The extensional system of the Granada Basin in the frame of the Betic Cordillera: Structure, activity and geohazard implications
- Autores: Asier Madarieta Churruca
- Directores de la Tesis: Jesús Galindo Zaldívar (codir. tes.), María Lourdes González Castillo (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2023
- Idioma: inglés
- ISBN: 9788411950701
- Número de páginas: 282
- Tribunal Calificador de la Tesis: María C. Fernández Puga (presid.), Antonio Jabaloy Sánchez (secret.), M. Benmakhlouf (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Tierra por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
La Cuenca de Granada es la cuenca intramontañosa más significativa de la Cordillera Bética. Está situada en su zona central y limitada hacia el este por la región más elevada de la cordillera, Sierra Nevada. Su formación desde el Mioceno temprano-medio se debe a la actividad de despegues extensionales que exhumaron los complejos metamórficos. Actualmente, su desarrollo se relaciona principalmente con la actividad de fallas NO-SE que generan sismicidad recurrente, lo que la convierte en la región con mayor peligrosidad sísmica de la Península Ibérica. La evolución de la Cuenca de Granada se enmarca en un contexto extensional que afecta a la Cordillera Bética central casi en su totalidad. Dicha región contrasta con las zonas circundantes que están afectadas principalmente por acortamiento. Por un lado, la Cordillera Bética oriental y Mar de Alborán central sufren acortamiento NNO-SSE, debido al empuje de dos indentores tectónicos, relacionado a la convergencia Eurasia-Nubia. Por otro lado, la Cordillera Bética occidental se desplaza hacia el oeste y genera acortamiento en el frente más occidental.
En este complejo contexto de desarrollo actual del Mediterráneo occidental, la Cordillera Bética central, en general, y la Cuenca de Granada en particular, constituyen un laboratorio natural excelente para estudiar la causa de procesos de extensión en límites de placas convergentes. En esta tesis doctoral se combinan técnicas geológicas, geofísicas y geodésicas para estudiar las principales estructuras activas de la región con el fin de mejorar el conocimiento de los procesos que intervienen en la extensión de la Cordillera Bética central, y el desarrollo actual del Arco de Gibraltar.
La Cuenca de Granada oriental, adyacente a Sierra Nevada, está afectada por una extensión OSO-ENE de hasta 1.3 mm/año según los datos GNSS. El análisis de las principales estructuras y mecanismos focales de terremotos sugieren que dicha extensión está acomodada mediante un conjunto de fallas normales de alto ángulo NO-SE enraizadas en una falla normal de bajo ángulo bajo la cuenca, que constituyen el sistema extensional de la Cuenca de Granada. Los datos geológicos de campo sugieren una conexión estructural entre las fallas normales de alto ángulo y los despegues extensionales Miocenos que actualmente afloran en Sierra Nevada occidental. Así, la falla normal de bajo ángulo activa actualmente podría tratarse de la continuación hacia el O de los despegues extensionales antiguos. En este contexto, los perfiles de nivelación de alta precisión determinan un desplazamiento vertical medio de 0.73 mm/año de la Falla de Granada, principal falla normal de alto ángulo del sistema. Por lo tanto, esta falla podría acomodar entre un tercio y potencialmente la totalidad de la extensión en la región, si dicho desplazamiento se transmitiera a la falla normal de bajo ángulo.
En el sistema extensional de la Cuenca de Granada son recurrentes las series sísmicas como la ocurrida en Granada durante 2021. Se trata de una serie con características tanto de terremoto principal y replicas como de enjambre. La relocalización de la sismicidad dibuja una geometría en forma de chimenea. El análisis geológico y gravimétrico apunta a la interacción entre un juego de fallas NO-SE activas y otro juego de fallas NE-SO que funcionan como barreras, segmentan las primeras y confinan la serie. Así, la longitud y el área de ruptura de los segmentos activados se ven disminuidas, y limitan la magnitud máxima de los terremotos a Mw 4.5-5.0. De esta manera, los esfuerzos acumulados en el área se relajan mediante la recurrencia de varios terremotos de magnitud similar, lo que favorece la característica de enjambre a la serie y disminuyen el potencial sismogénico de las fallas.
Los datos GNSS regionales sugieren que los bordes oeste y suroeste de la Cuenca de Granada constituyen un frente compresivo. Las observaciones geológicas y geofísicas muestran que el frente está caracterizado por cabalgamientos ciegos N-S en el norte, que afectan las Zonas Externas, y la formación de grandes pliegues ONO-ESE en el sur, en las Zonas Internas. La relocalización de la sismicidad apunta a una relación estructural de dicho frente con el despegue extensional de la Cuenca de Granada. La Falla normal de Ventas de Zafarraya constituye la principal estructura sismogénica en la región, probablemente responsable del terremoto de Andalucía de 1884. Los datos de la red GNSS de Zafarraya, situado junto al límite entre las Zonas Externas e Internas, indican que la actividad de la Falla de Ventas de Zafarraya está relacionada al desarrollo de la antiforma O-E de Sierra de Alhama en un contexto de acortamiento local NNE-SSO de hasta 2 mm/año. En este contexto, se trata una falla normal que acomoda la extensión relacionada con la flexión del arco externo de la antiforma de Sierra de Alhama en su segmento occidental.
La extensión en la Cordillera Bética central está posiblemente asociada al colapso extensional desde la zona más elevada en la Cordillera Bética, Sierra Nevada, a las zonas más deprimidas hacía el oeste, suroeste y sur. Este colapso activa el sistema extensional de la Cuenca de Granada en el borde occidental de Sierra Nevada y determinan el desarrollo actual de la cuenca. La formación del frente de acortamiento al oeste y suroeste de la Cuenca de Granada probablemente se debe a la existencia de un cuerpo denso emplazado en la corteza que actúa como contrafuerte, como indica la fuerte anomalía gravimétrica positiva. Hacia el sur, el sistema está delimitado por la indentación activa en el Mar de Alborán central. El levantamiento en la zona de Sierra Nevada podría deberse tanto a la formación de grandes pliegues E-W debido a la convergencia Eurasia-Nubia como al rebote isostático relacionado con el slab-tearing. En cambio, las regiones deprimidas hacia el oeste, suroeste y sur serían resultado tanto de la extensión de retroarco relacionado con el rollback como de la subsidencia en la Cuenca de Alborán occidental relacionado con la subducción activa en la Cordillera Bética occidental. El modelo geodinámico activo propuesto de la Cordillera Bética central, realizado mediante este estudio multidisciplinar, contribuye a la caracterización de los peligros geológicos en el sur de la Península Ibérica y podría ser aplicable a otros contextos geodinámicos similares.
- English
The Granada Basin is the main intramontane basin in the Betic Cordillera. It is located in its central region and bounded to the east by the highest area of the cordillera, Sierra Nevada. Its formation since the early to middle Miocene is attributed to the activity of extensional detachments that exhumed the metamorphic complexes. Currently, its development is mainly related to the activity of NW-SE faults that generate recurrent seismicity, making it the region with the highest seismic hazard in the Iberian Peninsula. The evolution of the Granada Basin is framed within an extensional context that affects the central Betic Cordillera almost entirely. This region contrasts with the surrounding areas, which are primarily influenced by shortening. On one hand, the eastern Betic Cordillera and the central Alboran Sea undergo NNW-SSE shortening due to the push of two tectonic indentors related to the Eurasia-Nubia convergence. On the other hand, the western Betic Cordillera moves towards the west, generating shortening in the westernmost front.
In the complex framework of the current development of the western Mediterranean, the central Betic Cordillera in general, and particularly the Granada Basin, constitute an excellent natural laboratory for studying the causes of extensional processes at convergent plate boundaries. Thus, this PhD thesis combines geological, geophysical, and geodetic techniques to study the main active structures of the region. It aims to enhance the understanding of the processes that influence the extension of the central Betic Cordillera and the ongoing development of the Gibraltar Arc.
The eastern Granada Basin, next to Sierra Nevada, is affected by a WSW-ENE extension of up to 1.3 mm/year according to GNSS data. Analysis of the main structures and earthquake focal mechanisms suggests that this extension is accommodated through a set of NW-SE high-angle normal faults rooted in a low-angle normal fault beneath the basin. These structures constitute the extensional system of the Granada Basin. Field geological data indicate a structural connection between the high-angle normal faults and the Miocene extensional detachments that currently outcrop in western Sierra Nevada. Therefore, the active low-angle normal fault may represent the westward continuation of ancient extensional detachments. In this context, high-precision levelling lines calculate an average vertical displacement of 0.73 mm/year along the Granada Fault, which is the main high-angle normal fault in the system. Hence, it could accommodate between one-third and potentially the entire extension in the region, if this displacement is transmitted to the low-angle normal fault.
In the extensional system of the Granada Basin, seismic sequences like the Granada 2021 are recurrent. This sequence exhibits characteristics of both a mainshock-aftershock sequence and a swarm. The relocation of seismicity reveals a `chimney-shape geometry. Geological and gravimetric analysis points to the interaction between an active set of NW-SE faults and another set of NE-SW faults acting as barriers, segmenting the former and confining the seismicity. As a result, the length and rupture area of the activated segments are reduced, limiting the maximum magnitude of earthquakes to Mw 4.5-5.0. In this way, the accumulated stresses in the area need to be released through the recurrence of several earthquakes of similar magnitude. This gives the `swarmy¿ characteristic to the sequence and decreases the seismic potential of the faults.
Regional GNSS data suggest that the western and southwestern edges of the Granada Basin constitute a compressional front. Geological and geophysical observations reveal that this front is characterized by N-S blind thrusts in the northern region, affecting the External Zones, and the development of large WNW-ESE folds in the southern region, within the Internal Zones. The relocation of seismicity indicates a structural relationship between this front and the extensional detachment of the Granada Basin. The Ventas de Zafarraya normal Fault constitutes the main seismogenic structure in the region, most likely responsible for the 1884 Andalusian earthquake. Data from the Zafarraya GNSS network, located near the External/Internal Zones boundary, indicate that the activity of the Ventas de Zafarraya Fault is linked to the development of the W-E Sierra de Alhama antiform within a context of local NNE-SSW shortening of up to 2 mm/year. Consequently, it is a normal fault accommodating the bending-moment extension of the Sierra de Alhama antiform in its western segment.
Extension in the central Betic Cordillera is probably associated with an extensional collapse from the highest region in the Betic Cordillera, Sierra Nevada, towards the more subsided regions to the west, southwest, and south. This collapse activates the extensional system of the Granada Basin at the western edge of Sierra Nevada, determining the current development of the basin. The formation of the compressional front in the west and southwest of the Granada Basin is probably due to the presence of a dense body embedded in the crust acting as a buttress, as indicated by a strong positive gravity anomaly. To the south, the system is constrained by the active indentation in the central Alboran Sea. The uplift in the Sierra Nevada region could result from isostatic rebound related to slab tearing, as well as the formation of large E-W folds due to the Eurasia-Nubia convergence. Whereas the subsided regions to the west, southwest, and south would result from both back-arc extension related to rollback and subsidence in the western Alboran Basin associated with active subduction in the western Betic Cordillera. The proposed active geodynamic model of the central Betic Cordillera, carried out by means of this multidisciplinary study, contributes to the characterization of geological hazards in the southern Iberian Peninsula that also may apply to other similar geodynamic contexts.
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