55

GEOGACETA, 48, 2010

Copyright © 2010 Sociedad Geológica de España / www.geogaceta.com

Concreciones de arenisca como criterio de identificación ycorrelación estratigráfica de regresiones forzadas. Un ejemplo

desde las areniscas cretácicas de la Formación Cerrajón(Zonas Externas de la Cordillera Bética)

Calcite-cemented concretions as a field outcrop criterion to identify forced-regressions. A field outcrop examplein Lower Cretaceous sandstone of the Cerrajón Formation (External Zones, Betic Cordillera)

Fernando García-García (1), Ginés A. de Gea (1) y Vicente Navarro (2)

(1) Departamento de Geología. Universidad de Jaén. Campus las Lagunillas, s/n, 23071 Jaén. fegarcia@ujaen.es; gadegea@ujaen.es(2) IES Cástulo. Av. San Cristóbal, s/n, 23700 Linares, Jaén. vnavarro@ujaen.es

ABSTRACT

Calcite-cemented concretions were studied from Lower Cretaceous forced-regressive shorefacesandstones (Cerrajón Fm, External Zones, Betic Cordillera). During early diagenetic, patchy calcite cementconsolidates clean and well-sorted sand in the form of concretions of spheroidal to oval shape within hostsand uncemented. Then a new relative sea level fall characterised by incised valleys cutting the overlyingTST and HST pelagic marls and also cutting shoreface sandstones (concretions host) is reported. Coastaland presumably subaerial reworking of exposed sandstone concretions by relative sea-level fall erosion(intensively bored by lithophaga, Fe-oxidized surface, oysters and corals attached) fill the incised valleys inproximal areas and they are also found isolated into distal marls.

Key words: Sandstone concretions, shoreface sandstone, forced-regressions, Early Cretaceous, BeticCordillera

Geogaceta, 48 (2010), 55-58 Fecha de recepción: 15 de febrero de 2010ISSN: 0213-683X Fecha de revisión: 21 de abril de 2010

Fecha de aceptación: 28 de mayo de 2010

Introducción

Concreciones de cemento calcíticohan sido descritas en areniscas marinassomeras, comúnmente en depósitos deshoreface y estratigráficamente localiza-das bajo superficies de máxima inunda-ción marina (Cole y Young, 1991; Tayloret al., 1995; Taylor et al., 2000; McBrideet al., 2003). Reducidas tasas de sedimen-tación ligadas a la etapa de máxima inun-dación favorecen la estancia larga de laarenisca a poca profundidad de enterra-miento en la zona de diagénesis anaerobiadonde tiene lugar la cementación ademásde favorecer la disolución de conchas yprecipitación del bicarbonato en forma decemento calcítico (McBride et al., 2003).

En este trabajo se describen concre-ciones de arenisca desarrolladas en siste-mas deposicionales progradantes deshoreface ligados a regresiones forzadas,presumiblemente controladas por latectónica.

La elección de qué superficie marcala discontinuidad de límite de secuenciaen depósitos de regresión forzada ha sido

Fig. 1.- Esquema geológico de las Zonas Externas de la Cordillera Bética entre Jaény Bedmar (provincia de Jaén), donde se encuentran localizados los afloramientos

estudiados.

Fig. 1.- Geological sketch of the External Zones of the Betic Cordillera in the Jaén-Bedmar section, where studied outcrops are located.

56

GEOGACETA, 48, 2010 F. García-García et al.

Estratigrafía y Sedimentología

motivo de amplio debate, situándola unosen el contacto entre los depósitos de HSTy la primera cuña de regresión forzada(Posamentier y Morris, 2000) y otros atecho de cuña de regresión forzada (Plinty Nummedal, 2000). Sin duda, la superfi-cie basal de los depósitos de regresiónforzada data el comienzo de la caída rela-tiva del nivel del mar. Esta superficie que,en áreas proximales, está definida comouna reconocible superficie de erosión ma-rina (RSME, Posamentier y Morris,2000) en áreas distales está representada

por una continuidad correlativa, común-mente delimitando margas pelágicas. Ladificultad para reconocer esta superficieen sectores distales es lo que ha llevado aalgunos autores a descartarla como límitesecuencial y proponer la superficie másfácilmente reconocible, por ejemplo ensondeos, del techo de la cuña de regresiónforzada. El principal objetivo de este tra-bajo es poner en valor concrecionesresedimentadas de arenisca como criterioestratigráfico para correlacionar superfi-cies de regresión forzada desde sectores

proximales a sectores relativamentedistales.

Contexto geológico

Las concreciones de arenisca objetode este estudio se han encontrado aloja-das en las tres litofacies, conglomerados,areniscas y margas que conforman la For-mación Cerrajón (Ruiz-Ortiz, 1980) delas Zonas Externas de la Cordillera Béticaen los afloramientos situados al este deJaén, en las proximidades de la localidadde Bedmar (Fig. 1). Areniscas, excepcio-nalmente conglomerados, y margas deedad cretácico inferior (Barremiense Su-perior-Aptiense inferior) (De Gea, 2003)se repiten rítmicamente en una sucesiónde 160 m de potencia organizadas en 5secuencias grano y estratocrecientes agranodecrecientes. Las areniscas se orga-nizan en ciclos de escala métrica adecamétrica estratocrecientes configu-rando geométricamente cuerpos que seacuñan hacia sectores proximales, haciael este, entre margas pelágicas.Laminaciones planares, laminacionescruzadas de bajo ángulo, laminacionescruzadas tipo hummocky y laminacionescruzadas simétricas han permitido inter-pretar estos cuerpos como cuñasprogradantes de shoreface (García-Garcíaet al., sometido). La identificación en estasareniscas de los principales criterios de re-conocimiento en afloramiento de regre-siones forzadas (Ainsworth et al., 2000;Posamentier y Morris, 2000) ha permi-tido interpretarlos desde el punto devista de la estratigrafía secuencial comocuñas de regresión forzada (FRWST) ydepósitos de nivel del mar bajo estable(LST) físicamente desconectadas de losprevios depósitos de nivel del mar esta-ble a l to (HST). Las litofaciesdominantemente margosas se superponenestratigráficamente a las cuñas de arenisca.Las margas alternan con niveles finos deareniscas con una secuencia vertical de es-tructuras sedimentarias que, cuando se en-cuentra completa, consiste en una divisióninferior con laminación planar de alto régi-men de flujo y una división superior conlaminación cruzada tipo hummocky. Estasestructuras sedimentarias y el alto conteni-do de fauna pelágica ha llevado a interpre-tar el depósito de las margas conintercalaciones finas de areniscas en unambiente de rampa externa mixtacarbonatada-siliciclástica situada sobre elnivel de base del oleaje de tormentas. Den-tro de las margas se han identificado de aba-jo a arriba en la sucesión estratigráfica untramo inferior con incremento hacia arriba

Fig. 2.- Columna estratigráfica de la sucesión en la que aparecen situadas las concreciones dearenisca.

Fig. 2.- Stratigraphic log of the succession with the location of sandstone concretions.

57

GEOGACETA, 48, 2010

Sociedad Geológica de España

Concreciones de areniscas como criterio de identificación y correlación estratigráfica de regresiones forzadas

del contenido de planctónicos y granoscarbonatados sobre siliciclásticos inter-pretado como un cortejo transgresivo(TST), un intervalo representado por ni-veles calizos con abundancia deammonites interpretado su depósito en uncontexto de máxima inundación marina(mfs) y, finalmente, un tramo superior demargas ricas en carbonato, especialmenteforaminíferos planctónicos interpretadocomo un cortejo de nivel del mar establey relativamente alto (HST). Ciclos de 4ºorden de caída y subida relativa del niveldel mar controlaron la repetición en lavertical de los cortejos sedimentarios des-critos (García-García et al., sometido).

Facies de las concreciones de arenisca

Geometría, tamaño, color, granulo-metría, contenido fosilífero, estructurasde ordenación interna y separación entreconcreciones adyacentes fueron los ras-gos examinados en afloramiento y en lá-mina delgada para un grupo representati-vo de concreciones de arenisca. Ademásde estas características propias de la con-creción, se ha analizado las facies de laroca donde se encuentra ubicada la con-creción para interpretar el contextosedimentario último de la concreción. Se

han diferenciado dos grupos de concre-ciones a partir de la roca en la que se en-cuentran alojadas. Un grupo es el consti-tuido por aquellas concreciones que apa-recen interestratificadas en los paquetesde arenisca (host) donde se generaron. Elsegundo grupo es el formado por aquellasconcreciones emancipadas de la areniscamatriz y ubicadas en el seno de cuerposconglomeráticos o margas ricas enforaminíferos planctónicos. Ambos gru-pos presentan unos rasgos comunes des-critos a continuación.

Las concreciones están constituidaspor areniscas fina a media, pardas, masi-vas y bien seleccionadas con predominiode granos de cuarzo subanguloso (>70%),feldespatos, micas (biotita, moscovita y,excepcionalmente, concentraciones deglauconita), además de minerales pesados(pirita). Algunas capas de arenisca presen-tan concentraciones importantes de granosesqueletales carbonatados (equinodermos,tanto radiolas de erizos como crinoides,bivalvos y orbitolinas) además de cantosde carbón y restos de plantas. Calcitamicroesparítica cementa la trama de gra-nos. Habitualmente masivas, las concre-ciones excepcionalmente preservan la es-tructura de ordenamiento interno originalde la arenisca (host) donde se formó la

concreción. Ésta suele consistir enlaminación horizontal o cruzada de bajoángulo y laminación tipo hummocky, a me-nudo marcadas por cantos blandos. No seha encontrado partícula alguna en el nú-cleo de las concreciones. No se ha identifi-cado ninguna variación de las microfaciesentre el núcleo y la periferia de la concre-ción. Aunque la geometría y tamaño de lasconcreciones es variable predominan 3morfologías: (1) formas hemisféricasachatadas unas veces por el muro y otraspor el techo con espesor (perpendicular aS0) entre 40 y 60 cm y extensión lateral(paralelo a S

0) entre 100 y 170 cm, (2) for-

mas casi esféricas con diámetro de hasta120 cm (40 a 80 cm es el rango medio deldiámetro) y (3) formas ovoidales tumba-das con el eje más largo (hasta 130 cm) pa-ralelo a la estratificación y el más corto(hasta de 80 cm) perpendicular a la estrati-ficación (Figs. 3A-C). Otras morfologíasmás complejas y menos abundantes hansido identificadas.

Las concreciones que se encuentranrellenando cuerpos con superficies fuerte-mente erosivas encajadas en los paquetesde areniscas e interpretados como vallesincididos y las concreciones alineadas enel seno de margas ricas en planctónicospresentan los siguientes rasgos distintivos

Fig. 3.- Lámina de fotos con diferentes aspectos de campo de las concreciones de areniscas in situ (A-C) y concreciones transportadas fuera de laarenisca donde se generaron (D-F): A) Concreciones de arenisca con formas esféricas interconectadas en el seno de un estrato de areniscas de shore-face (host), B) Concreción esférica de un metro de diámetro, C) Concreción de forma ovoide, D) Relleno de un valle incidido por secuencias grano-

decrecientes de clastos de calizas y concreciones de arenisca bioturbada, E) Detalle de una perforación por litófago en una concreción, a su vezrellena la perforación por arcillas/margas con bioclastos, F) Concreción bioturbada de arenisca aislada y embebida en margas pelágicas.

Fig. 3.- Pictures sheet from field outcrop showing sandstone concretions in sandstone host (A-C) and out of sandstone host (D-F): A) Spheroidalsandstone concretions into host shoreface sandstones, B) 1 m in diameter spheroidal concretion. C) Oval-shape concretion, D) Incised valley fill by

normal-grading limestones pebbles and bored sandstone concretions, E) Detail of a boring by lithophaga in a concretion fill with bioclastic marls, F)Bored sandstone concretions isolated into pelagic marls.

58

GEOGACETA, 48, 2010 F. García-García et al.

Estratigrafía y Sedimentología

respecto a las concreciones in situ (Figs.3D-F). Estos rasgos afectan a la superficiede la concreción que aparece extensamen-te perforada por litófagos. Habitualmentelas perforaciones se concentran en un he-misferio de las concreciones esféricas yovoides o en la superficie curva de las con-creciones hemisféricas achatadas. Cu-briendo la superficie de algunas concrecio-nes, incluyendo el hueco de la perforación,se extiende una pátina de óxidospresumiblemente de Fe. Sobre la pátina,en la secuencia de relleno de las perfora-ciones, se ha identificado una arcilla ver-dosa. Adosado a la concreción y encimade la arcilla de relleno de la perforaciónse encuentran ostreidos y colonias de co-rales. Finalmente, restos de unmicroconglomerado calizo-dolomítico sepreserva cementado sobre el ostreido enaquellas concreciones embebidas enmargas.

Historia de las concreciones

Las concreciones se forman en lasarenas bien seleccionadas de los depó-sitos de shoreface interpretados en tér-minos de estratigrafía secuencial comocuñas de regresión forzada (FRWST)que progradan durante la etapa de niveldel mar bajo estable (LST). Tras el de-pósito sobre estas cuñas de arenisca deuna serie dominantemente margosa du-rante los contextos transgresivos (TST)y de nivel del mar alto estable (HST),tiene lugar una segunda caída relativadel nivel del mar. Esta caída situó el ni-vel del mar bajo el techo de la cuña deareniscas de regresión forzada provo-cando la erosión de las margas del TSTy HST hasta las areniscas del LST enforma de valles incididos. Al llegar es-tos valles en su encajamiento a cortarlas cuñas de areniscas provocan la ex-humación de las concreciones ya for-madas . Las concreciones sonretrabajadas en medios subaéreos y li-torales como queda puesto de manifies-to por las perforaciones de litófagos,pátinas de óxidos de Fe y fauna marina

somera adosada a la concreción. Éstasconcreciones retrabajadas rellenan losvalles incididos que, distalmente, cana-lizan las concreciones hacia margasdistales de shoreface donde llegan, pro-bablemente por rodamiento, las concre-ciones esferoidales.

Conclusiones

La abundancia de concreciones dearenisca puede ser un buen criterio deidentificación de cuñas de regresión for-zada. Las características granulométricasy texturales de la arenisca de shorefaceque habitualmente conforman estas cuñaslas hacen favorables para la formación deestas concreciones durante la etapa de se-dimentación de los cortejos transgresivosy de alto nivel del mar establesuprayacentes a la cuña de regresión for-zada. Una segunda caída del nivel del marhasta la posición de la cuña de areniscaprovocará la incisión de valles que en suencajamiento exhumarán las concrecio-nes que, retrabajadas en mediossubaéreos y/o litorales rellenarán los va-lles erosivos y podrán rodar canalizados através de esos valles hasta posicionesdistales. En estos casos las concrecionesde arenisca constituyen un magnífico cri-terio de correlación estratigráfica de su-perficies de regresión forzada/límite desecuencia tanto en posiciones proximalescomo relativamente distales.

Agradecimientos

Esta investigación ha sido llevada acabo en el seno de los proyectosCGL2009-07830/BTE, CGL2009-05768-E/BTE y CGL2009-10329 financiados porel Ministerio de Educación y Ciencia(MEC), la Fundación Europea de Desarro-llo Regional (FEDER). Los autores sonmiembros del Grupo de InvestigaciónRNM-200 de la Junta de Andalucía. Ade-más queremos expresar nuestro sinceroagradecimiento a Raquel Charte, Julio Ca-lero y Juan Jiménez por la interpretaciónde los difractogramas de rayos X así como

a Antonio Piedra por la preparación de lasláminas delgadas.

Referencias

Ainsworth, R.B., Bosscher, H.b y Newa-ll, M.J. (2000). En: Sedimentary Res-ponse to Forced Regressions (D. Hunty R.L. Gawthorpe, Eds.), Geol. Soc.London, Spec. Publ., 172, 163-176.

De Gea, G.A. (2003). Bioestratigrafía yeventos del Cretácico Inferior en las Zo-nas Externas de la Cordillera Bética.Tesis Doctoral, Univ. de Jaén, 272 p.

Cole, R.D. y Young, R.G. (1991) En: TheThree-Dimensional Facies Architectu-re of Terrigenous Clastic Sedimentsand Its Implications for HydrocarbonDiscovery and Recovery (A.D. Mially N. Tyler, Eds.) SEPM, Concepts inSedimentology and Paleontology, 3,277�287.

García-García, F., De Gea, G.A. y Ruiz-Ortiz, P.A. (sometido). Journal of Sedi-mentary Research.

McBride, E.F., Picard, M.D. y Milliken,K.L. (2003). Journal of SedimentaryResearch, 37(3), 462�483.

Plint, A.G. y Nummedal, D. (2000) En:Sedimentary Responses to Forced Re-gressions. (D. Hunt y R.L. Gawthorpe,Eds.), Geol. Soc. London, Spec. Publ.,vol. 172, 1-17.

Posamentier, H.W. y Morris, W.R. (2000)En: Sedimentary Responses to ForcedRegressions. Geological Society, Lon-don, Spec. Publ. (D. Hunt y R.L.Gawthorpe, Eds.), 172, 19-46.

Ruiz-Ortiz, P.A. (1980). Análisis de fa-cies del Mesozoico de las Unidades In-termedias (entre Castril-Prov. De Gra-nada y Jaén). Tesis Doctoral, Univ. deGranada, 272 p.

Taylor, K.G., Gawthorpe, R.L. y VanWagoner, J.C. (1995). Geological So-ciety of London, Journal, 152, 225�228.

Taylor, K.G., Gawthorpe, R.L., Curtis,C.D., Marshall, J.D. y Awwiller,D.N. (2000). Journal of SedimentaryResearch, 70, 360�372.