Estudio petrológico, geoquímico y geocronológico del rifting cámbrico-ordovícico en la zona de ossa-morena (sw del macizo ibérico)

Resumen

Dentro del orógeno Varisco europeo, en el SW del Macizo Ibérico, la Zona de Ossa-Morena (ZOM) representa un arco acrecionado al Autóctono Ibérico durante la Orogenia Cadomiense. Esta zona registra un importante evento de rifting que estuvo acompañado de grandes volúmenes de rocas ígneas, tanto plutónicas como volcánicas, desde el Cámbrico hasta Ordovícico Inferior (entre 540-480 Ma) y que son coetáneas de rocas sedimentarias, que indican un ambiente de depósito de plataforma marina somera. Este evento culminó con la apertura de una nueva cuenca oceánica, el océano Rheico. El fenómeno de rifting se propagó de forma diacrónica a través de la zona desde el Cámbrico Inferior al Ordovícico, donde se instalan ya unas condiciones de margen pasivo. En la ZOM se establecen 4 unidades sedimentarias principales, dentro de la secuencia cámbrica, que incluiría de muro a techo: i) Serie Detrítica Inferior, ii) Serie Detrítico-Carbonatada, iii) Serie Detrítica Superior, y iv) Complejo Volcanosedimentario Principal. Estas unidades sedimentarias presentan una alta variabilidad de espesores y facies que se interpreta como una evidencia de la actividad tectónica sin-sedimentaria con el desarrollo de horst y grabens extensionales. A lo largo de toda la secuencia pueden encontrarse manifestaciones volcánicas, aunque el emplazamiento de las rocas ígneas se realiza en dos periodos fundamentales con características diferentes y separados en el tiempo: i) un primer evento, llamado Evento Temprano o ER (Early Igneous Event), exclusivamente comprendido por rocas ácidas peraluminosas, asociadas con la formación de estructuras de core complexes en entornos de corteza media-superior, y ii) un Evento Principal o RR (Main Igneous Event), de características bimodales, con rocas ácidas y básicas con menores cantidades de rocas intermedias. Las rocas de este evento tienen características toleíticas y alcalinas, aunque también aparecen menores cantidades de rocas calcoalcalinas peraluminosas. En este Evento Principal también están presentes algunas rocas, petrológicamente importantes, ricas en Mg, con cantidades que pueden alcanzar el 24% de MgO. Estas últimas rocas se interpretan como el reflejo de grandes tasas de fusión de protolitos similares al manto primitivo. Todas las características geoquímicas señalan una gran heterogeneidad dentro de la asociación relacionada con el rifting que puede ser debida a varias causas, tal como diversas fuentes de magmas, tanto astenosféricas, como litosféricos y corticales y/o la implicación de diversos procesos petrogenéticos en su generación y evolución. Con el fin de precisar los periodos de los eventos ígneos se han efectuado 14 dataciones U-Pb en circones, 3 de las cuales sobre rocas del Evento Temprano y 11 sobre rocas del Evento Principal. Este grupo de dataciones, junto con los datos publicados, han establecido un intervalo de 8 Ma para la duración del Evento Temprano y de 15Ma para el Evento Principal. En conjunto se establece un intervalo de unos 30 Ma para la secuencia de Rift. Esto se interpreta como la duración mínima de la anomalía térmica profunda responsable del magmatismo estudiado en la ZOM. Los nuevos datos geocronológicos han permitido correlacionar las rocas volcánicas de la Unidad de Loma del Aire con el evento de Rift Cámbrico-Ordovícico, encontrándose una correlación de parte de las rocas de la Fm. Loma del Aire con el Evento Temprano (datación de 526 +/- 2Ma, muestra S64) y parte de ellas con el Evento Principal (datación de 505.4+/-2Ma, muestra S71). La datación previa de 623+/-2Ma (Sánchez-García et al., 2007) sobre circones euhedrales prismáticos, en la muestra S71, se ha reinterpretado como posibles xenocristales y sugiere la existencia de una corteza antigua bajo esta unidad y por extensión bajo toda la ZOM. Esta edad es común en los sistemas de arco Neoproterozoicos expuestos en el Anti-Atlas marroquí, así como en la zona nor-armoricana de Bretaña, Normandía y las islas del Canas, así como en las Zonas Saxo-Turingia y Tapla-Barandian del Macizo de Bohemia. Se propone la correlación de la ZOM cadomiense con dichos sistemas de arco. También se han efectuado 34 análisis isotópicos Sm-Nd, 14 de los cuales sobre rocas del Evento Temprano y 20 sobre rocas del Evento Principal. Los resultados de las rocas del Evento Temprano establecen un rango de valores del εNd que varían entre +1,5 a -10,9, con un intervalo en los valores del TDM entre 2.52 a 1.01 Ga. Hay que resaltar que hay rocas con valores positivos en el εNd tanto dentro de las rocas plutónicas como en las volcánicas, que nos indicarían entrada de material mantélico en la fuente de estos magmas. Las rocas del Grupo Principal presentan unos valores del εNd que varían entre +5,7 a -4,0 y un TDM entre 1,46 a 0,73 Ga. No hay ninguna correlación entre los valores del εNd con respecto a la posición estratigráfica ni tampoco con el contenido en SiO2 o con las relaciones elementales, como La/Yb, La/Sm, La/Nb o Th/Nb. Hay que resaltar que tanto las rocas plutónicas como las volcánicas presentan valores negativos. En conjunto, los datos de las rocas máficas apuntan a fuentes mantélicas, mientras que los datos de las rocas félsicas del grupo, indican fuentes mantélicas junto con componentes reciclados de corteza continental. El gran volumen de magmas emplazados en ambientes de corteza continental superior junto con la presencia de abundantes diques, y la distribución del magmatismo en distintos centros eruptivos, con edades de emisión bien delimitadas, señalan que la actividad magmática sería continua pero el vulcanismo fue discontinuo, produciéndose el drenaje hacia superficie solo en determinados momentos de actividad tectónica, que hicieron posible el funcionamiento de fallas extensionales. Se propone que el Rift Cámbrico-Ordovícico que afectó a la ZOM se produjo por el choque oblicuo de una dorsal contra la zona de subducción que existía en el Cadomiense en dicha zona. La progresiva inmersión de la dorsal bajo la zona de subducción lleva una astenosfera caliente y flotante a la base de la placa superior con la formación de una ventana sobre el manto o slab window, que provoca levantamiento y erosión. La inestabilidad gravitacional provocada por esto desencadena el inicio de la deformación extensional y la formación de rifts y cuencas limitadas por fallas. La inyección de magmas del Evento Temprano en la corteza inferior contribuyó a la extensión y adelgazamiento con la formación de core complexes coetáneos. La ausencia de magmas mantélicos abundantes en esta etapa puede deberse al aumento de la plasticidad de la corteza inferior por la fusión parcial extensiva, que impediría la propagación de fisuras y formación de conductos de alimentación magmática. El underplating y el almacenamiento temporal de los magmas derivados del manto habrían posibilitado una fuerte diferenciación a través de procesos de fraccionamiento cristalino y de asimilación y mezcla de rocas y magmas litosféricos y corticales. En particular, la signatura enriquecida de los fundidos que salieron a la superficie podría haber sido adquirida en este momento por la incorporación variable de componentes más incompatibles, litosféricos y/o corticales que son más escasos en las fuentes astenosféricas MORB, como el Th. Unos 10-15 millones de años después, se hizo posible la propagación de fracturas a través de la corteza de la ZOM, tal vez por el agotamiento del fundido de la corteza inferior ayudado por la continuación del proceso extensional, lo que finalmente permitió el drenaje masivo de los fundidos disponibles en profundidad hacia cámaras magmáticas transitorias (plutones en la corteza), y eventualmente hasta la superficie (vulcanismo). La naturaleza renovada de los magmas que alcanzaron la superficie sugiere la inyección de nuevos volúmenes de fundidos primitivos en estas cámaras. El ascenso magmático probablemente fue facilitado por fallas normales coetáneas que también fueron responsables del colapso de la plataforma preexistente registrado durante el depósito de la Formación Detrítica Superior. El emplazamiento masivo de magmas máficos en la corteza en esta etapa tardía habría causado la renovación de la expansión térmica, la elevación y erosión, registradas por el hiato sedimentario existente en toda la ZOM durante el Cámbrico superior, y el posterior colapso térmico que fueron los responsables de la rápida inundación de la ZOM registrada por la transgresión del Ordovícico Inferior, marca el inicio de las condiciones de margen pasivo.