Estratigrafía, estructura y su relación con el metamorfismo de la zona axial pirenaica en la transversal del noroeste de Andorra y comarcas del Pallars Sobirá y el Alt Urgell (Lleida)

Abstract

La Zona Axial del orógeno alpino de los Pirineos está constituida principalmente por rocas precámbricas y paleozoicas afectadas por deformación y metamorfismo variscos. La deformación alpina dio lugar en la Zona Axial a cabalgamientos de dirección general E - O y sentido de movimiento hacia el sur que involucraron a estas rocas previamente deformadas, sin embargo no se produjo en ellas un importante desarrollo de pliegues y foliaciones tectónicas. Así, el Paleozoico de la Zona Axial conserva las características estratigráficas y estructurales adquiridas durante el ciclo Varisco. Las características de la deformación varisca varían de unos sectores a otros de la Zona Axial. En cualquier caso, se puede decir que todos los autores que han estudiado esta zona admiten que la deformación varisca consiste en una deformación polifásica, sin embargo, no existe acuerdo en lo referente al número de fases de deformación y al contexto geodinámico en el que estas tuvieron lugar. Además, en la Zona Axial se han diferenciado tradicionalmente dos dominios estructurales denominados infraestructura y supraestructura distinguidos por la disposición de la foliación principal y el grado metamórfico. La mayoría de autores coinciden en que la foliación principal se dispone subhorizontal en la infraestructura donde pueden alcanzarse condiciones de alto grado metamórfico, mientras que en la supraestructura la foliación principal muestra una disposición subvertical y se generó en condiciones de grado metamórfico bajo, sin embargo, la edad de las estructuras que caracterizan ambos dominios y como se produce el paso de un dominio a otro es, todavía hoy, motivo de controversia. En este trabajo se presenta un análisis estratigráfico y estructural de un sector de la Zona Axial situado en los Pirineos centrales en el que pueden observarse diferentes unidades estructurales incluidas tradicionalmente tanto en la infraestructura (domos gnéisicos del Aston y del Hospitalet) como en la supraestructura (sinclinal de Tor-Casamanya, anticlinal de La Massana, sinclinal de Llavorsí), así como la zona de transición entre ambos dominios situada dentro de la sucesión pre-Caradoc del noreste del macizo de la Pallaresa. Este estudio aporta nuevos datos que contribuyen a explicar las cuestiones controvertidas que se acaban de exponer. Así, en resumen, los principales objetivos planteados han sido: i) Mejorar el conocimiento de la sucesión estratigráfica paleozoica en la zona, como base necesaria para poder abordar el estudio estructural. ii) Reconocer y caracterizar las estructuras, con el fin de establecer la secuencia de deformación varisca y diferenciarla de las estructuras pre-variscas y alpinas presentes en la zona. iii) Establecer las relaciones de los diferentes eventos de deformación con los distintos episodios metamórficos, buscando construir un modelo de evolución tectonometamórfica coherente. iv) Correlacionar las estructuras más características de la zona de tesis con las de otros sectores de la Zona Axial pirenaica tratando de llegar a un modelo que pueda hacerse extensivo a toda la Zona Axial. v) Finalmente, proponer y discutir la relación entre el Paleozoico de los Pirineos y otros afloramientos cercanos de la Cadena Varisca, encajando esta porción del órogeno Varisco en un contexto mayor. Así, el estudio estratigráfico permitió diferenciar tres tramos litoestratigráficos, en la serie pre-Caradoc del área de estudio, equivalentes a las unidades descritas en los últimos años para el macizo de la Pallaresa. Por otra parte, en el caso de la serie devónica del sinclinal de Tor - Casamanya, se identificaron las formaciones típicas del área de facies Sierra Negra, reconociendo además, por encima de la Fm. Civis, un tramo de calizas que constituye la sucesión del Devónico Medio y Superior de esta serie y que está escasamente representada en el resto de los Pirineos centrales. Los estudios estructurales a escala mesoscópica y microestructural permitieron reconocer un clivaje pizarroso (SE) que solo se ha identificado en las rocas de la sucesión pre-Caradoc y con el que no se han reconocido pliegues asociados. Estas observaciones unidas a otros datos, obtenidos en diversos sectores del Paleozoico de los Pirineos, que hacen referencia a un evento extensional antes y durante el Ordovícico Superior como puede ser: (i) la discordancia de la base del Ordovícico Superior, (ii) la existencia de yacimientos de Pb ¿ Zn de tipo SEDEX y Mississippi Valley de edad comprendida entre el Ordovícico Superior y el Devónico Inferior y (iii) el vulcanismo relacionado con una extensión cortical de edad Ordovícico Superior, permiten interpretar el clivaje SE como relacionado con un evento extensional pre-varisco. Por otra parte, en lo que se refiere a la deformación varisca se han reconocido en el área de estudio tres eventos principales de deformación (D1, D2 y D3). El evento D1 está caracterizado por pliegues de todas las escalas, de dirección E - O, vergentes al norte y cuya foliación asociada (S1) es la dominante en el sector septentrional del área de estudio. El evento D2 consiste en pliegues de dirección E - O, derechos o vergentes al sur a los que está asociada una foliación de plano axial (S2) que es la principal en el extremo sur del sector septentrional y en el sector meridional. Durante este evento también se desarrollan cabalgamientos de dirección E - O y sentido de movimiento hacia el sur, enraizados, unos en la base del Silúrico y otros, fuera de secuencia, en niveles situados por debajo de la sucesión pre-Caradoc. Por último, el evento D3 está caracterizado por estructuras propias de deformación por cizalla cuyo desarrollo está restringido esencialmente a la zona de contacto entre el macizo de La Pallaresa y el domo del Hospitalet. Como se ha señalado anteriormente, los cabalgamientos que se desarrollan durante el evento de deformación D2 se enraízan en dos niveles de despegue. Por debajo de las ampelitas del Silúrico, en la sucesión pre-Caradoc, se observa que existe una relación genética entre los pliegues D2 y la falla de Merens así como con otros cabalgamientos que afectan a la sucesión pre-Caradoc y cuyo nivel de despegue se situaría dentro o por debajo de esta. La existencia de dos niveles de despegue da como resultado una transición gradual desde zonas profundas, con predominio de estructuras subhorizontales, a zonas más superficiales donde existe un buen desarrollo de estructuras subverticales. Esto explica coherentemente la idea ya sugerida en esta zona por otros autores sobre la transición gradual entre los dominios de la infraestructura y la supraestructura. Las relaciones blastesis - deformación han permitido reconocer dos episodios metamórficos de baja presión y alta temperatura. El primero está caracterizado esencialmente por asociaciones de bajo grado metamórfico, aunque en algunos puntos puede alcanzar condiciones de grado medio y es contemporáneo con el evento de deformación D1 y con las primeras etapas del evento D2. El segundo episodio alcanzó condiciones de grado medio - alto y se restringe a las áreas colindantes con los domos del Aston y del Hospitalet. Este episodio metamórfico es contemporáneo con el evento de deformación D3 que, como se ha señalado anteriormente, está caracterizado por estructuras no coaxiales, que pueden reflejar la existencia de condiciones de deformación extensional asociada a la intrusión de cuerpos ígneos en etapas tardías de la deformación varisca. A partir de las características estructurales y metamórficas expuestas se puede considerar que la deformación varisca en los Pirineos centrales se produjo bajo un contexto esencialmente compresivo, con desarrollo de pliegues y cabalgamientos que darían lugar a un importante engrosamiento cortical en esta parte del orógeno Varisco. Posteriormente, en las últimas etapas de deformación varisca, tuvo lugar un evento extensional cuyos efectos se restringen a las zonas próximas a los domos gnéisicos y que estaría relacionado, probablemente, con la intrusión de granitos tardíos en la zona. En cuanto a la relación del Paleozoico de los Pirineos con otros afloramientos cercanos de la cadena Varisca, y concretamente con el Macizo Ibérico, las características estructurales, metamórficas y del magmatismo, han permitido establecer una zonación para la Zona Axial pirenaica, susceptible de ser correlacionada con la rama norte del Arco Ibero Armoricano. Concretamente la zona estudiada en esta tesis guarda importantes similitudes con la Zona Asturoccidental Leonesa y parte oriental de la Zona Centro - Ibérica del noroeste peninsular.

The Axial Zone of the Pyrenean Alpine orogen is composed mainly of precambrian and paleozoic rocks affected by Variscan deformation and metamorphism. Afterwards, during the Alpine deformation, these rocks were affected by E - W trending and south-directed thrusts without development, however, of significant folding or tectonic foliations. Therefore, the Variscan stratigraphic and structural features are well preserved in the Paleozoic rocks of the Pyrenean Axial Zone. The characteristics of the Pyrenean Variscan deformation in Paleozoic rocks vary from place to place. Despite all authors accept that the Varican deformation is polyphasic, there is not agreement in relation with the number of deformation phases and the geodynamic setting in which Paleozoic structures formed. Two structural domains have been classically recognized in the Pyrenean Axial Zone according to their different main Variscan cleavage disposition and metamorphic grade: "infrastructure" and "suprastructure". Most authors agree that in the "infrastructure" the main cleavage is subhorizontal and usually associated with high temperature metamorphism, whereas in the "suprastructure", the cleavage is subvertical and was generated in low grade metamorphic conditions. However, the relative age of the main structures characterizing each domain and the transition between them are still a matter of debate.This Abstrct: Thesis shows a stratigraphic and structural study from a sector located on the central part of the Pyrenean Axial Zone. This sector is characterized by the presence of structural units belonging to both domains, the "infrastructure" (Aston and Hospitalet gneissic domes) and "suprastructure" (Tor-Casamanya syncline, La Massana anticline, Llavorsí syncline), and a transition zone between these two domains. This study provides new data to give clues in relation with the controversial issues exposed above. The main aims of this Thesis are: i) To improve the knowledge of the Paleozoic stratigraphic successions in this area, necessary to do a structural study.ii) To identify and characterize Variscan structures in terms of differentiating from Alpine and pre-Variscan structures. iii) To study the relationships between deformation phases and metamorphic episodes in order to propose a logical tectonometamorphic evolution model. iv) To correlate the principal structures present in the study area with structures observed in other sectors of the Pyrenean Axial Zone to establish a general deformation model of the Pyrenean Varican belt. v) Finally, to propose and discuss similarities and differences between the Paleozoic Pyrenean rocks and other Paleozoic rocks of neighbor outcrops in the Variscan orogen frame. The stratigraphic study allowed us to distinguish three lithostratigraphic units in the pre-Caradoc succession of the study area. These units are equivalent to units recently described in the Pallaresa massif. Devonian rocks belonging to the Sierra Negra facies were identified in the Tor-Casamanya syncline. Moreover, Middle and Upper Devonian limestones have been identified over the Civis formation, which are very scarce in the central Pyrenees. The meso and microstructural study allowed us to recognize a slaty cleavage (SE), only present in the pre-Caradoc rocks although folds associated with this cleavage have not been identified. These data together with other from different Paleozoic sectors of the Pyrenees which support an extensional event before and during the upper Ordovician, for example: (i)the existence of an angular unconformity of late Ordovician rocks over the previous series, (ii) Zn-Pb stratiform or stratabound ore deposits of late Ordovician ¿ early Devonian age, related to a continental pre-Variscan extension, and (iii) the presence of late Ordovician volcanic rocks, allowed us to consider the SE cleavage as pre-variscan related to an extensional origin. On the other hand, in reference to variscan deformation three main variscan deformation events have been identified in the study area (D1, D2, D3). The deformation event D1 is characterized by E-W trending, recumbent to inclined north vergent folds and are developed at all scales. An axial plane foliation is associated with these folds (S1) and is the dominant foliation in the northern sector of the study area. The deformation event D2 includes E - W trending upright or south vergent folds with an associated foliation (S2). This foliation is dominant in the southern most part of northern sector as well as in the southern sector. During the D2 event, E - W trending, south-directed thrusts were mainly developed. Some of these thrusts merge into detachment levels located within the Silurian slates, and others, out-of-sequence thrusts, with deeper detachments located within pre-Caradoc rocks. Finally, the deformation event D3 is characterized by shear deformation structures which developed only in the contact area between the Pallaresa massif and the Hospitalet dome. As stated above, the thrusts developed during D2 deformation event merge into two detachment levels. Bellow Silurian slates, within pre-Caradoc rocks, the relationship between the Merens fault, other thrusts with a detachments level located in the pre-Caradoc succession, and D2 folds to indicate that both structures have a common origin. The existence of two detachment levels gives rise to a more gradual transition from deeper levels where subhorizontal structures are predominant to superficial levels characterized by subvertical structures. It is a coherent explanation about the gradual transition between "infrastructure" and "suprastructure" proposed by previous authors for this area. The crystallization-deformation relationships have allowed us to recognized two high temperature - low pression metamorphic events. The first is characterized by low metamorphic grade minerals assemblages, although can reach medium grade conditions in some places. This episode is coeval with D1 deformation event and the beginning of the D2 deformation event. The second episode reached medium-high metamorphic grade conditions and is restricted to areas close to Aston and Hospitalet domes. This metamorphic episode is coeval with D3 deformation event which is characterized by no coaxial structures, this fact can indicate extensional deformation conditions associated with emplacement of igneous bodies during late stages of the variscan deformation. The structural and metamorphic features exposed above have allowed us to consider that the variscan deformation in the central Pyrenees mostly occurred during a compressional tectonic setting in which folds and thrusts systems developed giving rise to the crustal thickening of the Variscan cordillera in this region. Subsequently, in the last stages of the variscan deformation, an extensional deformation event, whose effects are only observed close to the gneissic domes, occurred which is probably related to emplacement of late granites in this zone. The structural, metamorphic and magmatic features of variscan age recognized in the palaeozoic rocks of the Pyrenees allowed us to propose a zonation for the Pyrenean Axial Zone (foreland southwards of the hinterland). So, the Axial Zone of the Pyrenees can be related to the north branch of the Ibero-Armorican or Asturian Arc. The study area specifically would be the prolongation of the West Asturian Leonese Zone and the northeastern part of the Central-Iberian Zone.