Ligurian extension, new constrain from paleostress analysis in Corsica Island (France)

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Abstract

The Corsica Island is particularly famous around the world for its rotation related to the indentation of the Adriatic plate during the Alps orogenesis. In response to this collision, the geodynamical context evolved with the opening of the Ligurian Sea during Burdigalian-Langhian time. The presence of the Ligurian Sea and the drifting of the Corsica block are generally inferred with a NW-SE trending Oligo-Miocene extension. However such extension have been evidenced only in Provence and never in Corsica in terms of paleostress analysis. In this study we fill the gap by describing the paleostress history from Oligocene to Pliocene from fault slip striation. The markers of each compression are recognizable from the geological maps and they have been extensively studied in the literature. However, markers of the opening of the Ligurian Basin have never been described on land in the French Riviera. The structural study of the Cap-Ferrat Peninsula, at the South edge of the arc of Nice, shows normal and inverse faults clusters. Their chronological relationships and the main trend of their respective stress tensors agree with the different known tectonic events and allow the identification of the missing Oligo-Miocene extension on land.

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brittle tectonic, fault, stress tensor, French Riviera, Ligurian Basin
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Introduction

The Ligurian Sea opened during Burdigalian-Langhian time. It is a back-arc basin related to the north dipping subduction of the Tethys ocean at South of the Corsica-Sardinia-Balearic blocks (reference) in response to the indentation of the Adriatic plate against Europe plate (reference). Its opening is particularly well documented about volcanism (e.g., Réhault et al. (2012)), composition of the sea floor (Rollet et al., 2002), magnetic anomaly ((citation not found: Schettino2006)), structural pattern of the margins (Leon Gulf, Bache et al. (2010); French Riviera, Sage et al. (2011); Corsica, Rollet et al. (2002); Baléaric Island, Roca et al. (1992)) and the anticlockwise rotation of the Corsica-Sardinia block (Gattacceca et al., 2007). The rifting occurred between 30-21.5 Ma and evolved to oceanic spreading from 21 to 15 Ma. The oceanic spreading is marked by a 40 degrees anticlockwise rotation of the Corsica-Sardinia block. Then the extension jumped to the East to open the Tyrhenian Sea (reference).

The stress field related to such phenomena has not been fully investigated (Figure 1). Only few Oligocene and Miocene formations, in Provence (Bergerat, 1985; Hippolyte et al., 1993), around Nice (Ritz, 1992; (citation not found: Sonnette2016) and in Tarragona and Lerida in Spain Gómez (1986) have been studied by microtectonic methods. Despite a remarkable gap of data along the South margin of the Liguro-Provence Sea, only two sites in Sardinia, numerical modelling have been processed (Carminati et al., 1998).

The Corsica Island is particularly famous around the world for its rotation related to the indentation of the Adriatic plate during the Alps orogenesis. In response to this collision, the geodynamical context evolved with the opening of the Ligurian Sea first, followed by the Tyrhennian Sea and still active with the development of the Appenines fold and thrust belt - preferred location for figure 1

This paper intends to precise the main paleostress directions in Corsica from Oligocene to Upper Miocene based on paleostress determination and faulting chronology.

L’étude du champ de contraintes pour les périodes Eocène, Oligocène et Miocène en Corse, en Sardaigne et aux Baléares présente plusieurs intérêts scientifiques. La connaissance du champ de contraintes apporte des éléments d’importance à la compréhension des forces, en termes de régime tectonique et d’orientation, accommodant un évenement tectonique comme l’ouverture de la mer Liguro-Provençale. En l’occurence la géométrie des structures composant les marges est très bien connue mais l’orientation précise des jeux tectoniques correspondants, difficile à déterminer, ne peut qu’être estimé et elle est générallement attribuée perpendiculairement aux structures, ce que l’on peut fortement remettre en question étant donné la complexité du contexte géodynamique concomittante de l’ouverture du bassin. La connaissance du champ de contraintes pourrait aussi apporter des éléments de réponses quant à la prédominance de l’indentation par rapport au retrait de la fosse de subduction vers le SE. Dans le premier cas de figure l’extension serait orientée E-W avec une forte composante décrochante alors que dans le deuxieme cas elle serait orientée NW-SE et purement normale.

Un autre aspect d’intérêt est l’influence de l’ouverture de la mer Liguro-provençale sur la formation des arcs de Nice et de Castellane. Ces phénomenes sont contemporains et il n’existe à ce jour aucune évidence à terre de failles accommodant l’ouverture de la mer Liguro-Provencale (Sage et al., 2011). Extension et compression sont dans cette region trop proche spatialement et temporellement pour ne pas avoir d’interaction. L’étude du champ de contraintes devrait permettre de caractériser le degré de colinéarité des directions de compression maximale (sigma1) liées à la compression alpine avec les directions d’extension (sigma3) associées à l’extension Ligure. La détermination du paramètres de forme phi (=rapport de différence entre les trois composantes principales du tenseur de contraintes) apporte aussi des éléments de réponse quant à la compatibilité entre la compression et l’extension. Suffit-il d’une simple permutation de contraintes pour passer de l’un à l’autre ou ces évènements sont réllements indépendants en termes de contraintes?

Enfin le dernier aspect porte sur le champ de contraintes précédant l’ouverture de la mer Liguro-provençale alors que le bloc Corso-Sarde est solidaire de l’Europe. Cette période correspond à ce que l’on appelle la phase pyrénéo-prov