El metamorfismo hercínico de grado muy bajo del Priorat Central

Abstract

Las rocas del Paleozoico del Priorat Central (Cadena Costera Catalana, NE de la Península Ibérica) han sido sometidas a un metamorfismo regional hercínico de grado muy bajo que alcanzó el límite entre la zona diagenética profunda y la anquizona baja en unas condiciones térmicas situadas entre los 133 y 229ºC y unas condiciones báricas con una presión intermedia, de tipo Ryoke, acotada entre 1,35 y 1,83 kbar, que significarían una profundidad ubicada entre 4 y 5,5 km.

Las condiciones P – T se han estimado a partir de la correlación de diferentes índices (índice de Kübler, índice de Árkai, parámetro b0, Tmax y reflectancia equivale, Reflectancia de la vitrinita, CAI) obtenidos mediante técnicas indirectas basadas en el estudio de los filosilicatos mediante difracción de rayos X (DRX) y de la materia orgánica a través de la Pirólisis Rock-Eval y microscopía óptica y de reflexión.

La estructura térmica de las rocas paleozoicas del Priorat Central se ha interpretado como el resultado combinado de la relajación térmica asociada a la deformación hercínica (F1) y por otro el calor aportado por los cuerpos ígneos tardihercínicos. En una evolución simple, la disposición de las isotermas en el sector noroccidental del Priorat Central sería el resultado de la recuperación térmica posterior al apilamiento producido por las estructuras de F1, las cuales habrían cargado los materiales devónicos sobre los carboníferos, produciendo un incremento de la cristalinidad (disminución del KI) de los materiales más modernos. Los datos térmicos aportados por la Pirólisis Rock-Eval y Reflectancia de la vitrinita evidencian esta distribución que mimetiza las estructuras F1, donde las temperaturas atribuidas a la diagénesis profunda están en el flanco invertido del anticlinal de Les Vilelles. A su vez, este modelo es coherente con los datos obtenidos mediante el parámetro b0 que indica que la unidad más antigua, Les Vilelles, se encuentra a una presión inferior que las unidades suprayacentes de Les Bassetes y Scala Dei. La morfología ligeramente ondulada de la isoterma que separa la diagénesis profunda de la anquizona podría ser resultado de la propia morfología de la isoterma y de la contribución

de la deformación asociada a las fases de deformación alpinas (F2) y neógenas (F3) que deforman actualmente la cobertera. Así mismo, los métodos de Pirolisis y Reflectancia también reflejan la influencia térmica de las intrusiones de Alforja y Falset hacia el E y SE de la zona de estudio.

La deformación mostrada por los materiales del Priorat Central se habrían dado en tres fases deformativas (F1, F2, F3). La F1 se caracterizada pliegues tumbados y cabalgamientos vergentes hacia el SW y retrocabalgamientos vergentes hacia el NE, de dirección NW – SE, que han sido atribuidos al hercínico. La F2 se caracteriza por pliegues laxos abiertos de dirección NE – SW y es alpina. La F3 agrupa las estructuras frágiles de dirección NE – SW atribuidas a la distensión neógena que afectan desde el zócalo hasta la cobertera cenozoica.

La nueva cartografía revisada muestra, además del Anticlinal tumbado de les Vilelles, otras estructuras de F1 relevantes como el Anticlinal invertido de Poboleda y el Cabalgamiento de Les Crestes. Respecto las estructuras de F2, destaca el Sinclinal del Mas del Sastre y la alta densidad de fracturación en el flanco sur del Anticlinal de Les Vilelles entre las poblaciones de La Vilella Baixa y Gratallops.

También muestra la interferencia de pliegues entre las fases F1 y F2 según un modelo intermedio entre los tipos 1 y 2 de Ramsay (1977). Estas interferencias dan lugar a formas de estructuras en caja de huevos, domos y sillas de montar que son relevantes en los sectores del Mas del Sastre al S de La Vilella Alta, en el sector del Mas d’En Doix

– Les Planes Cegues y en sector de Torroja.

El marco geodinámico basado en el estilo tectónico, la procedencia de los clastos y el gradiente bárico intermedio de tipo Ryoke, así como la presencia de granitoides, indicaría que las series precarboníferas y carboníferas del Priorat Central formarían parte de un prisma de acreción en un arco de isla relacionado con el cierre entre Laurasia y Gondwana. Donde, estos materiales serían el resultado del desmantelamiento de un basamento levantado de un bloque continental con gran influencia de un límite entre un arco disectado y un arco transicional.

La revisión estratigráfica y bioestratigráfica de la secuencia ha comportado la definición de una nueva unidad litoestratigráfica denominada Unidad de Cherts de Torroja. Esta unidad constituye el límite entre los materiales del Devónico y los del

Carbonífero y dada su continuidad cartográfica se ha definido como nivel guía. Este nivel es coincidente con el observado en muchas otras regiones del Varisco peninsular y europeo, y por tanto, constituiría un auténtico nivel guía de ámbito suprarregional, quedando así descartada la idea que las series sedimentarias del Paleozoico del Priorat Central constituyen una anomalía. Además, la revisión bioestratigráfica con conodontos y radiolarios ha permitido datar con mayor precisión las unidades. Así, la unidad inferior, denominada Unidad de Limolitas silíceas y cherts de Les Vilelles, ha sido datada como Devónico tardío con una edad Frasniense – Fameniense (385 a 360 Ma). La Unidad de Torroja se ha datado como Tournaisiense medio – tardío a Viseense temprano. Por encima, la Unidad de Areniscas ocres Les Bassetes y la de las Lutitas y areniscas finas de Scala Dei han dado la misma edad, en la parte inferior del Viseense superior (337 a 335 Ma). La unidad superior, correspondiente a la base de la Unidad de Areniscas y lutitas de Poboleda, ha sido datada como Viseense superior (332 a 331 Ma).

Hercynian regional metamorphism of very low grade of Paleozoic rocks is studied in the central Priorat (Catalan Coastal Range, NE Iberian Peninsula). The regional metamorphism reached the limit between the deep diagenetic zone and the low anchizone, at temperatures between 133 and 229°C and pressures between 1,35 and 1,83 kbar (ca. 4 and 5,5 km). This range of pressure is representative of a Ryoke type metamorphism.

The P – T conditions have been calculated based on the correlation of various indices (index Kübler, index Árkai, b0 parameter, Tmax and reflectance equivalent, Vitrinite reflectance, CAI). These indices were obtained by means of indirect techniques such as the study of phyllosilicates by X-ray diffraction (XRD), and the analysis of organic matter through Rock-Eval Pyrolysis and optical microscopy and reflection.

The thermal structure of the Paleozoic rocks in this area has been interpreted as the combined result of the thermal relaxation associated with the Variscan deformation (F1) and the heat provided by the tardi-Hercynian igneous bodies. In a simple model, the arrangement of the isotherms would result from the loading produced by F1 structures before the thermal recovery. Devonian rocks would have been loaded on Carboniferous strata producing an increase on the crystallinity (KI decrease) of the younger materials. The thermal data provided by Rock-Eval Pyrolysis and Vitrinite Reflectance mimic F1 structures, where the temperatures attributed to the deep diagenesis are in the inverted flank of Les Vilelles Anticline. This model is consistent with data obtained by b0 parameter indicating that the older unit, Les Vilelles, is at a lower pressure than the overlying units of Les Bassetes and Scala Dei. The slightly undulating morphology of the isotherm separating deep diagenesis from anchizone could be the result of both the own morphology of the isotherm and the contribution of the deformation associated with the Alpine (F2) and Neogene (F3) deformation. Besides, the results of Pyrolysis and Thermal Reflectance also reflect the thermal influence of the Falset and Alforja intrusions, located to the E and SE of the study area.

Three deformation phases have been reported in the central Priorat. F1 is characterized by a NW – SE trend and southwest-verging recumbent thrusts and folds, together with retrovergent structures of Hercynian age. F2 is Alpine and shows NE – SW open folds with subvertical axial surfaces or strong dips to the NW. F3 comprises NE – SW trend brittle structures related to the Neogene distension that affects both the basement and the cover.

An original geological map of the central Priorat has been produced. Besides Les Vilelles Anticline, novel relevant F1 structures mapped include the inverted Poboleda Anticline and Les Crestes Thrust. Regarding F2 structures, the Mas del Sastre Syncline and the high density of fractures in the southern limb of Les Vilelles Anticline are remarkable.

The superposition between F1 and F2 folds resulted in fold interference patterns between types 1 and 2 of Ramsay (1977). These interferences include classic dome-and- basin structures which are characteristic of the sectors of Mas del Sastre (S of La Vilella Alta), Mas d'En Doix - Les Planes Cegues and Torroja.

Based on the tectonic style, the provenance of clasts, the intermediate Ryoke type pressure gradient and the presence of granitoids, the resulting geodynamic framework suggests that the pre-Carboniferous and Carboniferous series of the central Priorat would have been part of an accretionary prism of an arc island related to the closure of Laurasia and Gondwana. Accordingly, these Paleozoic sedimentary successions would be the result of the erosion of a continental uplifted basement influenced by a dissected and a transitional arc.

The stratigraphic and biostratigraphic review of the succession has led to the definition of a new lithostratigraphic unit called Torroja Chert Unit. The base of this unit marks the boundary between the Devonian and Carboniferous rocks, and given its cartographic continuity has been used as a guideline level. This horizon is consistent with those observed in many other regions of the European and Peninsular Varisc orogen and therefore, constitutes a genuine guide of supra-regional level, thus ruling out the idea that it is an anomaly in the Paleozoic sedimentary series of the central Priorat. In addition, the biostratigraphic revision based on conodonts and radiolarians has improved the age control of the lithostratigraphic units. The lower unit, called Les Vilelles Siltstones and Siliceous Cherts Unit, has been dated as Frasnian - Famennian (385-360 Ma). The

overlying Torroja Unit has been dated as middle - late Tournaisian to early Visean. Above, Les Bassetes Sandstones and Shales and the Scala Dei Lutites and Fine Sandstones units were dated as basal late Visean (337-335 Ma). Finally, the upper unit, the Poboleda Sandstones and Shales Unit has been dated as late Visean (332-331 Ma).