Ductile deformation of the Pyrenean hinterland during the Alpine collision: The case of the proximal Iberian margin in the Eaux-Chaudes massif (west-central Pyrenees)

Abstract

La deformació Alpina al cor de la serralada dels Pirineus és poc coneguda degut a la forta erosió de les roques post Paleozoiques resultant de l’extensa exhumació. Les calcàries del Cretaci superior del massís d’Eaux-Chaudes, envoltades de roques Paleozoiques a la part més interna del Pirineu centre-occidental, presenten evidències de deformació dúctil complexa i estructures de gran escala, amb un estil estructural que no havia estat descrit abans per a la col·lisió Alpina en aquesta serralada. Aquesta tesi proposa una nova interpretació de l’estructura i evolució per al massís d’Eaux-Chaudes, situat originalment en el marge Ibèric del rift Mesozoic. L’estudi paleotermal i microestructural de les calcàries del Cretaci superior emfasitzen la ductilitat ocorreguda durant el principal estadi de deformació col·lisional. L’orogènia Pirinenca va iniciar-se amb la flexió del marge Ibèric profunditzant cap al nord, evidenciada per la sedimentació del flysch Campanià-Maastrichtià. Amb la progressió de la col·lisió dels marges Ibèric i Europeu l’efecte de la flexió es va veure incrementat aprofundint fortament el futur massís d’Eaux-Chaudes. El clímax dels principals processos de deformació es va desenvolupar en un marc de temperatures moderadament elevades, així com ho indiquen les estructures dúctils, la foliació i la lineació penetrativa. El granit d’Eaux-Chaudes controla el desenvolupament del plec ajagut de gran escala (fold nappe) en consonància amb dos nivells efectius de desenganxament, un a la part més alta del basament (al Silurià), i l’altre en una làmina al·lòctona d’evaporites del Keuper emplaçada per la principal estructura que controla la inversió del marge (el sistema d’encavalcaments de Lakora). L’herència estructural i l’heterogeneïtat reològica del basament indueixen forts canvis en l’evolució lateral d’aquest plec ajagut cap al ventall imbricat d’encavalcaments dúctil. El nou esquema que es presenta en aquesta tesi alerta de les dificultats d’identificar aquest tipus de deformació en la zona axial d’orògens com els Pirineus i d’altres similars, donada la forta erosió i superposició estructural en les roques més antigues.

La deformación Alpina en el corazón de los Pirineos es poco conocida debido a la fuerte erosión de las rocas post Paleozoicas resultante de la extensa exhumación. Las calizas del Cretácico superior del macizo de Eaux-Chaudes, rodeadas de rocas Paleozoicas en la parte más interna del Pirineo centro-occidental, presentan evidencias de deformación dúctil compleja y estructuras de gran escala, con un estilo estructural que no había estado descrito antes para la colisión Alpina en esta cadena montañosa. Esta tesis propone una nueva interpretación de la estructura y evolución para el macizo de Eaux-Chaudes, situado originalmente en el margen Ibérico del rift Mesozoico. El estudio paleotermal y microestructural de las calizas del Cretácico superior enfatizan la ductilidad desarrollada durante el principal estadio de deformación colisional. La orogenia Pirenaica se inició con la flexión del margen Ibérico profundizando hacia el norte, evidenciada por la sedimentación del flysch Campaniense-Maastrichtiense. Con la progresión de la colisión de los márgenes Ibérico y Europeo el efecto de la flexión se vio incrementado profundizando fuertemente el futuro macizo de Eaux-Chaudes. El clímax de los principales procesos de deformación se desarrolló en un marco de temperaturas moderadamente elevadas, así como lo indican las estructuras dúctiles, la foliación y la lineación penetrativa. El granito de Eaux-Chaudes controla el desarrollo del pliegue tumbado de gran escala (fold nappe) en consonancia con dos niveles efectivos de despegue, uno en la parte más alta del basamento (en el Silúrico), i el otro en un lámina alóctona de evaporitas del Keuper emplazada por la principal estructura que controla la inversión del margen (el sistema de cabalgamientos de Lakora). La herencia estructural y la heterogeneidad reológica del basamento inducen fuertes cambios en la evolución lateral de este pliegue tumbado hacia el abanico imbricado de cabalgamientos dúctil. El nuevo esquema que se presenta en esta tesis alerta de las dificultades de identificar este tipo de deformación en la zona axial de orógenos como los Pirineos i otros similares, dada la fuerte erosión i superposición estructural en las rocas más antiguas.

Alpine deformation in the hinterland of the Pyrenean belt is poorly constrained due to the strong erosion of the post-Paleozoic rocks in the topographic axis of the Pyrenees. The upper Cretaceous limestones of the Eaux-Chaudes massif, enclosed by Paleozoic rocks in the interior of the west-central Pyrenees, show evidence of complex ductile deformation and a large-scale structural style not reported hitherto for the Alpine collisional stage. This thesis proposes an innovative reinterpretation of the structure and evolution for the Eaux-Chaudes massif, addressing the collisional deformation of the upper Iberian margin previously developed during the Mesozoic rifting. Paleothermal and microstructural inspection of the upper Cretaceous limestones emphasize the ductility occurred in the main deformation event. The Pyrenean orogeny started by the flexure of the Iberian margin deepening to the north, evidenced by the sedimentation of a Campanian-Maastrichtian flysch. As the collision of the Iberian and European margins progressed, the flexural effect increased by stronger deepening of the Iberian plate as deduced for the Eaux-Chaudes massif. The climax of the main deformation event occurred under moderately high temperatures accounting for ductile structures and penetrative foliation and lineation. The strong Eaux-Chaudes granite in the Paleozoic basement near the Ossau valley controlled the development of a large-scale recumbent fold nappe in conjunction with two effective detachment levels, one in the upper part of the Paleozoic basement (in the Silurian), and the other in an allochthonous Keuper salt sheet emplaced by the major structure inverting the margin (the Lakora thrust system). Structural inheritance and rheological heterogeneity of the basement induced strong changes in the lateral evolution of this fold, turning into a simpler, ductile thrust imbricate fan. The novel scheme proposed in this work warns about the difficulties of unravelling this type of deformation in the interior of the Pyrenees and other orogens due to the strong erosion and the structural superposition in the ancient rocks which dominate in outcrop.