Análisis tectónico de la Falla de Vivero (Galicia, Noroeste de España)

Abstract

RESUMEN EN ESPAÑOL La Falla de Vivero es la mayor zona de cizalla extensional varisca de la Península Ibérica, con una longitud cartográfica mínima de 140 km. El movimiento acumulado durante su historia tectónica afectó al conjunto de la secuencia litoestratigráfica neoproterozoica y paleozoica del noroeste de la península ibérica y a las facies metamórficas desarrolladas durante la orogénesis varisca, desarrollando un metamorfismo relacionado con su actividad en las rocas de bloque superior que afloran a lo largo de la falla. El salto vertical mínimo estimado a partir de datos de termobarometría mineral y petrológica es de 5,5 km. Exceptuando su terminación meridional, la estructura y características geométricas generales de la zona de cizalla se encuentran relativamente bien establecidas. Dos son los aspectos más controvertidos acerca de esta falla: su edad de desarrollo y la evolución y significado del metamorfismo desarrollado durante su actividad. Por su escala cortical y su carácter extensional, la Falla de Vivero juega un papel clave en la comprensión de la evolución del orógeno varisco en la Península Ibérica. Creemos por tanto necesario un estudio más profundo y detallado de las cuestiones aquí indicadas. Por otra parte, los datos existentes sobre la fábrica, la microestructura, el tipo de flujo y los mecanismos de deformación desarrollados en las rocas de alta deformación asociadas a la Falla de Vivero son escasos, dispersos y de manera general de carácter cualitativo. Dada la importancia de este tipo de datos para un análisis tectónico completo y, en general, para comprender el comportamiento de la litosfera por modelización numérica, otro de los objetivos principales en esta tesis es la caracterización cuantitativa de la microestructuras asociadas a las rocas de alta deformación y derivar de éstas los mecanismos de deformación operantes. En resumen, los objetivos de esta tesis son: i) La caracterización estructural de las rocas deformadas dentro y fuera de la zona afectada por la Falla de Vivero. ii) El estudio de la microestructura y la fábrica de las rocas de alta deformación relacionadas con el desarrollo de la Falla de Vivero. iii) El establecimiento de la evolución metamórfica relacionada con el desarrollo de la Falla de Vivero y su significado tectónico. iv) Limitar la actividad de la Falla de Vivero en el tiempo. Los datos geocronológicos indican que la Falla de Vivero estuvo efectivamente activa entre los 298±5 y los 289,5±1,5 Ma, delimitando un periodo de actividad mínima entre los 2,5 a 15,5 Ma. Su actividad global se ha limitado entre los 314±2 Ma, como límite más viejo posible para el comienzo de su actividad, y el periodo comprendido entre los 289,5±1,5 y c. 269 Ma, para el cese de su actividad. Con los datos actuales, la tasa de desplazamiento medio está comprendida entre los 0,41 y los 2,54 mm a-1, lo que limita la tasa de deformación instantánea media en el intervalo 2,68 x 10-13 y 6,50 x 10-15 s-1. El estudio del metamorfismo muestra que los restos de asociaciones con cianita, cloritoide, clorita y pseudomorfos de andalucita que aparecen localmente a lo largo de la Falla de Vivero crecieron previamente al desarrollo de la foliación tectónica relacionada con la actividad de la Falla de Vivero y por tanto no presentan una relación directa con el desarrollo de la falla. Por otra parte, las asociaciones minerales con estaurolita, evolucionadas localmente a asociaciones con andalucita y biotita (±estaurolita), que se encuentran a lo largo de la Falla de Vivero fueron desarrolladas contemporáneamente a la actividad de la falla. La evolución metamórfica establecida y las pseudosecciones P-T construidas implican un evento de calentamiento prácticamente isobárico durante el desarrollo de la Falla de Vivero. En términos generales, el máximo de T alcanzado se situó entre los 500-600 °C dentro del intervalo de presión 390-450 MPa; indicando un gradiente local de temperatura durante la actividad de la Falla de Vivero de 35±6 °C km-1. La evolución metamórfica establecida y la geotermobarometría aplicada descartan las trayectorias PT marcadamente descompresivas (~400 MPa) previamente deducidas por otros autores. El crecimiento sintectónico de las andalucitas y biotitas de las aureolas metamórficas, el reconocimiento de microestructuras de deformación en estado subsólido y las edades similares que muestran los plutones que afloran a lo largo de la falla indican que el evento térmico registrado en las rocas del bloque superior se debe, parcial o totalmente, a la intrusión y cristalización de magmas contemporáneamente a la actividad de la Falla de Vivero. Es por tanto destacable la importancia local de la Falla de Vivero en el desarrollo del denominado `magmatismo tardío postorogénico¿. Además, la coincidencia de edades entre el emplazamiento de los granitos que produjeron el metamorfismo con andalucita y biotita y las rocas máficas y ultramáficas de Vivero involucra la participación de magmas de origen mantélico durante la actividad de la Falla de Vivero, confirmando su importancia como una falla que afectó a toda la corteza continental. Las microestructuras y las fábricas descritas en las rocas miloníticas de bloque inferior indican que el mecanismo de deformación dominante durante la deformación en el cuarzo y, parcialmente, en el feldespato fue la plasticidad intracristalina. En cambio, las microestructuras en los granitos y venas de cuarzo de bloque superior indican que de forma general el cuarzo se deformó mediante plasticidad intracristalina y los feldespatos parcialmente mediante cataclasis acompañada de neocristalización. Los mecanismos de creep de disolución-precipitación junto con deslizamiento de granos fueron comunes en las rocas de grano fino, inducidos por la propia milonitización de los protolitos originales. Las fábricas observadas y los mecanismos de deformación inferidos en las milonitas son coherentes con las temperaturas alcanzadas durante el clímax metamórfico inducido durante la actividad de la Falla de Vivero. Los datos estructurales, de evolución metamórfica y geocronológicos indican claramente que el desarrollo de la Falla de Vivero se produjo posteriormente al desarrollo de las principales fases de acortamiento varisco E-O (D1, D2 y D3) (en coordenadas actuales) del NO del Macizo Ibérico. Asimismo, el cese de la actividad de la Falla de Vivero fue posterior al desarrollo de las grandes zonas de cizalla transcurrentes que afectan a las zonas internas del Macizo Ibérico y al cierre del arco Ibero-armoricano en la Zona Cantábrica. Estos datos descartan además la posibilidad de que la Falla de Vivero represente realmente dos zonas de cizalla superpuestas desarrolladas en diferentes momentos. En oposición a algunas interpretaciones previas, el estudio de la orientación de las lineaciones minerales y de estiramiento en la zona de cizalla indica que el movimiento de la Falla de Vivero es incompatible con un escape del bloque superior de la falla hacia el Norte (en coordenadas actuales) durante la actividad de la misma. RESUMEN (en Inglés) The Vivero Fault is an extensional shear zone with a minimum length of 140 km formed in the Iberian plate during the Variscan Orogeny. The movement accumulated during its tectonic history affected the Neoproterozoic and Palaeozoic lithostratigraphic sequence of Iberian rocks and the regional metamorphic facies developed during orogenesis. The minimum vertical offset estimated from petrological and mineralogical thermobarometry data is 5.5 km. Hangingwall rocks that outcrop along the fault developed a local metamorphism associated with deformation. Except for its southern termination, the general structure and geometric features of the shear zone are fairly well established. The most controversial issues on the Vivero Fault to date were its age and the evolution and meaning of the metamorphism developed during its activity. Given that the Vivero Fault is a major extensional structure playing a key role in the (late) evolution of the Variscan orogen in the Iberian Peninsula, a detailed study on the issues outlined above was necessary and constitute the core of this PhD thesis. The existing data on the microstructure, flow type and deformation mechanisms in the high strain rocks associated with the Vivero Fault were scarce and in general not systematic. The study of the microstructure is essential for a complete tectonic analysis of the structure and for understanding the behaviour of the continental crust by numerical modelling. One additional aim of this thesis is to make the analysis of the microstructure developed in high strain rocks quantitative in order to be able to infer the operative deformation mechanism during Vivero Fault development. The aims of this thesis are in summary: i) The structural characterization of deformed rocks inside and outside the Vivero Fault shear zone. ii) The study of microstructure in the high strain rocks related with the Vivero Fault development. iii) The study of metamorphic evolution related with the development of the fault and its tectonic meaning. iv) To constrain the timing of the Vivero Fault activity. Geochronological data indicates that the Vivero Fault was active between 298 ± 5 and 289.5 ±1.5 Ma, defining period of minimum activity from 2.5 to 15.5 Ma. Its overall activity has been constrained between 314 ± 2 Ma, as an older limit to the onset of the fault development, and the range 289.5 ± 1.5 to 269 Ma for the its cessation. The average displacement rate varies between 0.41 and 2.54 mm a-1, limiting the rate of instantaneous shear strain of the fault in the range of 2.68 x 10-13 to 6.50 x 10-15 s-1. The study of the metamorphism shows that the remnants of kyanite, chloritoid, chlorite and andalusite pseudomorph assemblages, which locally appear along the Vivero Fault, growth previously to the development of the tectonic foliation related with the Vivero Fault. This means that this mineral assemblage is not related with the development of the fault itself. On the other hand, the development along Vivero Fault of staurolite assemblages, locally evolved to andalusite and biotite (±staurolite), were contemporaneous with the fault activity. The metamorphic evolution established and the pseudosections drawn suggest a heating and nearly isobaric event for the hangingwall rocks during the Vivero Fault development. In general terms, the maximum T reached ranged from 500 to 600 °C in the pressure range 390-450 MPa, equivalent to depths between 14.7 and 17 km; implying a local temperature gradient of 35±6 °C km-1 during the activity of the Vivero Fault. The metamorphic evolution established and the petrological geothermobarometry applied discard a strongly decompressive PT-path (~400 MPa) previously inferred by other authors. The syn-tectonic growth of andalusite and biotite in the metamorphic aureoles, the common occurrence of sub-solid deformation microstructures in the plutons affected by the Vivero Fault shear zone and the similar emplacement ages of deformed plutons along the fault indicate that the heating P-T-path inferred is, at least in part, induced by the development of a magmatism contemporary with the Vivero Fault development. It is therefore remarkable the importance of the Vivero Fault in the development of so-called `late post-orogenic Iberian magmatism¿. In addition, the age matching between the syn-tectonic granitic plutons and the Vivero¿s mafic to ultramafic suite involves the participation of mantle-derived magmas during the tectonic activity at the Vivero Fault, confirming the importance of the structure as a crustal-scale structure. The fabric and microstructures outlined in the footwall mylonitic rocks show that the dominant deformation mechanism during deformation on quartz and, partially, on feldspar was intracrystalline plasticity. In contrast to this, the microstructures outlined in hangingwall high strained quartz veins and igneous plutons show that quartz was deformed by intracristalline plasticity while feldspars was deformed by cataclasis accompanied by neo-crystallisation. Self-induced by the previous mylonitization of the original protoliths, fine-grained ultramylonites were deformed by dissolution-precipitation creep mechanisms accompanied by grain boundary sliding. The microstructures and deformation mechanism inferred in the high-strain rocks are consistent with the temperatures reached during the metamorphic climax. Structural, metamorphic and geochronological data clearly indicate that the development of Vivero Fault took place after the general folding (D1), thrusting (D2) and refolding (D3) deformation phases related with the E-W shortening (in present-day coordinates) in the NW Iberian Massif. The cessation of large transcurrent shear zones affecting the hinterland zones of Iberian Massif and the final closure of the Ibero-Armorican arc in the Cantabrian Zone preceded the movement along the Vivero Fault. Furthermore, these relations exclude the possibility that the Vivero Fault were actually two superposed shear zones developed at different times. In contrast to some previous interpretations, the orientation of mineral and stretching lineations along the shear zone indicate that the motion of Vivero Fault is inconsistent with the hangingwall escape towards the north (in present-day coordinates) during the fault activity.