The Mid-Albian unconformity, a key to understand the geodynamics of the North Pyrenean Trough

La discontinuité de l’Albien moyen, une clé pour comprendre l’évolution géodynamique du fossé nord-pyrénéen

¹ University of Toulouse, 31000 Toulouse, France
² Retired ExxonMobil, 33170 Gradignan, France

^* Corresponding author: jcanerot@live.fr

Received: 25 November 2021
Accepted: 4 January 2023

Abstract

The Pyrenees are the result of the structural inversion of a rift of general direction N110E, established at the articulation of the European and Iberian plates. This rift was created by left-lateral transtension with severe crustal thinning during the latest Early Cretaceous and Mid-Cretaceous. Its inversion, which led to the uplifting of the Pyrenean chain, took place gradually, by transpression from east to west, during the Late Cretaceous followed by an Eocene collision. From historical fieldwork, this note mainly focuses on the rifting period at the scale of the Pyrenean domain. It clearly shows the fundamental role of the stratigraphic approach in structural interpretation. Although synchronous at the scale of the Pyrenees, the Cretaceous extension is more important in the western part of the chain, near the Bay of Biscay. It is therefore at this location, within the Tardets-Mauléon Basin, that the various stages of creation and evolution of the rift could be clearly recognized with, successively: (1) an epirogenic pre-rifting stage, during which the facies lines, submeridian during the Jurassic, gradually change into N110E during the Neocomian before giving way, in the Early Cretaceous (Barremian-Gargasian), to a moderate acceleration of subsidence and, consequently, to the gentle uplift of a southern and western margin, future High Primary Belt (also often called Axial Zone) and Landes Plateau, initiating the next stage; (2) a major, brittle, newly identified rifting stage in the Latest Aptian (Clansayesian) and Early Albian. It is characterized by the installation of elongated lows on the downthrown side of transverse N20 normal faults, active diapirism of the Triassic evaporites and central detachment of the post-Triassic cover. During the Mid-Albian, a major surface of stratigraphic unconformity, often associated to uplift, erosion, and local centripetal gliding of the basin borders, marks a new structural organization, a rapid mantle ascent and the end of this episode. Although obscured by the later Pyrenean compression, the reconstructed basin geometry is interpreted as a “pull-apart” basin associated to a modest left-lateral motion; (3) a late rifting stage characterized by the collapse of the internal zones by rapid mantle cooling. The erosion of the coeval uplift of the southern High Primary Belt and the Landes Plateau feeds the accumulation of the thick, deep and transgressive unconformable formation of the Black Flysch of Mid-Albian to Early Cenomanian age in a larger coalescing basin. Faulting associated with a simple NS distension is only active on the last major border faults; (4) finally, a post-rift stage of Late Cretaceous age illustrated by the establishment of a passively subsiding basin, devoid of major deformations and whose heterogeneity of the previous depocenters is gradually erased. The Pyrenean transpression, later and less marked than in the eastern and central Pyrenees, allowed the conservation of most of these Cretaceous transtensive structures. Within the Tardets-Mauléon Basin, the Pernes and Col d’Urdach sector, the only Pyrenean location where the Mid-cretaceous transtension led to a proven underwater mantle exhumation, illustrates from outcrops the various stages that have marked the history of the Pyrenean Trough. Towards the east, along the Internal Metamorphic Zone, the Lourdes-Bagnères, Baronnies, Ballongue, Aulus and Saint-Paul de Fenouillet-Boucheville Basins, or those, further north like the Camarade and Quillan Basins, successively examined, testify to the same sedimentary and structural evolution. As in the case of the Tardets-Mauléon Basin, we deal here again with “pull-apart” type basins established on a thinned crust, arranged in transtensive or locally transpressive relays and separated by zones of thicker crust and shallower facies successions. The Mid-Albian unconformity is always present, heralding a general drowning of the North Pyrenean Trough and cessation of the extensional activity. The Pyrenean deformation, however, constitutes an obstacle for a precise geodynamic reconstruction, in particular in the eastern and central Pyrénées. Towards the west and north-west, in the South Aquitaine, Parentis and Basque-Cantabrian Basins, where Pyrenean deformation has far less obscured the rifting events, a very comparable Cretaceous geodynamic evolution is observed thus strengthening the present interpretation.

Résumé

Les Pyrénées résultent de l’inversion structurale d’un rift d’orientation générale N110E, établi à l’articulation des plaques européenne et ibérique. Ce rift a été créé par transtension sénestre avec amincissement crustal sévère au cours du Crétacé inférieur terminal et du Crétacé moyen. Son inversion qui a conduit à la surrection de la chaîne pyrénéenne s’est opérée graduellement, par transpression d’est en ouest, au cours du Crétacé terminal puis collision éocène. Cette note s’attache surtout à préciser les étapes critiques du rifting à partir des travaux historiques de terrain qui présentent une grande homogénéité à l’échelle pyrénéenne. Elle montre clairement le rôle fondamental de l’approche stratigraphique dans l’interprétation structurale. Bien que synchrone à l’échelle des Pyrénées, l’extension crétacée est plus importante dans la partie occidentale de la chaîne, à l’approche du Golfe de Gascogne. C’est donc à cet endroit, au sein du bassin de Tardets-Mauléon, qu’ont pu être clairement reconnus les divers stades de création et d’évolution du rift avec, successivement: (1) un stade de pré-rifting de type épirogénique, au cours duquel les lignes d’isofaciès, subméridiennes au Jurassique s’orientent progressivement à N110E pendant le Néocomien avant de laisser place au Crétacé inférieur (Barrémien-Gargasien) à une accélération modérée de la subsidence, et par réaction au soulèvement d’une marge sud et ouest (future Haute Chaîne souvent appelée également Zone Axiale) et Plateau Landais, prélude au stade suivant ; (2) un stade de rifting majeur, cassant, nouvellement identifié dans l’Aptien terminal (Clansayésien) et l’Albien inférieur. Il est caractérisé par la mise en place de gouttières associées à des failles transverses N20 à jeu normal avec diapirisme des évaporites triasiques, décollement et glissement centripète local de la couverture post-triasique bordière et remontée mantellique rapide. À l’Albien moyen, une surface de discontinuité stratigraphique majeure, souvent associée à une remontée des bordures du bassin et à leur érosion, ainsi qu’à l’ascension rapide du manteau, marque la fin de cet épisode. Quoique rendue difficile par la tectonique compressive pyrénéenne, la reconstruction proposée de la géométrie du Bassin de Mauléon s’accorde avec un bassin de type pull-apart associé à un régime décrochant senestre de modeste ampleur ; (3) un stade de rifting tardif caractérisé par l’effondrement des zones internes et le rapide refroidissement mantellique. Le soulèvement et l’érosion de la Haute Chaîne méridionale et du Plateau Landais conduisent à l’accumulation de l’épaisse formation discordante profonde et transgressive du Flysch Noir d’âge albien moyen à cénomanien inférieur, dans un bassin unique associé à une distension N–S sur les dernières failles bordières ; (4) enfin, un stade post-rift d’âge crétacé supérieur illustré par la mise en place d’un bassin subsident passif, dépourvu de déformations majeures et dont l’hétérogénéité des dépocentres précédents est progressivement effacée. La transpression pyrénéenne, plus tardive et moins accusée que dans les Pyrénées orientales et centrales, a permis la conservation de la plupart de ces structures transtensives crétacées. Au sein de ce bassin de Tardets-Mauléon, le secteur des Pernes et du Col d’Urdach, seul emplacement pyrénéen où la transtension mésocrétacée a conduit à une exhumation mantellique sous-marine accomplie, illustre à l’affleurement les diverses étapes qui ont jalonné l’histoire du sillon dans son ensemble. Vers l’est, le long de la Zone Interne métamorphique, les bassins de Lourdes-Bagnères, des Baronnies, de Camarade, de la Ballongue, d’Aulus et de Saint-Paul de Fenouillet-Boucheville, ou ceux, nord ou sous-pyrénéens, de Camarade et Quillan, successivement examinés, témoignent dans l’ensemble de la même évolution sédimentaire et structurale. Comme dans le cas du bassin de Tardets-Mauléon, il s’agit ici encore de bassins de type pull-apart établis sur une croûte amincie, disposés en relais de décrochement transtensifs ou localement transpressifs et séparés par des zones de haut-fond à croûte plus épaisse. La discontinuité de l’Albien moyen y est partout présente. La déformation pyrénéenne constitue cependant un obstacle pour une reconstitution géodynamique précise, notamment dans les Pyrénées orientales et centrales. Vers l’ouest et le nord-ouest, dans les bassins sud-aquitains, de Parentis et basco-cantabrique où cette déformation a beaucoup moins profondément affecté les structures issues du rifting, s’observe une évolution géodynamique crétacée très comparable, renforçant ainsi l’interprétation proposée.