Rigidité des plaques: comment l`estimer? - Perso-sdt
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Rigidité des plaques: comment l’estimer? -> Déformation intraplaque actuelle: par GPS (ou autre technique spatiale) Exemple: Amérique du Nord • Degré de rigidité? • Réponse = 2 mm/an sur la plaque Amérique du Nord en entier « Rigidity = RMS misfit of geodetic velocities to a rigid plate model » Rigidité des plaques: comment l’estimer? EXEMPLE en 1D: -> Echelles de temps longs: calculs de Taux de déformation des plaques (TDP) par: Extension e = (l1 – l0)/l0 - Ajustement des marges continentales passives : écart type de 50 km. Ex.: Pour l’Atlantique sud, 50 km sur 5000 km de large en 120 Ma : TDP? (Etirement s = l1/l0 = 1 + e) Taux = e/t -> TDP: 2,6 x10-18s-1 a) Variations des TDP: La cohérence des reconstructions paléogéographiques suggère 5x10-19 à 10-18 (varie entre craton protérozoïque ou jeune continent) -> Sismicité en domaine océanique hors zone de déformation diffuse: -> TDP min: 5x10-20s-1 [Gordon, 2000] -> Sismicité en domaine continental: -> TDP 3x10-20 à 3x10-19s-1 [Gordon, 2000]. - Cinématique des plaques et géodésie spatiale: TDP 1017s-1 [Gordon, 2000]. -> TDP (intérieur) compris entre 10-17 et 10-20s-1 1 b) Force à laquelle est soumise la lithosphère - 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] c) Contrainte cisaillante déviatorique moyenne -de 40 à 125 MPa pour une lithosphère résistante de 40 km d’épaisseur. d) Viscosité effective = rapport contrainte cisaillante sur taux de déformation - si TD 5x10-19s-1 , Ve = 8x1025 à 2 x 1026 Pa s pour une lithosphère épaisse de 40 km et deux fois et demi moins pour une lithosphère épaisse de 100 km. - Temps de relaxation de la lithosphère : quelques x10 Ma -> viscosité effective minimale : 1025 Pa s [Ranalli, 1995]. - Comparaison des viscosités effectives de l’intérieur des plaques à celles de zones de déformation: http://www.cdf.u-3mrs.fr/~lepichon/2003cours4.html XLP Conclusion 1: Différences entre cinématiques géologique et géodésique • Les modèles géodésiques globaux sont des modèles de cinématique instantanée indépendants. • Ils permettent d’examiner si les modèles géologiques n’ont pas été affectés par des erreurs systématiques comme dans le cas de la plaque Caraïbes et de la plaque Pacifique. • Ils permettent par ailleurs de détecter des évolutions cinématiques et tectoniques en cours. C’est certainement le cas de la plaque Nazca. C’est très probablement le cas également de l’ouverture atlantique nord et peut-être sud, des mouvements Nu/Eu et Ar /Eu, et du mouvement In/Eu 2 Conclusion 2: Résistance-rhéologie à l’intérieur XLP des plaques - La croûte supérieure est un guide de contraintes du fait de sa résistance mécanique importante. Elle est maintenue à la limite de rupture par les forces déplaçant les plaques dont elle supporte 50 à 60%. - La croûte inférieure se comporte généralement de manière ductile, sauf dans le cas des cratons à faible flux de chaleur dans lesquels elle est cassante. Sa résistance mécanique significative lui permet de supporter 30 à 40% de la force déplaçant les plaques. - La résistance mécanique du manteau est très sensible au flux de chaleur et à l’épaisseur de la croûte. Aux conditions moyennes (croûte de 40 km d’épaisseur et flux de 60 mWm-2 ), cette résistance est faible. Toutefois, pour les faibles flux de chaleur (40 mWm-2), et en particulier si la croûte a moins de 40 km d’épaisseur, le manteau doit avoir une résistance mécanique significative. 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 3 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). 4 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 Delvaux et al. (1997) 67 Comparaison à d’autres indicateurs: Mesures de contraintes (WSM) 5 6 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 7 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 AVANTARC SUNDALAND Notes: Australie et Inde sont considérées comme 1 seule plaque, et Su se déplace un peu par rapport à l’Asie 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? 8
