TIERRA Y TECNOLOGÍA Nº 60 | DOI: https://dx.doi.org/10.21028/lrr.2022.07.04 | Autora: Lucía Rueda Ramos. Facultad de Ciencias Geológicas (UCM). C/ José Antonio Novais, 12, Ciudad Universitaria 28040 – MADRID (España). lucrueda@ucm.es.


RESUMEN

Las concreciones carbonáticas de tipo septaria objeto del presente estudio se localizan en las proximidades de Tortuero (Guadalajara), en el flanco noroeste (NO) de un sinclinal tumbado en el límite entre el Dominio nororiental del Sistema Central Español y la Cuenca de Madrid. Las concreciones se encuentran en facies mixtas correspondientes a la Capa de Margas de Alcorlo (Turoniense Medio, Cretácico Superior). Esta unidad pertenece a la Mesosecuencia I del Cretácico Superior y corresponde a un máximo regresivo. La metodología empleada para la caracterización mineral y textural ha permitido inferir un posible modelo genético para explicar el origen de estas concreciones carbonáticas. Las concreciones presentan dos formas: una esferoidal y otra discoidal, con diversos tamaños. En su interior se reconocen dos zonas, una interna caracterizada por la presencia de silt (limo) y carbonato (calcita) y una externa de micrita peloidal microbiana, con porosidad secundaria de tipo shrinkage (septarias). Esta porosidad estáparcialmente rellena de un cemento fibroso de calcita. Se deduce que las concreciones se desarrollaron por debajo de la interfase sedimento-agua en un ambiente palustre asociado a la línea de costa. La interrupción de la sedimentación favoreció el crecimiento concrecionar entorno a un núcleo no determinado/visible a partir de aguas continentales freáticas. El origen de las septarias se relaciona con procesos de deshidratación del sedimento por desecación y cementación posterior, característicos de ambientes palustres.

ABSTRACT

The septarian carbonate concretions of the present study are located in the vicinity of Tortuero (Guadalajara), on the northwestern (NW) flank of a syncline lying on the boundary between the northeastern Domain of the Spanish Central System and the Madrid Basin. The concretions were found in mixed facies corresponding to the Alcorlo Layer Marls (Middle Turonian, Upper Cretaceous). This unit belongs to the Upper Cretaceous Mesosequence I and corresponds to a regressive maximum. The methodology used for the mineral and textural characterization has allowed us to infer a possible genetic model to explain the origin of the carbonate concretions. The results show that the concretions present two shapes: a spheroidal and a discoidal one, and different sizes. Two zones can be recognized inside, an internal one characterized by the presence of silt and carbonate (calcite), and an external one of microbial peloidal micrite, with secondary porosity of shrinkage type (septariae). This porosity is partially filled with a fibrous calcite cement. It is inferred that the concretions developed below the sediment-water interface in a marsh environment associated with the shoreline. Interruption of sedimentation favored concretionary growth around an undetermined core from phreatic inland water. The origin of the septaria is related to sediment dehydration processes by desiccation and subsequent cementation, characteristic of marsh environments.

INTRODUCCIÓN

Las concreciones carbonáticas han sido en los últimos años objeto de investigación por diferentes autores (Torrijo et al., 2004; Arribas et al., 2012; Marshall y Pirrie, 2013; McMahon et al., 2016; Pratt y Ponce, 2019). Los cuerpos concrecionares son estructuras útiles para reconstruir la historia diagenética de las unidades litológicas donde se encuentran. Su estudio también tiene aplicación en el campo de la hidrogeología, paleoclimatología y la explotación de recursos energéticos, ya que los factores genéticos, de emplazamiento y de movilización resultan de utilidad para la reconstrucción del entorno y su diagénesis (Torrijo y Mandado, 2010).

Las concreciones son un producto diagenético que se encuentran normalmente en rocas sedimentarias de diferentes edades, tanto en ambientes marinos como continentales (Marshall y Pirrie, 2013). Su desarrollo comienza a partir de la cementación sobre un núcleo, que puede ser cualquier partícula mineral o restos paleontológicos bien conservados precipitando diferentes generaciones de cemento (Garcés-López, 2018).  Las formas y tamaños son muy variados, desde concreciones centimétricas, como las descritas por Marshall y Pirrie (2013) en capas profundas marinas, hasta concreciones métricas como las referidas por Arribas et al. (2012) en depósitos arenosos eólicos.

En general, las concreciones se originan tanto en ambientes someros como profundos y permanecen dentro de un ambiente geoquímico específico (ej: zona de reducción de sulfatos) según Ponce et al., (2018). Asimismo, los horizontes concrecionares pueden indicar un hiato o una superficie de erosión y albergar información de intervalos de tiempo y eventos no documentados en el registro sedimentario (Marshall y Pirrie, 2013; Ponce et al., 2018). Por otro lado, algunas concreciones presentan en su interior grietas muy características denominadas septarias, cuyo origen se sigue discutiendo hoy en día. En España, han sido descritas en diferentes tipos de formaciones, destacando las estudiadas por Alonso-Azcárate et al. (1996) en La Rioja o por Baceta et al., (2010) en el flysch del País Vasco.

Existen cuatro hipótesis sobre su formación: por compactación en un enterramiento rápido; por descomposición de materia orgánica, por desecación/sinéresis (Pettijohn, 1949; Marshall y Pirrie, 2013) y por movimientos sísmicos (Pratt y Ponce, 2019).

El objetivo del presente trabajo se centra en la caracterización de la historia diagenética y los posibles procesos de formación y crecimiento de las concreciones carbonáticas halladas en las margas de la Capa de Alcorlo (Turoniense Medio) en el sinclinal de Tortuero (Guadalajara). Para ello se ha realizado un estudio petrográfico que comprende el análisis textural y composicional de dichas concreciones.

SITUACIÓN GEOGRÁFICA Y CONTEXTO GEOLÓGICO

La zona de estudio (Anexo I) se localiza al norte de la provincia de Guadalajara (España) (Fig.1), próxima al municipio de Tortuero.

Geológicamente se encuentra en el borde sur del sector nororiental del Sistema Central Español (SCE), limitando con la Cuenca Cenozoica del Tajo. El SCE es una cordillera de 600 km de longitud con una dirección NE-SO que se extiende desde la zona central de la Península Ibérica hasta Portugal (De Vicente y Muñoz-Martín, 2012). Se distinguen dos sectores limitados por numerosas fallas transversales en dirección N-S: el sector occidental (Sierra de Gredos y de La Paramera) y el sector oriental (Guadarrama-Somosierra). El SCE aparece limitado por la Cuenca del Duero al norte y la Cuenca del Tajo al sur. Tectónicamente, el SCE, se considera una cadena intraplaca de piel gruesa (De Vicente et al., 2004). La estructura que presenta es de tipo pop-up, en donde predomina el basamento con cierta implicación en la deformación (De Vicente et al., 2004). La Meseta Central sufrió durante la Orogenia Alpina unas fases de compresión-descompresión que dieron lugar al levantamiento del SCE durante el Cenozoico (Pedraza, 1994), provocando fallas inversas y el plegamiento de las unidades del Cretácico Superior. Los cabalgamientos produjeron pliegues de propagación de falla, entre estos destaca el sinclinal tumbado de Tortuero (Fig. 2), en donde se encuentra la Capa de margas de Alcorlo. Hacia el este del SCE predominan los materiales mesozoicos hasta la unión con la Rama Castellana-Valenciana del Sistema Ibérico (De Vicente et al., 2004) (Fig. 1 B).

Fig.1. A: Mapa de España. B: Localización de la zona de estudio y esquema geológico modificado de Alonso-Zarza et al. (2004). 1. Rocas plutónicas; 2. Pizarras, mármoles, cuarcitas y gneises; 3. Pizarras y metagrauvacas; 4. Pizarras, cuarcitas y metavulcanitas; 5. Mesozoico; 6. Paleógeno; 7. Mioceno indiferenciado; 8. Unidad Inferior del Mioceno; 9. Unidad Intermedia del Mioceno; 10. Unidad Superior del Mioceno; 11. Plioceno; 12: Cuaternario. C: Ortofoto de Google Earth de la zona de estudio (recuadro rojo) junto con sus localidades y carretera principal. Las coordenadas UTM (Proyección UTM- Elipsoide internacional) de la zona de estudio en metros aproximadamente son: (626000,705250), (633000,705250), (626000,702650) y (633000,702650). El punto rojo señala la localización aproximada de las septarias.
Fig.2. A: Corte geológico y leyenda de las unidades cartográficas del mapa geológico del Anexo I. Se observa el retrocabalgamiento de Tortuero junto con el basamento y la cobertera del Cretácico Superior.

Los materiales del Cretácico Superior que se encuentran en el límite entre la Cuenca del Tajo y el SCE, abarcan desde el Turoniense hasta el Campaniense-Maastrichtiense. Durante el Cretácico Superior se produjo el acercamiento de la placa Africana a Eurasia, originando la separación del océano Atlántico (NO) y el mar del Tethys (SE). Supuso uno de los episodios transgresivos-regresivos más importantes a escala global dando lugar a tres conjuntos sedimentarios (Fig. 3 y 4): un término inferior terrígeno (Fm. Utrillas; Cp. De Alcorlo), un término superior carbonático (Fm. Castrojimeno, Fm. Burgo de Osma y Fm. Valle del Tabladillo) y un último conjunto detrítico-evaporítico (Eoceno) dando paso al Paleógeno (Gil y García, 1996; Gil et al., 2008; Gil et al., 2010). Según estos autores, los factores que controlaron la sedimentación durante el Cretácico Superior fueron: la subida global del nivel del mar, un clima cálido-húmedo debido a la posición subtropical de Iberia, y la tectónica regional que favoreció las conexiones paleogeográficas. La plataforma carbonática y margen costero que representan las sucesiones del Cretácico Superior en el borde sur del Sistema Central forman parte de una megasecuencia sedimentaria de primer orden, que se subdivide en dos mesosecuencias de segundo orden (Fig. 3; Segura et al., 2013). El primer ciclo transgresivo-regresivo ocurrió durante el Cenomaniense hasta el Turoniense Medio. En esta etapa destaca el desarrollo de una llanura de marea con facies mixtas y una plataforma externa carbonática. La Capa de margas de Alcorlo correspondería al final de esta primera megasecuencia (Gil et al., 2010) (Fig. 3).

Fig. 3. Cuadro litoestratigráfico y genético del Cretácico Superior (Modificado de Gil et al., 2010). Se localiza con una estrella roja la Capa de margas de Alcorlo.
Fig. 4: Columna estratigráfica de las unidades cartográficas del Cretácico Superior en las proximidades de Tortuero. La estrella señala la localización de las concreciones carbonáticas.

En esta zona y por encima de los materiales cretácicos (Fig. 3 y 4) se apoya una sucesión de depósitos sedimentarios clásticos y carbonáticos del Paleógeno, Neógeno y Cuaternario que corresponden al relleno de la Cuenca del Tajo. 

METODOLOGÍA

Para abordar este estudio se han seguido diferentes etapas de trabajo:

– Trabajo de Campo: Se han realizado un mapa geológico (Anexo I), dos cortes geológicos a escala 1:25.000 (Fig. 3) y una columna estratigráfica (Fig. 2). Se tomaron medidas de dirección y buzamiento en las diferentes unidades estratigráficas para su cartografía geológica; en la Capa margas de Alcorlo, se describieron in situ las concreciones observando su ordenación, tamaño y morfología. Además, se realizó un muestreo de las concreciones más representativas que se posicionaron dentro de las columnas estratigráficas. También se tomaron fotos del afloramiento.

Una vez realizada la sección estratigráfica (Fig. 4) se eligió en el afloramiento una cuadrícula de 6 m2 para hacer la descripción in situ de las concreciones teniendo en cuenta: su relación con la roca caja (margas), distribución espacial, medida de los tamaños (calibre), descripción de las formas, etc. Posteriormente se realizó un muestreo de las concreciones más representativas. El siglado que se ha utilizado para hacer el muestreo es el siguiente: TUR-MX-Cc (Turoniense- MuestraX- Concreciones carbonáticas). Los tamaños fueron medidos con un calibre utilizado las escalas de tamaños de Udden (mm) y Krumbein (Ф) para su caracterización morfológica (Anexo II).

– Análisis petrográfico: De un total de 80 concreciones para el análisis petrográfico se seleccionaron cinco ejemplares, cuatro simples y una compuesta (formada por varias concreciones unidas entre sí). En cada concreción se realizó la sección pulida y su correspondiente lámina delgada de 30 micras de espesor. Las láminas delgadas se realizaron en el laboratorio de Paleontología del Departamento de Geodinámica, Estratigrafía y Paleontología de la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid. Se ha llevado a cabo un estudio microscópico con luz transmitida que incluye: la caracterización composicional y textural de las concreciones, así como un estudio de la diagénesis y la porosidad. Para el análisis petrográfico se ha utilizado un microscopio óptico marca OLYMPUS, modelo BX51, equipado con una cámara digital OLYMPUS, modelo DP12 en el Departamento de Mineralogía y Petrología de la Facultad de CC. Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid. Las láminas fueron sometidas a tinción selectiva de carbonatos (Lindholm y Finkelman, 1972) para diferenciar la mineralogía de carbonatos (calcita y dolomita). Para la caracterización de la textura deposicional se han empleado la clasificación de Dunham (1962), y el trabajo de Tucker (1988) para la descripción de los cementos. La caracterización de la porosidad se realizó siguiendo la clasificación de Choquette y Pray (1970). También se consultó el trabajo de Scholle y Ulmer-Scholle (2003) como material petrográfico complementario. Para el análisis de la forma de las concreciones se ha realizado un diagrama de Zingg para observar la tendencia de los ejes cristalográficos (Corrales et al., 1977). El eje x e y del gráfico representan las relaciones B/A (M) y C/B (N) de los ejes cristalográficos, siendo A el eje mayor, B el intermedio y C el menor.

– Análisis de Difracción de Rayos X (DRX): Se ha empleado el difractómetro Bruker modelo D8 ADVANCE en el Centro de Asistencia a la Investigación (C.A.I) de Técnicas Geológicas de la Facultad de C.C. Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid para dos muestras. Los diagramas de difracción de polvo desorientado para caracterizar la mineralogía de la muestra total se han obtenido en un intervalo angular de 2 a 65º, un tamaño de paso de 0,02º y un tiempo por paso de 1 s. El análisis semicuantitativo se ha realizado siguiendo el método de Chung (1975) y utilizando el software EVA de Bruker.

RESULTADOS

Descripción de las concreciones in situ y relación con la roca caja

Las concreciones se encuentran concentradas de manera limitada en una parte de la Capa margas de Alcorlo en las proximidades de la localidad de Tortuero (Fig. 1 C). Está constituida por margas ocres semiconsolidadas de textura limosa. Las concreciones carbonáticas se encuentran dispersas dentro de las margas sin una ordenación preferente. Aparte de las concreciones carbonáticas, se distinguen pequeños nódulos amorfos (según la forma) de carbonato de aproximadamente 1 cm. Esta unidad se caracteriza por presentar un cambio lateral de facies con la Fm. Arenas de Utrillas (Gil et al., 2010). Estratigráficamente, se encuentra en contacto con la Fm. Utrillas en la base, y con las Dolomías y Calizas arenosas de la Fm. Caballar a techo (Fig. 3 y 4). El color ocre de las concreciones es el mismo que el de la roca caja (Fig. 5 A y B).

Fig. 5. A y B: Vista del afloramiento donde se observan las concreciones carbonáticas in situ (Capa de margas de Alcorlo, ver ubicación en Fig. 1 C).

Las 80 muestras recogidas en el afloramiento se han clasificado según su tamaño, forma, color y agrupación. El tamaño (diámetro mayor estimado en la concreción) puede variar mucho siendo los tamaños más frecuentes los comprendidos entre los intervalos (16-32) mm, (32-64) mm y (64-128) mm. Las formas son variadas, llegándose a encontrar 66 con forma esferoidal y 14 con forma discoidal. Las concreciones carbonáticas se pueden llegar a encontrar agrupadas en 3, 4 o incluso 8 unidades coalescentes. Por esta razón, se han distinguido entre concreciones simples y compuestas, esta últimas formadas por más de dos concreciones (Anexo II). Las concreciones cuyo tamaño medio corresponde a los intervalos (16-32) mm y (32-64) mm suelen tener formas esféricas (Fig. 5 A y B); sin embargo, las de (64-128) mm suelen ser discoidales. El diagrama de Zingg muestra que la mayoría de las concreciones se pueden considerar esferoidales o que sus ejes tienen una tendencia a ser equidimensionales (Fig. 6).

Fig. 6. Diagrama de Zingg. Los resultados muestran una clara inclinación hacia la forma esferoidal de las concreciones carbonáticas. Los datos han sido tomados del Anexo II.

Descripción composicional

En este apartado se describe la fábrica interna y composición mineral de las concreciones carbonáticas, tanto en secciones pulidas, como en secciones fracturadas por el martillo, lámina delgada y análisis de Difracción de Rayos X (DRX).

La caracterización en campo y sección pulida de las concreciones carbonáticas (tanto discoidales como esferoidales) refleja una fábrica interna formada por dos zonas más o menos definidas, una zona interna que forma la mayor parte de la concreción y otra externa en la periferia. La zona interna está constituida por una marga (limo y carbonato) con un desarrollo de fracturas de tipo septaria muy características (Fig. 7 A-D). Éstas se estrechan hacia la periferia de la concreción y presentan un patrón radial poliédrico e irregular similar a las descritas y definidas por diferentes autores (Boles et al., 1984, Baceta et al., 2010, Marshall y Pirrie, 2013). Las concreciones muestran en su interior un color anaranjado-ocre, con algunas zonas oscuras, correspondientes a posibles óxidos de Fe o materia orgánica (Fig. 7 B-D). Las septarias parecen más abundantes y desarrolladas en las concreciones discoidales que en las esferoidales (Fig. 7 A y B).

El análisis de la zona interna de las concreciones en lámina delgada (Fig. 8 C y D) permite diferenciar una fracción silt (0,062 – 0,031mm) cementada por un mosaico de cristales de calcita de textura microcristalina-mesocristalina. La fracción silt está formada por clastos de cuarzo monocristalino, feldespatos, micas y opacos, así como agregados de minerales de la arcilla (caolinita) y posibles restos de materia orgánica (Fig. 8 A-D). La zona externa de la concreción corresponde a carbonato micrítico peloidal de aspecto grumelar con poros fenestrales (Choquette y Pray, 1970) (Fig. 8 F). El espesor de esta envuelta externa es variable y llega a superar los 2 mm. En ocasiones y en sección longitudinal, se reconoce una laminación paralela horizontal limitada por una fina capa negra, la cual queda cortada por las fracturas (Fig. 7 B). En ambos tipos de concreciones se desarrollan las septarias con el mismo patrón radial.

Fig. 7. A: Corte de una concreción esferoidal simple (muestra TUR-M5-Cc). B: Corte longitudinal de una concreción discoidal simple (muestra TUR-M6-Cc) en la que se observa levemente laminación paralela en el interior y septarias con fracturación vertical, propias de unas grietas de tensión por compactación. C: Corte transversal de una concreción compuesta (muestra TUR-M1-Cc) en la que se observa un grupo de tres concreciones discoidales con septarias en su interior e independientes en su comportamiento de fracturación. D: Corte transversal de una concreción discoidal simple (muestra TUR-M2-Cc) en la que se observan septarias con un patrón poliédrico. Tanto en sección pulida como en lámina delgada se puede observar dos áreas definidas: una zona central o interna (1) a la concreción y una capa fina externa (2) que se desarrolla sobre la anterior y la envuelve.
Fig. 8. A: Detalle del relleno de una septaria en la zona interna de una concreción discoidal, muestra TUR-M5-Cc, nícoles paralelos. B: Septaria en una concreción discoidal rellena parcialmente por cemento fibroso de calcita, muestra TUR-M5-Cc, nícoles paralelos.. C: Zona interna de la concreción discoidal, muestra TUR-M5-Cc. D: Aumento de la Fig. 8 C, donde se reconoce la fracción silt (cuarzo, micas y opacos), los agregados de caolinitas (flechas blancas) parcialmente reemplazados por calcita (en rojo), nícoles paralelos. E: Detalle del cemento fibroso y localmente botroidal de calcita rellenando parcialmente una septaria, muestra TUR-M5-Cc, nícoles cruzados. F: Zona externa de una concreción compuesta, muestra TUR-M1-Cc, formada por micrita con desarrollo de porosidad fenestral, nícoles paralelos.

Las septarias se presentan en todas las concreciones y están formadas por cavidades cuya anchura va disminuyendo del centro de la concreción al borde de esta y termina con una forma puntiaguda muy característica. Esta porosidad llega en algunas zonas hasta la zona externa, cortándola (largo: 1,5-2 cm en la Fig. 7 B; ancho: 2 a 0,5-0,25 mm en la Fig. 7 D). A nivel microscópico las septarias se encuentran parcialmente rellenas por un cemento calcítico fibroso y botroidal (Fig. 8 A, B y E) (Scholle y Ulmer-Scholle, 2003). Generalmente, el relleno parece minoritario, ya que en los ejemplares expuestos en la Fig. 7 no se observan rellenos a simple vista.

Los difractogramas muestran una clara composición calcítica y silícea en ambas muestras (zona interna y externa mezclada). Los filosilicatos comparten casi el mismo % en peso. Cualitativamente, estos minerales de la arcilla podrían corresponder a caolinita, ya que el pico es igual a 7,2 Amstrong (la banda de la caolinita).

Fig. 9: A y B: Difractogramas de las muestras TUR-M4-Cc y TUR-M5-Cc. Leyenda: Qtz (cuarzo), Phy (filosilicatos), Fsp (feldespato potásico) y Cal (calcita). Eje x: ángulo de bombardeo (2-Theta). Eje y: Intensidad. C: Análisis semicuantitativo de las fases cristalinas de la mineralogía total por DRX en polvo.

DISCUSIÓN

El análisis textural y composicional, así como el estudio diagenético de las concreciones ha permitido sugerir un modelo genético.

Las concreciones carbonáticas estudiadas se caracterizan por presentar un desarrollo complejo donde los cristales de cemento parecen crecer de forma simultánea en todo el volumen de la concreción. Este tipo de cemento generalizado ha sido descrito y denominado como de tipo  pervasive por Raiswell y Fisher (2000). El tamaño homogéneo de la fracción silt y su porosidad primaria original(Fig. 8 C) podría haber favorecido la entrada de aguas sobresaturadas en calcita y el posterior desarrollo de los cristales de calcita según sus tres ejes cristalográficos y dentro de la porosidad primaria relicta (Marshall y Pirrie, 2013). Por otra parte, en los análisis de DRX de la muestra TUR-M4-Cc (Fig. 9 A) se observa un alto % de cuarzo respecto de los feldespatos y filosilicatos (Fig. 9 C) lo que podría haber permitido la entrada de las aguas meteóricas diagenéticas responsables del desarrollo de cristales con velocidades de precipitación similares. Esta sería la hipótesis que podría justificar el desarrollo de las concreciones esferoidales. Por otra parte, la elevada proporción en minerales de la arcilla en algunas concreciones discoidales podría favorecer el crecimiento de cristales de calcita a favor de la orientación preferente de estos minerales de la arcilla (minerales laminares), y así condicionar su morfología final (Marshall y Pirrie, 2013). Sin embargo, sería necesario hacer más análisis para probar que las concreciones discoidales tienen más minerales de la arcilla que las esferoidales.

La textura en mosaico equicristalina del cemento, en la zona interna de la concreción, indica una composición original de calcita de bajo contenido en Mg, así como un posible ambiente diagenético meteórico freático, ya que muestra cristales equidimensionales con texturas en mosaico (Tucker, 1988; Tucker y Wright, 1990). Los haces de caolinita (Fig. 8 D) posiblemente se formaron por la alteración de feldespato potásico durante la eogénesis y en ambiente diagenético meteórico (Worden y Morad, 2003). A su vez, estos agregados de caolinita podrían encontrarse parcialmente reemplazados por calcita de bajo contenido en magnesio (Fig. 8 D). La cementación de calcita de bajo contenido en magnesio y la alteración de los feldespatos potásicos a caolinita caracterizan un ambiente temprano meteórico y debieron ser simultáneos. La presencia de opacos se interpreta como óxidos o hidróxidos de Fe o posibles restos de materia orgánica utilizando la luz reflejada para diferenciar. El cemento carbonático se pudo originar a favor de partículas o granos carbonáticos (Fig. 10).

Los rasgos texturales de la envuelta externa carbonática como su textura grumelar, con presencia de porosidad fenestral (Fig. 8 F), así como posibles restos de materia orgánica parecen indicar un proceso de precipitación carbonática por bioindución favorecida por la actividad de cianobacterias (Tucker y Wright, 1990; Goswami y Ghosh, 2021). Este proceso sería el responsable de la formación de las concreciones compuestas (Fig. 7 C). Se sugiere que el desarrollo de carbonato bioinducido se produciría en la interfase sedimento-agua o por debajo de esta, en un ambiente palustre asociado a la línea de costa con una importante actividad microbiana.

Se plantea que las septarias correspondan a una porosidad de tipo shrinkage (Choquette y Pray, 1970) formada por retracción y desecación del sedimento carbonático en diagénesis meteórica temprana. Esta porosidad es muy frecuente en ambientes palustres (Freytet y Plaziat, 1982) y su desarrollo pudo estar ligado a pulsos o etapas de desecación relacionados con bajadas progresivas del nivel freático en ambientes palustres próximos a la línea de costa. Por otra parte, la capacidad de deshidratación e hidratación de las arcillas podría justificar el desarrollo de las septarias. La alta porosidad y baja permeabilidad de las arcillas provocaría el hinchamiento de dichos minerales, que al deshidratarse darían lugar a las fracturas. Esta hipótesis se sostiene por la morfología de las concreciones (Marshall y Pirrie, 2013), ya que, si se supone que las discoidales tienen más % de arcilla, deberían de desarrollarse más septarias, y precisamente, esto se observa en la Fig. 7 A y B. Sin embargo, se necesitarían más análisis de Rayos X para apoyar esta hipótesis.

La forma de las concreciones discoidales puede sugerir cierta compactación en la historia diagenética del cuerpo rocoso que las alberga. Según diversos estudios (Astin, 1986; Marshall y Pirrie, 2013; Wetzel y Bojanowski, 2021) la presión que ejerce el sedimento durante el enterramiento en muchos casos puede provocar la forma en disco de las concreciones junto con las respectivas grietas internas en respuesta de dicha fuerza, siempre que las concreciones estén aún en estado plástico, pero al mismo tiempo lo suficientemente cementadas como para resistir a dicha compactación (Seilacher, 2001; Wetzel y Bojanowski, 2021). El ejemplar discoidal de la Fig. 7 B muestra unas grietas que podrían indicar un ligero aplastamiento sinsedimentario por carga frente a la de la Fig. 7 A, la cual no tienen ninguna evidencia de aplastamiento. Además, según Pratt y Ponce et al., (2019) es posible que algunas septarias se hayan producido por algún tipo de sismicidad, siempre y cuando se evidencie en el registro sedimentario algún tipo de evento muy intenso y corto en el tiempo como las tempestitas, caída de bloques grandes o estructuras sedimentarias que se hayan formado por tsunamis o episodios tormentosos.

Por otro lado, la falta de relleno cementante en las grietas septáricas induce a pensar que no hubo presencia de aguas diagenéticas o meteóricas desde ese momento hasta nuestros días que pudiese provocar la precipitación total de minerales de calcita.

El cemento fibroso de calcita que rellena parcialmente las septarias se interpreta como un precipitado inicial de aragonito formado a partir de aguas enriquecidas en Mg (Scholle y Ulmer-Scholle, 2003). Se sugiere que el origen del aragonito podría estar asociado a una posible entrada de aguas marinas desde la costa hacia zonas palustres restringidas (Fig. 10). Aun así, se deben incorporar datos isotópicos del oxígeno  (d18º) en estudios futuros para completar y evidenciar la hipótesis.

Fig. 10. Esquema de la estructura interna de una concreción carbonática tipo y modelo genético para las septarias diferenciando cinco estadios evolutivos: a) Por debajo de la interfase sedimento-agua y en un ambiente freático meteórico precipitación de calcita (primera generación de cemento) alrededor de una pequeña partícula carbonática aprovechando la porosidad primaria relicta en las margas de la Capa de Alcorlo; b) Evolución progresiva de la cementación en la zona interna con formación de un mosaico de calcita; eventualmente la precipitación de carbonato tendría lugar en un ambiente reductor con la formación de ankerita, mínimamente detectada; c) Posible desarrollo de la capa externa carbonática por actividad microbiana a partir de procesos de bioinducción en un ambiente palustre-lacustre; d) Bajada del nivel freático dando lugar a la fisuración por desecación de la concreción (deshidratación de las arcillas) con desarrollo de las septarias en zona vadosa. e) Formación de la 2ª generación de cemento fibroso en algunas paredes de la fractura a partir de aguas enriquecidas en Mg (origen marino?).

Tanto Segura et al. (2013) como Gil-Gil et al. (2013) en sus estudios palinológicos argumentan que durante el Turoniense Medio (Capa de margas de Alcorlo) hubo un ambiente costero-continental (palustre). Según Gil et al. (2010) la Capa de Alcorlo representa una ruptura sedimentaria o máximo regresivo que se produjo durante la Mesosecuencia I (Turoniense Medio, Cretácico Superior). Esta interrupción de sedimentación favorecería la actividad microbial así como la bioinducción de carbonato en el tiempo necesario para el desarrollo de los cuerpos concrecionares (Garcés López, 2018) en un ambiente eodiagenético (Hudson et al., 2001). Por tanto, la formación de estas concreciones carbonáticas podría coincidir con la ruptura sedimentaria que se produjo hace 90 Ma. Los pulsos de retracción y contracción por la bajada del nivel freático quedarían respaldados también por el máximo regresivo.

CONCLUSIONES

La Capa de margas de Alcorlo muestra una profusión y concentración de concreciones carbonáticas muy característica en la zona de estudio.

  • Las concreciones carbonáticas se caracterizan por presentar una zona interna con cemento calcítico y otra externa micrítica, genéticamente diferentes.
  • La presencia de aguas diagenéticas continentales en ambiente freático durante la eogénesis favoreció el desarrollo de cemento de calcita en mosaico dentro de un sedimento muy fino y seleccionado de silt, a favor de pequeñas partículas de carbonato que actuaron, posiblemente, como núcleos de precipitación.
  • Se sugiere que la envuelta externa de carbonato micrítico peloidal parece indicar una actividad microbiana asociada a un posible ambiente de sedimentación palustre-lacustre.
  • La cementación parcial de las septarias post-data su formación a partir de aguas diagenéticas enriquecidas en Mg, que podría estar relacionada a la entrada de aguas marinas debido a su proximidad a la línea de costa.
  • La calcitización del cemento de aragonito (neomorfismo) se desarrolló posteriormente en la etapa de estabilización de carbonatos en ambiente diagenético continental.
  • Las concreciones se formaron en un ambiente de sedimentación palustre próximo a la línea de costa.
  • Las septarias desarrolladas en el interior de las concreciones podrían relacionarse con la desecación del sedimento margoso durante episodios de retracción-desecación debido a la bajada del nivel freático durante el máximo regresivo del Turoniense Medio en un ambiente palustre y posteriormente a la formación de las concreciones.

AGRADECIMIENTOS                                                                           

Me gustaría mostrar mi agradecimiento al Ilustre Colegio Oficial de Geólogos por habernos dado esta oportunidad de publicar en la revista de Tierra y Tecnología. A Laura Domingo y a Mª Eugenia Arribas por la supervisión del trabajo de fin de grado (TFG). A José Arribas Mocoroa por su revisión sobre el análisis petrográfico. Al Centro de Asistencia a la Investigación (C.A.I.) de la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid por su implicación en el trabajo y en la metodología, especialmente a Xabier Arroyo Rey, Luis Andreu González-Iglesias y Paula Hernández Prieto. Este trabajo se encuadra dentro del proyecto PGC2018-094955-A-I00 del Ministerio de Ciencia e Innovación.

BIBLIOGRAFÍA

  • Alonso-Azcárate, J., Benito, M. I., Mas, J. R. y Rodas, M. 1996. Estudio de los procesos de septarización, cementación y reemplazamiento de las concreciones carbonatadas asociadas al yacimiento de piritas de Navajún. Cuenca de Cameros (La Rioja). Geogaceta, 20 (3).
  • Alonso-Zarza, A. M., (coordinador). 2004. Cuenca del Tajo. Geología de España. En: Vera, J.A. (Ed.). Sociedad Geológica de España- Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, Cap. 6.5 (556-561).
  • Arribas, M. A., Rodríguez-López, J.P., Meléndez, N., Soria, A. R. y De Boer P. L. 2012. Giant calcite concretions in aeolian dune sandstones; sedimentological and architectural control son diagenetic heterogeneity, mid- Cretaceous Iberian Desert System, Spain. Sedimentary Geology, v. 243-244, 130-147.
  • Astin, T. R. 1986. Septarian crack formation in carbonate concretions from shales and mudstones. Clay minerals. Vol 21, 4, pp. 617-631.
  • Baceta, J. I., Orue-Etxebarria, X. y Apellaniz, E. 2010. El Flysch entre Deba y Zumaia. Fundamentos: Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 18.3, 269-283.
  • Boles, J. R., Landis, C. A. y Dale, P. 1984. The Moreaki Boulders- anatomy of some septarian concretions. SEPM Journal of Sedimentary Research, Vol. 55, nº 3.
  • Choquette, P.W. y Pray, L. C. 1970. Geologic Nomenclature and Classification of Porosity in Sedimentary Carbonates. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 54 (2), 207–250.
  • Chung, F.H. (1975). Quantitative interpretation of X-ray diffraction patters of mixtures. III Simultaneus deter- mination of a set of reference intensities. Journal Applied Crystallography, 8: 17-19.
  • Corrales Z. I., Rosell, S.J., Sánchez, L.M., Vera, T. J.A. y Vilas, M. L. 1977. Estratigrafía. Editorial Rueda. 718 pp.
  • De Vicente, G. y Muñoz-Martín, A. 2012. The Madrid Basin and the Central System: A tectonostratigraphic analysis from 2D seismic lines. Tectonophysics, 602, 259-285.
  • De Vicente, G., Vegas, R., Muñoz Martín, J. M., González-Casado, A., Carbó, A., Álvarez, J., Cloetingh, S., Andriessen, P., Elorza, F. J. y Olaiz, A. 2004. Estructura alpina del Antepaís Ibérico (El Sistema Central), Geología de España. En: Vera, J.A. (Ed.)., Sociedad Geológica de España- Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, Cap. 7.4.3 (621-626).
  • Dunham, R.J. 1962. Classification of Carbonate Rocks According to the Depositional Texture, In: Classification of Carbonate Rocks, Memoir American Association of Petroleum Geologists, 1, 108-121.
  • Freytet, P y Plaziat, J.C. 1982. Continental carbonate sedimentation and pedogenesis – Late Cretaceous and Early Tertiary of southern France. Contrib. Sedimentology, 12, 213 pp.
  • Garcés López, A. T. 2018. Significado paleoambiental de las concreciones presentes en Formaciones marinas costeras de Chile Central (30º-34º S). Memoria para optar al título de geólogo. Univ. de Chile, 98 pp.
  • Gil-Gil, J., Fernández-Marrón, M. T., García-Hidalgo, J.F., Segura, M. y Fonollá-Ocete, J.F. 2013. Palinología del Turoniense en el sinclinorio de Campisábalos: Aportaciones al análisis estratigráfico secuencial (Sistema Central-Cordillera Ibérica; Guadalajara-Segovia, España). Revista Sociedad Geológica de España, 26 (2), 23-36.
  • Gil, J. y García, A. 1996. El Cretácico del borde meridional del Sistema Central: Unidades litoestratigráficas y secuencias deposicionales. Estudios Geol., 52: 37-49.
  • Gil, J., García-Hidalgo, J. F., Segura, M., López Olmedo, F., García, A., Díaz de Neira, J. A., Montes, M. y Nozal, F. 2010. El Cretácico del Sistema Central (España): Registro estratigráfico, contexto deposicional y esquema evolutivo. Boletín de la Real Sociedad Española de Historia Natural (Sección Geológica), 104 (1-4), 15-36.
  • Gil, J., López Olmedo, F., Montes, M. y Nozal, F. 2008. El Mesozoico y Cenozoico al sur del Sistema Central (Geología de Guadalajara). Universidad de Alcalá de Henares, IBERCRETA, 233-253.
  • Goswami, S. y Ghosh, P. 2021. Freshwater Microbialites in Early Jurassic Fluvial Strata of the Pranhita-Godavari Gondwana Basin, India. Limnogeology: Progress, Challenges and Opportunities pp 549-578.
  • Hudson, J. D., Coleman, M.L., Barreiro, B.A. y Hollingworth, N. T. J. 2001. Septarian concretions from the Oxford Clay (Jurassic, England, UK): involvement of original marine and multiple external pore fluids. Sedimentology. Vol. 48, 3.
  • Lindholm, R.C. y Finkelman, R.B. 1972. Calcite staining: semiquantitative determination of ferrous iron. J. Sed. Petrol., 42, 239-245.
  • Marshall, J. y Pirrie, D. 2013. Carbonate concretions-explained. Geology Today, 29(2), 53-62.
  • McMahon, S., Van Smeerdijk Hood, A. y McIlroy, D. 2016. The origin and occurrence of subaqueous sedimentary cracks. The Geological Society, London, Special Publications, 448, 285-309.
  • Pedraza Gilsanz,J. 1994.  Los modelos genético-evolutivos del Sistema Central Español: Implicaciones Morfotectónicas. Cuaderno Lab. Xeolóxico de Laxe, Vol. 19, 91-118.
  • Pettijohn, F.J. 1949. Sedimentary Rocks, Harper, New York.
  • Ponce, J. J., Omar Montagna, A., y Carmona, N. 2018. Atlas de estructuras sedimentarias inorgánicas y biogénicas. En: Fundación YPF (Ed.). Buenos Aires, Argentina.
  • Portero, J.M., Aznar, J.M., Pérez-González, A. y González, F. 1990. Mapa Geológico de España a escala 1:50.000, hoja nº 485 (Valdepeñas de la Sierra). Instituto Geológico y Minero de España, Madrid.
  • Pratt, B. R. y Ponce, J.J. 2019. Sedimentation, earthquakes, and tsunamis in a shallow, muddy epeiric sea: Grinnell Formation (Belt Supergroup, ca. 1.45 Ga), western North America. The Geological Society of America,V. 131, nº 9/10, 1411-1439.
  • Raiswell, R. y Fisher, Q. 2000. Mudrock‐hosted carbonate concretions: a review of growth mechanisms and their influence on chemical and isotopic composition. Journal of the Geological Society, 157(1), 239-251.
  • Scholle, P. A. y Ulmer-Scholle, D. S. 2003. A Color Guide to the Petrography of Carbonate Rocks: Grains, textures, porosity, diagenesis. Memoir 77, The American Association of Petroleum Geologists Tulsa, Oklahoma, U.S.A. 459 p.
  • Seilacher, A. 2001. Concretion morphologies reflecting diagenetic and epigenetic pathways. Sedimentary Geology. Vol 143, 1-2, 41-57.
  • Segura, M., Barroso-Barcenilla. F., García-Hidalgo, J. F. y Gil-Gil, J. 2013. Secuencias deposicionales en el Cretácico Superior en el sector de enlace entre la Cordillera Ibérica y el Sistema Central (Guadalajara y Segovia). En: García-Hidalgo, J.F., Gil-Gil, J., Barroso-Barcenilla, F., López Olmedo, F. y Díaz de Neira, J.A. (Eds.). V Congreso del Cretácico de España, IGN, 18-30.
  • Torrijo, F. y Mandado Collado, J.M.A. 2010. Nódulos y concreciones. Investigación y Ciencia: Edición Española de Scientific American. (409), 76-8.
  • Torrijo Echarri, F.J., Mandado Collado, J. y Bona Artazos, M.E., 2004. Modelización genética de nódulos y concreciones. Propuestas de clasificación. Estudios Geológicos, 60, 95-110.
  • Tucker, M. 1988. “Techniques in Sedimentology”, Blackwell Scientific Publications, Oxford, London, 394 pp.
  • Tucker, M. y Wright, V. P. 1990. Carbonate sedimentology. Blackwell Scientific Publications, p. 314- 400.
  • Wetzel, A. y Bojanowski, M. 2021. Radish concretions grown in mud during compaction. Sedimentology. Vol 69, 2.
  • Worden, R.H. y Morad, S. (2003) Clay minerals in sandstones: controls on formation, distribution and evolution. Int. Assoc. Sedimentol. Spec. Publ. 34, 3-41.
  • ANEXO I: Mapa Geológico y corte geológico a escala 1:25000 de las unidades cartográficas de la zona de estudio. Una estrella señala la localización de las concreciones carbonáticas (septarias) en las Margas de la Capa de Alcorlo (C2).
  • ANEXO II: Tabla 1: Medidas de 80 muestras in situ de concreciones carbonáticas. (16 – 32) mm, (32 – 64) mm y (64-128) mm.