Extensión e inversión tectónica en el sector central de la Región Vasco-Cantábrica (Cantabria, Vizcaya, norte de España)

Durante la apertura del Golfo de Vizcaya se desarrollaron diversas cuencas extensionales. La más subsidente de todas fue la Cuenca Vasco-Cantábrica, en la que se depositaron casi 20 km de sedimentos mesozoicos sobre una corteza extremadamente adelgazada. Posteriormente, durante la convergencia alpina de las Placas Ibérica y Europea, dicha cuenca fue invertida e incorporada a la Cordillera Cantábrico-Pirenaica, aflorando actualmente en la zona conocida como Región Vasco-Cantábrica. El área estudiada se sitúa en el sector central de dicha región. Los principales objetivos de esta tesis doctoral son la caracterización de los procesos extensionales relacionados con la formación de la cuenca, y los contraccionales relacionados con la inversión de la misma. La principal metodología utilizada para resolver dichos objetivos ha sido la cartografía geológica, que ha permitido definir más de 20 unidades estratigráficas del Cretácico inferior. Adicionalmente, se ha realizado un análisis estructural y se han construido cortes geológicos balanceados. La restauración de los mismos muestra la geometría de la cuenca, el valor del estiramiento durante la formación de la misma y el del acortamiento alpino subsiguiente. La geometría de la cuenca estuvo controlada por fallas normales de rumbo O-E a NO-SE, alto ángulo, buzamiento sur y enraizadas probablemente en la corteza media. Estas fallas presentan una geometría lístrica en profundidad que determina el desarrollo de anticlinales de rollover en los bloques de techo, y el consiguiente adelgazamiento de las unidades syn-rift hacia el sur, alejándose de las fallas. Sin embargo, estas unidades también se adelgazan hacia el norte conforme se acercan a las fallas, tras atravesar los depocentros. Estos últimos, por tanto, no se sitúan junto a las fallas, como en los modelos de semigrábenes más habituales. Esta geometría se interpreta como: 1) el resultado de la propagación de la falla lístrica hacia la superficie, sobre cuya línea terminal se desarrollaría un monoclinal inclinado en el mismo sentido que la falla y/o 2) el producto de la resistencia friccional de la falla, que favorecería el desarrollo de una sinclinal de arrastre normal junto a la misma. La cuenca presenta fuertes variaciones laterales de su estructura debido a la presencia de zonas y fallas de transferencia de rumbo N-S a SO-NE, lo que le confiere una compleja geometría tridimensional. Estas estructuras se concentran principalmente en el sector central de la zona estudiada, la cual separa una parte occidental, donde las fallas presentan una orientación predominante O-E (tipo Cabuérniga), de otra oriental, donde las fallas presentan un rumbo NO-SE (tipo Bilbao). Las fallas de transferencia favorecen el aumento del tamaño de los semigrábenes hacia el este, dado que controlan la posición de las fallas O-E y NO-SE, las cuales se sitúan sucesivamente en posiciones más septentrionales conforme nos movemos hacia oriente. Un último efecto de la compleja geometría tridimensional de la cuenca es la dispersión de los sedimentos, cuyas direcciones de paleocorrientes guardan una estrecha relación con la paleotopografía extensional. Los indicadores cinemáticos de las superficies de falla, y la geometría de la cuenca, permiten interpretar que ésta se formó bajo un régimen de extensión pura y/u oblicua senestra, descartando, por tanto, el modelo de cuenca de tipo pull-apart que ha sido ampliamente propuesto en la literatura. Durante la etapa de compresión alpina, los semigrábenes se invirtieron, desarrollándose anticlinales en los bloques de techo y, en ocasiones, sinclinales en los de muro. El origen de los flancos traseros de los anticlinales está en la adaptación de los semigrábenes sobre la geometría lístrica de las fallas invertidas. Los flancos frontales, sin embargo, se desarrollaron por la resistencia friccional de las fallas dentro de una zona de cizalla relacionada con la inversión de las mismas. Al mismo tiempo, los pliegues en su conjunto pudieron reapretarse por un mecanismo de buttressing. Por último, cuando los flancos frontales presentan una alta inclinación, se desarrollan fallas inversas de bajo ángulo que los estiran. Estas estructuras se pudieron originar cuando dichos flancos entraron en el campo de estiramiento de las zonas de cizalla y/o representan short-cuts de las fallas normales de alto ángulo. La estructura contraccional también presenta fuertes variaciones laterales que se manifiesta por un aumento del apretamiento de los pliegues y de la inversión de las fallas normales hacia el este. Esta última zona es la única en la que las fallas normales invertidas superan en la superficie topográfica su movimiento extensional previo. Finalmente, para integrar la zona estudiada dentro de la Región y la Cuenca Vasco-Cantábrica, se ha realizado, y restaurado, una transecta cortical a través de toda la región. A partir de la misma se ha estimado que la cuenca se estiró 93-143 km durante la etapa extensional, mientras que durante la inversión alpina la corteza superior se acortó 97 km y la inferior 122 km. Esta diferencia se podría explicar mediante una transferencia de desplazamiento de la corteza superior hacia el sur. Para ilustrar esta hipótesis, se ha prolongado la transecta de la Región Vasco-Cantábrica hasta el mar de Alborán, completando una transecta cortical de toda la Placa Ibérica. Ésta corrobora la transferencia de desplazamiento propuesta mediante un despegue en la corteza media que conectaría la Región Vasco-Cantábrica con el Sistema Central, y que causaría el levantamiento de este último. El despegue mesocortical podría existir a lo largo de toda la Placa Ibérica, permitiendo explicar la deformación en el interior de la misma como resultado de transferencias de desplazamiento desde sus bordes. Este modelo representa una alternativa a los modelos actuales de la deformación intraplaca de Iberia. RESUMEN EN INGLÉS: During the mesozoic opening of the Bay of Biscay, the most subsident basin developed was the Basque-Cantabrian Basin, where almost 20 km of sediments were deposited on an extremely thinned crust. Later, during the alpine convergence of the Iberian and European plates, the Basque-Cantabrian Basin was inverted and built-in into the Cantabrian-Pyrenean Cordillera, outcropping in the geological zone known as the Basque-Cantabrian Region. The study area is situated in the central sector of this region. The principal objective of this thesis aims to characterize the extensional-contractional structures and processes related to the basin formation and basin inversion. The main tool used to pursue these goal was the geological mapping which helped to define more than 20 stratigraphic units of lower Cretaceous age. A structural analysis was carried out together with the construction of balanced cross-sections integrating all kind of geological and geophysical data available. These sections were restored to show the geometry of the basin, and quantify the amount of basin stretching and of orogen shortening. The geometry of the basin was controlled by high angle normal faults of W-E to NW-SE strike, south dipping, and probably rooted in the middle crust. These faults present a listric shape at depth which determines the development of hanging-wall rollover anticlines, and the thinning of syn-rift units to the south, away from the faults. However, the syn-rift strata also become thinner toward the normal faults. We interpret this geometry as a result of: 1) the propagation of the listric fault to the surface, with the development of a monocline at the fault tip; and/or 2) the frictional resistance of the fault and the formation of a normal drag syncline in the immediate hanging wall. The 3D geometry of the basin is marked by strong lateral variations of the structure because of presence of N-S to SW-NE transfer fault zones. These structures exist at different scales throughout the study area, but the zone of higher occurrence is located in the central part. Here, a multidirectional fracture pattern separates the western zone, with mainly W-E trending faults (Cabuerniga type), and the eastern zone, with NW-SE trending faults (Bilbao type). The transfer fault zones produce an increase in the hanging-walls size to the east, because the longitudinal normal faults are located progressively northward. The geometry of the basin, and the kinematic indicators on the fault surfaces, allow us to interpret that the basin was formed under a pure extensional and/or a sinistral oblique extensional regime. Thus, this study rules out that the basin was developed primarily as a pull-apart basin as it has been widely and traditionally proposed. During the Alpine orogenesis, the semigrabens were inverted and anticlines in the hanging-walls together with occasional synclines in the foot-walls were developed. The back limbs of the anticlines were formed by tilting of the semigrabens during its translation over the listric faults; while the frontal limbs were developed by frictional resistance of the fault which gave rise to a shear zone. At the same time, the folds could be tightened by a buttressing mechanism. Later, low angle reverse faults stretching the frontal limbs of the anticlines were developed. These faults could be interpreted as short-cuts of the high angle normal faults and/or can arise when the frontal limb falls into the stretching field of the shear zone. The contractional deformation also presents lateral variations in the study area. Thus, the folds increase their tightening to the east, and the normal faults increase their reverse movement in the same direction. The eastern sector is the only area where, in the topographic surface, the displacement of the inverted normal faults has been greater than the displacement of the previous normal fault. Integrating all the geological data above referred it has been constructed, and restored, a crustal transect across the entire Basque-Cantabrian Region using also the geophysical data available, and the previous geological data outside of the study area. Based on this transect it has been estimated a stretching of 93-143 km, for the extensional stage; and a shortening of 97 km, for the upper crust, and 122 km, for the lower crust, during the Alpine inversion stage. This difference in shortening may be explained by displacement transfer to the southern upper crust. In order to illustrate this hypothesis, a crustal transect of the whole Iberian plate between the Basque-Cantabrian Region and the Alboran sea has been constructed. The image of this Iberian transect corroborates the proposed displacement transfer by means of a mid-crustal detachment that connects the Basque-Cantabrian Region with the Central System, producing the uplift of the later. The mid-crustal detachment could exist along the whole plate and thus help to explain the Iberian intraplate deformation as the result of a displacement transfer form its borders. Therefore, it becomes an alternative hypothesis to the actual models concerning the intraplate deformation of Iberia