Sedimentology and stratigraphy of the Cenozoic of westhern Trás-os-Montes (NE Portugal)

Dissertação apresentada à Universidade do Minho para obtenção do grau de Doutor em Ciências, na área de conhecimento de GeologiaEste trabalho tem como objectivo conhecer a cobertura sedimentar cenozóica de Trás-os-Montes oriental (NE Portugal). Procedeu-se à caracterização sedimentológica e ao enquadramento geomorfológico dos depósitos, bem como à sua correlação com unidades conhecidas em bacias ou depressões mais próximas da área em estudo. A caracterização sedimentológica foi efectuada com base quer na descrição das litofácies e outros dados observados em afloramento, quer com base em dados laboratoriais, como análise granulométrica, exoscopia, minerais pesados e mineralogia da fracção < 2µm. Objectivos, enquadramento geológico e geomorfológico, metodologias e estudos anteriores são descritos no Capítulo 1. Os sedimentos ocorrem em pequenos retalhos, na maioria dos casos em depressões situadas no contexto dos acidentes tectónicos de Mirandela e de Bragança-Vilariça-Manteigas, depressões com expressão geomorfológica actual, ou em depressões preenchidas e posteriormente regularizadas pela superfície do Planalto Mirandês. A descrição e caracterização dos sedimentos (Cap. II), o estudo mais detalhado de alguns aspectos sedimentológicos (Cap. III) e o conhecimento das unidades descritas em regiões próximas (Cap. IV), permitiu definir um conjunto de unidades litostratigráficas, bem como as condições morfo-sedimentogénicas e correlações estratigráficas apresentadas no Capítulo V e resumidas da seguinte forma: A Formação de Vale Álvaro, com uma espessura máxima observada de 23 metros, é constituída por conglomerados grosseiros, com clastos pouco rolados e pouco alterados de rochas máficas e ultramáficas dos Maciços de Bragança e Morais sobre os quais aflora. Os conglomerados são intercalados por níveis arenosos e margosos imaturos, vermelhos. A fracção < 2µm é constituída por esmectite ou esmectite+paligorskite. Esta formação tem origem em leques aluviais confinados a depressões estreitas. Em Bragança é evidente a sua deposição num bloco subsidente associado ao desligamento esquerdo NNE-SSW do acidente Bragança-Vilariça-Manteigas e em associação com movimentos tectónicos que se poderão relacionar com a fase Pirenaica. Estes derrames terão ocorrido sob condições de clima de tendência semi-árida, possivelmente durante o Oligocénico. A Formação de Bragança, com uma espessura máxima de 80 metros, preenche vales fluviais encaixados, desenvolvidos como resposta erosiva a impulsos tectónicos e consequente levantamento relativo das áreas montanhosas a partir do Tortoniano médio. Um conjunto de depressões intramontanhosas ter-se-ão individualizado na continuidade destes movimentos, passando a drenagem a efectuar-se no sentido dessas depressões que vão sendo preenchidas por sedimentos pouco evoluídos. Na Formação de Bragança diferenciam-se dois membros. O Membro de Castro (inferior), com tendência granodecrescente, é constituído por conglomerados na base, correspondentes a pavimentos de canal, aos quais se seguem sedimentos arenoconglomeráticos que sugerem um modelo fluvial entrançado de baixa sinuosidade e com o leito encaixado no substrato; para o topo predomina a sedimentação fina, com esmectites dominantes na fracção < 4.tm. O Membro de Atalaia (superior) é areno-conglomerático e corresponde a uma sucessão de episódios de um modelo fluvial entrançado de baixa sinuosidade com transições momentâneas para um estilo mais sinuoso. A Formação de Bragança sugere condições temperadas a quentes, com uma estação particularmente pluviosa. A caracterização e a correlação com outras unidades, suportam a hipótese de uma idade Tortoniano superior a Messiniano inferior para o Membro de Castro e Messiniano superior a Zancliano para o Membro de Atalaia. A Formação de Mirandela é constituída por uma sucessão de conglomerados de matriz arenosa, intercalados por níveis arenosos e raros lutitos, indicadores de um regime de alta energia. Tem um carácter predominantemente quartzoso e caulinítico. Com uma espessura máxima observada de 30 metros, está limitada à depressão de Mirandela, preenche paleovales estreitos e profundos e deverá relacionar-se com um impulso tectónico que abriu aquela depressão a um regime exorreico, percursor da rede actual atlântica. Admite-se que a Formação de Mirandela se relacione com a ruptura Ibero-Manchega I (3.5 Ma) e com as condições relativamente quentes e húmidas do Pliocénico superior. A Formação de Aveleda é constituída por depósitos avermelhados superficiais. Ocorrem essencialmente sobre uma superfície aplanada que marca a descontinuidade com as formações mais antigas e tem maior desenvolvimento na base de relevos. Predominam as litofácies conglomeráticas, com clastos subangulosos quartosos e quartzíticos, suportados numa matriz abundante lutftica, caulinítico-ilítica. Tem origem em fluxos do tipo debris flow, intercalados por ocasionais fluxos do tipo mud flow. As características e a correlação com unidades vizinhas, sugerem que os sedimentos se depositaram numa etapa fini-neogénica, em ambiente de leque aluvial, em condições áridas ou semi-áridas quentes, em resposta à fase tectónica Ibero-Manchega II (2.6 Ma). A Formação de Sampaio, confinada à depressão da Vilariça, é constituída por sedimentos predominantemente conglomeráticos, castanhos ou avermelhados. Os depósitos, de constituição variada ao longo do vale, denunciam um modelo de leques aluviais dispostos transversalmente à depressão, em ligação com as principais incisões que se observam actualmente. Estão dispostos sobre a superfície que suporta os terraços plistocénicos do Douro situados entre 50 e 30 metros acima do talvegue. Também a caracterização da fracção < 2µm evidencia semelhanças entre esta unidade e os terraços do rio Douro. Os dados permitem admitir uma idade plistocénica para a Formação de Sampaio.The objective of this thesis is the analysis of the Cenozoic sedimentary cover of eastern Trás-os Montes in north-east Portugal. This has involved sedimentological characterization and the study of the geomorphological positioning of the deposits as well as their correlation with known units in basins or depressions closest to the area of study. The sedimentological characterization was based both on the description of lithofacies and other surface data and also on laboratory data such as granulometric analysis, quartz sand surfaces textures (SEM), heavy minerais and < 2µm mineral associations. Objectives, geological and geomorphological setting, methodologies and previous studies are described in Ch. 1. The sediments occur in small outcrops, mostly in depressions resulting from tectonic accidents in Mirandela and Bragança-Vilariça-Manteigas, depressions currently geomorphologically evident, or in depressions filled and levelled by the surface of the Miranda do Douro Plateau. The description and characterization of the sediments (Ch. 2), the more detailed study of certain sedimentological features (Ch. 3) and the knowledge of recorded units in surrounding regions (Ch. 4), has enabled the definition of a range of lithostratigraphic units as well as the morfo sedimentogenic conditions and stratigraphic correlations outlined in Ch. 5 with the following conclusions: - The Vale Álvaro Formation, with a maximum recorded thickness of 23 meters, is formed of coarse conglomerates, with barely altered and rounded clasts of mafic and ultramafic rocks from the Massifs of Bragança and Morais over which they crop out. The conglomerates are intercalated with red sand layers and immature marl. The <2µm mineral association is composed of smectite and smectite+palygorskite. This formation is originated in anuviai fans confined to narrow depressions. In Bragança, its deposition is evident in a subsident block associated with the leftward NNE-SSW strike fault caused by the Bragança-Vilariça-Manteigas accident in conjunction with tectonic movements which could be related to the Pyrenean phase. These formations occurred under semi-arid climatic conditions, possibly during the Oligocene. - The Bragança Formation, with a maximum thickness of 80 meters, fills incised-valleys and developed as an erosive response to tectonic impulses and the subsequent rise relative to the mountainous areas dating from the middle Tortonian. A series of intramountainous depressions were formed as a result of these movements, with drainage occurring in the direction of these depressions which were filled with immature sediments. Within the Bragança Formation, two members can be distinguished. The lower Castro Member, fining-upward, is formed by conglomerates at the base which correspond to the channel lags, below gravel-sandy sediments which suggest a fluvial braided model with low sinuosity and incised-valleys. Towards the top, fine sediment prevails, with dominant smectites. The upper Atalaia Member has a gravel-sand composition and corresponds to a succession of episodes in a fluvial braided model with low sinuosity and with momentary transitions to a more sinuous style. The Bragança Formation suggests temperate to warm conditions with one particularly rainy season. Characterization and correlation with other units support the hypothesis of an upper Tortonian to lower Messinian age for the Castro Member and upper Messinian to Zanclean for the Atalaia Member. The Mirandela Formation is formed of a succession of conglomerates with a sandy matrix, intercalated with sand layers and rare lutites, indicators of a high energy regime. It has a predominantly quartzose and kaolinitic character. With a maximum recorded thickness of 30 meters, it is limited to the Mirandela depression, fills narrow, deep paleovalleys and should be related to a tectonic impulse which opened up that depression to an exoreic regime, precursor of the current Atlantic drainage pattern. It could be argued that the Mirandela Formation is related to the Ibero-Manchega I phase (3.5 Ma) and the relatively hot and humid conditions of the Late Pliocene. The Aveleda Formation is formed of superficial reddish deposits. They occur essentially over a levei surface which marks a discontinuity with the older formations. They develop to a greater extent at the base of relieves. Conglomeratic lithofacies predominate, with sub-angular quartzose clasts, supported by a predominant mud, kaolinitic-illitic matrix. They originate in debris flow, intercalated with occasional mud flow. Characteristics and correlation with neighbor units suggest that the sediments were deposited in response to the IberoManchega II (2.6 Ma) tectonic phase, in an alluvial fan environment, in hot arid or semi-arid conditions. The Sampaio Formation, limited to the Vilariça depression, is formed of predominantly reddish or brown conglomeratic sediments. These deposits, which are of varied composition throughout the valley, reveal a model of alluvial fans perpendicular to the depression. These are connected to the main incisions which can currently be observed and are set out over the surface that supports the Plistocene terraces of the Douro river. The terraces lie between 50 and 30 meters above the thalweg. The characterization of the < 2µm mineral association also shows evident of similarities between this unit and the Douro terraces. The data suggests the Pleistocene period for the Sampaio Formation