Historia termal del sector oriental de la Sierra de Camerosrestricciones a partir del análisis de huellas de fisión y otras herramientas geocronológicas (u-pb shrimp y (u-th)/he)

Resumen

Historia termal del sector oriental de la Sierra de Cameros: restricciones a partir del análisis de huellas de fisión y otras herramientas geocronológicas (U-Pb SHRIMP y (U-Th)/He) La Sierra de Cameros forma parte de la zona noroccidental del Sistema Ibérico. Está limitada por dos cuencas terciarias: la Cuenca del Ebro al norte y la Cuenca de Almazán al sur; y por dos macizos paleozoicos: la Sierra de La Demanda al oeste y la Sierra del Moncayo al este. La Sierra de Cameros fue una cuenca intracontinental formada durante el Mesozoico como consecuencia de un periodo de rifting relacionado con la apertura del Océano Atlántico y del Golfo de Vizcaya. La estructura de la cuenca muestra una geometría de semigraben controlada por un sistema de fallas lístricas de dirección principal E-O/NO-SE que son el resultado de la reactivación de estructuras previas Variscas durante la extensión Mesozoica. Durante el Albiense, tuvo lugar un evento metamórfico de muy bajo grado con una temperatura máxima de 350ºC en las partes más profundas de la cuenca que afloran en la actualidad. La inversión tectónica de la cuenca está relacionada con la Orogenia Alpina produciéndose durante el Eoceno el cabalgamiento de la Sierra de Cameros sobre la Cuenca del Ebro y sobre el zócalo Varisco. El objetivo de esta tesis es reconstruir la historia termal de la Sierra de Cameros y analizar sus implicaciones en la evolución tectónica y estructural del área e estudio. La Sierra de Cameros ha sido objeto de estudio desde diferentes campos de la Geología durante las últimas décadas sin embargo son aún muchos los aspectos que siguen siendo tema de debate científico. La aplicación de nuevas técnicas como son la termocronología mediante huellas de fisión, el análisis de (U-Th)/He o la datación mediante U-Pb SHRIMP nos ayudan a comprenderlos procesos que intervinieron en la formación de la cuenca y su subsiguiente exhumación. En los últimos años se ha propuesto diferentes modelos para tratar de explicar la evolución de la cuenca, sin llegar a existir acuerdo en aspectos tales como su geometría, la cantidad de extensión o la edad y origen del metamorfismo de muy bajo grado observado en la Cuenca de Cameros. En este trabajo se han obtenido nuevos datos de huellas de fisión los cuales indican que las temperaturas máximas alcanzadas durante el enterramiento fueron mayores de 110ºC ya que la mayoría de las muestras fueron totalmente restauradas para el sistema de huellas de fisión en apatito (HFA). Las mayores temperaturas (>250ºC) fueron alcanzadas en la parte central de la cuenca donde se alcanza el mayor grado metamórfico. Por consiguiente, puede observarse una zonación concéntrica del metamorfismo lo que sugiere un control por enterramiento y adelgazamiento cortical relacionado con la extensión producida durante el principal periodo de rifting. Se ha calculado la conductividad térmica de los materiales a partir de datos de difusividad y capacidad calorífica obtenidos en este trabajo con el propósito de conocer las variaciones del gradiente geotérmico en profundidad y para controlar el posible efecto blanketing. Nuestros resultados muestran que la resistividad térmica de los sedimentos no es suficiente para explicar el elevado gradiente geotérmico propuesto por otros autores. Debido a que la extensión sufrida por la cuenca fue moderada durante el rifting, los valores de flujo térmico no superarían los ~100 mW/m2. Por consiguiente, la presencia de fluidos geotérmicos es necesaria para explicar el elevado gradiente geotérmico observado durante el clímax metamórfico. Sin embargo, el papel del los fluidos geotérmicos estaría limitado a zonas con elevada permeabilidad y fracturas. La edad del evento metamórfico de muy bajo grado observado en la Sierra de Cameros fue determinada a partir de la datación de monacitas autigénicas mediante U-Pb SHRIMP. Los resultados muestran dos etapas de formación de monacitas. La primera está relacionada con el enterramiento progresivo en condiciones de diagénesis tardía y metamorfismo de grado muy bajo entre 119 y 107 Ma. Una segunda etapa post-data el pico metamórfico entre 106 y 86 Ma. Las edades de HFA de sedimentos sin-tectónicos procedentes de la Sierra de Cameros están en un rango de 50-30 Ma, restringiéndose de este modo, la edad del principal evento de exhumación. La pequeña diferencia entre las edades de huellas de fisión en circones (HFC) y las de HFA implica que las tasas de enfriamiento fueron elevadas durante este periodo de tiempo lo cual está relacionado con un incremento de la actividad compresiva alpina durante el Eoceno-Oligoceno. Las muestras más superficiales y próximas al frente principal de cabalgamiento presentan edades de enfriamiento más jóvenes que las muestras más profundas y alejadas. El enfriamiento se produjo por el desplazamiento del bloque superior sobre la rampa de cabalgamiento de forma que la isoterma correspondiente a la temperatura de cierre del sistema fue atravesada por muestras progresivamente más profundas y distantes. La relación entre edades de enfriamiento, profundidad y separación espacial de las muestras indica que las unidades sedimentarias debieron estar apiladas verticalmente antes de la inversión tectónica de la cuenca. Las muestras fueron recogidas de una topografía suave, sin diferencias importantes de altitud, por tanto para explicar su disposición actual es necesario un proceso de basculamiento que consideramos como el evento principal de inversión tectónica relacionado con la compresión alpina. Este proceso tendría lugar de forma posterior al registro de las edades de HFA, por lo que su edad sería <30 Ma. A partir de los datos de HFA y otras restricciones geológicas se han realizado una serie de modelos termales inversos los cuales muestran un enfriamiento rápido a través de la zona de borrado parcial (ZBP) que comienza a los ~30 Ma para las muestras próximas a los frentes de cabalgamiento norte y sur y a los ~20 Ma para las muestras procedentes de la parte central de la cuenca. Estas edades son coherentes con una inversión total de la cuenca a los ~20 Ma produciéndose la exhumación de la parte más profunda de la cuenca. A partir de los ~20 Ma se observa una disminución en las tasas de enfriamiento, permaneciendo la mayoría de las muestras a bajas temperaturas, acumulando longitudes de huellas largas. La exhumación de la Sierra de Cameros ha quedado registrada por las tasas de sedimentación en las cuencas adyacentes (el Surco de La Rioja y la Cuenca de Almazán). Ambas cuencas muestran tasas elevadas entre los 40 y los 20 Ma. Este rango de edades coincide con el de las edades de enfriamiento obtenidas para HFA y HFC en muestras de la Sierra de Cameros. Las tasas de sedimentación disminuyeron entre los 20 y los 7 Ma lo que es coherente con una disminución de la actividad compresiva. Las muestras estudiadas procedentes de la cuenca de Almazán muestran una rotura en la tendencia del lag-time a los ~20 Ma lo que implica un descenso en las tasas de exhumación para el último periodo de la historia termal.