Procedència i patró de dispersió de sediments en conques d’avantpaís: Avantatges d’un enfoc multimètode i aplicació al cas de la conca sudpirinenca de Jaca

Abstract

Les conques d’avantpaís registren la història erosiva i de l’exhumació de les seves àrees font, aportant informació indispensable per desxifrar la cronologia de la deformació i el creixement orogènic. Els estudis de procedència sedimentària esdevenen una eina indispensable per desxifrar les relacions entre la tectònica-sedimentació, l’evolució de les xarxes de drenatge, i els patrons de dispersió de sediments amb una concepció paleogeogràfica completa source to sink. En aquesta tesi es presenta un estudi multimètode de la procedència dels sistemes sedimentaris de la conca de Jaca, basat en l’anàlisi de minerals pesants, l’anàlisi geocronològic d’U-Pb i termocronologic d’(U-Th)/He en zircons detrítics, i l’anàlisi i integració de dades de petrografia. Aquesta metodologia s’aplica en els dipòsits que constitueixen els últims estadis de sedimentació turbíditica (Lutecià), els sistemes deltaics que es desenvolupen durant la continentalització de de la conca, i els sistemes terrestres que representen els últims estadis de sedimentació (Priabonià-Miocè). Aquest enfoc multimètode ha revelat en la conca de Jaca oriental que, durant els últims sistemes turbidítics (canal de Rapitán), el basament metamòrfic del Paleozoic inferior de la Zona Axial septentrional aflorava localment en el Pirineu centre-occidental durant el Bartonià. Durant el Priabonià, el sistema deltaic de Belsué-Atarés era alimentat, en la seva part nord, per àrees font ubicades al nord est de la conca de Jaca, i en la part sud per àrees fot al Pirineu oriental. Posteriorment, s’individualitzen dos sistemes de drenatge axial durant la sedimentació fluvial de la Fm. Campodarbe. El primer sistema alimenta el sector més oriental de la conca de Jaca, amb l’àrea font ubicada al Pirineu central, amb forta influència de les estructures diapíriques aflorants en aquella zona. El segon sistema, s’imposa en la part més occidental i es nodreix del Pirineu oriental. Aquesta diferenciació no s’observa sinó amb l’anàlisi dels minerals pesants. Per altra banda, la sedimentació en la conca de Jaca occidental no és influenciada pels drenatges axials procedents de l’est, sinó que es nodreix de l’erosió dels massissos bascs (Pirineu occidental) i la Sierra d’Urbasa-Andía del Pirineu basc-cantàbric des de el Bartonià fins al Miocè. aquesta tesi evidencia que la integració de diferents tècniques d’anàlisi de la procedència és l’única manera de resoldre senyals ambigües en conques d’avantpaís dominades per processos de reciclatge sedimentari, i on les àrees font insuficientment diferenciades tenen l’habilitat de produir les mateixes senyals de procedència depenent del marcador considerat.

Las cuencas de antepaís registran la historia erosiva y de la exhumación de sus áreas fuente, aportando información indispensable para descifrar la cronología de la deformación y el crecimiento orogénico. Los estudios de procedencia sedimentaria se convierten en una herramienta indispensable para descifrar las relaciones entre la tectónica-sedimentación, la evolución de las redes de drenaje, y los patrones de dispersión de sedimentos con una concepción paleogeográfica completa source to sink. En esta tesis se presenta un estudio multimétodo de la procedencia de los sistemas sedimentarios de la cuenca de Jaca, basado en el análisis de minerales pesados, el análisis geocronológico de U-Pb y termocronológico de (U-Th)/He en circones detríticos, y el análisis e integración de datos de petrografía. Esta metodología se aplica en los depósitos que constituyen los últimos estadios de sedimentación turbíditica (Luteciense), los sistemas deltaicos que se desarrollan durante la continentalización de la cuenca, y los sistemas terrestres que representan los últimos estadios de sedimentación (Priaboniense-Mioceno). Este enfoque multimétodo ha revelado en la cuenca de Jaca oriental que, durante los últimos sistemas turbidíticos (canal de Rapitán), el basamento metamórfico del Paleozoico inferior de la Zona Axial septentrional afloraba localmente en el Pirineo centro-occidental durante el Bartoniense. Durante el Priaboniense, el sistema deltaico de Belsué-Atarés era alimentado, en su parte norte, por áreas fuente ubicadas en el noreste de la cuenca de Jaca, y en la parte sur por áreas fuente al Pirineo oriental. Posteriormente, se individualizan dos sistemas de drenaje axial durante la sedimentación fluvial de la Fm. Campodarbe. El primer sistema alimenta el sector más oriental de la cuenca de Jaca, con el área fuente ubicada en el Pirineo central, con fuerte influencia de las estructuras diapíricas aflorantes en esa zona. El segundo sistema, se impone en la parte más occidental y se nutre del Pirineo oriental. Esta diferenciación no se observa sino con el análisis de los minerales pesados. Por otra parte, la sedimentación en la cuenca de Jaca occidental no está influenciada por los drenajes axiales procedentes del este, sino que se nutre de la erosión de los macizos vascos (Pirineo occidental) y la Sierra de Urbana-Andía del Pirineo vasco -cantábrico desde el Bartoniano hasta el Mioceno. esta tesis evidencia que la integración de diferentes técnicas de análisis de la procedencia es la única manera de resolver señales ambiguas en cuencas de antepaís dominadas por procesos de reciclaje sedimentario, y donde las áreas fuente insuficientemente diferenciadas tienen la habilidad de producir las mismas señales de procedencia dependiendo del marcador considerado.

Foreland basins record the erosional and exhumational history of source areas, providing valuable information to decipher the chronology of deformation and orogenic growth. Sedimentary provenance analysis becomes key to unravel the links between tectonics and sedimentation, the evolution of the drainage network, and sediment dispersal patterns from a source to sink approach. This thesis presents a multimethod provenance analysis of the sedimentary systems of the Jaca basin, comprising heavy minerals, U-Pb geochronology and (U-Th)/He thermochronology of detrital zircons, and the integration of these with petrographic analysis. This combined methodology is applied to the last deposits of the turbidite sedimentation stage (Lutetian), to the deltaic systems developed during the continentalization of the basin, and to the terrestrial systems that constitute the last stages of sedimentation (Priabonian-Miocene) in the basin. In the eastern Jaca basin, the multimethod approach has revealed that during the last turbidite systems (the Rapitán channel), the metamorphic Paleozoic of the northern Axial Zone was locally exposed in the west-central Pyrenees. During the Priabonian, whereas the northern part of the Belsué-Atarés deltaic system was fed from source areas located to the north-east of the Jaca basin, the southern part was sourced from the eastern Pyrennes. Later, two distinct axially-fed systems individualized during the sedimentation of the Campodarbe Fm. The first system, which fed the easternmost sector of the Jaca basin, was sourced from the central Pyrenees, highly influenced by the diapiric structures outcropping in this area. The second system, developed in the western sector, was sourced from the eastern Pyrenees. This differentiation is only revealed through heavy mineral analysis. On the other hand, sedimentation in the westernmost Jaca basin was not influenced by the east-sourced axially-fed systems. Instead, it was sourced from the Basque massifs (western Pyrenees) and the Urbasa-Andía ranges (Basque-Cantabrian Pyrenees) from the Bartonian to the Miocene. This thesis evidences that the integration of several provenance proxies stands as the only way to resolve ambiguous signatures in foreland basins influenced by sediment recycling, or where different source areas have the capability to produce the same provenance signatures depending on the marker considered.