Mantle exhumation at magma-poor passive continental margins. Part II: Tectonic and metasomatic evolution of large-displacement detachment faults preserved in a fossil distal margin domain (Saraillé lherzolites, northwestern Pyrenees, France)

Exhumation du manteau au pied des marges passives pauvres en magma. Partie 2 : Évolution tectonique et métasomatique des failles de détachement à fort déplacement dans le domaine distal fossile (lherzolites du Saraillé, Pyrénées NW, France)

¹ Université de Rennes, CNRS, UMR 6118 Géosciences Rennes, Campus de Beaulieu, 35000 Rennes, France
² Université de Montpellier, CNRS, Géosciences Montpellier, 34095 Montpellier, France
³ LIVE, Université de la Nouvelle-Calédonie, BPR4, 98851 Nouméa Cedex, France
⁴ Institute of Earth Sciences, University of Lausanne, Géopolis, 1015 Lausanne, Switzerland

^* Corresponding author: yves.lagabrielle@univ-rennes1.fr

Received: 10 January 2019
Accepted: 3 October 2019

Abstract

In two companion papers we report the detailed geological and mineralogical study of two emblematic serpentinized ultramafic bodies of the western North Pyrenean Zone (NPZ), the Urdach massif (paper 1) and the Saraillé massif (this paper). The peridotites have been uplifted to lower crustal levels during the Cretaceous rifting period in the future NPZ. They are associated with Mesozoic pre-rift metamorphic sediments and small units of thinned Paleozoic basement that were deformed during the mantle exhumation event. In the Saraillé massif, both the pre-rift cover and the thin Paleozoic crustal lenses are involved in a Pyrenean recumbent fold having the serpentinized peridotites in its core. Based on detailed geological cross-sections microscopic observations and microprobe mineralogical analyses, we describe the lithology of the two major extensional fault zones that accommodated: (i) the progressive uplift of the lherzolites upward the Cretaceous basin axis, (ii) the lateral extraction of the continental crust beneath the rift margins and, (iii) the decoupling of the pre-rift cover along the Upper Triassic (Keuper) evaporites and clays, allowing its gliding and conservation in the basin center. These two fault zones are the (lower) crust-mantle detachment and the (upper) cover décollement located respectively at the crust-mantle boundary and at the base to the detached pre-rift cover. The Saraillé peridotites were never exposed to the seafloor of the Cretaceous NPZ basins and always remained under a thin layer of crustal mylonites. Field constraints allow to reconstruct the strain pattern of the mantle rocks in the crust-mantle detachment. A 20–50 m thick layer of serpentinized lherzolites tectonic lenses separated by anastomosed shear zones is capped by a thin upper damage zone made up of strongly sheared talc-chlorite schists invaded by pyrite crystallization. The cover décollement is a few decameter-thick fault zone resulting from the brecciation of Upper Triassic layers. It underwent strong metasomatic alteration in the greenschist facies, by multi-component fluids leading to the crystallization of quartz, dolomite, talc, Cr-rich chlorite, amphiboles, magnesite and pyrite. These data collectively allow to propose a reconstruction of the architecture and fluid-rock interaction history of the distal domain of the upper Cretaceous northern Iberia margin now inverted in the NPZ.

Résumé

Dans deux articles compagnons, nous décrivons la géologie et la minéralogie de deux massifs de péridotites serpentinisées représentatifs de la Zone Nord-Pyrénéenne (ZNP) occidentale, le massif d’Urdach (article 1) et le massif du Saraillé (cet article). Les péridotites ont été portées vers des niveaux crustaux supérieurs during l’épisode de rifting pyrénéen crétacé qui a affecté la future ZNP. Elles sont associées à des sédiments métamorphiques pré-rift et à des lambeaux de croûte Paléozoïque déformée durant l’exhumation. Dans le massif du Saraillé, la couverture pré-rift et les minces lentilles de mylonites paléozoïques sont engagées dans un pli couché dont le cœur est formé de péridotites. En s’appuyant sur des descriptions de coupes géologiques, des observations microscopiques et des analyses de minéraux à la microsonde, nous précisons la lithologie de deux failles extensives majeures qui ont permis : (i) la remontée des lherzolites sous l’axe du bassin, (ii) l’extraction latérale de la croûte continentale sous les bordures du rift et (iii), le découplage et le glissement de la couverture pré-rift le long des évaporites et argiles du Keuper. Ces deux zones de faille sont le détachement croûte-manteau et le décollement de couverture situés respectivement à la limite croûte-manteau et à la base de la série pré-rift glissée. Les péridotites du Saraillé n’ont jamais été mises à l’affleurement sur le fond des bassins de la ZNP et sont toujours restées sous une mince couche de mylonites crustales. Les données de terrain permettent de reconstituer l’état de la déformation des lherzolites dans le détachement croûte-manteau. Un niveau de 20 à 50 m d’épaisseur fait de lentilles tectoniques de serpentinites séparées par des zones de cisaillement anastamosées est surmonté par une zone d’endommagement constituée de talcschistes envahis par de la pyrite. Le décollement de couverture est une zone d’épaisseur pluridécamétrique résultant de la bréchification tectonique du Trias supérieur. Il a subi une forte altération métasomatique par des fluides à composants multiples ayant conduit à la précipitation de quartz, dolomite, talc, chlorite riche en Cr, amphiboles, magnésite et pyrite. Cet ensemble de données sur le massif du Saraillé permet de proposer une reconstitution au Crétacé supérieur de l’histoire des fluides et de l’architecture du domaine distal de la marge Nord Ibérique aujourd’hui inversée dans la ZNP.