Caracterización paleomagnética de procesos deformacionales en cuencas intraplaca (alto Atlas central)diapirismo, compresión e intrusiones ígneas

Resumen

El sistema del Atlas está formado por un conjunto de cuencas mesozoicas intraplaca que fueron invertidas durante el Cenozoico, consecuencia de la convergencia entre la placa Africana con las placas Ibérica y Euroasiática. Dichas cuencas se generaron durante el Mesozoico ligadas a la apertura del Atlántico y a la evolución del Tethys, siendo afectadas por dos episodios de rift (Triásico y Jurásico Inferior) y los consiguientes periodos de post-rift. El área de estudio se encuentra en la zona central del Alto Atlas Central (Marruecos), caracterizado estructuralmente por la presencia de anticlinales apretados de dirección NE-SO a ENE-OSO que limitan sinclinales amplios y laxos. La serie mesozoica está caracterizada por la presencia de potentes series jurásicas con más de 6-7 km de espesor en los depocentros y formadas esencialmente por carbonatos marinos, si bien los materiales del Jurásico Medio registran una continentalización de los depósitos. En el área de estudio no se observan materiales más modernos al Jurásico Medio, aunque en varias cuencas situadas al norte afloran materiales continentales del Jurásico Superior y el Cretácico. En el núcleo de los anticlinales afloran importantes series basálticas asociadas al CAMP emplazadas en condiciones subaéreas durante el Triásico Superior. Además, afloran materiales plutónicos de edad Jurásico Medio-Superior compuestos principalmente por troctolitas, gabros y sienitas. Asociado a la etapa de vulcanismo jurásico se observan numerosos diques y, en las cuencas situadas al norte dan lugar a dos conjuntos de coladas basálticas de edad Jurásico Superior y el Cretácico Inferior. Existen evidencias (variaciones de espesor, discordancias en los flancos de los anticlinales, etc.) de una importante actividad halocinética durante el Jurásico Inferior-Medio, que condicionó la subsidencia en la cuenca del Atlas definiendo áreas con subsidencia diferencial. Esta actividad halocinética generó importantes estructuras diapíricas que deformaron los materiales jurásicos. Los carbonatos jurásicos que afloran en el área de estudio están afectados por una remagnetización química regional portada por cristales monodominio estable (SSD) de magnetita , que ha sido previamente datada como Albiense-Cenomaniense (ca. 100 Ma). Esta remagnetización tiene un carácter inter-plegamiento, dado que se adquirió en un momento de no deformación que separa dos eventos de plegamiento diferentes (asociados a la extensión jurásica y la compresión cenozoica). Trabajando con este tipo de remagnetizaciones, el uso de las técnicas de círculos menores (SC) permite (i) calcular la dirección de la remagnetización para el área de estudio y (ii) restituir el paleobuzamiento de las capas, i.e., calcular el buzamiento que presentaban las capas en el momento de adquisición de la remagnetización. Una vez conocidos los paleobuzamientos, estos pueden ser usados para realizar restituciones parciales que permiten reconstruir cómo era la estructura en el momento de la adquisición de la remagnetización. Respecto al desarrollo metodológico centrado en los métodos SC, en esta tesis doctoral se presenta un nuevo programa informático (PySCu) que permite realizar todos los cálculos asociados al método de manera rápida y sencilla. PySCu ha sido escrito en lenguaje Python, siendo una aplicación sencilla, de código libre y multiplataforma. Esta nueva aplicación incorpora una mejora sustancial en el cálculo de la incertidumbre de la dirección de la remagnetización: mediante el uso de la técnica de bootstrap se determina la propagación del error en la dirección calculada de la incertidumbres provenientes de las direcciones paleomagnéticas medias y de los datos de estratificación. Cuando se usan las técnicas SC se asumen una serie de hipótesis de partida: (i) la remagnetización es sincrónica a escala geológica, (ii) las direcciones paleomagnéticas no registran rotaciones de eje vertical (VAR) y (iii) las etapas de deformación pre- y post-remagnetización son coaxiales. Utilizando simulaciones con datos artificiales y considerando tanto la presencia de VAR como la no coaxialidad entre las dos etapas de deformación, hemos podido observar y cuantificar la influencia del no cumplimiento de ambas hipótesis de partida en el cálculo tanto de la dirección de remagnetización como de los paleo-buzamientos. La presencia de VAR afecta de manera importante al cálculo de la dirección de remagnetización, obteniéndose de manera sistemática inclinaciones más altas a las esperadas. Por otro lado, las VAR generan patrones característicos en el cálculo de paleobuzamientos, infra- y sobre-estimando los mismos de manera simétrica en flancos opuestos. Estas dos afecciones de la presencia de VAR en los resultados pueden ayudar a detectar la presencia de VAR cuando se trabaja con datos reales. La no coaxialidad afecta en menor grado a los resultados que se obtienen al aplicar los métodos SC, y ni la dirección de remagnetización calculada ni los paleo-buzamientos presentan grandes dispersiones respecto a los valores esperados en la mayoría de los modelos. La comparación entre las simulaciones y los datos reales muestran que el área de estudio cumple las hipótesis de partida necesarias para la aplicación de las técnicas SC. Por otro lado, la comparación de la estratificación entre las estaciones en las que domina la deformación pre- y post-remagnetización muestra un ajuste cilíndrico similar, indicando que ambas etapas de deformación son coaxiales. A partir de los datos de paleo-buzamientos calculados con las técnicas SC se han elaborado cortes geológicos que representan la geometría del área en el momento de la adquisición de la remagnetización (ca. 100 Ma). La comparación de estos cortes geológicos con los que ilustran la estructura actual ha resultado ser una herramienta útil para resolver varios problemas geológicos presentes en el área de estudio. (i) El área está afectada por una foliación regional, cuya formación ha sido atribuida tanto al Jurásico como al Cenozoico por diferentes autores. La restitución de pliegues con foliación de plano axial asociada ha mostrado que estos post-datan la remagnetización, y por tanto, tanto los pliegues como la foliación asociada se generaron durante la compresión cenozoica. (ii) Por otro lado, la restitución de diferentes anticlinales muestra diferentes grados de estructuración durante el Jurásico. Algunas de las estructuras se encontraban ya prácticamente estructuradas antes de ca. 100 Ma, con flancos que presentaban buzamientos moderados a altos, disminuyendo progresivamente hacia los sinclinales. Por el contrario, en otras estructuras la deformación pre-100 Ma se limita a las áreas en contacto con el núcleo (a menos de 500 m de distancia). Esta deformación pre-remagnetización es consecuencia de procesos halocinéticos que generaron una serie de salt-walls, con distinto grado de desarrollo, que limitaban pequeños depocentros sedimentarios. Estas estructuras parecen estar relacionadas en profundidad con fallas normales de basamento que controlaban la subsidencia tectónica del área. Es importante destacar que el estilo de deformación durante la compresión cenozoica fue condicionada por la herencia de la etapa extensional mesozoica. Del mismo modo que se pueden restituir las capas estratigráficas mediante el paleo-buzamiento, también pueden ser restituidos otros elementos presentes en las rocas, como por ejemplo su petrofábrica o las fábricas magnéticas. Cuando se trabaja con fábricas magnéticas, es usual comparar las mismas en su disposición in situ y tras realizar la restitución total de las mismas (restituyendo la estratificación a la horizontal). Dado que es posible conocer el paleobuzamiento de las capas, es posible realizar la restitución parcial de la fábrica magnética y compararla con las anteriores. La restitución de la anisotropía de la magnetización remanente anhisterética (AARM) ha permitido obtener significativos avances en el conocimiento del crecimiento de los granos SSD de magnetita que portan la remagnetización. Se ha comparado la AARM de diferentes estaciones paleomagnéticas con diferente buzamiento y paleobuzamiento, antes de realizar la corrección de capa, tras abatir las capas a la horizontal, y abatiendo las mismas a su posición en el momento de la remagnetización. Tras realizar la restitución parcial se observa el mejor agrupamiento de los ejes magnéticos principales, definiéndose una foliación horizontal y una lineación horizontal NNO-SSE, paralela a la dirección de extensión regional. Esto ha sido interpretado como (i) un crecimiento de los cristales SSD que no sigue estructuras previas, (ii) sino que crecen orientados según el campo de esfuerzos presentes en el momento de la remagnetización. Así mismo, la ausencia de fábricas compresivas en la AARM indica que estos granos de magnetita no han sido afectados por la foliación cenozoica presente en el área de estudio. Este hecho lo interpretamos (iii) como un indicador de que los granos de magnetita crecen reemplazando cristales de pirita, que por una parte les proporcionan un medio isótropo en el que crecer siguiendo el campo de esfuerzos, y por otro dificultan una reorientación de los granos durante la compresión posterior. El análisis de la anisotropía de la susceptibilidad magnética a temperatura ambiente (RT-ASM) y su comparación con diferentes subfábricas (LT-ASM y AARM) permite distinguir diferentes comportamientos de RT-AMS. El tipo 1 presenta el mismo comportamiento que el definido para la AARM, y presenta diferencias direccionales con la LT-ASM. Por el contrario, en los tipos de RT-ASM 3 y 4 ésta es coincidente con la LT-ASM pero no con la AARM, y la lineación magnética es paralela a la lineación de intersección entre estratificación y foliación, indicando que se trata de una fábrica tectónica compresiva. La diferencia entre los tipos 3 y 4 radica en que en el primero la foliación magnética es paralela a la estratificación y en el segundo es paralela a la foliación tectónica. Finalmente, el tipo 2 muestra características intermedias entre los anteriores. La comparación entre las diferentes subfábricas, así como el análisis de las propiedades magnéticas de muestras pertenecientes a los diferentes grupos, ha permitido conocer que los portadores de la RT-ASM del grupo 1 es magnetita superparamagnética generada durante el proceso de remagnetización y con la misma orientación que los granos SSD que portan la AARM. Por el contrario, la RT-ASM de los tipos 3 y 4 es portada por filosilicatos, que ha diferencia de los granos ferromagnéticos, registran la compresión cenozoica. Los gabros jurásicos presentes en el núcleo de los anticlinales también han sido estudiados paleomagnéticamente. En ellos se ha observado una componente paleomagnética con temperaturas máximas de desbloqueo de 580ºC portada por magnetita. Cuando las direcciones paleomagnéticas medias de las diferentes estructuras son analizadas de manera conjunta, se observa una gran dispersión de los datos atribuible a causas tectónicas. Al analizar las direcciones separadas por estructuras, se observa que las mismas se disponen sobre círculos menores cuyo eje es horizontal y paralelo a cada estructura; esto es claramente observable en las estructuras más orientales, donde la dispersión de las direcciones es menor y la disponibilidad de datos es mayor. Este agrupamiento de las direcciones sobre círculos menores es interpretada como que la dispersión de las direcciones es consecuencia de un plegamiento de eje horizontal consistente con el desarrollo cenozoico de los anticlinales. Además, la mayoría de las estaciones han registrado rotaciones antihorarias de eje horizontal (mirando hacia el NE / ENE), indicando una vergencia predominante de las estructuras hacia el NNO / NO. Las fábricas magnéticas de los gabros son coincidentes con la petrofábrica definida por los cristales de plagioclasa. Antes de realizar ninguna corrección, la orientación de los ejes principales muestra gran dispersión entre las diferentes estaciones. Sin embargo, y usando la información proveniente del análisis paleomagnético, cuando las fábricas magnéticas son restituidas a su posición de emplazamiento, los ejes principales de las diferentes estaciones paleomagnéticas de cada estructura anticlinal son coherentes entre sí. Se han podido diferenciar dos tipos de estructuras en base a la información proveniente del estudio paleomagnético y de fábricas magnéticas. (i) En las estructuras más occidentales, donde el ratio entre rocas dúctiles y rígidas en el núcleo de las mismas es mayor, las rotaciones registradas son mayores, y la fábrica magnética muestra una foliación horizontal y una lineación horizontal NO-SE, que ha sido interpretada como reflejo de la tectónica extensional presente durante la intrusión de las rocas ígneas. (ii) Por el contrario, en las estructuras orientales, cuyo núcleo está compuesto esencialmente por rocas ígneas, las rotaciones registradas son menores; las fábricas magnéticas presentan pautas más complejas, dominando lineaciones N-S a NE-SO y foliaciones con diferente inclinación, y que pueden ser interpretadas como consecuencia del emplazamiento del magma en áreas con poco espacio, y por tanto el flujo del mismo estaría condicionado por las estructuras NE-SO.