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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Trabajo Fin de Máster ESTUDIO DE ESTRUCTURAS GRAVITACIONALES ASOCIADAS A LA KARSTIFICACIÓN DE EVAPORITAS MEDIANTE LA TÉCNICA DEL TRENCHING Autor Domingo Carbonel Portero Directores Francisco Gutiérrez Santolalla Jesús Guerrero Iturbe Facultad de Ciencias / Geológicas Año 2011/2012 Índice: Abstract……………………………………………………………………………..Pág. 1 Resumen……………………………………………..……………………………..Pág. 2 1. Introducción………………………………………………….…………………..Pág. 3 2. Contexto geológico y geomorfológico…………………………………………..Pág. 8 3. Metodología………………………………………………………….…………Pág. 11 4. Estructuras gravitacionales y morfologías asociadas…………….……….……Pág. 13 4.1. Estratigrafía……………….…………………………………………..Pág. 13 4.2. Estructura y geomorfología………………………….……………….Pág. 14 5. Trincheras………………………………………………………………………Pág. 22 5.1. Selección de la ubicación de las trincheras…………….…………..…Pág. 22 5.2. Trinchera 1…………………………………………..………………..Pág. 23 5.3. Trinchera 2………………………………………………..………..…Pág. 26 5.4. Trinchera 3……………………………………………..……………..Pág. 30 6. Discusión y conclusiones…………………………………….....………………Pág. 35 Agradecimientos………………………………………………………..…………Pág. 39 Bibliografía……………………………………………………………….……….Pág. 40 Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 1 Abstract: The Mio-Pliocene formations of the Turolian type section (Teruel Graben, Spain) have sagged due to dissolution of the underlying Triassic evaporites generating a 1.7 km long monocline and accompanying synform with 130 m of structural relief. The crest of the monocline is affected by a graben that counterbalances the shortening caused by passive bending in the adjacent syncline. This graben is controlled by a master synthetic fault and a swarm of antithetic and synthetic faults with a conspicuous geomorphic expression. After acquiring Ground Penetrating Radar (GPR) profiles, three trenches were excavated in depressions associated with uphill-facing fault scarps. To our knowledge, these are the first trenches excavated across faults caused by deep-seated dissolution of evaporites. The geometrical relationships observed in two trenches indicate late Holocene episodic displacement (as many as 3 events). Some of the parameters estimated for the investigated faults are clearly different from those expectable for tectonic faults in this intraplate area. They include high apparent vertical slip rates (0.6-1 mm/yr), low average recurrence of faulting events (1.2-2 ka) and very high displacement per event values (>65 cm) for surface ruptures less then 200 m long. Our findings suggest that considering evaporite collapse faults as creeping structures is not a reliable criterion to differentiate between tectonic faults (seismogenic) and dissolution-induced gravitational faults (nonseismogenic). Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 2 Resumen: Las formaciones mio-pliocenas en el flanco NO de Los Mansuetos (sección tipo del Turoliense, Fosa de Teruel) están afectadas por subsidencia como consecuencia de la karstificación de las evaporitas triásicas infrayacentes, presentando un monoclinal de 1.7 km de longitud y una sinforma con 130 m de relieve estructural. La cresta del monoclinal está afectada por una fosa que contrarresta el acortamiento causado por la flexión pasiva en el sinclinal adyacente. La fosa está controlada por una falla maestra sintética y un cortejo de fallas sintéticas y antitéticas secundarias con una patente expresión morfológica. Tras la adquisición e interpretación de perfiles de georadar (GPR), se han excavado tres trincheras en depresiones asociadas a escarpes orientados a contra-pendiente. Según nuestro conocimiento, estas son las primeras trincheras excavadas en fallas recientes generadas por karstificación interestratal de evaporitas. Las relaciones geométricas observadas en dos de las trincheras permiten inferir eventos de desplazamiento (hasta 3) ocurridos en el Holoceno reciente. Algunos de los parámetros estimados para las fallas investigadas son claramente diferentes de los esperables para fallas tectónicas en esta zona de intraplaca: Tasas de desplazamiento vertical elevadas (0.6-1 mm/a), baja recurrencia media de los eventos de rotura (1.2-2 ka) y valores de desplazamiento por evento muy elevados (>65 cm) para roturas superficiales de menos de 200 m de longitud. Estos datos sugieren que el considerar las fallas relacionadas con la disolución profunda de evaporitas como estructuras tipo creep no constituye un criterio fiable para diferenciar entre éstas y las fallas tectónicas activas (sismogénicas). Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 3 1. Introducción La diferenciación entre fallas tectónicas y no tectónicas constituye un aspecto relevante, aunque con una base científica todavía poco desarrollada, de cara a realizar una correcta evaluación de la peligrosidad sísmica. Las fallas tectónicas activas relacionadas con campos de esfuerzos regionales han sido profusamente estudiadas en las últimas décadas. Por el contrario, las investigaciones sobre roturas superficiales causadas por procesos no tectónicos son muy escasas. Las fallas gravitacionales pueden causar la deformación de la superficie, pero no son capaces de producir sismos con magnitud destructiva; son fallas asísmicas desde el punto de vista del riesgo sísmico (Hanson et al, 1999). Una interpretación incorrecta de fallas no tectónicas como estructuras tectónicas sismogénicas (fallas capaces) puede conducir a una sobrestimación de la peligrosidad sísmica con implicaciones relevantes. Por ejemplo, la Falla Hell Creek en la Columbia Británica, Canadá, es considerada por la administración local (BC Hydro) como una falla sismogénica que podría afectar a la Presa de Terzaghi (McCleary et al, 1978; Ertec, 1981), mientras que el Servicio Geológico de Candá interpreta esta controvertida falla como una estructura gravitacional no sismogénica (Clague y Evans, 1994). Una de las principales causas del desarrollo de deformaciones gravitacionales y de la formación de roturas superficiales es la disolución de evaporitas subyacentes. Estas formaciones poseen una elevada solubilidad y se encuentran, o han estado presentes, bajo aproximadamente el 25% de la superficie de los continentes (Kozary et al., 1968; Ford y Williams, 2007), especialmente en Europa, Oriente Medio, América del Norte y Australia. La disolución de evaporitas en profundidad por flujos de agua subterránea (karstificación interestratal) provoca la subsidencia de los materiales suprayacentes y el hundimiento de la superficie del terreno. La subsidencia inducida por disolución da lugar al desarrollo de estructuras de deformación dúctil y/o frágil que no afectan a las formaciones infraevaporíticas. La karstificación interestratal causa una disminución del volumen de las formaciones evaporíticas hasta quedar reducidas a un residuo kárstico, con la consecuente condensación de la secuencia estratigráfica. Estos residuos insolubles habitualmente aparecen asociados a brechas de colapso generadas por la fracturación de los sedimentos menos solubles situados en y por encima de las unidades karstificadas (e.g. Stanton, 1966; James and Choquette, 1987; Sasowsky et al., 2008). Las brechas de colapso pueden alcanzar grandes extensiones y algunas de ellas constituyen reservorios de agua e hidrocarburos muy prolíficos (por ejemplo, el mega-reservorio de petróleo pesado de la Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 4 Formación Grosmont en Alberta, Canadá, de edad Devónico superior; Cutler, 1983) o albergan mineralizaciones de un alto valor económico (Warren, 1997, 2006). Según Warren (2006), en el registro estratigráfico actual hay más brechas de colapso generadas por disolución de evaporitas que formaciones evaporíticas, ya que estas últimas han sido en gran parte disueltas. La disolución interestratal de evaporitas puede generar una amplia variedad de estructuras de deformación (Warren, 2006; Gutiérrez y Cooper, 2011), incluyendo fallas activas con expresión morfológica. Estas estructuras alcanzan dimensiones del orden de cientos de kilómetros y, debido a la alta solubilidad de las evaporitas, las tasas de deformación pueden ser significativamente más altas que las de las estructuras tectónicas. La solubilidad del yeso y halita, los minerales evaporíticos más comunes, es de 2,4 y 360 g/l, respectivamente. La disolución interestratal de evaporitas puede motivar la deformación dúctil de las formaciones suprayacentes y el desarrollo de grandes cuencas estructurales con buzamientos centrípetos. Las depresiones resultantes pueden actuar como cuencas sedimentarias cuyo relleno registra un fenómeno de subsidencia sinsedimentaria debido a la karstificación de evaporitas subyacentes. Las unidades evaporíticas afectadas por karstificación situadas por debajo de la cuenca se acuñan hacia el centro de la misma, mientras que las formaciones del relleno presentan buzamientos centrípetos y abanicos de capas. En la Cuenca Delaware, en Nuevo Méjico y Tejas, la disolución de evaporitas del Pérmico ha generado cuencas sedimentarias de más de 150 km de longitud rellenas de sedimentos continentales neógenos que alcanzan 500 m de espesor (Maley and Huffington, 1953; Olive, 1957; Baumgardner et al., 1982; Bachman, 1984; Hill, 1996). Kirkham et al. (2002), en el Carbondale Collapsoe Center, situado en las Montañas Rocosas de Colorado, documentan una cubeta generada por la disolución de las evaporitas carboníferas infrayacentes rellena de hasta 450 m de sedimentos aluviales neógenos. En series estratigráficas basculadas, la karstificación interestratal de evaporitas puede progresar lateralmente en el sentido del buzamiento produciendo pliegues monoclinales en las unidades supraevaporíticas asociadas a los frentes de disolución (Warren, 1997; Gutiérrez y Cooper, 2011). Estos pliegues de origen gravitacional pueden constituir buenas trampas de hidrocarburos (Anderson et al, 1988; Knapp y Anderson, 1993, Warren, 2006). A menudo, el frente y la cresta de estos monoclinales presentan roturas con expresión morfológica como fosas o escarpes a contrapendiente. Las depresiones desarrolladas al pie Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 5 de los monoclinales pueden actuar como cuencas de sedimentación y controlar el desarrollo de lagos, así como la posición y migración de sistemas fluviales (p.e. Walters, 1978; Anderson et al., 1994; Anderson and Hinds, 1997). Este tipo de estructuras han sido documentadas en numerosas regiones como el norte de Inglaterra (Cooper, 2002), Canadá (Hopkins, 1987; Anderson et al., 1988), las cuencas evaporíticas paleozoicas de los sectores meridional y central de los EEUU (De Mille et al., 1964; Walters, 1978; Anderson et al., 1994, Neal and Colpitts, 1997; Kirkham et al., 2002) o en el NE de Tailandia (Supajanya and Friederich, 1992). Probablemente, el ejemplo más espectacular corresponde al escarpe monoclinal de más de más de 550 km de longitud desarrollado en el Interior Homocline situado en el sector central de Arabia Saudita. En este caso, la migración de frentes de disolución buzamiento abajo y hacia el este en las anhidritas de las formaciones jurásicas Hit y Arab ha provocado la subsidencia de la secuencia suprayacente generando un escarpe monoclinal orientado hacia el oeste y de traza sinuosa (Powers et al., 1966; Memesh et al., 2008). Este monoclinal está afectado por numerosas dolinas de colapso, y en su cresta se han desarrollado fallas normales y fisuras con una patente expresión morfológica. La subsidencia debida a la disolución interestratal de evaporitas también puede jugar un papel muy significativo en la evolución de los sistemas fluviales. Por ejemplo, el desarrollo del valle del Río Canadian (Texas Panhandle) a lo largo de 200 km de su recorrido es resultado esencialmente de fenómenos de subsidencia por karstificación interestratal de evaporitas, en lugar de procesos de incisión fluvial (Gustavson, 1986). La disolución interestratal de evaporitas también puede desembocar en la formación de fallas en las unidades supra-evaporíticas y el desarrollo de fosas tectónicas. En ocasiones los bloques hundidos están controlados por fallas circulares o elipsoidales (ring faulting) y en otros casos las fallas presentan una traza cartográfica muy irregular. En el cinturón de pliegues y fallas Paradox (Utah y Colorado), el hundimiento de la cresta de anticlinales como consecuencia de la karstificación de las evaporitas del núcleo, cuerpos de sal halocinéticos (salt walls) de hasta 4 km de desarrollo vertical, ha dado lugar a una serie de fosas (salt valleys) de hasta 50 km de longitud. Estas depresiones están controladas por fallas normales gravitacionales activas con saltos verticales de más de 1 km (Cater, 1970; Doelling, 2000; Gutiérrez, 2004). En el norte de Michigan, Black (1997) describe valles asociados a fosas con una anchura de 0,5 km generadas por la disolución interestratal de evaporitas devónicas controlada por fallas tectónicas preexistentes. La zona de falla Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 12 En una siguiente etapa se seleccionaron cuatro depresiones asociadas a escarpes contrapendiente como favorables para la realización de trincheras. Se adquirieron un total de 12 perfiles de georadar de entre 10 y 50 m de longitud en estas morfoestructuras, todos ellos con una orientación trasversal a las depresiones. Esta prospección geofísica permitió obtener información sobre la posición de los planos de rotura y el espesor y la extensión aproximada de los sedimentos que rellenan las depresiones cerradas. Este método indirecto y no intrusivo nos ha ayudado a seleccionar los lugares a priori más favorables para la excavación de las trincheras. Los perfiles se adquirieron con un georadar IDS (Ingegneria Dei Sistemi S.p.A.) equipado con una antena de 100 MHz. El procesado de los perfiles de georadar fue llevado a cabo con el software GRED de IDS. Posteriormente se excavaron con retroexcavadora tres trincheras en distintas depresiones cerradas asociadas a escarpes a contrapendiente, con una longitud de 16 a 13 m y hasta 2.5 m de profundidad (ver localización en la figura 2). Todas ellas se orientaron perpendicularmente a la dirección de las estructuras estudiadas. Para el estudio de las Figura 2. Mapa geológico del sector NO de Los Mansuetos, donde las formaciones neógenas han subsidido debido a la disolución interestratal de las evaporíticas triásicas infrayacentes. La subsidencia ha generado un monoclinal, cuya cresta está afectada por una fosa, y un sinclinal sinuoso en la flexión inferior. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 13 trincheras seguimos el procedimiento clásico utilizado en investigaciones paleosismológicas (McCalpin, 2009a). Después de limpiar las paredes de las trincheras, se colocó una malla de referencia de cuerdas verticales y horizontales con un espaciado de 0.5 ó 1 m en el lado más sombreado de la trinchera. Posteriormente se elaboraron esquemas en papel milimetrado a una escala 1:50. En los depósitos excavados se muestreó material datable por radiocarbono (caracoles, carbón, madera) preferentemente en las unidades situadas en la base del relleno de las fosas e inmediatamente por encima y por debajo de las discontinuidades estratigráficas que registran los eventos de desplazamiento (event horizons). Las edades obtenidas por AMS han sido calibradas utilizando el programa CALIB 6.0.1 y la base de datos intcal 09.14c de Reimer et al. (2009) (Tabla 1). 4. Estructuras gravitacionales y morfologías asociadas 4.1. Estratigrafía Los materiales más antiguos que afloran en el área de estudio corresponden a la litofacies Muschelkalk del Triásico medio. En este sector de la Cordillera Ibérica, el Muschelkalk está compuesto por dos unidades dolomíticas (M1 y M3), separadas por una unidad intermedia constituida por margas, lutitas y evaporitas (M2). En el valle de Río Seco hemos identificado afloramientos de las unidades M2 y M3 (Fig. 2) que registran un ciclo de regresión-transgresión del Mar Tetis en la Cuenca Ibérica; secuencia deposicional ladiniense (Riba, 1991; Meléndez et al., 1995). En afloramiento, la unidad evaporítica M2, a la cual se le atribuye el origen de las estructuras gravitacionales estudiadas, presenta margas y arcillas versicolores con bancos de yeso secundario. Sondeos realizados en el sector oriental de la Cordillera Ibérica indican que esta unidad, depositada en un ambiente sedimentario de transición con extensos lagos hipersalinos y sabkhas, puede incluir depósitos de halita de hasta 300 m de espesor (Ortí et al., 1996). Desafortunadamente, no existen datos de sondeo disponibles en las inmediaciones de la zona estudiada. Lo más probable es que los sedimentos aflorantes de la unidad M2 correspondan a una secuencia condensada producto de la disolución de las facies de halita más solubles, siendo esta circunstancia muy común en formaciones salinas (i.e. Warren, 2006; Gutiérrez and Cooper, 2011). Los sedimentos del relleno de la Fosa de Teruel, de edad Mioceno superior-Plioceno inferior, se disponen discordantemente sobre los materiales plegados mesozoicos (Fig. 2). Estas formaciones presentan un aumento significativo de espesor hacia el sur, según nos Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 14 alejamos del afloramiento de materiales mesozoicos situados al N del valle del Río Seco, el cual debió actuar como área fuente durante el relleno de la cuenca (Fig. 1). En el valle del Río Seco hemos estimado un espesor original para la cobertera neógena de unos 90-100 m, mientras que en el flanco SE de la mesa de Los Mansuetos ésta posee un espesor mínimo aflorante de 200 m. En la cartografía se han seguido las seis unidades litoestratigráficas diferenciadas por Calvo et al. (1999) en su estudio geológico de Los Mansuetos. De base a techo se diferencian (Fig. 2): Unidad 1 (Vallesiense superior): lutitas rojas con intercalaciones de arenisca y conglomerados en la base. La variación de espesor de esta unidad representa la mayor parte del engrosamiento hacia el sur de la serie neógena. En los afloramientos situados en los barrancos que disectan las laderas del margen SE del valle del Rio Seco se han medido espesores de 25-30 m para esta unidad. Unidad 2 (Vallesiense superior): 10-15 m de calizas biomicríticas blancas y calizas tobáceas con intercalaciones de margas grises. Esta es una de las unidades con mayor expresión cartográfica, ya que la pendiente de las laderas es concordante con el buzamiento de esta unidad en flanco NO de Los Mansuetos. Unidad 3 (Turoliense inferior): 7-10 m de lutitas rojo-anaranjadas y margas con calizas en la base. Unidad 4 (Turoliense medio): Aproximadamente 10 m de dolomías con intercalaciones de margas y calizas. Unidad 5 (Turoliense superior): 5-10 m de lutitas de color naranja con algo de yeso. Unidad 6 (Plioceno inferior): 25-30 m, alternancia de calizas y margas. El techo de esta unidad forma la superficie estructural de la mesa de Los Mansuetos. 4.2. Estructura y geomorfología La mesa de Los Mansuetos se localiza en el bloque inferior de la Falla de Teruel, con dirección N-S y buzamiento hacia el O (Fig. 1). Es decir, forma parte de la fosa neógena de Teruel y a la vez está localizada en el margen oriental de la depresión pliocuaternaria del Jiloca. La secuencia neógena se dispone sobre una discordancia angular que trunca a los pliegues que afectan a las evaporitas y dolomías del Triásico medio (M2 y M3). La dirección de estos pliegues vira de NNE-SSO a NE-SO justo al norte de Los Mansuetos. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 15 En la zona de estudio hemos identificado dos conjuntos de fallas normales de origen tectónico (Fig. 2): (1) Fallas con dirección N-S a NNO-SSE y buzamiento hacia el E, fallas situadas en el sector occidental de Los Mansuetos. Estas estructuras, con desplazamientos verticales de 10-15 m, parecen estar vinculadas a la Falla de Teruel, con orientación N-S y situada a escasa distancia. Su desarrollo está probablemente relacionado con la formación de la semifosa del Jiloca, cuya formación comenzó en el Plioceno superior. (2) Dos fallas con orientación NO-SE de 5-10 m de salto vertical. Las relaciones geométricas disponibles no nos han permitido establecer una cronología relativa para estos dos conjuntos de fallas. En el flanco NO de Los Mansuetos, la flexión de las formaciones neógenas debida a la karstificación interestratal de las evaporitas triásicas subyacentes ha dado lugar a un monoclinal de dirección NE-SO y 1,7 km de longitud, con una sinforma en la flexión inferior (Figs. 3 y 5). Las deformaciones gravitacionales inducidas por disolución también han afectando a las dolomías triásicas donde la secuencia neógena se dispone sobre estas rocas carbonatadas. En estos sectores las dolomías triásicas se encuentran intensamente brechificadas, con direcciones y buzamientos muy variables allí donde la estratificación es reconocible. El valle del Río Seco sigue de forma concordante el eje del sinclinal y su margen SE corresponde a ladera que conforma el escarpe monoclinal con orientación NO. Figura 3. Vista general del sector NE del sinclinal y monoclinal gravitacionales de Río Seco, este último afectado por una fosa (indicada por flechas). La imagen muestra la terminación periclinal de la sinforma en el NE de la zona de estudio. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 16 Varios barrancos encajados en este margen del valle permiten examinar la flexión gravitacional y las fallas que afectan a los sedimentos miocenos. El buzamiento de las unidades 1 a 5 aumenta considerablemente en la cresta del monoclinal y las unidades 1 y 2 presentan buzamientos de hasta 40 grados hacia el valle en el escarpe del monoclinal (Fig. 2). El relieve estructural del monoclonal alcanza unos 130 m (Fig. 5). Esta cifra constituye una medida de la magnitud de la subsidencia y el espesor mínimo de evaporitas evacuadas por disolución. La flexión monoclonal se atenúa hacia el NE, donde se encuentra truncada por erosión. La terminación SO de este monoclinal coincide con una de las fallas normales de dirección N-S situadas al oeste del “Barranco Oeste” (Fig. 2). El eje de la sinforma, cuya ubicación se ha identificado en varios puntos del valle, muestra una traza sinuosa. Este sinclinal se atenúa bruscamente en el sector NE de la estructura, dando paso a un cierre periclinal muy apretado (Figs. 2 y 3). Localmente se han identificado estratos con buzamientos hacia el SE en el valle del Río Seco, sin embargo, el flanco noroeste del sinclinal se ha eliminado en gran parte por erosión. La cresta del monoclinal está afectada por un keystone graben de 1,7 km de longitud con una marcada expresión morfológica, lo que revela su actividad reciente (Fig. 4). Esta estructura extensional compensa el acortamiento de la cobertera neógena causado por la Figura 4. Sector NE de la fosa desarrollada en la cresta del monoclinal de Río Seco. Las fallas sintéticas y antitéticas principales de esta fosa controlan patentes escarpes orientados a favor de la pendiente y a contrapendiente, respectivamente. Se puede apreciar el pliegue de arrastre (drag fold) en el bloque hundido de la falla antitética principal. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 17 flexión del sinclinal adyacente (Fig. 5). La fosa está controlada por una falla sintética maestra y varias fallas sintéticas y antitéticas secundarias. La anchura del graben (140-300 m) y el número de fallas (2-6) decrece hacia el extremo NE, de forma acorde con la atenuación de la flexión monoclinal y sinclinal (Fig. 2). En el sector SO del graben se localiza una falla normal sintética de 1,3 km de longitud, con alrededor de 8 m de salto vertical, que corta a las fallas tectónicas de dirección N-S ubicadas al oeste del “Barranco Oeste”, desplazando claramente una de ellas; las fallas gravitacionales son posteriores a las fallas tectónicas. La falla normal sintética principal, de 1,5 km de longitud, aflora en el “Barranco Oeste”, donde hemos podido medir un salto vertical de 5,5 m y un buzamiento de 50NO (Fig. 6A). El plano de plano de falla aflorante muestra estrías indicativas de un desplazamiento dip-slip. El desplazamiento vertical medido en el mapa y en el sector central de esta falla es de alrededor de 9 m. Esta falla controla escarpes muy conspicuos orientados a favor de la pendiente de hasta 12 m de altura (Fig. 6B). Figura 5. Cortes geológicos trasversales mostrando la geometría de las estructuras gravitacionales relacionadas con la disolución de las evaporitas triásicas subyacentes en el sector NO de Los Mansuetos y el valle del Río Seco. La traza de los cortes se indica en la figura 2. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 18 Sigla y trinchera Número de laboratorio Material Edad convencional C-14) Edad calibrada (2 σ) Edad caliabrada (2 σ, BP) Te-19 Trinchera 1 Beta - 294639 Caracol terrestre 3270±30 BP 1622-1492 BC (0,960625) 1478-1458 BC (0,039375) 3572-3442 BP (0,960625) 3428-3408 BP (0,039375) Te-17 Trinchera 1 Beta - 294638 Charcoal 90±30 BP 1685-1732 AD (0,271703) 1808-1928 AD (0,715317) 1951-1954 AD (0,01298) 265-218 BP (0,271703) 142-22 BP (0,715317) 1951-1954 AD (0,01298) Teruel 12 Trinchera 2 Beta - 294636 Madera 3020±30 BP 1389-1192 BC (0,974839) 1174-1167 BC (0,008499) 1142-1133 BC (0,016662) 3339-3142 BP (0,974839) 3124-3117 BP (0,008499) 3092-3083 BP (0,016662) Te-15A Trinchera 3 Beta - 294637 Caracol terrestre 2350±40 BP 727-693 BC (0,033393) 657- 655 BC (0,001357) 542-361 BC (0,959301) 271-262 BC (0,00595) 2677-2643 BP (0,033393) 2607- 2605 BP (0,001357) 2492- 2311 BP (0,959301) 2221- 2212 BP (0,00595) Te-16 Trinchera 3 Poz-38878 Charcoal 1920±35 BP 1-143 AD (0,954109) 146-173 AD (0,027137) 193-210 AD (0,018753) 1949-1807 BP (0,954109) 1804-1777 BP (0,027137) 1757-1740 BP (0,018753) Te-5 Trinchera 3 Poz-38879 Caracol terrestre 1850±30 BP 85-235 AD (1) 1865-1715 BP (1) Teruel 7 Trinchera 3 Beta - 294635 Charcoal 170±30 BP 1660-1698 AD (0,183566) 1722-1817 AD (0,535192) 1833-1879 AD (0,08345) 1916-1953 AD (0,197792) 290-252 BP (0,183566) 228-133 BP (0,535192) 117-71 BP (0,08345) 34-0 BP (0,197792) Teruel 6 Trinchera 3 Beta - 294634 Charcoal 30±30 BP 1695-1726 AD (0,197719) 1813-1838 AD (0,139833) 1842-1853 AD (0,023844) 1868-1873 AD (0,007839) 1876-1918 AD (0,602316) 1952-1954 AD (0,028451) 255-224 BP (0,197719) 137-112 BP (0,139833) 108-97 BP (0,023844) 82-77 BP (0,007839) 74-32 BP (0,602316) 0 BP (0,028451) La altura de estos escarpes, superior al salto vertical, puede ser explicada por la formación de roturas en laderas de elevada pendiente y una ampliación posterior de las facetas por erosión. Tabla 1. Sigla de la muestra datada por AMS, trinchera, código de laboratorio (Poz: Poznan Radiocarbon, Beta: Beta Analytic), material, edades convencionales por radiocarbono, edades calibradas en 2 sigma (usando CALIB 6.0.1 y el conjunto de datos intcal 09.14c, Reimer et al., 2009). En negrita, rangos de edad calibrada con porcentajes relativos superiores a 0,1. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 19 Las fallas antitéticas, con una longitud de 80 a 345 m, son considerablemente más cortas que las fallas sintéticas secundarias. El “Barranco Este” posee un buen afloramiento de la deformación causada por una falla antitética en las unidades 1 y 2 (Fig. 6C). Aquí, un estrato de caliza claramente diferenciable, se encuentra desplazado 9 m en la vertical por la falla, con un buzamiento de 45-50º hacia el interior de la ladera. El estrato de caliza muestra a su vez pliegue de arrastre en el bloque hundido. En el sector central de la fosa la traza de dos fallas antitéticas muestran sendas inflexiones bruscas (Fig. 2). Estas geometrías pueden estar relacionadas con el enlace de dos fallas en relevo por la rotura de una rampa de acomodación. Esto implica la transformación de un relevo “soft-linked” en una conexión de tipo “hard-linked” (McGill y Stormquist, 1979; Walsh y Watterson, 1988; Cartwright et al., 1995; Trudgill, 2002). Las fallas antitéticas han dado lugar a 7 escarpes orientados a contrapendiente en calizas, de hasta 345 m de longitud y 3 m de altura (Fig. 2). Al pie de estos escarpes, con aspecto muy fresco, se han desarrollado depresiones lineales que actúan como trampas de sedimentos (Fig. 6D). Localmente los escarpes a contrapendiente controlan cambios en la trayectoria del drenaje y han causado la obstrucción temporal de barrancos, generando depresiones cerradas (trinchera 3). También existe cierta correlación entre la distribución de los escarpes a contrapendiente y el de los tramos incididos y con relleno de los drenajes transversos, siendo los segundos más frecuentes aguas arriba de los escarpes (Fig. 2). La extensión en la fosa también ha generado fisuras de hasta 226 m de longitud y 5 m de ancho, algunas de las cuales forman grandes grietas abiertas en las calizas de la unidad 2 (Fig. 6D). También se han identificado colapsos de cobertera de hasta 3 m de diámetro (Fig. 6F), apareciendo principalmente en los depósitos del relleno de los surcos asociados a los escarpes antitéticos. Su formación se atribuye a la migración descendente (ravelling) de los depósitos de la cobertera a través de fisuras abiertas en el sustrato. Dolinas asociadas a escarpes sackung gravitacionales han sido documentadas por McCalpin y Irvine, (1995) y Gutiérrez et al. (2008b). La altura máxima de los escarpes orientados ladera arriba y abajo se ha medido en el campo evitando zonas con erosión en el pie (Tabla 2). La figura 7 presenta un gráfico en el que se representa la longitud del escarpe (L), medido como una línea recta, frente a la altura máxima del escarpe (Hmax). Estos parámetros, en general, muestran una relación directa en ambos tipos de escarpes; la altura aumenta con la longitud. La media de la relación Hmax/L (aspect ratio) de los 8 escarpes a contrapendiente es 0,0081, con valores Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 20 de 0,004 a 0,017 y una desviación estándar de 0,0047. Esta población de datos muestra un coeficiente de correlación bajo para un ajuste exponencial (Hmax=3.2929L0.5202; R2=0.269). Los cinco escarpes a favor de la pendiente poseen una relación Hmax/L de 0,029, un orden de magnitud mayor y un coeficiente de correlación muy superior (Hmax=9.4177L0.5842; R2=0.829). Figura 6. A: Afloramiento en el “Barranco Oeste” de la falla sintética principal de la fosa desarrollada en la cresta del monoclinal. En este punto el plano de falla presenta estrías indicativas de un desplazamiento dip-slip. La flecha apunta a una persona como escala. B: Faceta triangular en el escarpe a favor de la pendiente asociado a la falla sintética principal. C: Escarpe a contrapendiente controlado por una falla antitética en el “Barranco Este”. Destaca un pliegue de arrastre (drag fold) en el bloque hundido. D: Depresión lineal rellena de un depósito reciente al pie de un escarpe a contrapendiente. E: Fisura en calizas afectando a una ladera de elevada pendiente situada al oeste del “Barranco Este”. F: Dolina de colapso relacionada con la migración del material de cobertera a través de fisuras extensionales. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 21 Utilizando los cortes geológicos A-A` y B-B` y considerando la flexión situada al SE del eje de este sinclinal, hemos calculado un acortamiento de 16 m (5%) y 19 m (6,8 %), respectivamente (longitud de los estratos frente a la distancia horizontal entre el eje de la sinforma y el límite NO del graben; Fig. 5). La extensión horizontal (E) producida por cada falla para los cortes geológicos A-A` y B-B` se ha estimado utilizando el buzamiento (β) y el desplazamiento vertical de las fallas (H), ambos medidos en el campo o estimados a partir del mapa (E=H/tagβ). La extensión acumulada debida al desplazamiento dip-slip de las fallas en los cortes A-A` y B-B` es de 12 m y 9 m, respectivamente. Estos valores de extensión más bajos deben estar relacionados con el hecho de que el número de fallas normales que acomodan la extensión es mayor que las que se han cartografiado en el mapa, como nos indican las estructuras ocultas expuestas en las trincheras. Además estos cortes no incluyen la extensión causada por la componente de dilatación horizontal en de estas fallas y fisuras. Altura (m) Longitud (m) Altura/Longitud Escarpes a contrapendiente 2 1.47 345.27 0.0042 4 0.64 80.35 0.0079 5 (Trench 1) 3.45 254.41 0.0135 6 0.99 252.12 0.0039 7 2.41 136.16 0.0176 8 (Trench 3) 1.41 177.89 0.0079 9 (Trench 2) 1.01 121.12 0.0083 11 2.39 461.75 0.0051 14 0.95 225.02 0.0042 Media 1.63 228.23 0.0080 Desviación estándar 0.92 119.29 0.0047 Escarpes a favor de la pendiente 1 12.52 1531.15 0.0081 3 8.4 102.58 0.0818 10 4.3 583.95 0.0073 12 10.5 222.04 0.0472 13 3.09 1323.47 0.0023 Media 8.98 752.64 0.0293 Desviación estándar 5.15 645.07 0.0344 Tabla 2. Altura máxima, longitud y relación altura/longitud (aspect ratio) de los escarpes cartografiados en la fosa desarrollada en la cresta del monoclinal de Río Seco. Se indican los escarpes a contrapendiente en los que se han excavado las trincheras. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 28 masivo marrón, cohesivo, con clastos angulosos de caliza y carbonato secundario. El color de esta unidad cambia de forma gradual desde un marrón rojizo en el escarpe SE a un marrón grisáceo en torno al graben NO, lo que indica unas condiciones más reductoras. El tamaño de los clastos decrece en la misma dirección, al contrario de lo que hace el grado de selección. Lo más probable es que la parte superior del depósito situado junto a las fallas F6 y F7 corresponda a una unidad diferente más moderna. Sin embargo, su carácter masivo y homogéneo no nos ha permitido identificar con claridad discontinuidad estratigráfica alguna. Esta unidad puede ser interpretada como un coluvión que grada hacia un depósito de slope wash, el cual ha sido acumulado en una depresión con un drenaje deficiente generada por una rotura superficial. Un trozo de madera de 4 cm de largo muestreado 25 cm por encima de la base de esta unidad, justo al NO de la falla F2, nos ha permitido obtener una edad calibrada de 3339-3142 cal BP. (3) Gravas calcáreas heterométricas, muy angulosas y con fábrica caótica empastadas en un limo marrón grisáceo. Esta unidad lenticular de unos 20 cm de espesor puede corresponder a un depósito de debris flow derivado de la ladera SE. (4a) Limo suelto de color gris oscuromarrón con 65 cm de espesor y clastos angulosos de caliza de hasta 50 cm. Los clastos muestran fábricas orientadas buzando hacia el SE. (4b) Limo masivo gris oscuro-marrón con abundantes clastos de caliza moderadamente clasificados y fábrica caótica. Las unidades 4a y 4b son depósitos correlativos separados por un cambio lateral de facies gradual. Estas unidades han sido interpretadas como facies proximales y distales de una cuña coluvial generada a partir de un escarpe producido por un evento de desplazamiento de la falla adyacente F3. La unidad 4a trunca la zona de cizalla (sustrato brechificado) de esta falla, solapándose a un contacto tipo free-face. (5a) Relleno de fisura compuesto por un limo masivo muy bien clasificado gris claro con algunos clastos angulosos de caliza. La sedimentación eólica puede haber jugado un papel importante en el relleno de esta grieta, situada en una cresta elevada donde apenas puede actuar la escorrentía. (5b) Relleno de fisura constituido por cantos angulosos de caliza empastados en un limo suelto gris claro. (6) Limo suelto y masivo marrón grisáceo con cantos de caliza angulosos pobremente clasificados. La proporción y tamaño de los clastos incrementa hacia el margen SE. Esta unidad se ha interpretado como un depósito coluvial reciente y depósitos de slope wash. El sector SE de la depresión está formado por una semifosa controlada por la falla F3 (Fig. 10). Esta estructura muestra una zona de cizalla con una anchura de 40 cm compuesta por el sustrato calcáreo brechificado mostrando fábricas subverticales. La brecha presenta Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 29 espacios intergranulares amplios vacíos indicativos de una dilatación importante relacionada con la componente de desplazamiento horizontal de la falla. La falla F3 afecta a la unidad 2 y queda truncada por la unidad 4a. Se ha podido estimar un desplazamiento vertical mínimo de 1 m utilizando como referencia el techo del sustrato. Las fallas F1 y F2 son pequeñas roturas secundarias que afectan a la unidad 2 y presentan saltos verticales de 20 y 30 cm, respectivamente. La traza de la falla F1 no se distingue claramente en la unidad 2 debido al carácter masivo de ésta. La fosa NO está controlada por la falla F7 que buza hacia el SE y las fallas F6 y F5 que se encuentran buzando hacia el NO. Todas ellas afectan a la unidad 2. Las fallas F7 y F5 presentan zonas de cizalla en el sustrato formadas por brechas dilatadas con fábricas reorientadas y huecos abiertos. El cabeceo de un bloque de sustrato en el escarpe asociado a la falla F7 ha provocado la apertura de una fisura de 28 cm de anchura rellena por la unidad 5a y el sobreempinamiento de la parte superior del plano de falla. En la pared opuesta de la trinchera no se han observado estas estructuras, apareciendo la falla F7 como un plano continuo con buzamiento 70SE. Las fallas F7 y F5 presentan desplazamientos verticales mínimos de 200 y 40 cm, respectivamente, medidos a partir del techo del sustrato. El desplazamiento vertical de la falla F6 es de 20 cm. El horst formado por sustrato situado entre las dos fosas presenta una falla con buzamiento hacia el NO (F4), definida por una brecha calcárea con una fisura asociada rellena por la unidad 5b. El buzamiento en el bloque inferior de esta falla presenta pliegue de arrastre evidente. La estructura general expuesta en la trinchera puede ser interpretada como una semifosa compleja controlado por una falla maestra (F7) con un keystone graben en el margen NO y un horst limitados por fallas sintéticas y antitéticas secundarias (ver el esquema estructural de la figura 10). Las relaciones estructurales y estratigráficas observadas en la trinchera pueden ser explicadas con un mínimo de dos eventos de desplazamiento y con la formación de múltiples rupturas en superficie (Fig. 10). El primer evento de deformación, previo a 3,3-3,1 ka, crearía una pequeña depresión delimitada por el escarpe orientado a contrapendiente asociado a la falla maestra F7. La unidad 2 se depositó en esta trampa sedimentaria. Probablemente, la formación del horst se inició durante el primer evento de rotura, controlando el espesor de la unidad 2 en la estructura. Un segundo evento de desplazamiento ocurriría con posterioridad a 3,3-3,1 ka, deformando la unidad 2 (fallas F1, F2, F3, F5, F6 y F7) y generando el escarpe a contrapendiente asociado a la falla F3. La erosión de este escarpe dio lugar a la acumulación de la cuña coluvial correspondiente a la unidad 4. Es probable que este segundo evento de desplazamiento rejuveneciera el escarpe asociado a la falla F7 y creara la fisura situada en el bloque inferior. El espesor de la Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 30 unidad 2 entre las fallas F5 y F6 (80 cm) y el de la unidad 4 (65 cm) proporcionan una medida mínima del desplazamiento vertical obtenido en el primer y segundo evento de falla, respectivamente. La parte superior del depósito masivo situado entre las fallas F6 y F7, cartografiado como unidad 2, es probable que corresponda a una unidad más moderna depositada después del segundo evento de rotura. El desplazamiento vertical del techo del sustrato asociado a la falla F7 (200 cm) aporta una estimación mínima del desplazamiento vertical acumulado en la falla maestra, lo que sugiere desplazamientos por evento superiores a 1m. Teniendo en cuenta un desplazamiento vertical mínimo de 200 cm y una edad mínima para la estructura de 3.3 ka, podemos obtener una tasa de desplazamiento vertical aparente de 0,6 mm/año. El desplazamiento y la edad utilizados pueden constituir una buena aproximación a los valores reales, teniendo en cuenta que la erosión del sustrato en el bloque inferior ha debido ser muy limitada y que la muestra de la que se ha obtenido la edad se recogió cerca de la base del relleno de la depresión (25 cm), en un nivel para el que se puede esperar una alta tasa de sedimentación. 5.4. Trinchera 3 Figura 11. Esquema de la trinchera 3 excavada en una depresión desarrollada dentro de un barranco, aguas arriba de un escarpe a contrapendiente. En el texto se presenta una descripción más detallada de las unidades. Debido a la falta de criterios suficientes de correlación, las unidades de las fosas SE y NO han sido designadas con números arábigos y romanos, respectivamente. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 31 Esta trinchera, de 15,5 m de longitud y 2,7 m de profundidad, fue escavada perpendicularmente (N140E) y aguas arriba a un escarpe contrapendiente dentro de una depresión generada por la obturación de un barranco (Fig. 2). Esta depresión recibe escorrentía y aporte sedimentario tanto del barranco principal como de un afluente que discurre por la margen SO al pie del escarpe de falla de dirección NE-SO. El extremo NO de la trinchera se situó en el margen de aguas debajo de la depresión, mientras que la terminación SE de la trinchera se vio limitada por la vegetación arbórea impidiendo la exposición del sustrato en este sector. De forma análoga a la trinchera 2, la excavación expuso dos fosas separadas por un horst (Fig. 11). Se han diferenciado tres grupos principales de unidades sedimentarias holocenas; sedimentos fallados asociados a cada una de las fosas y un paquete sedimentario sin evidencias de deformación que se superpone discordantemente a las unidades más antiguas truncando las estructuras subyacentes. A diferencia de la trinchera 1, no hemos podido establecer una correlación entre los depósitos de las dos fosas debido a las siguientes razones: (1) Los sedimentos de las dos fosas son muy homogéneos y muestran diferencias relacionadas con la distinta procedencia de los depósitos. Las unidades falladas de la fosa SE provienen del drenaje principal, mientras que el aporte sedimentario de la fosa NO procede principalmente del barranco afluente. El horst probablemente desconectó las dos depresiones desde una etapa temprana. (2) Debido a la dificultad de encontrar material datable, la cronología de los depósitos de las fosas no está bien acotada, lo que dificulta establecer una correlación fiable sobre la base de edades numéricas. En consecuencia, hemos asignado números arábigos a los depósitos de la fosa SE y números romanos a los sedimentos de la fosa NO. Se han cartografiado las siguientes unidades: (1) Sustrato: Calizas masivas, localmente muy brechificadas. (2) Limo muy cohesivo gris oscuro con clastos angulosos de caliza mal clasificados. Presenta abundante bioturbación rellena de carbonato secundario blanco. Los clastos alargados muestran una inclinación preferente hacia el NO. (3) Limo masivo marrón-gris con clastos angulosos de caliza dispersos. Esta unidad es menos cohesiva y posee menos bioturbación y carbonato secundario que la unidad 2. Un caracol terrestre obtenido 10 cm por encima de la base de esta unidad ha aportado una edad de 2492-2311 cal BP. (4) Limo masivo poco cohesivo, grisáceo, con clastos de caliza bien clasificados y redondeados. Presenta trazas de bioturbación parcialmente rellenas de por carbonato secundario. (5) Limo marrón grisáceo groseramente estratificado, poco cohesivo, con abundantes clastos subangulosos bien seleccionados. Se Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 32 obtenido una edad de 1865-1715 cal BP a partir de un caracol terrestre recogido a 15 cm por encima de la base de la unidad. Las unidades 2 a 5 pueden ser interpretadas como facies fluvio-palustres depositadas en una depresión con drenaje deficiente. (I) Gravas subangulosas muy cohesivas, groseramente estratificadas y con matriz limo-arenosa gris. Esta unidad muestra abundante bioturbación con carbonato secundario y contiene algunos bloques de caliza. (II) Limo cohesivo gris oscuro con clastos subangulosos dispersos. Un trozo de charcoal tomado 25 cm por encima de la base de esta unidad ha sido datado en 1949-1807 cal BP. Este rango de edad se solapa con el obtenido para la unidad 5. Las unidades I y II pueden ser interpretadas como facies fluviales y coluviales interdigitadas procedentes del barranco afluente y del escarpe a contrapendiente adyacente. (6) Canal relleno de limos, arenas y gravas estratificados, bien clasificados y poco cohesivos. El extremo de la base del canal trunca la falla F3. (7) Grava subangulosa y mal clasificada con matriz limosa gris-marrón. La base irregular de esta unidad trunca las estructuras subyacentes. Fragmentos de charcoal muestreados muy cerca de la base de esta unidad han sido datados en 255-0 y 290-0 cal BP. Lo más probable es que este depósito responda a la acumulación de sedimentos en eventos de flujo de elevada competencia generados por tormentas. (8) Horizonte edáfico marrón de unos 25 cm de espesor. En el sector SE de la trinchera se ha expuesto una semifosa controlada por las fallas F6 y F5 con buzamiento SE (Fig. 11). El sustrato entre las dos fallas ha sido trasformado en una brecha suelta con fábrica caótica. La falla F6 afecta a las unidades 2, 3 y 4 y es truncada por la unidad 5. Esta última unidad es cortada por la falla F5 (Fig. 12A). El espesor de las unidades 2 a 4 (150 cm) aporta una estimación del desplazamiento vertical mínimo acumulado para la falla F6. El desplazamiento vertical mínimo en la falla F5 es 45 cm, tomando como referencia el techo del sustrato en ambos bloques. La fosa NO está delimitada por las fallas F4 y F1 y la mayor subsidencia se ha producido en el bloque limitado por las fallas F2 y F3 (Figs. 11 y 12B). Las cuatro fallas desplazan a la unidad I y las fallas F3 y F2 desplazan a su vez a la unidad II. Es probable que la unidad II se haya erosionado en los bloques que flanquean el graben interior. Las fallas F4 y F3 muestran zonas de cizalla bien definidas en el sustrato con alrededor de 70 cm de anchura compuestas por clastos angulosos de caliza dilatada y con fábricas reorientadas. El techo del sustrato indica un desplazamiento vertical mínimo para este graben de 175 cm. Al igual que la trinchera 2, la estructura general de la trinchera 3 puede ser descrita como una fosa Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 33 compleja, con un horst que separa un keystone graben en el sector NO y un half-graben en el SE. Figura 12. A: Margen del half-graben expuesto en el sector SE de la trinchera 3, donde dos fallas quedan truncadas por unidades suprayacentes diferentes, lo que permite diferenciar dos eventos de desplazamiento. B: Graben en el sector NO de la trinchera 3 al que se superpone discordantemente un depósito sin deformar. Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 34 Las relaciones geométricas observadas en el half-graben SE pueden ser explicadas con un mínimo de 3 eventos de desplazamiento (Figs 11 y 12A). Un primer evento de rotura, ocurrido con anterioridad a 2,5 ka, generó una depresión cerrada o pobremente drenada dentro del barranco, donde se acumularon las unidades 2 a 4. En un segundo evento de deformación, acaecido entre 2,5 y 1,7 ka, las unidades 2, 3 y 4 fueron desplazadas por la falla F6. El tercer evento y más reciente (Most recent Event, MRE) está registrado por la falla F5, la cual desplaza la unidad 5 y se encuentra truncada a su vez por la unidad 7. El MRE se produjo con posterioridad a 1865 cal BP. Se puede estimar un valor de recurrencia máximo de 1,25 ka considerando los dos eventos más recientes. Es importante tener presente que este valor de recurrencia media no se ha obtenido a partir de datos correspondientes a ciclos de desplazamiento cerrados. El desplazamiento vertical mínimo de 195 cm en este half-graben, junto con la edad mínima indican una tasa de desplazamiento media aparente del orden de 0,8 mm/año y un desplazamiento medio por evento mayor a 65 cm. Las relaciones estratigráficas y estructurales del graben NO registran un mínimo de dos eventos de desplazamiento (Figs. 2 y 12B). El primer evento ocurrió con anterioridad a 1,9 ka y creo la trampa sedimentaria en la que se depositaron las unidades I y II. Esta depresión cerrada o pobremente drenada probablemente estaba controlada por un escarpe a contrapendiente asociado a la falla F1. En un segundo evento, posterior a 1949 BP, las fallas F1, F2, F3 y F4 desplazaron las unidades I y II. El desplazamiento vertical mínimo de 175 cm en este half-graben con una edad mínima de 1949 BP indica una tasa de desplazamiento aparente del orden de 0,9 mm/año y un desplazamiento medio por evento mayor a 87 cm si nuestra interpretación de dos eventos es correcta. El primer evento registrado en las dos fosas podría ser contemporáneo, mientras que el penúltimo evento y el más reciente (MRE) inferidos en la fosa SE pueden haber afectado también al graben NO, el cual probablemente registra una secuencia de roturas incompleta. La edad pobremente acotada del segundo evento en el graben NO (<1950 BP) se solapa con el rango de edad atribuido para los eventos penúltimo y más reciente (MRE) en el graben SE (2.5-1.7 ka y <1865 BP). Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 35 6. Discusión y conclusiones En el flanco NO de Los Mansuetos se ha producido la subsidencia por flexión de las formaciones neógenas debido a la disolución interestratal de las evaporitas triásicas infrayacentes. Esta deformación gravitacional ha dado lugar al desarrollo de un monoclinal y una sinforma de 1,7 km de longitud y un salto estructural de 130 m. El trazado del valle del Río Seco coindice de forma aproximada con el eje del sinclinal. La cresta del monoclinal está afectada por un keystone graben con una expresión morfológica muy patente. En trabajos anteriores se relacionó el origen de la flexión de Río Seco con una supuesta actividad diapírica de las evaporitas triásicas (Gautier et al., 1972; Moissenet, 1983, 1984). En estudios más recientes y detallados se argumenta que el hundimiento de los sedimentos neógenos no es coherente con procesos de diapirismo, que deberían causar levantamiento, sino con fenómenos de subsidencia debidos a la disolución de evaporitas subyacentes (Gutiérrez, 1998; Calvo et al., 1999). El presente trabajo contribuye a mejorar el conocimiento existente sobre la geología del área tipo propuesta para la definición del Turoliense, donde la mayoría de las estructuras de deformación poseen un origen gravitacional. El relieve estructural de 130 m del sinclinal de Río Seco proporciona una medida de la magnitud de la subsidencia acumulada y un valor mínimo para el espesor de evaporitas evacuadas por la disolución subsuperficial. Aunque los yesos son la única litología evaporítica observable en los afloramientos del tramo intermedio del Muschelkal (M2), es muy probable que una parte importante de esta deformación gravitacional esté relacionada con la disolución de cuerpos de halita. Los datos de sondeo indican que esta unidad litoestratigráfica del Triásico medio puede incluir cuerpos de halita de hasta 300 m de espesor (Ortí et al., 1996). Se pueden plantear dos interpretaciones no excluyentes para explicar la concordancia entre el eje del sinclinal y el trazado del valle del Río Seco: (1) La disolución y la subsidencia fueron más intensas bajo un valle ya existente, que actuaría como nivel de base para la descarga de aguas subterráneas, controlando la zona de mayor disolución. (2) La alternativa por la que nos decantamos es que el valle del Río Seco adaptó su trayectoria a un surco subsidente generado por disolución. El desarrollo del sinclinal de Río Seco y el monoclinal pudo iniciarse a finales del Plioceno, cuando el sector central de la Fosa de Teruel pasó de condiciones endorreicas a exorreicas (Gutiérrez et al., 2008a). El desarrollo de un nuevo drenaje y el aumento del gradiente hidráulico proporcionó un cambio en el la trayectoria y velocidad del flujo subterráneo, lo que Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 36 favoreció los procesos de disolución interestratal. Por otra parte, la nueva red de drenaje permitiría la evacuación de grandes volúmenes de evaporitas en solución. La fosa de 1.7 km de longitud desarrollada en la cresta del monoclinal está controlada por una falla sintética maestra y un sistema de fallas secundarias sintéticas y antitéticas. Esta estructura extensional contrarresta el acortamiento causado por la flexión en el sinclinal adyacente. De hecho, la anchura de la fosa y el número de fallas decrecen en el sector en el que la sinforma se atenúa. Las estimaciones de acortamiento y extensión obtenidas a partir de los cortes geológicos indican que el acortamiento producido por el sinclinal, de hasta aproximadamente 20 m, es compensado en la zona de la fosa por el desplazamiento dipslip en las fallas normales y una componente de dilatación horizontal en fallas y fisuras, tal y como ponen de manifiesto tanto las estructuras identificadas en superficie como las expuestas en las trincheras. Según el NRC (1999, pags. 3-31), los escarpes relacionados con estructuras de colapso generadas por la disolución de evaporitas poseen un aspect ratio (Hmax/L) superior a 10-3. En el keystone graben desarrollado en la cresta del monoclinal de Río Seco, el escarpe asociado a la falla sintética principal tiene una relación Hmax/L de 0.008. El aspect ratio de 7 escarpes orientados a contrapendiente presenta rangos entre 0.004 y 0.017, con un valor medio de 0.008 (Tabla 2). Si consideramos el desplazamiento vertical acumulado mínimo (D) de 2 m y 1.95 m medido en las trincheras 2 y 3, excavas en escarpes contrapendiente de 121 y 178 m de longitud, la relación D/L es de 0.016 y 0.10, un orden de magnitud mayor que los valores de aspect ratio de los escarpes. Dawers et al. (1993) analizan la relación entre el desplazamiento de fallas y su longitud utilizando datos de fallas normales cuaternarias que afectan a una plataforma formada por coladas de lava recientes en el norte del Valle Owens en California. La longitud de estas fallas abarca tres órdenes de magnitud y forman escarpes en una superficie predominantemente plana cuyas alturas son una buena aproximación al desplazamiento vertical; los procesos de erosión y agradación son despreciables tanto en el bloque inferior como en el superior, respectivamente. Estas fallas, generadas por un elevado número de eventos de desplazamiento, presentan relaciones Dmax/L (~Hmax/L) del orden de 10-2, con rangos de 0.009 a 0.020. Cowie and Scholz (1992) indican una relación similar para fallas cortas (<1 km) combinando varios conjuntos de datos. De acuerdo con las relaciones empíricas de Wells and Coopersmith (1994), el aspect ratio para un solo evento de ruptura superficial asociado a fallas normales sismogénicas es del orden de 10-5. Los valores de aspecto ratio Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 37 aparentemente bajos obtenidos para los escarpes a contrapendiente en la fosa del monoclinal de Rio Seco se pueden explicar considerando las siguientes circunstancias: (1) La altura de los escarpes decrece rápidamente debido a la agradación en el bloque hundido, ya que los escarpes a contrapendiente actúan como trampa de sedimentos. (2) Los escarpes de falla investigados han sido generados por múltiples eventos de desplazamiento, tal y como revela la interpretación de las trincheras. Los datos presentados indican que el aspect ratio puede depender en gran medida no sólo del origen de los escarpes de falla, sino también de si la altura de los escarpes es modificada por procesos de erosión o agradación, y de si estos escarpes son el resultado de un solo evento o de varios eventos (Dawers et al., 1993). Se han excavado tres trincheras en depresiones asociadas a escarpes a contrapendiente. En una de ellas se ha expuesto una semifosa, mientras que en las otras dos presentaban una estructura más compleja de horst y graben. La estructura de estas últimas puede ser interpretada como una semifosa con un keystone graben y un horst asociados a la falla principal. En las tres trincheras, la presencia de fisuras y de brechas de falla muy dilatadas indican una componente de desplazamiento horizontal importante. Las dataciones obtenidas mediante C14 (AMS) a partir de muestras tomadas en las unidades basales del relleno indican que las tres depresiones investigadas poseen una edad holoceno tardío (3.5- 3.4 ka en la Trinchera 1, 3.3-3.1 ka en la Trinchera 2 and 2.5-2.3 ka en la Trinchera 3). Es muy probable es que la edad real de las depresiones no sea mucho más antigua que las edades obtenidas, dada la alta tasa de sedimentación esperable en este contexto geomorfológico, con pendientes pronunciadas y un drenaje obturado. Utilizando el desplazamiento vertical acumulado mínimo medido en las trincheras y la edad mínima de las depresiones, hemos estimado un rango de tasa aparente de desplazamiento vertical de 0.6 a 1 mm/año. Estos valores de velocidad de desplazamiento vertical son significativamente mayores que los estimados para fallas normales de origen tectónico en la Cordillera Ibérica (Gutiérrez et al., 2008a). EL NRC (1999, pags. 2-90) indica que la mayoría de las fallas relacionadas con procesos de disolución se desplazan de forma progresiva. Sin embargo, las relaciones estratigráficas y estructurales observadas en las trincheras 2 y 3 registran eventos puntuales de desplazamiento. Las evidencias de desplazamiento episódico incluyen planos de rotura truncados por unidades estratigráficas, cuñas coluviales y discordancias angulares. Por el contrario, las relaciones geométricas de la trinchera 1 son más ambiguas, pudiendo ser Estudio de estructuras gravitacionales asociadas a la karstificación de evaporitas mediante la técnica del trenching 44 Late Holocene evolution of playa lakes in the central sector of the Ebro Depression based on geophysical surveys and morpho-stratigraphic analysis of lacustrine terraces. Geomorphology, submitted. Hanson, K.L., Kelson, K.I., Angell, M.A. and Lettis, W.R (eds.) 1999. Techniques for identifying faults and determining their origins. 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