Ossa-morena zone variscan 'calc-alkaline' hybrid rocksinteraction of mantle- and crustal-derived magmas as a result of intra-orogenic extension-related intraplating

Resumen

Esta Tesis Doctoral trata sobre la petrogénesis de tres complejos plutónicos de la Zona de Ossa-Morena emplazados durante la orogenia Varisca. Estos complejos son; Burguillos del Cerro, Valencia del Ventoso y Brovales. El amplio espectro composicional observado en estos complejos, desde rocas ultramáficas hasta diferenciados félsicos, proporciona una información detallada de los procesos de formación y crecimiento cortical. El magmatismo orogénico puede ser el producto tanto de la adición de nuevo material a la corteza como de un proceso de reciclaje de una corteza pre-existente o una combinación de ambos. Establecer el aporte de cada uno de estos procesos para evaluar y determinar las causas del crecimiento cortical necesita el reconocimiento y caracterización de componentes magmáticos juveniles y antiguos. Los procesos de intrusión de rocas máficas en la corteza están, generalmente, asociados a la formación de magmatismo de características félsicas durante el proceso orogénico. El magmatismo de la Zona de Ossa-Morena es presenta una marcada diferencia con el magmatismo del resto de Zonas del Macizo Ibérico, principalmente por la abundancia del magmatismo máfico frente al félsico. La caracterización de estas intrusiones, heterogéneas, es la clave para determinar cuál es el papel y la importancia de los derivados mantélicos y corticales. En este trabajo se estudia la petrogénesis de rocas `calco-alcalinas¿ de características híbridas donde están implicadas en su formación magmas de distintas fuentes; astenosféricas, litosféricas y del basamento sedimentario. Las dataciones mediante U-Pb en circón con SHRIMP establecieron la edad de tres complejos plutónicos Variscos de la Zona de Ossa-Morena en un rango de 340-320 Ma (Viseense-Bashkiriense): i. el complejo plutónico de Burguillos del Cerro con una edad de 336 ± 1 Ma; ii. el complejo plutónico de Valencia del Ventoso con un rango de edades de 334-320 Ma; y iii. el plutón de Brovales con una edad de 340 ± 2 Ma. Esta caracterización temporal relaciona el magmatismo con un evento metamórfico de alta temperatura y baja presión así como como con el desarrollo de cuencas sedimentarias. Estos eventos se enmarcan en un contexto tectonomagmático de intrusión intra-placa relacionado con la extensión/transtensión de un proceso de orogenia-intracontinental descrito en la región. Los complejos estudiados abarcan composiciones ultramáficas a félsicas, tanto alcalinas como sub-alcalinas metaluminosas o peraluminosas. La gran variación de las relaciones petrográficas, el quimismo de las fases minerales y la composición de elementos mayores, traza y de isotópos (Sr y Nd) de roca total permitieron agrupar a este conjunto de rocas en cinco grandes grupos composicionales: Ultramáfico-Máfico; Alcalino; Subalcalino Máfico-Intermedio, Subalcalino Intermedio-Félsico y Peraluminoso. Las relaciones de campo muestran la importancia de los procesos de hibridación, acumulación y fraccionación, confirmados por las relaciones texturales y petrográficas. Las relaciones texturales, además, indican procesos de equilibrio-desequilibrio, acumulación y cristalización in-situ. La variación composicional del quimismo mineral en piroxeno, anfíbol, biotita y plagioclasa permite esclarecer en gran medida el proceso petrogenético asociado a las rocas estudiadas en esta tesis. Combinando estos datos juntos con los de composición de roca total permitió establecer la presencia de tres componentes magmáticos implicados en el proceso petrogenético: alcalino, toleiitico y peraluminoso. En estos se produjeron complejos procesos de interacción y diferenciación magmática. Para poder explicar la amplia variabilidad composicional es necesario la presencia de dos fuentes mantélicas; la primera litosférica a la que estrían asociados los derivados máficos alcalinos; y la segunda astenosférica la cual generaría los magmas de composición toleiitica. La tercera fuente implicada en este proceso se relaciona con la fusión parcial de la corteza, los sedimentos que dan forma al basamento de la Zona de Ossa-Morena, produciendo los fundidos félsicos peraluminosos. Como estas fuentes pudieron interactuar en un contexto extensional se explica por un modelo simple del estiramiento de la litosfera dando como el resultado el ascenso de la astenosfera la fusión parcial de esta última, del manto litosférico adyacente y de la corteza. En ausencia de una anomalía térmica, se pueden producir pequeñas cantidades de fundido derivado de la astenosfera con limitado estiramiento de la litosfera. El ascenso de los magmas derivados de la astenosfera y la descompresión adiabática del manto provocarían la fusión del manto litosférico metasomatizado, produciendo los líquidos alcalinos. El ascenso y la coalescencia de estos magmas máficos, sub-alcalinos y alcalinos, provocaría la intrusión de pequeños sills a niveles de la corteza media. La transferencia de calor del magma máfico al encajante favoreciendo la fusión parcial de la corteza en el contorno de la intrusión máfica. Al ser estos derivados corticales menos densos, ascenderían desde la base y través de los magmas máficos provocando los procesos de hibridación entre ambos magmas. Los procesos de mezcla y cristalización dieron lugar al amplio cortejo de rocas, híbridas, cumulíticas y fraccionadas que se observan en los tres complejos plutónicos estudiados. En el complejo plutónico de Burguillos del Cerro los grupos Ultramáfico-Máfico y Alcalino representan los componentes derivados del manto. El Grupo Peraluminoso representa el magma, `puro¿, derivado de la corteza. Por otro lado los grupos Subalcalinos, que además intruyen a los grupos Ultramáfico-Máfico y Alcalino, representarían las rocas híbridas, rocas que se preservan en mayor medida en el complejo de Valencia del Ventoso y en plutón de Brovales. Este modelo petrogenético es consistente con las relaciones de intrusión y mezcla observadas en el campo. Para contextualizar el magmatismo Varisco de la Zona de Ossa-Morena en un rango de tiempo y espacio más amplio se investigó en esta tesis la posición paleogeográfica de la Zona de Ossa-Morena durante en el transito Cámbrico-Ordovícico. En ese periodo de tiempo la Zona de Ossa-Morena formaba parte de las áreas periféricas del norte de Gondwana, las cuales se amalgamaron durante la orogenia Varisca. En términos de paleoposición, se puede correlacionar el Escudo del Tuareg, norte de África, con la Zona de Ossa-Morena, como así lo indican los datos geocronológicos de distribución de edades modelo de Nd, de circones detríticos y circones pre- y magmáticos. Esta nueva posición paleogeográfica difiere de la previamente definida en las inmediaciones del Escudo Oeste Africano, en el Anti-Atlas. En este periodo de tiempo se enmarca, además, la apertura del Océano Rhéico a lo largo del margen norte de Gondwana. En consecuencia la expresión magmática de este evento se registra de manera más leve en los terrenos, de acuerdo con su posición paleogeográfica en el Paleozoico, situados en la parte más oriental, como es el caso de la Zona Centro-Ibérica o los terrenos parautóctonos de la Zona de Galicia Tras-os-Montes. Mientras que el evento magmático Cámbrico-Ordovícico es más evidente en las zonas localizadas en una posición paleogeográfica más occidental, como la que se propone en este trabajo para la Zona de Ossa-Morena. El modelo que explicaría esta evolución magmática estaría asociado con la propagación de una `rama¿ o `brazo¿ del Océano Rhéico que se preservaría actualmente en la zona de cizalla transpresiva izquierda de Badajoz-Córdoba, como consecuencia de la amalgamación de la Zona Centro-Ibérica y la Zona de Ossa-Morena durante la orogenia Varisca.