Crustal structure of the eastern Basque-Cantabrian Zone ̶ western Pyrenees: from the Cretaceous hyperextension to the Cenozoic inversion

Abstract

We present a new crustal-scale transect of the eastern Basque-Cantabrian Zone, through the Cinco Villas Massif, the Leiza-Aralar Thrust System and the South-Pyrenean Zone. The restoration of this transect to its pre-shortening stage allows us to assess the architecture of the hyperextended domain and the style of the Alpine contractional deformation. During the Cretaceous, extension led to a hyperthinned crust with local mantle unroofing to the base of the eastern Basque-Cantabrian Basin. The mantle unroofing process was driven by a complex system of detachments putting into contact Mesozoic sediments in the hanging wall with mantle rocks in the footwall. At this stage, extensive fluid circulation caused serpentinization of the uppermost mantle body. Furthermore, the thermal anomaly created during the unroofing caused high temperature metamorphism of the overlying sediments of the Leiza detachment system and hydrothermalism in further basins. The Alpine convergence gave rise to the tectonic inversion of the Mesozoic basins. Tectonic structures inherited from the Cretaceous hyperextension played a major role in mountain building. The southward indentation of the European crust forced the northwards subduction of the Iberian crust and the basement-cover decoupling along the Triassic evaporites. Restoration of this section to the end of the extensional period enabled us to estimate a shortening of~90 km.

En este trabajo se presenta un nuevo modelo de estructura cortical en el borde oriental de la Zona Vasco-Cantábrica, atravesando el Macizo de Cinco Villas, el sistema de cabalgamientos de Leiza-Aralar y la Zona Surpirenaica. La restauración de esta sección al estadio previo a la convergencia alpina permite establecer la arquitectura del dominio cortical hiperextendido Mesozoico y el estilo de la deformación compresiva posterior. Durante el Mesozoico, la deformación extensional asociada a la apertura del Golfo de Vizcaya dio lugar a la formación de dominios de corteza hiperextendida y a la exhumación parcial del manto bajo la Cuenca Vasco-Cantábrica oriental. El proceso de exhumación del manto se produjo por la acción de un complejo sistema de detachments extensionales que pusieron en contacto la cuenca cretácica en el bloque superior con el manto en su bloque inferior. En este estadio, la intensa circulación de fluidos a lo largo de estos detachments causó la serpentinización de la parte superior del cuerpo mantélico. Además, la anomalía térmica creada en este proceso, generó un metamorfismo de alta temperatura que afectó a los materiales mesozoicos localizados inmediatamente sobre el manto exhumado, así como hidrotermalismo en cuencas más alejadas de la aureola metamórfica. La orogenia Alpina dio lugar a la inversión de las cuencas mesozoicas, y las estructuras tectónicas heredadas de la etapa de hiperextensión cortical jugaron un papel determinante en la configuración de la estructura orogénica. La indentación hacia el sur de la corteza Europea en la corteza Ibérica forzó la subducción de esta última hacia el norte y el desacoplamiento del basamento con respecto a la cobertera sedimentaria mesozoico-terciaria a lo largo del nivel de despegue de las evaporitas del Triásico superior. La restauración de esta sección cortical al final del periodo extensional indica un acortamiento cenozoico de aproximadamente 90 km.