GRAVITY CRUSTAL MODEL FOR AN ANDEAN SECTION AT 32° S CONSIDERING UPPER MANTLE LATERAL DENSITY VARIATION

Abstract

Up to date, three gravity models for the Andean section at 32° south latitude have been published. Two of them did not have seismic reflection/refraction data to constrain the subsurface geometry. The other one included seismic data to fit thicknesses and determined density contrasts using velocity-density curves. Furthermore, all previous models assumed a homogeneous mantle. In this paper a new gravity model is computed for a two-layer crust of the Andean section at the 32° south latitude. It involves new seismic depths for the Andean foreland, recent worldwide velocity-density relationships and a simple model of the subducting slab. The shape of the Nazca plate is defined from available contour maps of the Wadati-Benioff zone of western South America. The slab density contrast with respect to the surrounding mantle is estimated to be +1.6% (3.5-5.5% velocity anomaly), which reproduces the long-wavelength gravity anomaly. The modelled crustal structure is analyzed taking into account interpretations derived from seismic data. Crustal thicknesses vary from about 50 km in the Sierras Pampeanas to 71 km in the Andean belt. According to this model, most of the thickening takes place in the upper crustal layer, in the region between the Precordillera and Pampean Ranges. These results agree with recent seismological data. A Cenozoic lower crust shortening of 146 km to an initial crust 40 km thick is calculated from the computed crustal roots. This estimate of shortening is within 10% of previous calculations from gravity models. Also, it shows consistency with independent estimate of crustal shortening derived from geological balanced cross-section at the same latitude.The computed crustal model here presented assumes that the gravity excess from the Nazca plate is balanced by means of a deficiency of density produced by crustal thickening. So, there is no net mass variation at the base of the lithosphere (»180 km). Therefore, considering upper mantle density variation does not affect previous inferences about the present isostatic state close to the balance in the Airy system.

Keywords: Gravity field; Andean belt; Heterogeneous upper mantle

MODELO GRAVIMETRICO CORTICAL PARA UNA SECCION ANDINA EN 32° S CONSIDERANDO VARIACION LATERAL DE DENSIDAD EN EL MANTO SUPERIOR

Hasta el presente, tres modelos gravimétricos para los Andes en 32°S han sido publicados. De ellos, sólo el último incorporó valores sísmicos para ajustar los espesores y determinar contrastes de velocidad usando curvas velocidad-densidad. Además, en todos los casos se consideró manto superior homogéneo. En este trabajo se presenta un nuevo modelo gravimétrico para la corteza, en una sección andina centrada en 32°S de latitud. Este involucra nuevas profundidas sísmicas para el antepaís andino, recientes relaciones velocidad-densidad, y un modelo simple para la placa subductada. La geometría de la placa de Nazca se define a partir de los mapas de contornos de la zona de Wadati-Benioff para el oeste de Sudamérica. El contraste de densidad de la lámina con respecto al manto superior se estima que es +1.6% (o, una anomalía de velocidad de +3.5-5.5 %). Usando este contraste se reproducen adecuadamente las anomalías de gravedad de longitud de onda larga. El modelo resultante de estructura cortical es analizado tomando en cuenta las interpretaciones derivadas de datos sísmicos. Las profundidades hasta el fondo de corteza varían desde alrededor de 50 km en las Sierras Pampeanas hasta 71 km en el eje andino. De acuerdo a este modelo, para la región entre las Sierras Pampeanas y la Precordillera, la mayor parte del engrosamiento cortical se produciría en la primera capa de la corteza. Los resultados encontrados son consistentes con recientes interpretaciones sismológicas. Considerando el área de las raíces calculadas, el acortamiento Cenozoico en corteza inferior es de 146 km, para una corteza inicial de 40 km. Esta estimación para el acortamiento está dentro del 10 % de otros valores calculados a partir de datos de gravedad. También, es consistente con estimaciones independientes calculadas partir de perfiles geológicos balanceados en la misma latitud. El modelo cortical calculado en este trabajo supone que el exceso de gravedad debido a la placa subductada es compensado mediante un defecto de densidad producido por engrosamiento cortical. Así, no hay variaciones netas de masa a nivel de la base de la litosfera (»180 km). Por lo tanto, considerar manto superior con densidad variable no altera inferencias previas acerca del estado isostático actual, las cuales indican un comportamiento cercano al balance de masas en el sistema de Airy.

Palavras chaves: Campo de gravedad;Cadena Andina;Manto superior heterogéneo.