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El choque entre las Zonas Internas (Microplaca de Alborán o Mesomediterránea) y Externas (Paleomargen Sudibérico) producido por la Orogenia Alpina, durante el Mioceno inferior-medio (entre 23 y 11 Ma.) y la convergencia entre las placas Africana e Ibérica, hizo que la región se estructurara en zonas hundidas y levantadas; en una serie de cuencas marinas, separadas por importantes islas. Aunque en origen todas las zonas deprimidas estuvieron inundadas por el mar, progresivamente el mar se fue retirando y algunas de ellas pasaron a ser cuencas endorreicas donde desembocaban ríos y se formaron importantes lagos. Así pues, podemos agrupar estas cuencas en función del tipo predominante de sedimentación que aflora; en marinas o continentales.
Durante el Neógeno la sedimentación en la Cordillera Bética, y por tanto también en Murcia, tuvo lugar en dos fases:
Una primera, que comprende el Mioceno inferior y medio, durante la cual las cuencas se fueron adaptando a los movimientos que generarían los cabalgamientos y plegamientos del Subbético y Prebético durante la Orogenia Alpina.
Las cuencas formadas durante esta primera fase se denominan cuencas sinorogénicas (formadas a la vez que la Orogenia Alpina).
Unas cuencas se formaron dentro de la cadena montañosa que se estaba moviendo y formando (cuencas intracadenas), muy poco visibles y deformadas actualmente, y otra mucho más extensa, situada al norte, que comunicaba el Atlántico con el Mediterráneo, que lo geólogos han denominado Estrecho Norbético y que actualmente parte de ella continúa activa y forma la cuenca del Guadalquivir.
En la segunda fase, del Mioceno superior hasta la actualidad, las montañas de la región de Murcia ya se habían generado y la tectónica queda relegada principalmente a reajustes de distensión, se forman así las llamadas cuencas postorogénicas, donde sus materiales prácticamente han llegado a nuestros días sin deformación.
Cabe resaltar que el relieve que posee la Región de Murcia, es heredado de esta época, solo retocado por los procesos erosivos, algunos fenómenos tectónicos y por variaciones del nivel del mar durante el Cuaternario.
Este paisaje actual permite hacer un viaje submarino en el tiempo e imaginar con facilidad como era el fondo de los mares que cubrían gran parte de Murcia:
Cabezos actuales que corresponden a resaltes arrecifales, valles que eran las zonas más profundas de los mares terciarios, laderas de montañas, que en numerosas ocasiones, representan abanicos deltaicos que desembocaban en las costas tropicales, etc. Todo ello adornado con numerosas erupciones volcánicas, que persistieron hasta principios del Cuaternario, en definitiva ¡un paisaje fantástico!.
Las cuencas del noroeste y norte (marinas y continentales del Mioceno, sinorogénicas y postorogénicas)
En el Mioceno inferior-medio, la parte septentrional de la Región de Murcia, formaba parte del denominado Estrecho Norbético, cuando las Zonas Internas ya estaban chocando con las Zonas Externas y generando el levantamiento y emersión del sur de la Región de Murcia. Es decir el mar ocupaba el centro y norte de Murcia, y desde aquí, y hacia Andalucía, se comunicaba el Atlántico con el Mediterráneo.
Las rocas que se formaron en este estrecho (calizas con algas, margas, calizas bioclásticas y conglomerados), han quedado, excepcionalmente, bien conservadas en el norte de la comunidad murciana. Pero sobre todo en enclaves geológicos de espectacular belleza e interés geológico como el monte Arabí, Benizar, Cuevas de Zaen-Bagil-Molata de Charán, cabecera del barranco Hondares, cerro de Moratalla la Vieja o el Estrecho de Bolvonegro, entre otros, se pueden observar esas extensas plataformas marinas donde la gran velocidad de sedimentación, los abundantes terremotos de aquella época y el azote continuo de grandes tormentas, dieron lugar a una gran variedad de estructuras sedimentarias, únicas en la Cordillera Bética.
La actividad tectónica compresiva, que llegó incluso hasta el Mioceno superior (Tortoniense basal), consiguió cerrar progresivamente el denominado Estrecho Norbético y el mar fue migrando hacia zonas más hundidas situadas más hacia el sur como las cuencas del estrecho de la Encarnación, sinclinal de Calasparra o el Boquerón (al norte de la sierra de la Pila).
Ellas, en el Tortoniense, aún poseen sedimentación marina típica de plataformas carbonatadas (calcarenitas bioclásticas), con mayor o menor influencia de sedimentos terrígenos (gravas y arenas), provenientes de la erosión de los relieves prebéticos o subbéticos que las delimitan y hacia el centro de las cuencas son sustituidas por sedimentos margosos.
Pero por lo general las cuencas del norte de la Región de Murcia emergen al final del Mioceno medio (12 Ma.), y algunas se continentalizan y continúan activas con depósitos detríticos procedentes de corrientes fluviales o sedimentos de lagos, unas veces salinos (yesos) y otras carbonatados (calizas lacustres y calizas oncolíticas), junto con margas, margas con sílex, diatomitas y arcillas.
Ejemplos de estas cuencas son las de la Hoya de la Sima (Jumilla) y Tarragoya (Caravaca), pero sobre todo la del Salmerón-Las Minas (Moratalla-Calasparra-Hellín), que era un inmenso lago hasta hace unos 4 Ma.
Las cuencas centrales (marinas del Mioceno superior, postorogénicas)
Son las cuencas postorogénicas por excelencia, también denominadas intramontañosas, es decir sus rocas están nada o muy poco deformadas, aunque en los márgenes de algunas, como en la de Lorca, aparecen rocas del Mioceno inferior-medio. Las más extensas, además de Lorca, son las de Fortuna y Mula, esta última con depósitos margosos que superan los 2500 m de espesor.
Todas poseen una marcada influencia marina durante todo el Tortoniense y episodios marinos y continentales durante el Messiniense (Mioceno).
La sedimentación tortoniense se caracteriza por la existencia de pequeñas plataformas marinas, carbonatadas, con bioconstrucciones coralinas, dándose en ellas una progresiva sustitución de litologías, desde los relieves que las delimitan hacia las zonas más profundas: depósitos conglomeráticos de abanicos deltaicos, arrecifes coralinos y calizas bioclásticas, margas con intercalaciones areniscosas y margas.
Durante el Messiniense presentan etapas de desecación: sedimentos arenosos (turbiditas someras) y depósitos evaporíticos de yeso y sal, junto con margas; que alternan con otras típicas de aguas marinas de salinidad normal (calcarenitas, arrecifes coralinos, margas diatomíticas y margas).
A partir del Plioceno la sedimentación es típicamente continental, con predominio de conglomerados, areniscas y sedimentos arcillosos rojos.
Cuencas del sur (plio-cuaternarias marinas y continentales)
Las marinas, como las de Águilas-Terreros, Cabo Cope y Mazarrón, son las que estuvieron cubiertas por el mar hasta épocas muy recientes. Presentan calcarenitas, conglomerados, lumaquelas y limos margosos con abundantes restos de fauna marina plio-cuaternaria.
Por último las continentales, como la del Guadalentín, la del Segura o el Campo de Cartagena, cuya principal característica, no es su época de continentalización, sino la alta subsidencia que tienen, desde el Plioceno, que ha dado lugar a un gran espesor de sedimentos continentales, aluviales y fluviales. Por ello apenas afloran los sedimentos con edad anterior al cuaternario, salvo en las laderas de los relieves que las delimitan. Destaca por su extensión el Campo de Cartagena 
(1600 km2), que además de los sedimentos cuaternarios que la cubren, posee un potente relleno neógeno margoso de más de 1000 m formado por intercalaciones de conglomerados (hasta 500 m en el Tortoniense), calizas (100 m en el Messiniense) y areniscas (30 m en el Plioceno).
El relleno y la geometría de todas estas cuencas han sido controlados por:
1.- Juegos de fallas que muestran, según los casos, importantes desplazamientos horizontales y/o verticales. En concreto, existen cuencas que fueron generadas por el hundimiento de la corteza terrestre por fallas de desgarre sinistrosas de dirección NE-SO, como la cuenca de Lorca por las fracturas Norbética y de Alhama de Murcia, durante el Burdigaliense superior. Otras ligadas a fallas casi N-S como la cuenca de Mazarrón. Fallas controladas por movimientos distensivos y compresivos (sobre todo a partir del Tortoniense superior) de dirección NO-SE, que generaron el amplio sector del Mar Menor y áreas próximas, y NE-SO, como las fallas de Socovos y Bullas-Archena que afectan a las cuencas de Tarragoya, Mula y Fortuna, entre otras.
2.- Los cambios eustáticos y climáticos que originaron sucesivas regresiones y transgresiones, es decir oscilaciones del nivel del mar, a lo largo de todo el Neógeno, e incluso el Cuaternario.
Todos estos fenómenos produjeron cambios litológicos en los materiales miocénicos y pliocénicos, deformaciones durante la sedimentación o después de ella, especialmente en los bordes, paradas sedimentarias y procesos erosivos, que limitaban secuencias deposicionales (o unidades estratigráficas) correlacionables a escala de todo el Mediterráneo. Por ello es común encontrar en la mayoría de las cuencas:
- Pasos entre sedimentación continental (de tipo fluviolacustre) y marina (tipo epicontinental, es decir un mar poco profundo) con gran proliferación de lamelibranquios, equínidos, etc.
- Compartimentación de la sedimentación en una misma cuenca por los movimientos sinsedimentarios de fallas profundas, actualmente fosilizadas (cuenca de Lorca).
- Formación de grandes abanicos aluviales o deltaicos en los sectores de la zona de fallas de Bullas-Archena o del norte de las sierras pertenecientes a las Zonas Internas (cuencas de Lorca, Fortuna, etc.).
- Presencia de edificios arrecifales en altos fondos, como ocurre con los arrecifes de Las Canteras o Aledo (cuenca de Lorca), que coronan los relieves originados por los depósitos de deltas.
- Yacimientos paleontológicos excepcionales de peces y grandes vertebrados.
- Depósitos de evaporitas, yeso y halita, en medios restringidos, sobre todo a partir del Messiniense cuando empezó a desecarse el Mediterráneo, en la denominada crisis de salinidad (cuencas de Lorca, Mula-Fortuna).
- Discordancias que forman grandes hiatos y que afectan a toda una cuenca o parte de ella, como ocurre en la cuenca de Lorca donde falta en su parte septentrional el Tortoniense superior y Messiniense inferior.
- Erupciones volcánicas y fluidos hidrotermales que nutrían a los sedimentos y aguas marinas de las cuencas.
- Incluso algunas de estas cuencas poseen recursos geológicos peculiares, como yacimientos de azufre, pizarras bituminosas, sal, diatomitas, etc.
Toda esta diversidad geológica, y la buena conservación que presentan estas cuencas neógenas-cuaternarias, hacen de la Región de Murcia merecedora del calificativo de 'uno de los mejores lugares para estudiar la evolución reciente de nuestro mar Mediterráneo', y por tanto le confieren un patrimonio geológico y cultural excepcional, digno de conservar y disfrutar.
