Facies evolution of a latest kimmeridgian shallow carbonate ramp (higueruelas fm, north-central iberian basin)sedimentary models and controlling factors

Resum

Esta tesis doctoral se centra en la caracterización de la evolución de facies de los depósitos de rampa carbonatada somera de la Formación Higueruelas, de edad Jurásico Superior (Kimmeridgiense superior), y cuyo depósito tuvo lugar en la zona marginal situada al norte de la Cuenca Ibérica (noreste de España). Los principales objetivos son: 1) la reconstrucción precisa de modelos de rampa, mostrando la distribución de los diferentes componentes y facies tanto en una dirección perpendicular a la línea de pendiente (along strike) como pendiente abajo (down dip), y 2) la determinación de los factores que han controlado dicha distribución de facies y la evolución sedimentaria de la plataforma. La unidad ha sido estudiada en un área de 20 x 30 km situada al sur de la ciudad de Zaragoza (noreste de España). Para ello se ha realizado el análisis exhaustivo de 35 perfiles sedimentarios cercanos entre sí, incluyendo la cartografía de facies en afloramientos continuos y la identificación de discontinuidades sedimentarias bien marcadas, continuas a escala kilométrica, para la correlación de los perfiles. De manera adicional, se han llevado a cabo análisis de isótopos estables: 1) análisis de isótopos de estroncio en combinación con datos bioestratigráficos de lituólidos clave, para determinar la edad de la Formación Higueruelas en el área de estudio, y 2) isótopos estables de carbono y oxígeno, para evaluar si estos datos isotópicos están reflejando las condiciones paleoambientales o bien la influencia de los procesos diagenéticos post-deposicionales. En el área de estudio, la Formación Higueruelas se ha datado como Kimmeridgiense superior (i.e. la parte superior de la biozona eudoxus y la biozona beckeri), y presenta entre 40 a 80 m de espesor. Esta unidad se caracteriza por mostrar una gran variedad de facies y componentes, en particular granos no esqueletales. El análisis de las relaciones laterales y verticales de las facies establecidas en las nueve secuencias de alto orden identificadas en la unidad, permitió la reconstrucción de varios subambientes de rampa interna (i.e. intermareal, lagoon, backshoal, shoal-sand blanket) que dan paso lateralmente a dominios de rampa media de foreshoal y offshore. Se han propuesto dos modelos de rampa para las secuencias 1 a 4 y para las secuencias 5 a 9. La rampa dominada por oncoides, peloides y ooides (secuencias 1 a 4) incluye un cinturón intermareal dominado por peloides, un lagoon protegido de baja energía con predominio de oncoides que desarrolla mosaicos de praderas de estromatopóridos, y zonas de backshoal, shoal-sand blanket y foreshoal dominadas por peloides y ooides. Los dominios de backshoal a foreshoal dominados por peloides y ooides dan paso lateralmente (along strike) a carbonatos dominados por oncoides, así como el desarrollo de parches locales intermareales, y depósitos de washover y praderas de estromatopóridos en la zona de backshoal. Los dominios de rampa media presentan facies packstone a mudstone de peloides y bioclastos, y el desarrollo de bioconstrucciones dominadas por chaetétidos, estromatopóridos y corales que dan paso lateralmente a facies de mezcla de oncoides y estromatopóridos, mostrando una distribución en mosaico. En cambio, la rampa dominada por ooides y peloides (secuencias 5 a 9) se caracteriza por el desarrollo de un amplio lagoon restringido dominado por peloides, ooides y bioclastos, con ausencia de estromatopóridos, que da paso a una zona de backshoal dominada por depósitos intraclásticos y peloidales relacionados con tormentas. Las facies oncolíticas quedan reducidas fundamentalmente a algunas zonas de los dominios del backshoal y del foreshoal. Se ha examinado en detalle la distribución y abundancia de los diferentes tipos de oncoides presentes en la rampa dominada por oncoides, peloides y ooides, donde se han reconocido seis tipos en base a la estructura interna de la corteza. Los oncoides de tipo I son aquellos que presentan un buen redondeamiento y están dominados por micrita, encontrándose en escasa proporción en todos los subambientes. Los oncoides de tipo II, de morfología redondeada, muestran también predominio de micrita, pero en este caso incorporando laminaciones microbiales discontinuas, principalmente de Bacinella irregularis, y predominan en los shoal-sand blankets oncolíticos. Los oncoides de tipo III muestran una morfología irregular a bien redondeada, y se caracterizan por presentar una alternancia de láminas micríticas y microbiales, principalmente de la asociación Bacinella irregularis-Lithocodium aggregatum. Estos oncoides se subdividen en dos tipos: los oncoides de tipo IIIa (ambas laminaciones presentan el mismo espesor) que caracterizan los dominios de backshoal y foreshoal oncolíticos, particularmente este último, y los oncoides de tipo IIIb (con laminaciones micríticas de menor espesor) que se forman en el lagoon protegido. Los oncoides de tipo IV, de morfología irregular, son aquellos dominados por crecimientos microbiales, y comprenden los de tipo IVa (entramado de Bacinella-Lithocodium) que predominan en el lagoon y, en menor abundancia, los oncoides de tipo IVb (laminaciones microbiales continuas de Lithocodium) que aparecen en la zona de rampa media. La acción combinada de una serie de factores, tanto externos como internos a la rampa, controlaron las heterogeneidades de las facies de la plataforma (along strike y down dip), así como su evolución sedimentaria. En la rampa dominada por oncoides, peloides y ooides, existe un bajo aporte de terrígenos y unas condiciones de baja energía en la zona interna de dicha rampa, en este último caso debido al efecto barrera de los shoal-sand blankets. Estas condiciones favorecieron el desarrollo de un lagoon protegido de baja energía, donde se generaron oncoides microbiales de tipo IIIb y IVa de gran tamaño y morfología irregular. La alternancia de condiciones más y menos energéticas en los dominios de backshoal y foreshoal dieron lugar a cambios laterales (along strike) de facies peloidales y oolíticas a facies oncolíticas, donde los oncoides microbiales-micríticos de tipo IIIa predominan particularmente en el dominio de foreshoal. En los shoal-sand blankets, la variación lateral (along strike) de facies peloidales y oolíticas a facies oncolíticas revela una topografía deposicional irregular para este cinturón de facies, donde la existencia de posibles zonas deprimidas o protegidas permitió el desarrollo de los oncoides micríticos de tipo II. En cuanto a las facies que contienen estromatopóridos, la adaptabilidad de dichos organismos a condiciones energéticas variables permitió que éstos pudiesen colonizar desde el dominio del lagoon hasta el backshoal con una distribución en mosaico, al contrario que las bioconstrucciones dominadas por chaetétidos, estromatopóridos y corales que sólo pudieron desarrollarse en zonas específicas de la rampa media proximal, por debajo del nivel de base del oleaje de buen tiempo. Finalmente, la transición a la rampa dominada por ooides y peloides estuvo marcada por una caída relativa prolongada del nivel del mar que ocurrió a escala de cuenca al final del Jurásico, que dio lugar a condiciones más restringidas y a un aumento del aporte siliciclástico en dominios proximales, combinado con un incremento en la energía del agua (i.e. capas de tormenta). La caracterización de la distribución de facies en la lateral y vertical en los afloramientos de la Formación Higueruelas llevada a cabo en esta tesis, ayuda a comprender mejor y a predecir las heterogeneidades internas de facies entre perfiles/sondeos separados varios kilómetros entre sí en reservorios carbonatados de edad y composición similar. En particular, la Formación Higueruelas revela una arquitectura de facies compleja, donde la dimension de los cuerpos sedimentarios (facies) es muy variable: desde decenas de kilómetros hasta centenares de metros de extensión lateral (como es el caso de los shoal-sand blankets o las facies ricas en estromatopóridos, respectivamente), pero sólo desde pocos decímetros hasta varios metros de espesor en la vertical. Esta compleja arquitectura sedimentaria es el resultado de las heterogeneidades de facies descritas en el medio de depósito (y los complejos factores que las controlan), y de una reducción del espacio de acomodación originada tanto por el contexto regresivo prolongado a escala de cuenca como por variaciones relativas del nivel del mar de alto orden (i.e. secuencias de alto orden), estas últimas probablemente relacionadas con ciclos de excentricidad de corto término. Sin embargo, los análisis de isótopos estables de carbono y oxígeno, realizados en dos secciones seleccionadas, no aportaron criterios para profundizar en las interpretaciones paleoambientales, pero en cambio destacaron la fuerte influencia de la diagénesis en la composición isotópica. En concreto, dichos análisis revelaron dos patrones distintivos en la impronta diagenética, que están en relación con la diferente evolución diagenética post-deposicional de la unidad en cada sector seleccionado (diagénesis meteórica o por enterramiento), así como un posible vínculo entre el tipo de facies y la magnitud de la alteración diagenética.