Kinematics of faults between Subbetic Units during the Miocene

C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 331 (2000) 811–816
© 2000 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés
S1251805000014841/FLA
Tectonics / Tectonique
Kinematics of faults between Subbetic Units during
the Miocene (central sector of the Betic Cordillera)
Jesús Galindo-Zaldívar*, Patricia Ruano, Antonio Jabaloy, Manuel López-Chicano
Departamento de Geodinámica, Universidad de Granada, 18071 Granada, Spain
Received and accepted 20 November 2000
Communicated by Michel Durand-Delga
Abstract – The kinematic analysis of the low-angle faults that separate the major units of
the Subbetic Zone indicates two main stages of translations. In the first stage, of Burdigalian to basal Tortonian age, the hanging walls moved toward the WSW, and thrusts developed in some sectors of the External Zones. Simultaneously, in the Internal Zones, the
activity of extensional detachments shows the same kinematics. In the second stage,
affecting up to basal Tortonian rocks, northwest-verging thrusts were active. The Subbetic
tectonic units probably underwent relative rotation during the development of these structures. © 2000 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS
low-angle faults / kinematics / Miocene / Subbetic Zone / Internal Zones / Betic Cordillera
Résumé – Cinématique des failles entre les unités subbétiques pendant le Miocène
(secteur central de la cordillère Bétique). L’analyse cinématique des failles à faible
pendage qui séparent les unités principales du Subbétique indique deux étapes principales de translations. Pendant la première étape, d’âge Burdigalien à Tortonien basal, les
blocs du toit se sont déplacés vers l’WSW et des chevauchements se sont produits dans
certains secteurs des zones externes. Cette activité tectonique fut simultanée de celle des
décollements extensionnels des zones internes à cinématique semblable. Pendant la
deuxième étape, qui affecte les formations jusqu’au Tortonien basal, se sont produits des
charriages dirigés vers le nord-ouest. Les unités tectoniques du Subbétique ont probablement subi une rotation pendant le développement de ces structures. © 2000 Académie
des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS
failles à faible pendage / cinématique / Miocène / zone Subbétique / zones internes / cordillère
Bétique
Version abrégée
1. Données d’ensemble
La cordillère Bétique, située à l’extrémité occidentale
de la chaîne alpine méditerranéenne, est divisée en
zones externes et zones internes (figure 1). Le bassin
du Guadalquivir sépare la cordillère Bétique du Massif
ibérique. La zone Prébétique et la zone Subbétique
constituent les zones externes et sont composées de
roches sédimentaires, d’âge Mésozoïque et Cénozoïque,
carbonatées en général, avec quelques intercalations de
roches volcaniques et subvolcaniques. Les zones internes sont formées par plusieurs complexes tectoniques
superposés, qui comprennent, en outre, des roches
paléozoïques et qui ont subi un métamorphisme alpin.
Le complexe Névado-Filabride est situé dans une position structurale inférieure. Au-dessus est situé le complexe Alpujarride, et par-dessus le tout se trouve le
complexe Malaguide. Les complexes de la Prédorsale,
de la Dorsale et d’Alozaina sont moins bien représentés
dans la zone étudiée. Entre les zones externes et internes sont situées des unités du sillon des Flyschs. Pendant le Néogène et le Quaternaire, de grandes dépressions se sont développées : l’une des principales est la
dépression de Grenade, remplie principalement de
roches sédimentaires du Tortonien au Quaternaire, et
de résidus du Miocène moyen et inférieur.
* Correspondence and reprints.
E-mail address: [email protected] (J. Galindo-Zaldívar).
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J. Galindo-Zaldívar et al. / C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 331 (2000) 811–816
Au cours des dernières années, la plupart des travaux
tectoniques ont été consacrés aux zones internes. Les
principales déformations ductiles et cassantes que l’on y
reconnaît sont associées à de grandes failles normales à
faible pendage, actives pendant le Miocène inférieur [8].
Dans le secteur central de la Cordillère, la faille de
Mecina a permis le déplacement vers l’ouest des Alpujarrides par-dessus les Névado-Filabrides (figure 1).
Cette faille a produit des déformations ductiles dans les
Névado-Filabrides (linéations d’étirement, plis), qui ont
évolué en ductiles-cassantes (clivages de crénulation
extensionnels) et en cassantes (failles et diaclases). En
revanche, les déformations dans les Alpujarrides ont été
principalement cassantes [6, 9]. Enfin, du Miocène supérieur jusqu’à l’époque actuelle, des plis à grand rayon
de courbure et des failles normales, généralement à fort
pendage, se sont créés.
Dans les zones externes, la cinématique des failles de
la zone Prébétique est relativement bien connue, avec
une tectonique en écailles, typique des nappes de
décollement des régions externes des orogènes. Dans
le secteur central de la cordillère Bétique, des chevauchements avec déplacement des blocs du toit vers le
nord-ouest ont été identifiés [5, 11]. Néanmoins, peu de
travaux ont étudié la cinématique des failles séparant
les principales unités tectoniques de la zone Subbétique. Les études disponibles sont généralement basées
sur l’analyse des plis internes des unités et sur les
reconstructions paléogéographiques, sans que les
microstructures associées aux contacts aient été analysées en détail. La plupart des plis dans le Subbétique
ont des axes d’orientation ENE–WSW, ce qui a favorisé
l’hypothèse de déplacements des unités vers le NNW
ou vers le SSE. La plupart des recherches [7, 10, 14]
indiquent une première étape de charriage vers le
NNW. Ces chevauchements seraient déformés par des
plis de direction ENE–WSW, et par une phase postérieure de rétrocharriages avec des déplacements vers le
SSE [7]. D’autres auteurs [10], ont considéré que la première étape de charriage était dirigée vers le SSE, et
que les rétrocharriages auraient un sens de transport
vers le NNW. Les coupes équilibrées proposées dans le
Subbétique [1, 2], qui ont été très discutées, étaient
basées sur ces directions de transport. Une hypothèse
différente [4] a supposé que le Subbétique est une
grande structure en fleur, associée à un décrochement
profond. Par ailleurs, les données paléomagnétiques
indiquent que la plupart des unités du Subbétique, sauf
la Sierra Gorda, ont subi des rotations horaires de près
de 60°, probablement pendant le Miocène [12, 13].
Le principal but de cette étude est de déterminer la
cinématique des mouvements entre les principales unités du Subbétique dans le secteur central de la cordillère Bétique, à partir d’observations de terrain.
D’autre part, on discutera la relation de cette cinématique avec les failles à faible pendage des zones internes.
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2. Cinématique des contacts majeurs entre les
unités de la zone Subbétique
D’un point de vue structural, la zone Subbétique du
secteur central de la Cordillère est formée par trois unités tectoniques principales superposées et séparées par
des failles à faible pendage (figure 1). Ces contacts
recoupent les plis d’axe ENE–WSW, observés dans
l’unité Subbétique intermédiaire, au nord de la dépression de Grenade [15]. Les surfaces de faille sont généralement recouvertes par des éboulis dus à la topographie de la région, forte et irrégulière. Il est seulement
possible d’observer directement les structures des
roches faillées dans quelques carrières, talus de routes,
ou vallées encaissées. Bien que ces observations soient
dispersées, elles couvrent toute la région. La cinématique des failles à faible pendage (figure 1) a été déterminée par les structures observées sur les roches
faillées (figure 2). Les foliations cataclastiques, stries,
cisaillements Riedel, queues de trituration et croissances
de calcite indiquent au moins deux étapes de translation des blocs de toit: vers l’WSW et vers le NNW.
Dans la Sierra de Parapanda, on trouve des fibres de
calcite correspondant aux deux étapes de translation
(figure 2), qui indiquent que le mouvement vers le
NNW est le plus récent. L’âge des translations est déterminé par les données de terrain. Au nord-ouest de Loja,
la formation des « argiles à blocs », d’âge Burdigalien [3],
est située au-dessus de l’unité Subbétique intermédiaire
par le biais d’une faille à faible pendage, avec déplacement du bloc du toit vers le sud-ouest. Les roches tortoniennes fossilisent cette faille, mais les dépôts burdigaliens et tortoniens sont chevauchés par l’unité
Subbétique supérieure, qui se déplace vers le NNW
(figures 1 et 2).
Par ailleurs, dans la partie méridionale de la Sierra
Gorda, le charriage du Subbétique sur les unités des
Flyschs montre également des structures qui indiquent
que le déplacement du bloc du toit se fait vers l’WSW.
Les roches du Tortonien, dans la dépression de Grenade et à proximité d’Alfarnate, fossilisent ce contact.
Les roches faillées des charriages dans l’unité Subbétique supérieure, dans la Sierra Gorda, indiquent des
déplacements des blocs du toit vers l’WSW (figures 1 et
2). Cette région, selon les études paléomagnétiques [12,
13], n’a pas subi de rotations importantes, et la direction de translation des charriages est presque perpendiculaire aux axes des plis et à la direction des failles
inverses (figure 1).
3. Discussion et conclusions
Les observations de terrain indiquent que deux étapes principales de translation apparaissent par l’analyse
des failles à faible pendage de la zone Subbétique. Ces
translations sont superposées à des plis antérieurs. Pendant l’étape initiale de translation, d’âge Burdigalien à
Tortonien, les blocs du toit se sont déplacés vers
l’WSW. Le caractère compressif de cette déformation
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peut seulement être observé dans la Sierra Gorda : les
roches du Subbétique y sont superposées aux unités
des Flyschs et les directions d’axes des plis et des
failles inverses sont perpendiculaires à la direction de
translation des chevauchements. Dans les autres affleurements de la zone Subbétique, on n’observe pas de
surfaces de référence horizontales préalables qui permettent de déterminer si les translations vers l’ouest
correspondent à des failles normales à faible pendage
ou à des failles inverses. Cependant, si l’on tient
compte des études paléomagnétiques [12, 13], l’unité
Subbétique intermédiaire a subi une rotation horaire
pendant le Miocène, et l’orientation initiale serait probablement semblable à celle de la Sierra Gorda, qui
appartient à l’unité Subbétique supérieure, qui n’a pas
subi de rotation. Les plis se sont probablement formés
avec des axes orientés nord–sud, à peu près orthogonaux au sens des translations. Du fait de la translation
vers l’ouest des unités subbétiques par rapport au Massif ibérique, l’unité Subbétique intermédiaire pourrait
avoir tourné progressivement, tout en étant encadrée au
mur et au toit par des failles, avec déplacement des
blocs du toit vers l’ouest.
Durant cette période, la faille de Mecina a été active
dans les zones internes [6, 8, 9]. Par conséquent, au
Miocène inférieur, tandis que les zones internes ont
subi une extension, et que des failles normales à faible
pendage, avec déplacement des blocs du toit vers
l’WSW, y étaient actives, une compression avec charriages à vergence WSW eut lieu dans les zones externes.
Ces structures compressives et extensives peuvent être
reliées en profondeur, puisque les failles à faible pen-
1. General setting
The Betic Cordillera, located in the western end of the
Mediterranean alpine chain, is divided into External Zones
and Internal Zones (figure 1). The Guadalquivir Basin
separates the Betic Cordillera from the Iberian Massif. The
Prebetic Zone and the Subbetic Zone constitute the External Zones; they are composed of Mesozoic and Cenozoic
sedimentary rocks, generally limestones and dolostones,
with scarce intercalations of volcanic and subvolcanic
rock. Several superposed tectonic complexes that include
Palaeozoic rocks, which have undergone alpine metamorphism compose the Internal Zones. The Nevado-Filabride
Complex is located in the lowest structural position. Above
it is situated the Alpujarride Complex and, above the two,
in turn, is the Maláguide Complex. The Predorsal, Dorsal
and Alozaina complexes are not as well represented.
Between the External and Internal Zones are the Flysch
swell units. During the Neogene and Quaternary, large
depressions developed: one of the main ones is the
Granada Depression, filled mainly by Tortonian to Quaternary sedimentary rocks and scarcer rocks of Middle and
Early Miocene age.
dage des zones internes s’inclinent vers le nord-ouest,
tandis que celles des zones externes s’inclinent vers le
sud-est, toutes deux ayant la même cinématique et le
même âge. Cependant, les données géophysiques et
géologiques existantes ne sont pas détaillées et ne permettent pas de déterminer les rapports exacts entre ces
deux types d’accidents.
Les structures associées aux translations vers l’ouest
et le contact entre les zones externes et internes sont
fossilisées par les roches tortoniennes dans la dépression de Grenade. Les étapes de la translation vers le
nord-ouest dans le Subbétique sont postérieures au Tortonien basal. Ces translations peuvent être corrélées
avec les charriages vers le nord-ouest, qui affectent les
unités du Prébétique [11], mais ces derniers doivent
avoir un déplacement limité, car dans aucune fenêtre
tectonique n’affleurent de matériaux tortoniens.
L’étape principale des translations, avec déplacement
des blocs du toit vers l’WSW, n’a été prise en considération dans aucun modèle tectonique antérieur d’évolution des zones externes. Ces translations devront être
prises en compte dans les modèles proposés à l’avenir,
et devront également considérer le caractère simultané
des déformations compressives dans les zones externes
et des déformations extensives dans les zones internes,
avec la même direction et dans des secteurs adjacents.
Par ailleurs, les deux étapes de translation ont des
directions obliques, l’une par rapport à l’autre, ce qui
remet en question, dans cette région, la validité de l’utilisation des méthodes des coupes balancées avec une
seule direction de transport.
In recent years, most tectonic research has studied the
Internal Zones. The main ductile and brittle deformations
that are recognized in these rocks are associated with the
large, active low-angle normal faults of the Early Miocene
[8]. In the central sector of the Cordillera, the Mecina Fault
moved the Alpujarride complex westwards upon the
Nevado-Filabride complex (figure 1). This fault produced
ductile deformations (stretching lineations, folds) on the
Nevado-Filabride rocks that evolved to ductile/brittle
(extensional crenulation cleavage) and to brittle conditions (faults and joints). Meanwhile, the deformation in the
Alpujarride was preferentially brittle [6, 9]. From Late
Miocene to the Present, folds with great radia and highangle normal faulting took place in general.
In the External Zones, the kinematics of the contacts of
Prebetic Zone, with a typical imbricate thrust system
geometry, are relatively well known. In the central sector
of the cordillera, thrusts with displacement of the hanging
walls towards the northwest have been identified [5, 11].
Nevertheless, little research has focused on the kinematics
of the faults between the main tectonic units of the Subbetic Zone. Available studies are generally based on the
analysis of internal folds of the units and on palaeogeo-
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Figure 1. General map of the Betic Cordillera (a), and detailed map of the central sector (b). 1, Upper Miocene-Quaternary sedimentary rocks.
2, Upper Subbetic Unit. 3, Intermediate Subbetic Unit (the whole Subbetic Zone in part a). 4, Lower Subbetic Unit. 5, Prebetic. 6, Oligocene–
Lower Miocene sedimentary rocks, including flysch and olistostroms. 7, Campo de Gibraltar Flyschs units. 8, Predorsal, Dorsal and Maláguide
complexes. 9, Alpujarride Complex. 10, Nevado-Filabride Complex. 11, unconformity. 12, fault. 13, low-angle fault. 14, reverse fault. 15,
anticlinal. 16, synclinal. 17, translation of the hanging walls toward the WSW in low-angle faults of External Zones. 18, translation of the
hanging walls toward the NW in low-angle faults of External Zones. 19, translation of the hanging walls toward the WSW in low-angle faults
of Internal Zones.
Figure 1. Carte générale de la cordillère Bétique (a), et carte détaillée du secteur central (b). 1, roches sédimentaires du Miocène
supérieur–Quaternaire. 2, unité Subbétique supérieure. 3, unité Subbétique intermédiaire (tout le Subbétique, cartouche a). 4, unité Subbétique inférieure. 5, Prébétique. 6, roches sédimentaires de l’Oligocène–Miocène inférieur, incluant flyschs et olistostromes. 7, unités de flyschs
du Campo de Gibraltar. 8, complexes de la Prédorsale, de la Dorsale et du Malaguide. 9, complexe Alpujarride. 10, complexe NévadoFilabride. 11, discordance. 12, faille. 13, faille à faible pendage. 14, faille inverse. 15, anticlinal. 16, synclinal. 17, mouvement vers l’WSW
des blocs du toit dans les failles à faible pendage des zones externes. 18, mouvement vers le nord-ouest des blocs du toit dans les failles à
faible pendage des zones externes. 19, mouvement vers le l’WSW des blocs du toit dans les failles à faible pendage des zones internes.
graphic reconstructions, without examining in detail the
microstructures associated with these contacts. Most of the
folds in Subbetic rocks show ENE–WSW axes, supporting
the hypotheses that propose displacements of the units
towards the NNW or the SSE. Most of these authors [7, 14,
15] indicate an initial stage of thrusting towards the NNW.
Such thrusting would have been affected by folds with
ENE–WSW trends and by a later phase of backthrusting
with displacement toward the SSE [7]. Other authors, such
as [10], postulate that the first stage of thrusting was SSEvergent, and that the backthrusting had a NNW transport
sense. Balanced sections of the Subbetic units [1, 2]
– strongly debated – have been made based on these
directions of transport. A different hypothesis has been proposed [4]: the Subbetic units are in a huge flower structure
associated at depth with a transcurrent fault. Meanwhile,
palaeomagnetic data appear to indicate that almost all of
the units of the Subbetics, with the exception of Sierra
814
Gorda, underwent clockwise rotations of nearly 60° during the Miocene [12, 13].
The main aim of this study is to determine, on the
basis of field observations, the kinematics between the
main units of the Subbetic in the central sector of the
Betic Cordillera. Their relationship with the low-angle
faults of the Internal Zones will also be discussed.
2. Kinematics of the major contacts
between units of the Subbetic Zone
From a structural point of view, the Subbetic Zone in
the central Betic Cordillera is formed by three superposed major tectonic units separated by low-angle faults
(figure 1). The low-angle faults cut the ENE–WSW folds
observed in the Intermediate Unit, to the north of the
Granada Depression [15].
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Figure 2. Low-angle faults and fault rock structures. Sierra de Parapanda (a) and Sierra Gorda (b) low-angle faults superposing Jurassic
limestones over Cretaceous marls. c, calcite fibres corresponding to two stages of translation in the Sierra de Parapanda. d, fault rock
structures showing a top-to-the-west motion in Sierra Gorda (d), Sierra de Parapanda (e) and Colomera (f)
Figure 2. Failles à faible pendage et structures des roches faillées. Failles à faible pendage de la Sierra de Parapanda (a) et de la Sierra
Gorda (b), qui amènent la superposition des calcaires jurassiques aux marnes crétacées. c, fibres de calcite correspondant aux deux étapes
de translation dans la Sierra de Parapanda. Structures des roches faillées montrant un mouvement vers le l’WSW des blocs du toit à la Sierra
Gorda (d), à la Sierra de Parapanda (e) et à Colomera (f).
The fault surfaces are generally covered by debris due
to the irregular topography of the region. It is only possible to observe the fault features directly in some quarries, road cuttings, or deep valleys. Although the points
of observation are far from one another, they cover the
entire region. The kinematics of low-angle faults (figure
1) were determined by the structures observed on fault
rocks (figure 2). The cataclastic foliations, striae, Riedel
shears, crushing tails and calcite growths indicate at
least two stages of translation of the hanging wall block:
towards the WSW and to the NNW.
In the Sierra de Parapanda outcrop, calcite fibres corresponding to both stages of translation (figure 2) are seen;
they indicate that the movement towards the NNW is the
most recent. Field data allow the age of the translations to
be deduced. To the north-west of Loja, the ‘argiles à blocs’
formation of Burdigalian age [3] is located above the rocks
of the Intermediate Subbetic Unit by a low-angle fault with
WSW displacement of the hanging wall. Tortonian rocks
fossilize this fault. Both Burdigalian and Tortonian rocks
are thrusted by the Upper Subbetic Unit that moves
towards the NNW (figures 1 and 2).
South of Sierra Gorda, the thrust of the Subbetic rocks
atop the Flysch units also features structures that indicate displacement of the hanging wall block toward the
WSW. Tortonian rocks in the Granada Depression and
in the proximity of Alfarnate fossilize this contact.
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The fault rocks of the thrusts in the Upper Subbetic Unit,
in Sierra Gorda, indicate displacements of the hanging
wall blocks towards the WSW (figures 1 and 2). In this
region, which has not undergone important rotations,
according to palaeomagnetic studies [12, 13], thrust kinematics are approximately perpendicular to the fold axes
and to the strikes of the reverse faults (figure 1).
3. Discussion and conclusions
The field observations indicate that two main stages
of translations exist in the low-angle faults of the Subbetic zone. These translations are superposed onto previous fold structures. In the oldest stage of translation, of
Burdigalian–Tortonian age, the hanging wall blocks
moved towards the WSW. Only in Sierra Gorda can the
compressive character of this deformation be highlighted: the Subbetic rocks are superposed upon the Flysch units, and the fold axis trends and reverse fault
strikes are perpendicular to the thrust-shortening trend.
In other outcrops of the Subbetic Zone, no previous
horizontal reference surface allows us to determine
whether the westward translations correspond to thrusts
or low-angle normal faults. However, in view of palaeomagnetic studies [12, 13], the Subbetic Intermediate
Unit would have rotated clockwise during the Miocene,
and its initial orientation might have been similar to that
of Sierra Gorda, which belongs to the Upper Subbetic
unit and has not undergone rotations. Folds probably
formed with north–south oriented axes, approximately
orthogonal to the westward sense of translation. As a
result of the westward advance of the Subbetic units
with respect to the Iberian Massif, the Intermediate Subbetic Unit could have rotated progressively while
bounded by the hanging wall and the footwall, both
these surfaces having top-to-the-west displacement.
During the same period, the Mecina fault [6, 8, 9] was
active in the Internal Zones. Therefore, in the Early
Miocene, as the Internal Zones underwent extension and
low-angle normal faults were active, with displacement of
the hanging wall blocks towards the WSW, the External
Zones underwent compression and thrusting toward the
WSW. Since the low-angle faults of the Internal Zones dip
to the northwest, whereas those of the External Zones dip
to the southeast, and both have the same kinematics and
age, these two structures can be connected in depth. However, no detailed geophysical data exist that – taken
together with existing geologic data – would allow their
precise relationship to be determined.
The structures related to the translations towards the
west are fossilized by Tortonian rocks, as is the contact
between the External and Internal Zones within the
Granada Depression. The stages of translation toward
the northwest in the Subbetic developed after the basal
Tortonian. The translations may be correlated with the
northwest-ward thrusting that affects the Prebetic units
[11], although it must have had a short slip, because no
tectonic windows expose rocks of this age.
The main stage of translation, with WSW displacement
of the hanging wall blocks, has not been considered in any
previous tectonic models of the evolution of the External
Zones of this region. Yet future models will have to take
both translations into account, and will also have to allow
for the simultaneous character of the compressive deformations in the External Zones on the one hand, and the
extensive deformations in the Internal Zones on the other,
with the same direction throughout the region. The two
stages of translation established, with oblique directions,
call into question the validity of using single cross-section
balance methods in this region.
Acknowledgements. We are grateful to J.L. Sanders for the English version and to P. Lebœuf for the French version. We thank Prof.
M. Durand-Delga for the suggestions that have improved this note. This article was financed by the PB97-1267-C03 project.
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