Integrated stratigraphy of the upper Paleocene-lower Eocene successions of the Tremp and Ager basins (south-central Pyrenees, Spain)

Abstract

This work investigates the problems in the correlation between two piggy-back basins located in the South-Pyrenean foreland (Tremp and Ager basins, pr. Lleida, Spain). These basins formed sedimentary troughs, elongate in a NW-SE direction, and constricted between sub-parallel structural synsedimentary highs. These formed because of compressional stresses associated with the advancement of thrust faults. The studied interval (Paleocene/Lower Eocene) includes the period during which the two basins initially got separated; concurrent long-term sea-level rise and tectonic subsidence of the axial sectors allowed the deposition ad preservation of thick continental and marine successions. These record, through angular unconformities and growth geometries the combined effects of tectonics and eustatism on the development of sedimentary successions. The main problems in the Tremp-Ager correlation are related to poor chronostratigraphic coverage, prolonged hiatuses and/or condensed successions and to the strong N-S deformation of the Ager basin. Conversely, in the Tremp basin outcrop orientation and a minor degree of deformation complicate the reconnaissance of the different syntectonic stratigraphic units. These problems were faced, from one side, by reviewing the available chronostratigraphic informations, on the basis of updated age models, and by integrating them through geochemical and, marginally, magnetostratigraphic analyses; these were aimed to the recognition of specific undocumented chronostratigraphic horizons (Paleocene-Eocene Thermal Maximum in the Ager basin and in the southern sector of the Tremp basin; base of chron C24n in the Ager basin), and to obtain local correlations. The latter mainly concerned the continental deposits of the Paleocene of the Ager basin, where a characterization of the isotopic composition (carbonate C and O stable isotopes; organic matter C stable isotopes) was performed on different lithostratigraphic units. An intense field activity was also conducted, that concerned the facies analysis and measurement of many stratigraphic logs, for a total thickness of some 4000m, with the aim of building a stratigraphic correlation panel upon which chronostratigraphic data could be integrated in a physical-stratigraphic framework; contextually to this activity, a portion of the southern sector of the Tremp basin was studied in detail, in order to investigate the effects of synsedimentary growth of the Montsec high (the structure that separates the two basins) on the carbonate ramp deposits that formed during the lower Eocene, within a transect perpendicular to the original depositional profile. The results of these activities allowed the construction of an evolutionary model, which describes the separation of the two basins and the first stages of development of the Montsec high. Following an initial compressional stage, possibly concluded in the Lower Paleocene (Middle-Paleocene Unconformity), that brought to the initial development of a morphological threshold between the two basins (“Paleo-Montsec”), the main deformational stages took place in the Thanetian (Upper-Paleocene Unconformity) and in the Lower Ypresian; the latter is recorded by growth geometries, better than sharp angular unconformities, in the southern Tremp basin; two hypotheses are proposed concerning possible surfaces or equivalent units in the southern sector of the Ager basin.

Questo lavoro è dedicato all'indagine dei problemi nella correlazione di due bacini di piggy-back situati nell'Avampaese sud-Pirenaico (bacini di Tremp ed Ager, provincia di Lèrida, Spagna). Questi bacini costituivano delle conche sedimentarie, allungate in direzione NW-SE, costrette tra alti strutturali sinsedimentari sub-paralleli. Questi si svilupparono a causa di sforzi compressivi legati all'avanzamento di fronti di sovrascorrimento (thrusts). L'intervallo stratigrafico studiato (Paleocene/Eocene inferiore) include il periodo durante il quale i due bacini si sono inizialmente separati; contemporaneamente, una progressiva risalita del livello del mare e la subsidenza delle zone assiali hanno consentito la deposizione e preservazione di spesse successioni continentali e marine. Queste registrano, attraverso discordanze angolari e geometrie di crescita, gli effetti combinati di tettonica ed eustatismo sullo sviluppo delle successioni sedimentarie. I principali problemi di correlazione sono legati alla scarsa copertura cronostratigrafica, alla presenza di prolungati iati e/o successioni condensate, ed alla forte deformazione in senso nord-sud del bacino di Ager. Al contrario, nel bacino di Tremp l'orientazione degli affioramenti e il minor tasso di deformazione complicano la distinzione tra le diverse unità sintettoniche. Questi problemi sono stati affrontati, da un lato, rivalutando le informazioni cronostratigrafiche disponibili sulla base di modelli cronologici aggiornati, ed integrandole attraverso analisi geochimiche e, marginalmente, magnetostratigrafiche, volte al riconoscimento di specifici orizzonti cronostratigrafici precedentemente non documentati (Paleocene-Eocene Thermal Maximum nel bacino di Ager e nel settore meridionale del bacino di Tremp; base del Crono C24n nel bacino di Ager), e ad effettuare correlazioni locali. Quest'ultimo aspetto ha riguardato principalmente i depositi continentali del Paleocene del bacino di Ager, che sono stati oggetto di una caratterizzazione della composizione isotopica (isotopi stabili di C ed O di carbonati e di C in materia organica) di diverse unità litostratigrafiche. È stata inoltre condotta un'intensa attività di terreno, che ha riguardato l'analisi di facies e la misurazione di numerose sezioni stratigrafiche per uno spessore totale di circa 4000 m, al fine di realizzare un pannello di correlazione stratigrafica sul quale integrare i dati cronostratigrafici in un quadro statigrafico-sequenziale; contestualmente a questa attività è stata studiata nel dettaglio una parte del settore meridionale del bacino di Tremp, per investigare gli effetti della crescita sinsedimentaria dell'Alto del Montsec (la struttura che separa i due bacini) sui depositi di rampa carbonatica che si formarono nell'Eocene inferiore in questo settore, in un transetto perpendicolare all'originale profilo deposizionale. I risultati del lavoro hanno consentito la costruzione di un modello evolutivo che descrive la separazione dei due bacini e le prime fasi di sviluppo dell'alto del Montsec. In seguito ad una iniziale fase compressiva, probabilmente terminata nel Paleocene inferiore (discordanza medio-paleocenica), che ha portato allo sviluppo di una iniziale soglia morfologica tra i due bacini (“Paleo-Montsec”), le principali fasi deformative hanno avuto luogo nel Tanetiano (discordanza tardo-paleocenica) e nell'Ypresiano inferiore; quest'ultima è registrata da geometrie di crescita piuttosto che da nette discordanze angolari nel settore meridionale del bacino di Tremp; due ipotesi vengono proposte in merito a possibili superifici o unità equivalenti nel settore settentrionale del bacino di Ager.