Structure of the Central High Atlas (Morocco): constraints from Potential Field Data and 3D Models

[EN] From a 3-D reconstruction based on serial cross-sections, structural observations, and potential field geophysical data we characterize the major structural frame of the Moroccan Central High Atlas. Its overall structure shows two fold-and-thrust systems (each one showing particular features) at the northern and southern borders of the chain, resulting from the inversion of the Mesozoic basin. Five more zones can be distinguished in the inner part of the chain, according to their structural features, ranging from basement-involved structures in the westernmost sector to completely detached structures in the eastern part. Most compressional structures show an ENE-WSW (atlasic) trend, also pinpointed by the orientation of pressure-solution and slaty cleavage associated with the compressional stage. Large-scale faults of crustal or lithospheric reach can be inferred from the aeromagnetic maps, that show that the gabbro intrusions (some of them showing sigmoidal shape) are aligned in an E-W direction, oblique to the main trend. The overall compressional structure is controlled by a main, low-angle, South-verging thrust involving both the Mesozoic cover and the Paleozoic basement thrusting over the southern foreland of the chain. Branching on this surface there is a series of back-thrusts and faults, some of them resulting from re-activation of extensional structures.This research was financed by projects CGL2016-77560-C2 (C21 and C22) and PID2019-108753GB-C2 (C21 and C22), funded by MICIN/AEI/10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe”.Peer reviewe

Kinematics of Structures and Basin Evolution in the Central High Atlas: constraints from AMS and Paleomagnetic Data

[EN] From the application of the magnetic techniques (Anisotropy of Magnetic Susceptibility and paleomagnetism) it can be seen that to determine the age (and origin) of structures in the Moroccan Central High Atlas is not straightforward from geometrical features only and that similar structures can have different origins, or that the two limbs of a particular structure can have developed at different times. A classification of structures is proposed showing all these possibilities. As a general rule, many structures were initiated before compression and, with local exceptions associated with salt structures, paleo-dips were shallow at the remagnetization stage. This has allowed the restoration of structures and the characterization of the overall geometry of the atlasic basin as a narrow, steer’s head strongly subsiding basin whose geometry strongly conditioned its tectonic inversion during the Cenozoic compressional stage. As a synthesis, the Central High Atlas constitutes a good example of intra-plate chain in which different models of basin formation (continental rifting, salt tectonics, transtension) and inversion (thrust tectonics, transpression, buttressing and internal deformation…) can be tested and visualized.This work is part of the I+D+i research projects CGL2009-10840, CGL2009-8969, CGL2012-38481, CGL2016-77560-C2 (C21 and C22) and PID2019-108753GB-C2 (C21 and C22), funded by mICIN/AEI/https://doi.org/10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe”.Peer reviewe

Chronostratigraphy, vertical axis rotations and ams in the Boltaña anticline (Southern Pyrenees): Kinematic implications

El interés científico que tradicionalmente ha suscitado la cuenca de Aínsa reside en la configuración oblicua de sus estructuras, implicadas en un contexto sintectónico caracterizado por el registro continuo de la secuencia estratigráfica Eocena. Por otra parte, el mundo de la investigación petrolera también ha centrado sus estudios en esta zona debido a que la secuencia turbidítica de la cuenca de Aínsa constituye un modelo análogo de reservorio excepcionalmente conservado. Dentro de este contexto, el anticlinal de Boltaña es de especial relevancia puesto que supone el límite estructural entre la cuenca siliclástica de Graus-Tremp y la cuenca turbidítica y molásica de Jaca y a su vez, constituye el límite occidental de la Unidad Surpirenaica Central, confiriendo un interés adicional a la compleja evolución de esta estructura oblicua. En este sentido, en la primera parte de este trabajo se plantean los objetivos (capítulo 1) que proponen descifrar los pormenores cronológicos y cinemáticos de la cuenca de Aínsa y en particular del anticlinal de Boltaña. A continuación se trata el contexto geológico de la zona de estudio basado en el conocimiento previo, desde la escala de placa a la de cabalgamiento. Además se expone la evolución de la cuenca de Aínsa y de las estructuras oblicuas a la dirección predominantemente pirenaica. Se incluye una cartografía inédita (Barnolas et al. in press a y b), diversas columnas estratigráficas y la correlación lateral de las unidades involucradas que ilustran la estratigrafía de la zona de estudio. Desde el punto de vista de la estructura de la zona, los pliegues integrantes del sinclinorio del Sobrarbe son descritos en relación a los cortes geológicos compensados realizados por diversos autores (Millán, 2006; Soto et al, 2001; Fernánadez-Bellón, 2004). A continuación, se describen los trabajos realizados por otros autores en la zona de estudio por medio de métodos afines a los empleados en esta tesis. Estos métodos son el paleomagnetismo, tanto su vertiente magnetoestratigrafica como la destinada a caracterizar rotaciones de eje vertical y la anisotropía de la susceptibilidad magnética. Una vez introducido el problema y contexto geológico en cuestión, en la segunda parte de la tesis se exponen los principios básicos de los métodos aplicados a la zona de estudio. Se abordan aspectos relacionados con el análisis en el laboratorio de las componentes de la magnetización remanente natural, pruebas de estabilidad, aplicaciones del paleomagnetismo para la datación de rocas o como solución de problemas estructurales, magnetismo de rocas y la aplicación de la anisotropía de la susceptibilidad magnética. Existen numerosos estudios magnetoestratigráficos en la vertiente surpirenaica, sin embargo la cuenca de Aínsa carecía hasta el momento de una datación independiente que permitiese determinar la edad de los materiales involucrados. Con este objetivo, se realizó un muestreo de 2450 m de serie, con una densidad media de una muestra de cada 2.7 m, llevando a cabo 914 desmagnetizaciones con fines magnetoestratigráficos. Se detallan las campañas de muestreo realizadas, las cuales se dividen en tres grandes perfiles denominados río Ara, Coscollar y Mondot. El perfil río Ara se localiza en la porción septentrional, flanco oeste del anticlinal de Boltaña donde puede encontrarse un registro continuo de la serie Ypresiense de plataforma (desde la caliza de alveolinas a la Fm Boltaña). A través de un perfil principal y cuatro subperfiles auxiliares destinados a completar la serie estratigráfica, se cubrieron 1008 m con 347 muestras. El perfil Coscollar está compuesto por ocho subperfiles contiguos (355 muestras) en la parte meridional del flanco este del anticlinal de Boltaña. Este perfil atraviesa 965 m de sedimentos pertenecientes a facies de talud siliciclástico de las Fms San Vicente y Sobrarbe de edad Luteciense. A fin de unir ambos perfiles se realizó una sección de conexión de 90 m abarcando el techo de la Fm Boltaña y la base de la Fm San Vicente en la zona con mejor exposición (perfil de Bal Ferrera). A continuación del perfil Coscollar se muestreó el perfil Mondot, compuesto por dos subperfiles de edad Luteciense superior-Bartoniense inferior, que por medio de 172 muestras abarcaron 417 m se serie estratigráfica. Los materiales muestreados corresponden a la transición marino-continental a través de sedimentos deltaicos (techo de la Fm San Vicente, Fm Sobrarbe y base de la Fm Escanilla). A techo de la serie muestreada, se incluyó y reinterpretó parcialmente el perfil Eripol (Bentham, 1992), constituido por 63 muestras distribuidas a lo largo de 840 m de serie. Este perfil se encuentra integrado en los materiales continentales de la Fm Escanilla. Las muestras obtenidas fueron analizadas en los laboratorios de paleomagnetismo de la Universidad de Burgos, Institut de Ciencies de la Terra Jaume Almera CSIC- Universitat de Barcelona, Universität Tübingen (Alemania), Lehigh University (Pensilvania, USA) e INGV Roma (Italia). Por medio de estos análisis se ha podido determinar que los principales minerales portadores de la magnetización de las rocas estudiadas son magnetita y contenidos variables de sulfuros, con un contenido creciente de hematites en facies continentales. El registro del campo magnético Eoceno es estable tal y como indican las tests realizados. Esta magnetización primaria ha permitido establecer un patrón de 20 magnetozonas identificable y correlacionable con la escala de tiempo de polaridad magnética (GPTS, Gradstein et al., 2004). 15 muestras biostratigráficas conformadas por nummulites y alveolinas, provenientes de estudios previos no publicados, así como una muestra constituida por caráceas, resultado de una campaña piloto de muestreo realizada en la Fm Escanilla, han contribuido a anclar la secuencia de polaridad local obtenida en este trabajo de acuerdo con la GPTS. Por medio del establecimiento de este marco cronoestratigráfico local, las formaciones involucradas en este estudio han podido ser acotadas con precisión entre el Ilerdiense (Ypresiense) y Priaboniense, crones C24r a C15, abarcando un lapso de tiempo de casi 20 M.a. Por medio de este control cronoestratigráfico, se han deducido las tasas de acumulación a lo largo de todo el perfil, pudiendo identificarse tres episodios sedimentarios relacionados con el desarrollo de la plataforma carbonatada Eocena. Desde el punto de vista de las rotaciones de eje vertical, las investigaciones previamente realizadas en la cuenca de Aínsa (Parés y Dinarès, 1993; Pueyo, 2000; Fernández-Bellón, 2004; Oms et al., 2006) sugerían la actividad rotacional coetánea al plegamiento durante el intervalo Luteciense, tal y como sucede en el anticlinal de Mediano (Fernández-Bellón, 2004). Sin embargo, los resultados obtenidos por medio de campaña piloto de este estudio parecían indicar que en el caso del anticlinal de Boltaña el crecimiento del anticlinal y su rotación fueron diacrónicos (Mochales et al., 2008), alentándonos a intentar determinar con mayor precisión la edad y magnitud de ambos episodios. Con este objetivo, se consideraron 72 estaciones de rotación: 34 derivadas de la discretización de los datos magnetoestratigráficos propios, 20 nuevas estaciones localizas en zonas de especial relevancia para la determinación de la rotación del anticlinal, 11 procedentes del reprocesado de cuatro perfiles previos ubicados en el sinclinal de Buil (Bentham, 1992) y 7 estaciones discretas distribuidas en la zona de estudio (Dinarès, 1992; Parés y Dinarès, 1993; Pueyo, 2000). Las estaciones y discretizaciones de los perfiles magnetoestratigraficos proveyeron valores de rotación horaria que oscilan desde 67º (+/- 14.1) a 1º (+/-7.3), con valores promedio de 36º (+/-3.2). Por medio del conjunto de 791 muestras consideradas (543 desmagnetizadas y 248 reprocesadas del trabajo de Bentham, 1992) y su calibración temporal basada en el estudio magnetoestratigráfico (Mochales et al., 2011a), se han podido obtener valores de rotación cada 2 M.a muy robustos estadísticamente que oscilan entre 55º (+/- 12.5) y 2º (+/1.5). La evolución temporal de estos valores de rotación agrupados por edades ha permitido detectar varios patrones posibles de descenso de la rotación. La evolución de la rotación puede disociarse en una primera etapa de ligera actividad rotacional no significativa durante el Ilerdiense-Luteciense Medio-Superior, con una tasa de 1.2º/M.a. que podría acomodar hasta 15º de rotación. Sin embargo, a partir del Luteciese Superior (42 M.a.) se observa un aumento de la tasa de rotación, comenzando con una tasa de 2.6º/M.a y alcanzando valores de hasta 10º/M.a. durnate el Priaboniense para extinguirse en el Priabonianse medio. Este periodo de rotación significativa acomodaría 37º de rotación horaria y comenzaría en la parte superior de la Fm Sobrarbe para finalizar a techo de la Fm Escanilla. Teniendo en cuenta esta rotación en el conjunto de la cuenca de Aínsa, las paleocorrientes obtenidas en trabajos anteriores pueden ser restituidas de acuerdo con la configuración previa a la rotación del anticlinal de Boltaña. 170 paleocorrientes compiladas de la literatura (Van Lunsen, 1970; De Federico, 1981; Mutti, 1985; Barnolas et al., in press a y b) indican una proveniencia media de dirección SE para las paleocorrientes más antiguas (Luteciense-Bartoniense), que habrían sido rotadas hasta adquirir su configuración N-S actual. Sin embargo, las paleocorrientes más modernas (Bartoniense-Priaboniense) muestran un orientación NW-SE. La restitución de las orientaciones previas a la rotación da lugar a una confluencia de las orientaciones de acuerdo con la geometría del surco turbidítico Eoceno de dirección SE-NW. Teniendo en cuenta la deformación polifásica que afecta a las estaciones ubicadas en dicho surco turbidítico, en el flanco oeste del anticlinal de Boltaña (la denominada área de San Felizes), se ha desarrollado una restitución secuencial de las direcciones paleomagnéticas. Se ha verificado que esta zona se encuentra afectada tanto por el plegamiento del anticlinal de Boltaña (Luteciense) como por la deformación posterior del sinclinal del Guarga (Olicoceno-Mioceno). La restitución secuencial progresiva considerando ambos episodios disminuye los errores globales y aumenta de la fiabilidad de los resultados obtenidos. Por medio de la anisotropía de la susceptibilidad magnética y los análisis de magnetismo de rocas realizados en la muestras de edad Ilerdiense-Luteciense, se ha llegado a la conclusión de que la fábrica magnética refleja la orientación preferente mineral, en particular de los filosilicatos. Esta orientación mineral ha sido capaz de registrar los efectos de deformación tectónica en un momento inmediatamente posterior al depósito (s.l.), siendo bloqueada en las primeras etapas de diagénesis y comportándose como un indicador pasivo de la deformación posterior. El análisis de la ASM en la etapa pre-tectónica parece registrar la orientación preferente causada por efectos tectónicos lejanos (far-field). Las rampas oblicuas del cabalgamiento del Cotiella (situado al NE) dejarían su impronta en la lineación magnética de la etapa Ilerdiense, mientras que los efectos de los cabalgamientos de zócalo (localizados al N) quedarían registrados en las rocas Cuisienses y Lutecienses. A partir del Luteciense inferior ya se percibirían los efectos del plegamiento del anticlinal de Boltaña (near-field), puestas de manifiesto por una orientación preferente mineral marcadamente constante, aunque las evidencias cartográficas parezcan indicar que el plegamiento no comenzó antes del Luteciense Medio. Con los datos obtenidos en este trabajo por medio de diferentes técnicas y los datos de autores anteriores, se ha desarrollado un apartado de discusión donde se propone un modelo evolutivo para los sucesivos episodios de deformación acaecidos en el anticlinal de Boltaña. La rotación registrada en el anticlinal de Boltaña sería posterior a la etapa principal de plegamiento, estando probablemente asociada total o parcialmente a una lámina de movimiento inferior y más joven (Tozal-Alcanadre; Millán, 1996). También se lleva a cabo una ampliación de escala y se comparan los datos obtenidos a escala local con aquellos obtenidos en las áreas contiguas. En el caso de los resultados obtenidos en el campo de la magnetoestratigrafía, se han comparado las tasas resultantes con las obtenidas por otros autores en cuencas adyacentes (Bentham 1992; Beamud et al., 2003; Oms et al., 2003). Se observa una migración de la subsidencia hacia el Oeste, acorde con el desarrollo de la deformación en el frente surpirenaico, progresivamente más joven hacia el oeste. Considerando los valores de rotación obtenidos en áreas adyacentes, se observa que la cuenca Surpirenaica sufrió un gradiente moderado de acortamiento, originando rotaciones horarias de baja magnitud durante su deformación (20-30º), detectadas tanto en las Sierras Interiores como Exteriores. Sin embargo en la zona comprendida entre los anticlinales de Mediano, Boltaña y Balzes se llegan a acomodar hasta 50-60º, que no son detectados en las estructuras frontales de la USPC. El desplazamiento diferencial (de origen no resuelto hasta el momento) parece condicionado por rampas oblicuas de estructuras extensionales previas y el espesor de sustrato triásico y sería el responsable de la rotación significativa de la zona de estudio

Restoring paleomagnetic data in complex superposed folding settings: The Boltaña anticline (Southern Pyrenees)

Complex kinematic scenarios in fold-and-thrust belts often produce superposed and non-coaxial folding. Interpretation of primary linear indicators must be based on a careful restoration to the undeformed stage following the reverse order of the deformation events. Therefore, sequential restoration to the ancient coordinate system is of key importance to obtain reliable kinematic interpretations using paleomagnetic data. In this paper, a new paleomagnetic study in the western flank of the Boltaña anticline (Southern Pyrenees) illustrates a case study of a complex tectonic setting having superposed, non-coaxial folds. The first stage of NW–SE folding linked to the oblique Boltaña anticline took place during Lutetian times. The second stage was linked to the vertical axis rotation and placed the Boltaña anticline in its present-day N–S configuration. Our data support a long-lasting Lutetian to Priabonian period with main rotational activity during the Bartonian–Priabonian; other authors support a VAR coeval with anticlinal growth. The third stage resulted in southwards tilting related to the emplacement of the N120E striking Guarga basement thrust (Oligocene–Early Miocene). Based on this deformational history, a sequential restoration was applied and compared with the classic bedding correction. At the site scale, single bedding correction gives errors ranging between 31° and − 31° in the estimation of vertical axis rotations. At the locality scale, in sites grouped in three folds (from W to E Arbella, Planillo and San Felizes), the bedding corrected data display rotation values in accordance with those found in the Ainsa Basin by other authors. Sequential restoration (based on the afore-mentioned evolution in three-steps) improves both some locality-means and the internal consistency of the data. Therefore, reasonably-constrained sequential restoration becomes essential to reconstruct the actual history of superposed folding areas.Instituto Geológico y Minero de España, EspañaUnidad de Zaragoza, Instituto Geologico y Minero de España, EspañaDepartamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza, Españ

Modelo de rotación del abanico de pliegues de Jánovas (anticlinal de Boltaña, Pirineos)

La zona de Jánovas presenta una superposición de pliegues resultado de eventos no coaxiales. La corrección de capa de los vectores paleomagnéticos en el sistema de coordenadas original ha sido realizada de modo secuencial, siguiendo el orden inverso de los eventos de deformación, y comparada con la clásica corrección de capa. La restitución secuencial da lugar a medias mejor agrupadas, constituyendo una puerta abierta a la reconstrucción en zonas con superposición de pliegues. Por medio de las orientaciones obtenidas de la restitución secuencial, hemos determinado un modelo de edad para la zona de Jánovas, estableciéndose, una tasa de acumulación creciente, de acuerdo con la continentalización de la cuenca hacia el Bartoniense. El modelo de rotación obtenido presenta amplios errores debido a la presencia de intervalos heterogéneos de muestreo, evidenciando la necesidad de densificar el muestreo entre 50 y 45 Ma, para afinar la tendencia de rotación y principalmente entre 38 y 35 Ma donde se produciría el final de la rotación horaria del anticlinal de BoltañaUnidad de Tres Cantos, Instituto Geológico y Minero de España, EspañaUnidad de Zaragoza, Instituto Geológico y Minero de España, EspañaDepartamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza, Españ

Oblique folding characterization in the autochthonous Ebro basin deposits from magnetic fabric analysis

X Congreso Geológico de España, 5-7 Julio 2021, Vitoria - GasteizEl análisis de la geometría y cinemática de estructuras oblicuas es necesario para entender su origen y evolución. En este trabajo el estudio de la fábrica magnética se utiliza como una herramienta para determinar la historia deformacional de los pliegues oblicuos situados en el autóctono deformado del sector nororiental de la cuenca de antepaís del Ebro. Un total de 149 estaciones han sido analizadas a partir del análisis de la fábrica magnética (anisotropía de la susceptibilidad magnética) con este objetivo. El muestreo se realizó en materiales detríticos sinorogénicos del Eoceno Superior-Oligoceno del sector de Artesa de Segre-Cardona. A pesar de la dirección de acortamiento regional aproximada N-S, oblicua con respecto a la orientación N045E a N135E de los pliegues estudiados, las direcciones obtenidas de la lineación magnética en la mayoría de los casos se encuentran contenidas en el plano de estratificación y paralelas a los ejes de los pliegues oblicuos. El análisis paleomagnético realizado de forma paralela a este estudio muestra la existencia de rotaciones anti-horarias de estos pliegues relacionadas con el emplazamiento del saliente de cabalgamientos del Pirineo Central (Peigney et al., 2021), lo que sugiere que los elipsoides magnéticos obtenidos han actuado como marcadores pasivos de la deformación registrando información relacionada con el acortamiento paralelo a las capas inicial (layer parallel shortening) y/o su plegamiento posterior