Estudio de las anomalías magnéticas de las Zonas Centro Ibérica y Asturoccidental-Leonesa. Origen de la magnetización e implicaciones en la evolución tectónica tardi-Varisca
- Autores: Manuela Durán Oreja
- Directores de la Tesis: María Puy Ayarza Arribas (dir. tes.), José Ramón Martínez Catalán (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Magnetic anomalies in the Central Iberian and West Asturian-Leonese Zones. Origin of the magnetization and implications for the late-Variscan tectonic evolution
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Gómez Barreiro (presid.), Pablo Calvín Ballester (secret.), Alexandra Guy (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Geología por la Universidad de Salamanca
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: GREDOS
- Resumen
- español
En las últimas etapas de la formación del orógeno Varisco, el acortamiento y el engrosamiento litosférico dieron lugar a inestabilidades gravitacionales que generaron un colapso. Como consecuencia de este proceso, se produjeron sistemas de despegues extensionales interconectados y fallas normales. Las zonas afectadas por la extensión evolucionaron a condiciones de baja presión, pero todavía a alta temperatura. A su vez, se produjo una intensa migración de fluidos hidrotermales y de material fundido. Estos procesos hicieron que se formasen domos térmicos. Esto se observa claramente en las regiones noroccidental y central del Macizo Ibérico, concretamente en la Zona Asturoccidental-Leonesa y en la Zona Centro Ibérica. Durante la Orogenia Varisca, en esas zonas se identifican tres episodios de compresión (C1, C2 y C3), y dos etapas de extensión (E1 y E2). La deformación compresiva produjo, entre otras estructuras, el desarrollo de dos oroclinales: el Arco Ibero-Armoricano (IAA) al Norte y el Arco Centro Ibérico (CIA) al Sur. Estas dos estructuras de escala litosférica hicieron que el orógeno Varisco en Iberia, que en principio era aproximadamente lineal, adquiriera una geometría en forma de "S". Muchos afloramientos del Macizo Ibérico permiten caracterizar geológicamente el IAA. Sin embargo, el CIA está en buena parte cubierto por los sedimentos de las cuencas de los ríos Duero y Tajo, y hay menos afloramientos que faciliten su estudio. La caracterización de su geometría se basa en esos afloramientos, que en ocasiones están aislados entre sí por la cobertera más reciente. Por ello, es necesario recurrir a técnicas indirectas para definir mejor su geometría y estudiar su evolución tectónica. Entre ellas, las más importantes son la cartografía de las anomalías magnéticas y el paleomagnetismo. El Mapa aeromagnético de la Península Ibérica muestra una serie de anomalías de gran longitud de onda y alta amplitud que se sitúan sobre los domos gneísicos que se localizan en el centro o núcleo del CIA y en su flanco Norte. Por otro lado, la geometría de su parte externa está parcialmente definida por la forma arqueada de algunas anomalías magnéticas, en este caso, de menor amplitud y longitud de onda. Estas últimas no coinciden con domos térmicos. Caracterizar estos dos tipos de anomalías tan diferentes puede darnos claves para determinar la evolución tardi-Varisca del orógeno en el Noroeste y en el centro del Macizo Ibérico. Estudios previos centrados en el primer grupo de anomalías (alta amplitud y longitud de onda) han determinado que una de las más extensas y de mayor amplitud, la EGMA (Eastern Galicia Magnetic Anomaly), está relacionada con los procesos extensionales tardi-Variscos. Esta anomalía coincide con el Domo de Lugo-Sanabria, al Oeste de la Zona Asturoccidental-Leonesa, en el flanco Norte del CIA. En esta zona afloran metasedimentos y rocas ígneas que, cuando se encuentran dentro de las zonas de cizalla extensionales y las fallas normales asociadas que afloran en la Ventana Tectónica de Xistral (Noroeste del Domo de Lugo), muestran alta susceptibilidad magnética. Tras elaborar una cartografía magnética de detalle se ha determinado que los máximos de la anomalía magnética de alta resolución coinciden exactamente con estructuras extensionales que afloran en la Ventana Tectónica de Xistral. Por tanto, parece que existe relación genética entre los procesos de extensión y la cristalización de minerales magnéticos (magnetita y hematites). Sin embargo, no se conocen los mecanismos que dan lugar a esta relación. Con el fin de entender este hecho, se ha llevado a cabo un estudio petrológico de pares de muestras (magnética y no magnética) localizadas en la misma posición estructural, para ver si los diagramas de presión y temperatura (P-T) de cada par corroboraban la relación genética entre extensión y cristalización de minerales magnéticos. Efectivamente, las muestras no magnéticas, que están más alejadas de las estructuras extensionales, registran la compresión y un metamorfismo Barroviense, o de presión intermedia (560-640 ºC; 5-8,7 kbar). Por su parte, las muestras magnéticas, recogidas sobre estructuras extensionales aflorantes, ya no registran la compresión, o solo la registran ocasionalmente con algunos minerales relictos. Por el contrario, las asociaciones minerales que presentan son típicas de un metamorfismo de tipo Buchan de baja presión, con temperaturas similares o menores (500-620 ºC; 1,5-6 kbar) que las del metamorfismo Barroviense que registran sus pares no magnéticos. Se deduce que la cristalización de minerales magnéticos se produjo durante los eventos extensionales. Otra de las anomalías de gran extensión y alta amplitud que se sitúa en el centro del CIA es la CSMA (Central System Magnetic Anomaly). Esta anomalía coincide con otro domo extensional y, por ello, cabría esperar que su origen también pudiera estar relacionado con los eventos extensionales tardi-Variscos. En esta área se ha realizado una cartografía magnética de detalle, a la vez que se ha realizado un muestreo de la susceptibilidad magnética de las rocas aflorantes. A diferencia de la EGMA, en esta zona, las únicas rocas magnéticas que afloran y que son volumétricamente significativas son los gabros toleíticos del Dique Alentejo-Plasencia (DAP), que se generó durante el proceso de apertura del Océano Atlántico. Además, existen otras rocas básicas también magnéticas, pero poco abundantes, que intruyen a fallas con la misma dirección que el dique y a otras familias de fallas conjugadas. Ninguna de estas litologías parece guardar relación geométrica con la anomalía. Sin embargo, tampoco afloran despegues extensionales similares a los identificados en la EGMA ni se han encontrado rocas metamórficas con alta susceptibilidad magnética. Es posible que los despegues existan en profundidad, bajo los granitos aflorantes, o que hayan existido y más tarde hayan sido asimilados por las rocas ígneas. De esta manera, la CSMA tal y como se observa en el Mapa aeromagnético de la Península Ibérica y en la cartografía de detalle que hemos obtenido no se explica por el magnetismo de las rocas básicas del DAP y de los diques asociados a él y debe tener una fuente profunda con poca o ninguna representación en superficie. En la parte Sureste de la Zona Centro Ibérica, existen una serie de interferencias de pliegues de las fases compresivas C1 y C3, en las que un estudio de paleomagnetismo de las rocas puede dar información sobre la edad de formación del CIA y su relación con el IAA. Uno de los sitios en donde se puede estudiar la interferencia de plegamiento es en los afloramientos de calizas Cámbricas (Calizas de Urda-Los Navalucillos) en los Montes de Toledo. Allí se ha realizado un estudio de paleomagnetismo con el fin de identificar componentes que permitan extraer información acerca de la evolución tectónica durante la orogenia Varisca. El resultado es la identificación de una componente paleomagnética estable, portada por pirrotina, en cuatro afloramientos distintos localizados cerca de la charnela del CIA. Las direcciones medias del vector magnético por afloramiento muestran una inclinación baja, negativa, y estable, que coincide con la esperada para la época de desarrollo del CIA (~320 Ma). Sin embargo, la declinación varía de Norte a Noroeste entre las diferentes estaciones muestreadas. La polaridad de la magnetización indica que esta se adquirió durante un episodio de polaridad mayoritariamente normal, cuando lo que hoy día es la Península Ibérica estaba en el Hemisferio Sur, cerca del Ecuador. Esto implica una magnetización anterior al supercrón inverso Kiaman. Por otra parte, la variación en la declinación sugiere que en el flanco Sur del CIA (en coordenadas actuales) se produjo una rotación de eje vertical de 42 º en sentido horario, sincinemática con el evento compresivo C3 y anterior a 318 Ma (comienzo del supercrón Kiaman). Posteriormente, una fuerte rotación en sentido antihorario, relacionada con la formación del IAA, afectó a estos afloramientos y dio lugar a la geometría en "S" característica del Orógeno Varisco en el Macizo Ibérico. La combinación de estas tres líneas de estudio de las anomalías magnéticas de la parte interna del Macizo Ibérico nos ha permitido constreñir la edad de formación del CIA y la relación entre la tectónica extensional y las anomalías magnéticas.
- English
During the late Variscan orogeny, lithospheric shortening and thickening resulted ingravitational instabilities that led to collapse. As a result, interconnected extensional detachment systems and normal faults were created. The zones affected by extension evolved to low pressure, at still high temperature conditions. Simultaneously, there was an intense migration of hydrothermal fluids and melt, that led to the formation of thermal domes. These are now clearly observed in the northwestern and central regions of the Iberian Massif, namely in the West Asturian Leonese Zone and in the Central Iberian Zone.
In the course of the Variscan Orogeny, three episodes of compression (C1, C2 and C3), and two stages of extension (E1 and E2), took place in these regions. The compressional deformation resulted in the development of two oroclines: the Ibero-Armorican Arc (IAA) to the North and the Central Iberian Arc (CIA) to the South. These two lithospheric-scale structures bended the initially approximately linear Iberian Variscan orogen, contributing to its present day S-shape geometry.
A significant number of outcrops in the Iberian Massif allow the geological characterization of the IAA. However, the CIA is largely covered by the sediments of the Duero and Tajo river basins, resulting in a lack of outcrops to study it. The characterization of its geometry is based on these outcrops, which are often isolated from each other by the most recent cover. Accordingly, indirect techniques must be used to better define its geometry and study its tectonic evolution, with magnetic anomaly mapping and paleomagnetism being of particular importance.
The Aeromagnetic map of Iberia shows a series of long wave-length, high amplitude anomalies that overlap gneissic domes located in the core of the CIA and on its northern limb. On the other side, the geometry of the CIA’s outer part is partly defined by the arcuate shape of short wave-length, low amplitude anomalies that do not overlap thermal domes. The characterization of these two very different types of anomalies can give us clues to shed light on the late Variscan evolution of the orogen in the northwest and center of the Iberian Massif.
Previous studies focused on the first group of anomalies (high amplitude and wavelength) have determined that one of the largest and highest amplitude anomalies, the EGMA (Eastern Galicia Magnetic Anomaly), is related to the late-Variscan extensional tectonics. This anomaly coincides with the Lugo-Sanabria Dome, to the West of the West Asturian Leonese Zone, on the northern limb of the CIA. In this area, metasediments show high magnetic susceptibilities when located within the extensional shear zones and their associated normal faults, like those outcroping in the Xistral Tectonic Window (Northwest of the Lugo Dome). Detailed magnetic mapping evidenced that high resolution magnetic anomalies coincide exactly with the extensional structures outcropping in the Xistral Tectonic Window. Therefore, there appears to be a genetic link between extensional tectonics and the crystallization of magnetic minerals (magnetite and hematite). However, the processes leading to this association are not known. In order to understand this fact, a petrological study of pairs of samples (magnetic and nonmagnetic) located in the same structural position was carried out in order to see if the pressure-temperature (P-T) diagrams obtained from each pair supported the hypothesis of this genetic relationship between extension and crystallization of magnetic minerals. In fact, the non-magnetic samples, located farther away from the extensional structures, recorded compression and Barrovian, or intermediate pressure (560-640 C; 5-8,7 kbar) metamorphism. On the other hand, the magnetic samples, collected on outcropping extensional structures, hardly show evidence of compression with some relict minerals.
In contrast, their mineral associations are typical of low-pressure Buchan-type metamorphism, with similar or lower temperatures (500-620 C; 1,5-6 kbar) than those of Barrovian metamorphism recorded by their non-magnetic counterparts. It is thus inferred that the crystallization of magnetic minerals occurred during extensional events.
Another long wave-length and high amplitude anomaly located in the center of the CIA is the CSMA (Central System Magnetic Anomaly). This anomaly also coincides with a thermal dome, and accordingly its origin was thought to be related to the late-Variscan extensional events. Detailed magnetic mapping and magnetic susceptibility measurements of the outcropping rocks have been carried out in this area. Results show that, in contrast to the EGMA, the only outcropping magnetic rocks are the tholeiitic gabbros of the Alentejo-Plasencia Dike (DAP), generated by the opening of the Atlantic Ocean. In addition, other scarce, magnetic basic rocks intrude faults parallel to the DAP and other families of conjugate faults. Furthermore, no extensional detachments have been identified, nor have metamorphic rocks with high magnetic susceptibility been found in the area covered by this anomaly. It is possible that detachments exist, or have existed at depth, beneath outcropping granites, although they might have been assimilated by the igneous rocks. Thus, the CSMA, as observed on the Aeromagnetic map of Iberia and in the detailed mapping we have obtained, is not explained by the magnetism of the basic rocks of the DAP and the associated dykes. Probably its source is located at depth and has none or little surface expression.
The southeastern part of the Central Iberian Zone features a series of C1 and C3 folds interferences. A study of the paleomagnetism of the affected rocks can provide crucial insights into the age of formation of the CIA and its relationship to the IAA. Folding interference can be studied in the Cambrian limestone outcrops (Urda-Los Navalucillos Limestone) in the Montes de Toledo. A paleomagnetic study has been carried out there to identify components that allow us to determine the temporal relationship with the Variscan tectonic evolution. We have identified a stable paleomagnetic component, carried by pyrrhotite, in four different outcrops located near the CIA hinge. The mean magnetic vector directions per outcrop show a low, negative, and stable inclination, consistent with the age expected for the development of the CIA (~320 Ma).
However, the declination varies from North to Northwest among the different stations sampled. The polarity of the magnetization confirms that the magnetization was acquired during an episode of mostly normal polarity, when the Iberian Peninsula was in the Southern Hemisphere, close to the Equator. This implies that it predates the Kiaman reverse superchron. On the other hand, the variation in declination suggests that a 42° clockwise, vertical axis rotation occurred on the southern limb of the CIA (in present coordinates). This took place synkinematically with the C3 compressional event and before 318 Ma (beginning of the Kiaman superchron). Subsequently, a large counterclockwise rotation, related to the formation of the IAA, affected these outcrops, giving rise to the characteristic “S” geometry of the Variscan Orogen in the Iberian Massif.
The integration of these three lines of investigation in relation to the magnetic anomalies of the inner region of the Iberian Massif allowed us to determine the age of formation of the CIA and to elucidate the relationship between extensional tectonics and magnetic anomalies.
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