Multistage shortening in the Dauphiné zone (French Alps): the record of Alpine collision and implications for pre-Alpine restoration

Abstract

Three-dimensional modelling tools are used with structural and palaeomagnetic analysis to constrain the tectonic history of part of the Dauphiné zone (external Western Alps). Four compressive events are identified, three of them being older than the latest Oligocene. Deformation D1 consists of W–SW directed folds in the Mesozoic cover of the study area. This event, better recorded in the central and southern Pelvoux massif, could be of Eocene age or older. Deformation D2 induced N-NW-oriented basement thrusting and affected the whole southern Dauphiné basement massifs south of the study area. The main compressional event in the study area (D3) was WNW oriented and occurred before 24 Ma under a thick tectonic load probably of Penninic nappes. The D2-D3 shift corresponds to a rapid transition from northward propagation of the Alpine collision directly driven by Africa-Europe convergence, to the onset of westward escape into the Western Alpine arc. This Oligocene change in the collisional regime is recorded in the whole Alpine realm, and led to the activation of the Insubric line. The last event (D4) is late Miocene in age and coeval with the final uplift of the Grandes Rousses and Belledonne external massifs. It produced strike-slip faulting and local rotations that significantly deformed earlier Alpine folds and thrusts, Tethyan fault blocks and Hercynian structures. 3D modelling of an initially horizontal surface, the interface between basement and Mesozoic cover, highlights large-scale basement involved asymmetric folding that is also detected using structural analysis. Both, Jurassic block faulting and basement fold-and-thrust shortening were strongly dependent on the orientation of Tethyan extension and Alpine shortening relative to the late Hercynian fabric. The latter’s reactivation in response to oblique Jurassic extension produced an en-échelon syn-rift fault pattern, best developed in the western, strongly foliated basement units. Its Alpine reactivation occurred with maximum efficiency during the early stages of lateral escape, with tectonic transport in the overlying units being sub-perpendicular to it.

Resume

L’histoire des deformations dans un secteur du Dauphiné (zone externe des Alpes occidentales) est précisée en utilisant à la fois l’analyse structurale, le paléomagnétisme et la modélisation 3D. On y reconnait quatre évènements compressifs, dont trois antérieurs à l’Oligocène terminal. La deformation D1 se marque par des plis à vergence W à SW dans la couverture mésozoïque. Ce premier évènement, mieux connu dans la partie sud des massifs cristallins dauphinois, est antérieur à l‘Eocène supérieur. La déformation D2 a produit des chevauchements de socle orientés vers le N et le NW dans les massifs dauphinois situés au Sud du secteur étudié. Mais ce dernier a été principalement marqué par le raccourcissement D3 orienté ESE–WNW, qui s’est produit avant 24 Ma sous une importante couverture tectonique de nappes penniques. Ce changement entre D2 et D3 marque une évolution importante de la collision alpine, d’abord dominée par la subduction continentale en conséquence directe de la convergence N–S entre Afrique et Europe, puis par l’échappement latéral vers l‘ouest qui a généré l’arc des Alpes occidentales. Cette réorganisation oligocène a aussi provoqué l’activation du décrochement insubrien. La dernière déformation D4, d’âge Miocène supérieur, a accentué les bombements de socle des massifs des Grandes Rousses et de Belledonne, entre lesquels des mouvements décrochants et des rotations ont distordu à la fois les structures alpines antérieures, les failles et blocs téthysiens et la foliation hercynienne. L’interface socle hercynien/couverture mésozoïque, qui était initialement plan et horizontal, a été construit en 3D. Le réseau des blocs téthysiens y apparaît déformé par des failles et des plis de socle. Les observations de terrain montrent que l’orientation du grain hercynien a largement influencé la nature et la localisation des structures distensives et compressives. Les dépocentres jurassiques se seraient disposés en échelon à cause de l’obliquité de l’extension téthysienne par rapport à la foliation du socle. Durant la collision, cette derniére a été le plus intensément réactivée lorsque la contraction lui était subperpendiculaire, c’est à dire à partir de l’Oligocène quand le régime en échappement latéral vers l’Ouest a été établi.