The transition from Pyrenean shortening to Gulf of Lion rifting in Languedoc (South France) – A tectonic-sedimentation analysis

Transition entre la compression Pyrénéenne et l’extension du Golfe du Lion, dans le Languedoc (Sud de la France) par analyse des relations tectonique-sédimentation

¹ Géosciences Montpellier, Université de Montpellier – CNRS, Montpellier, France
² BRGM, GeoResources Division, Orléans, France

^* Corresponding author: michel.seranne@umontpellier.fr

Received: 29 July 2020
Accepted: 9 April 2021

Abstract

The Pyrenean orogen extended eastward, across the present-day Gulf of Lion margin. The late or post-orogenic dismantling of this orogen segment, contemporaneous with ongoing shortening in the Spanish Pyrénées, is still debated. Understanding the transition between the two geodynamic events requires to document the precise timing of the succession of the tectonic processes involved. We investigate the superposition of rifting structures over Pyrenean thrusts and folds in the onshore Languedoc. Compilation and reassessment of the regional chronostratigraphy, in the light of recent biostratigraphic dating and new mapping of Paleogene basins, lead to date the transition to the Priabonian. Tectonic-sedimentation relationship in the Eocene to Oligocene depocentres are analysed in surface exposures as well as in seismic reflection surveys. Bed-to bed mapping allowed us to: i) characterise an intermediate sequence of Priabonian age, bounded at the base and the top by unconformities; ii) evidence syn-depositional deformation within the Priabonian; iii) define the axes of Priabonian deformation. Interpretation of seismic reflection profiles, across the onshore basins covered by syn- and post-rift sequences, reveals the existence of an intermediate sequence displaying similar features, and that is correlated to the Priabonian. Syn-depositional deformation of some Priabonian basins correspond to extensional structure, whereas neighbouring, contemporaneous basins, reveal compressional deformation. The distribution of such apparently conflicting observations across the studied area provides evidence for left-lateral strike-slip deformation between two major regional faults (Cévennes and Nîmes faults). Left-lateral strike-slip along NE-trending faults accommodates E-W extension of the West European Rift (ECRIS) and part of the ongoing N-S shortening in the Central and Western Pyrénées. Priabonian clastic sedimentation and deformation in Languedoc witness the initial stages of the dismantling of the Languedoc-Provence Pyrénées, prior to Oligocene-Aquitanian back-arc rifting.

Résumé

L’orogène pyrénéen s’étendait vers l’est à l’emplacement actuel du Golfe du Lion. Contemporain de la poursuite de la compression dans les Pyrénées franco-espagnoles, le démantèlement tardi- ou post-orogénique de ce segment de l’orogène est encore mal compris. La compréhension de la transition entre l’orogénèse Pyrénéo-Provençale et le rifting du Golfe du Lion nécessite de préciser le calendrier des évènements ainsi que la succession des différents processus tectoniques mis en jeu. Nous analysons la superposition des structures du rifting sur les structures compressives Pyrénéennes exposées à terre, dans le Languedoc. Tout d’abord, nous compilons et révisons la chronostratigraphie régionale, à la lumière de datations postérieures à la publication des cartes au 1/50 000 du BRGM, et de la cartographie de plusieurs bassins paléogènes. Nous datons cette transition du Priabonien. Nous analysons les relations tectonique-sédimentation des dépocentres Eocène à Oligocène sur le terrain et en sismique réflexion. La cartographie banc-par-banc permet de : i) caractériser une séquence intermédiaire d’âge Priabonien encadrée par deux discordances, ii) mettre en évidence une déformation syn-dépôt dans le remplissage Priabonien, iii) définir les axes de la déformation priabonienne. L’interprétation de profils de sismique réflexion à travers les bassins paléogènes à terre, recouverts par les séries syn- et post-rift, révèle l’existence d’une séquence intermédiaire présentant des caractéristiques similaires et que nous corrélons avec le Priabonien. La déformation syn-dépôt de certains bassins est extensive, alors que dans des bassins voisins contemporains, elle est compressive. La distribution régionale de ces observations apparemment contradictoires est interprétée comme liée à un couloir de déformation en décrochement senestre entre les failles majeures des Cévennes et de Nîmes, d’orientation NE-SW. Ce décrochement accommode l’extension EW des rifts ouest-européens et contribue au raccourcissement N-S des Pyrénées franco-espagnoles, toujours actif au Priabonien. La sédimentation syn-tectonique clastique du Priabonien du Languedoc enregistre les premiers stades du démantèlement de la chaîne pyrénéo-provençale, plusieurs millions d’années avant l’initiation de l’extension d’arrière-arc.