Evolution of the Alpine orogenic belts in the Western Mediterranean region as resolved by the kinematics of the Europe-Africa diffuse plate boundary

Reconstruction cinématique de la limite de plaque diffuse Europe-Afrique pour étudier l’évolution de la ceinture orogénique Alpine en Méditerranée occidentale

Geosciences Environnement Toulouse, Université de Toulouse Paul Sabatier, CNRS, IRD, 14 av. Edouard Belin, 31400 Toulouse, France

^* Corresponding author: paul.angrand.geology@gmail.com

Received: 8 January 2021
Accepted: 24 August 2021

Abstract

The West European collisional Alpine belts are the result of the inversion, initiated in the middle Cretaceous, of the complex western Neotethys and the Atlantic continental rift domains and closure of remnants of Tethys between the North Africa and European cratons. While the kinematics of Africa relative to Europe is well understood, the kinematics of microplates such as Iberia and Adria within the diffuse collisional plate boundary is still a matter of debate. We review geological and stratigraphic constraints in the peri-Iberia fold-thrust belts and basins to define the deformation history and crustal segmentation of the West European realm. These data are then implemented with other constraints from recently published kinematic and paleogeographic reconstructions to propose a new regional tectonic and kinematic model for Western Europe from the late Permian to recent times. Our model suggests that the pre-collisional extension between Europe and Africa plates was distributed and oblique, hence building discontinuous rift segments between the southern Alpine Tethys and the Central Atlantic. They were characterised by variably extended crust and narrow oceanic domains segmented across transfer structures and micro-continental blocks. The main tectonic structures inherited from the late Variscan orogeny localized deformation associated with rifting and orogenic belts. We show that continental blocks, including the Ebro-Sardinia-Corsica block, have been key in accommodating strike-slip, extension, and contraction in both Iberia and Adria. The definition of a new Ebro-Sardinia-Corsica block allows refining the tectonic relationships between Iberia, Europe and Adria in the Alps. By the Paleogene, the convergence of Africa closed the spatially distributed oceanic domains, except for the Ionian basin. From this time onwards, collision spread over the different continental blocks from Africa to Europe. The area was eventually affected by the West European Rift, in the late Eocene, which may have controlled the opening of the West Mediterranean. The low convergence associated with the collisional evolution of Western Europe permits to resolve the control of the inherited crustal architecture on the distribution of strain in the collision zone, that is otherwise lost in more mature collisional domain such as the Himalaya.

Résumé

Les ceintures orogéniques alpines d’Europe occidentale sont le résultat de l’inversion, initiée au Crétacé moyen, de l’Océan Néotéthys occidental et des domaines du rift continental atlantique et de la fermeture des reliquats océaniques de la Téthys entre l’Afrique du Nord et les cratons européens. Si la cinématique de l’Afrique par rapport à l’Europe est bien comprise, celles de microplaques telles que Iberia et Adria, à l’intérieur de la limite de plaque, est encore débattue. Nous examinons les contraintes géologiques et stratigraphiques dans les ceintures orogéniques et les bassins péri-ibériques afin de définir l’histoire de la déformation et la segmentation crustale du domaine européen occidentale. Ces données sont ensuite intégrées avec d’autres contraintes issues de reconstructions cinématiques et paléogéographiques récemment publiées afin de proposer un nouveau modèle tectonique et cinématique régional de l’Europe occidentale, de la fin du Permien à l’actuel. Notre modèle montre que l’extension pré-collisionnelle entre la plaque Europe et la plaque Afrique était distribuée et oblique, à l’origine de segments de rift discontinus entre la partie sud de la Téthys Alpine et l’Atlantique Central. Ces rifts étaient caractérisés par une croûte variablement amincie et des domaines océaniques étroits segmentés à travers des structures de transfert et des micro-continents. Les principales structures tectoniques héritées tardi-varisques ont localisé les domaines d’amincissement et les orogènes. Nous montrons que plusieurs blocs continentaux, y compris le bloc Ebre-Sardaigne-Corse, ont joué un rôle clé dans l’accommodation des mouvements décrochants, de l’extension et de la convergence de l’Ibérie et d’Adria. De plus, nous montrons que l’existence de ce bloc permet d’affiner la relation tectonique entre l’Ibérie, l’Europe et domaine adriatique septentrional dans les Alpes. Au Paléogène, la convergence de l’Afrique referme les domaines océaniques à l’exception du bassin ionien. À partir de ce moment, la collision implique les différents blocs continentaux, permettant un transfert efficace de la déformation de l’Afrique vers l’Europe. La zone a finalement été affectée par le Rift Ouest Européen, à la fin de l’Eocène, qui a en partie contrôlé l’ouverture de la Méditerranée occidentale. La faible convergence associée à l’évolution orogénique de l’Europe occidentale permet de mieux comprendre le contrôle de l’architecture crustale héritée sur la distribution de la déformation dans la zone de collision, qui est autrement mal défini dans des domaines de collision plus matures tels que l’Himalaya.