Sedimentology and chronostratigraphy of the Apt Basin, Southeastern France: lacustrine response to late Paleogene cooling and regional rifting

¹ Aix-Marseille Univ., CNRS, IRD, INRAE, CEREGE, Aix-en-Provence, France
² Réserve Naturelle Nationale Géologique du Luberon, Parc naturel régional du Luberon, 60 Place Jean Jaurès, 84400 Apt, France
³ Middle East Technical University, Department of Geological Engineering, Ankara, Turkey

^* Corresponding author: licht@cerege.fr

Received: 15 April 2024
Accepted: 28 August 2024

Abstract

The Apt Basin, sub-basin of the wider Manosque Basin of southeastern France, contains deposits of Eocene-Oligocene lake systems that were part of a broader network of evaporative lakes and lagoons spread across the European Cenozoic rift system. The onset and mechanisms of subsidence in the rift system, the interconnectivity of these lakes, and their response to the transition into the Oligocene icehouse are poorly understood. This study aims to clarify these points by examining the stratigraphy and depositional environments in the Apt Basin. We correlate and date Eocene to lowermost Oligocene geological units using a basin-wide facies model combined with sedimentological and geochronological approaches. We show the existence of three lacustrine phases, each separated by complete lake drying events: (1) an Ypresian (?) − Lutetian lake-marsh system dominated by palustrine carbonates; (2) a Bartonian (?) − Priabonian siliciclastic fluvio-deltaic and saline lake system; and (3) a lower Rupelian saline carbonate lake system. The presence of a lake system during the Ypresian (?) − Lutetian suggests an onset of basin subsidence before most other basins of the rift system in southeastern France, and is associated with the late Pyrenean deformation phase. The initiation of the second lacustrine phase marks the beginning of E-W extension and the formation of the Apt Basin as an individual horst & graben system. Based on facies distribution, we demonstrate the hydrological isolation of the Apt Basin from other basins and the improbability of any marine connection during the first two phases. This isolation is less certain for the third phase. We show a close synchronicity between the second lake drying event and the Eocene-Oligocene Transition. The third lacustrine phase, dominated by carbonate production and low siliciclastic input, is interpreted as reflecting a long-term decrease in surface runoff associated with the fall into the Oligocene icehouse.

Résumé

Sédimentologie et chronostratigraphie du bassin d’Apt, Sud-Est de la France : réponse des systèmes lacustres provençaux aux refroidissements tardi-paléogènes et au rifting régional Le Bassin d’Apt, sous-bassin du Bassin de Manosque dans le Sud-Est de la France, contient des dépôts lacustres d’âge éocène et oligocène qui font partie d’un plus large réseau de lacs évaporatifs et de lagons anciens répartis le long du système de rift cénozoïque ouest-européen. Le démarrage et les mécanismes de subsidence de ces bassins, l’interconnectivité de ces lacs et leur réponse à la chute climatique dans l’Oligocène glaciaire sont encore peu compris. Cette étude a pour but de documenter ces points en clarifiant la stratigraphie et les environnements de dépôt du Bassin d’Apt. Nous corrélons et datons les formations géologiques d’âge éocène et oligocène inférieur en utilisant un modèle de faciès à l’échelle du bassin et une combinaison d’approches sédimentologiques et géochronologiques. Nous montrons l’existence de trois phases lacustres séparées par des épisodes d’assèchement complet du lac : (1) un système lacustre marécageux d’âge Yprésien (?) − Lutétien dominé par les carbonates palustres ; (2) un système fluvio-deltaïco-lacustre salin à fort apport siliciclastique d’âge Bartonien (?) − Priabonien ; et (3) et un système lacustre salin dominé par la sédimentation carbonatée, d’âge Rupélien inférieur. L’existence d’un premier système lacustre durant l’Yprésien (?) − Lutétien indique un démarrage de la subsidence du Bassin d’Apt bien avant la plupart des autres bassins du rift ouest-européen et est associée à un épisode local de déformation tardi-pyrénéen. L’initiation de la deuxième phase lacustre marque le démarrage de l’extension régional Est-Ouest et la formation du Bassin d’Apt comme partie intégrante d’un système de horst & graben. La distribution des faciès fluvio-deltaïques montre un isolement hydrologique complet du lac et suggère l’absence de toute connexion avec la mer durant les deux premières phases lacustres. Cet isolement est moins clair pour la troisième phase. Nous montrons une proche synchronicité entre l’assèchement final de la deuxième phase lacustre et la transition Eocène-Oligocène. La troisième phase lacustre, dominée par la production carbonatée et à faible apport siliciclastique, est interprétée comme reflétant une baisse durable du ruissellement de surface associée à la chute dans l’Oligocène glaciaire.