Estratigrafia y sedimentologia del Muschelkalk inferior del Dominio Montseny - Llobregat (Catalanides)

La evolución sedimentaria del Muschelkalk inferior de las cadenas costero catalanas se caracteriza por una primera secuencia de profundización, seguida por una segunda secuencia de somerización, constituída por pequeños ciclos somerizantes. Las dos secuencias están separadas por una discontinuidad estratigráfica de carácter regional. El tramo superior de la primera secuencia está dolomitizado por procesos de dolomitización secundaria él partir de la discontinuidad estratigráfica regional; en otros dominios de los Catalánides. la dolomitización puede afectar a casi toda la secuencia. La segunda secuencia está constituída por dolomías de tipo primario. El Muschelkalk inferior del dominio Montseny-L1obregat se diferencia del resto de los Catalánides, principalmente por existencia, en la secuencia de profundización, de cuatro rupturas sedimentarias interpretadas como superficies karstificadas intra-Muschclkalk. Todo el Muschelkalk inferior se desarrolla en facies mareales en un contexto de rampa carbonatada tipo homoclinal rampo. El estudio palinológico confirma una edad Anisiense medio-superior.

The Upper Oligocene of Montgat (Catalan Coastal Ranges, Spain): new age constraints to the western Mediterranean Basin opening

The Oligocene deposits of Montgat are integrated in a small outcrop made up of Cenozoic and Mesozoic rocks located in the Garraf-Montnegre horst, close to the major Barcelona fault. The Oligocene of Montgat consists of detrital sediments of continental origin mainly deposited in alluvial fan environments; these deposits are folded and affected by thrusts and strike-slip faults. They can be divided in two lithostratigraphic units separated by a minor southwest-directed thrust: (i) the Turó de Montgat Unit composed of litharenites and lithorudites with high contents of quartz, feldspar, plutonic and limestone rock fragments; and (ii) the Pla de la Concòrdia Unit composed of calcilitharenites and calcilithorudites with high contents of dolosparite and dolomicrite rock fragments. The petrological composition of both units indicates that sediments were derived from the erosion of Triassic (Buntsandstein, Muschelkalk and Keuper facies), Jurassic and Lower Cretaceous rocks (Barremian to Aptian in age). Stratigraphic and petrological data suggest that these units correspond to two coalescent alluvial fans with a source area located northwestwards in the adjoining Collserola and Montnegre inner areas. Micromammal fossils (Archaeomys sp.) found in a mudstone layer of the Pla de la Concòrdia Unit assign a Chattian age (Late Oligocene) to the studied materials. Thus, the Montgat deposits are the youngest dated deposits affected by the contractional deformation that led to the development of the Catalan Intraplate Chain. Taking into account that the oldest syn-rift deposits in the Catalan Coastal Ranges are Aquitanian in age, this allows to precise that the change from a compressive to an extensional regime in this area took place during latest Oligocene-earliest Aquitanian times. This age indicates that the onset of crustal extension related to the opening of the western Mediterranean Basin started in southern France during latest Eocene-early Oligocene and propagated southwestward, affecting the Catalan Coastal Ranges and the northeastern part of the Valencia trough during the latest Chattian-earliest Aquitanian times.

Fifth-order cyclicity and organic matter contents relationship (Lower Eocene, Pyrenees)

The Upper Limestone Member of the Corones Formation of the Spanish Pyrenees consists of various units (Lower and Upper Foraminifera Units, Shale Unit, Cherty-ostracode Unit, Ostracode Unit and Chara-ostracode Unit) and offers strong facies and lateral thickness (20 to 80 m) variations. Detailed facies analyses, fifth-order cycles and organic geochemical determinations in the central domain of the Corones platform carbonates (Cherty-ostracode Unit), lower Eocene in age, were carried out to establish a case of close relationship between variations in organic matter productivity and cyclicity with annual period. The Cherty-ostracode Unit displays a continuous and pervasive fifth-order cyclicity, represented by 5 cycles. Each cycle consists of a lower part (mollusc facies) and an upper part (laminated ostracode facies). The calculated fifth-order cycle period ranges from about 17,000 to 28,000 years, which falls within the Milankovitch Band. Variations in organic matter content related to these carbonate cycles have been established. The lower mollusc facies members show a low organic carbon content and Hydrogen Index (HI) below 0.6% in weight and 261, respectively. By contrast, the upper laminated ostracode facies members show high organic carbon contents (up to 2% in weight) and high HI (between 164 and 373), and are also characterized by important silicification processes (the content in chert is up to 30%). The organic geochemistry resulting from these organic rich levels reflects a contribution of algal marine input.

Siluro-Devonian graptolite stratigraphy of the Catalonian Coastal Ranges

Two facies characterize the Silurian and lower Devonian of the Catalonian Coastal Ranges, namely euxinic and pelagic carbonate facies. The first, is represented by black shales in which the atavus, acinaces, cyphus, triangulatus, convolutus, ?sedgwickii, ellesae and tumescens zones have been recognized. The graptolite succesion is far from complete on present evidence, but this is probably due to unfavorable environmental (taphonomic) conditions. This facies is similar to that prevailing throughout the Iberian massif and most of western Europe. The pelagic carbonate facies is peculiar to the Pridoli and lower Devonian and corresponds to the facies type prevailing in the Western Mediterranean Area. It is characterized by the nodular texture of limestones and marls, with all gradations between nodular limestones, marls and slates. Massive nodular limestone, occur in the lower part of the sequence (La Creu Formation) while the alternation of limestones, marls and slates charaterizes the upper part (Olorda Formation). Orthoconic cephalopds, crinoids, conodonts and tentaculites are the most common fossils present; graptolites occur in some shale horizons in the lower part of the Olorda Formation. These graptolites give strong indications of the uniformis and hercynicus zones (Lochkovian). The uppermost part of the sequence has not provided any graptolite fauna, but according their dacrioconarid fauna it corresponds probably to the Pragian.

Paleozoic stratigraphy of the Central and Northern part of the Catalonian Coastal Ranges (NE Spain)

The Paleozoic stratigraphic succession in the Catalonian Coastal Ranges spans the interval from Cambrian(?) to Carboniferous, with only one break, separating the pre-Carboniferous part of the sequence from the Carboniferous. The oldest rocks exposed form a sequence of schists, fine grained sandstones, gneisses (laminar pre-Hercynian intrusions), marbles, orto- and para-amphibolites and calcsilicate rocks. comparison with other localities iuggests an Early Cambrian age (or perhaps in part older). Upwards the sequence becomes more monotonous andconsists only of schists (or slates where themetamorphic grade is lower) and thin fine-grained sandstone layers (Cambrian-Ordovician). Still higher in the sequence, an altemation of greywackes and slates is found, with interlayered mud-supported conglomerates at its lower part and acid volcanic rocks which occur throughout the whole sequence. This part of the sequence has provided the oldest faunas known in the Catalonian Coastal Ranges, which indicate the Caradoc. Finally, in its uppermost part, the Ordovician sequence contains some thin limestone layers that contain Ashgill faunas. The Silurian, from Llandovery to Lower Ludlow, consists of black graptolitic shales with dolerite sills, whilst the upper Ludlow, Pridolian and Devonian consist of nodular limestones and marls withpelagic and hemipelagic faunas. The youngest Devonian faunas found correspond in general to the Emsian. The existence of a gap at this point of the sequence suggests the possibility that part of the Devonian could have been eroded. The Carboniferous is characterized by a thick culm sequence (Visean to Westphalian?), resting on thin chert and limestone layers (Tournaisian and Visean). A comparison with neighbouring areas shows a similarity regarding succession and facies with other Paleozoic massifs around the Western Mediterranean.

The Hercynian structure of the Catalonian Coastal Ranges (NE Spain)

In the Catalonian Coastal Ranges, Paleozoic sedimentary and meta-sedimentary rocks crop out in severa1 areas, intruded by late tectonic Hercynian granitoids and separated by Mesozoic and Tertiary cover sediments. Large structures are often difficult to recognize, although a general east-west trend can be observed on the geological map. Deformation was accompanied by the development of cleavages and regional metamorphism. Green-schist facies rocks are prominent throughout the Ranges, while amphibolite facies are restricted to small areas. In low-grade areas, the main deformation phase generated south-facing folds with an axial plane cleavage (slaty cleavage in metapelitic rocks). The intersection lineation (Ss/Sl) and the axes of minor folds trend cast-west, as do all mapable structures. Late deformations generated coarse crenulations, small chevrons and kink-bands, all intersecting the slaty cleavage at high angles. In medium- to high-grade areas no major folds have been observed. In these areas, the main foliation is a schistosity and is often folded, giving centimetric to decimetric, nearly isoclinal intrafolial folds. In schists, these folds aremuchmore common than inother lithologies, and can be associated with a crenulation cleavage. All these planar structures in high-grade rocks are roughly parallel. The late Hercynian deformational events, which gave rise to the crenulations and small chevrons, also produced large (often kilometric) open folds which fold the slaty cleavage and schistosity. As aconsequence, alternating belts with opposite dip (north and south) of the main foliation were formed. With respect to the Hercynian orogenic belt, the Paleozoic outcrops of the Catalonian Coastal Ranges are located within the northern branch of the Ibero-Armorican arc, and have a relatively frontal position within the belt. The Carboniferous of the Priorat-Prades area, together with other outcrops in the Castellón Province, the Montalbán massif (Iberian Chain) and the Cantabrian zone (specially the Pisuerga-Carrión Province) probably form part of a wide area of foreland Carboniferous deposition placed at the core of the arc.

Advanced applications of scanning electron microscopy in geology

Nowadays Scanning Electron Microscopy (SEM) is a basic and fundamental tool in the study of geologic samples. The collision of a highlyaccelerated electron beam with the atoms of a solid sample results in theproduction of several radiation types than can be detected and analysed byspecific detectors, providing information of the chemistry and crystallography ofthe studied material. From this point of view, the chamber of a SEM can beconsidered as a laboratory where different experiments can be carried out. Theapplication of SEM to geology, especially in the fields of mineralogy andpetrology has been summarised by Reed (1996).The aim of this paper is to showsome recent applications in the characterization of geologic materials.

Low latitude Paleocene to early Eocene radiolarian systematics, biochronology and paleoenvironmental analysis

Highly diverse radiolarian faunas of latest Maastrichtian to early Eocene age have been recovered from the low latitude realm in order to contribute to the clarification of radiolarian taxonomy, construct a zonation based on a discrete sequence of co-existence intervals of species ranging from the late Paleocene to early Eocene and to describe a rich low latitude latest Cretaceous to late Paleocene fauna. 225 samples of late Paleocene to early Eocene age have been collected from ODP Leg 171 B-Hole 1051 A (Blake Nose), DSDP Leg 43-Site 384 (Northwest Atlantic) and DSDP Leg 10-Sites 86, 94, 95, 96. Sequences consist of mainly pelagic oozes and chalks, with some clay and ash layers. A new imaging technique is devised to perform (in particular on topotypic material) both transmitted light microscopy and SEM imaging on individual radiolarian specimens. SEM precedes transmitted light imaging. Radiolarians are adhered to a cover slip (using nail varnish) which is secured to a stub using conductive levers. Specimens are then photographed in low vacuum (40-50Pa; 0.5mbar), which enables charge neutralization by ionized molecules of the chamber atmosphere. Thus gold coating is avoided and subsequently this allows transmitted light imaging to follow. The conductive levers are unscrewed and the cover slip is simply overturned and mounted with Canada balsam. In an attempt towards a post-Haeckelian classification, the initial spicule (Entactinaria), micro- or macrosphere (Spumellaria) and initial spicule and cephalis (Nassellaria) have been studied by slicing Entactinaria and Spumellaria, and by tilting Nassellaria in the SEM chamber. A new genus of the family Coccodiscidae is erected and Spongatractus HAECKEL is re-located to the subfamily Axopruinae. The biochronology has been carried out using the Unitary Association Method (Guex 1977, 1991). A database recording the occurrences of 112 species has been used to establish a succession of 22 Unitary Associations. Each association is correlated to chronostratigraphy via calcareous microfossils that were previously studied by other authors. The 22 UAs have been united into seven Unitary Associations Zones (UAZones) (JP10- JE4). The established zones permit to distinguish supplementary subdivisions within the existing zonation. The low-latitude Paleocene radiolarian zonation established by Sanfilippo and Nigrini (1998a) is incomplete due to the lack of radiolarian-bearing early Paleocene sediments. In order to contribute to the study of sparsely known low latitude early Paleocene faunas, 80 samples were taken from the highly siliceous Guayaquil Formation (Ecuador). The sequence consists of black cherts, shales, siliceous limestones and volcanic ash layers. The carbonate content increases up section. Age control is supplied by sporadic occurrences of silicified planktonic foraminifera casts. One Cretaceous zone and seven Paleocene zones have been identified. The existing zonation for the South Pacific can be applied to the early-early late Paleocene sequence, although certain marker species have significantly shorter ranges (notably Buryella foremanae and B. granulata). Despite missing marker species in the late Paleocene, faunal distribution correlates reasonably to the Low-Latitude zonation. An assemblage highly abundant in Lithomelissa, Lophophaena and Cycladophora in the upper RP6 zone (correlated by the presence of Pterocodon poculum, Circodiscus circularis, Pterocodon? sp. aff. P. tenellus and Stylotrochus nitidus) shows a close affinity to contemporaneous faunas reported from Site 1121, Campbell Plateau. Coupled with a high diatom abundance (notably Aulacodiscus spp. and Arachnoidiscus spp.), these faunas are interpreted as reflecting a period of enhanced biosiliceous productivity during the late Paleocene. The youngest sample is void of radiolarians, diatoms and sponge spicules yet contains many pyritized infaunal benthic foraminifera which are akin to the midway-type fauna. The presence of this fauna suggests deposition in a neritic environment. This is in contrast to the inferred bathyal slope depositional environment of the older Paleocene sediments and suggests a shoaling of the depositional environment which may be related to a coeval major accretionary event. RESUME DE LA THESE Des faunes de radiolaires de basses latitudes très diversifiées d'âge Maastrichtien terminal à Eocène inférieur, ont été étudiées afin de contribuer à la clarification de leur taxonomie, de construire une biozonation basée sur une séquence discrète d'intervalles de coexistence des espèces d'age Paléocène supérieur à Eocène inférieur et de décrire une riche faune de basse latitude allant du Crétacé terminal au Paléocène supérieur. L'étude de cette faune contribue particulièrement à la connaissance des insaisissables radiolaires de basses latitudes du Paléocène inférieur. 225 échantillons d'âge Paléocène supérieur à Eocène inférieur provenant des ODP Leg 171B-Site 1051A (Blake Nose), Leg DSDP 43-Site 384 (Atlantique Nord -Ouest) et des DSDP Leg 10 -Sites 86, 94, 95, 96, ont été étudiés. Ces séquences sont constituées principalement de « ooze » et de « chalks »pélagiques ainsi que de quelques niveaux de cendres et d'argiles. Une nouvelle technique d'imagerie a été conçue afin de pouvoir prendre conjointement des images en lumière transmise et au Microscope Electronique à Balayage (MEB) de spécimens individuels. Ceci à été particulièrement appliqué à l'étude des topotypes. L'imagerie MEB précède l'imagerie en lumière transmise. Les radiolaires sont collés sur une lame pour micropaléontologie (au moyen de vernis à ongles) qui est ensuite fixée à un porte-objet à l'aide de bras métalliques conducteurs. Les spécimens sont ensuite photographiés en vide partiel (40-50Pa; 0.5mbar), ce qui permet la neutralisation des charges électrostatiques dues à la présence de molécules ionisées dans l'atmosphère de la chambre d'observation. Ainsi la métallisation de l'échantillon avec de l'or n'est plus nécessaire et ceci permet l'observation ultérieure en lumière transmise. Les bras conducteurs sont ensuite dévissés et la lame est simplement retournée et immergée dans du baume du Canada. Dans une approche de classification post Haeckelienne, le spicule initial (Entactinaires), la micro- ou macro -sphère (Spumellaires) et le spicule initial et cephalis (Nassellaires) ont été étudiés. Ceci a nécessité le sectionnement d'Entactinaires et de Spumellaires, et de pivoter les Nassellaires dans la chambre d'observation du MEB. Un nouveau genre de la Famille des Coccodiscidae a été érigé et Spongatractus HAECKEL à été réassigné à la sous-famille des Axopruninae. L'analyse biostratigraphique à été effectuée à l'aide de la méthode des Associations Unitaires {Guex 1977, 1991). Une base de données enregistrant les présences de 112 espèces à été utilisée poux établir une succession de 22 Associations Unitaires. Chaque association est corrélée à la chronostratigraphie au moyen de microfossiles calcaires précédemment étudiés par d'autres auteurs. Les 22 UAs ont été combinées en sept Zones d'Associations Unitaires (UAZones) (JP10- JE4). Ces Zones permettent d'insérer des subdivisions supplémentaires dans la zonation actuelle. La zonation de basses latitudes du Paléocène établie par Sanfilippo et Nigrini (1998a) est incomplète due au manque de sédiments du Paléocène inférieur contenant des radiolaires. Afin de contribuer à l'étude des faunes peu connues des basses latitudes du Paléocène inférieur, 80 échantillons ont été prélevés d'une section siliceuse de la Formation de Guayaquil (Equateur). La séquence est composée de cherts noirs, de shales, de calcaires siliceux et de couches de cendres volcaniques. La fraction carbonatée augmente vers le haut de la section. Des contraintes chronologiques sont fournies par la présence sporadique de moules de foraminifères planctoniques. Une zone d'intervalles du Crétacé et sept du Paléocène ont été mises en évidence. Bien que certaines espèces marqueur ont des distributions remarquablement plus courtes (notamment Buryella foremanae et B. granulata), la zonation existante pour le Pacifique Sud est applicable à la séquence d'age Paléocène inférieure à Paléocène supérieur basal étudiée. Malgré l'absence d'espèces marqueur du Paléocène supérieur, la succession faunistique se corrèle raisonnablement avec la zonation pour les basses latitudes. Un assemblage contenant d'abondants représentant du genre Lithomelissa, Lophophaena et Cycladophora dans la zone RP6 (correlée par la présence de Pterocodon poculum, Circodiscus circularis, Pterocodon? sp. aff. P. tenellus et Stylotrochus nitidus) montre une grande similitude avec certaines faunes issues des hauts latitudes et d'age semblable décrites par Hollis (2002, Site 1121, Campbell Plateau). Ceci, en plus d'une abondance importante en diatomés (notamment Aulacodiscus spp. et Arachnoidiscus spp.) nous mènent à interpréter cette faune comme témoin d'un épisode de productivité biosiliceuse accrue dans le Paléocène supérieur. L'échantillon le plus jeune, dépourvu de radiolaires, de diatomés et de spicules d'éponge contient de nombreux foraminifères benthiques infaunaux pyritisés. Les espèces identifiées sont caractéristiques d'une faune de type midway. La présence de ces foraminifères suggère un environnement de type néritique. Ceci est en contraste avec l'environnement de pente bathyale caractérisent les sédiments sous-jacent. Cette séquence de diminution de la tranche d'eau peut être associée à un événement d'accrétion majeure. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) Les radiolaires constituent le groupe de plancton marin le plus divers et le plus largement répandu de l'enregistrement fossile. Un taux d'évolution rapide et une variation géographique considérable des populations font des radiolaires un outil de recherche sans égal pour la biostratigraphie et la paléocéanographie. Néanmoins, avant de pouvoir les utiliser comme outils de travail, il est essentiel d'établir une solide base taxonomique. L'étude des Radiolaires peut impliquer plusieurs techniques d'extraction, d'observation et d'imagerie qui sont dépendantes du degré d'altération diagénétique des spécimens. Le squelette initial, qu'il s'agisse d'un spicule initial (Entactinaria), d'une micro- ou macro -sphère (Spumellaria) ou d'un spicule initial et d'un cephalis (Nassellaria), est l'élément le plus constant au cours de l'évolution et devrait représenter le fondement de la systématique. Des échantillons provenant de carottes de basses latitudes du Deep Sea Drilling Project et de l' Ocean Drilling ont été étudiés. De nouvelles techniques d'imagerie et de sectionnement ont été développées sur des topotypes de radiolaires préservés en opale, dans le but d'étudier les caractéristiques de leur squelette initial qui n'étaient pas visibles dans leur illustration originale. Ceci aide entre autre à comparer des spécimens recristallisés en quartz, provenant de terrains accrétés, avec les holotypes en opale de la littérature. La distribution des espèces étudiés a fourni des données biostratigraphiques qui ont été compilées à l'aide de la méthode des Associations Unitaires (Guez 1977, 1991). Il s'agit d'un modèle mathématique déterministe conçu pour exploiter la totalité de l'assemblage plutôt que de se confiner à l'utilisation de taxons marqueurs individuels. Une séquence de 22 Associations Unitaires a été établie pour la période allant du Paléocène supérieur à l'Éocène inférieur. Chaque Association Unitaire a été corrélée à l'échelle de temps absolue à l'aide de microfossiles calcaires. Les 22 UAs ont été combinées en sept Zones d'Associations Unitaires (JP10- JE4). Ces Zones permettent d'insérer des subdivisions supplémentaires dans la zonation actuelle. Les radiolaires du Paléocène inférieur à moyen des basses latitudes sont rares. Les meilleures sections connues se trouvent dans les hautes latitudes (Nouvelle Zélande). Quelques assemblages épars ont été mentionnés par le passé en Californie, en Équateur et en Russie. Une séquence siliceuse de 190 mètres dans la Formation de Guayaquil (Équateur), s'étendant du Maastrichtien supérieur au Paléocène supérieur, a fourni des faunes relativement bien préservées. L'étude de ces faunes a permis de mettre en évidence la première séquence complète de radiolaires de basses latitudes dans le Paléocène inférieure. Huit zones allant du Crétacé terminal au Paléocène supérieur ont pu être appliqués et la présence de foraminifères planctoniques a fournie plusieurs points d'attache chronologiques. Dans le Paléocène supérieur, un riche assemblage contenant d'abondants diatomés et radiolaires ayant des similitudes faunistiques marquantes avec des assemblages de hautes latitudes de Nouvelle Zélande, témoigne d'un épisode de productivité biosiliceuse accrue pendant cette période. Étant donné que la pointe du continent sud-américain et l'Antarctique étaient plus proches au cours du Paléocène, ce phénomène peut être expliqué par le transport, le long de la côte ouest de l'Amérique du Sud, d'eaux riches en nutriments en provenance de l'Océan Antarctique. Suite à cet épisode, l'enregistrement en radiolaires est interrompu. Ceci peut être associé à des événements tectoniques régionaux qui ont eu pour effet de diminuer la tranche d'eau relative, rendant l'environnement plus favorable aux foraminifères benthiques qui sont abondamment présents dans l'échantillon le plus jeune de la séquence.

Geology and ground-water resources of Cerro Gordo County, Iowa, 1970

The purposes of this report are to delineate and describe aquifers in Cerro Gordo County, evaluate the availability and quality of water in the aquifers, supply data on ground-water utilization, and determine the rate of growth and the magnitude of the cone of drawdown in the Mason City area. It includes photos and fold-out maps

New stratigraphic data from the Lower Penninic between the Adula nappe and the Gotthard massif and consequences for the tectonics and the paleogeography of the Central Alps

New stratigraphic data along a profile from the Helvetic Gotthard massif to the remnants of the North Penninic basin in eastern Ticino and Graubunden are presented. The stratigraphic record together with existing geochemical and structural data, motivate a new interpretation of the fossil European distal margin. We introduce a new group of Triassic facies, the North-Penninic-Triassic (NPT), which is characterised by the Ladinian ``dolomie bicolori''. The NPT was located in-between the Brianconnais carbonate platform and the Helvetic lands. The observed horizontal transition, coupled with the stratigraphic superposition of a Helvetic Liassic on a Briaconnais Triassic in the Luzzone-Terri nappe, links, prior to Jurassic rifting, the Brianconnais paleogeographic domain at the Helvetic margin, south of the Gotthard. Our observations suggest that the Jurassic rifting separated the Brianconnais domain from the Helvetic margin by complex and protracted extension. The syn-rift stratigraphic record in the Adula nappe and surroundings suggests the presence of a diffuse rising area with only moderately subsiding basins above a thinned continental and proto-oceanic crust. Strong subsidence occurred in a second phase following protracted extension and the resulting delamination of the rising area. The stratigraphic coherency in the Adula's Mesozoic questions the idea of a lithospheric m lange in the eclogitic Adula nappe, which is more likely to be a coherent alpine tectonic unit. The structural and stratigraphic observations in the Piz Terri-Lunschania zone suggest the activity of syn-rift detachments. During the alpine collision these faults are reactivated (and inverted) and played a major role in allowing the Adula subduction, the ``Penninic Thrust'' above it and in creating the structural complexity of the Central Alps. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mesozoic oceanic terranes of southern Central America : geology, geochemistry and gedynamics

Abstract The Northwestern edge of the modern Caribbean Plate, located in central Middle America (S-Guatemala to N-Costa Rica), is characterized by a puzzle of oceanic and continental terranes that belonged originally to the Pacific façade of North America. South of the Motagua Fault Zone, the actual northern strike slip boundary of the Caribbean Plate, three continental slivers (Copán, Chortis s. str. and Patuca) are sandwiched between two complex suture zones that contain HP/LT mafic and ultramafic oceanic rocks: The Motagua Mélanges to the North, extensively studied in the last ten years and the' newly defined Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT) to the South. No modem geological data were available for the oceanic terrane located in the southern part of the so called continental "Chortis Block". Classically, the southern limit of this block with the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) was placed at a hypothetical fault line connecting the main E-W fault in the Santa Elena Peninsula (N-Costa Rica) with the Hess Escarpment. However, our study in eastern Nicaragua and northwestern Costa Rica evidences an extensive assemblage of oceanic upper mantle and crustal rocks outcropping between the Chortis/Patuca continental blocks and the CLIP. They comprise collided and accreted exotic terranes of Pacific origin recording a polyphased tectonic history. We distinguish: 1- The MCOT that comprises a Late Triassic to Early Cretaceous puzzle of oceanic crust and arc-derived rocks set in a serpentinite matrix, and 2- The Manzanillo and Nicoya Terranes that are made of Cretaceous plateau-like rocks associated with oceanic sediments older than the CLIP. This study has been focused on the rocks of the MCOT. The MCOT comprises the southern half of the former "Chortis Block" and is defined by 4 comer localities characterized by ultramafic and mafic oceanic rocks of Late Triassic, Jurassic and Early Cretaceous age: 1- The Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- The El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- DSDP Legs 67 and 84 (Guatemala fore-arc basin), and 4- The Santa Elena Peridiotite (NW-Costa Rica). The Siuna Serpentinite Mélange (SSM) is a HP/LT subduction zone mélange set in a serpentinite matrix that contains oceanic crust and arc-related greenschist to blueschist/eclogite facies metamafic and metasedimentary blocks. Middle Jurassic (Bajocian-Bathonian) radiolarites are found in original sedimentary contact with arc-derived greenstones. Late Jurassic black detrital chert possibly formed in a marginal (fore-arc?) basin shortly before subduction. A phengite 40Ar/39Ar -cooling age dates the exhumation of the high pressure rocks as 139 Ma. The El Castillo Mélange (ECM) is composed of serpentinite matrix with OIB metabasalts and Late Triassic (Rhaetian) red and green radiolarite blocks. Recent studies of the DSDP Legs 67/84 show that the Guatemala/Nicaragua fore-arc basin is composed of a pile of ultramafic, mafic (OIB-like) and arc related rocks with ages ranging from Late Triassic to Campanian. Finally, the Santa Elena peridiotites that mark the limit of the MCOT with the Manzanillo/Nicoya Terranes and correspond to an association of ultramafic rocks that comprise peridiotites, dunites and chromites of abyssal and fore-arc origin. The SSM is the result of a collision between a Middle Jurassic island arc and the Patuca Terrane, a fragment of the Western N-American active continental margin. The Siuna Mélange (SSM) and the South Montagna Mélange share common characteristics with the Pacific N-American suture zone (E-Franciscan and Vizcaino mélanges), in particular, the Mesozoic ages of HP/LT metamorphic and the arc-derived blocks. For us, these mélanges imply an originally continuous, but slightly diachronous suture that affected the entire W-American active margin. It may imply the arrival and collision of an exotic intraoceanic arc (Guerrero-Phoenix) related to the origin of the Pacific Plate that initiated as a back arc basin of this arc. The present disposition of the fragments of this suture zone is the result of a northward shift of the active left-lateral strike slip motion between the N-American and the Caribbean Plates. Résumé Le coin nord-ouest de la Plaque Caraïbe moderne se trouve en Amérique Centrale, entre le sud du Guatemala et le nord du Costa Rica. Cette région est composée d'un puzzle de terrains océaniques et continentaux dont les origines se situent sur la façade pacifique de l'Amérique du Nord. Au sud de la faille de Motagua, la limite septentrionale actuelle, décrochante, de la Plaque Caraïbe, se trouvent 3 copeaux continentaux (Copàn, Chortis s. str. et Patuca) coincés entre deux zones de suture complexes à roches mafiques et ultramafiques qui ont subi un métamorphisme de haute pression/basse température (HP/LT). Il s'agit des Mélanges de Motagua au nord, largement étudiés ces dernières années, et du Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT), récemment défini par nous, au sud. En vue de l'absence de données géologiques modernes concernant les terrains océaniques qui se trouvent dans la partie sud du "Chortis Block" considérée comme continentale, nous avons dédié cette étude à cette région. Classiquement, la limite méridionale entre le "Chortis Block" et la "Caribbean Large Igneous Province" (CLIP) a été associée à une faille hypothétique reliant la faille E-W de Santa Elena (nord du Costa Rica) à l'Escarpement de Hess. Notre étude au Nicaragua oriental et au Costa Rica nord-occidental a révélé l'existence de larges terrains composés d'assemblages de roches mantéliques et océaniques qui se placent entre les blocs continentaux Chortis/Patuca et le CLIP. Ces assemblages révèlent des terrains collisionnés et accrétés d'origine pacifique enregistrant une histoire tectonique polyphasée. Nous distinguons: 1- Le MCOT, un puzzle de roches océaniques d'arc d'âge Triassique supérieur au Crétacée inférieur, 2- Les terrains de Manzanillo et de Nicoya, des morceaux de plateaux océaniques associés à des sédiments océaniques plus âgés que le CLIP. Cette étude se focalisera sur les roches du MCOT. Le MCOT occupe la moitié sud de l'ancien "Chortis Block" et peut se définir par 4 localités de référence qui montrent des roches mafiques et ultramafiques océaniques d'âges compris entre le Trias supérieur et le Crétacée inférieur. 1- Le Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- Le El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- Le DSDP Legs 67/84 (Guatemala fore-arc basin) et 4- La Santa Elena Peridiotite (nord-ouest du Costa Rica). Le Siuna Serpentinite Mélange (SSM) est un mélange de subduction HP/BT dans une matrice de serpentinite. On y trouve des éléments de croûte océanique et d'arc insulaire en faciès de schistes verts et schistes bleus. Des radiolarites du Jurassique moyen se trouvent en contact sédimentaire sur des roches vertes d'arc. En revanche, des cherts noirs détritiques datent du Jurassique supérieur et sont probablement issus d'un bassin marginal (fore-arc ?) peu avant leur subduction, car un âge 40Ar/39Ar de refroidissement des phengites date l'exhumation des roches de haute pression à 139 Ma. Le Mélange d'El Castillo (ECM) est constitué d'une matrice serpentinitique et contient des blocs de metabasaltes OIB et des blocs de radiolarites du Trias terminal. Des études récentes ont repris les roches forées lors des DSDP Legs 67 et 84 et montrent que le soubassement du bassin d'avant-arc du Guatemala-Nicaragua est composé de roches ultramafiques et mafiques (OIB et arc), dont les âges isotopiques vont du Trias au Crétacé supérieur. Finalement, les péridiotites de Santa Elena forment la limite sud du MCOT par rapport aux terrains de Manzanillo et Nicoya. Elles contiennent des serpentinites et localement des dunites et chromites à affinité abyssale et de fore-arc. Le SSM témoigne d'une collision entre un arc insulaire d'âge Jurassique moyen et le Patuca Terrane, un fragment de la marge active nord-américaine. Le SSM et le South Motagua Mélange ont des caractéristiques en commun avec les zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord (E-Franciscan et Vizcaino mélanges), notamment les âges Mésozoïques du métamorphisme HP/BT et les blocs de roches d'arc. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine, mais légèrement diachrone. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc intraocéanique exotique (Guerrero-Phoenix) qui est à l'origine de la Plaque Pacifique qui s'ouvrait en back arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe. K. Flores, 2009 Mesozoic oceanic terranes of southern central America Résumé Grand Public La présente thèse est le résultat de travaux de terrain effectués de 2005 à 2008 au nord-est et au sud du Nicaragua et au nord du Costa Rica, en Amérique Centrale, des analyses pétrologiques et géochimiques en laboratoire ainsi que de la modélisation de l'évolution géodynamique. La région étudiée se situe en bordure nord - ouest de la Plaque Caraïbe moderne. Dans la majorité des publications récentes cette région est représentée comme un vaste bloc continental (le "Bloc Chortis") qui serait limité, (i) au nord, par la faille décrochante de Motagua, la limite actuelle entre la Plaque Nord-Américaine et la Plaque Caraïbe, et (ii) au sud, par une suture hypothétique qui se trouverait aux confins entre le Nicaragua et le Costa Rica. La région du Costa Rica a été considérée presque entièrement comme une partie du Plateau Caraïbe ("Caribbean Large Igneous Province" (CLIP)). L'étude détaillée des affleurements nous a permis de mettre en évidence : - Au nord-est du Nicaragua (Siuna) : Des roches océaniques datées du Jurassique moyen, grâce aux faunes à radiolaires qui ont été extraites des radiolarites rouges. Ces roches ont subi un métamorphisme de haute pression typique des zones de collision. L'étude radio-isotopique Ar/Ar a permis de dater la collision du Crétacé basal (139 Ma). - Au sud du Nicaragua : Des roches océaniques d'âge Trias terminal (200 millions d'années), également datées à l'aide de faunes à radiolaires. Il s'agit actuellement des roches océaniques les plus anciennes connues de l'Amérique Centrale. - L'étude géochimique et les âges des fossiles démontrent que le tiers septentrional du Costa Rica possède un soubassement construit d'au moins deux terrains (Nicoya et Manzanillo), qui ont des caractéristiques de Plateau océanique (Nicoya) et d'arc volcanique du Crétacé moyen (Manzanillo). Ces deux terrains sont plus anciens que le CLIP. En conclusion, nous constatons que la région étudiée est constituée d'un puzzle de 3 blocs continentaux et d'un vaste terrain océanique composite que nous appelons Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT). En plus, nous définissons les terrains de Nicoya et de Manzanillo comme plus âgés et distincts du CLIP. Le MCOT est caractérisé par la présence de roches du manteau supérieur (les serpentinites) et de la croûte océanique, ainsi que des morceaux d'arcs, d'âge allant du Trias supérieur au Crétacé. Ce terrain est comparable à d'autres zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord, notamment en ce qui concerne les âges Mésozoïques, le métamorphisme de haute pression et l'association de roches mantéliques et crustales océaniques. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc infra-océanique exotique qui serait à l'origine de la Plaque Pacifique qui se serait ouverte en bassin d'arrière arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe.

Deep incision in an Aptian carbonate succession indicates major sea-level fall in the Cretaceous

Long-term relative sea-level cycles (0 5 to 6 Myr) have yet to be fully understood for the Cretaceous. During the Aptian, in the northern Maestrat Basin (Eastern Iberian Peninsula), fault-controlled subsidence created depositional space, but eustasy governed changes in depositional trends. Relative sea-level history was reconstructed by sequence stratigraphic analysis. Two forced regressive stages of relative sea-level were recognized within three depositional sequences. The first stage is late Early Aptian age (intra Dufrenoyia furcata Zone) and is characterized by foreshore to upper shoreface sedimentary wedges, which occur detached from a highstand carbonate platform, and were deposited above basin marls. The amplitude of relative sea-level drop was in the order of tens of metres, with a duration of <1 Myr. The second stage of relative sea-level fall occurred within the Late Aptian and is recorded by an incised valley that, when restored to its pre-contractional attitude, was >2 km wide and cut 115 m down into the underlying Aptian succession. With the subsequent transgression, the incision was back-filled with peritidal to shallow subtidal deposits. The changes in depositional trends, lithofacies evolution and geometric relation of the stratigraphic units characterized are similar to those observed in coeval rocks within the Maestrat Basin, as well as in other correlative basins elsewhere. The pace and magnitude of the two relative sea-level drops identified fall within the glacio-eustatic domain. In the Maestrat Basin, terrestrial palynological studies provide evidence that the late Early and Late Aptian climate was cooler than the earliest part of the Early Aptian and the Albian Stage, which were characterized by warmer environmental conditions. The outcrops documented here are significant because they preserve the results of Aptian long-term sea-level trends that are often only recognizable on larger scales (i.e. seismic) such as for the Arabian Plate.