FPU 2020 - Oferta de tema de investigación "Contribución de la corteza y del manto superior en la formación de los Pirineos: Estudio combinado geofísico-petrológico y modelización geodinámica. Importancia de la configuración extensional heredada"
Resumen

La colisión de la microplaca de Iberia y la placa de Eurasia formó la cadena orogénica de los Pirineos desde el final del Cretácico superior (Santoniense a ~83.5 Ma) hasta el Mioceno inferior (~23 Ma) (Macchiavelli et al., 2017).

El mayor grosor cortical está situado bajo la parte central de la cadena tanto en el sentido longitudinal como transversal, aunque un poco desplazado hacia el norte donde la placa ibérica se sitúa por debajo de la placa europea. Esta simetría ya fue determinada mediante perfiles sísmicos de refracción (Daignieres et al., 1982), donde la base de la corteza se sitúa en los 50 km de profundidad en su parte más profunda. Estudios sísmicos más recientes, realizados mediante los proyectos de colaboración PYROPE y IBERARRAY entre Francia y España, han determinado la estructura cortical del Pirineo con mayor detalle (Chevrot et al., 2014). Esto permitió el descubrimiento de un gran dominio en la parte NW del Pirineo en el que la estructura cortical profunda es completamente diferente y no sigue la supuesta continuidad lateral (Wang et al., 2016).

La doble vergencia a gran escala del sistema orogénico pirenaico, sin embargo, mantiene grandes diferencias en la geología superficial al estar condicionada por la estructura cortical inicial de los márgenes de Iberia y Europa antes de la colisión Cretácica. Independientemente de los diferentes modelos cinemáticos de tectónica de placas del límite de las placas Ibérica y europea, puramente extensional–transtensional–strike-slip, entre el límite Triásico-Jurásico (~200 Ma) y el final del Cretácico superior (~83.5 Ma), la North Pyrenean Zone representa un gran dominio de dirección E-W rectilíneo y relativamente estrecho (decenas de kilómetros) con unas características geológicas muy singulares.

La estructura profunda de este dominio se ha desvelado en su región occidental mediante la inversión de ondas P telesísmicas, bajo la cuenca de Mauléon-Arzacq (Wang et al., 2016). Los resultados muestran una corteza extremadamente adelgazada bajo la cuenca sedimentaria que se apoya directamente sobre rocas del manto litosférico que se sitúa unos 30 km por encima de la corteza ibérica en subducción. Este adelgazamiento extremo de la corteza bajo el dominio de la North Pyrenean Zone seria sincrónico al relleno sedimentario de las cuencas, al metamorfismo térmico y al volcanismo de la misma edad (Ford and Vergés, 2020). También es interesante mencionar la posible influencia de este manto situado bajo la cuenca sedimentaria en la generación de gas de los grandes yacimientos de Lacq (Biteau et al., 2006; Bourrouilh et al., 1995; Elias Bahnan et al., 2020).

La cadena de colisión pirenaica continua hacia el oeste a lo largo de la gran cuenca Vasco-Cantábrica en la que la estructura del sinclinal de Bilbao presenta características similares a las de la North Pyrenean Zone y se ha considerado su continuación occidental (DeFelipe et al., 2017). La geometría de la corteza bajo la cuenca Vasco-Cantábrica se estableció mediante un gran proyecto científico TOPO-IBERIA (Gallart et al., 2015) a partir mediante funciones receptoras (Díaz et al., 2009) y de sísmica de refracción de gran ángulo (Ruiz et al., 2017). Los resultados muestran una estructura cortical en la que la corteza ibérica se sitúa bajo una corteza intermedia limitada al norte por la corteza oceánica del Golfo de Vizcaya.

Sin embargo, esta aparente continuidad de la subducción del borde norte de la placa ibérica buzando al norte (underthrusting) bajo la placa europea a lo largo del Pirineo y bajo el bloque continental en la cuenca Vasco-Cantábrica ha sido reinterpretada recientemente a partir de un análisis combinando cortes geológicos regionales y un modelo de inversión 3-D de datos gravimétricos (Pedrera et al., 2017). Esta interpretación alternativa propone una estructura cortical, similar a la de debajo de la cuenca de Mauléon-Arzacq en la North Pyrenean Zone, muy adelgazada con una longitud de onda de ~50 km y llegando a superponer rocas sedimentarias de edad Triásico superior–Cretácico inferior en contacto con el manto litosferico bajo el sinclinal de Bilbao. En una actualización del corte geológico mas reciente proponen una interpretación muy similar, pero mantienen preservado un basamento bajo el sinclinal de Bilbao de unos pocos kilómetros de grosor en contacto con el manto litosférico (Pedrera et al., 2020).

Para resolver el conflicto entre una corteza gruesa a lo largo del Pirineo y de la cuenca Vasco-Cantábrica como muestra la sísmica y posibles adelgazamientos extremos en esta última y bajo la cuenca de Mauléon-Arzacq, proponemos utilizar 3 cortes geológicos a través del Pirineo Central a lo largo del corte ECORS, del Pirineo occidental a través de la cuenca de Mauleón-Arzacq y a través de la cuenca Vasco-Cantábrica y realizar un modelo numérico conjunto de corteza y manto litosférico mediante la integración de datos geofísicos y petrológicos (LitMod2D_2.0, (Kumar et al., 2020). Esta aplicación utiliza los campos potenciales (gravedad y geoide), la térmica, y la petrología y velocidades sísmicas del manto superior para determinar la estructura cortical y del manto superior. LitMod2D_2.0 produce un modelo conjunto de la corteza y del manto litosférico a partir de datos de la posición de la Moho. En las transectas a realizar en este estudio se deberán tratar las dos propuestas publicadas y compararlo con los datos abundantes de topografía, anomalías gravimétricas, geoide y flujo de calor. Además, las posibles variaciones de composición del manto superior se incluirán de acuerdo a los datos de tomografía sísmica. En este sentido, la gran cantidad de datos geofísicos integrados permite realizar una interpretación mas robusta que la simplemente basada en modelización utilizando una única base de datos como en el caso de las modelizaciones gravimétricas. Una versión anterior del LitMod2D_2.0 se ha utilizado para modelizar sistemas orogénicos caracterizadas por un adelgazamiento del manto superior y reconociendo las implicaciones tectónicas. de temperatura, y topográficas de las regiones estudiadas en el Atlas (Jiménez-Munt et al., 2011), en el Zagros (Tunini et al., 2014), y en el Tibet oriental (Jiménez-Munt et al., 2008) y occidental (Tunini et al., 2016).

Una vez determinada la estructura actual, se puede realizar un modelo numérico geodinámico para determinar las condiciones necesarias para obtener la geometría observada, estudiando la interacción entre la corteza y el manto.

El estudio propuesto constreñirá la problemática causada por las dos posibles interpretaciones e intentará discutir las implicaciones tectónicas, de variaciones de la temperatura, y de posibles emisiones de gases desde el manto y su posible almacenamiento de los yacimientos sedimentarios. Ya solo desde el punto de vista tectónico permitirá fijar la continuidad de la estructura profunda del Pirineo hacia el oeste. En caso de disrupción de esta continuidad también entender que mecanismos operaron durante la compresión Cenozoica para no deformar el manto litosférico adelgazado heredado desde el Cretácico inferior.

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