Large-scale vertical movements in Cenomanian to Santonian carbonate platform in Iberia: indicators of a Coniacian pre-orogenic compressive stress

Simon Andrieu (1) , Nicolas Saspiturry (2) , Marine Lartigau (2) , Benoit Issautier (1) , Paul Angrand (3) , Eric Lasseur (1)

1 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières
2 Géoressources et environnement
3 GET - Géosciences Environnement Toulouse

The Cenomanian to early Santonian interval is usually considered a time of postrifting tectonic quiescence around the northern margins of Iberia that preceded the onset of the Pyrenean convergence by crustal thrusting in the latest Santonian. However, plate kinematic models of the Mesozoic evolution of Iberia poorly constrain the Turonian-Santonian position of Iberia relative to Eurasia. This study reconstructs changes in the sedimentary facies and architecture of the Iberian carbonate platform throughout the Late Cretaceous and sheds new light on the geodynamic evolution of the Iberia-Eurasia relationship at that time. Sixteen outcrop sections were described and 24 sedimentary facies identified that define 5 depositional environments ranging from the deep marine basin to the continental setting. From these and previously published field data we reconstruct the evolution of the Pyrenean carbonate platform, on an east-west transect nearly 400 km long, on the basis of 11 short-term depositional sequences and 5 long-term hemicycles. In our interpretation, the Cenomanian and Turonian correspond to a postrift stage during which the European and Iberian margins, together with the deep basin between them, subside gently, as shown by accommodation rates varying from ∼15 to 30 m/My in the margins and ∼100 to 150 m/My in the basin. The Coniacian and early Santonian are characterized by a large-scale flexural response consisting of (1) uplift of the southern Iberian margin, with negative accommodation rates, karstified surfaces and paleosols, and (2) increasing subsidence rates in the basin and its edges (the northern Iberian margin and eastern Aquitaine platform), with accommodation rates several times greater than during the Turonian. We propose that far-field stress possibly related to the northeastward motion of Africa, and/or onset of shortening at the Iberia-Europe boundary in the central and eastern Pyrenees led to the incipient large-scale flexural deformation in the Pyrenean domain. The late Santonian and Campanian are an early orogenic stage marked by rapid subsidence throughout the Pyrenean domain, except at its western end. We evidence for the first time a pre-orogenic flexure at the Iberia-Europe plate boundary induced by regional plate reorganisation between Africa and Europe during the Coniacian and the early Santonian.

L’intervalle Cénomanien à Santonien inférieur est considéré autour de la marge nord-ibérique comme une quiescence tectonique post-rift qui précède le début de la convergence pyrénéenne au Santonien terminal, mis en évidence par le début de l’épaississement crustal. Cependant, les modèles de cinématique des plaques montrent de sérieuses incertitudes sur la reconstitution de la position de l’Ibérie par rapport à l’Eurasie du Turonien au Santonien. Cette étude reconstruit les changements de faciès et d’architecture sédimentaires de la plateforme carbonatée ibérique au cours du Crétacé supérieur et jette un nouvel éclairage sur l’évolution géodynamique à la limite Ibérie-Eurasie à cette époque. Seize coupes sédimentaires d’affleurements ont été étudiées. Les 24 faciès sédimentaires identifiés se répartissent en 5 environnements de dépôt depuis le basin marin profond jusqu’au continent. À partir de ces nouvelles données et de données de terrain précédemment publiées, nous avons reconstruit l’évolution de la plateforme pyrénéenne le long d’une coupe SO-NE longue d’environ 400 km, sur la base de onze cycles de dépôt de court terme et cinq demi-cycles de long terme. D’après notre interprétation, l’intervalle Cénomanien à Turonien correspond à un stade postrift durant lequel les marges européenne et ibérique ainsi que le bassin entre elles subsident lentement, comme le montrent les taux d’accommodation variant entre 15 et 30 m/Ma pour les marges et 100 à 150 m/Ma pour le bassin. Le Coniacien enregistre une flexuration à grande échelle caractérisée par (1) un soulèvement de la marge ibérique sud, avec des taux d’accommodation négatifs, des surfaces karstifiées et des paléosols (∼20 m/Ma) et (2) une forte subsidence du bassin et de ses bordures (plateformes nord ibérique et sud européenne), avec des taux d’accommodation plusieurs fois supérieurs à ceux du Turonien. Nous proposons qu’une contrainte compressive « far-field » possiblement due au déplacement vers le Nord-Est de l’Afrique, et/ou le début de la convergence entre l’Ibérie et l’Europe dans la partie centrale et orientale des Pyrénées a entraîné cette déformation flexurale subtile à grande échelle du domaine pyrénéen et ouest-ibérique au cours du Coniacien. Le Santonien supérieur et le Campanien correspondent au stade orogénique précoce, marqué par une forte subsidence à l’échelle du domaine pyrénéen, excepté dans sa partie ouest. Nous mettons en évidence pour la première fois une flexure pré-orogénique à la limite Ibérie-Europe, induite par la réorganisation régionale des plaques entre l’Afrique et l’Europe au cours du Coniacien et du début du Santonien.

Domaines: Pétrographie; Stratigraphie; Tectonique

Simon Andrieu, Nicolas Saspiturry, Marine Lartigau, Benoit Issautier, Paul Angrand, et al.. Large-scale vertical movements in Cenomanian to Santonian carbonate platform in Iberia: indicators of a Coniacian pre-orogenic compressive stress. Bulletin de la Société Géologique de France, 2021, 192, pp.19. ⟨10.1051/bsgf/2021011⟩. ⟨hal-03468314⟩