UE « Synthèses géologiques - Perso-sdt

2011
UE
« Synthèses géologiques »
Thèmes: (1) « Téthys » - Chaînes récentes – (2) Chaînes anciennes
Jacques Déverchère : Chaînes récentes
(1)
(3)
Introduction à l’étude des chaînes alpines
(2)
Aspects de la collision Inde-Asie
Evolution du domaine méditerranéen
La Méditerranée
Cadre et évolution géodynamique
- Introduction: des bassins et des chaînes
- Forces et Mécanismes: forces de volume, subduction, exhumation
- Tectonique active et limites de plaques
- Cinématique instantanée et Cinématique finie
- Un événement spécifique: la crise de salinité Messinienne
- Tectonique cassante-ductile et exhumation des roches métamorphiques
La Méditerranée orientale
- Mer Egée: Exhumation des roches métamorphiques
- Cinématique de l’extension post-orogénique
- Cinématique « finie »: histoire de la convergence en coupe
- Anatolie: Spéculations sur l’évolution du slab
Site Web de reconstruction cinématique:
http://www.itis-molinari.mi.it/Intro-Med.html
Jacques DEVERCHERE
Certaines illustrations proviennent des cours de
Laurent JOLIVET et Joseph MARTINOD
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Bassins en extension
Chaînes de Montagne
De la surface à la profondeur…
Méditerranée: recherche de…
• Forces en présence: 2 dominent et entrent en compétition:
– Origine cinématique: Convergence Afrique-Eurasie
– Principales limites de plaques et de microplaques?
– Reconstructions paléotectoniques de la Méditerranée?
– Reconstructions géodynamiques du domaine méditerranéen ?
– Origine « gravitaire »: Rollback (en 3D) du panneau plongeant
– Mise en évidence?
– Hypothèses pour son existence?
– Conséquences sur la mécanique de l’extension?
– Autres phénomènes dynamiques associés? détachement, délamination lithosphérique,
effondrement gravitaire des chaînes
• Structures lithosphériques : Pourquoi il faut les connaître:
–
–
–
–
–
–
Quelles forces de volume?
Réajustements isostatiques?
Variations d’épaisseurs crustales? Lithosphériques? Héritage alpin?
Structures de marges? Symétrie? Nature des transitions continent-océan?
Déformation actuelle: types de déformation? Localisation? Remobilisation des sutures?
Rôle du magmatisme? Structures thermiques des chaînes alpines ?
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Contexte « Téthysien »: rappel (seulement pour la Méditerranée centrale et orientale)
CAVAZZA, W., ROURE, F., SPAKMAN, W., STAMPFLI, G.M., ZIEGLER, P.A. and the TRANSMED Project Working Groups,The
TRANSMED Atlas: geological-geophysical fabric of the Mediterranean region- Final report of the project. Episodes, 27, 4, 244-254.
Les déplacements depuis 70 Millions d’années
Dewey et al., 1989
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Vitesse de convergence dans la zone de subduction?
Autres arguments:
1. Les séismes localisés de 1960 à 2001
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Autres arguments: 2. Les régimes de contraintes actuels (WSM)
Autres arguments:
3. La tomographie sismique
Refs Spakman, Wortel, Bijwaard...
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Chemins P-T-t : Principes
Erosion + tectonique -> exhumation -> empreinte dans les roches
- Relation déformation-recristallisations métamorphiques -> Trajet P-T
- Graduation en Ma grâce aux datations des paragénèses métamorphiques
- Conversion directe des pressions en valeur de la profondeur
Chemin P-T = image du trajet suivi par la roche dans la
lithosphère lors de son enfouissement et de son exhumation
1 chemin = plusieurs contextes tectoniques possibles ->
associer d’autres informations tectoniques!
Faciès métamorphiques: dépendent du gradient géothermique
réel, mais influence de la tectonique sur la façon dont la
rétromorphose métamorphique s’établit
Exhumation: doit être assez rapide (plus que la conduction) –
Echanges de chaleur par conduction, efficaces à courte
distance
Chemins P-T-t : Principes
épaississement et amincissement d’une chaîne de montagne
Bleu: Trajectoires P-T-t des roches R
Orange: géothermes
-Trajet prograde: par mauvaise conductivité thermique, les roches se réchauffent lentement -> trajets proches de l'axe des P
- Fin convergence: les roches se réchauffent tandis qu'elles commencent à remonter (P diminue mais T augmente encore)
-Trajet rétrograde: le géotherme évolue vers les hautes températures (t1, t2, t3) et dépasse Gm, le géotherme moyen. Lorsque
la remontée s'accentue, P et T diminuent ensemble.
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Exemples de chemins P-T-t
1. Chemin de rétromorphose dans
une plaque chevauchante, loin de
tout détachement
P
Décompression isotherme
2. Chemin de rétromorphose de
roches au mur d’une faille plate
(détachement)
P
Refroidissement rapide
par les unités
superficielles par
conduction efficace
Refroidissement
final en surface
T
T
« thermique »
« tectonique »
-> Compétition entre phénomènes thermiques et tectoniques
Animation: voir Photothèque de C. Nicollet (http://christian.nicollet.free.fr/)
Exemple: Evolution
thermique simplifiée
au cours de
l’extension d’une
croûte continentale
ε = σ / η (σ, T, …)
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Chaînes de montagne et roches métamorphiques de
haute pression - Schistes bleus et éclogites
Chaînes
écroulées
Collapse
/ backarc
basins
et bassins en extension
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- Une crise hors norme, de 5.7 à 2.6 Ma
(crise s.s. de 5.9 à 5.3 Ma)
- Une forte empreinte à terre et en mer
Un « facteur » spécifique: la Crise de
Salinité Messinienne (MSC)
5.9Ma
5.32Ma 2.6Ma
0 Late Miocene Fluvial aggradation
I Late Miocene abandonment surf.
II Messinian Erosional Unconformity
II’ Evaporites deposition
III Pliocene flooding
IV Pliocene Gilbert delta progradation
V Late Pliocene (Zanclean) Abandonment Surface
Messinien (MSC)
Contrôle eustatique + tectonique
Clauzon et al. 1995
Empreintes à terre: séries évaporitiques de bassins
marginaux, canyons messiniens, remplissages pliocènes
Canyons messiniens et/ou Gilbert deltas Pliocène
Rhone autour de la Méditerranée
Ebre
Nil
Connus et publiés
Identifiés
Etudiés
En cours d’étude
D’après carte Hachette, J-L. Rubino, 2007
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Messinien (MSC)
Synthèse récente: nomenclature uniforme – Rôle
important du diapirisme salifère – Détritisme variable
Lofi et al., 2011
La Méditerranée orientale: Marqueurs et chronologie de l’exhumation – Indices
cinématiques pour une reconstruction géodynamique – Cas de la plaque Anatolie - Risques
- Mer Egée: Exhumation des roches métamorphiques
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Direction d’extension éocène- oligo-miocène Ages d’exhumation
100-70 Ma
RHODOPE
60-35 Ma
CYCLADES
PELOPONNESE
CRETE
30-20 Ma
Extension Eocène-Oligocène <
Cyclades-Ouest Turquie: complexes métamorphiques type
« Basin and Range »: conditions P-T de HT-BP jusqu’à
l’anatexie (pour le Miocène) – Structures antérieures reprises:
Conditions HP-BT (éocène)
Exemples de Tinos-Naxos : voir carte
Comparer les directions de cisaillement avec la
cinématique actuelle
But: trouver un mécanisme d’exhumation
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Exhumation
Eocène
Exhumation Oligo-Miocène
Bilan Cyclades-Ouest Turquie: Exemples de Tinos-Naxos
Détachements avec déformation ductile à cassante très intense
Miocène: Faciès schiste vert (P: 3-4 kbars, T 350-400 °C):
conditions comparables à celles actuelles sous le golfe de
Corinthe
Géométrie d’ensemble: cisaillement vers le nord-est à faible pendage
Granite, granodiorite, migmatites mis en place à la fin du
processus de détachement (19-15 Ma)
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Le gradient P/T refroidit
du Crétacé supérieur au Miocène
Le fait de retirer de manière
de plus en plus efficace
les roches situées au-dessus par extension
amène à un complexe de
subduction de plus en plus froid North Cycladic
Detachment
System (Jolivet et
al., 2010)
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LES AUTRES
DONNEES (plaque
inférieure disparue,
cinématique)
Continuité du slab sous l’Egée
Tomographie sismique
(Piromallo & Morelli, 2003)
Rupture du slab sous Bitlis
Faccenna et al., EPSL, 2006
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