Análisis de series temporales en estaciones permanentes GPS
Resumen Abstract Índice Conclusiones
García Cañada, Laura
2016-A
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El extremo occidental de la Cordillera Bética está situado al noroeste del Arco de Gibraltar, un orógeno arqueado formado por la interacción de las placas Euroasiática y Africana y el Dominio de Alborán entre ambas. Constituye una región fundamental para el conocimiento de la evolución alpina del Mediterráneo occidental. Este trabajo de investigación comprende el análisis de la estructura cortical del extremo occidental de la Cordillera Bética y su antepaís así como la actividad actual del frente montañoso en esta región. Además, aporta nuevos datos para la discusión de los modelos de evolución del Arco de Gibraltar propuestos hasta el momento. La integración de datos geológicos, geofísicos y geodésicos ha sido fundamental para conseguir este objetivo, dada la complejidad de la estructura de la zona y la escasez de afloramientos de calidad.
El análisis de anomalías magnéticas a lo largo de varios perfiles que cortan el principal dipolo magnético de la parte suroccidental de la Península Ibérica ha permitido definir la geometría del Complejo Alcalino de Monchique. Este cuerpo aflora al Suroeste de Portugal y se extiende en profundidad hacia la Cordillera Bética. En la parte meridional del cauce del rio Guadiana, se produce un salto brusco del cuerpo anómalo lo que revela la existencia de una falla cortical de orientación N-S, la falla del Guadiana. Datos gravimétricos y geológicos apoyan estos resultados.
Los estudios magnetotelúricos de largo periodo son útiles para determinar la conductividad de la corteza profunda y el manto a través de la cual es posible inferir la estructura de la litosfera y astenosfera. El agua del mar representa el principal conductor en la corteza superficial y su influencia puede enmascarar las estructuras geológicas tridimensionales. En la zona de Gibraltar se ha realizado un estudio a través de modelización forward 3D para definir el efecto en el phase tensor y los tipper vectors de la batimetría y líneas de costa irregulares así como del Estrecho de Gibraltar.
Los datos magnetovariacionales de largo periodo adquiridos en el extremo occidental de la Cordillera Bética, que consideran la influencia del mar en el área, destacan la presencia de un gran cuerpo conductor (0.05 ?·m), Villafranca, en la parte Sur del basamento de la cuenca del Guadalquivir. Las anomalías magnéticas también reflejan la presencia de esta estructura y nos ayudan a definir su naturaleza ígnea, intermedia o básica, con alto contenido de mineralización de sulfuros. El origen de este cuerpo se discute según el contexto geológico regional.
A pesar de que tradicionalmente se ha considerado inactivo el frente occidental de la Cordillera Bética, nuevos datos de GPS reflejan firmemente el movimiento hacia el Oeste con respecto al antepaís. Los valores de desplazamiento máximos se alcanzan en el área del Estrecho de Gibraltar. El carácter rectilíneo del frente montañoso noroccidental junto con el engrosamiento del relleno de la cuenca del Guadalquivir hacia el Sureste confirman la actividad tectónica del extremo occidental de la Cordillera. La deformación en la zona se acomoda principalmente por pliegues que evidencian un acortamiento general de orientación ONO-ESE a O-E al menos desde el Plioceno. Los patrones de desplazamiento concuerdan con la rotación horaria actual de las unidades tectónicas en el extremo occidental de la Cordillera Bética. Todos estos datos soportan la subducción activa junto con slab-rollback como principal modelo de evolución tectónica del Arco de Gibraltar.
The westernmost Betic Cordillera is located along the northwestern Gibraltar Arc, which constitutes a curved orogen formed by the interaction of the Eurasian and African plates and the Alborán continental domain in between. This is a key region for understanding the alpine evolution of the western Mediterranean. This Ph.D. Thesis examines the crustal structure in the westernmost Betics and its foreland, also determining the present-day activity of the mountain front in this area. In addition, this research provides new data that contribute to discussion of the main models of the evolution of the Gibraltar Arc proposed to date. Integration of geological, geophysical and geodetic data in the region proved crucial for these purposes, given the complex regional structure and the lack of quality outcrops.
The analysis of magnetic anomalies along several profiles crossing the main magnetic dipole in the southwesternmost Iberian Peninsula helps constrain the geometry of the Monchique Alkaline Complex. This body crops out in southwestern Portugal and extends in depth eastward to the Betic Cordillera. A sharp step in the anomalous body coincides precisely with the southern channel of the Guadiana River, revealing the presence of a deep N-S crustal fault unknown to date, the Guadiana Fault. Gravity and geological observations support these results.
Long period magnetotelluric data are useful to elucidate the conductivity of deep crust and upper mantle, whereby it is possible to infer the lithospheric and asthenosphere structure. Sea water constitutes the main conductive body at shallow crustal levels and its influence can mask 3D geological structures. 3D forward modelling studies have been developed to constrain the bathymetry and irregular coastline effect on phase tensor and tipper vectors in the Gibraltar area and appraise the influence of the narrow Gibraltar Strait.
Long period magnetovariational observations in the westernmost Betic Cordillera, considering the sea influence in the area, highlight the presence of a major conductive body (0.05 ?·m) within the basement of the southern Guadalquivir foreland basin: the Villafranca body. Magnetic anomaly data also evidence this major structure and help constrain its intermediate or basic igneous nature, with high sulphide mineralization. Its origin is discussed in the framework of the regional geological setting.
Although previous research efforts held the western Betic Cordillera frontal area to be inactive, new GPS data suggest a very consistent westward motion with respect to the foreland, reaching maximum displacement values in the Gibraltar Strait area. The rectilinear character of the northwestern mountain front, together with the southeastward increasing thickness of the Guadalquivir basin infill, support the activity of the westernmost Betics. Deformation is mainly accommodated by active folds showing a roughly WNW-ESE to W-E shortening, at least since the Pliocene. The displacement pattern is in agreement with the present-day clockwise rotation of the tectonic units in the westernmost Betic Cordillera. All these data support active lithospheric subduction and slab-rollback as the main model of tectonic evolution of the Gibraltar Arc.
PART I
Chapter 1. Introduction3
Chapter 2. Aims and Ph.D. Thesis structure7
Chapter 3. Regional settings and background11
3.1 Geological setting12
3.1.1 Iberian Massif12
3.1.2 Betic Cordillera15
3.2.3 Neogene – Quaternary Basins19
3.2 Previous geophysical data20
3.2.1 Gravity data21
3.2.2 Magnetic data22
3.2.3 Seismic Data23
3.2.4 Magnetotelluric data24
3.3 Previous GPS25
3.4 Models of recent tectonic evolution of the Gibraltar Arc27
Chapter 4. Methodology33
4.1 Geological methods33
4.2 Geophysical methods35
4.2.1 Gravity35
4.2.2 Magnetic39
4.2.3 Magnetotelluric41
4.3 Geodetic studies49
PART II
Chapter 5. Magnetic evidence of a crustal fault affecting a linear laccolith: the Guadiana Fault and the Monchique Alkaline Complex (SW Iberian Peninsula)53
5.1 Introduction56
5.2 Geological setting58
5.3 Methodology60
5.4 Magnetic anomaly dipole in SW Iberia62
5.5 Magnetic anomaly models64
5.6 Gravity, geomorphological and fracture evidences of the Guadiana River structure67
5.7 Discussion68
5.8 Conclusions72
Chapter 6. Influence of a narrow strait connecting a large ocean and a small sea on magnetotelluric data: Gibraltar Strait75
6.1 Introduction78
6.2 Methodology80
6.3 The influence of the Gibraltar Strait on phase tensors and induction arrows81
6.4 Discussion85
6.5 Conclusions87
Chapter 7. Long period magnetovariational evidence of a large deep conductive body within the basement of the Guadalquivir foreland basin and tectonic implications (Betic Cordillera, S Spain)89
7.1 Introduction92
7.2 Geological Setting94
7.3 Previous geophysical studies96
7.4 Methodology, data acquisition and processing98
7.4.1 Long Period Magnetovariational observations98
7.4.2 Magnetic observations99
7.5 Induction arrows from Long Period Magnetovariational observations99
7.6 Conductivity models100
7.7 Magnetic anomalies104
7.8 Discussion105
7.9 Conclusions108
Chapter 8. Shallow frontal deformation related to active continental subduction: structure and recent stresses in the westernmost Betic Cordillera111
8.1 Introduction113
8.2 Geological setting115
8.3 Morphology of the westernmost Betic Cordillera mountain front116
8.4 Structure of the mountain front118
8.4.1 Seismic reflection profiles118
8.4.2 Audiomagnetotelluric data119
8.5 Brittle deformation and stresses120
8.6 Discussion122
8.7 Conclusions124
Chapter 9. Active rollback in the Gibraltar Arc: evidences from CGPS data in the Western Betic Cordillera125
9.1 Introduction128
9.2 Geological Setting130
9.3 Methodology133
9.4 Displacements from GPS data in the western Betic Cordillera and its foreland135
9.5 Recent, active and other relevant structures137
9.6 Shortening in the western Betic mountain front and clockwise rotation142
9.7 Discussion142
9.8 Conclusions145
PART III
Chapter 10. General Discussions149
Chapter 11. Conclusions – Conclusiones159
REFERENCES167