Tectónica y erosión en la evolución del relieve de los Andes de Chile Central durante el Neogeno

Abstract

La evolución estructural relacionada con el alzamiento de los Andes entre 33 y 35ºS se reconoce bien en la vertiente argentina de la cadena, donde se ha desarrollado un sistema de cabalgamientos de vergencia principalmente al este. Por el contrario, en la vertiente occidental de la cadena, ella no ha sido tan bien reconocida, no existiendo un consenso para explicar ni el alzamiento de la Cordillera Principal ni la formación de la Depresión Central. Este estudio muestra que en los Andes de Chile Central, la deformación compresiva se manifestó por una inversión tectónica que acomodó ~ 16 km de acortamiento entre 22 y 16 Ma. Este acortamiento es bastante menor a aquel acomodado al este (1/5 del total), donde se han acumulado más de 70 km de acortamiento entre 16 y 4 Ma. La tectónica compresiva y el alzamiento de los Andes de Chile Central fueron diacrónicos. El alzamiento tuvo lugar principalmente entre 8 y 4 Ma, es decir, varios millones de años después del episodio compresivo mayor en la vertiente chilena. De hecho, este alzamiento fue esencialmente el resultado de la acción de un despegue de vergencia al este ubicado a ~10 km de profundidad bajo la Cordillera Principal que emerge en el lado argentino de la cadena, y que se conecta con la zona de Benioff a ~60 km de profundidad. Esta estructura de “rampa-despegue” y su geometría están controladas por la estratificación reológica de la litosfera continental. Además, esta estructura cumple un rol fundamental en el desarrollo andino ya que controla la transferencia de deformación y de stress desde la zona de subducción hacia el continente. Más aún, el nivel de despegue facilita el traspaso de acortamiento en profundidad desde las zonas que presentan un gran acortamiento en superficie hacia las zonas que no presentan mayor deformación en superficie. Este modo de deformación en “cizalle simple” sería, por lo tanto, el responsable del alzamiento del antearco, no sólo en el centro de Chile, sino que también a lo largo de gran parte del margen andino. La respuesta erosiva al alzamiento de la cadena ha sido muy lenta. Mediante dataciones en trazas de fisión y en niveles volcánicos que registraron la evolución del relieve, se muestra que la incisión en la alta Cordillera Principal ocurrió varios millones de años después del alzamiento de superficie (2 a 6 m.a.). Los contrastes litológicos, que controlan la velocidad de la erosión, favorecieron el desarrollo de un valle paralelo a la costa debido a la captura de los cursos de agua que descienden desde la alta cordillera por los ríos de mayor jerarquía. Este fenómeno ha sido estudiando mediante algoritmos numéricos y soluciones analíticas de procesos superficiales, mostrando la factibilidad física de este modelo. Por lo tanto, se propone que la Depresión Central no es de origen tectónico sensu stricto, sino más bien el resultado del desarrollo de una red de drenaje controlada fuertemente por la configuración litológica. Este desarrollo proviene de la respuesta erosiva al gran alzamiento de superficie del Mioceno Superior. El episodio mayor de alzamiento, que tuvo lugar post-10 Ma, no fue un fenómeno aislado en Chile Central, , sino que también en que gran parte de la cadena andina, observándosele, a lo largo y ancho de los Andes altiplánicos. Se propone que el motor de este alzamiento habría sido el continuo incremento de la velocidad absoluta del continente Sudamericano, así como el aumento en el acoplamiento interplacas debido a la disminución en las tasas de convergencia. Finalmente, los Andes de Chile Central constituyen una región de transición entre dos zonas climáticas y morfológicas: la región norte, más seca, es dominada por los procesos constructivos (alzamiento), mientras que los procesos erosivos son más preponderantes en la región sur. Este contraste contribuye a la desaparición de la Depresión Central al norte de 33ºS, aunque la influencia de la geometría de la subducción, que pasa a una geometría horizontal al norte, también contribuiría en esta evolución.

Les structures tectoniques responsables du soulèvement de la Cordillère des Andes à la latitude de Santiago du Chili sont bien connues sur le versant argentin de la chaîne, où s’est développé au cours du Néogène un système chevauchant à vergence Est. Sur le flanc Pacifique de la Cordillère, par contre, les structures tectoniques sont mal connues, et il n’y a pas de consensus pour expliquer le soulèvement de la Cordillère Principale et la formation de la Dépression Centrale dans laquelle s’est installée la ville de Santiago et la majeure partie de la population du Chili. Nous montrons que le raccourcissement dans les Andes du Chili Central a débuté par une inversion tectonique à l’ouest de la chaîne qui a accommodé 16 km de raccourcissement entre 22 et 16 Ma. Ce raccourcissement fait suite à l’extension oligocène, responsable de la formation du bassin extensif de Abanico, lequel a été comblé par de plus de 6 km de roches volcanosédimentaires. Cette quantité de raccourcissement reste modeste par rapport à celle accommodée sur le flanc oriental de la chaîne, principalement coté argentin, où la tectonique compressive est responsable de ~70 km de raccourcissement survenus entre 16 et 4 Ma. Tectonique compressive et soulèvement des Andes chiliennes n’ont pas été synchrones. Le soulèvement a eu lieu principalement entre 8 et 4 Ma, c'est-à-dire plusieurs millions d’années après l’épisode compressif majeur survenu sur le versant chilien des Andes centrales. En effet, le soulèvement des Andes du Chili central résulte essentiellement du fonctionnement d’un chevauchement majeur à vergence Est, qui émerge en surface en Argentine, et qui est issu du plan de Bénioff à 60 km de profondeur. Cette structure est articulée en plats et rampes, et sa géométrie est contrôlée par la stratification rhéologique de la lithosphère continentale. Cette structure joue un rôle fondamental pendant le développement andin car elle contrôle le transfert des déformations et des contraintes depuis la zone de subduction vers le continent. On observe que l’épisode majeur de soulèvement de la chaîne est corrélé avec la mise en place des porphyres cuprifères géants (gisement de El Teniente) du Chili central. La réponse érosive au soulèvement de la chaîne a été très lente. Nous montrons à l’aide d’âges d’exhumation obtenus par traces de fission sur apatites, et à l’aide de la datation de niveaux volcaniques déposés dans les vallées au cours de leur formation, que l’incision des vallées dans la Cordillère Principale a eu lieu plusieurs millions d’années après le soulèvement de la chaîne. Les contrastes lithologiques, en contrôlant la vitesse d’érosion, ont favorisé le développement d’une vallée parallèle à la côte, entraînant la capture des cours d’eau descendant de la haute chaîne par quelques fleuves majeurs. Ce phénomène a été modélisé à l’aide du code de calcul APERO. Nous pensons donc que la Dépression Centrale n’est pas d’origine tectonique sensu-stricto, mais qu’elle résulte aussi de la mise en place du réseau de drainage et de son contrôle par la lithologie. Son creusement provient de la réponse érosive au grand soulèvement du Miocène supérieur. L’épisode majeur de soulèvement qui a lieu vers 10 Ma ne concerne pas seulement le Chili central. Il s’observe également dans les Andes centrales (Altiplano) et dans l’avant-arc du Pérou central. Pourtant, la vitesse de convergence entre les plaques Nazca et le continent diminue à cette époque. Par contre, la vitesse absolue vers l’ouest de la plaque Amérique du sud augmente, ce qui suggère que la vitesse absolue du continent, plus que la vitesse de convergence, exerce un contrôle majeur sur l’orogenèse andine. Enfin, le Chili Central constitue une région de transition entre deux zones climatiques et géomorphologiques : la région nord, plus sèche, est dominée par les processus constructifs tandis que les processus érosifs sont prépondérants dans la région sud. Ce contraste contribue à la disparition de la Dépression Centrale au nord de 33°S, même si l’influence de la géométrie de la subduction, qui passe à une subduction horizontale au nord de 33°S est aussi à prendre en compte.