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Role of rift-inheritance and segmentation for orogenic evolution: example from the Pyrenean-Cantabrian system

Rôle de l’héritage associé au rift et à sa segmentation pour l’évolution orogénique : exemple du système pyrénéo-cantabrique

IPGS, EOST-CNRS, Université de Strasbourg, 1, rue Blessig, 67084 Strasbourg, France

^* Corresponding author: rodolphe.lescoutre@geo.uu.se

Received: 13 December 2019
Accepted: 24 February 2020

Abstract

The Basque-Cantabrian junction corresponds to an inverted rift accommodation zone at the limit between the former hyperextended Pyrenean and Cantabrian rift segments. The recognition of an inherited rift segment boundary allows to investigate the reactivation associated with large-scale rift segmentation in an orogenic system. We use criteria from published field observations and seismic data to propose a new map of rift domains for the Basque-Cantabrian junction. We also provide balanced cross-sections that allow to define the along-strike architecture associated with segmentation during rifting and subsequent Alpine reactivation. Based on these results, this study aims to characterize and identify reactivated and newly formed structures during inversion of two rift segments and its intermitted segment boundary. It also aims to describe the timing of thin-skinned and thick-skinned deformation associated with the inversion of segmented rift systems. During convergence, two phases have been recognized within the rift segment (eastern Mauléon basin). The Late Cretaceous to Paleocene underthrusting/subduction phase was mostly governed by thin-skinned deformation that reactivated the former hyperextended domains and the supra-salt sedimentary cover. The Eocene to Miocene collisional phase, controlled by thick-skinned deformation that took place once necking domains collided and formed an orogenic wedge. At the rift segment boundary, the underthrusting/subduction phase was already controlled by thick-skinned deformation due to the formation of shortcutting thrust faults at the termination of overlapping V-shaped rift segments. This led to the formation of a proto-wedge composed of the Basque massifs. We suggest that this proto-wedge is responsible for the preservation of pre-Alpine structures in the Basque massifs and for the emplacement of subcontinental mantle rocks at a crustal level beneath the western Mauléon basin. These results argue for a first order cylindrical orogenic architecture from the Central Pyrenean segment to the Cantabrian segment (up to the Santander transfer zone) despite rift segmentation. They also highlight the control of 3D rift-inheritance for the initial phase of orogenic evolution and for the local architecture of mountain belts.

Résumé

La jonction pyrénéo-cantabrique correspond à une zone d’accommodation entre les segments de rifts hyper-étirés cantabrique et pyrénéen, qui ont été par la suite inversés lors de l’orogénèse alpine. La reconnaissance d’une telle zone de segmentation permet d’étudier les conséquences d’un héritage de rift en 3 dimensions sur l’évolution orogénique. A partir de nos précédents résultats ainsi que de la compilation de données de terrain et de sismique, nous proposons une nouvelle carte des domaines de rift dans la zone étudiée. L’élaboration de coupes restaurées permet de définir et comparer l’architecture actuelle et syn-rift entre la zone d’accommodation et les segments de rift (c.à.d. à distance de la zone de segmentation). A partir de ces résultats, cette étude vise à identifier et caractériser les structures réactivées et néo-formées à travers la zone d’étude. Elle entreprend également de décrire l’évolution de la déformation « thin-skinned » et « thick-skinned » au cours de la convergence dans ce type de système très segmenté. Lors de la convergence, deux phases de déformation peuvent être distinguées dans les segments de rift (bassin Est Mauléon). Une phase de sous-charriage tardi-Crétacé à Paléocène, principalement contrôlée par la déformation « thin-skinned » et qui réactive les domaines de rift hyper-étirés ainsi que la couverture Mésozoïque décollée sur les évaporites du Trias Supérieur. Une phase de collision Éocène à Miocène, qui s’initie lorsque les domaines d’étranglement des marges conjuguées se rencontrent et qui mène à la formation d’un prisme orogénique (« thick-skin »). Dans la zone d’accommodation, la phase de sous-charriage semble déjà contrôlée par la déformation « thick-skinned » par la formation de structures crustales néo-formées à vergences opposées à la terminaison des bassins. Ces dernières transfèrent la déformation entre les deux segments de rifts et forment un proto-prisme orogénique composé des massifs basques. Nous suggérons que ce proto-prisme orogénique est responsable de la préservation des structures pré-alpines dans les massifs basques ainsi que de l’emplacement à faible profondeur du manteau sous-continental sous le bassin Ouest Mauléon. Cette étude montre que l’architecture orogénique apparaît au premier ordre cylindrique des Pyrénées Centrales au segment cantabrique (jusqu’à la zone de Santander), malgré la segmentation du système de rift sur lequel la déformation s’initie. Elle souligne enfin le rôle de l’architecture héritée en 3 dimensions lors des phases précoces de l’évolution orogénique ainsi que pour l’architecture locale de l’orogène.