Evolution of a low convergence collisional orogen: a review of Pyrenean orogenesis

Évolution d’un orogène collisionnel à faible convergence : une revue de l’orogenèse pyrénéenne

¹ Université de Lorraine, CNRS, CRPG, UMR 7358, Nancy, France
² M&U SAS, Saint-Égrève, France
³ ISTERRE, Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France
⁴ Group of Dynamics of the Lithosphere, GDL, Geosciences Barcelona (Geo3Bcn), CSIC, Lluis Solé i Sabarís, s/n, 08028 Barcelona, Spain
⁵ Institut des Sciences de la Terre d’Orléans, Université d’Orléans, 1A rue de la Férollerie, 45071 Orléans Cedex 2, France
⁶ Institute of Geology, Leibniz University Hannover, Hannover, Germany
⁷ National Research Council of Italy, Institute of Geosciences and Earth Resources (IGG-CNR), Torino, Italy
⁸ EA 4592 Géoressources et Environnement, Université Bordeaux Montaigne, Pessac, France
⁹ School of Geosciences, University of Edinburgh, Drummond Street, Edinburgh EH8 9XP, Scotland, UK
¹⁰ GET-OMP, UMR 5563, Université Paul Sabatier, Toulouse, France
¹¹ ITES_EOST, UMR 7063, Université de Strasbourg, CNRS, Strasbourg, France
¹² Sorbonne Université, UMR 7193 CNRS-UPMC, Institut des Sciences de la Terre de Paris, Paris, France
¹³ French Geological Survey (BRGM), Orléans, France
¹⁴ Centre de recherches de TotalEnergie, Pau, France

^* Corresponding author: mary.ford@univ-lorraine.fr

Abstract

The Pyrenees is a collisional orogen built by inversion of an immature rift system during convergence of the Iberian and European plates from Late Cretaceous to late Cenozoic. The full mountain belt consists of the pro-foreland southern Pyrenees and the retro-foreland northern Pyrenees, where the inverted lower Cretaceous rift system is mainly preserved. Due to low overall convergence and absence of oceanic subduction, this orogen preserves one of the best geological records of early orogenesis, the transition from early convergence to main collision and the transition from collision to post-convergence. During these transitional periods major changes in orogen behavior reflect evolving lithospheric processes and tectonic drivers. Contributions by the OROGEN project have shed new light on these critical periods, on the evolution of the orogen as a whole, and in particular on the early convergence stage. By integrating results of OROGEN with those of other recent collaborative projects in the Pyrenean domain (e.g., PYRAMID, PYROPE, RGF-Pyrénées), this paper offers a synthesis of current knowledge and debate on the evolution of this immature orogen as recorded in the synorogenic basins and fold and thrust belts of both the upper European and lower Iberian plates. Expanding insight on the role of salt tectonics at local to regional scales is summarised and discussed. Uncertainties involved in data compilation across a whole orogen using different datasets are discussed, for example for deriving shortening values and distribution.

Résumé

Les Pyrénées sont un petit orogène de collision à faible convergence construit par inversion d’un système de rift immature au cours de la convergence des plaques ibérique et européenne du Crétacé supérieur au Cénozoïque. La ceinture montagneuse comprend les Pyrénées méridionales (pro-avant-pays) et les Pyrénées septentrionales (rétro-avant-pays), où le système de rift hérité du Crétacé inférieur est principalement préservé. En raison de la faible convergence globale et de l’absence de subduction océanique, l’orogène pyrénéen conserve l’un des meilleurs enregistrements géologiques de l’orogenèse précoce, de la transition de la convergence précoce à la collision principale et de la transition de la collision à la post-convergence. Ces périodes de transition enregistrent des changements majeurs dans le comportement de l’orogène, reflétant l’évolution des processus lithosphériques et des moteurs tectoniques. Les contributions du projet OROGEN ont apporté un nouvel éclairage sur ces périodes critiques, sur l’évolution de l’orogène dans son ensemble, et en particulier sur la phase de convergence précoce. En intégrant les résultats d’OROGEN aux résultats d’autres projets de recherche collaboratifs récents sur le domaine pyrénéen (PYRAMID, PYROPE, RGF-Pyrénées), cet article propose une synthèse des connaissances actuelles et des débats sur l’évolution de cet orogène immature tel qu’enregistré en particulier dans les bassins synorogéniques et les chaînes plissées des plaques européennes et ibériques. L’élargissement des connaissances sur le rôle de la tectonique salifère aux échelles locales et régionales est résumé et discuté. Les incertitudes impliquées dans la compilation des données sur l’ensemble d’un orogène à l’aide de différents ensembles de données sont discutées, par exemple pour estimer les valeurs de raccourcissement et sa distribution.