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PLAN • 1. Rappels de notions de base (lithosphère; hypothèse des plaques rigides; types de limites; échelles de temps et d’espace…) • • • • • • 2. Distribution de la déformation aux limites de plaques 3. Mesures géologiques des mouvements de plaques actuels (rappels) 4. Mouvements de plaques relatifs et absolus 5. Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI - Applications 6. Comparaison Géodésie / Nuvel 1A: implications – degré de rigidité 7. Comparaison à d’autres indicateurs: – Mesures de contraintes: WSM – Tenseurs de moment sismique – Glissement sur failles • 8. Contextes géodynamiques particuliers – Le cas du partage de déformation près des zones de subduction – Le cas des épaississements lithosphériques: conséquences – Le cas du roll-back (bassins marginaux) (TD) • 9. Perturbations de vitesse et de contraintes: divers effets transitoires Analyse commune d’articles en salle 7. Comparaison à d’autres indicateurs: - Mesures de contraintes: WSM - Tenseurs de moment sismique - Glissement sur failles Compléments au cours de C. Grigné : • Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques ? • Les plaques sont-elles bien couplées au manteau ? Modèle de Forsyth et Uyeda (1975): FDF : drag force, FCD : continental drag, FRP : ridge push, FTF : transform fault, FSP : slab pull, FSR : slab resistance, FCR : colliding resistance, FSU : suction FDF et FCD sans doute résistives: asthénosphère passive, résistant au mouvement des plaques -> FDF et FCD proportionnelles à la viscosité de l’asthénophère, à la surface et à la vitesse des plaques Comparaison à d’autres indicateurs: Activité tectonique Relations contraintes, rapport de forme, et stries sur failles Relationships between Andersonian stress regimes (orientation of principal stresses), stress ratio R (relative magnitudes of the principal stresses), and the evolution of striations on a fault plane with changing stress states. As R goes from 0 to 1, the slickensides on a plane go from t1 to t2 following the path A (for tensional and compressional regimes), or A and B (for strike-slip regimes). Tableau synthétique des types de contrainte et des régimes de contraintes - R′= R quand σ1 est vertical (régime extensif = Tenseur normal;NF) - R′ = 2 – R quand σ2 est vertical (régime en décrochement = SS) Extension Décrochement Compression Delvaux et al. (1997) 65 Comparaison à d’autres indicateurs: Mesures de contraintes (WSM) 8. Contextes géodynamiques particuliers 8A. Le cas du partage de déformation près des zones de subduction « Partage de la déformation » en domaine intraplaque Niveau ductile en profondeur: fort découplage en surface Niveau peu ductile en profondeur: faible découplage en surface Exercice: Sumatra Trouver la vitesse et la direction relatives entre Australie (Au) et l’avant-arc (Aa) sachant que: - VAu par rapport à Sundaland (Su) est de 66 à 72 mm/an, direction N10°E - VAa par rapport à Su est de 20 à 30 mm/an dans la direction parallèle à la faille de Sumatra (N145°E) Pour cela, construire le triangle des vitesses entre Au, Su et Aa Hypothèse: partitionnement total entre le décrochement sur la grande faille de Sumatra et la convergence sur la fosse de Sumatra Notes: Australie et Inde sont considérées comme 1 seule plaque, et Su se déplace peu par rapport à l’Asie AVANTARC SUNDALAND AUSTRALIE Décomposition du mouvement Schéma du triangle de vitesse VAa/Su VAu/Su 2.5 ± 0.5 cm/an 6.9 ± 0.3 cm/an VAu/Aa? Décomposition du mouvement Réponse: solution graphique VAu/Su = VAu/Aa + VAa/Su - Tracer un vecteur de longueur 6.9 cm dans la direction N10°E Depuis l’extrémité de cette flèche, tracer un vecteur de longueur 2.5 cm dans la direction N150°E (notez que les 2 flèches pointent dans la même direction) Rejoindre les 2 flèches (flèche rouge): mesurer alors sa longueur et sa direction: on trouve environ 5.4 cm dans la direction N30°E -> VAu/Aa = 5.4 cm/an au N30°E Pour estimer les valeurs minimales et maximales du vecteur recherché, répéter l’opération en prenant pour les 2 vecteurs, avec les mêmes VAa/Su directions : - 6.6 cm et 2.0 cm comme valeurs minimales 2.5 ± 0.5 cm/an - 7.2 cm et 3.0 cm comme valeurs maximales VAu/Su 6.9 ± 0.3 Note: Il faut prendre VAu/Su min. et VAu/Su max. pour trouver cm/an la valeur minimale du vecteur VAu/Aa, et inversement. On VAu/Aa? peut alors donner une estimation de l’incertitude à la fois sur le module du vecteur VAu/Aa et sur sa direction. Applications 8b. Le cas des épaississements lithosphériques: conséquences Chaînes de collision Chaînes de subduction - Epaississement lithosphérique en domaine intracontinental (Tibet) Etalement gravitaire Epaississements-superposition de lithosphère: Effets induits et conséquences q effondrement gravitaire des chaînes Lien entre altitude et force de « flottabilité » horizontale? Force nette exercée par une colonne lithosphérique sur une autre: (a) Croûte épaissie, manteau amincie -> Force latérale vers la topographie basse [Cas intuitif, qui existe au début de l’édification des orogènes] (b) Même topographie, mais les forces latérales se compensent -> Pas de force latérale [non intuitif] (c) Colonnes au soutien isostatique semblable, mais où une force latérale existe de la gauche vers la droite [non intuitif] croûte manteau Ref. Ref. Ref. Stüwe et Barr, 2001 q Subduction Cas non intuitif de blocage de l’effondrement gravitaire Champ de contraintes provenant des différences d’énergie potentielle gravitationnelle en 3 points différents d’une zone de subduction dans un stade « mature » (Andes): (a) Partie stable, structure lithosphérique standard (b) Avant-pays: Croûte normale, manteau épaissi (c) Chaîne: Croûte épaisse, manteau très épais Stüwe et Barr, 2001 -> Stade où l’extension côtière peut s’exercer et où l’effondrement gravitaire est empêché 8c. Le cas du roll-back (formation des bassins marginaux) (TD) Dynamique des subductions - Soutien dynamique: par en-dessous, et latéral I.P (pression interplaque).: Force de succion/poussée reliée au mouvement absolu de la plaque supérieure « Anchoring »: résistance visqueuse de l’asthénosphère au déplacement latéral du slab LECTURES D’ARTICLES POUR le 5 décembre 1. LALLEMAND et al., 2005: On the relationships between slab dip, back-arc stress, upper plate absolute motion, and crustal nature in subduction zones (3 étudiants) 2. NISHIKAWA et IDE, 2014: Earthquake size distribution in subduction zones linked to slab buoyancy (3 étudiants) 3. BRUN et FACCENNA, 2008: Exhumation of high-pressure rocks driven by slab rollback (3 étudiants) 4. AUDET et BURGMANN, 2011 : Rôle de l'héritage tectonique dans les cycles des supercontinents (3 étudiants) 5. WILLINGSHOFFER et al., 2013 : Subduction et déformation de la lithosphère continentale en réponse au couplage inter-plaques et croûte-manteau , (3 étudiants) Lallemand et al., 2005 Lallemand et al., 2005 Pendage slab nature des plaques sup. Lallemand et al., 2005 Conclusions de Lallemand et al., 2005 TROP SIMPLE!! Rollback et accélération: rôle de la dynamique de la subduction ? Faccenna et al., 2001 Bilan « roll-back » - Extension ou compression arrière-arc: phénomène relié au comportement du slab (changement d’angle ou migration en avant/arrière) - Le slab agit: (1) soit passivement si le slab est ancré dans le manteau -> déformation arrièrearc accommode le mouvement de la plaque supérieure / à la fosse; (2) Soit activement si la traction du slab l’emporte et « force » le roll-back - 3ème force: dynamique du manteau -> surpression d’un côté du slab -> migration avant ou arrière / arc - Bonne corrélation mouvement absolu plaque sup. / déformation arrière-arc: retrait <-> extension et vice-versa - Bonne corrélation aussi de ces 2 derniers observables avec le pendage du slab: si fort <-> retrait - Pas de corrélation entre retrait de fosse et âge du slab - Dominance: « Back-arc deformation regime is mostly controlled by the upper plate absolute motion relative to a partly anchored slab (trench motion is limited to 50mmy−1), even if locally, mantle flows force slab to move. » Experimental results of series I (A–C) and series II (D–F) after 25% bulk shortening (300 km in nature) is displayed as composites of cross-sections and topography deduced from laser scanning. Note that only the scientifically relevant, central part of model is shown. Efficiency of subduction and style of crustal deformation are studied in response to changes of degree of coupling at plate interface (series I) and to presence of decoupling layers at different depths within crust (series II). Numbers above structures relate to sequence of evolving structures, and black arrows indicate direction of moving wall. Vertical axes indicate dimensions of experiments scaled to nature. Global effective elastic thickness over continents calculated from the coherence between Bouguer gravity and topography using a wavelet transform. a, Te anisotropy (sampled on a 33 grid) superposed on filtered (using a Gaussian function of width 900 km) and colour-contoured Te over continents and continental shelves (depth shallower than 500m below sea level). Shaded areas correspond to regions where Te estimation is biased by gravitational ‘noise’14,15. The length of black bars is given by the magnitude of Te anisotropy from the ratio (Tmax Tmin)=(TmaxCTmin). b, Magnitude anddirection of Te gradient. All images are in a Robinson projection with a central meridian of 0 longitude.
