Continental depositional record of climate and tectonic evolution around the Eocene-Oligocene transition in southeast France: perpectives from the Vistrenque Basin (Camargue)

Archives sédimentaires continentales de l’évolution tectonique et climatique du sud-est de la France autour de la transition Eocène-Oligocène : le Bassin de la Vistrenque (Camargue)

¹ Aix Marseille Université, CNRS, IRD, Cerege, Um 34, 3 Place Victor Hugo (Case 67), 13331, Marseille Cedex 03, France
² IFP Energies Nouvelles, 1-4 Avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison, France
³ Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre Paris, ISTeP, UMR 7193, 75005 Paris, France
⁴ Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM), CNRS, Univ. Montpellier, IRD, EPHE, Montpellier, France
⁵ Géosciences Montpellier, Université de Montpellier − CNRS, Montpellier, France

^* e-mail: fournier@cerege.fr

Received: 4 September 2023
Accepted: 20 February 2024

Abstract

Based on detailed sedimentological analyses of cores, interpretation of well logs and a set of geochemical measurements performed on lacustrine sedimentary rocks, the palaeoenvironmental evolution and the sedimentary architecture of the Paleogene continental Vistrenque Basin (SE France) have been reconstructed. The analysis of sedimentary archives revealed three main stages of basin infill evolution: (1) a deep-lake basin (Priabonian-earliest Rupelian) whose sedimentation was dominated by terrigenous gravity-driven deposits during a period of high subsidence rate and strike-slip fault activity and under a prevailing humid climate; (2) an evaporative deep lake (early Rupelian) characterized by a drastic reduction in lake volume (forced-regression), terrigenous supplies and deposition of evaporites in disconnected sub-basins; (3) an overall long-term normal regressive stage (middle Rupelian to earliest Chattian) of lake infill characterized by an increase in terrigenous supplies and a vertical upward transition from deep-lake gravity-driven deposits to marginal lake and floodplain sedimentation. The onset of lake volume reduction and forced regression during the early Rupelian is associated with (1) the reworking of marginal lake carbonates into the deep lake areas, (2) the deposition of organic-rich sediments (TOC > 10%) coupled with sulphate-reduction processes in the deepest areas of the lake, (3) an important decrease in terrigenous supplies and (4) a long-term increase in δ¹⁸O of matrix-supported carbonates. This early Rupelian forced regression of the Vistrenque lacustrine system is interpreted to result from a regional decrease in precipitation in response to global cooling during the Eocene-Oligocene Transition (EOT). The final infill of the Vistrenque lake system (late Rupelian-early Chattian) and the onset of a floodplain occurred in more humid conditions during a stage of decreased activity of the Nîmes Fault, prior to or during an early stage of the Liguro-Provençal rifting.

Résumé

Une reconstitution de l’évolution paléoenvironnementale et de l’architecture sédimentaire du bassin paléogène de la Vistrenque (Sud-Est de la France) a été réalisée à partir de l’analyse détaillée de carottes de forage, de l’interprétation de diagraphies et de mesures géochimiques (isotopes stables du carbone et de l’oxygène, teneurs en matière organique et en carbonate). L’analyse des archives sédimentaires a révélé 3 étapes principales d’évolution du bassin : (1) une phase précoce à sédimentation lacustre profonde (Priabonien-Rupélien basal) à dominante gravitaire, pendant une période de fort taux-de subsidence et de climat humide ; (2) une phase ultérieure de réduction de volume du lac (régression forcée) au Rupélien inférieur, caractérisée par une baisse drastique des apports terrigènes et le dépôt d’évaporites dans des sous-bassins compartimentalisés et déconnectés ; (3) une phase de régression normale du lac et de comblement du bassin (Rupélien moyen à Chattien inférieur), exprimée par une transition verticale de dépôts lacustres profonds gravitaires à des dépôts marginaux puis de plaine d’inondation. L’initiation de la réduction de volume du lac au Rupélien inférieur et la phase de régression forcée est enregistrée par (1) l’érosion des bordures carbonatées du lac et leur remaniement dans les dépôts gravitaires profonds, (2) le dépôt de sédiments riches en matière organique (COT > 10%) couplé à des processus de sulfato-réduction bactérienne, (3) une diminution significative des apports terrigènes et (4) une tendance à l’augmentation du δ¹⁸O des carbonates lacustres. Cet épisode de régression forcée est la conséquence d’un climat plus sec en réponse au refroidissement global de la transition Eocène-Oligocène. Le remplissage final du bassin lacustre et l’installation d’une plaine d’inondation s’est produit en contexte plus humide et de faible activité de la faille de Nîmes, au cours d’un stade précoce de la phase de rifting Liguro-Provençal ou antérieurement à celle-ci.