Modelado analógico

Con el objeto de tratar de reconstruir la formación de las principales estructuras de la SMZS se realizó el modelado tectónico-analógico. El modelado fue hecho en el Laboratorio de Tectónica de la Universidad Libre de Ámsterdam.

El proceso de escalar los parámetros físicos de un modelo con los de la naturaleza se basa en la similitud dinámica establecida por Hubbert (1937). Para que el proceso de escalamiento sea correcto es necesario tener en cuenta los siguientes parámetros: resistencia promedio de las capas dúctiles respecto a las quebradizas y la gravedad. En los modelos, la densidad de los materiales utilizados para simular los procesos naturales varía entre 1.1 y 1.5 g/cm3, mientras que la densidad de las rocas varía de 2.3 a 3 g/cm3. Debido a que las densidades son del mismo orden de magnitud, la relación de esfuerzos (σ*) y deformaciones (L*) entre el modelo y la naturaleza está dada por la igualdad (1) (Smit, 2005).

σ* ≈ L* (1)

II.8.1 Materiales utilizados

El modelo tectónico-analógico fue frágil-dúctil, en donde los sedimentos de la Formación Zacatecas se simularon con silicón que tiene reología Newtoniana; la densidad

fue de 1.1 g/cm3 y la viscosidad de 8.24x104 Pa⋅s a una temperatura de 18ºC. El CV Las Pilas se simuló con arena de cuarzo, ya que su baja cohesión puede simular el comportamiento quebradizo de la parte superior de la corteza. La densidad de la arena es de 1.5 g/cm3 y el tamaño de las partículas fue < 250 µm. En el CV Las Pilas hay capas interestratificadas de sedimentos que, debido a su espesor y a su distribución limitada, no fueron incluidos en el modelo.

II.8.2 Condiciones iniciales del modelado

Para poder definir un modelo con el estilo de la deformación de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas se llevó a cabo el modelado tectónico-analógico. En este proceso se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones:

1) La base de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas está formada por rocas sedimentarias con metamorfismo en la facies de esquistos verdes (material suave) que están cubiertas por rocas ígneas extrusivas e intrusivas (material rígido). Interestratificados en los derrames de lava hay lentes de wackas, lodolitas y escasa caliza. Hacia la parte superior de la secuencia se incrementa la cantidad de sedimentos.

2) La Formación Zacatecas aflora en la parte occidental del área de estudio, el resto son rocas ígneas y en la parte superior de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas, en el NE del área de estudio, son rocas sedimentarias. Con base en la cartografía geológica se realizaron dos secciones estructurales que cortan a la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas en dirección NE-SW (mostradas en el capítulo de “Estratigrafía”). Estas secciones sirvieron de base para desarrollar el modelado tectónico-analógico; a partir de las relaciones de campo y la interpretación a profundidad de las unidades litológicas se pudo realizar la simplificación de los datos de campo para el modelado analógico.

Las limitantes del modelado son las siguientes:

1) No se conoce el basamento de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas. 2) No fue posible contar con datos de geofísica, barrenación y de obras mineras que

permitieran tener una mejor interpretación del subsuelo y de esta manera definir de forma más adecuada las condiciones iniciales de los modelos, así como su escalamiento.

3) Faltaron datos de la reología y resistencia mecánica de las rocas de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas;

4) Todos los modelos se realizaron sobre una superficie horizontal.

5) El lado opuesto al sitio de aplicación de la compresión estuvo libre al desplazamiento.

6) La compresión se aplicó de forma uniforme y constante en todo el ancho del modelo.

7) El espesor de las capas fue de 8 mm porque este valor es el estándar utilizado en forma tradicional en los modelos para condiciones frágil-dúctil en el laboratorio del Departamento de Tectónica de la Universidad Libre de Ámsterdam.

8) A partir de la cartografía geológica se interpretó que el espesor de la Formación Zacatecas es mayor de 400 m, mientras que el del CV Las Pilas varía entre 500 m y 800 m. Como se trataron de modelar las unidades litológicas y la deformación, se consideró que los 8 mm de espesor de los modelos corresponderían con los aproximadamente 800 m de espesor máximo interpretado de la CV Las Pilas.

9) En los modelos se utilizó un espesor mayor al interpretado debido a que no se conoce el espesor total de la CV Las Pilas al emplazarse y comenzar a deformarse.

El modelado tectónico-analógico se basa en la reproducción de análogos de la naturaleza. En este sentido es importante definir las condiciones de frontera de los experimentos de tal manera que no sean tan complejas para que sea imposible llevarlos a cabo, o que sean demasiado simples para que las conclusiones tengan nulo valor científico.

En el proceso de simplificación de la naturaleza un elemento importante es la escala porque de ella depende la validez de las conclusiones.

El equipo utilizado para el modelado analógico se muestra en la Fig. 7.

Figura 7. Esquema general del equipo utilizado para desarrollar el modelado tectónico analógico de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas.

La configuración, en sección, de los diseños utilizados para el modelado se muestra en la Figura 8. La arena de cuarzo utilizada se pintó de colores rojo, negro, azul o natural (blanco). En sección transversal todos los modelos fueron de cuatro capas. La capa inferior era de silicón y arena blanca de cuarzo, ambos de 8 mm de espesor; esta capa se cubrió con una muy delgada de arena negra como horizonte de referencia. Sobre ella se colocó otra capa de arena blanca, seguida de una capa de arena negra que sirvió como marcadora, y que a su vez se cubrió con una capa de arena de color rojo de 4 mm de espesor para poder resaltar la deformación en las capas quebradizas. Esta capa también se cubrió con una capa de arena negra y en la cima se puso una de 8 mm de espesor de arena blanca. El arreglo final se cubrió con arena azul (Fig. 8).

Figura 8. Sección transversal esquemática de la distribución de las capas de silicón y arena de diferentes colores utilizada en el modelado tectónico analógico. La sección no está a escala.

Cada uno de los modelos fue comprimido de acuerdo a las condiciones mostradas en la Figura 9. Al finalizar cada experimento, se cubrió con arena de cuarzo y se humedeció con agua para conservar las estructuras. Una vez humedecido el modelo, se hicieron cortes perpendiculares a la dirección de acortamiento; cada corte estuvo separado 5 cm del siguiente.

Figura 9. Distribución de las capas de silicón (gris) y arena blanca (sin color) de la capa inferior de los modelos realizados para el modelado tectónico-analógico de la Secuencia Mesozoica de la Sierra de Zacatecas.