Resumen de Gravity derived depth to basement in Santiago Basin, Chile: Implications for its geological evolution, hydrogeology, low enthalpy geothermal, soil characterization and geo-hazards

Gonzalo Yáñez, Mauricio Muñoz, Valentina Flores Aqueveque, Andrés Bosch

• español

  Profundidad del basamento derivado de la gravedad en la Cuenca de Santiago: implicancias para la evolución geológica, hidrogeológica, geotermia de baja entalpiía, caracterización de suelos y peligros geológicos. El registro de 1.115 estaciones de gravedad, la revisión de 386 pozos, y la medición petrofísica de 106 muestras representativas de afloramientos se utilizaron para un estudio geológico/geofísico comprensivo de la Cuenca de Santiago. El modelamiento gravimétrico en 2.5D y 3D, constreñido por información geológica, densidad de suelo y roca, afloramientos del borde de la cuenca, profundidad de pozos (mínima) al basamento, y el modelamiento detallado de un basamento y corteza media heterogénea, ha permitido determinar una profundidad al basamento bien constreñida. Los resultados de la modelación indican la presencia de una Cuenca relativamente somera, con una profundidad media de 250 m, y tres sub-cuencas con espesores en exceso de 500 m, pero involucrando menos del 30% de la cuenca. A partir de las tasas de erosión en la zona central se estima un llenado de la cuenca de entre 10 a 20 Ma. La topografía/geomorfología de basamento revela un patrón estructural dominado por estructuras de orientación NE y NW, que pueden ser seguidas fuera de los límites de la cuenca al este y oeste, con estructuras NS de segundo orden en el borde oriental de la cuenca. Esta observación, sustentada además por sismicidad cortical y estructuras magnéticas de basamento sugiere que el origen de la cuenca está controlado por estructuras antiguas oblicuas al margen. La actividad sísmica a lo largo de estas estructuras transversales NE y NW, sugiere que la deformación permanente y el riesgo sísmico asociado, está principalmente concentrado en estas estructuras. La respuesta dinámica de suelos, en términos de la frecuencia natural de resonancia, muestra que la razón de impedancia basamento/ relleno es proporcional a la amplitud del ‘peak’ de resonancia. Por otra parte, la esperada correlación entre la frecuencia fundamental y la profundidad al basamento es solo parcialmente sostenida por la evidencia empírica. La diferencia entre una mayor profundidad al basamento gravimétrico comparado con una menor profundidad al basamento sísmico se atribuye a cambios en la rigidez mecánica producto de la mayor compactación, pero con cambios menores en términos de la densidad de los sedimentos. Finalmente, se analizan los recursos geotérmicos de baja entalpia en la Cuenca de Santiago considerando la profundidad al basamento, estimaciones de la profundidad a la napa freática, y modelos acoplados simples de flujo (Darcy)-temperatura. Los resultados muestran una alta temperatura del agua subterránea restringida a las partes profundas de las subcuencas del sector sur, la que mejora el uso directo de la geotermia con propósitos de calefacción.

• English

  A recording of 1,115 gravimetric stations, the review of 368 wells, and the petrophysics measurements of 106 samples from representative outcrops have been used for a comprehensive geological/geophysical study of Santiago Basin. 2.5D and 3D gravimetric modeling, constrained by regional geology, soil and bedrock densities, edge-basin outcrops, depth (minimum) to basement from wells, and detailed modeling of heterogeneous bedrock and midcrustal blocks, provided a well-constrained depth to basement model. Model results indicate the presence of a relatively shallow basin with an average of 250 m depth, and three sub basins with depth in excess of 500 m, but comprising less than 30% of the basin surface. From erosion rates in central Chile we estimate a basin infill lasting between 10 to 20 Ma. Basement topography/geomorphology, undercover a structural pattern dominated by NE and NW-trending structures that can be traced out of the basin, westwards in the Coastal Cordillera and eastwards in the Main Cordillera, with second order relevance of NS structures in the eastern border of the basin. This observation, further supported by natural crustal seismicity and basement-derived-magnetic signatures, suggests that the basin origin is mainly controlled by inherited old structures oblique to the margin. Active seismicity along these traverse NE and NW structures suggest that permanent deformation, and associated seismic hazard in the basin is mostly concentrated along these structures. The dynamic response of soils, in terms of the natural resonance frequency, shows that the basement-to-sedimentary/ infilling-impedance-ratio is proportional to the amplitude of the resonance peak. On the other hand, the expected correlation between fundamental frequency and depth to basement is only partially supported by the empirical evidence. The difference between a greater gravimetric depth-to-basement compared to lesser seismic depth-to-basement, is attributed to changes in mechanical stiffness with depth compaction with minor effects in bulk density. Finally low enthalpy geothermal resources of the Santiago Basin is analyzed considering depth to bedrock, water table estimates and simple Darcy's-temperature coupled flow modeling. Results show that high groundwater temperature is restricted to deeper parts of southern sub-basin, which improves direct uses of geothermal energy for heating purposes.