Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana Volumen 67, núm. 2, 2015, p. 315-335 http://dx.doi.org/10.18268/BSGM2015v67n2a13

The Aztlán Fault System: control on the emplacement of the Chichinautzin Range volcanism, southern Mexico Basin, Mexico. Seismic and gravity characterization

José Oscar Campos-Enríquez^1,*, Javier Francisco Lermo-Samaniego², Yanet Teresa Antayhua-Vera³, Marcos Chavacán³, Victor-Manuel Ramón-Márquez^3,4

¹ Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F., México.
² Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F., México.
³ Programa de Posgrado de Ciencias de la Tierra, Universidad Nacional Autónoma de México, D.F., Mexico.
⁴ Facultad de Ingeniería, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.
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Abstract

Gravity and seismic studies enabled us to establish the major features of the shallow crustal structure beneath Chichinautzin Range. Accordingly, the Chichinautzin Range evolved above Mesozoic calcareous rocks lying on a metamorphic basement. To the north and south this basement is downfaulted. Nevertheless the north dipping faults downward displace the basement to larger depths (2 to 3 km) in the Mexico and Toluca basins. In the Morelos Basin, the basin is shallower. As block-faulting evolved, the basement edge migrated southwards, thus widening an E-W oriented major depression south of the Mexico Basin. In particular, gravity modeling enabled us to integrate the different faults mapped up to today in and around the Chichinautzin Range into a fault system that can be correlated from the Nevado de Toluca. This system will be referred to collectively as the Aztlán Fault System.

The Xicomulco, Aztec (central and major fault) and La Pera faults are featured by seismicity. Orientation and dips obtained from simple and composite mechanisms indicate NW-SE to N-S extension with minor E-W left-lateral movement. In particular, seismicity extends down to the brittle-ductile transition crustal zone (maximum hypocentral depths of about 15 km) but consequently the major faults, considering their length, should reach lower crustal levels (approximately 40 km). This system is a major active fault system of at least 100 km in length and 30 – 40 km in width, with a density of approximately 10 E-W faults in 30 km, and local extension of about 10 %.

In conjunction with pre-existing NW-SE and NE-SW faults, this E-W fault system would have intensely fractured the crust beneath the Sierra de Chichinautzin. This high degree of fracturing would have enabled the relatively fast emplacement of large quantities of volcanic material to give rise to the Chichinautzin Range, closing the Mexico Basin to the south. The gravity model shows how the different styles of structures north and south of the Chichinautzin Range (extensional and compressive) accommodate themselves. In particular, faults of the Taxco-San Miguel de Allende system affect the basement of the Morelos Basin well further south.

Keywords: Chichinautzin Range, Mexico Basin, Aztlán Fault System, control of magma emplacementl, seismicity, shallow crustal model.

Resumen

Estudios gravimétricos y sísmicos nos permitieron establecer las características mayores de la estructura cortical somera por debajo de la Sierra de Chichinautzin. La Sierra de Chichinautzin evolucionó sobre rocas calcáreas mesozoicas descansando sobre un basamento metamórfico. Hacia el norte y el sur este basamento se encuentra fallado. En las cuencas de Toluca y de México, sin embargo, las fallas que buzan al norte desplazan el basamento a mayores profundidades (2 a 3 km). En la Plataforma de Morelos, la depresión es más somera. Conforme el fallamiento evolucionó, el extremo del basamento migró hacia el sur, haciendo más ancha una depresión E-W localizada al sur de la Cuenca de México. En particular, la modelación gravimétrica nos permite integrar las diferentes fallas estudiadas hasta la fecha en la Sierra de Chichinautzin y sus alrededores en un sistema de fallas que puede ser correlacionado desde el volcán Nevado de Toluca. Este sistema será denominado colectivamente el sistema de fallas Aztlán. Las fallas Xicomulco, Azteca (la falla mayor y central) y La Pera están caracterizadas por sismicidad. Las orientaciones y echados obtenidos de mecanismos compuestos y simples indican una extensión NW-SE a N-S con una componente menor lateral izquierda E-W. En particular, la sismicidad alcanza la zona cortical de transición frágil-dúctil (máximas profundidades hipocentrales de 15 km), y consecuentemente las fallas mayores, de acuerdo a su longitud, deberían alcanzar niveles de la corteza inferior (alrededor de 40 km). Este sistema es un sistema mayor activo de por lo menos 100 km de longitud, y con un ancho entre 30 y 40 km, con una densidad de 10 fallas E-W en 30 km, y un extensión local del 10 %.

Junto con fallas preexistentes NW-SE y NE-SW, este sistema de fallas E-W habría fracturado intensamente la corteza debajo de la Sierra Chichinautzin. Este fracturamiento mayor habría permitido el relativamente rápido emplazamiento de grandes cantidades de material volcánico que dio origen a la Sierra Chichinautzin la cual cerró la Cuenca de México por el sur. El modelo gravimétrico muestra la coexistencia de diferentes estilos de estructuras al norte y al sur de la Sierra Chichinautzin (de naturaleza extensional y compresiva). En particular, más al sur, fallas del sistema Taxco-San Miguel de Allende afectan el basamento de la Cuenca de Morelos.

Palabras clave: Sierra de Chichinautzin, Cuenca de México, Sistema de Falla Aztlán, control del emplazamiento del volcanismo, sismicidad, modelo cortical somero.