Regular Article

Evolution of rift-related cover-basement decoupling revealed by brecciation processes in the eastern Pyrenees

Évolution d’un système de décollement syn-rift sur une interface socle-couverture : processus de formation de brèches dans la Zone Nord-Pyrénéenne orientale

¹ Géosciences Environnement Toulouse, Université de Toulouse, CNRS, IRD, UPS, CNES, 31400 Toulouse, France
² Université de Pau et des Pays de l’Adour, E2S UPPA, CNRS, Total, LFCR, Pau, France

^* Corresponding author: mn.motus@gmail.com

Received: 3 December 2021

Abstract

Breccias associated with tectonic, fluid and sedimentary evolution of rifted margins can provide information on a variety of processes reflecting the modes of extension. In this paper, we analyse the numerous breccias exposed in the Agly Massif that was part of the European side of the Cretaceous rift now inverted in the eastern Pyrenees. Using a combination of petrologic and sedimentologic analyses, field-based structural study, and multivariate analysis of clast shape and diversity, binding lithology and size, and breccia fabrics, we distinguish 5 types of breccias reflecting depositional, tectonic, and salt-related processes. The integration of these processes in the tectonic history of the eastern Pyrenees confirms the attribution of these breccias to the Cretaceous rifting. We emphasize the major role played by the evaporitic Triassic particularly during the first stages of rifting as a major decoupling level at the basement/cover interface. Salt tectonics and shearing assisted by the circulation of fluids are reflected by hydrofracturing at the base of the Mesozoic cover. As this weak mechanical layer is later extracted as extension increases, a brittle detachment system developed along the cover-basement interface to exhume of deep crust and mantle. The relationships between brecciation and Cretaceous extension in the Pyrenees argue for a mixed mode of rifting associated with ductile and brittle deformation during the formation of the hyper-extended rift domain.

Résumé

Les brèches associées à l’évolution tectonique, sédimentaire et fluide des systèmes de rifts sont des marqueurs d’une variété de processus qui reflètent les modes d’extension. Dans ce papier, nous présentons une analyse des différentes brèches du Massif de l’Agly qui appartient à la partie européenne du rift crétacé inversé dans les Pyrénées Orientales. Cette étude pluridisciplinaire combine des données sédimentologiques, pétrologiques, structurales ainsi qu’une analyse statistique intégrant les formes et diversité des clastes, les lithologies et granulométrie du liant et la fabrique des brèches. Nous distinguons 5 types de brèches qui reflètent des processus sédimentaires et tectoniques, et la remobilisation des niveaux évaporitiques. L’intégration de ces processus dans l’histoire tectonique des Pyrénées Orientales confirme la formation de ces différentes brèches durant l’épisode de rifting crétacé. Nous mettons ainsi en évidence le rôle majeur des évaporites du Trias qui jouent le rôle de niveau de décollement aux interfaces socle/couverture durant les phases précoces du rifting. La tectonique salifère et le cisaillement sur ces interfaces socle/couverture, assistés par les circulations fluides sont exprimés par les nombreuses évidences de fracturation hydraulique à la base de la couverture mésozoïque. Avec l’augmentation de l’extension, ce niveau faible mécaniquement est extrait, entraînant la formation d’un système de détachement à comportement fragile. L’évolution de ce détachement préférentiellement localisé au niveau des interfaces socle/couverture, conduit à l’exhumation de la croûte profonde et du manteau. Les relations entre les processus de formation des brèches et l’extension crétacée mettent en évidence un mode de rifting dominé par un régime mixte à la fois cassante et ductile au cours de la formation des domaines hyper-étirées du rift pyrénéen.