y la Sierra Nevada de Güicán o El Cocuy al sur. La terminación de una falla de rumbo regional como la Falla de Bucaramanga genera interés geológico y lleva a la necesidad de definir y caracterizar su mecanismo de deformación.Con este énfasis se presenta aquí un modelo cinemático de la falla y su terminación sur en el Macizo de Floresta. De Bucaramanga al sur la falla presenta un tramo individual de 82 km de longitud con un corredor o zona de daño que varía de 5 a 8 km de ancho, el cual se subdividió en secciones. Los tensores de esfuerzos asociados principalmente con su terminación sur muestran un SHm con una dirección NW-SE. Esta terminación sur de la Falla de Bucaramanga se presenta con fallas subparalelas de hasta 60 km de longitud, donde los tensores confirman predominio de la transcurrencia pura y que en conjunto configuran un sistema transpresivo (estructura en flor positiva) en estilo dominó con comportamiento fractal. Se deduce un desplazamiento sinestral de mínimo 18 km y máximo 30 km en el tramo principal de la Falla de Bucaramanga. Con esta cinemática de rumbo sinestral, el sistema transpresivo capturó las fallas de Boyacá y Soapaga. Para conocer la temporalidad y entender los procesos relacionados con la exhumación del sistema transpresivo se realizó un estudio de termocronología de baja temperatura. Se presentan nuevos datos de edades del Mesozoico y Cenozoico, los cuales incluyen tres (3) muestras de huellas de fisión en apatitos, ocho (8) de huellas de fisión en circones, 16 de (U-Th)/He en apatitos y 31 de (U-Th)/He en circones. La mayoría de las muestras están distribuidas en cinco perfiles edad-elevación. Se discriminaron cinco pulsos que indican inicio de exhumación/denudación: (i) 53-51 Ma, (ii) 39-36 Ma, (iii) 22-17 Ma, (iv) 5,5-4,5 Ma, (v) 0,4 Ma (?). Los dos primeros están relacionados con la exhumación de la zona al inicio y al final del Eoceno, asociados con la actividad de las fallas de Boyacá y Soapaga durante la inversión tectónica del área. El inicio del pulso de enfriamiento más evidente en la zona se discriminó en el intervalo de 22-17 Ma (Mioceno temprano) con altas tasas de enfriamiento (entre 20 y 28°C/Ma). Este pulso se asocia con la edad de la Falla de Bucaramanga y el comienzo de su actividad transpresiva en su zona sur. Otro pulso importante de enfriamiento se registra al comienzo del Plioceno (5,5-4,5 Ma) también con una alta tasa (20°C/Ma), mientras el pulso más reciente por reactivación de la falla de Bucaramanga parece ocurrir hace 400.000 años. Se calcula una tasa promedio de exhumación de 0,3 y 0,4 km/Ma, pero con aceleraciones de hasta 0,9 km/Ma.

Abstract: The general goal of this thesis is to obtain a brittle structural model of the Santander Massif with emphasis in the Bucaramanga Fault southern termination, including timing. Given the uncertainty of the existing models on the structural geology of the Santander Massif a new proposal is presented here about structural styles along the massif and adjacent zones. This was achieved through the analysis of geological maps, previous works and digital terrain models. The continuity, kinematics and vergence of major structures were defined. The S2M2 Fault System is proposed as the main structure of the area, which integrates from north to south the Soapaga, Río Servitá, Mutiscua and Las Mercedes faults, and constitutes the E border of Santander High. Sinistral strike-slip faults prevail in the massif, where the Bucaramanga positive flower structure stand out, with double vergence and blocks bordered to the E and W by the Guamalito and Lebrija faults, respectively. The exposure of the oldest rocks in the area is related to this transpressive structure and to the Pamplona Wedge, which in turn is defined as the most recent deformation in the area. The structural model of the Santander Massif is based on the analysis of kinematics indicators and related stress tensor analysis. The 236 tensors from 100 sites help to explain the configuration of the massif under a sinistral transpressive model of a positive flower structure, with blocks in dominoes style adjacent to the Bucaramanga Fault, where inner faults have opposite kinematics (dextral). To the north of the massif, the Teorama domino is also identified. These transpressive structures are expressed with a regional W-E tensor in 95° azimuth, which corresponds to the current stress field, so determined by cross-cutting relations observed in the Pamplona wedge. Stress tensors also show a SHm (Maximum Horizontal Stress) radial pattern toward the orogenic wedge deformation front, whose influence reaches the Santander Massif W border. The W-E regional tensor also explain the tectonic sintaxis that is set with the Pamplona Wedge to the north and the Sierra Nevada of Güicán o El Cocuy to the south. The termination of a regional strike-slip fault like the Bucaramanga Fault is objet of geological interest and leads to define and characterize its deformation mechanism. Under this emphasis a model is presented here to explain kinematics of the Bucaramanga Fault and its southern termination. Southward from Bucaramanga, the fault exhibits 82 km length with a 5 to 8 km damage zone width, which is split here in sections. Stress tensors linked mainly with the southern ending faults show a NW-SE SHm This Bucaramanga Fault southern termination consists of subparallel faults that reach up to 60 km length, along where tensors confirm wrench prevalence (pure strike-slip), and together they configure a transpressive system (positive flower structure), which is characterized by a domino style with fractal pattern. Sinistral displacements along the main Bucaramanga Fault are deduced from 18 km minimum to 30 km maximum. Sinistral slip of this southern Bucaramanga Fault termination captures the Boyacá and Soapaga faults. A low-temperature thermochronology study was carried out to know about timing and understand processes related to the exhumations of the transpresive system. New Mesozoic and Cenozoic ages of the Cordillera Oriental are presented here, which include three (3) apatite fission tracks, eight (8) zircon fission tracks, 16 apatite (U-Th)/He, and 31 zircon (U-Th)/He. Most of the samples were taken in five age-elevation profiles. Five exhumation/denudation pulses were distinguished: (i) 53-51 Ma, (ii) 39-36 Ma, (iii) 22-17 Ma, (iv) 5,5-4,5 Ma, (v) 0,4 Ma (?). First and second pulses are related to exhumation in the area during the early and late Eocene, due to the Boyacá and Soapaga faults inversion tectonics. The most evident cooling pulse start is defined for the early Miocene (22-17 Ma) with high cooling rates (20-28°C/Ma). This is the proposed age for the Bucaramanga Fault and the start of its southward transpressional activity. Another important cooling pulse is registered for the early Pliocene (5.5-4.5 Ma) also with high rate (20°/Ma), while the younger pulse caused by Bucaramanga Fault reactivation seems to occur 400.000 years ago. An average exhumation rate of 0.3 and 0.4 km/Ma is calculated, although with accelerations of up to 0.9 km/Ma.