Génesis de carbonatos autigénicos asociados a volcanes de fango del Golfo de Cádiz (SW España): influencia de procesos bioquímicos y desestabilización de hidratos de gas

Abstract

[spa] En los últimos años se ha incrementado el interés por el estudio de los volcanes de fango ya que se ha demostrado su frecuente relación con hidrocarburos situados en profundidad. El Golfo de Cádiz, en él que se han descubierto más de 30 volcanes de fango, es una de las zonas más importantes para el estudio de los volcanes de fango y de los procesos sedimentarios, biológicos y bioquímicos asociados a estas estructuras. Relacionados con la actividad de estos volcanes se ha observado la formación de carbonatos autigénicos asociados a la presencia de metano en el sedimento. En esta Tesis Doctoral se presentan los resultados obtenidos en el estudio de carbonatos (costras, brechas y concreciones) pertenecientes a tres zonas del Golfo de Cádiz: la zona de Diasom, dónde se estudian concreciones de los montículos de fango Ibérico, Cornide y Arcos, la zona del Complejo de Volcanes de fango Hespérides (denominada en la presente tesis como Bosta), y el Escarpe Pen Duick, situado en el Complejo de Volcanes El Arraiche. El estudio de estos carbonatos nos ha proporcionado información sobre el origen del metano, ya sea termogénico o biogénico del Golfo de Cádiz, y los procesos bioquímicos implicados en la formación de estos carbonatos. Los objetivos generales definidos para esta tesis son: a) La caracterización de los procesos bioquímicos implicados en la génesis de los carbonatos; b) La identificación de los fluidos parentales de las costras, brechas y concreciones carbonatadas del Golfo de Cádiz, y c) La determinación del origen del metano asociado a la formación de estos carbonatos. Para poder alcanzar estos objetivos se definieron otros más concretos: a) El análisis de la morfología externa y estructuras internas de los carbonatos; b) La caracterización petrográfica, mineralógica y geoquímica de las muestras, c) La identificación de todos los productos diagenéticos (generaciones de cementos, porosidad), d) La datación de los carbonatos y de las generaciones de cementos diagenéticos con el objeto de establecer la secuencia paragenética, y e) La definición y caracterización de los estadios de precipitación observados en cada uno de los tipos de carbonato. Los principales minerales observados en los carbonatos del Golfo de Cádiz son calcita con bajo contenido en magnesio, calcita con alto contenido en magnesio, dolomita, dolomita ferruginosa, ankerita y como minerales accesorios óxidos de hierro (secundarios de pirita preexistente), barita y como componentes terrígenos cuarzo y feldespatos. La actividad biológica de organismos bioturbadores y de organismos bioerosionadores es el principal factor de control tanto para la morfología externa (concreciones de Diasom) como para la morfología o estructura interna (costras de Bosta y costras de Pen Duick) de estos carbonatos. El origen del metano implicado en la mayoría de los carbonatos estudiados del Golfo de Cádiz tiene un origen termogénico y solamente en el caso de las costras de Pen Duick y en escasas concreciones del montículo de fango Ibérico y Cornide (zona Diasom) se ha apreciado la influencia de metano biogénico. Los principales fluidos implicados son agua marina, agua marina modificada por la interacción de roca:agua y fluidos enriquecidos en 18O asociados a la desestabilización de hidratos de gas. La formación de los carbonatos estudiados se produjo a profundidades varias. La mayoría de ellos se formaron cerca de la interfase agua-sedimento, excepto en el caso las costras carbonáticas de Pen Duick, que se formaron en la zona de metanogénesis, lejos del sulfato marino y bajo la influencia de fluidos asociados a la desestabilización de hidratos de gas. PALABRAS CLAVE: Carbonatos antigénicos, volcanes de fango, golfo de Cádiz, Metano, Hidratos de gas, Desestabilización - hidratos de gas, Metanogénesis

[eng] "Origin of authigenic carbonates associated to mud volcanoes from the Gulf of Cadiz (SW Spain): influence of biochemical processes and destabilization of gas hydrates ". TEXT: During the last years, it has grown a progressive interest in the study of mud volcanoes, since it has been highlighted the recurrent relationship between these mud volcanoes and the presence of deep hydrocarbons. The Gulf of Cadiz, where more than 30 mud volcanoes have been discovered, is one of the most important zones to study the sedimentological, biological and biochemical processes related to these mud volcanoes. Authigenic carbonate formation has been related to the activity of the mud volcanoes, owing to the presence of methane. The present Ph.D. Thesis presents the results derived from the carbonate characterization (crusts, breccias and concretions) from three areas of the Gulf of Cadiz: Diasom zone (mud mounds concretions from Ibérico, Cornide and Arcos), Hespérides mud volcanoes complex zone (identified as Bosta in the present Ph.D. Thesis), and Pen Duick escarpment zone, located in El Arraiche mud volcanoes complex area. The characterization of the carbonate samples from these three zones has provided insights about the methane origin (thermogenic or biogenic) and the biochemical processes involved in their formation. The main goals of this Ph.D. Thesis are: a) characterization of the biochemical processes responsible of the carbonate formation, b) Identification of the parental fluids of the carbonate crusts, breccias and concretions present in the Gulf of Cadiz, and c) Determination of the methane origin responsible of the carbonate formation. In order to fully achieve these main goals, a number of more specific objectives have been established: a) External and internal morphological descriptions of the carbonate samples, b) Petrographical, mineralogical and geochemical characterization of the carbonate samples, c) Identification of all diagenetic products (cement generations, porosity), d) Radiometric dating of the carbonate samples and of the diagenetic cement generations in order to establish the paragenetic sequence, and e) Definition and characterization of the precipitation stages for the different carbonate types.