Morfodinàmica sedimentària de marges continentals passius silicoclàstics / Sedimentary morphodynamics of siliciclastic passive continental margins

Abstract

“El present és la clau del passat”. James Hutton (1788), amb aquesta prou coneguda asserció uniformista, posà els fonaments pel desenvolupament de la investigació geològica moderna des de la perspectiva actualista. L’estratigrafia es val d’aquest principi per interpretar l’origen de les formacions geològiques a partir de l’observació de processos i geometries actuals i subactuals. Alhora, la geomorfologia estudia els processos afaiçonadors del relleu per conèixer l’origen i l’evolució del paisatge actual. Conceptualment, aquesta Tesi se situa a cavall entre l’estratigrafia i la geomorfologia amb l’objectiu general de reconèixer el per què i el com de la variabilitat morfosedimentària dels marges continentals passius silicoclàstics a llarg termini. Per atènyer aquest objectiu adoptem la hipòtesi de partida següent: la variabilitat morfològica dels marges continentals silicoclàstics passius pot ésser classificada per categories de forma objectiva i sistemàtica. Les diferències morfològiques observades responen principalment a l’acció d’uns pocs processos sedimentaris claus.

Els mètodes i conceptes emprats en aquesta Tesi són propis de la hidrodinàmica i la sedimentologia. L’observació detallada de la morfologia i l’estratigrafia dels marges continentals, junt amb l’estudi dels processos hidrodinàmics que les han generades i l’anàlisi de la variabilitat espaciotemporal de les condicions ambientals en què s’han format, permet establir lleis de transport geomòrfic, altrament dites lleis de la morfodinàmica. En els successius capítols d’aquesta Tesi abordem aquests aspectes mitjançant l’anàlisi de dades geofísiques de reconeixement del fons i del subsòl marins, amb un especial èmfasi en les xarxes de drenatge del talús continental i la conca profunda. Els resultats d’aquesta anàlisi se sintetitzen en el plantejament d’un model morfodinàmic predictiu sobre la forma del perfil longitudinal dels canyons submarins. Aquest model dóna peu a discutir sobre transitorietat i equilibri en les formes de drenatge observades a les dades geofísiques considerades.

Així doncs, en aquest treball advoquem per la complementarietat i interdependència de les anàlisis observacionals i la modelització basada en la formulació teòrica de processos. Els principals resultats obtinguts en aquest treball demostren la possibilitat d’extreure informació sobre l’evolució de les conques sedimentàries a partir de l’estudi de les seves morfologies, tan modernes com relictes i fòssils, i indiquen la necessitat d’entendre els canyons submarins com a sistemes capaços d’evolucionar a partir de mecanismes netament deposicionals, a més dels mecanismes erosius ja prou coneguts. Aquests resultats es poden traduir en una millora de les prediccions estratigràfiques al talús continental, en un millor coneixement de la distribució de reservoris sedimentaris d’hidrocarburs o aigua en aquests ambients, i a replantejar els models establerts sobre el desenvolupament dels canyons submarins a escala global.

La Tesi està formada per un compendi de quatre articles publicats en revistes pertanyents al Journal Citation Report de l’Institute for Scientific Information (JCR-ISI), i l’hem estructurada en set capítols. El Capítol 1 consisteix en una introducció general destinada a centrar el lector en el marc conceptual, geogràfic i metodològic en què s’ha elaborat l’estudi. Els capítols 2 a 5 corresponen als quatre articles publicats. El capítol 6 correspon a la síntesi i discussió general dels principals resultats presentats als quatre capítols anteriors. Al capítol 7 hi incloem un sumari de les conclusions més rellevants conjuntament amb algunes perspectives de futur sorgides arran d’aquest treball. Finalment, a l'Annex, hi incloem un treball de síntesi bibliogràfica on descrivim les principals característiques fisiogràfiques dels fons marins mediterranis.

Sedimentary morphodynamics of siliciclastic passive continental margins

"The present is the key to the past". James Hutton (1788), with this well-known principle of uniformitarianism, established the basis of the modern geology by following the assumption of actualism. Stratigraphy makes use of this principle to interpret the origin of geological formations according to observations of modern and submodern processes and geometries. Geomorphology studies the processes that sculpt the Earth’s surface to understand the origin and evolution of present landscapes. The main objective of this Thesis, which is conceptually halfway between stratigraphy and geomorphology, is to understand the long-term morphosedimentary variability of siliciclastic passive continental margins. Our initial hypothesis is that the morphology differences among modern siliciclastic passive margins can be objectively and systematically categorized, and that these differences are mainly related to the action of a few key sedimentary processes.

The methods and concepts we use in this study are based on hydrodynamics and sedimentology. The detailed observation of continental margin morphology and stratigraphy, the study of the hydrodynamic processes that control their evolution, and the analysis of changing environmental conditions through time and space facilitate the development of geomorphic transport laws (also known as morphodynamic flux laws) for predicting landscape forms and dynamics. In the following chapters we discuss these topics while analysing seafloor and subseafloor geophysical data, with a particular focus on submarine drainage networks. An important result of this analysis is a morphodynamic model that can explain the long-profile shape of submarine canyons. The model stimulates our discussion about the equilibrium and transience of drainage morphologies observed in the geophysical data set we present.

In this work we advocate for the complementariness and interdependence of observational analyses and modeling of sedimentary processes. This Thesis demonstrates that much can be learned about the sedimentary evolution of submarine basins from the study of seascape morphologies, both modern and ancient, and that submarine canyons can evolve while remaining net depositional, beyond the broadened view of these features as purely erosive. These results can be translated to improved stratigraphic prediction in slope strata, a better knowledge of hydrocarbon and water resource distribution in these settings, and a broadened view of submarine canyon development.