Sediment routing systems of the Eocene Tremp-Jaca basin: Stratigraphic analysis and numerical models

Abstract

The Eocene South-Pyrenean foreland basin provides a continuum of outcrops representing a Source to Sink sediment routing system from subaerial canyons to deep marine environments. On this context, the specific objective of this study is: (a) to contribute to the knowledge of the chronostratigraphy and the basin infill of the study area; (b) to analyze the evolution of the sedimentation rates on the Tremp-Jaca basin; and (c) to generate numerical models to (i) assess the sediment routing and sediment balance and, (ii) to evaluate the basin response to the propagation of climatic and tectonic signals. Two new magnetostratigraphic sections are built on the Tremp-Jaca basin; the Olsón (Ainsa basin) and the Yebra de Basa sections (Jaca basin). The Olsón section provides a late Lutetian to early Priabonian age for the Escanilla formation in the Ainsa basin, and the same age range is provided on the Yebra de Basa section for the strata encompassed between the Sabiñánigo sandstone and the Santa Orosia formation. The age constrains provided by these new sections and the data sorted from a systematic review of the literature have been used for an analysis of the sedimentation rates in the Tremp-Jaca basin. The studied sections were decompacted by backstripping to correct the differential burial compactions between the sections. This study shows that sedimentation rates may not show the expected variations related to depozone distribution. This lack of correlation between the depozones and the sedimentation rates are consequence of the lagged response to deformation front shifts and the complexity in the structure of the wedge-top. This complexity result in a widespread subsidence related to the emplacement of basement units in the hinterland. Also underfilled forelands may develop high sedimentation rates in the initial stages of wedge-top as basin gradients are a continuation to those developed in the previous foredeep phase. Sedimentation rates in overfilled areas are controlled by accommodation. In underfilled areas, the main control is clastic supply. During graded shelf regressive stages, maximum sedimentation rates are in foreset areas. In the transgressive stages, maximum sedimentation rates are at the topset. In out-of-grade periods, high sedimentation rates are in deep marine areas. The results obtained above have been used to feed forward stratigraphic models, using Dionisos software, to test and understand the different parameters affecting the sedimentary infill of the basin. A first model on the sediment routing systems of the Tremp-Jaca basin, based on the data from the sedimentation rates analysis, succeeds on reproducing the sedimentary routes that can be deduced from the paleocurrent patterns on the Tremp-Jaca basin, validating the inputted data. A second forward stratigraphic model, based on architectural and cyclostratigraphic analysis from previous works, determines that the high-frequency Milankovitch cyclicity of the Belsué-Atarés delta (Sierras Exteriores) is primarily forced from the sediment supply and secondary from the eustasy.

A les conques Eocenes Sudpirenaiques d’avantpaís hi ha un continu d’afloraments representatius de les rutes sedimentàries del sistema Source to Sink, des de canons subaeris fins a ambients marins profunds. En aquest context, aquest estudi té com a objectiu (a) contribuir al coneixement de la cronoestratigrafia i el reompliment de les conques de l'àrea d'estudi; (b) analitzar l’evolució de les taxes de sedimentació a la conca de Tremp-Jaca; i (c) generar models numèrics per (i) avaluar les rutes sedimentàries i el balanç sedimentari i (ii) avaluar la resposta de la conca a la propagació de senyals climàtics i tectònics. S’han construït dues noves seccions magnetostratigràfiques a la conca de Tremp-Jaca; les seccions d’Olsón (conca d’Aïnsa) i de Yebra de Basa (conca de Jaca). La secció d’Olsón proporciona una edat Luteciana superior fins a Priaboniana inferior per a la part superior de la formació Escanilla a la conca d’Aïnsa. A la secció de Yebra de Basa s’obté la mateixa franja d’edat pels estrats entre el gres de Sabiñánigo i la formació de Santa Orosia . Les edats proporcionades per aquestes noves seccions i les dades obtingudes a partir d'una revisió sistemàtica de les dades publicades, s'han utilitzat per a una anàlisi de les taxes de sedimentació de la conca de Tremp-Jaca. Les seccions estudiades han estat descompactades per backstripping per corregir l’enterrament diferencial que resulta en estadis de compactació diferents entre les seccions estudiades. Aquest estudi mostra que les taxes sedimentaries poden no mostrar les variacions esperades en relació a la distribució de les depozones. Aquesta manca de correlació entre les depozones i les taxes de sedimentació són conseqüència del retard en la resposta als canvis en la posició del front de deformació al wedge-top. Aquesta complexitat resulta en l’expansió de la subsidència relacionada amb l’emplaçament d’unitats basals al hinterland. Aquesta complexitat resulta en una major subsidència relacionada amb l’apilament d’unitats basalts al hinterland. També les conques d'avantpaís underfilled poden desenvolupar altes taxes de sedimentació en els estadis inicials del wedge-top, ja que els gradients sedimentaris són la continuació dels desenvolupats a la fase de foredeep anterior. Les taxes de sedimentació a les àrees overfilled estan controlades per l’acomodació. A les àrees underfilled, el control principal és l’aport de sediments. Durant els episodis regressius de les plataformes gradades, les taxes de sedimentació màximes es donen al topset. En els períodes no-gradats, les taxes de sedimentació més elevades es troben a les àrees marines profundes. Els resultats obtinguts s’han utilitzat per alimentar dos forward stratigraphic models, utilitzant el software Dionisos, per provar i entendre els diferents paràmetres que defineixen el reompliment de la conca. Un primer model en els sistemes de rutes sedimentàries de la conca de Tremp-Jaca, basat en les dades provinents de l’anàlisi de les taxes de sedimentació, té èxit en reproduir les rutes sedimentàries que es poden deduir dels paleocorrents de la conca de Tremp-Jaca, validant les dades introduïdes. Un segon model, a partir de dades arquitecturals i cicloestratigràfiques de treballs previs, determina que les ciclicitats de Milankovitch d’alta freqüència del delta de Belsué-Atarés (Sierras Exteriores) són primàriament forçats per l’aport sedimentari i secundàriament per l’eustàcia.