Collision Inde-Asie: Quelques compléments, remarques - Perso-sdt
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Collision Inde-Asie: Quelques compléments, remarques sur les observations et les modèles Les collages avant la collision Inde-Asie: « Paleotectonic Evolution of Tibet » 1 1. Corrélation surface-profondeur: relayions entre vergence des écailles et la rhéologie 2. Chronologie comparative avec la surrection du Tibet et la déformation dans l’océan indien 4. Problématiques 4A. EXTRUSION CONTINENTALE : MYTHE OU REALITE ? 4B. ECAILLAGE DES UNITES DE L’HIMALAYA : MECANISMES ? 4C. CONSTRUCTION DU PLATEAU TIBETAIN : ORIGINE ? -> OBJECTIF: Etablir les liens temporels, spatiaux, et de causalité, entre ces événements, en incluant l’évolution de la lithosphère océanique indo-australienne 2 Le poinçon: importance du confinement latéral 2 modèles alternatifs 3 Implications du modèle « extrusif » entre ~45 Ma et ~24 Ma, collision progressant d’ouest en est, puis extrusion initiale dominante du bloc indochinois (Sundaland), sur les failles de la Rivière Rouge au nord et de Wang Chao au sud; • entre ~24 Ma et ~16 Ma, relais par l’épaississement crustal qui progresse nettement vers le nord; • de ~16 Ma à –5 Ma: phase marquée d’épaississement dominant; • de –5 Ma à l’actuel, extrusion plus limitée (~25% ?) du Tibet et du bloc de Chine du sud sur l’Altyn Tagh, accompagnée d’une ‘subduction’ vers le sud du manteau asiatique et d’un épaississement crustal au nord du Tibet ‘sur rampe’. Modèle à extrusion limitée Photographie d’un modèle expérimental à deux couches, à deux étapes d’évolution (Davy et Cobbold, 1988). Remarquer le développement précoce d’un grande faille synthétique (sénestre) et le développement plus tardif de failles et grabens antithétiques (failles dextres). Schéma tectonique simplifié (Jolivet et al. 1990) 4 Déformation actuelle: Vitesses instantanées GPS Synthèse des vitesses GPS obtenues en Asie relativement à l’Eurasie, d’après Larson et al. (1999), complétée par une mesure (flèche noire, k) de Kato et al. (1998). Les flèches petites ou entourées d’un tireté sont issues d’autres études. Les flèches entourées d’un cercle désignent des sites qui ne se déplacent pas significativement par rapport à l’Eurasie stable, dans la limite de confiance à 95%. Les chiffres sont les vitesses GPS en mm/an. Directions des flèches indicatives à cette échelle. 5 Définition du référentiel Eurasie dans cette étude -20° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 80° Première partie Vergnolle, 2002 Eurasie Plate-forme sibérienne 60° Chine du nord 40° Plaque Pacifique Chine du sud 20° Plaque Philippine Plaque Indienne 0° Sites GPS utilisés pour définir l’Eurasie stable (15, vitesses résiduelles < 1.5 mm/yr) Sites exclus : d <50 km d’une zone déformée, OU sujet au réajustement post-glaciaire 10 mm/an Solution Mongolie-Baïkal Solution de Wang et al. (2001) après combinaison (rms = 1,1 mm/an) Dynamique de la déformation asiatique Dynamique de la dé déformation asiatique ? Cisaillement basal Asthénos./Lithos. Gradient d’énergie potentiel Dynamique subduction océanique Collision Inde/Eurasie Solution Mongolie-Baïkal Solution de Wang et al. (2001) après combinaison (rms = 1,1 mm/an) σv < 1,5 mm/an 6 Dynamique de la déformation asiatique Contribution à la déformation des différentes forces en jeu 1. Forces de volume + 2. Collision IN/EU + 3. Dynamique subduction océanique EU PAC Vergnolle, 2002 IN Dynamique de la déformation asiatique Contribution des différentes forces en jeu à la déformation 1. Forces de volume + 2. Collision IN/EU + 3. Dynamique subduction océanique PH IN AUS Vergnolle, 2002 7 Dynamique de la déformation asiatique Modèle possible: Comparaison GPS -Modèle coeff. frot. interne : 0.9, coeff. frot. sur faille : 0.08 Tc : 25 MPa, To : 1 MPa Baïkal : •Taux d’extension bien reproduit •Composante nord trop forte au niveau du rift Baïkal •Bon accord en Mongolie, Chine du nord et Chine du Sud en direction •Trop rapide en Mongolie et Chine du nord •Bon accord dans l’Himalaya, le Tien Shan, l’est du Tibet •Trop rapide au nord du Tibet •Composante sud quasi absente au niveau de la syntaxe est-himalayenne 4. Problématiques 4B. ECAILLAGE DES UNITES DE L’HIMALAYA : MECANISMES ? Objectifs: recherche des causes – Mécanismes – Processus Evaluation des principaux points conflictuels - Perspectives 8 CRETACE MOYEN -> EOCENE INF. : Disparition du domaine océanique NéoTéthys– Magmatisme transhimalayen EOCENE: Collision: suture de l’Indus, écaillée, éjectée vers le S en nappes, rétroécaillée; début de « subduction » OLIGOCENE : Ré-épaississement de la marge passive indienne mince: écaillage de la couverture, du socle, exhumation des unités à faciès Eclogite et schistes bleus OLIGOCENE > MIOCENE> (25-10): « Clivage » de la croûte indienne sur MCT, effet de fer à repasser dalle – Dénudation tectonique au Nord (FNNH vers –18 Ma) -> exhumation PLIOCENE-QUATERNAIRE: Blocage du MCT -> Clivage prograde -> MBT, MFT– glissement de la couverture sédimentaire Haut Himalaya sur failles normales -> plis à déversement N (Annapurnas) – Flexion de l’avant-pays (Siwaliks) Histoire résumée de la convergence 1. CRETACE MOYEN -> EOCENE INF. : Disparition du domaine océanique Néo-Téthys –> Marge active Asie, marge passive Inde – Magmatisme transhimalayen, métam. Eclogite BT de la marge amincie indienne (Tso Morari) 2. EOCENE: Collision: suture de l’Indus, écaillée, éjectée vers le S en nappes, rétroécaillée 3. OLIGOCENE (30-35 Ma): Ré-épaississement de la marge passive indienne mince: écaillage de la couverture, du socle, exhumation des unités à faciès Eclogite (massif cristallin interne de Tso Morari) et schistes bleus - Profil d’équilibre du prisme d’accrétion tectonique atteint 4. FIN OLIGOCENE-FIN MIOCENE (25-10 Ma): Clivage au sein de la croûte indienne sur Cisaillement plat (MCT) = DALLE DU TIBET, situé à la base de la couche granitico-gneissique du Haut Himalaya – Forte déformation plastique, effet de fer à repasser par apport de chaleur dû au déplacement de la dalle sur ~200 km vers le S + anatexie (leucogranites) – Intense érosion qui favorise le clivage – Dénudation tectonique au Nord (Faille Normale Nord-Himalayenne apparaît vers –18 Ma) qui fait « remonter » les roches du Kangmar (exhumation) 5. PLIOCENE (fin miocène?)– QUATERNAIRE: Blocage du chevauchement du Haut Himalaya -> Clivage prograde -> MBT et MFT se forment – Haut Himalaya voit le glissement de la couverture sédimentaire sur failles normales, ce qui dénude la dalle et forme des plis à déversement N (Annapurnas) – Flexion de l’avant-pays (bassin molassique des Siwaliks de 7 km, sur 300 km) +: EDIFICATION du TIBET? JEU DES DECROCHEMENTS? 9 Questions avant une modélisation… SCENARIO D’EDIFICATION DE LA CHAÎNE à critiquer: - Clivage crustal et mise en place des écailles: quand? Migrations dans l’espace? Quantité de raccourcissement sur MCT, MBT, MFT? - Faille normale: rôle? Quand? Pourquoi? - Massifs cristallins internes et Dôme de Kangmar: géométrie en profondeur? « Timing »? Signification dans l’évolution de la chaîne? Un modèle d’exhumation: Principe Exemple pris dans le bassin Pannonien Schéma d’exhumation des roches HP-UHP 10 Un modèle d’exhumation: scénario Tectonophysics 342 (2001) 113– 136 11 4. Problématiques 4C. CONSTRUCTION DU PLATEAU TIBETAIN Quand? Compiler les âges et périodes, pas facile… Comment? -A prendre en compte: effet de l’épaississement crustal -> anomalie thermique qui résulte de l’accumulation des matériaux continentaux riches en éléments radiogéniques (U, K, Th) -> délai (de l’ordre de 10 à 20 M.a.) entre l’épaississement et le début de la fusion partielle car mauvaise conduction dans la lithosphère (diffusivité thermique faible) 12 Données sismiques: INDEPTH L'expérience sismologique Hi-CLIMB (HImalayan-tibetan Continental LIthosphère during Mountain Building) 2009 http://www.insu.cnrs.fr/a3166,que-devient-plaque-indienne-sous-plateau-tibetain.html 13 - Variations de la profondeur du Moho, qui s'approfondit de ~40 km sous la plaine du Gange jusqu'à plus de 70 km sous le Tibet. - Deuxième interface située au-dessus du Moho à travers tout le sud Tibet: HYPOTHESE : toit de la croûte inférieure indienne vient sous-plaquer la croûte tibétaine sur plus de 250 km de long - Main Himalayan Thrust (MHT) : limite continue, caractérisée par une forte diminution de la vitesse des ondes de cisaillement -> présence de fluides à faible profondeur sous le Népal et fusion partielle de roches dans sa partie profonde sous le Tibet - Interprétation: Débat: Failles normales syn-volcanisme ou tardives? Modèle 1: dissipation d'un excès d'énergie potentielle accumulée soit durant l'épaississement de la marge asiatique, soit durant la surrection du plateau tibétain consécutivement au détachement d'une partie de la lithosphère et à son enfoncement dans l'asthénosphère (délamination lithosphérique) Modèle 2: ajustement aux limites des deux zones convergentes, dû soit à l’obliquité de la convergence entre l'Inde et l'Asie, soit à la courbure de la bordure himalayenne, soit à un effet de l'extrusion vers l'Est du plateau tibétain Dernier épisode de refroidissement du massif: attribué à la surrection du bloc par le fonctionnement de la faille de Kung Co, datant son initialisation à moins de 4 Ma et montrant que l'extension est postérieure non seulement à la mise en place des granites mais également à celle des roches volcaniques du Sud Tibet (25 – 8 Ma). 14 Carte tectonique du Sud Tibet sur fond de mosaïque Landsat © Mahéo et al. ZBS : zone de suture de Bangong, ZSIT: zone de suture de l'Indus Tsangpo http://www.insu.cnrs.fr/a2173,malgre-collision-inde-asie-sud-tibet-se-distend.html Problème : Grande ou Petite Inde et Construction du Tibet Différents schémas 2D expliquant la formation du Tibet, compilés par Harrison et al. (1992) (de A à E) et Matte et al. (1997) (de a à d). Les équivalences relatives sont : A et B avec a et d, dits ‘subduction continentale’, impliquant un apport massif de matière de la Grande Inde ; C et D avec b, dit ‘épaississement homogène’ de la lithosphère asiatique. E (détachement) et c (amincissement convectif) manifestent deux processus différents mais sont difficilement discernables directement. En A et B, le sous-charriage peut être accompagné de délamination du manteau lithosphérique. 15 Autres modèles: Tapponnier et al., 2003 Tibet: volcanisme post-collision 78°E 82° 86° 90° 94° 98° 102°E Modèle lithosphérique Tien Shan lt 240 km Tagh TARIM BLOCK na Fau Tibet QAIDAM z | z KUN LUN n Alty Golmud n bia AraSea ° th ou ina AS SCh ... IndRR ......... .. oc ....... hin India a . Bay of ... Bengal ..... RANGE Jinsha R KA QIANGTANG UM OR AK Bango ng SONGPAN-GANZE 4 32° 3 BLOCK Indu s BatangLitang Fault 6 Lhasa 86° Zangbo YANGTZE BLOCK (SOUTH CHINA) H I MALAYAS 1 st Thru Boundary 90° 28° 2 Suture Dali RR AS Post-collisional Magmas Potassic volcanics (< 20 Myr) Leucogranites Main (< 20 Myr) Late Paleogene (40-30 Myr) potassic magmas 82° Indian Ocean Suture LHASA ° 36° N re BLOCK Nujiang 500 km Sutu 5 ° S Se out a hC hi 0 94° 98° 102°E 16 Autre modèle: Flambage Martinod et Davy, 1991 Burg et al., 1994 Autre modèle: épaississement inhomogène 17 Quelques conclusions pour la collision… Convergence et collision : quelques progrès récents apportés par l’étude de la Collision Inde-Asie - Extrusion: - Structures de raccourcissement et d’épaississement ne sont pas seules à accommoder la convergence: déplacements (coulissages) de blocs rigides le long de grands décrochements aussi - Ecaillage: - Subduction continentale est un processus important et sans doute courant - Modification des propriétés rhéologiques induite par les couplages de la subduction - Edification du Plateau Tibétain: Probablement polyphasée, avec croissance progressive vers le N-O, flambage, rétro-action par l’érosion, rôle des perturbations thermiques liées à l’épaississement crustal MAIS - Extension contemporaine de la convergence actuelle: encore mal comprise - Origine et importance de l’anomalie thermique sous le Tibet encore très débattue Synthèses Géologiques: quelques remarques sur l’évolution téthysienne • 1. Conditions pré-collisionnelles: – Obduction, subduction intra-océanique – Comportement du slab: les bassins marginaux, le roll-back • 2. Collision: – Rôle du slab (il est toujours là…) – Rôle des forces de volume (énergie potentielle des reliefs) – Mécanismes d’exhumation des roches profondes • 3. Cinématique finie en Méditerranée 18 1. Conditions pré-collisionnelles obductions • • • • Cycle de Wilson et cycle alpin Phases d’accrétion dominante Phases de subduction dominante Phases de collision: fin de cycle Coleman, 1971 19 Obduction synthétique de la subduction Le plus fréquent Ici la subduction est intra-océanique – Parfois: non classé dans obduction s.s. moins fréquent Obduction antithétique de la subduction Sud-Chili, Alaska, Nouvelle-Zélande… Ribeiro, 2002 Type Alpes Occidentales Type Himalaya 20 B. Forces de traction du slab et de viscosité du manteau Modéliser le processus de subduction et ses conséquences sur la tectonique de surface est compliqué: • car la subduction est une instabilité • car on sait très mal quantifier les phénomènes qui contrôlent la subduction • car la tectonique de surface est souvent modeste par rapport aux vitesses de subduction (J. Martinod, 2007) Rollback et accélération: rôle de la dynamique de la subduction ? Faccenna et al., 2001 21 La plaque en subduction peut se déplacer librement dans le modèle (plaque supérieure n’influence pas le processus) -> Moteur de la subduction : flottabilité négative de la plaque plongeante. Subduction libre • plaque océanique = plaque de silicone • manteau superieur = sirop de glucose • base de la boite = base du manteau supérieur • Les déplacements dans la boîte correspondent aux mouvements absolus (référentiel lié aux points chauds) • On suppose que les plaques ne pénètrent pas rapidement dans le manteau inférieur Comparaison de deux expériences La base du manteau supérieur correspond à la base de la boîte de plexiglas (Funiciello, 2003, 2004) La base du manteau supérieur est marquée par une augmentation de viscosité : Viscosité du manteau inférieur = 30 x viscosité du manteau supérieur La descente du slab dans le manteau inférieur est négligeable si : • La viscosité du manteau inférieur est d’un ordre de grandeur plus grande que celle du manteau supérieur • Nous considérons des échelles de temps "courtes" (< ~ 10 Ma) après l’initiation 22 Cas de la subduction “libre” Lorsque la fosse peut se déplacer librement, 2 types de subduction peuvent se produire MODE 1 La fosse recule en direction de l’océan MODE 2 La fosse avance vers le continent Initiation de la subduction Vues latérales Interaction avec le manteau inférieur Réorganisation de la forme du slab Subduction STATIONNAIRE (vitesse constante) Après la phase d’initiation, les subductions libres sont stationnaires : la vitesse de subduction, la vitesse absolue de la fosse océanique, la géométrie du slab restent constantes Les deux types de subduction dans la nature, observés par tomographie sismique MODE 1 La fosse recule en direction de l’océan MODE 2 La fosse avance vers le continent Méditerranée occidentale : Subduction de mode 1 L’Himalaya : Subduction de mode 2 (Faccenna et al., 2003; Bellahsen et al., 2005) (van der Voo et al., 1999) 23 Conditions complémentaires Bloc-diagramme à regard N -> S Coupes interprétatives en mer Tyrrhénienne NO SE SO NE SO NE Temps actuel N S Jolivet et Faccenna, 2001 Gvirtzman et Nur, 2001 Détachements ? Délamination? Succion variable à la fosse en fonction du rollback ? Ralentissement à 30 Ma du mouvement absolu de l’Afrique: Accélération du rollback dans les zones en subduction océanique? Déchirure du slab? Fenêtres? Ecoulement en tore du manteau? Rollback et boudinage: rôle de la rhéologie ? Des variations des taux de déformation? Doglioni, 1995 Quelques types d’extension en contexte de subduction Gueguen et al., 1997 Sauts d’extension en Méditerranée Occidentale 24 Dénudation tectonique: Evolution temporelle du style de déformation © L. Jolivet 2. Collisions: slab + GPE… © L. Jolivet 25 A. Forces de volume: Etalement gravitaire © L. Jolivet Cas du Tibet: contraintes présentes et passées ε = σ / η (σ, T, …) 26 Transmission des contraintes: Fort ou faible couplage mécanique -> Force très variable! -> Autres forces: - Force de poussée aux dorsales: 3x1012 Nm-1 [Turcotte and Schubert, 1982] - Force exercée par les plus hauts plateaux (Tibet) de 8 ± 2 x1012 Nm-1 [Gordon, 2000] © L. Jolivet 27 Forces responsables de l’exhumation des roches profondes Modèles variés d’exhumation HP 3. Cinématique Finie: Reconstitution hypothétique de l’histoire de la convergence en Méditerranée © L. Jolivet 28 Stampfli et al. Jolivet et al., Kinematic data after Dewey et al. Stampfli et al. 29 30 31 Reconstruction: Afrique-Europe • Lente convergence (0.5 à 1 cm/an) • Vers 30 Ma: Début extension (âges radiochronologiques de complexes métamorphiques) • Migration de l’extension en direction des subductions Reconstructions paléotectoniques Jolivet et Faccenna, 2001 32
