Time constraints and dynamics of the Eaux-Chaudes nappe (West-Central Pyrenees): A study combining new tectonothermal data and thermo-mechanic simulations

Abstract

Els mantells d'encavalcament i els mantells de plegament són estructures presents tant a les parts internes com externes dels orògens arreu del món, i després de més d'un centenar d'anys d'estudi es pot considerar que estan ben caracteritzats a nivell cinemàtic i geomètric. A nivell mecànic, però, les condicions que afavoreixen els uns vs. els altres romanen no del tot enteses degut a les incerteses lligades gran variabilitat de configuracions pre-contraccionals. El massís d'Eaux-Chaudes és un sistema de plecs i encavalcaments d'edat Alpina situat a la part oest de la Zona Axial (Pirineus Francesos) que afecta les roques Paleozoiques i els carbonats del Cretaci Superior. L'estructura consisteix en un plec recumbent de nucli Paleozoic (basament) amb un flanc invers que presenta deformació dúctil als carbonats del Cretaci Superior, i que cap a l'est del massís fa una transició lateral cap a un mantell d'encavalcaments imbricats, també deformat dúctilment. Prenent com a base l'exemple de camp del plec d'Eaux-Chaudes, aquesta tesi presenta un estudi sistemàtic mitjançant modelització numèrica de la variabilitat en les condicions inicials a nivell de mecànica, geometria i temperatura en el desenvolupament de mantells de plegament i la seva transició cap a mantells d'encavalcament. La presència d'aquesta singular estructura i la deformació dúctil associada fa necessària la seva datació i l'estudi de la seva evolució fins l'actualitat per a seguir avançant en el coneixement de la serralada dels Pirineus. Durant la constitució del massís, la deformació registrada per les roques del Cretaci Superior (foliació amb lineació d'estirament, plecs asimètrics intra-foliació i foliacions S-C) indiquen una forta vergència cap al sud. He estudiat també venes de calcita paral·leles (enregistrant el principal esdeveniment de deformació) i ortogonals (postdatant la deformació) a la foliació. Les relacions de tall entre aquestes han permès establir cronologies relatives que han estat datades mitjançant geocronologia d'U-Pb. Finalment, per conèixer l'evolució recent del massís s'ha realitzat un estudi sistemàtic de termocronologia de baixa temperatura (U-Th/He en zircons) combinat amb modelització tèrmica en les diferents unitats estructurals del massís d'Eaux-Chaudes i els seus voltants, i que aporta més informació sobre la història tectònica i d'exhumació de la zona.

Los mantos de cabalgamiento y los mantos de plegamiento son estructuras presentes tanto en las partes internas como externas de los orógenos alrededor del mundo, y después de más de un centenar de años de estudio se puede considerar que están bien caracterizados a nivel cinemático y geométrico. No obstante, a nivel mecánico las condiciones que favorecen unos vs. los otros, aún no están del todo bien comprendidas debido a la incertidumbres ligadas a la gran variabilidad de configuraciones pre-contracción. El macizo de Eaux-Chaudes es un sistema de pliegues y cabalgamientos de edad Alpina situado en la parte oeste de la Zona Axial (Pirineos Franceses) que afecta a las rocas Paleozoicas y a los carbonatos del Cretácico Superior. La estructura consiste en un pliegue recumbente de núcleo Paleozoico (basamento) con un flanco invertido que presenta deformación dúctil en los carbonatos del Cretácico Superior, y que hacia el este del macizo hace una transición lateral hacia un manto de cabalgamientos imbricados, también deformado dúctilmente. Tomando como base el ejemplo del pliegue de Eaux-Chaudes, esta tesis presenta un estudio sistemático mediante modelización numérica de la variabilidad en las condiciones iniciales a nivel de mecánica, geometría y temperatura en el desarrollo de mantos de plegamiento y su transición hacia mantos de cabalgamiento. La presencia de esta singular estructura y la deformación dúctil asociada, hace necesaria su datación y el estudio de su evolución hasta la actualidad para seguir avanzando en el conocimiento de la cadena Pirenaica. Durante la constitución del macizo, la deformación registrada por las rocas del Cretácico Superior (foliación con lineación de estiramiento, pliegues asimétricos intra-foliación y foliaciones S-C) indican una fuerte vergencia hacia el sur. He estudiado también las venas de calcita paralelas (registrando el principal evento de deformación) y ortogonales (post-datando la deformación) a la foliación. Las relaciones de corte entre estas han permitido establecer cronologías relativas que han sido datadas mediante geocronología de U-Pb. Finalmente, para conocer la evolución reciente del macizo se ja realizado un estudio sistemático de termocronología de baja temperatura (U-Th/He en circones) combinado con modelización térmica en las diferentes unidades estructurales del macizo de Eaux-Chaudes y sus alrededores, que aporta más información sobre la historia tectónica y de exhumación de la zona.

Fold nappes and thrust nappes are found either in the internal and external parts of orogenic belts worldwide and are geometrically and kinematically well constrained after more than a century of studies. However, the mechanics favouring ones vs. the others are still incompletely understood due to the uncertainty and variability of pre-contractional configurations. The Eaux-Chaudes massif is a recently described Alpine south-verging fold-and-thrust structure located in the western Axial Zone (French Pyrenees) affecting the Paleozoic rocks and Upper Cretaceous carbonates. It consists of a basement-cored recumbent fold nappe with a large recumbent limb in the Upper Cretaceous carbonates which are ductily deformed, passing to the east of the massif to an imbricate thrust fan also showing strong ductile deformation. Based on the field natural example of the Eaux-Chaudes fold nappe, this thesis presents a systematic numerical modelling study of the variability in the initial mechanical, geometrical and temperature conditions on the development of recumbent fold nappes and their transition to thrust nappes. The occurrence of this singular structure and the observed deformation style makes necessary to put an age constraint on the ductile event within the history of the massif and its successive evolution until the present day, to further advance in the knowledge of the Pyrenees. During the structural development of the massif, foliation with a strong stretching lineation, asymmetric intra-foliation folds, and S-C structures strongly evidence south-directed tectonic transport in this part of the northern Axial Zone. Also studied are calcite veins parallel to the foliation developed in the Upper Cretaceous carbonates (registering the main deformational event) as well as orthogonal to it (post-dating it). The cross-cutting relationships between them allowed to stablish relative chronologies that were then dated by U-Pb geochronology to constraint a minimum and maximum age for the main deformation in the massif. Finally, to complete the history of the Eaux-Chaudes massif, a systematic low-temperature thermochronologic and thermal-modelling study has been performed (zircon (U-Th)/He) within the different structural units of the Eaux-Chaudes massif and its surroundings, giving additional information on the tectonic and exhumation history of the area.