Transition from shortening to extension tectonics at Oligocene times in the Calabro-Peloritan-Arc nappes-pile (southern Italy). New insights from structural, metamorphic and geochronological data in the Aspromonte Massif.
La transition raccourcissement-extension Oligocène dans l'édifice de nappes de l'Arc Calabro-Péloritain (Italie méridionale). Nouvelles données structurales, métamorphiques et géochronologiques sur le Massif de l'Aspromonte.
Résumé
The geodynamic evolution of the Mediterranean area is characterized by the superimposition of convergence and extensional tectonic phases marked by the opening of sedimentary and oceanic basins onto a former thickened crust. The Calabro-Peloritan Arc (CPA) located astride the southern end of continental Italy and the northeastern Sicily corresponds to a segment of the former south-European active margin. This area, together with the Kabylian and Betico-Rifan massifs, was involved successively in shortening tectonics, associated to the subduction of the Tethyan oceanic lithosphere, and in extensional tectonics during the opening of the western Mediterranean basins. The CPA is a nappes-pile made of Alpine oceanic-derived units tectonically overlain by Hercynian metamorphics. This tectonic edifice was then transported onto the Apennine chain during the opening of the Tyrrhenian basin. The study presented here focused on the Aspromonte Massif which corresponds to the southern part of the CPA. The main purposes were to precise the geometry and the tectonometamorphic evolution of the units forming the uppermost part of the nappes-pile in order to better understand the conditions of the shortening to extension transition and the Oligocene Mediterranean kinematics. A multidisciplinary approach was used implying structural geology, microstructural and petrographic analysis of sampled rocks, thermobarometric estimates of the successive metamorphic phases and their dating by 40Ar/39Ar geochronology.
Except for the evidences of a rather poorly constrained Hercynian evolution, the main results obtained show, a two steps Alpine evolution. The first step corresponds to a stacking phase; the second one corresponds to an extensional reworking of the entire nappes-pile. Metamorphic and geochronological data suggest that the piling was initiated in the middle of Eocene (~45 Ma) or earlier, while extension started probably in the lower Oligocene (since 33 Ma) and lasted until the middle Oligocene (27 Ma) without change in orientation. This second deformation phase leads to the progressive exhumation of the deepest units, partly controlled by a strong tectonic denudation. The kinematic directions of this reconstituted structural evolution, replaced in their initial position and orientation, before the CPA formation, imply a shortening direction in agreement with the bulk convergence direction between African and European plates at Eocene times. In the contrary, the age of the extensional phase indicates that the western Mediterranean tectonic thinning started probably at least in Lower Oligocene. In addition, its location and orientation suggest that it could be related to the opening of the North-Algerian basin, previously to the opening of the Liguro-Provencal basin and the associated SE-directed Tethyan slab retreat.
Except for the evidences of a rather poorly constrained Hercynian evolution, the main results obtained show, a two steps Alpine evolution. The first step corresponds to a stacking phase; the second one corresponds to an extensional reworking of the entire nappes-pile. Metamorphic and geochronological data suggest that the piling was initiated in the middle of Eocene (~45 Ma) or earlier, while extension started probably in the lower Oligocene (since 33 Ma) and lasted until the middle Oligocene (27 Ma) without change in orientation. This second deformation phase leads to the progressive exhumation of the deepest units, partly controlled by a strong tectonic denudation. The kinematic directions of this reconstituted structural evolution, replaced in their initial position and orientation, before the CPA formation, imply a shortening direction in agreement with the bulk convergence direction between African and European plates at Eocene times. In the contrary, the age of the extensional phase indicates that the western Mediterranean tectonic thinning started probably at least in Lower Oligocene. In addition, its location and orientation suggest that it could be related to the opening of the North-Algerian basin, previously to the opening of the Liguro-Provencal basin and the associated SE-directed Tethyan slab retreat.
L'évolution géodynamique des régions méditerranéennes est caractérisée par la succession de phases de convergence et de phases d'extension qui se marquent par l'ouverture de bassins sédimentaires et océaniques au niveau de zones initialement épaissies. L'Arc Calabro-Péloritain (ACP) situé à cheval sur la pointe sud de l'Italie continentale et sur la pointe nord-est de la Sicile, correspond à un fragment de l'ancienne marge active sud-européenne. Cette région à laquelle appartenaient également les massifs Kabyles, le Rif et les Cordillères Bétiques, a été impliquée successivement dans des épisodes de tectonique en raccourcissement, associés à la subduction de la lithosphère océanique téthysienne, et dans des épisodes de tectonique en extension pendant l'ouverture des bassins de la Méditerranée Occidentale. L'ACP est constitué d'une pile de nappes tectoniques impliquant des unités ophiolitifères alpines et des unités cristallophyliennes hercyniennes. Cet ensemble a été charrié sur la marge sédimentaire apulienne, et a été intégré dans l'édifice tectonique de la chaîne apenninique au cours de l'ouverture récente du bassin Tyrrhénien. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont focalisés sur la partie sud de l'ACP, dans la région du Massif de l'Aspromonte. Ils visaient à préciser la géométrie et l'évolution tectonométamorphique des unités qui constituent la partie supérieure de l'édifice de nappes, afin de mieux comprendre les modalités de la transition convergence - extension, et la cinématique de l'évolution du domaine méditerranéen à l'Oligocène. Cette étude s'est appuyée sur une approche pluridisciplinaire impliquant la géologie structurale, l'étude pétrographique et microstructurale des roches échantillonnées, les estimations thermobarométriques des conditions des épisodes métamorphiques successifs et leur datation par la méthode 40Ar /39Ar.
Les principaux résultats obtenus mettent en évidence, hormis les indices d'une évolution hercynienne assez mal contrainte, une évolution alpine impliquant deux étapes successives. La première correspond à l'empilement des unités tectoniques, la seconde à la reprise en extension de l'édifice de nappes. Les contraintes métamorphiques et géochronologiques suggèrent que l'empilement était déjà initié à l'Eocène moyen (~ 45 Ma), tandis que l'extension a probablement débuté à l'Oligocène inférieur (à partir de 33 Ma) et s'est prolongée au moins jusqu'à l'Oligocène moyen (27 Ma) avec les mêmes caractéristiques cinématiques. Cette seconde déformation entraîne l'exhumation des unités profondes, contrôlée en partie par une importante dénudation tectonique. Les directions cinématiques de cette évolution structurale replacées dans leur position et leur orientation initiales, avant la formation de l'ACP, impliquent une direction de raccourcissement en accord avec la direction de convergence Afrique-Eurasie reconstituée pour l'Eocène. En revanche l'âge de la phase d'extension indique que l'amincissement tectonique généralisé en Méditerranée Occidentale s'est initié au moins dès l'Oligocène inférieur. En outre la localisation et l'orientation de cette extension suggèrent qu'elle peut-être reliée à l'ouverture du Bassin Nord-Algérien, antérieurement à l'ouverture du Bassin Liguro-Provençal et au retrait de la zone de subduction vers le SE.
Les principaux résultats obtenus mettent en évidence, hormis les indices d'une évolution hercynienne assez mal contrainte, une évolution alpine impliquant deux étapes successives. La première correspond à l'empilement des unités tectoniques, la seconde à la reprise en extension de l'édifice de nappes. Les contraintes métamorphiques et géochronologiques suggèrent que l'empilement était déjà initié à l'Eocène moyen (~ 45 Ma), tandis que l'extension a probablement débuté à l'Oligocène inférieur (à partir de 33 Ma) et s'est prolongée au moins jusqu'à l'Oligocène moyen (27 Ma) avec les mêmes caractéristiques cinématiques. Cette seconde déformation entraîne l'exhumation des unités profondes, contrôlée en partie par une importante dénudation tectonique. Les directions cinématiques de cette évolution structurale replacées dans leur position et leur orientation initiales, avant la formation de l'ACP, impliquent une direction de raccourcissement en accord avec la direction de convergence Afrique-Eurasie reconstituée pour l'Eocène. En revanche l'âge de la phase d'extension indique que l'amincissement tectonique généralisé en Méditerranée Occidentale s'est initié au moins dès l'Oligocène inférieur. En outre la localisation et l'orientation de cette extension suggèrent qu'elle peut-être reliée à l'ouverture du Bassin Nord-Algérien, antérieurement à l'ouverture du Bassin Liguro-Provençal et au retrait de la zone de subduction vers le SE.