Tectonics of the Simplon massif and Lepontine gneiss dome: deformation structures due to collision between the underthrusting European plate and the Adriatic indenter

Abstract

This study presents a review of published geological data, combined with original observations on the tectonics of the Simplon massif and the Lepontine gneiss dome in the Western Alps. New observations concern the geometry of the Oligocene Vanzone back fold, formed under amphibolite facies conditions, and of its root between Domodossola and Locarno, which is cut at an acute angle by the Miocene, epi- to anchizonal, dextral Centovalli strike-slip fault. The structures of the Simplon massif result from collision over 50 Ma between two plate boundaries with a different geometry: the underthrusted European plate and the Adriatic indenter. Detailed mapping and analysis of a complex structural interference pattern, combined with observations on the metamorphic grade of the superimposed structures and radiometric data, allow a kinematic model to be developed for this zone of oblique continental collision. The following main Alpine tectonic phases and structures may be distinguished:

• 1. NW-directed nappe emplacement, starting in the Early Eocene (~50 Ma);

• 2. W, SW and S-verging transverse folds;

• 3. transpressional movements on the dextral Simplon ductile shear zone since ~32 Ma;

• 4. formation of the Bergell – Vanzone backfolds and of the southern steep belt during the Oligocene, emplacement of the mantle derived 31–29 Ma Bergell and Biella granodiorites and porphyritic andesites as well as intrusions of 29–25 Ma crustal aplites and pegmatites;

• 5. formation of the dextral discrete Rhone-Simplon line and the Centovalli line during the Miocene, accompanied by the pull-apart development of the Lepontine gneiss dome – Dent Blanche (Valpelline) depression.

It is suggested that movements of shortening in fan shaped NW, W and SW directions accompanied the more regular NW- to WNW-directed displacement of the Adriatic indenter during continental collision.

Resume

Cette étude représente une revue de données géologiques publiées, complétées par des observations originales sur la tectonique du massif du Simplon et du dôme de gneiss du Lépontin. De nouvelles observations sont rapportées sur la géométrie du rétro-pli de Vanzone, formé à l’Oligocène sous des conditions du faciès amphibolite et sur sa racine située entre Domodossola et Locarno, où elle est coupée avec un angle aigu par le décrochement dextre, epi- et anchi-zonale de la faille du Centovalli, datée du Miocène. Les structures du massif du Simplon résultent de la collision de la plaque européenne sous-charriée et de l’éperon de la plaque adriatique, depuis 50 Ma. Ce sont deux bordures de plaques avec une géométrie très différente. Des levés géologiques détaillés et l’analyse des structures superposées, combinés avec des observations sur le degré du métamorphisme et des datations radiométriques, permettent de conclure sur un model cinématique de cette zone de collision continentale, de direction oblique et en transpression. Les phases et structures tectoniques alpines suivantes sont distinguées:

• 1. Dès l’Eocène inférieur (~50 Ma), mise en place des nappes, dans une direction NW.

• 2. Formation de plis transverses de vergence W–SW.

• 3. Mouvements transpressifs dans la large zone de cisaillement ductile et dextre du Simplon.

• 4. A l’Oligocène, formation des plis de rétrocharriage Bergell – Vanzone, verticalisation des racines, mise en place des intrusions du Bergell, de Biella et d’andésites porphyritiques d’origine mantélique datées de 31–29 Ma et intrusion d’aplites et de pegmatites, d’origine crustale datées de 29–25 Ma,

• 5. Au Miocene, formation des lignes tectoniques dextres Rhone-Simplon et des Centovalli, accompagnée dans une structure d’extension et de transpression, du soulèvement du dôme de gneiss du Lépontin et de l’abaissement de la dépression de la Dent Blanche (Valpelline).

Nous concluons que le poinçon adriatique s’est déplacé selon un chemin régulier de direction NW à WNW, accompagné des déformations de raccourcissement NW–SE, W–E et SW–NE.