Late Miocene high-angle faulting in the Cyclades: offshore–onshore tectonic studies and U-Pb calcite dating

¹ Geosciences Montpellier, Campus Triolet, Université de Montpellier, CNRS, 34095 Montpellier cedex 5, France
² Hellenic Centre for Marine Research, Athens, Greece
³ Laboratoire Magmas et Volcans (CNRS-UMR 6524), Campus Universitaire des Cézeaux, 63178 Aubière Cedex, France

^* e-mail: frederic.gueydan@umontpellier.fr

Received: 29 October 2023
Accepted: 16 October 2024

Abstract

Aegean extension began during Eocene-Oligocene times and led to the thinning of the upper plate into a retreating slab system. The style of extension during the Miocene remains controversial, with a majority of studies arguing for extension accommodated by low-angle extensional brittle-ductile faults, called detachments. In other hands, the present-day active seismic faults in the Aegean Sea are only high-angle normal faults and dextral strike-slips. We aim to constrain and date the style of faulting in central Greece by combining analysis of 19 offshore seismic lines with onshore structural observations on Syros Island and LA-ICP-MS U-Pb dating of calcite sampled in two major fault zones of Syros (Palos and Fabrika faults). Three main sets of faults have been identified in the Central Cyclades: NW-SE trending normal faults, NNW-SSE oblique (sinistral)-normal faults, and NNE-SSW trending dextral strike-slip faults. High-angle normal faults define regularly spaced horsts and grabens, suggesting a wide rifting-type of extension. Dextral strike-slip faults occur at Syros, mainly offshore, and are kinematically compatible with normal faults. U-Pb dating of calcite crystallizing in normal fault planes at Syros yields ages at c.a. 10 Ma for high-angle normal faults activity. On these bases, we propose that wide rifting with high-angle normal faults accommodated Aegean extension when trench retreat accelerated in the middle to late Miocene. At this time, dextral strike-slip faults formed as a response of the onset of Anatolia lateral extrusion.

Résumé

L’extension de la Mer Egée a commencé à l’Eocène-Oligocène et a entraîné l’amincissement de la plaque supérieure par le recul de la fosse de subduction contrôlé par le roll-back du panneau plongeant. Le style d’extension reste controversé, avec une majorité des études qui plaide en faveur d’une extension au Miocène accommodée par des failles fragiles-ductiles à faible angle, appelées détachements. D’autre part, les failles sismiques actives actuelles dans la mer Égée ne sont que des failles normales à fort angle et des décrochements dextres. L’objectif de cette étude est de contraindre et dater le style de faille en Grèce centrale en combinant l’analyse de 19 lignes sismiques offshore avec des observations structurales faites sur l’île de Syros et la datation LA-ICP-MS U-Pb de la calcite échantillonnées dans deux zones de faille majeures de Syros (failles de Palos et de Fabrika). Trois ensembles principaux de failles ont été identifiés : des failles normales orientées NO-SE, des failles normales obliques NNW-SSE (senestres) et des failles décrochantes dextres orientées NNE-SSW. Les failles normales à fort pendages définissent des horsts et des grabens régulièrement espacés, suggérant une extension de type rift distribué. Des failles décrochantes dextres ont été identifiées à Syros, principalement au large, et sont cinématiquement compatibles avec les failles normales. L’activité des failles normales à fort pendage a été estimée à environ 10 Ma grâce à la datation LA-ICP-MS U-Pb de la calcite cristallisée dans les plans de failles normales de Palos et Fabrika sur l’île de Syros. Nous proposons qu’un rifting distribué avec des failles normales à fort pendage a permis l’extension de la mer Égée lorsque le retrait de la fosse s’est accéléré au milieu et à la fin du Miocène. À cette époque, des failles de décrochement dextre ont été formées au début de l’extrusion latérale de l’Anatolie.