Lithosferic structure of the Western Betic cordillera and its foreland: Implications in the recent tectonic evolution
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Ana Ruiz Constan
2010-A
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La Cordillera Bética occidental es una región de gran interés para los estudios de tectónica reciente, ya que se sitúa en la parte noroccidental del Arco de Gibraltar, y permite comprender la evolución del Mediterráneo occidental en el marco de la interacción entre las placas Euroasiática y Africana. Se han estudiado dos transversales completas que atraviesan los principales dominios geológicos, desde las Zonas Internas, a través de las Zonas Externas, Cuenca del Guadalquivir y hasta el Macizo Ibérico. Se han analizado en detalle algunos sectores: el frente montañoso (Morón de la Frontera-Puebla de Cazalla), la mayor cuenca Neógena intramontañosa (Cuenca de Ronda) y otras zonas sismogénicas (Cañete la Real y zona de sismicidad intermedia de Málaga).
Con la finalidad de determinar la geometría de las estructuras litosféricas y su actividad reciente se han combinado distintas técnicas geológicas y geofísicas. Los resultados obtenidos a partir de los sondeos magnetotelúricos de largo periodo proporcionan la primera información acerca de las direcciones de anisotropía eléctrica del manto en el Mediterráneo occidental. La parte superior del manto litosférico está caracterizada por direcciones casi ortogonales bajo la Cordillera Bética (N-S) y el Macizo Ibérico (E-O). Sin embargo, a niveles más profundos del manto, el strike permanece constante en una dirección N-S para todas las estaciones de ambos dominios geológicos.
Los datos proporcionados por los sondeos magnetotelúricos de banda ancha permiten precisar la estructura litosférica. La imagen de resistividad de la corteza revela la existencia de un cuerpo conductor que buza hacia el SE, a niveles medios de la corteza, bajo la parte sur del perfil. La forma del cuerpo refleja la continuación de la corteza continental del Macizo Ibérico bajo la Cordillera Bética occidental y su prolongación bajo el Mar de Alborán. Esta geometría también está sustentada por datos gravimétricos y de distribución de la sismicidad.
Además, el análisis de mecanismos focales de terremotos, que proporciona información sobre los esfuerzos actuales en el área, ha sido complementado mediante el estudio geológico de campo de las deformaciones frágiles. Se ha determinado un esfuerzo compresivo NO-SE, con inclinación variable, condicionado por las estructuras locales dominantes: hacia el NO bajo el frente montañoso y hacia el SE en la zona de sismicidad intermedia del Mar de Alborán, paralelo al buzamiento de la laja que subduce. Los mecanismos focales de falla inversa evidencian que el frente montañoso noroccidental es el único que permanece activo en la Cordillera Bética, debido a su orientación favorable respecto a la convergencia actual de las placas Euroasiática y Africana. Las estructuras tectónicas activas indican una partición de la deformación, con compresión NO-SE y cabalgamientos en profundidad, extensión en superficie y la existencia de fallas de transferencia con cinemáticas opuestas en el borde NE de la cuña. Esto produce perturbaciones locales con compresiones NE-SO y compresiones aparentemente inconsistentes (NNE-SSO y ONO-ESE) asociadas a fallas de transferencia NO-SE.
En este contexto, la cuenca neógena de Ronda se elevó y fue transportada hacia el NO como una cuenca de tipo piggy-back. Desde el Mioceno superior, la cuenca ha sido ligeramente deformada mediante pliegues con ejes casi ortogonales, sin vergencia definida y geometrías en caja, relacionados con la acumulación de rocas triásicas de comportamiento plástico y baja densidad.
Aunque se han propuesto diferentes modelos geodinámicos para explicar la evolución reciente de la Cordillera Bético-Rifeña y Mar de Alborán, los nuevos datos parecen favorecer los modelos de subducción hacia el E con rollback durante el Mioceno inferior-medio. En la actualidad, la deformación en el frente montañoso está localizada en el segmento noroccidental del Arco de Gibraltar y se propaga hacia el sur, bajo el Mar de Alborán, mediante la zona de subducción continental, que representa el único segmento activo heredado de la subducción miocena.
The western Betic Cordillera is a region of great interest for recent tectonic studies due to its location in the westernmost part of the Gibraltar Arc, a key area for understanding the evolution of the westernmost Mediterranean in the framework of Eurasian-African plate interaction. This study surrounds the analysis of two complete transects crossing the main geological domains (from the Internal Zones, across the External Zones and the Guadalquivir Basin, up to the Iberian Massif foreland) together with additional detailed research of the mountain front (Morón de la Frontera-Puebla de Cazalla area), the largest intramontane outcrop of neogene sediments (Ronda Basin), and other seismogenic regions (Malaga intermediate seismicity and Cañete la Real area).
Geological and geophysical research efforts have been combined to determine the geometry of lithospheric structures and their recent activity. Long-period magnetotelluric results provide the first electrical anisotropy data of the western Mediterranean mantle. Geoelectrical analysis of the uppermost mantle establishes nearly orthogonal strikes below the Betic Cordillera (N-S) and the Iberian Massif (E-W). However, at deeper mantle levels, the strike remains constant in a N-S direction for all the stations in both geological domains.
Broadband magnetotelluric data afford additional constraints to the lithospheric structure. The crustal resistivity image reveals a deep conductive southward dipping body at midcrustal levels beneath the southern part of the profile. The shape of the body points to a continuation of the continental Iberian Massif crust below the western Betic Cordillera and its prolongation below the northern Alborán Sea, as supported by gravity data and seismicity distribution.
Furthermore, analysis of the earthquake focal mechanisms provides information about the present day stress in the area and its relation to the main structures, which may be complemented by the study of brittle deformations. There is a regional NW-SE maximum compressional stress field, with variable plunge due to the locally dominant structures: northwestward in deeper levels of mountain front, then becoming southeastward along the intermediate seismogenic zone of the Alborán Sea, parallel to the continental subducting slab. Earthquake thrust fault focal mechanisms evidence that the northwesternmost mountain front is the only one to remain active in the arched Betic Cordillera, owing to its favourable orientation with respect to the present-day convergence of the Eurasian-African plates. The active tectonic structures are partitioned, thus indicating NW-SE oriented compression and thrusting at depth,
extension at surface, and the presence of transfer faults with opposite kinematics at the northeastern boundary. They produce local perturbation of the stress field in terms of NE-SW compression or apparently inconsistent NNE-SSW and WNW-ESE compressions associated with NW-SE oriented transfer faults.
In this context, the Neogene Ronda basin underwent recent uplift and northwestward transport and may represent a piggy-back basin. The basin was slightly deformed since the Late Miocene by folds with nearly orthogonal axes, no dominant vergence and box geometries, related to the location of plastic low-density Triassic rocks.
Although many geodynamic models have been proposed for the recent evolution of this region, the new data gathered together here would seem to favour the presence of an eastward dipping subduction zone-rollback model occurring during the Early-Middle Miocene evolution of the Betic-Rif-Alborán area. At present, deformation at mountain front propagates southwards up to the continental subducting slab in the Alborán Sea, which may represent the last active remaining segment of the inherited Miocene subduction.
PART I
1. Introduction 1
1.1. Geographical setting 2
1.2. Geological setting 3
1.2.1. Iberian Massif 4
1.2.2. Betic Cordillera 5
A) External Zones 5
B) Flysch 8
C) Internal Zones 9
1.2.3. Neogene basins 13
A) Guadalquivir foreland basin 13
B) Ronda Basin 15
1.3. Previous geophysical studies 18
1.3.1. Gravity research 18
1.3.2. Magnetic research 21
1.3.3. Seismic research 22
A) Deep seismic refraction 22
B) Deep seismic reflection 23
C) Seismic tomography 24
D) Seismicity distribution, earthquake focal mechanisms 25
and present-day stresses
1.3.4. Magnetotelluric research 27
1.3.5. Heat flow 29
1.3.6. Rheological models 30
1.4 Geodetic studies 30
1.5. Recent tectonic evolution of the Gibraltar Arc 33
2. Aims 37
3. Methodology 39
3.1. Geological Methods 39
3.1.1. Field geological studies 39
3.1.2. Paleostress determination 40
3.2.Geophysical Methods 41
3.2.1. Gravity 41
3.2.2. Magnetotelluric 44
3.2.3. Seismicity 44
A) Seismicity distribution 47
B) Earthquake focal mechanisms and present-day stresses 48
PART II
Outline 53
4. Deep deformation pattern from electrical anisotropy in an active arched orogen 55
(Betic Cordillera, western Mediterranean)
4.1. Introduction 56
4.2. Geodynamic setting 56
4.3. Previous deep seismic anisotropy studies 58
4.4. New MT data 59
4.5. Discussion and conclusions 60
Acknowledgements 62
Appendix A 63
Appendix B 64
5. Crustal structure, recent and active deformation and stress in the frontal part of a 65
continental collision: a northwestern Betic Cordillera transect
5.1. Introduction 66
5.2. Geological and Geophysical setting 67
5.3. Resisitivity data 70
5.3.1. Magnetotelluric sounding methodology and data acquisition 70
5.3.2. Geological interpretation of resistivity data 71
5.4. Gravity data 72
5.4.1. Methodology and acquisition of new gravity data 72
5.4.2. Gravity modeling and crustal structure 72
5.5. Seismicity distribution 74
5.6. Earthquake focal mechanisms 75
5.7. Geological and geomorphological evidence of recent deformations 78
5.8. Discussion 79
5.9. Conclusions 82
Acknowledgements 82
Appendix A 83
6. Is the northwestern Betic Cordillera mountain front active in the context of the 85
convergent Eurasia-Africa plate boundary?
6.1. Introduction 86
6.2. Geological setting 87
6.3. Seismicity distribution, earthquake focal mechanisms and stress field 88
6.4. Recent deformation and paleostresses in the NW mountain front 90
6.5. Discussion and conclusions 93
Acknowledgements 95
7. Gravity anomalies and orthogonal box fold development on heterogeneous basement 97
in the Neogene Ronda Depression (western Betic Cordillera)
7.1.Introduction 98
7.2. Geological setting 99
7.3. Orthogonal folds in the Ronda Depression 101
7.4. Gravity anomaly and deep structure 105
7.5. Discussion 107
7.6. Conclusions 110
Acknowledgements 111
PART III
8. Implications of the lithospheric structure and recent deformations of the western 115
Betic Cordillera in geodynamic models
8.1 Methodological aspects 115
8.2. Main features of the Neogene-Quaternary geodynamic evolution of 117
the Betic Cordillera
9. Conclusions 121
9.1. Lithospheric mantle structure 121
9.2. Crustal structure, seismicity distribution and present day stress at the 122
San Pedro de Alcántara-Castilblanco de los Arroyos transect
9.3. Seismicity distribution and present day stress in the northwestern mountain 123
front
9.4. Surface and shallow crustal structure of the Neogene Ronda Basin 124
9.5 Contribution to geodynamic models 125
9. Conclusiones 127
9.1. Estructura del manto litosférico 127
9.2. Estructura cortical, distribución de la sismicidad y campo de esfuerzos actual 128
a lo largo de la transversal de San Pedro de Alcántara-Castilblanco de los Arroyos
9.3. Distribución de la sismicidad y estado de esfuerzos actual en el frente NO de 129
la Cordillera Bética
9.4. Estructura cortical superficial de la Cuenca Neógena de Ronda 130
9.5 Contribución a los modelos geodinámicos 132
10. Future perspectives 133
References 135
This chapter summarizes the main findings obtained through the geophysical and geological research accomplished in this Ph.D. Thesis, starting with the results related to deep mantle structures, followed by crustal structures, to finally deal with the recent and active deformations, and so offer a full view of the recentmost tectonic evolution of the western Betic Cordillera.
9.1. Lithospheric mantle structure
Results from long-period magnetotelluric soundings in the western Betic Cordillera and SW Iberian Massif provide the first lithospheric electrical anisotropy data in the northern branch of the Gibraltar Arc and reveal the main trends of mantle deformation structures. These geoelectric anisotropy data are probably related to the olivine elongations produced during mantle deformations. The geoelectrical strike determined is consistent in each geological domain and reveals a roughly layered structure. The strikes obtained are, in short:
▪ The deep lithospheric mantle of the whole region is characterized by a N-S strike revealed by low magnitude induction arrows pointing to the west (~104 s period).
▪ In the lower crust and uppermost lithospheric mantle, the strike is N-S in the Betic Cordillera, as reflected by westward induction arrows that are very large in magnitude. Meanwhile, in the Iberian Massif the strike is E-W, roughly orthogonal to the Betic Cordillera results, with the induction arrows pointing to the S (~103 s to ~10 s periods).
▪ Below the Guadalquivir Basin, a NE-SW strike reveals a sharp transition zone between the two domains.
▪ Between ~103 and ~104 s the magnitude of the induction arrows dramatically decreases, especially below the Betic Cordillera.
The homogeneous N-S strike revealed at deeper lithospheric mantle levels below both geological domains may be a ‘frozen’ tectonic feature. It could be related to Prealpine plate kinematics, or to the opening of the northern Atlantic Ocean.
Electrical anisotropy trends in the uppermost mantle of western Betics (~10-103s periods) may be related to the westward emplacement of the Internal Zones during the Oligocene and Early-Middle Miocene. Dominant pure shear mechanisms along the front of the tectonic arc, related to the E-W shortening, could produce N-S strikes in the uppermost lithospheric mantle. At the Iberian Massif foreland, the combination of pure and simple shear deformation, related to the westward lateral displacement of the Internal Zones, would condition the E-W electrical anisotropy strikes. A sharp transition between both geological domains is revealed by the NE-SW strike obtained below the Guadalquivir foreland Basin.
The induction arrows show a southward increase in their magnitude from the Iberian Massif foreland up to the Internal Zones of the Betic Cordillera. In such a setting, the most probable origin of this pattern would be conditioned by the increase of deformation towards the inner part of the orogen.
Disagreement between mantle seismic and electrical anisotropy directions could, furthermore, be conditioned by the different depth ranges studied under the two methods, which take into consideration different physical properties.
The anisotropy pattern evidenced is better supported by an eastward dipping subduction zone-rollback model occurring during the Early-Middle Miocene evolution of the region. If delamination occurred, irregular or radial anisotropy directions with respect to the arc curvature due to the flow of asthenosphere replacing the removed mantle can be expected. This feature was not indicated by resistivity data, at least not below the studied sector, where regular N-S strike patterns are detected at deeper levels. In a subduction setting, on the other hand, the lithospheric mantle would only be intensely affected towards the east, where the anomalous Alborán Sea mantle is located. However, the deep mantle below western Betic Cordillera preserves its older ‘frozen’ structure, showing an anisotropy trend similar to the Iberian Massif mantle.
9.2. Crustal structure, seismicity distribution and present day stress at the San Pedro de Alcántara-Castilblanco de los Arroyos transect
The broadband magnetotelluric profile running from San Pedro de Alcántara (Málaga Coast) to Castilblanco de los Arroyos (Sierra Morena) reveals a heterogeneous resistivity structure in the upper crust. Conductive bodies located at shallow levels are related with the sedimentary infill of the Ronda and Guadalquivir basins. In contrast, large resistivity bodies at the northern and southern boundaries of the profile are respectively related to granitic bodies cropping out in the Iberian Massif foreland and limestones of the Internal Zones frontal units.
At middle crustal levels, a deep conductive southward dipping body in the southern edge of the profile may correspond to basic igneous rocks intruded in the Iberian Massif crust. This geometry could point to the southward continuation of the continental Iberian Massif crust below the western Betic Cordillera and the northern Alborán Sea. Further geophysical data, including gravity and seismicity distribution, come to support this geometry.
Intermediate seismicity below the Málaga coast and the northern margin of the Alborán Sea shows a SE-dipping pattern, reaching depths of 120 km, with a seismic gap between 25 and 60 km that could be related with a low seismic velocity wedge corresponding to the Alborán Sea anomalous mantle.
The stress tensors determined from earthquake focal mechanisms might be clustered in several seismotectonic domains to arrive at a better understanding of the area:
▪ At shallow depths, maximum stress has a generally NW-SE horizontal trend subparallel to plate convergence. There are also local perturbations revealing N-S compression, probably due to stress release permutations or block interaction.
▪ A general NW-SE inclined compressional axis orientation is determined at intermediate depths, but with differences between the external and the internal part of the seismogenic zone. The inner part is in down-dip compression, whereas the outer part is under extension along the NE-SW strike. The parallelism of the major compressive axis with the slab dip supports its forced subduction into the mantle, as a consequence of the stress propagation along this rigid continental body. On the other hand, the arcuate character of the Betic-Rif Cordillera and the limited lateral continuity of the subduction zone may favor the along-strike extension.
9.3. Seismicity distribution and present day stress in the northwestern mountain front
Very shallow seismicity has been registered at the Morón de la Frontera-Puebla de Cazalla area, indicating a N-NW progressive shallowing of the active structures from the Internal Zones until reaching the mountain front. The active thrusts do not reach the surface, but may be related to NE-SW folds associated with blind thrusts at the mountain front. Unusual NE-SW compression is locally observed near the mountain front, at the NE edge of the orogenic wedge. This stress is most likely a consequence of the permutation of the regional NW-SE compression, favored by the close magnitudes of maximum and intermediate stress axes. Moreover, this situation could be influenced by local stress disturbances at the corner of the indenting orogenic wedge that would possibly reorient the principal stress directions.
A remarkable seismic gap east of the Moron seismic maximum, with a very straight NW-SE boundary, coincides with the presence of huge masses of ductile sediments belonging to the Subbetic Chaotic Complexes. This boundary is characterized by strike-slip earthquake focal mechanisms showing opposite kinematics, which may be related to NW-SE transfer faults parallel to the plate convergence. These faults could accommodate differential shortening between individual sectors.
Brittle deformation in Middle-Late Miocene sediments of the southern border of the Guadalquivir basin is very intense. NNE-SSW subvertical fault planes with a main strike-slip component are predominant, although NW-SE faults are also very common.
Paleostress analysis of the field data suggests a roughly N-S to NW-SE extension since the Middle Miocene. The apparent inconsistency between seismic deformation and geological field data may be explained by wedge thickening that produces shortening at depth coeval with extensional collapse at the uppermost levels, in roughly the same direction.
In sum, the northwesternmost mountain front is the only one that remains active in the arched Betic Cordillera, owing to its favorable orientation with respect to the present-day convergence of the Eurasian-African plates. The active tectonic structures are partitioned, thus indicating a NW-SE oriented compression and thrusting at depth, extension at surface, and the presence of transfer faults with opposite kinematics in its northeastern boundary. In the eastern and central Betics, active deformation and seismicity mainly affect the Internal Zones, and the topographic mountain front may represent a relict structure developed during Early and Middle Miocene.
9.4. Surface and shallow crustal structure of the Neogene Ronda Basin
The Neogene sediments of the Ronda Depression are mainly deformed by folds with nearly orthogonal axes, no dominant vergence, and featuring box geometries, essentially located in the southern and southwestern parts of the depression. In addition, it is possible to identify minor open folds with metric wave length and the same orientation as the Salinas antiform, and very scarce faults with short slip. These minor folds are fundamentally located in the crest zone of the Salinas Fold and deform the calcarenites of Setenil Formation.
The Ronda depression is slightly deformed, suggesting that it mainly underwent uplift and northwestward transport since the Late Miocene, as a piggy-back basin. Most of the folds affecting the Late Miocene infill are not in continuity with the basement folds, because basal unconformity is undeformed at the boundaries. Thus, folds deforming the sedimentary infill can be considered local, restricted to the Ronda Basin, and may not be used to date the regional deformation stages.
Gravity data acquired in the depression reveal the distinctive nature of the basement. Subbetic limestones are identified continuously from the southern border of the depression up to its central part. Northwards of the Salinas antiform, high density kilometric blocks attributed to limestones of the Subbetic units are involved in a low-density matrix. Two gravity minima with NE-SW elongated shapes show trends similar to those of the basement folds of the southern part of the basin. The northwestern minimum may be conditioned by the location of the Triassic rocks under the undeformed sedimentary infill, whereas the southeastern minimum coincides with the core of the Las Salinas antiform.
In order to better understand the unusual location of the gravity minima over the higher reliefs of the basin, the following tectonic evolution is proposed:
▪ During a post-Early Burdigalian deformation event, a compressional deformation stage affected the basement of the Ronda Basin and produced a NE-SW oriented fold and thrust belt as a consequence of the NW-SE Eurasian-African plate convergence.
During this stage, in the core of the NW vergent folds, an accumulation of plastic low density Triassic rocks takes place.
▪ During a Late Tortonian-Late Messinian stage, marine sediments of the Ronda Depression were deposited in a progressive unconformity over the Salinas antiform.
▪ Since the Late Miocene, the Ronda Depression may be considered a northward moving piggy-back basin, having undergone uplifting, evidenced by the elevation of the unconformable Tortonian-Messinian marine sediments, but scarce tectonic deformation. The removilization and uplift of previous thick Triassic rock accumulations could produce the development of box-fold geometries without predominant vergence, while the coetaneous development of the orthogonal Sanguijuela fold was determined by the competent southern border of the basin, which acted as a backstop. Both folds are connected along an area of highly curved crest line showing none of the typical dome and basin interference structures that are generally seen in orthogonal trending folds.
9.5. Contribution to geodynamic models
Geological and geophysical data presented in this Ph.D. Thesis are better supported by an eastward dipping subduction zone-rollback model occurring during the Early-Middle Miocene evolution of the Betic-Rif-Alborán area. Other geodynamic mechanisms in eastern regions may also have occurred, such as delamination, although they are not evidenced in this research.
Since the Late Miocene, a typical piggy-back deformation takes place in the northwestern transect of the Betic Cordillera. Recent and active structures, underlined by seismicity, are mainly concentrated at shallow crustal levels in the mountain front and the External Zones of the orogenic wedge. The compressional deformation progressively affects deeper crustal levels towards the Internal Zones, while shallow structures become inactive and the Cordillera undergoes uplift. This deep crustal thrust zone is finally in continuity with the continental subduction associated with intermediate seismicity in the Alborán Sea, the last active segment that remains active from inherited Miocene subduction.
Conclusiones
En este capítulo se resumen los principales resultados de esta Tesis Doctoral obtenidos a partir de diferentes datos geológicos de campo y geofísicos. En primer lugar, se describirán los resultados relacionados con la estructura tanto del manto como de la corteza. Finalmente, se detallarán las deformaciones recientes y activas, para poder obtener una visión completa de la evolución mas reciente de la Cordillera Bética occidental.
9.1. Estructura del manto litosférico
Los resultados obtenidos mediante sondeos magnetotelúricos de largo periodo en la Cordillera Bética occidental y la región suroccidental del Macizo Ibérico, proporcionan los primeros datos de anisotropía eléctrica de la rama norte del Arco de Gibraltar y revelan las principales orientaciones de las estructuras de deformación. La anisotropía eléctrica está relacionada con la elongación de minerales como el olivino producida durante los procesos de deformación en el manto. La dirección geoeléctrica determinada (strike) es congruente en cada dominio geológico y revela una estructura estratificada en algunos sectores. A continuación se describen sus principales características:
▪ El manto litosférico más profundo investigado está caracterizado por un strike
N-S en toda la región, determinado por vectores de inducción de pequeña magnitud que apuntan hacia el oeste (periodos ~104 s).
▪ En la corteza inferior y la parte superior del manto litosférico, el strike de la Cordillera Bética es N-S, remarcado por la existencia de vectores de inducción de gran magnitud que apuntan hacia el oeste. En el Macizo Ibérico, sin embargo, el strike es de dirección E-O, con flechas de inducción que apuntan hacia el S (periodos entre ~103-10 s).
▪ Bajo la Cuenca del Guadalquivir se produce la transición entre ambos dominios, con una orientación NE-SO de la anisotropía eléctrica.
▪ Entre ~103 y ~104 s la magnitud de los vectores de inducción decrece sustancialmente, en especial bajo la Cordillera Bética.
El strike N-S determinado para los niveles más profundos del manto litosférico bajo ambos dominios geológicos debe ser una característica tectónica relicta, probablemente relacionada con movimientos pre-alpinos de las placas tectónicas o con la apertura del Atlántico Norte.
Las direcciones de anisotropía en el manto superior de la Cordillera Bética occidental (periodos comprendidos entre ~10-103s) deben estar relacionadas con el desplazamiento hacia el oeste de las Zonas internas durante el Oligoceno y Mioceno inferior y medio. Mecanismos de cizalla pura a lo largo del frente del arco tectónico, relacionados con el acortamiento E-O, podrían producir strikes N-S la parte superior del manto litosférico. En el Macizo Ibérico, la combinación de mecanismos de cizalla simple y cizalla pura, relacionados con el emplazamiento hacia el oeste de las Zonas Internas, condicionaría la existencia de direcciones E-O de anisotropía. Entre ambos dominios geológicos existe una transición brusca, determinada por la existencia de strikes NE-SO bajo la Cuenca de antepaís del Guadalquivir.
La magnitud de los vectores de inducción se incrementa desde el Macizo Ibérico hasta las Zonas Internas de la Cordillera Bética. En este contexto, el origen más probable de este incremento debe estar relacionado con la mayor deformación observada en las zonas mas internas del orógeno.
Las incongruencias entre las direcciones de anisotropía eléctrica y sísmica deben estar condicionadas por los diferentes rangos de profundidades estudiadas por ambos métodos, que consideran diferentes propiedades físicas.
Las diferentes direcciones de anisotropía eléctrica determinadas para la región están bien sustentadas por el modelo de subducción y rollback hacia el oeste propuesto para la evolución de la cordillera durante el Mioceno inferior y medio. En el caso de que hubieran ocurrido procesos de delaminación, la pauta que se esperaría observar sería irregular o radial con respecto a la curvatura del arco, en relación con el flujo astenosférico que reemplazaría el manto previamente desplazado. Sin embargo, estas características no se han advertido en el sector, ya que en los niveles más profundos se observan direcciones de anisotropía N-S muy regulares. Por otro lado, en un contexto de subducción, el manto litosférico sólo sería afectado intensamente hacia el este, donde se encuentra el manto anómalo del Mar de Alborán.
9.2. Estructura cortical, distribución de la sismicidad y campo de esfuerzos actual a lo largo de la transversal de San Pedro de Alcántara-Castilblanco de los Arroyos
El perfil magnetotelúrico de banda ancha realizado entre San Pedro de Alcántara (costa de Málaga) hasta Castilblanco de los Arroyos (Sierra Morena) muestra la estructura heterogénea de la corteza superior. Los cuerpos conductores observados en superficie reflejan la continuidad en profundidad de las cuencas Neógenas del Guadalquivir y de Ronda. Por otra parte, los grandes cuerpos resistivos, localizados en los bordes del perfil, muestran la presencia de cuerpos graníticos en el Macizo Ibérico y de calizas de las unidades frontales de las Zonas Internas, respectivamente.
En el borde sur del perfil, a niveles medios de la corteza, se observa un cuerpo conductor que buza al SE y que puede corresponderse con rocas ígneas básicas intruidas en la corteza del Macizo Ibérico. Esta geometría podría estar relacionada con la subducción hacia el SE de la corteza continental del Macizo Ibérico bajo la Cordillera Bética occidental y el borde norte del Mar de Alborán. Otros datos geofísicos, tales como anomalías gravimétricas y distribución de la sismicidad, también avalan esta geometría.
La zona con sismicidad intermedia es más profunda hacia el SE, bajo la costa de Málaga y el margen norte del Mar de Alborán, donde alcanza profundidades de 120 kilómetros. Entre 25 y 60 km se localiza una zona asísmica que podría estar relacionada con la zona de baja velocidad sísmica del manto anómalo del Mar de Alborán.
Los tensores de esfuerzos determinados a partir de mecanismos focales de terremotos pueden ser agrupados en varios dominios sismotectónicos:
▪ En la parte alta de la corteza, el máximo esfuerzo compresivo es generalmente horizontal y de dirección NO-SE, subparalelo a la convergencia de placas. Se detectan también algunas perturbaciones locales que indican compresión N-S, probablemente debido a permutaciones de los esfuerzos o interacción entre bloques.
▪ A profundidades intermedias se ha determinado una compresión NO-SE inclinada, pero con diferencias entre la parte externa e interna de la zona sismogénica. En la parte interior el eje es subparalelo a la inclinación de la laja, mientras que en la parte exterior la extensión esta orientada NE-SO paralela a la dirección. El paralelismo del máximo esfuerzo con el buzamiento de la laja marcaría su subducción forzada en el manto, como consecuencia de la propagación de los esfuerzos a lo largo del bloque de corteza continental. Por otro lado, el carácter arqueado de la Cordillera Bético-Rifeña y la limitada continuidad lateral de la zona de subducción favorecerían la extensión en la dirección de la laja.
9.3. Distribución de la sismicidad y estado de esfuerzos actual en el frente NO de la Cordillera Bética.
En el área de Morón de la Frontera-Puebla de Cazalla se registra sismicidad muy superficial que indicaría la progresiva somerización de las estructuras activas hacia el
N-NO desde las Zonas Internas hasta alcanzar el frente montañoso. Los cabalgamientos activos no cortan la superficie, pero su expresión superficial debe corresponder a los pliegues NE-SO que deforman hasta la topografía. En el borde NE de la cuña orogénica se observa una dirección de compresión NE-SO inusual en la región, que puede ser consecuencia de la permutación de la dirección de compresión NO-SE, favorecida por la similar magnitud de los ejes de esfuerzo máximo e intermedio. Además, esta situación podría deberse a perturbaciones locales en el borde de la cuña orogénica indentada que produjera la reorientación de las principales direcciones de esfuerzo.
Al este del máximo sísmico localizado en Morón de la Frontera existe una región con una inusual ausencia de terremotos que coincide con el afloramiento de grandes masas de sedimentos con un comportamiento plástico de los Complejos Caóticos Subbéticos. Este límite está caracterizado por mecanismos focales de terremotos de falla de salto en dirección con cinemática opuesta, que deben estar relacionados con fallas transfers paralelas a la convergencia de placas. Estas fallas acomodarían el acortamiento diferencial entre sectores individuales.
La deformación frágil de los sedimentos del Mioceno medio-superior que afloran en el borde sur de la Cuenca del Guadalquivir es muy intensa. Las fallas predominantes son subverticales de orientación NNE-SSO y con una componente principal de salto en dirección dextra, aunque también son muy comunes las fallas de dirección NW-SE sinistras. El análisis de paleosfuerzos a partir de los datos de campo sugiere una dirección de extensión N-S a NO-SE desde el Mioceno medio. La aparente inconsistencia entre los datos sísmicos y geológicos se explicaría mediante el engrosamiento cortical de la cuña orogénica que produciría acortamiento en profundidad, coetáneo y en la misma dirección que el colapso extensional de los niveles superiores.
En resumen, el frente montañoso noroccidental es el único que continua activo en la Cordillera Bética, debido a su orientación favorable debido a la curvatura del arco con respecto a la actual dirección de convergencia entre las placas Euroasiática y Africana. Existe una partición de las estructuras activas, que indicaría la existencia de cabalgamientos con una dirección de compresión NO-SE en profundidad, extensión en superficie y la existencia de fallas transfer con cinemática opuesta en su borde nororiental. En la Cordillera Bética central y oriental, la deformación activa y la sismicidad afectan principalmente a las Zonas Internas y el frente montañoso topográfico representaría una estructura relicta desarrollada durante el Mioceno inferior y medio.
9.4. Estructura cortical superficial de la Cuenca Neógena de Ronda
Los sedimentos de la Cuenca Neógena de Ronda están deformados fundamentalmente por pliegues con ejes casi perpendiculares, sin vergencia predominante y geometrías en caja, esencialmente localizados en la parte sur y suroccidental de la depresión. Además, es posible identificar escasas fallas con saltos pequeños y pliegues menores con longitud de onda métrica y la misma orientación que el pliegue de las Salinas. Estos pliegues menores se localizan en la zona de cresta del pliegue de las Salinas y deforman las calcarenitas de la Formación Setenil.
La escasa deformación de la Depresión de Ronda sugiere que desde el Mioceno superior ha sido elevada y transportada hacia el NW como una cuenca piggy-back. La mayoría de los pliegues que deforman los sedimentos del Mioceno superior no están en continuidad con los que afectan al basamento, ya que la discordancia basal no está deformada en los bordes. Por tanto, los pliegues que afectan al relleno sedimentario tienen un carácter local, restringido a la Cuenca de Ronda y no pueden ser usados para datar etapas de deformación regional.
Los datos gravimétricos adquiridos en la depresión revelan la diferente naturaleza de su basamento. Las calizas subbéticas se reconocen de forma continua desde el borde meridional de la depresión hasta su parte central. Hacia el N del antiforme de las Salinas se detecta la existencia de bloques de alta densidad atribuidos a calizas del Subbético englobadas en una matriz de baja densidad. Dos mínimos gravimétricos elongados NE-SO muestran similar orientación que los pliegues del basamento de la parte meridional de la cuenca. El mínimo situado al NO debe estar generado por la presencia de rocas triásicas de baja densidad bajo el relleno sedimentario, mientras que el mínimo situado al SE coincide con el núcleo de la antiforma de las Salinas.
Los resultados obtenidos sugieren la siguiente evolución tectónica:
▪ Durante una etapa de deformación post-Burdigaliense inferior, un evento compresivo afectó al basamento de la Cuenca de Ronda y generó los pliegues de orientación NE-SO del cinturón de pliegues y cabalgamientos como consecuencia de la convergencia de placas de dirección NO-SE. Durante esta etapa, en el núcleo de los pliegues vergentes al NO se produjo la acumulación de rocas Triásicas de baja densidad y comportamiento plástico.
▪ Durante el Tortoniense superior- Messiniense superior, los sedimentos marinos de la Depresión de Ronda fueron depositados en una discordancia progresiva sobre el antiforme de las Salinas.
▪ Desde el Mioceno superior, la Depresión de Ronda puede ser considerada una cuenca de tipo piggy-back elevada y transportada hacia el NO, debido a que los sedimentos marinos de edad Tortoniense-Messiniense de la cuenca están topográficamente elevados pero comparativamente poco deformados. La removilización y levantamiento de las rocas triásicas previamente acumuladas podría producir el desarrollo de un pliegue con geometría en caja, sin vergencia predominante, de forma simultánea al desarrollo del pliegue ortogonal de la Sanguijuela, determinado por la presencia de un borde sur competente que actúa como contrafuerte. Ambos pliegues están conectados a lo largo de una zona de cresta curva que no muestra ninguna de las típicas interferencias en domos y cubetas que se observan generalmente en regiones con pliegues perpendiculares superpuestos.
9.5. Contribución a los modelos geodinámicos
Los datos geológicos y geofísicos que se presentan en esta Tesis Doctoral favorecen un modelo de subducción con rollback hacia el oeste durante la evolución de la Cordillera Bético-Rifeña y el Mar de Alborán en el Mioceno inferior y medio. No obstante, otros modelos geodinámicos que incluyan delaminación podrían producirse en áreas más orientales pero no se evidencian en este estudio.
Desde el Mioceno superior, la secuencia de deformación en la transversal NO de la Cordillera Bética es de tipo piggy-back. Las estructuras recientes y activas, resaltadas por la sismicidad, están principalmente concentradas en niveles corticales superficiales del frente montañoso y de las Zonas Externas de la cuña orogénica. Hacia las Zonas Internas, la deformación compresiva afecta progresivamente niveles mas profundos de la corteza mientras que las estructuras superficiales son inactivas y la cordillera es elevada. Esta zona de cabalgamientos corticales está en continuidad con la subducción continental asociada a la sismicidad intermedia del Mar de Alborán, último segmento activo heredado de la subducción Miocena.