Discussion on the division of the Nevado-Filábride complex (Betic cordillera) based on tectono-stratigraphic, geochronological and petrochronological data
- Autores: Ángel Santamaría López
- Directores de la Tesis: Carlos Sanz de Galdeano Equiza (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2019
- Idioma: inglés
- ISBN: 9788413061719
- Número de páginas: 171
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jesús Galindo Zaldívar (presid.), Fernando Javier Nieto García (secret.), María C. Fernández Puga (voc.), M. Benmakhlouf (voc.), Isabel Abad Martínez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Tierra por la Universidad de Granada
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- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
TÍTULO DE LA TESIS: DISCUSSION ON THE DIVISION OF THE NEVADO-FILÁBRIDE COMPLEX (BETIC CORDILLERA) BASED ON TECTONO-STRATIGRAPHIC, GEOCHRONOLOGICAL AND PETROCHRONOLOGICAL DATA Resumen Zona de estudio El Complejo Nevado-Filábride se encuentra en la posición estructural más baja de los complejos que forman la Zona interna de la Cordillera Bética y aflora en Sierra Nevada, Sierra de Filabres, Sierras Alhamilla y Cabrera, Sierra Almagrera y otras sierras más orientales. Este complejo ha sido objeto de una intensa investigación desde hace más de cincuenta años (e. g. Van Bemmelen, 1927; Egeler y Simon, 1969; Vissers, 1977; Augier et al., 2005). A lo largo de estos años se han propuesto varias subdivisiones, desde la primera en la que Brouwer, (1926) diferenció en el complejo dos grandes conjuntos: uno inferior, el "Cristalino de Sierra Nevada" (Kristallijne Schisten), formado esencialmente por una monótona serie de micasquistos y un conjunto superior litológicamente más heterogéneo, la "Mischungzone"; pasando por la subdivisión basada en datos tectonometamórficos, en dos complejos independientes (el inferior Veleta y el superior Mulhacén) (Puga et al., 2002); hasta la más reciente de Martínez-Martínez et al., (2002) en tres unidades tectónicas (denominadas, de abajo a arriba, de La Ragua, de Calar Alto y de Bédar-Macael). A las unidades Veleta y Ragua y las de Mulhacén y Calar Alto se les ha asignado, respectivamente, la misma distribución general.
Hipótesis y justificación La superposición tectónica de los mantos descritos responde a la aceptación de la existencia de un grado metamórfico superior en la parte superior del complejo, i.e. en el manto del Mulhacén que en el de Veleta. No obstante, varias observaciones no parecen sustentar la existencia de dicha subdivisión:
a) Resulta prácticamente imposible localizar, en varios sectores del complejo, el contacto entre las unidades tectónicas propuestas en la literatura. Por el contrario, en la zona de contacto entre las supuestas unidades es patente la existencia de continuidad litoestratigráfica. Además hay una neta concordancia entre características estructurales de la parte superior e inferior del complejo Nevado-Filábride (e.g. la coincidencia de la vergencia de pliegues en varios sectores). Si bien estas coincidencias pueden deberse a deformaciones posteriores a la tectónica de mantos, alternativamente podría ser resultado de una característica original.
b) En numerosos sectores existe una secuencia en la que se repiten niveles de cuarcitas entre micaesquistos. Esta secuencia comienza en la parte superior del manto de Veleta y continúa en buena parte del tramo inferior del manto de Mulhacén. Este hecho podría sugerir un depósito continuado.
c) En la cartografía existente y, concretamente, en la relación de contacto entre las supuestas unidades existen fallos objetivos tanto en la forma de los afloramientos como en la distinción, distribución y estructura de los materiales. En numerosos casos parece que la cartografía se ha adaptado a un modelo previo, en vez de hacer un modelo tras la cartografía objetiva de la región.
Por todo ello, en la Tesis Doctoral se ha planteó la hipótesis de que la secuencia Nevado-Filábride es una sucesión litológica continua, en vez de constituir un complejo metamórfico tectónicamente subdividido.
Objetivos Se ha estudiado en detalle la sucesión Nevado-Filábride, sobre la base de sus características petrológicas, mineralógicas, geocronológicas, cartográficas y estructurales. A partir de esta aproximación multidisciplinar, y de los datos obtenidos se ha procedido a la revisión de la validez de las subdivisiones existentes hasta la fecha. Además, la Tesis Doctoral ha tenido como objetivo la elaboración de un modelo geológico que procure explicar satisfactoriamente los resultados obtenidos y permita reconstruir el proceso de formación del Nevado-Filábride, y su rol en la conformación de la Zona interna Bética.
Metodología A continuación se relacionan los métodos e instrumentos analíticos utilizados durante la Tesis Doctoral:
a) Cartografía de detalle de sectores seleccionados (escalas 1:25000 y 1:10000) en donde, según la actual cartografía disponible, se observa el contacto entre las supuestas unidades tectónicas. La cartografía se ha completado con un conjunto de medidas de estructuras menores (pliegues, fallas) y recogida de muestras.
b) Estudio convencional de láminas delgadas mediante microscopio petrográfico.
c) La cuantificación precisa de las proporciones de las diferentes fases minerales mediante difracción de rayos X.
d) Estudio con microscopía electrónica de barrido de alta resolución de fases minerales de interés.
e) Determinaciones de la composición mineralógica mediante microsonda electrónica. Obtención de mapas composicionales de porfiroblastos de granates de muestras de esquistos.
f) Caracterización química y geoquímica de muestras seleccionadas, mediante fluorescencia de rayos X.
g) Estimaciones termo-barométricas en muestras de esquistos mediante modelado iterativo de granate y fengita.
h) Datación de la edad máxima de sedimentación de los metasedimentos a partir de zircones detríticos mediante SHRIMP.
i) Datación del metamorfismo alpino a partir de alanitas mediante LA-ICP-MS.
Desarrollo y resultados En la primera parte de la Tesis Doctoral se propone una nueva cartografía de áreas clave del complejo, apoyada por descripciones petrológicas y mineralógicas de los diferentes tipos de esquistos existentes en el complejo. Tres formaciones litológicas se han identificado, de abajo arriba: la Formación de Esquistos oscuros, la Formación de Tahal y la Formación de Esquistos y Mármoles. La Formación de esquistos está formada por una sucesión monótona de esquistos oscuros y cuarcitas. La Formación de Tahal está constituida por una alternancia de esquistos claros y oscuros, cuarcitas, metabasitas y niveles finos de mármoles. La Formación de Esquistos y mármoles incluye una alternancia de esquistos claros y oscuros y mármoles, además de niveles de gneises y metabasitas. El contacto entre estas formaciones es estratigráfico y caracterizado por una variación transicional entre litologías.
Se ha llevado a cabo una datación de U-Pb de circones detríticos heredados mediante SHRIMP en esquistos de las partes baja y alta del complejo. Las edades máximas más jóvenes estimadas en la mayoría de las muestras son carboníferas. De acuerdo a los resultados, la edad máxima de depósito más probable para el protolito de la formación de Esquistos oscuros es 349,1±1,6 Ma. La edad máxima de depósito del protolito de la parte superior del complejo (Formaciones Tahal y de Esquistos y mármoles) se estimó en 334,6±2,9 Ma. Los patrones de edades de los circones detríticos en la mayoría de las muestras proporcionan poblaciones comunes en ca. 480-615 Ma (Cámbrico-Ediacarico), ca. 910-1010 Ma (Tónico-Esténico) y ca. 1800-2000 Ma (Orosírico). Estas poblaciones de edad son similares a las que se han encontrado en la Zona Cantábrica del Macizo Ibérico y el Complejo Maláguide (Cordillera Bética).
Cinco muestras de esquistos con granates han sido investigadas para determinar y comparar las trayectorias de presión y temperatura de las partes baja y alta del complejo. Para ello se combinaron mapas composicionales cuantitativos de granate con un modelado iterativo de granate y fengita. Los resultados sugieren que las partes baja y alta del complejo describieron trayectorias horarias con una geometría similar durante el metamorfismo alpino que afectó al complejo. Sin embargo las condiciones de presión y temperatura fueron ligeramente diferentes entre las dos partes. En la Formación de Esquistos oscuros, la nucleación de granate se produjo a ~16 kbar y~480ºC; a ~17,5 kbar y ~490ºC en la Formación Tahal; y a ~18 kbar y~520ºC en la Formación de Esquistos y Mármoles. Todas las muestras sufrieron un incremento de temperatura de entre 70 a 100 ºC sin un cambio significativo de presión, seguido de una etapa de descompresión isoterma. Los bordes de los granates estudiados se formaron en una etapa de baja presión y alta temperatura. Esta etapa se produjo, de acuerdo a la datación con alanita mediante LA-ICP-MS, hace ~13 Ma. En la Tesis Doctoral se propone que la descompresión isoterma fue desencadenada por la rotura de la lámina subducida. La descompresión isoterma, además, apunta a una rápida exhumación de las rocas del Nevado-Filábride tras la rotura de la lámina. Posteriormente el complejo se acomodó debajo del complejo Alpujárride (Cordillera Bética) durante la etapa final de la exhumación.
Conclusiones Los contactos estratigráficos entre las formaciones sugieren una secuencia continua en vez de una división en unidades tectónicas del complejo. Esto está en la línea de los resultados obtenidos de la datación de circones detríticos, que muestra una progresión desde poblaciones de edad más jóvenes en la parte baja del complejo, y más jóvenes en la parte alta. Además, la similitud entre las trayectorias de presión-temperatura entre las formaciones implica que las tres se encontraban estrechamente cercanas durante los eventos de subducción y exhumación.
Bibliografía Augier, R., Jolivet, L. y Robin, C. (2005). Late Orogenic doming in the eastern Betic Cordilleras: Final exhumation of the Nevado-Filabride complex and its relation to basin génesis. Tectonics, 24, 4, art n°TC4003, 19 p.
Brouwer, H.A. (1926.). Zur Geologie der Sierra Nevada. Geologische Rundschau, 17: 118-137.
De Jong, K. y BAKKER, H. (1991). The Mulhacen and Alpujarride Complex in the eastern Sierra de los Filabres, SE Spain: Litho-stratigraphy. Geology en Mijnbouw, 70: 93-103.
Egeler C.G. y Simon O.J. (1969). Orogenic evolution of the Betic Zone (Betic Cordilleras, Spain), with emphasis on the nappe structures. Geology en Mijnbouw, 48: 296-305.
Martínez-Martínez J.M., Soto J.I. y Balanyá J.C. (2002). Orthogonal folding of extensional detachments: Structure and origin of the Sierra Nevada elongated dome (Betics, SE Spain). Tectonics, 21: 1- 22.
Puga, E., Díaz de Federico, A. y Nieto, J. M. (2002). Tectono-stratigraphic subdivision and petrological characterisation of the deepest complexes of the Betic Zone: a review. Geodinamica Acta, 15: 23-43.
Van Bemmelen R.W. (1927). Bijdrage tot de geologie der Betische Ketens in de province Granada. Thesis E.T.S, Delft, 176 p.
Vissers R.L.M. (1977). Data on the tectonic and metamorphic evolution of the central Sierra de los Filabres, SE Spain. Geolologische Rundschau, 66, 1: 81-90.
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Late Orogenic doming in the eastern Betic Cordilleras: Final exhumation of the Nevado-Filabride complex and its relation to basin génesis. Tectonics, 24, 4, art n°TC4003, 19 p. Brouwer, H.A. (1926.). Zur Geologie der Sierra Nevada. Geologische Rundschau, 17: 118-137. De Jong, K. y BAKKER, H. (1991). The Mulhacen and Alpujarride Complex in the eastern Sierra de los Filabres, SE Spain: Litho-stratigraphy. Geology en Mijnbouw, 70: 93-103. Egeler C.G. y Simon O.J. (1969). Orogenic evolution of the Betic Zone (Betic Cordilleras, Spain), with emphasis on the nappe structures. Geology en Mijnbouw, 48: 296-305. Martínez-Martínez J.M., Soto J.I. y Balanyá J.C. (2002). Orthogonal folding of extensional detachments: Structure and origin of the Sierra Nevada elongated dome (Betics, SE Spain). Tectonics, 21: 1- 22. Puga, E., Díaz de Federico, A. y Nieto, J. M. (2002). Tectono-stratigraphic subdivision and petrological characterisation of the deepest complexes of the Betic Zone: a review. Geodinamica Acta, 15: 23-43. Van Bemmelen R.W. (1927). Bijdrage tot de geologie der Betische Ketens in de province Granada. Thesis E.T.S, Delft, 176 p. Vissers R.L.M. (1977). Data on the tectonic and metamorphic evolution of the central Sierra de los Filabres, SE Spain. Geolologische Rundschau, 66, 1: 81-90. Abstract Area of study The Nevado-Filábride complex is in the lowermost metamorphic complex in the Internal zone of the Betic Cordillera. It outcrops in the sierras Nevada, Filabres, Alhamilla and Cabreara and Almegrera. This complex has been subject of study since more of fifty years (e. g. Van Bemmelen, 1927; Egeler y Simon, 1969; Vissers, 1977; Augier et al., 2005). During this time it has been proposed several divisions. Brouwer, (1926) divided the complex in two big sets: a monotonous succession of mica-schists called the " Crystalline of Sierra Nevada " (Kristallijne Schisten), and the uppermost heterogeneous "Mischungzone". Puga et al., 2002 based on tectono-metamorphic criteria proposed a division in two different independent complexes: the lowermost Veleta and the Mulhacén complex. Martínez-Martínez et al., (2002) provided a division in three structural units, from bottom to top: the Ragua, the Calar-Alto and the Bédar-Macael units. The Ragua unit and the Veleta complex are mostly equivalent. Hypothesis The proposed superposition of tectonic units is based on the different P-T conditions reached during Alpine metamorphism. I.e. the Mulhacén complex of Puga et al. (2002), developed higher P-T conditions than the Veleta complex. However several findings seem not to support the proposed divisions: a) In several sectors of the complex the contact between the tectonic units proposed in the literature is characterized lithostratigraphic continuity, and similarities between structural characteristics of the upper and lower part of the Nevado-Filábride complex (e.g. the coincidence of the fold vergences). Although these coincidences may be due by subsequent later deformations during tectonic superposition of nappes, it could alternatively be the result of an former characteristic. b) The contact between the Veleta and Mulhacén complexes of Puga et al. (2002) is characterized by an alternation of schists and quartzites. c) The errors existing in the previous cartographies focused on the Nevado-Filábride complex include the extension of lithological outcrops as well as the distribution and structure of the materials. Accordingly, it is necessary a revision of the existing cartography. In this Ph.D. Thesis it has been has hypothesized that the Nevado-Filábride sequence is a continuous lithological sequence, instead of constituting a tectonically subdivided metamorphic complex. Objective The Nevado-Filábride succession has been studied in detail, on the basis of its petrological, mineralogical, geochronological, cartographic and structural characteristics. The validity of the existing divisions has been reviewed based on a multidisciplinary approach. Accordingly, in the Ph.D. Thesis is proposed a model which satisfactorily explains the results allowing to decipher the process of formation of the Nevado-Filábride, and its role in the tectonic evolution of the Internal zone of the Betic Cordillera. Methodology a) Cartography of selected areas (1:25000 y 1:10000), identification of structures and sample collection. b) Classical thin section analysis for petrography c) Mineral quantification by X-ray diffraction. d) Mineral identification by scanning electron microscopy e) Electron microprobe analysis of samples and quantitative compositional mapping of garnet porphyroblasts. f) Geochemical characterization of samples by X-ray fluorescence. g) Retrieving of P-T conditions on schists based on phase equilibria modelling of garnet and phengite. h) SHRIMP U-Pb dating of detrital zircons, to estimate the maximum deposition age of metasediments. i) LA-ICP-MS U-Th-Pb dating of allanites to estimate the age of metamorphism. Results In the first part of the study, new cartography is proposed for key areas of the complex. The cartography is supported by petrological and mineralogical descriptions of the different schist types existing in the complex. Three lithological formations were identified: the Dark schists Fm in the lower part, the Tahal Fm, and the overlying Schists and marbles Fm. The contact between these formations is stratigraphic, characterized by transitional lithological variations. U-Pb dating (SHRIMP) was carried out on inherited detrital zircons. The eight dated samples pertain to the lower and upper part of the complex. The youngest age populations in the majority of the samples are Carboniferous. According to the results, the most probable maximum age of deposition of the Dark schists Fm is estimated to be 349.1±1.6. The most probable maximum age of deposition for the upper part of the complex (Tahal and Schists and marbles Fms) is 334.6±2.9 Ma. The detrital zircon age patterns in most of the studied samples provided common age populations at 480-615 Ma (Cambrian-Ediacaran), ca. 910-1010 Ma (Tonian-Stenian) and ca. 1800-2000 Ma (Orosirian). These age populations are similar to those found in the Cantabrian zone (Iberian Massif) and the Maláguide complex (Betic Cordillera). Hence the results presented in this thesis agree with recent paleogeographic interpretations that consider the Nevado-Filábride complex as part of the south Iberian paleomargin. Five garnet-bearing schists were investigated to constrain and compare the shape of the P-T paths recorded by the lower and the upper part of the complex. Quantitative compositional mapping of garnet was combined with iterative thermodynamic models for garnet and phengite. The resulting P-T trajectories suggest that the upper and lower parts of the complex exhibit similar clockwise P-T path geometries during Alpine metamorphism, but under slightly different conditions. Garnet nucleation took place at high-pressure and low-temperature conditions, ranging ~16 kbar and ~480ºC in the Dark schists Fm; ~17.5 kbar and ~490ºC in the Tahal Fm; and ~18 kbar and ~520ºC in the Schists and marbles Fm. All the samples record a temperature increase of 70-100°C without any significant change in pressure, followed by a stage of isothermal decompression. The garnet rims reflect a high-temperature and low-pressure stage dated at ~13 Ma using allanite U-Th-Pb geochronology (LA-ICP-MS). It is therefore proposed that the isothermal decompression was triggered by slab break-off of the subducting slab. The isothermal decompression also supports rapid exhumation of the Nevado-Filábride rocks. The Nevado-Filábride complex was eventually accommodated below the Alpujárride complex (Betic Cordillera) during the final step of exhumation, describing linear cooling. Conclusions The stratigraphic contacts between formations suggest a continuous sequence rather than a tectonically divided complex. This is in line with the detrital zircon data showing a progression from older age populations in the lower part of the complex to younger age populations in the upper part. Additionally, the similarity of the P-T trajectories traced by the three formations implies all three were already closely related during the burial and exhumation stages. Bibliography Augier, R., Jolivet, L. y Robin, C. (2005). Late Orogenic doming in the eastern Betic Cordilleras: Final exhumation of the Nevado-Filabride complex and its relation to basin génesis. Tectonics, 24, 4, art n°TC4003, 19 p. Brouwer, H.A. (1926.). Zur Geologie der Sierra Nevada. Geologische Rundschau, 17: 118-137. De Jong, K. y BAKKER, H. (1991). The Mulhacen and Alpujarride Complex in the eastern Sierra de los Filabres, SE Spain: Litho-stratigraphy. Geology en Mijnbouw, 70: 93-103. Egeler C.G. y Simon O.J. (1969). Orogenic evolution of the Betic Zone (Betic Cordilleras, Spain), with emphasis on the nappe structures. Geology en Mijnbouw, 48: 296-305. Martínez-Martínez J.M., Soto J.I. y Balanyá J.C. (2002). Orthogonal folding of extensional detachments: Structure and origin of the Sierra Nevada elongated dome (Betics, SE Spain). Tectonics, 21: 1- 22. Puga, E., Díaz de Federico, A. y Nieto, J. M. (2002). Tectono-stratigraphic subdivision and petrological characterisation of the deepest complexes of the Betic Zone: a review. Geodinamica Acta, 15: 23-43. Van Bemmelen R.W. (1927). Bijdrage tot de geologie der Betische Ketens in de province Granada. Thesis E.T.S, Delft, 176 p. Vissers R.L.M. (1977). Data on the tectonic and metamorphic evolution of the central Sierra de los Filabres, SE Spain. Geolologische Rundschau, 66, 1: 81-90.
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