Distribution and intensity of High-Temperature Low-Pressure metamorphism across the Pyrenean-Cantabrian belt: constraints on the thermal record of the pre-orogenic hyperextension rifting
Résumé
Whereas a straightforward link between crustal thinning and geothermal gradients during rifting is now well established, the thermal structure of sedimentary basins within hyperextended domains remains poorly documented. For this purpose, we investigate the spatial distribution of rift-related High-Temperature Low-Pressure (H T /L P ) metamorphism recorded in the preserved hyperextended rift basins inverted and integrated in the Pyrenean-Cantabrian belt. Based on Vitrinite Reflectance (R o ) data measured in 169 boreholes and more than 200 peak-metamorphic temperatures ( T max ) data obtained by Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material (RSCM) added to ∼425 previously published T max data, we propose a new map depicting the spatial distribution of the H T /L P metamorphism of the Pyrenean-Cantabrian belt. We also provide three regional-scale geological cross-sections associated with R o and T max data to constrain the distribution of paleo-isograds at depth. Based on these results, we show that the impact of rift-related metamorphism is restricted to the pre- and syn-rift sequence suggested by the depth profiles of R o values measured in different tectonostratigraphic intervals (pre-, syn- and post-rift and syn-convergence sediments). However, a small strip of early orogenic sediments (Santonian in age) appears also affected by high temperatures along the North Pyrenean Frontal Thrust and above the Grand Rieu ridge, which we attribute to the percolation of hot hydrothermal fluids sourced from the dehydration of underthrust basement and/or sedimentary rocks at depth during the early orogenic stage. The map shows that the H T /L P metamorphism (reaching ∼500 °C) is recorded with similar intensity along the Pyrenean-Cantabrian belt from the west in the Basque-Cantabrian Basin to the east in the Boucheville and Bas-Agly basins, for similar burial and rift-related structural settings. This thermal peak is also recorded underneath the northern border of the Mauléon Basin (calibrated by wells). It suggests that the high temperatures were recorded at the basement-sediment interface underneath the most distal part of the hyperextended domain. At basin-scale, we observe in the Basque-Cantabrian, Mauléon-Arzacq and Tarascon rift segments an asymmetry of the thermal structure revealed by different horizontal thermal gradients, supporting an asymmetry of the former hyperextended rift system. Using our results, we compare the Pyrénées to the Alps that also recorded hyperextension but no H T /L P metamorphic event and suggest that the high-temperature record within the basins depends on high sedimentation rate promoting a thermal blanketing effect and circulation of hydrothermal fluids.
Bien que l’association de l’amincissement crustal et de gradients géothermiques élevés lors du rifting continental soit largement reconnue, la structure thermique des bassins sédimentaires dans la partie distale des systèmes de rift reste mal documentée. Pour cela, nous étudions la distribution spatiale du métamorphisme Haute-Température/Basse Pression (H T /B P ) enregistrée dans les bassins préservés du système de rift hyper-aminci, par la suite inversés et intégrés dans la chaîne Pyrénéo-Cantabrique. Basé sur la réflectance de la Vitrinite (R o ) mesurée dans 169 puits et plus de 200 données de pic de température lié au métamorphisme ( T max ) obtenues avec la méthode de Spectroscopie Raman de la Matière Carbonée (RSCM) ainsi que plus de 425 T max provenant d’études précédentes, nous proposons une nouvelle carte de la distribution spatiale du métamorphisme H T /B P de la chaîne Pyrénéo-Cantabrique. Nous proposons également trois coupes géologiques regionales, sur lesquelles nous avons placé les données de T max et de R o afin de contraindre la distribution des paléo-isogrades en profondeur. Basé sur ces résultats, nous montrons que l’impact du métamorphisme lié au rifting est restreint aux sédiments pré- et syn-rift, ce qui est suggéré par la tendance des profils des valeurs de R o en profondeur mesurées dans les différents intervalles tectonostratigraphiques (sédiments pré-, syn- et post-rift ainsi que syn-convergence). Cependant, une fine bande de sédiments syn-orogéniques (d’âge Santonien) est affectée par des températures relativement élevées au-dessus de la ride de Grand Rieu et le long du Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen, que nous attribuons à la percolation de fluides hydrothermaux chauds provenant de la déshydratation du socle chevauché et/ou des sédiments profonds, lors du stade d’inversion précoce. La carte présentée montre que le métamorphisme (atteignant ∼500 °C) est enregistré avec la même intensité du bassin Basque-Cantabrique à l’ouest, aux bassins de Boucheville et du Bas-Agly à l’est, pour un enfouissement et un positionnement lors du rifting équivalents. Le pic thermique est également enregistré sous la bordure nord du bassin de Mauléon (calibré par des puits). Cela suggère que les hautes températures ont été enregistrées à l’interface socle-sédiments au niveau de la partie la plus distale du domaine hyper-aminci. À l’échelle des bassins, nous observons dans les segments Basque-Cantabrique, Mauléon-Arzacq et Tarascon une asymétrie de la structure thermique, révélée par différents gradients thermiques horizontaux, supportant une asymétrie de l’ancien système de rift hyper-aminci. En utilisant nos résultats, nous comparons les Pyrénées avec les Alpes qui ont également enregistré l’hyper-extension mais pas d’évènement métamorphique H T /B P , ce qui suggère que l’enregistrement des hautes températures dans les bassins dépend de taux de sédimentation élevés, favorisant un effet de couverture thermique et de circulations de fluides hydrothermaux.
Origine : Publication financée par une institution