Vergés Masip, Jaume

Revistes Catalanes amb Accés Obert

, ACTA GEOLOGICA HISPANICA, v. 29 (1994), n" 2-4, p. 195- 199 (Pub. 1996) 
Tesis Doctoral: 
Estudio geológico de la vertiente sur del Pirineo oriental y central 
Evolución cinemática en 3D 
JAUME VERGÉS 1 MASIP 
Grup de Geodinamica i analisi de conques, Departament de Geologia Dinamita, Geofisica i Paleontologia. Universitat de Barcelona, Marti i Franquks s/n, 08071 
Barcelona. E-mail: jaumev@natura.geo.ub.es 
ABSTRACT 
Geological study of the southeastem and southcentral side of the 
Pyrenees. 3D kinematic evolution. 
The oblique Segre ramp zone between the eastern and central 
Pyrenees represented one of the major unsolved problems on the sout- 
hern side of the Pyrenees. Here, the understanding of its geometry and 
evolution not only explains the eastern boundary of the South Central 
Unit but also represents an advanced step for the comprehension of the 
whole evolution of the southern Pyrenees (Fig. 1). 
A network of 15 seismically supported perpendicular cross-sections is 
presented in this study. Some of them have been balanced and restored, 
and thus allow shortening calculations. Cross-cutting relationships bet- 
ween structures and syntectonic sediments along with the interna1 geo- 
metries of these sediments have been extensively determined to cons- 
train the timing of thrusting. 
The final versions of these 15 cross-sections are the result of a 
double loop of testing based on: a) comparison of thrust geometries, ro- 
tation, amount of shortening and ages of thrusting between different 
cross-sections, and b) correspondence between restored cross-sections 
and maps (palinspastic maps), simultaneously completed. The compa- 
rison between transects results in a network of cross-sections that forms 
an interpretation that is geometrically homogeneous and geologically 
consistent. The correspondence between restored cross-sections and 
maps results in a 3D restoration. 
The network of cross-sections shows the along-strike varying 
structure of the southern Pyrenean cover thrust sheets. The study covers 
more than 150 km, from the easternmost cross-section J-1 to the wes- 
ternmost cross-section 5-13, The evolution, shortening and rates of 
shortening for the southern Pyrenean structural units can be bnefly 
summarized as follows: 
The positive inversion of the Mesozoic extensional basins and furt- 
her southward motion restrained the irregular geometry of upper and 
older Pyrenean thrust sheets (Pedraforca and South Pyrenean Unit) and 
their limits (Segre thrust). The Vallfogona thrust branched eastwards 
with the Segre thrust (South Central unit) carrying the previously em- 
placed and blocked Pedraforca thrust sheets on its hanging wall, after 
47 Ma. The eastern margin of the South Central Unit (Segre thrust zo- 
ne) was emergent to the synorogenic surface and exposed to erosion th- 
roughout its evolution. The western margin was blind and accretionary 
during Middle-Upper Eocene. These two contrasting geometries were 
controlled by the original disposiiion of the Keuper décollement level. 
Cross-section 5-3 documents the most complete geological record 
to calculate shortening and time control. According to its restoration, 
the total amount of shortening is -70 km for the cover thrust sheets. 
Shortening including al1 south-directed structures south of the Nortb 
Pyrenean Fault is 88.5 km. 
During the uppermost Cretaceous-Paleocene (83-55 Ma), rates of 
shortening were extremely low (<OS rnmlyr.). From Early Ilerdian (55 
Ma) to Middle Lutetian (47 Ma) rates of shortening increased to 4.4 
rnmlyr., mainly during the second half of this period (Fig. 2). Slowest 
rates of shortening (1.3-2.6 mmlyr.) characterized the period ranging 
from Middle Lutetian (47 Ma) to Early Miocene. The end of thrusting 
migrated from 34.4 Ma (J-1 section) in the East to 23 Ma (Riglos sec- 
tion) and younger to the West with rates of 11 mmlyr. in the eastern 
Pyrenees (34.4-29 Ma) and 21 mrnlyr. in the central Pyrenees (29-23 
Ma and younger). 
RESUMEN 
La cadena del Pirineo tal como se observa actualmente, es el producto 
de una evolución compleja que engloba etapas previas a la colisión (tar- 
dihercínicas y mesozoicas), la estructuración durante la colisión conti- 
nental desde el Cretácico superior (aprox. 84 Ma) hasta el Oligoceno o 
Mioceno (aprox. 30 y 24 Ma) en las transversales estudiadas, y final- 
mente los procesos extensionales neógenos superpuestos a todos los 
anteriores. 
Uno de los problemas no resueltos de la vertiente sur del Pirineo 
es el de las relaciones geométricas y temporales entre el Pirineo orien- 
tal y el central, a lo largo del cabalgamiento oblicuo del Segre (S, Fig. 
1). Este estudio geológico propone una restitución en 3 dimensiones 
que proporciona un nuevo modelo cinemático para la zona estudiada. 
La restitución en 3p está basada en la integración de los datos geoló- 
gicos de campo, de los sondeos y de las líneas sísmicas en una red de 
15 cortes geológicos paralelos y perpendiculares a la dirección N-S del 
transporte tectónico. El resultado principal es el de obtener una base de 
datos estructural cohsistente del sector oriental y central del sur del 
Pirineo que permite presentar un modelo cinemático geométricamente 
coherente y geológicamente posible. Además se ha realizado un es- 
fuerzo importante en la cuantificación de los procesos geológicos en el 
marco del anilisis estructural realizado. 
Los cortes geológicos descritos en la memoria representan el pro- 
ducto final de una primera fase realizada a la escala de la transversal, 
con introducción de la información en 2 dimensiones (2D). Una se- 
gunda fase consiste en la comparación de la geometría de diferentes 
cortes, que junto con 110s cortes y mapas restituidos permite obtener un 
modelo en 3D formado por una red de cortes geológicos y de mapas 
palinspásticos. El control del factor tiempo introduce la cuarta dimen- 
sión en el modelo. 
La discusión y las conclusiones obtenidas del estudio tectónico de 
la vertiente sur del Pirineo oriental y central se han separado en tres 
apartados: 1) los mapas palinspásticos que presentan una evolución re- 
gional de conjunto; 2) el margen oriental de los mantos de corrimiento 
del Pedraforca y de la Unidad Surpirenaica Central (P y USC, Fig. l), 
que presenta una interpretación geométrica y temporal de acuerdo con 
los datos presentados y que permite ligar el Pirineo oriental y central; 
3) la comparación de los resultados obtenidos a la escala de la cadena 
con los resultados a la escala de la tectónica de placas. 
EVOLUCIÓN DEI, SISTEMA DE CABALGAMIEN- 
TOS Y CUENCAS DE ANTEPAÍS DEL PIRINEO 
ORIENTAL Y CEiírTRAL 
La inversión tectónica positiva de las cuencas exten- 
sionales mesozoicas y su transporte tectónico posterior 
hacia el sur condicionó la geometría irregular de los 
mantos de corrimiento superiores (Pedraforca y Unidad 
Surpirenaica Central) y también la de sus límites (cabal- 
gamiento del Segre). Esta forma irregular fue condicio- 
nada por la extensión de las cuencas del Triásico y del 
Jurásico(?) más que por la del Cretácico superior (de ca- 
rácter expansivo). La restitución de la cuenca mesozoica 
al norte (pirenaica) y al sur (catalánide), al final del 
Paleoceno (-55 Ma), indica una zona intermedia en la 
que afloran rocas del basamento paleozoico que fueron 
el área fuente de las cuencas paleocenas situadas en las 
zonas más externas del Pirineo como la cuenca de Ager. 
El acortamiento durante este periodo se realizó por la in- 
versión tectónica de las cuencas extensionales del 
Cretácico inferior, desarrollando los mantos de Bóixols y 
superior del Pedraforca (B y P, Fig. 1). 
Durante el periodo correspondiente al Eoceno infe- 
rior (55-51 Ma), los límites de los diferentes elementos 
geológicos descritos anteriormente muestran pocas va-, 
riaciones. La actividad tectónica más importante fue el 
desplazamiento del manto del Montsec y la formación de 
un sistema extenso y poco importante de pliegues y ca- 
balgamiento~ despegado a nivel del Keuper que defor- 
maron a los futuros mantos inferior del Pedraforca, en el 
Pirineo oriental, y Sierras Marginales, en el Pirineo cen- 
tral (SM, Fig. 1). La cuenca de antepaís de Ripoll, ac- 
tualmente manto del Cadí (C, Fig. l), se situó al sur del 
manto inferior del Pedraforca y al este de la Unidad 
Surpirenaica Central, con una dirección general ENE- 
WSW. La cuenca de Ripoll fue paralela a la cuenca de 
Tremp, situada encima de la Unidad Surpirenaica 
Central. La continuación occidental de la cuenca de 
Ripoll se situó en las actuales Sierras Marginales. 
Con posterioridad a los 5 1 Ma se produjo un cambio 
del estilo tectónico de los pliegues despegados, descritos 
en la etapa anterior, al transporte tectónico hacia el sur de 
todas las estructuras previas por encima de un cabalga- 
miento basal que cortó mediante una rampa de poco án- 
gulo a la serie eocena del bloque inferior. El avance ha- 
cia el sur de los mantos del Pedraforca y de la Unidad 
Surpirenaica Central cerró parcialmente la cuenca de 
Ripoll en la que se depositaron espesores considerables 
de evaporitas (>lo00 m). El cabalgamiento basal del 
Pedraforca (en el Pirineo oriental) quedó bloqueado y fue 
fosilizado por los depósitos de la Fm. de Coubet (-47 
Ma). El acortamiento se transfirió al cabalgamiento de 
Vallfogona (Y Fig. l), que transportó a los mantos del 
Pedraforca en su bloque superior. La transferencia del 
acortamiento hacia el cabalgamiento de Vallfogona se re- 
alizó mediante una secuencia de bloque inferior. 
El cabalgamiento de Vallfogona se entroncó con el 
cabalgamiento Surpirenaico (el cabalgamiento frontal 
de la Unidad Surpirenaica Central, ESP, Fig. 1) al oeste 
del manto del Port del Comte (PC, Fig. 1). La recons- 
trucción efectuada a los 37.2 Ma indica que el frente de 
la Unidad Surpirenaica Central se situaba en contacto 
con la cuenca salina y marina de Cardona. Actualmente, 
la cuenca salina de Cardona continua por debajo de la 
Unidad Surpirenaica Central hasta que queda cortada 
por el cabalgamiento Surpirenaico y pasa a formar par- 
Figura l .  Esquema estructural de la parte NE de la peninsula ibérica con el Pirineo, la Cadena Costera Catalana (CCC en la figura) y la Cadena Ibérica, 
que forman los margenes de la cuenca de antepais del Ebro. La zona de estudio se enmarca en el Pirineo y cuenca de antepais oriental y central. Los 
cortes geológicos se han representado en trazo grueso. 
Figure 1. Structural map of the NE part of the Iberian peninsula with location of the study area and cross-sections. Basement rocks are depicted with 
oblique pattem both allochthonous and autochthonous as the Guilleries (G). Different Pyrenean thrust sheets are depicted with different grades of sha- 
dow. Upper and older thrust sheets are depicted with dark pattems and lower and younger thmst sheets are depicted with light pattems. 
te del manto de Jaca-Pamplona en la zona de Navarra (J- 
P, Fig. 1). 
Durante la etapa final de la compresión, correspon- 
diente al Eoceno superior-Oligoceno inferior (34.4- 
28.7 Ma), los anticlinales de Puig-reig y de Oliana se 
formaron paralelos y relacionados con el margen norte 
de las sales de la Fm. de Cardona, con una dirección 
ESE-WNW. El extremo occidental del anticlinal de 
Oliana se formó en el bloque inferior del cabalgamien- 
to Surpirenaico. El desplazamiento de la Unidad 
Surpirenaica Central hacia el sur giró el anticlinal en el 
sentido antihorario -350. La deformación de la cuenca 
de antepaís del Ebro mediante un sistema de pliegues y 
cabalgamientos poco importante y despegado por enci- 
ma de las sales de la Fm. de Cardona elevó la topogra- 
fía del sector produciendo una migración del centro de 
cuenca lacustre al SW del sistema de retro-cabalga- 
mientos de Sanaüja y Barbastro-Balaguer (B-B, Fig. 1). 
La relación entre los mantos de cobertera y las unida- 
des de basamento, los mantos del Pedraforca se empla- 
zaron conjuntamente con la gran unidad de basamento 
de las Nogueras (N, Fig. 1) hasta los 47 Ma. Esta gran 
unidad tectónica formada por los mantos del 
Pedraforca, de la Unidad Surpirenaica Central y de las 
Nogueres se enraizó en el cabalgamiento de Soldeu- 
Lanou (S-L, Fig. 1). 
GEOMETRÍA Y EVOLUCIÓN DEL MARGEN 
ORIENTAL DE LA UNIDAD SURPIRENAICA 
CENTRAL (CABALGAMIENTO DEL SEGRE). 
COMPARACIÓN CON EL MARGEN OCCIDENTAL 
DE LA UNIDAD 
El margen oriental de los mantos del Pedraforca y de 
la Unidad Surpirenaica Central muestra una evolución 1 
continua en el tiempo. Durante esta evolución continua, 
IWrla + Europa 
Extensi6 Solc Valencia 
......... 
............ Def. importan1 Betiques- - - 
.................................. 
......... Max. veloc. exp. AtlAntic S . 
- - - - - -  ..................... 
Def. inicial Betiques 
........ .-.. ...... ..Chron 18 
................................... 
.................................. 
Obertura Groenlhndia-Noru 
. .- ., Baffin.. ....... ....... 
L I I I 1 
Figura 2. Diagrama de la velocidad de acortamiento tectónico en la vertiente sur del Pirineo, especialmente de la región estudiada. Las velocidades mas 
altas de acortamiento (-4 d a ) ,  durante el Eoceno inferior y medio, corresponden a un periodo de tiempo en el que la placa ibérica tiene su Único li- 
mite libre en el Pirineo (basado en otros conjuntos de datos geológicos y geofisicos). La migración del final de la deformación importante migra ha- 
cia el oeste a una velocidad de 1-2 cmía y coincide con el inicio de la deformación en las Béticas y con la extension del Mediterráneo occidental (for- 
mación del Golfo de León y del Surco de Valencia). 
Figure 2. Rates of shortening based on balanced and restored cross-sections covering 225 km along the strike of the chain. The right side of the panel 
indicates plate tectonic events occurring during thrusting in the Pyrenees. High rates of thrusting in the Pyrenees coincides with the period of time in 
which Iberia was joined to Africa. The end of Pyrenean thrusting is diachronous along the strike of the chain, occurs at a migration rate of 1-2 cmíyr., 
and roughly corresponds with important deformation in the Betics and with extension of the westernmost Mediterranian Sea related with the forma- 
tion of the Gulf of Lions and Valencia Trough. 
el margen fue siempre emergente y sometido a erosión. 
Diferentes segmentos del margen fueron bloqueados ini- 
ciandose el proceso al norte y finalizando al sur, en su 
parte más externa, aunque con variaciones locales. El 
margen oriental del manto del Pedraforca fue activo has- 
ta los 47 Ma, el cabalgamiento del Segre (margen norte 
de la Unidad Surpirenaica Central), situado en el bloque 
superior del anticlinnl de Oliana fue activo hasta los 34 
Ma y el segmento sur del cabalgamiento Surpirenaico lo 
fue hasta -32 Ma. Esta evolución del margen oriental de 
la Unidad Surpirenaica Central, emergente y erosiva, 
contrasta con la del margen occidental correspondiente 
al conjunto de pliegues de dirección -N-S, de Mediano, 
Boltaña y otros (Me y Bo, Fig. 1). El desarrollo de estos 
pliegues fue debido a la propagación ciega del cabalga- 
miento oblicuo del margen occidental de la Unidad 
Surpirenaica Central. La distribución irregular y oblicua 
de las rocas mesozoicas respecto de la Unidad 
Surpirenaica Central controló el que su margen oriental 
fuera emergente y erosivo mientras que su margen occi- 
dental fue ciego y acrecional, por lo menos hasta el 
Eoceno más superior. 
ACORTAMIENTO Y VELOCIDAD DE ACORTA- 
MIENTO: RELACIÓN CON LA TECTÓNICA DE 
PLACAS (FIG. 2) 
El cálculo del valor del acortamiento total y parcial, 
calculado a partir de los cortes compensados y restitui- 
dos, junto con la edad de los sedimentos sin- y post-tec- 
tónicos relacionados con cada una de las estructuras tec- 
tónicas ha permitido calcular las velocidades del acorta- 
miento tectónico en distintas transversales. Estas veloci- 
dades indican 3 periodos bien diferenciados, que se pue- 
den asociar al emplazamiento de los distintos mantos de 
corrimiento pirenaicos. Así, la inversión tectónica de los 
mantos de Bóixols y superior del Pedraforca se realizó a 
una velocidad muy lenta (<0.5 mmía) desde el final del 
Cretácico superior hasta el Paleoceno. El plegamiento y 
emplazamiento del manto inferior del Pedraforca y de la 
Unidad Surpirenaica Central junto con la unidad de las 
Nogueres, se realizó a una velocidad alta (3.9-4.4 d a )  
desde el Ilerdense (55 Ma) hasta el Luteciense medio (47 
Ma). A partir del Luteciense medio, las velocidades de 
acortamiento fueron de 1.3 a 2.6 mmla. 
Así como el inicio de la deformación durante el 
Cretácico superior parece estar presente en toda la cade- 
na pirenaica, el análisis del acortamiento durante el 
Eoceno-Oligoceno permite indicar que el final de la de- 
formación fue heterocrono, siendo más moderno hacia el 
oeste de la cadena. La migración del final de la defor- 
mación realizó a una velocidad de 11 mmía entre el 
Pirineo oriental (corte J-1, en el río Freser) y el central 
(corte J-3, en el río Cardener), pasando a 21 mmla entre 
los cortes J-7 (en el río Segre) y la zona de Riglos (en el 
río Gállego). Entre la transversal de Riglos, donde el fi- 
nal de la deformación se situó en el Aquitaniense inferior 
(-23 Ma) y la transversal de la Sierra de Cantabria (SC, 
Fig. 1) donde se situó en el Mioceno medio (-16 Ma), la 
migración del final de la deformación se transmitió a 
-20 d a .  
La velocidad del acortamiento permite conocer la ci- 
nemática del límite norte de la placa ibérica desde el 
Cretácico superior hasta el Mioceno. Los 3 periodos de 
deformación caracterizados por las diferentes velocida- 
des de acortamiento pueden interpretarse dentro del mar- 
co de la tectónica de placas y ligadas a cambios de la ci- 
nemática de estas (reorganización de placas). La defor- 
mación fue continua, indicada por un desplazamiento 
tectónico de las unidades hacia el sur, con variaciones de 
la velocidad de transporte desde el Eoceno inferior hasta 
el Oligoceno inferior en el este, hasta el Oligoceno supe- 
rior en el centro y hasta el Mioceno en el oeste de la ca- 
dena. El valor del acortamiento aumenta hacia el centro 
de la cadena (entre los cortes 5-3 y J-13), con valores de 
-70 Km para los mantos de la cobertera y un total de 90 
Km para el sistema de cabalgamientos surpirenaico. 
Fecha de lectura: 2 de Noviembre de 1993 
Tesis Doctoral original: 
Vergés, J. (1993). Estudi geologic del vessant sud del 
Pirineu oriental i central. Evolució cinematica en 3D. 
Tesi doctoral Universitat de Barcelona, 203 pp. 
Publicación completa con extensos resumenes en Inglés: 
Vergés, J. (en prensa). Estudi geologic del vessant sud 
del Pirineu oriental i central. Evolució cinematica en 
3D. Institut Cartografic de Catalunya, Servei 
Geologic, Monografia Tecnica. 
Directores de Tesis: 
Dr. Pere Santanach i Prat 
Dr. Josep Anton Muñoz de la Fuente 
Universitat de Barcelona 


Tesis Doctoral: Estudio geológico de la vertiente sur del Pirineo oriental y central Evolución cinemática en 3D

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert