Integrated methodology for the characterization of active faulting and its link to the hydrogeological system in the southern portion of the Villa de Reyes Graben, S.L.P. and Guanajuato.

Abstract

"A geological, geophysical and structural study was performed in the southern sector of the Villa de Reyes Graben (VRG) in Central México, with the main objective of defining the structural style of the active faulting inside this graben. This was achieved through following a four-part methodology. The first and second steps of this methodology, geological survey and Electromagnetic Profiling (EMP) method, respectively, helped establish that most active faults outcrop as non-filled fractures generated by left-right lateral faulting, of NW-SE orientation in the southern study area and NE-SW in the northern part, which generate high-resistivity values in the EMP maps. The third part of this methodology allowed to characterize in depth these faults via the application of Electrical Resistivity Tomography (ERT) and Ground Penetrating Radar (GPR) methods. ERT sections show that sub-vertical fractures tend to join at depth, which is evidence of positive and negative flower structures, while GPR clearly show these structures with more detail. Moreover, ERT reveals the high-resistivity shallow faults become conductive at >20 m deep, probably relating to a local disturbance of the area's aquifer, while most fault traces are located below the water table, which reveal the purely geological origin of these faults. The fourth part of the methodology uses focal mechanism evidence to corroborate the main orientations and type of faulting, previously established with outcrop and geophysical evidence. The previously mentioned methodology allowed to define the structural style of the VRG from a regional to an outcrop scale. To study the area on a basin scale, Aeromagnetic (AM) data was used to characterize the area with study depths of up to 2 km. This data helped confirm the previously mapped structures, and shows a pull-apart type structure, inside which there are alternate transtensive and transpressive stress fields, controls the structural style on the area. Hydrogeochemical (HGC) data reveal that the western sector of the VRG is more active than the eastern sector, since meteoric water influence is higher on the former than the latter. This also agrees with epicenter data from the seismic sequence of the September 5, 2021, San Felipe (Guanajuato) earthquake. Finally, the structural-geophysical model based on the integration of field, geoelectric, AM and major ion data reveals that the number and strike of faults remain constant for about 1000 m, while at 2000 m deep these shallower faults appear to join in a smaller number of traces, which reinforces the interpretation of positive-negative flower structures controlling the tectonics of the area. This means that these types of transpressive and transtensive structures are present at the outcrop, regional, and basin scales."

"Se realizó un estudio geológico, geofísico y estructural en el sector sur del Graben de Villa de Reyes (VRG, por sus siglas en inglés) en el centro de México, con el objetivo principal de definir el estilo estructural del fallamiento activo en el interior de este graben. Esto se logró utilizando una metodología de cuatro pasos. El primer y segundo paso de esta metodología, geología de campo y Perfilaje Electromagnético (EMP, por sus siglas en inglés), respectivamente, ayudaron a establecer que la mayoría de las fallas activas afloran como fracturas no rellenas generadas por fallas laterales izquierda-derecha, con orientación NW-SE en el sector sur de la zona de estudio y NE-SW en la parte norte, lo que genera valores de resistividad alta en los mapas del EMP. La tercera parte de esta metodología permitió caracterizar en profundidad estas fallas mediante la aplicación de los métodos de Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT, por sus siglas en inglés) y Georadar (GPR, por sus siglas en inglés). Los perfiles ERT muestran que las fracturas subverticales tienden a unirse en profundidad, lo que es evidencia de estructuras de flor positivas y negativas, mientras que los perfiles de GPR muestra estas estructuras con mayor detalle. Además, las tomografías revelan que las fallas superficiales de resistividad alta se vuelven conductivas a más de 20 m de profundidad, provocado esto probablemente por una perturbación local del acuífero de la zona, mientras que la mayoría de las trazas de falla se ubican por debajo del nivel freático, lo que revela el origen puramente geológico de estas fallas. La cuarta parte de la metodología utiliza evidencia de mecanismos focal para corroborar las principales orientaciones y el tipo de fallamiento, previamente establecidos con evidencias de afloramiento y geofísica. La metodología mencionada permitió definir el estilo estructural del VRG desde una escala regional hasta una de afloramiento. Para estudiar el área a escala de cuenca, se utilizaron datos aeromagnéticos (AM) para caracterizarla con profundidades de estudio de hasta 2 km. Estos datos confirmaron las estructuras previamente mapeadas y muestran una estructura de tipo pull-apart, dentro de la cual existen esfuerzos transtensivos y transpresivos alternados, controla el estilo estructural del área. Los datos hidrogeoquímicos revelan que el sector occidental del VRG es más activo que el oriental, ya que la influencia del agua meteórica es mayor en el primero que en el segundo. Esto también concuerda con los datos de epicentros de la secuencia sísmica del sismo del 5 de septiembre de 2021, de San Felipe (Guanajuato). Finalmente, el modelo estructural-geofísico, basado en la integración de datos de campo, geoeléctricos, AM y de iones, revela que el número y rumbo de las fallas se mantienen constantes por aproximadamente 1000 m, mientras que, a 2000 m de profundidad, estas fallas menos profundas parecen unirse en un número menor de trazas, lo que refuerza la interpretación de estructuras de flor positiva-negativa que controlan la tectónica del área. Esto significa que estos tipos de estructuras transpresivas y transtensivas están presentes a escala de afloramiento, regional y de cuenca."