Estudio magnetoestratigráfico del Mioceno del sector central de la Cuenca del Ebro: Cronología, correlación y análisis de la ciclicidad sedimentaria

Introducción y justificación del estudio El relleno continental de la Cuenca terciaria del Ebro ha sido objeto de numerosas investigaciones estratigráficas y sedimentológicas con el propósito de reconstruir su evolución paleogeográfica. La aplicación de la metodología del Análisis Tectosedimentario (A.G. Megías, 1982; González et al., 1988; Pardo et al., 1989) a estos materiales a partir de los años 80 ha llevado al reconocimiento de 8 unidades de relleno (Unidades Tectosedimentarias, UTS) genéticamente relacionadas, principalmente, con la actividad tectónica en las cadenas que enmarcan la cuenca. La datación de estas unidades, denominadas T1 a T8 (Villena et al., 1992 y 1996; Muñoz et al., 2002), constituye un problema importante, no tanto para el establecimiento de su correlación de unos sectores a otros de la cuenca, ya que dicha correlación se apoya sustancialmente en criterios físicos y de identidad en la evolución secuencial (González et al., 1988; Pardo et al., 1989), sino sobre todo a la hora de establecer correlaciones precisas dentro de cada UTS, analizar la ciclicidad sedimentaria en los procesos registrados en los depósitos aluviales y lacustres de las sucesiones estratigráficas o realizar cualquier otro estudio que requiera cuantificación de los procesos sedimentarios. Los yacimientos de fósiles, herramienta en que se han basado tradicionalmente las dataciones en la Cuenca del Ebro, son, en conjunto, escasos y dispersos por toda la cuenca (Villena et al., 1992, Cuenca et al., 1992). En el sector central de la cuenca sólo se tiene noticia de la datación mediante 40Ar/39Ar de un nivel de cenizas volcánicas (Odin et al., 1997). En cuanto a dataciones absolutas basadas en escalas magnetoestratigráficas, en el momento del comienzo de este trabajo, eran muy limitadas: el estudio magnetoestratigráfico de los materiales detríticos continentales en torno al límite Oligoceno-Mioceno en el margen norte de la cuenca (Hogan y Burbank, 1996) o los trabajos en las sucesiones oligocenas del sector centro-oriental de la cuenca (Gomis et al., 1997; Barberá et al., 2001).Con los antecedentes expuestos, la magnetoestratigrafía se revela como la herramienta adecuada para datar con alta resolución, en términos de tiempo absoluto, las sucesiones estratigráficas del sector central de la Cuenca del Ebro, y por tanto imprescindible en cualquier estudio sobre dicho sector, y sobre la cuenca en su conjunto, que precise un control temporal detallado Desarrollo teórico La magnetoestratigrafía es el registro estratigráfico de las inversiones de polaridad del campo magnético terrestre en rocas y sedimentos, y es esencial para la elaboración de escalas de tiempo geológico, relacionando estudios bioestratigráficos y dataciones absolutas (Opdyke & Channell, 1996). Se han obtenido magnetoestratigrafías locales mediante muestreos sistemáticos de las secciones más representativas del sector central de la Cuenca del Ebro. Las muestras han sido sometidas a técnicas de desmagnetización progresiva, de donde se ha obtenido la magnetización primaria adquirida por los sedimentos en su formación. Tanto para la caracterización de la magnetización primaria como para la de otras propiedades magnéticas de las rocas a estudio, se han utilizado un susceptibilímetro de inducción, desmagnetizadores térmicos y de campos alternos y magnetómetros criogénicos y de spin. La información obtenida por estos instrumentos de medida ha sido procesada mediante el software no comercial desarrollado en el Laboratorio de Paleomagnetismo de la Universidad de Utrecht.La cicloestratigrafía trata de caracterizar, correlacionar e interpretar variaciones cíclicas en el registro estratigráfico; estos ciclos pueden ser periódicos o no periódicos. La influencia de los ciclos orbitales astronómicos (precesión, oblicuidad y excentricidad) puede ser reconocida en las variaciones de las propiedades físicas de los sedimentos, de las características químicas o isotópicas, e incluso del contenido fósil,. El tipo de ciclicidad que se estudia es aquella que refleja las variaciones climáticas cuyo origen está en los ciclos astronómicos, como la periodicidad presente en determinadas secuencias de depósitos lacustres. Para hallar estas relaciones se han caracterizado con detalle diversos tramos estratigráficos, prestando atención a patrones que se repiten. En dichos tramos se han confeccionado series temporales de las que, con la calibración cronológica obtenida con la magnetoestratigrafía, se ha podido obtener un análisis espectral donde se ha reconocido si las series son periódicas o no, y si están en fase con los ciclos orbitales. Para ello se ha comparado con las curvas matemáticas (Laskar et al. 2004) que reflejan la evolución en el tiempo geológico de los ciclos orbitales; así pues, en algunos casos se ha podido ensayar una correlación directa entre las curvas de los ciclos orbitales y las secuencias estratigráficas, lo que permite confirmar una influencia climática en la dinámica del medio. Para la obtención de los análisis espectrales se ha utilizado principalmente el paquete de programas informáticos ITSM (Brockwell y Davis, 1991).Conclusión En esta Tesis doctoral se presentan los resultados de la investigación magnetoestratigráfica realizada en las sucesiones lacustres y aluviales del sector central de la Cuenca del Ebro. Estas sucesiones, situadas temporalmente en el Mioceno inferior y medio, se distribuyen en 3 subsectores a lo largo de un transecto E-O de unos 120 Km, entre las comarcas del Bajo Cinca y de Tarazona-El Moncayo. Se han estudiado 9 secciones, que incluyen las unidades tectosedimentarias (UTS) T4 a T7, cuyos límites se manifiestan en el área como conformidades.La sucesión magnetoestratigráfica compuesta obtenida se ha correlacionado con la GPTS2012 (Gradstein et al., 2012), apoyada por las asignaciones biocronológicas de varias localidades de mamíferos y la datación radiométrica de Odín et al. (1997). A partir de esta correlación se han podido evaluar distintos aspectos estratigráficos, bioestratigráficos y sedimentológicos de este sector de la cuenca, y realizar unos estudios básicos de la periodicidad sedimentaria relacionada con los ciclos astronómicos. A continuación se exponen los principales resultados obtenidos en este trabajo: - Se ha analizado la remanencia magnética natural (NRM) de las muestras, y se ha obtenido una correlación de ésta con la litología y los ambientes sedimentarios.<br /

Dating the northern deposits of the Ebro foreland basin; implications for the kinematics of the SW Pyrenean front

Dating the sedimentary infill of the northern margin of the Ebro foreland basin informs about the orogen-basin evolution. A magnetostratigraphic section of ~5 km-thick combines new magnetostratigraphic results from the syntectonic alluvial ncastillo Fm (Upper Oligocene-Lower Miocene, 1 km-thick, the Fuencalderas section) with previous (3.3 km-thick) and new (0.7 km thick) magnetostratigraphic data from the underlying fluvial Campodarbe Fm (Luesia and San Marzal sections, Eocene-Oligocene). This composite section allows dating the entire basin infill in this sector, therefore bracketing the timing of the deformation in the southern margin of the Pyrenees after considering previous kinematic studies. Deformation recorded by the continental deposits spans from syn-Gavarnie nappe activity (Broto and Fiscal basement thrust sheets) from 31.3 to 24.55 Ma, Rupelian-Chattian (Oligocene) to the syn-Guarga thrust activity, from 24.55 to 21.2 Ma Chattian-Aquitanian (Oligocene-Miocene). The Accumulation rates vary from ca. 22 to ca. 39 cm/kyr between the genetic stratigraphic units in the Uncastillo Fm through the section. These rates are close to those of the underlying deposits of the Campodarbe Fm (average of ca. 36 cm/kyr). Deformation for the latest Pyrenean front (syn-Guarga thrust) is younger than previously assigned in ~ 5.4. ~1.5 and ~1.1 Myr of the beginning of the Punta Común thrust sheet (from 29.4 Ma to 24 Ma), Lower Riglos thrust sheet system (from 24 to 22.5 Ma) and the Upper Riglos thrust system (22.5 to 21.4 Ma) respectively. Other significant changes in accumulation rate and its derivative also indicate variations in the tectonic activity ca. 33 and 28 Ma. Tilt variations in the Uncastillo Fm also record the tectonic activity with 40º variations of the Punta Común thrust sheet at ca. 20º with the Upper Riglos thrust sheet

El clima de la transición Oligoceno-Mioceno registrado en una secuencia lacustre de la cuenca del Ebro: resultados preliminares

The climate evolution across the Oligocene–Miocene transition has been studied through a 23.5 to 22 Ma succession in the eastern Ebro Basin, dated by magnetostratigraphy. The study is based on the δ13C and δ18O composition coupled with sedimentological analysis of a dominantly lacustrine and palustrine carbonate succession, focusing on the limestone facies. The deposits formed in alluvial plain, saline mud flat, and carbonate lacustrine and palustrine depositional environments. Changes in lake water level and hydrodynamics, and biological processes triggered the formation of distinct carbonate facies, causing isotopic differences among them. The isotopic variations likely reflect changes in the precipitation/evaporation ratio and temperature in the Ebro Basin that might be the regional record of the Mi-1 Glaciation. A change in variability in δ13C and δ18O and an inflection in δ13C mark the Oligocene–Miocene boundary (23.03 Ma). The decrease in δ13C and δ18O variability may correspond to steadier depositional, climatic and hydrological conditions through timeSe estudia la evolución climática de la transición Oligoceno-Mioceno en una sucesión lacustre de la parte oriental de la cuenca del Ebro, de 23,5 a 22 Ma, según la magnetoestratigrafía. Se basa en la composición de δ13C y δ18O, junto con el análisis sedimentológico, de materiales mayoritariamente carbonatados, lacustres y palustres, centrado en las facies de caliza. Los depósitos se formaron en ambientes de llanuras aluviales y fangosas evaporíticas, lacustres y palustres. Los cambios en el nivel de agua del lago y la hidrodinámica, así como los procesos biológicos, ocasionaron la formación de facies carbonatadas distintas e isotópicamente diferentes. Probablemente estas diferencias isotópicas reflejan cambios en la relación precipitación/evaporación y en la temperatura en la cuenca del Ebro, que podrían ser la expresión regional de la Glaciación Mi-1. El límite Oligoceno-Mioceno (23,03 Ma) se manifiesta por un cambio en la variabilidad de δ13C y δ18O, junto con una inflexión en δ13C. La disminución en la variabilidad de δ13C y δ18O puede corresponder a una tendencia hacia condiciones de depósito, climáticas e hidrológicas más estable

Periodicity in stromatolitic lamination: A potential record of ENSO, NAO, and SUNSPOT in the Miocene lacustrine record of the Ebro Basin, Spain

The spectral decomposition of time series obtained from ancient rock records can be used to study the similarity between the dynamics of present-day and past climate systems. A high-resolution periodicity analysis of luminance and lamina thickness of lacustrine stromatolites in the Ebro Basin (northeast of Iberian Peninsula) reveals a significant signal of interannual and decadal climatic variability in the Miocene. This is one out of very few works that presents the use of spectral analysis to estimate the potential of stromatolite lamination as multiple-scale recorders of climate parameters. The effects of precipitation and evaporation variations on stromatolite lamination have been detected at three orders of cyclicity based on textural and high-resolution stable-isotope analyses (C and O) obtained in prior studies. These analyses also revealed that the light and dark simple lamina couplets are identified with annual cycles (third-order isotopic cycles). In the present study, the spectral analysis results obtained through different paths in five stromatolite specimens reveal significant periods in the power spectrum at around 2.5, 3.7, 5, 7, 10, and 22 years. These cycles can be correlated with the typical oscillation bands of different climate-related agents. The 2.5-year period corresponds to the Quasi Biennial Oscillation (QBO), or to the biennial component of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO), or to the North Atlantic Oscillation (NAO). The 3 to 5 and 5 to 7-year bands can be linked to ENSO or NAO variability (second-order isotopic cycles). The 8 to 11-year bands fit the 11-year Schwabe (first-order isotopic cycles) and 22 to 23-year fit the 22-year Hale sunspot cycles. Thus, the stromatolite growth was controlled by ENSO, NAO, and solar activity cycles. The close relationship between these climate-related agents makes it difficult to specify the dominant agent controlling the stromatolite growth. Nevertheless, the significant periods obtained from this study, within interannual (2.5, 3.7, 5, 7 years), decadal (10, 22 years), and even multidecadal bands (37–42 years), support the existence, and concurrence, of ENSO and NAO precursors during the early and middle Miocene

Magnetostratigraphy of the Miocene continental deposits of the Montes de Castejón (central Ebro basin, Spain): geochronological and paleoenvironmental implications

A detailed magnetostratigraphic study has been carried out in the early to middle Miocene distal alluvial and lacustrine sediments of the Montes de Castejón (central Ebro Basin). The study was based on the analysis of 196 magnetostratigraphic sites sampled along a stratigraphic interval of about 240 meters. Local magnetostratigraphy yielded a sequence of 12 magnetozones (6 normal and 6 reverse) which could be correlated with the Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS) interval C5Cr to C5AD (between 17 and 14.3 Ma.). The sampled sedimentary sequences include the boundary between two tectosedimentary units (TSU, T5 and T6) already defined in the Ebro Basin. The magnetostratigraphy of the Montes de Castejón allows to date the T5/T6 TSU boundary at 16.14 Ma, within chron C5Cn.1n. This magnetostratigraphy also allows us to analyse in detail as well as to discuss the variations in sedimentation rates through space and time between different lacustrine environments: Outer carbonate lacustrine fringes and distal alluvial plains (Montes de Castejón sections) show higher sedimentation rates than offshore lacustrine areas (San Caprasio section, 50 km east of Montes de Castejón)

Magnetostratigraphy of the Miocene continental deposits of the Montes de Castejón (central Ebro basin, Spain): geochronological and paleoenvironmental implications

A detailed magnetostratigraphic study has been carried out in the early to middle Miocene distal alluvial and lacustrine sediments of the Montes de Castejón (central Ebro Basin). The study was based on the analysis of 196 magnetostratigraphic sites sampled along a stratigraphic interval of about 240 meters. Local magnetostratigraphy yielded a sequence of 12 magnetozones (6 normal and 6 reverse) which could be correlated with the Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS) interval C5Cr to C5AD (between 17 and 14.3 Ma.). The sampled sedimentary sequences include the boundary between two tectosedimentary units (TSU, T5 and T6) already defined in the Ebro Basin. The magnetostratigraphy of the Montes de Castejón allows to date the T5/T6 TSU boundary at 16.14 Ma, within chron C5Cn.1n. This magnetostratigraphy also allows us to analyse in detail as well as to discuss the variations in sedimentation rates through space and time between different lacustrine environments: Outer carbonate lacustrine fringes and distal alluvial plains (Montes de Castejón sections) show higher sedimentation rates than offshore lacustrine areas (San Caprasio section, 50 km east of Montes de Castejón)