Evolution of a low convergence collisional orogen: a review of Pyrenean orogenesis

The Pyrenees is a collisional orogen built by inversion of an immature rift system during convergence of the Iberian and European plates from Late Cretaceous to late Cenozoic. The full mountain belt consists of the pro-foreland southern Pyrenees and the retro-foreland northern Pyrenees, where the inverted lower Cretaceous rift system is mainly preserved. Due to low overall convergence and absence of oceanic subduction, this orogen preserves one of the best geological records of early orogenesis, the transition from early convergence to main collision and the transition from collision to post-convergence. During these transitional periods major changes in orogen behavior reflect evolving lithospheric processes and tectonic drivers. Contributions by the OROGEN project have shed new light on these critical periods, on the evolution of the orogen as a whole, and in particular on the early convergence stage. By integrating results of OROGEN with those of other recent collaborative projects in the Pyrenean domain (e.g., PYRAMID, PYROPE, RGF-Pyrénées), this paper offers a synthesis of current knowledge and debate on the evolution of this immature orogen as recorded in the synorogenic basins and fold and thrust belts of both the upper European and lower Iberian plates. Expanding insight on the role of salt tectonics at local to regional scales is summarised and discussed. Uncertainties involved in data compilation across a whole orogen using different datasets are discussed, for example for deriving shortening values and distribution

Reconstruction of paleo-drainages of early peri-orogenic basins (Late Cretaceous-Palaeocene) from fluvial deposits in the eastern Pyrenean system

Lors de la phase précoce de l’orogène pyrénéen, la localisation et le calendrier de la mise en place des premiers reliefs pyrénéens restent incertains. L’enregistrement des dépôts continentaux du Crétacé terminal au Paléocène dans les bassins péri-orogéniques du système pyrénéen oriental permet d’observer les architectures fluviatiles pour (1) reconstruire les paléo-drainages, (2) estimer les localisations des paléo-reliefs, et (3) contraindre et comparer les flux sédimentaires dans le système. L’étude a été menée dans le Bassin de Tremp (Espagne), dans les Corbières, en Languedoc et en Provence (France). La première partie de ce travail correspond à l’analyse sédimentologique et la cartographie des objets permettant de réaliser des modèles de dépôts et d‘estimer la provenance des sédiments. La deuxième partie de ce travail consiste à améliorer le calage stratigraphique de ces séries continentales grâce à une analyse des variations du δ13Corg réalisée sur deux coupes de part et d’autre des Pyrénées Orientales (Orcau-Talarn, en Espagne et Saint-Ser en Provence) du Campanien au Danien, en comparant le signal à des coupes de références marines. Ce travail a permis de montrer que du Campanien au Maastrichtien inférieur, les flux majeurs sont enregistrés dans la zone sud des Corbières et dans le bassin de Tremp ; au Maastrichtien supérieur, des flux locaux émanent de petits reliefs actifs ; à la transition Crétacé-Tertiaire, l’ensemble de la zone enregistre une période lacustre plus importante dans le domaine nord ; au Dano-Sélandien, le système enregistre un flux majeur au nord du Bassin de Tremp et dans l’ ouest des Corbières, tandis que les petits reliefs actifs forment encore des sources locales dans toutes la zone septentrionale. Ainsi les paléo-drainages montrent que la majorité des sédiments proviennent en début d’orogenèse d’abord des zones externes, et d’une zone proto-axial orientale, disparue lors de l’ouverture du Golfe du Lion, puis la ré-activation d’anciennes structures au Nord et l’émersion des nappes au Sud engendrent la production locale de sédiments et le partitionnement des flux. Il faut attendre le Thanétien moyen voire l’Eocène pour enregistrer des sédiments de la zone axiale, soit environ 26 Ma après le début de la convergence.During the Pyrenean early orogenic phase of the Pyrenees, the location of the first Pyrenean reliefs and the timing of their establish development remain uncertain. The records of continental deposits from Late Cretaceous to Palaeocene in the peri-orogenic basins of the eastern Pyrenean system allows the definition of various fluvial architectures that lead to (1) reconstruct paleo-drainages, (2) estimate paleo-relief locations, and (3) constrain and compare sediment fluxes in the system. The study was conducted in the Tremp Basin (Spain), and in Corbières, in Languedoc and in Provence (France). The first part of this work corresponds to the sedimentological analysis and fluvial object mapping allowing the characterisation of depositional models and the estimation of sediment provenance. The second part of this work consists in improving the stratigraphic calibration of these continental series using the δ13Corg variations carried out on two sections on both sides of the Eastern Pyrenees (Orcau-Talarn, in Spain and Saint-Ser in Provence). Values were measured on Campanian to Danian deposits and compared to the signal of reference marine sections. This work shows that from the Campanian to the Lower Maastrichtian, the major fluxes are recorded in the southern area of the Corbières and in the Tremp Basin; in the Upper Maastrichtian, local fluxes emanated from small active reliefs; at the Cretaceous-Tertiary transition, the whole area records a lacustrine phase more important in the northern area; during the Dano-Selandian, the system records a major flux from the north of the Tremp Basin and in the west of the Corbières, while the small active reliefs still form local sources in the northern domain. Thus the paleo-drainages show that the majority of the sediments come at the beginning of the orogeny first from the external zones, and from an eastern proto-axial zone, disappeared during the opening of the Gulf of Lion. Then the re-activation of old structures in the north and the emergence of major thrusts in the south generated local production of sediments and partitioned fluxes. It is only during the mid-Thanetian or the Eocene that sediments were shed in the basins sourced from the axial zone, about 26 Ma after the beginning of the convergence

Reconstruction des paléo-drainages des bassins précoces péri-orogéniques (Crétacé terminal-Paléocène) à partir des dépôts fluviatiles dans le système pyrénéen oriental

During the Pyrenean early orogenic phase of the Pyrenees, the location of the first Pyrenean reliefs and the timing of their establish development remain uncertain. The records of continental deposits from Late Cretaceous to Palaeocene in the peri-orogenic basins of the eastern Pyrenean system allows the definition of various fluvial architectures that lead to (1) reconstruct paleo-drainages, (2) estimate paleo-relief locations, and (3) constrain and compare sediment fluxes in the system. The study was conducted in the Tremp Basin (Spain), and in Corbières, in Languedoc and in Provence (France). The first part of this work corresponds to the sedimentological analysis and fluvial object mapping allowing the characterisation of depositional models and the estimation of sediment provenance. The second part of this work consists in improving the stratigraphic calibration of these continental series using the δ13Corg variations carried out on two sections on both sides of the Eastern Pyrenees (Orcau-Talarn, in Spain and Saint-Ser in Provence). Values were measured on Campanian to Danian deposits and compared to the signal of reference marine sections. This work shows that from the Campanian to the Lower Maastrichtian, the major fluxes are recorded in the southern area of the Corbières and in the Tremp Basin; in the Upper Maastrichtian, local fluxes emanated from small active reliefs; at the Cretaceous-Tertiary transition, the whole area records a lacustrine phase more important in the northern area; during the Dano-Selandian, the system records a major flux from the north of the Tremp Basin and in the west of the Corbières, while the small active reliefs still form local sources in the northern domain. Thus the paleo-drainages show that the majority of the sediments come at the beginning of the orogeny first from the external zones, and from an eastern proto-axial zone, disappeared during the opening of the Gulf of Lion. Then the re-activation of old structures in the north and the emergence of major thrusts in the south generated local production of sediments and partitioned fluxes. It is only during the mid-Thanetian or the Eocene that sediments were shed in the basins sourced from the axial zone, about 26 Ma after the beginning of the convergence.Lors de la phase précoce de l’orogène pyrénéen, la localisation et le calendrier de la mise en place des premiers reliefs pyrénéens restent incertains. L’enregistrement des dépôts continentaux du Crétacé terminal au Paléocène dans les bassins péri-orogéniques du système pyrénéen oriental permet d’observer les architectures fluviatiles pour (1) reconstruire les paléo-drainages, (2) estimer les localisations des paléo-reliefs, et (3) contraindre et comparer les flux sédimentaires dans le système. L’étude a été menée dans le Bassin de Tremp (Espagne), dans les Corbières, en Languedoc et en Provence (France). La première partie de ce travail correspond à l’analyse sédimentologique et la cartographie des objets permettant de réaliser des modèles de dépôts et d‘estimer la provenance des sédiments. La deuxième partie de ce travail consiste à améliorer le calage stratigraphique de ces séries continentales grâce à une analyse des variations du δ13Corg réalisée sur deux coupes de part et d’autre des Pyrénées Orientales (Orcau-Talarn, en Espagne et Saint-Ser en Provence) du Campanien au Danien, en comparant le signal à des coupes de références marines. Ce travail a permis de montrer que du Campanien au Maastrichtien inférieur, les flux majeurs sont enregistrés dans la zone sud des Corbières et dans le bassin de Tremp ; au Maastrichtien supérieur, des flux locaux émanent de petits reliefs actifs ; à la transition Crétacé-Tertiaire, l’ensemble de la zone enregistre une période lacustre plus importante dans le domaine nord ; au Dano-Sélandien, le système enregistre un flux majeur au nord du Bassin de Tremp et dans l’ ouest des Corbières, tandis que les petits reliefs actifs forment encore des sources locales dans toutes la zone septentrionale. Ainsi les paléo-drainages montrent que la majorité des sédiments proviennent en début d’orogenèse d’abord des zones externes, et d’une zone proto-axial orientale, disparue lors de l’ouverture du Golfe du Lion, puis la ré-activation d’anciennes structures au Nord et l’émersion des nappes au Sud engendrent la production locale de sédiments et le partitionnement des flux. Il faut attendre le Thanétien moyen voire l’Eocène pour enregistrer des sédiments de la zone axiale, soit environ 26 Ma après le début de la convergence

Reconstruction of paleo-drainages of early peri-orogenic basins (Late Cretaceous-Palaeocene) from fluvial deposits in the eastern Pyrenean system

Lors de la phase précoce de l’orogène pyrénéen, la localisation et le calendrier de la mise en place des premiers reliefs pyrénéens restent incertains. L’enregistrement des dépôts continentaux du Crétacé terminal au Paléocène dans les bassins péri-orogéniques du système pyrénéen oriental permet d’observer les architectures fluviatiles pour (1) reconstruire les paléo-drainages, (2) estimer les localisations des paléo-reliefs, et (3) contraindre et comparer les flux sédimentaires dans le système. L’étude a été menée dans le Bassin de Tremp (Espagne), dans les Corbières, en Languedoc et en Provence (France). La première partie de ce travail correspond à l’analyse sédimentologique et la cartographie des objets permettant de réaliser des modèles de dépôts et d‘estimer la provenance des sédiments. La deuxième partie de ce travail consiste à améliorer le calage stratigraphique de ces séries continentales grâce à une analyse des variations du δ13Corg réalisée sur deux coupes de part et d’autre des Pyrénées Orientales (Orcau-Talarn, en Espagne et Saint-Ser en Provence) du Campanien au Danien, en comparant le signal à des coupes de références marines. Ce travail a permis de montrer que du Campanien au Maastrichtien inférieur, les flux majeurs sont enregistrés dans la zone sud des Corbières et dans le bassin de Tremp ; au Maastrichtien supérieur, des flux locaux émanent de petits reliefs actifs ; à la transition Crétacé-Tertiaire, l’ensemble de la zone enregistre une période lacustre plus importante dans le domaine nord ; au Dano-Sélandien, le système enregistre un flux majeur au nord du Bassin de Tremp et dans l’ ouest des Corbières, tandis que les petits reliefs actifs forment encore des sources locales dans toutes la zone septentrionale. Ainsi les paléo-drainages montrent que la majorité des sédiments proviennent en début d’orogenèse d’abord des zones externes, et d’une zone proto-axial orientale, disparue lors de l’ouverture du Golfe du Lion, puis la ré-activation d’anciennes structures au Nord et l’émersion des nappes au Sud engendrent la production locale de sédiments et le partitionnement des flux. Il faut attendre le Thanétien moyen voire l’Eocène pour enregistrer des sédiments de la zone axiale, soit environ 26 Ma après le début de la convergence.During the Pyrenean early orogenic phase of the Pyrenees, the location of the first Pyrenean reliefs and the timing of their establish development remain uncertain. The records of continental deposits from Late Cretaceous to Palaeocene in the peri-orogenic basins of the eastern Pyrenean system allows the definition of various fluvial architectures that lead to (1) reconstruct paleo-drainages, (2) estimate paleo-relief locations, and (3) constrain and compare sediment fluxes in the system. The study was conducted in the Tremp Basin (Spain), and in Corbières, in Languedoc and in Provence (France). The first part of this work corresponds to the sedimentological analysis and fluvial object mapping allowing the characterisation of depositional models and the estimation of sediment provenance. The second part of this work consists in improving the stratigraphic calibration of these continental series using the δ13Corg variations carried out on two sections on both sides of the Eastern Pyrenees (Orcau-Talarn, in Spain and Saint-Ser in Provence). Values were measured on Campanian to Danian deposits and compared to the signal of reference marine sections. This work shows that from the Campanian to the Lower Maastrichtian, the major fluxes are recorded in the southern area of the Corbières and in the Tremp Basin; in the Upper Maastrichtian, local fluxes emanated from small active reliefs; at the Cretaceous-Tertiary transition, the whole area records a lacustrine phase more important in the northern area; during the Dano-Selandian, the system records a major flux from the north of the Tremp Basin and in the west of the Corbières, while the small active reliefs still form local sources in the northern domain. Thus the paleo-drainages show that the majority of the sediments come at the beginning of the orogeny first from the external zones, and from an eastern proto-axial zone, disappeared during the opening of the Gulf of Lion. Then the re-activation of old structures in the north and the emergence of major thrusts in the south generated local production of sediments and partitioned fluxes. It is only during the mid-Thanetian or the Eocene that sediments were shed in the basins sourced from the axial zone, about 26 Ma after the beginning of the convergence

Chemostratigraphical and Biostratigraphical Record of theCampanian-Maastrichtian Deltaic Succession in the Tremp-GrausBasin, Spain

International audienc

Global carbon isotopic events in a Campanian–Maastrichtian deltaic succession (Tremp-Graus Basin, Spain) and multiproxy stratigraphy for high sedimentation rate environments

International audienceThe Campanian to Maastrichtian sedimentary succession of the Tremp-Graus Basin (NE Spain) is characterized by the offshore-to-prodeltaic upper Vallcarga Fm giving way to prograding deltaic units (the Aren Fm), which are overlain by transitional facies (the Grey Unit) that correspond to the basal part of the Tremp Group. This work aims to improve the stratigraphical scheme of these deposits using a new dataset of δ13Ccarb and δ13Corg, δ18O and TOC variations through time, supported by a new biostratigraphical analysis and compiling previous biostratigraphical and paleomagnetic data. The comparison of isotopic signals from marine reference sections where δ13Ccarb is well calibrated in the Tethys realm allows recognition of global isotopic events that can be used as correlative marker events. Significant high-frequency δ13C variations defined in the δ13Ccarb are identified in the studied succession despite the different sedimentary setting and some can be related to global geochemical events such as the Late Campanian Event (LCE) and the Campanian–Maastrichtian Boundary Event (CMBE), in good agreement with the magnetic chrons at the base of the Tremp Group, and with some new biostratigraphic constraints. From multiple geochemical and petrographic analysis of the organic matter we suggest that the geochemical signal corresponds to global changes, but at higher resolution, sedimentary dynamics are also reflected in the geochemical signals, particularly inputs of surface water in the deltaic signal

Evolution of a low convergence collisional orogen: a review of Pyrenean orogenesis

International audienceThe Pyrenees is a collisional orogen built by inversion of an immature rift system during convergence of the Iberian and European plates from Late Cretaceous to late Cenozoic. The full mountain belt consists of the pro-foreland southern Pyrenees and the retro-foreland northern Pyrenees, where the inverted lower Cretaceous rift system is mainly preserved. Due to low overall convergence and absence of oceanic subduction, this orogen preserves one of the best geological records of early orogenesis, the transition from early convergence to main collision and the transition from collision to post-convergence. During these transitional periods major changes in orogen behavior reflect evolving lithospheric processes and tectonic drivers. Contributions by the OROGEN project have shed new light on these critical periods, on the evolution of the orogen as a whole, and in particular on the early convergence stage. By integrating results of OROGEN with those of other recent collaborative projects in the Pyrenean domain (e.g., PYRAMID, PYROPE, RGF-Pyrénées), this paper offers a synthesis of current knowledge and debate on the evolution of this immature orogen as recorded in the synorogenic basins and fold and thrust belts of both the upper European and lower Iberian plates. Expanding insight on the role of salt tectonics at local to regional scales is summarised and discussed. Uncertainties involved in data compilation across a whole orogen using different datasets are discussed, for example for deriving shortening values and distribution.Les Pyrénées sont un petit orogène de collision à faible convergence construit par inversion d’un système de rift immature au cours de la convergence des plaques ibérique et européenne du Crétacé supérieur au Cénozoïque. La ceinture montagneuse comprend les Pyrénées méridionales (pro-avant-pays) et les Pyrénées septentrionales (rétro-avant-pays), où le système de rift hérité du Crétacé inférieur est principalement préservé. En raison de la faible convergence globale et de l’absence de subduction océanique, l’orogène pyrénéen conserve l’un des meilleurs enregistrements géologiques de l’orogenèse précoce, de la transition de la convergence précoce à la collision principale et de la transition de la collision à la post-convergence. Ces périodes de transition enregistrent des changements majeurs dans le comportement de l’orogène, reflétant l’évolution des processus lithosphériques et des moteurs tectoniques. Les contributions du projet OROGEN ont apporté un nouvel éclairage sur ces périodes critiques, sur l’évolution de l’orogène dans son ensemble, et en particulier sur la phase de convergence précoce. En intégrant les résultats d’OROGEN aux résultats d’autres projets de recherche collaboratifs récents sur le domaine pyrénéen (PYRAMID, PYROPE, RGF-Pyrénées), cet article propose une synthèse des connaissances actuelles et des débats sur l’évolution de cet orogène immature tel qu’enregistré en particulier dans les bassins synorogéniques et les chaînes plissées des plaques européennes et ibériques. L’élargissement des connaissances sur le rôle de la tectonique salifère aux échelles locales et régionales est résumé et discuté. Les incertitudes impliquées dans la compilation des données sur l’ensemble d’un orogène à l’aide de différents ensembles de données sont discutées, par exemple pour estimer les valeurs de raccourcissement et sa distribution