The Cenozoic basins of Sardinia (Italy) and their Late Miocene to Present inversion: insight from new seismic data

Les bassins cénozoïques de Sardaigne (Italie) et leur inversion Miocène supérieur à l’Actuel : Apport de nouvelles données sismiques.

¹ Saras Spa., Galleria Passarella 2, Milan, Italy
² Geologist, consultant, Cagliari, Italy
³ Cagliari University, Sardinia, Italy
⁴ Beicip-Franlab, 232, Av. Napoléon Bonaparte, 92502 Rueil-Malmaison, France

^* Corresponding author: lucien.montadert@beicip.com

Received: 3 July 2024
Accepted: 2 April 2025

Abstract

This study aims to discuss the history and significance of the Cenozoic basins in Sardinia, both before and after the rotation of the Corsica-Sardinia Block, within the Western Mediterranean geodynamic framework, taking into account new seismic data. A grid of 2D seismic profiles with better penetration, improved processing, and calibration by 2 wells (Oristano-1 and Campidano-1) brought novel findings. Two tectonic phases, pre-rotation of the Corsica-Sardinia Block, are now recognized: Phase 1 previously unknown, resulted in the formation of a narrow (20 km) half graben infilled by 3 to 4 km thick syntectonic continental sediments. By comparison with the Paleogene basins of S France, its formation could have started in the Late Eocene. It could include: 1-the syntectonic continental Chattian Ussana Formation of Sardinia, whose base corresponds to the onset in Latest Rupelian-Earliest Chattian time of the calc-alkaline volcanics crossing Sardinia 2-possibly also below part or unknown time equivalent of the post-Pyrenean tectonics Middle-Upper Lutetian to Late Rupelian fluvial-lacustrine Cixerri Formation. Phase 2 resulted in the formation above it, of the wider (more than 50 km) Sardinia Graben System (SGS) more than 200 km long, crossing entire Sardinia from S to N. It is characterized by the deposition of 2 to 3 km thick sediments, continental, deltaic to deep marine in the axis, from the Latest Chattian to the Early Burdigalian. The SGS infilling is like the series deposited in the grabens onshore Southern France and on the margin of the Gulf of Lion. Since the Late Chattian a transgression of the sea from the south became possible in the SGS and the Ligurian-Provençal rift, through deep corridors created between Sardinia and the Balearic Islands. The characteristics of the SGS, its easternmost location in the western Mediterranean extensional system, its boundaries to the north and south linked respectively to the termination of the Provençal and Catalan-North Balearic transfer-transform fault systems, are in favor of the SGS being a failed arm of the W Mediterranean Rift System. Formed after the rotation of the Corsica Sardinia Block, the narrow (20 km) Campidano Graben is now interpreted as a transpressional basin, of Late Miocene (Tortonian) to Recent age. It is superimposed on the western part of the SGS and on the deeper Oligocene half-graben. Its boundaries are major faults of the SGS, reactivated as strike-slip faults with an inversion of the basin sediments of more than 1000 m on its eastern side. It allows interpreting the Campidano basin as a transpressional basin resulting from a regional N-S oriented compressional stress on the pre-existing SGS. It agrees with the generalized inversion of the Neogene basins since the Late Miocene in the western Mediterranean due to the Africa-Eurasia convergence.

Résumé

Le but de cette étude est de discuter sur la base de nouvelles données sismiques, la nature et la signification, dans le cadre géodynamique de la Méditerranée occidentale, des bassins cénozoïques de Sardaigne formés avant et après la rotation du Bloc corso-sarde au Miocène. Un maillage de profils sismiques 2D avec une meilleure pénétration, un traitement amélioré et une calibration par 2 forages (Oristano-1 et Campidano-1) a apporté des connaissances nouvelles. Deux phases tectoniques précédant la rotation du Bloc corso-sarde ont été reconnues. La phase 1 s’est traduite par la formation d’un demi-graben étroit mais profond, inconnu jusqu’alors, suggérant une composante en cisaillement de la faille bordière. 3 à 4 km de sédiments syntectoniques s’y sont déposés. Par comparaison avec les bassins paléogènes du Sud de la France, la base pourrait être Eocène moyen. Les dépôts syntectoniques incluraient 1-la Formation continentale syn-tectonique d’Ussana d’âge Chattien dont la base correspond au début du volcanisme calco-alcalin Rupélien terminal-Chattien basal lié à l’arc volcanique traversant la Sardaigne. 2- Une partie ou un équivalent non connu de la Formation fluvio-lacustre post tectonique pyrénéenne de Cixerri d’âge Lutétien moyen-supérieur à Rupélien terminal. La Phase 2 s’est traduite par la formation au-dessus, du Système de Grabens de Sardaigne, large de plus de 50 km, traversant la Sardaigne du Sud au Nord sur plus de 200 km. 2 à 3 km de sédiments syn-rift s’y sont déposés du Chattien terminal-Aquitanien au Burdigalien Inférieur dans des environnements continentaux à deltaïques devenant marins profonds dans l’axe du graben. Ces séries sont similaires à celles des bassins du même âge du S de la France et du Golfe du Lion. Depuis le Chattien terminal, une transgression marine du S au N a été rendue possible par l’ouverture de corridors en Sardaigne et entre la Sardaigne et les Baléares. Les caractéristiques de ce graben, sa position à l’Est du système de rift back-arc de Méditerranée occidentale, ses limites N et S liées respectivement à la terminaison des grandes failles de transfert de Provence et nord Baléares suggèrent que le Graben sarde constitue un bras avorté du système de rift W méditerranéen. Superposé aux grabens Oligocène et Miocène inférieur, l’étroit (20-30 km) Graben du Campidano, postérieur à la rotation du Bloc corso-sarde, est interprété comme un bassin en transpression d’âge Miocène supérieur (Tortonien) à Récent. Ses bordures sont des failles majeures du Graben sarde, réactivées en failles de cisaillement avec une inversion de plus de 1000 m de la partie orientale du bassin. Il résulte d’une contrainte régionale N-S sur la structure antérieure Oligo-Miocène, en accord avec l’inversion généralisée des bassins néogènes de Méditerranée occidentale due à la convergence Afrique-Eurasie depuis le Miocène terminal.