La formación caspeanálisis sedimentológico y estratigráfico de los depósitos fluviales del oligoceno –Mioceno inferior del SE de la Cuenca del Ebro

Resumen

La Formación Caspe corresponde a las facies fluviales de los depósitos de un abanico fluvial de edad oligo-miocena, desarrollado durante la fase endorreica de la Cuenca del Ebro. Este abanico fluvial, referido en la literatura como Sistema aluvial del Guadalope-Matarranya, tuvo su área fuente en la Zona de Enlace entre el Sistema Ibérico y los Catalánides y distribuía sedimentos radialmente hacia el N y NW principalmente, a lo largo de una distancia de unos 90 -100 Km. La parte que corresponde a las facies fluviales del sistema se extiende entre el margen S actual de la Cuenca del Ebro y el Sistema Lacustre de Los Monegros, a lo largo de una distancia de unos 70 Km de S a N. Los afloramientos de la Formación Caspe constituyen la red de paleocanales exhumados más extensa de la Tierra. Dichos paleocanales se presentan en el paisaje como relieves elongados, formados por fragmentos de los rellenos areniscosos de los antiguos cauces, sobre una extensión de unos 3000 Km2, llegando a tener longitudes kilométricas. Esta particularidad permite la observación del trazado en planta y tridimensional de los cinturones aluviales formados por estos paleocanales. Los litosomas formados por rellenos de paleocanal son típicamente acintados, denominados en la literatura científica como ribbon sandstones. Tanto la extensión del afloramiento, como la profusión con que afloran los ribbon sandstones han suscitado el interés de numerosos investigadores, si bien, la mayoría de estudios se ha focalizado en aspectos parciales de la sedimentología de los depósitos, presentando resultados e interpretaciones dispares. Podríamos decir que, pese a ser el objeto de numerosos estudios y a la excepcionalidad de sus afloramientos, el conocimiento de la sedimentología de Formación Caspe es fragmentario y, en ocasiones, contradictorio. Las principales controversias sobre el conocimiento de la Formación Caspe hacen referencia a los procesos genéticos de los depósitos de canal, la tipología y dinámica de las redes fluviales en que se sedimentaron y al régimen hídrico del sistema fluvial. En parte, estas controversias se derivan de una cierta falta de integración de los estudios con el contexto estratigráfico y paleogeográfico. Por tanto los objetivos de esta tesis se centran en precisar el contexto estratigráfico, definir los procesos genéticos de los ribbon sandstones y caracterizar el entorno paleogeográfico. El análisis sedimentológico de la Formación Caspe se ha centrado principalmente en el área dominada por los afloramientos de ribbon sandstones, si bien se ha considerado toda la extensión de la Formación y sus relaciones estratigráficas y estructurales con el objeto de precisar los marcos estratigráfico y paleogeográfico. Es por ello que, previamente al análisis sedimentológico desarrollamos loas análisis estratigráfico y estructural. Concretamente, los problemas sedimentológicos planteados han sido determinar el origen de la segmentación en storeys en los depósitos de canal, determinar hasta qué punto los conjuntos canal-levee formaban cinturones aluviales sobreelevados y determinar la tipología de las antiguas redes fluviales. En relación con los procesos sedimentarios y el contexto paleogeográfico, otro de los problemas a resolver ha sido la determinación del régimen hídrico y el entorno paleoclimático. Al menos en parte, las disparidades en las diversas interpretaciones que se han dado en la literatura previa derivan de las dificultades para el estudio que presentan los afloramientos de la Formación Caspe. Si bien los típicos afloramientos de ribbon sandstones ofrecen posibilidades de análisis inusuales, por otra parte impiden la observación directa de la relación entre los materiales de relleno de canal y el encajante. Por otra parte, la monotonía de facies y la ausencia de niveles guía extensos las partes medias y proximales de la formación dificultan el análisis estratigráfico. Aparte de los métodos clásicos de la Sedimentología y la Estratigrafía, hemos desarrollado técnicas de trabajo ad hoc para solventar los problemas específicos que presenta el estudio de la Formación Caspe. Además, alguno de los problema planteados requiere observaciones y medidas de un alto grado de precisión. Respecto al análisis estratigráfico, hemos aplicado los métodos de la Bioestratigrafía, Magnetoestratigrafía y Cicloestratigrafía. Para la reconstrucción de la estructura en las zonas de baja deformación y el análisis de arquitecturas a escala de formación y de afloramiento, hemos recurrido al análisis de modelos digitales del terreno y al análisis de nubes de puntos obtenidas por la superposición de los afloramientos de ribbon sandstones sobre los modelos digitales de elevaciones. Para las medidas que requieren alto grado de precisión, tales como la identificación de clinoformas y relaciones de angularidad entre capas, hemos recurrido al LIDAR terrestre. El estudio estratigráfico se organiza en dos partes: una primera parte, de síntesis del conocimiento previo, y una parte en la que presentamos una nueva serie magnetoestratigráfica, correspondiente a los 550 m más altos que se pueden medir en la Formación, la cual nos ha permitido correlacionar las partes medias del sistema aluvial con las series elaboradas en el sistema lacustre por autores previos. Dicha serie abarca un lapso mínimo de tiempo de unos 2 Ma entre los crones C7Ar y C6Ar, entre la base del Mioceno y el Oligoceno superior. Integrando la información magnetoestratigráfica con la del resto de series magnetoestratigráficas que abarcan parcialmente la Formación Caspe en otros sectores, el lapso mínimo que abarca esta formación es de 6.429 Ma, entre la parte inferior del Aquitaniense y la superior del Rupeliense. El análisis sedimentológico se ha focalizado en la relación entre los procesos de canal y de llanura de inundación y en la cuantificación de parámetros que permitan caracterizar la dinámica de los canales. Los ribbon sandstones corresponden al depósito de cinturones de canales que desarrollaban levees de poco relieve y estaban sujetos a procesos de avulsión frecuente, inducidos por colmatación y reducción de capacidad, más que por sobreelevación. En estos cinturones, los canales se apilaban con un marcado componente vertical como resultado del acoplamiento entre la sedimentación en la llanura de inundación y en los canales. El acoplamiento entre la sedimentación en canales y llanuras de inundación se ha caracterizado mediante el número de movilidad estratigráfica, el cual presenta valores próximos a los típicos para canales turbidíticos. Dichos canales frecuentemente reocupaban canales abandonados, adaptándose parcialmente al trazado de estos canales preexistentes, respecto de los cuales presentan relaciones espaciales de convergencia y divergencia. Los ribbon sandstones de la Formación Caspe no corresponden exactamente al tipo arquitectural de litosoma acintado, relativamente simple y elongado en sentido de la paleocorriente. Las relaciones entre ribbon sandstones adyacentes y los storeys que los forman muestran que cada sección vertical puede corresponder a la superposición de litosomas de relleno de canal que pueden presentar relaciones de divergencia y convergencia respecto de la sección observada, y pueden conectar con ribbon sandstones adyacentes. La conectividad entre litosomas de arenisca es mayor que la que puede deducirse a partir de la observación de secciones verticales. La arquitectura de los depósitos refleja la evolución continua en el tiempo de la superficie aluvial, no la superposición de eventos discretos de incisión y relleno de redes fluviales. Por ello, el afloramiento de la Formación Caspe corresponde propiamente a una inversión de depósitos, no de relieve, lo cual impide la identificación de las antiguas redes fluviales. El régimen hídrico probablemente fue marcadamente discontinuo, en un contexto paleoclimático de árido a semiárido. Los caudales formativos muestran valores máximos significativamente superiores al régimen actual. Las transiciones laterales de la Formación Caspe hacia formaciones dominadas por sedimentos lacustres someros y de llanura fangosa, así como el incremento de la proporción de depósitos de flujos no confinados en sentido de la paleocorriente indican que las redes fluviales sufrían pérdidas de transmisión importantes. El análisis de la arquitectura a escala kilométrica, determinada mediante el análisis de modelos digitales del terreno muestra que los ribbon sandstones se concentran verticalmente sobre superficies de extensión plurikilométrica, separadas por intervalos dominantemente pelíticos, formando graderías las cuales permiten reconstruir la estructura tectónica y determinar intervalos estratigráficos. El análisis de las secuencias formadas por los ribbon sandstones y el resto de litofacies relacionadas, combinado con la arquitectura indicada sugiere que la estratigrafía a escala de formación corresponde al apilamiento compensacional de lóbulos deposicionales de diversas escalas. La integración de los análisis estratigráfico, estructural y sedimentológico ha permitido la caracterización de la ruta sedimentaria formada por el Sistema aluvial del Guadalope-Matarranya y su área fuente. Debido al carácter endorreico de la cuenca, así como a la relativa poca modificación del relieve del Sistema Ibérico posteriormente a la orogenia, la tasa de aporte de sedimento, y la extensión y evolución del área fuente han podido calcularse en base a balances de volumen, de una manera mucho más precisa que en sistemas en los cuales no se preservan los volúmenes sedimentados ni las áreas fuente. En conjunto, los valores obtenidos indican una dinámica del sistema atenuada en comparación con sistemas de edad equivalente en el margen pirenaico y en general son de un orden de magnitud inferiores a los de éste. Por otra parte, las propiedades de la ruta sedimentaria, las características sedimentológicas y el régimen hídrico inferidos son congruentes con los contextos paleogeográfico y paleoclimático. El conjunto formado por la cuenca de drenaje y el Sistema aluvial del Guadalope – Matarranya conformaría un sistema altamente reactivo, dada la reducida extensión del sistema de dispersión de sedimento en relación con la difusividad total del sistema. Los controles alogénicos climáticos de zona proximal, responsables de variaciones en la descarga de sedimento, de acuerdo con esta alta reactividad, podrían manifestarse a dos escalas: a escala de tiempo de la oblicuidad (46 Ka) y a escalas de tiempo de la excentricidad (superiores a los 100 Ka). A escala de la oblicuidad, la distribución del sedimento en lóbulos deposicionales distorsionaría esta señal y la desconectaría del sistema lacustre. No obstante, dadas las limitaciones del presente análisis, no podemos descartar un origen exclusivamente autogénico para el sistema de lóbulos deposicionales. A escalas de tiempo superiores, las variaciones de la descarga de sedimento afectarían la totalidad del sistema.