Reconstrucción y restitución 3D del anticlinal de Puerta-Pareja y estudio de su evolución deformacional y cinemática en su contexto regional (cuenca de Loranca y Sierra de Altomira)

Abstract

Esta Tesis Doctoral se centra en caracterizar la estructura, formación y evolución deformacional y cinemática del anticlinal de Puerta-Pareja en su contexto regional (cinturones de pliegues y cabalgamientos de la cuenca de Loranca y Sierra de Altomira, SW Cadena Ibérica), así como valorar las condiciones de la zona del anticlinal de Puerta-Pareja como posible reservorio para el almacenamiento geológico de CO2. La integración de varios métodos ha permitido superar las limitaciones de cada uno de los estudios individuales aplicados a la zona de estudio. A escala regional se realizó un corte regional E-W y su restitución 2D, el análisis de la historia deformacional a partir de datos de anisotropía de la susceptibilidad magnética (ASM) y el análisis de datos paleomagnéticos y estructurales para detectar posibles rotaciones de eje vertical. A escala local se realizó la reconstrucción 3D del anticlinal de Puerta-Pareja a partir de datos sísmicos, sondeos y de superficie, la restitución de las superficies 3D reconstruidas y el análisis de sus patrones de fracturación.

Los resultados del análisis de ASM muestran que las orientaciones de acortamiento paralelo a las capas (layer-parallel shortening) durante la formación de los pliegues y cabalgamientos de Altomira-Loranca en sus sectores Central y Norte fueron aproximadamente E-W, ya evidente durante el depósito de los materiales pre-tectónicos cenozoicos. La integración de datos paleomagnéticos, estructurales y datos previos de otros autores permite concluir que las estructuras en el sector Sur de la cuenca de Loranca se formaron en secuencia de bloque inferior simultáneamente a una rotación de eje vertical de 21º en sentido anti-horario, en el sector Norte las estructuras de la Sierra de Altomira y cuenca de Loranca se formaron en secuencia de bloque superior y durante el Mioceno experimentaron una rotación de eje vertical de 17º en sentido horario, y las estructuras del sector central no rotaron. Por tanto, la oblicuidad de las estructuras de Altomira y Loranca respecto a la Rama Castellano-Valenciana de la Cadena Ibérica es primaria en el sector Central del área estudiada, donde las estructuras se orientan N-S, y en los sectores Norte y Sur la desviación que muestran las estructuras respecto a la orientación N-S (orientaciones NNE-SSW y NNW-SSE, respectivamente) es secundaria.

En el sector Sur de la zona estudiada, se observan desacoples de la deformación a favor del nivel de despegue regional entre las estructuras de basamento y cobertera, debido a la rotación de eje vertical de los materiales de la cobertera. Por otro lado, estos estudios permiten precisar la influencia de la Fm. Villalba de la Sierra (Campaniense-Luteciense) en la evolución estructural: mediante su deformación interna inhibió la propagación de varios cabalgamientos hacia unidades superiores y generó desarmonías entre las unidades superiores e inferiores a ella. Se interpretan los efectos de la terminación del nivel de despegue regional (facies Keuper) y de contrafuerte (buttressing) causado por la falla de basamento de Sacedón como los principales condicionantes de la existencia de deformación en secuencia de bloque superior en el sector Norte de Altomira-Loranca.

La reconstrucción 3D y la restitución de superficies 3D realizadas en la zona de Puerta-Pareja permiten determinar que el anticlinal de Puerta-Pareja, de orientación general NNE-SSW, se desarrolló fundamentalmente asociado al cabalgamiento de Pareja, de igual orientación, como pliegue de propagación de falla nucleado inicialmente como pliegue de despegue. En el sector Norte del anticlinal, sobre el cabalgamiento de Pareja se desarrolló un cabalgamiento menor, el de La Puerta, lo que define en este sector una configuración de steep-limb breakthrough. El flanco caudal del anticlinal está cortado por otro cabalgamiento menor, el cabalgamiento de Viana, de orientación NNE-SSW, y en el extremo oriental del área estudiada se desarrollaron los cabalgamientos de Villaescusa y Peralveche, de orientación NW-SE. Todos estos cabalgamientos despegaron en los materiales del Keuper, en secuencia de bloque superior. En conjunto, tanto el número de cabalgamientos como sus acortamientos asociados aumentan hacia el Norte. Se interpreta que este aumento se generaría para acomodar la rotación regional horaria experimentada por el conjunto del sector Norte de Altomira-Loranca. Finalmente, la reconstrucción y restitución 3D realizadas han permitido descartar la existencia de ninguna estructura (anticlinal, falla o alto estructural) en el basamento bajo el anticlinal de Puerta-Pareja. Se descarta, por tanto, la existencia de una trampa estructural en el basamento adecuada para el almacenamiento de CO2.

La fracturación en el anticlinal de Puerta-Pareja se caracteriza fundamentalmente por dos familias de fracturas, una longitudinal y otra transversal al eje del pliegue, formadas durante el estadio inicial de plegamiento. A partir de las relaciones cronológicas y geométricas entre las rotaciones de eje vertical y las fracturas, se interpreta que el anticlinal de Puerta-Pareja se generó inicialmente con una orientación N-S, perpendicular a la dirección de transporte tectónico regional E-W, y que posteriormente, a causa de pequeñas diferencias locales en la cantidad de rotación en sentido horario experimentada, se generaron las variaciones locales en la orientación del anticlinal de Puerta-Pareja que se observan actualmente.

This Thesis aims to characterize the formation and deformational and kinematic evolution of the Altomira and Loranca fold-and-thrust belts (Altomira Range and Loranca basin, SW Iberian Chain, Central Spain) and the structural configuration and evaluation as a potential reservoir for CO2 sequestration of the Puerta-Pareja anticline, located in the northern sector of the Loranca basin. Several methods were integrated in order to overcome the limitations of every single study in the studied area and to achieve the proposed objetives. Thus, at regional scale, a E-W cross-section and its 2D restoration, an analysis of the anisotropy of the magnetic susceptibility (AMS) and a paleomagnetic analysis were performed and, focused on the Puerta-Pareja anticline, its 3D reconstruction and restoration and analysis of its fracturation were conducted.

The results of the AMS analysis show a general E-W layer-parallel shortening orientation during and shortly prior to the formation of Altomira and Loranca fold-and-thrust belts. Paleomagnetic data from Middle Eocene to Lower Miocene rocks reveal the absence of vertical-axis rotations in the central sector of Loranca-Altomira where structures are oriented N-S, and up to 17º of clockwise and 21º of counter-clockwise vertical-axis rotations in the northern and southern sectors, respectively. The integration of paleomagnetic data with previous structural data from other authors shows that the piggy-back sequence of thrusting at the southern sector was synchronous to the counter-clockwise rotation during the Oligocene, whereas at the northern sector structures formed in a break-back sequence and experienced a clockwise rotation during Miocene.

The Puerta-Pareja anticline is a NNE-SSW fault-propagation fold associated to the Pareja thrust and initially nucleated as a detachment fold. At its northern part, the La Puerta thrust cuts its front limb defining a steep-limb breakthrough configuration. Three minor thrusts cut its back limb: the Viana (NNE-SSW), the Villaescusa (NW-SE) and the Peralveche (NW-SE) thrusts. All of these thrusts detached on the Keuper facies following a break back sequence. The 3D reconstruction and restoration of this anticline shows the absence of any basement structure suitable for sequestering CO2 underneath.

The analysis of the chronological and geometrical relationships between the fracture pattern (mainly transverse and longitudinal fractures) and the vertical-axis rotation at the Puerta-Pareja area reveals that the initial orientation of the Puerta-Pareja anticline was N-S, perpendicular to the E-W regional shortening direction. Subsequently, local differences in the amount of the clockwise vertical-axis rotation occurred generated the present variability of axial orientations.