Pre-Pliocene tectonostratigraphic framework of the Provence continental shelf (eastern Gulf of Lion, SE France)

Cadre tectonostratigraphique des formations anté-pliocènes du plateau continental de Provence (golfe du Lion oriental, SE France)

¹ Aix-Marseille Université, CNRS, IRD, CEREGE UM34, 3 place V. Hugo, 13331 Marseille, France
² DGR/GBS BRGM, 3 avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45100 Orléans, France
³ UMR5243-Géosciences Montpellier, Université Montpellier 2, Place Eugène Bataillon, 34090 Montpellier, France
⁴ UMR 7329-GéoAzur, 250 rue Albert Einstein, 06560 Valbonne, France
⁵ Institut des Sciences de la Terre de Paris (iSTeP) CNRS: UMR7193-Université Pierre et Marie Curie (UPMC), 4 place Jussieu, 75005 Paris, France
⁶ CNRS, UMR6538, Domaines Océaniques, IUEM, 29280 Plouzané, France
⁷ BEICIP-FRANLAB, 232 Avenue Napoléon Bonaparte, 92500 Rueil-Malmaison, France
⁸ Institut Polytechnique LaSalle Beauvais, Département Géosciences (GEOS), 19 rue Pierre Waguet, BP 30313, 60026 Beauvais cedex, France

Received: 2 February 2016
Accepted: 30 May 2016

Abstract

The seaward extension of onshore formations and structures were previously almost unknown in Provence. The interpretation of 2D high-resolution marine seismic profiles together with the integration of sea-bottom rock samples provides new insights into the stratigraphic, structural and paleogeographic framework of pre-Messinian Salinity Crisis (MSC) deposits of the Provence continental shelf. Seven post-Jurassic seismic units have been identified on seismic profiles, mapped throughout the offshore Provence area and correlated with the onshore series. The studied marine surface and sub-surface database provided new insights into the mid and late Cretaceous paleogeography and structural framework as well as into the syn- and post-rift deformation in Provence. Thick (up to 2000 m) Aptian-Albian series whose deposition is controlled by E-W-trending faults are evidenced offshore. The occurrence and location of the Upper Cretaceous South-Provence basin is confirmed by the thick (up to 1500 m) basinal series downlaping the Aptian-Albian unit. This basin was fed in terrigenous sediments by a southern massif (“Massif Méridional”) whose present-day relict is the Paleozoic basement and its sedimentary cover from the Sicié imbricate. In the bay of Marseille, thick syn-rift (Rupelian to Aquitanian) deposition occurred (>1000 m). During the rifting phase, syn-sedimentary deformations consist of dominant N040 to N060 sub-vertical faults with a normal component and N050 drag-synclines and anticlines. The syn-rift and early post-rift units (Rupelian to early Burdigalian) are deformed and form a set of E-W-trending en echelon folds that may result from sinistral strike-slip reactivation of N040 to N060 normal faults during a N-S compressive phase of early-to-mid Burdigalian age (18-20 Ma). Finally, minor fault reactivation and local folding affect post-rift deposits within a N160-trending corridor localized south of La Couronne, and could result from a later, post-Burdigalian and pre-Pliocene compressive phase.

Résumé

Le prolongement en mer des formations et des structures provençales était jusqu’alors largement inconnu. L’interprétation de profils de sismique-réflexion marine 2D et l’intégration de dragages et carottages du fond-marin ont permis d’apporter des éléments nouveaux concernant le cadre stratigraphique, structural et paléogéographique des dépôts anté-Messiniens du plateau continental de Provence. Sept unités sismiques post-jurassiques ont été identifiées sur les profils sismiques, cartographiées à travers le plateau continental et corrélées avec les séries affleurant à terre. Une épaisse unité apto-albienne (jusqu’à 2000 m) dont le dépôt est contrôlé par des failles E-W a été mise en évidence en mer. L’existence d’un bassin subsident au Crétacé supérieur sur le plateau continental de Provence a été confirmée par le développement d’une épaisse série de bassin (jusqu’à 1500 m) reposant en downlap sur l’Apto-Albien. Le socle métamorphique de l’écaille de Sicié et sa couverture sédimentaire peut être considéré comme une relique allochtone du « Massif Méridional » ayant alimenté le Bassin sud-provençal en éléments terrigènes au Crétacé supérieur. Dans la rade de Marseille, une épaisse unité syn-rift (Rupélien à Aquitanien) a été mise en évidence (>1000 m), structurée en une série de synformes en échelon d’axe E-W et affectée par des failles d’orientation dominante N040 à N060. Sur le flanc sud des synformes, la formation de plis d’axe N050 est associée à une déformation syn-sédimentaire. La formation des synformes en échelon d’axe E-W résulterait d’une réactivation en décrochement des failles N040 à N060 pendant une phase de compression N-S dont l’âge est compris entre le Burdigalien inférieur et moyen (18-20 Ma). Enfin, les dépôts post-rift sont affectés par des déformations mineures (réactivation de failles et plis associés), le long d’un couloir d’orientation N160 à l’ouest de la baie de Marseille, attribuables à une phase de compression post-burdigalienne et anté-pliocène.