collision inde-asie - Perso-sdt

COLLISION INDE-ASIE
1. CINEMATIQUE DE LA CONVERGENCE INDE-ASIE (avant et après la
collision)
1a. Dérive continentale globale depuis 250 Ma
1b. Cinématique relative Inde-Eurasie
1c. Accrétion et déformation continentale avant la collision
-Destruction et Evolution de la Pangée et de la Téthys depuis 300Ma
-Les collages avant la collision Inde-Asie
2. CONSTRUCTION DE LA CHAINE ET EVOLUTION DU CONTINENT
(pendant la collision)
2a. Déformation de l’Asie après la collision
2b. Grandes structures géologiques Himalaya – Tibet
2c. Coupes et modèles d’évolution de la collision, chronologie
2d. Bilan: roches « témoins », mise en place des ophiolites
Ceintures ophiolitiques,
magmatisme, et
espaces océaniques
disparus
Bloc
Ceinture, âge Volcanisme, âge suture
Kunlun
Kunlun
Paléozoïque
Songpan-GanzeJinsha
Trias
QianTang
Bangong-Nujiang Jur> - Crét.<
Lhasa
Indus-Tsangpo 55 Ma
Inde
Replumaz et al., 2010
1
2b. Grandes structures
géologiques Himalaya – Tibet
Observations
1. Géologie de surface
2. Structures crustales
3. Tomographie mantellique
Topographie et failles actives actuelles
2
Identification des unités constitutives en
Himalaya central
1. Les Siwaliks = chaînons détritiques néogènes-quaternaires, de type molassique
Structure: écailles qui chevauchent vers le S le Quaternaire du bassin du Gange (contact:
MFT=MST)
2. Le Bas Himalaya = séries précambriennes (gneiss, schistes) ou plus récentes,
empilées en nappes pluridéformées – Présence de nappes du Haut Himalaya
(Kathmandou)
Structure: Schistosité plate régionale, linéation d’étirement sub-perpendiculaire à la
chaîne - chevauche vers le S les Siwaliks (contact: MBT)
Métamorphisme: intensité croissante vers le haut – Atteint le faciès Amphibolite
3. Le Haut Himalaya = substrat précambrien-cambrien en dalle (5-10 km, dite du
Tibet) + série sédimentaire Ordovicien-Eocène < (~10 km), peu métamorphique, au
faciès de plateforme continentale subsidente – Inclusions: massifs cristallins internes
(dômes de Tso Morari, Gurla Mandata, et quelques leucogranites récents: Eocène?)
Ceinture de roches métam. (Kangmar) exhumées de ~30 km en 3 Ma, vers –20 Ma
Structure: succession de nappes et plis déversés au S ou au N, déformation polyphasée –
chevauche vers le S le Bas Himalaya (MCT) – Grande faille normale à plongement N =
Faille nord-Himalayenne (FNNH = zone de détachement du Sud Tibet) sur 1500 km
Métamorphisme: intensité croissante vers le bas (faciès Amphibolite, ~7 kbar, ~700°) –
Affecte surtout la dalle du Tibet -Dômes: Faciès éclogite BT (17 kb, 550°) exhumés très tôt
(avant l’Oligocène)
3
4. La suture Indus – Tsang Po = domaine ophiolitique de la néo-Téthys, avec
unités à faciès flysh (base de la marge indienne ancienne), lames de radiolarites, de
schistes bleus, de péridotites, de flyshs greywakeux et de conglomérats continentaux
Structure: en écailles pluridéformées, parfois verticalisées – Lames trouvées en klippes
sur le Haut Himalaya
5. Les séries d’arc du Dras-Kohistan (Kashmir) = zone de suture
dédoublée – ensemble volcanique et magmatique basique, affinité tholéitique (ancien
arc intraocéanique)
Structure: séries très déformées
6. La chaîne transhimalayenne = formation magmatique et volcanique calcoalcaline Crétacé sup. – Eocène (batholite du Ladakh, volcans calco-alcalins paléogènes),
mise en place sur la marge continentale du sud-Tibet (substratum métamorphique
recouvert de séries sédimentaires émergées au Crétacé sup.)
4
Vues sur ensembles géologiques de la chaîne
K-E
Cam-K
Bloc de
Lhasa
N
Modifié d’après Lombardo et al., 2000.
Structures crustales et
mantelliques:
imagerie géophysique
par stations
sismologiques
(Voir aussi: profils
« INDEPTH)
Position de l'ensemble des stations sismologiques (ronds
rouges) déployées au Népal et au Tibet dans le cadre de
l'expérience Hi-Climb. La limite nord de la croûte indienne,
déduite de l'analyse des données, est indiquée par la ligne
jaune. © Nabelek et al. Science 2009
5
Profil N-S des 100 premiers kilomètres de la lithosphère montrant les différentes interfaces imagées. Les couleurs rouges (resp. bleues)
indiquent des interfaces où la vitesse augmente (resp. diminue) avec la profondeur. La principale interface rouge, visible entre 40 et 80 km de
profondeur, correspond à la discontinuité de Mohorovicic. Au centre de l'image, la superposition de 2 interfaces témoigne de la présence de la
croûte indienne sous le Sud du plateau tibétain © Nabelek et al. Science 2009
- 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 qui
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:
Données sismiques: INDEPTH
6
Histoire de la convergence: quelques scenarii simples
Proxy le plus
couramment
utilisé: la
tomographie
sismique
Replumaz
et al.,
2010
2c. Coupes et modèles d’évolution de la collision,
chronologie
7
Lagabrielle, 2003
8
Lagabrielle, 2003
Les collages avant la collision Inde-Asie: « Paleotectonic Evolution of Tibet »
Modèle de collage de blocs
« The geological history of India-Asia is a
sequence of continental collisions in the Triassic
Late Cretaceous and Tertiary » (Bruce Yardley)
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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)
2d. Bilan: roches « témoins »,
mise en place des ophiolites
- Témoins de subduction océanique
- Témoins de la collision continentale
- Obduction: variation, signification géodynamique
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Témoins de subduction océanique
Essentiellement plutoniques:
- Batholite trans-himalayen
granodioritique, collé a la ITSZ, –120
à – 40 Ma - subduction type andin
Karakoram
-Dans le NW, s’ajoute le batholite
calco-alcalin de Karakoram, 12088 Ma.; seconde subduction type
arc insulaire actif = bassin AA en
subduction.
Lhasa
D’après Sandeep Singh et al., 2002
Faille du Karakoram sépare une zone à subduction andine
à l’Est (marge tibétaine active) d’une zone d’arc insulaire à
l’Ouest (Karakoram)
Témoins de la collision continentale
Sutures ophiolitiques
Sédiments téthysiens
Métamorphisme
Siwalik néogène
Bas Himalaya
Haut Himalaya
cristallin
Téthys Himalaya
Ophiolites
Modifié d’après
Batholite
Schill
Schilletetal.,
al.,2002
2002.
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a. sutures ophiolitiques
Suture ophiolitique de L’IndusTsangpo:
-datée à 55 Ma, accompagnée de flyschs et
conglomérats crétacé-éocènes
-ensemble de péridotites, gabbros
serpentinites, schistes bleus et basaltes
(110 Ma)
Aitchison et al., 2002
Seconde suture dans le NW:
Suture de Shyok, datée à 70 Ma,
suture du bassin de Karakoram
Sutures plus anciennes ensuite
b. Sédiments téthysiens
•Succession épaisse quasi-complète
Paléozoïque inférieur - Tertiaire:
• Carbonates
• Sédimentation détritique-terrigène
• Volcano-clastites (Permo-trias,
Crétacé Inf.)
•Sédimentation marine de la
marge passive indienne
Upreti et
al., 1999
Myrow et al., 2003
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c. Métamorphisme himalayen
Minéralogie prograde
S
N
• Métamorphisme schistes vertsamphibolites–éclogitiques
• Ecailles crustales métamorphisées
en profondeur
• Exhumation postérieure aux
sédiments téthysiens
Liou et al., 2004
Voir Film (2 x 25 mn) en VHS:
« Déformation et métamorphisme dans une chaîne de collision »
Coleman, 1971
13
Obduction synthétique de la
subduction
Le plus fréquent
Note: la subduction est intra-océanique –
Parfois: non classé dans obduction s.s.
Obduction antithétique de
la subduction
Sud-Chili, Alaska, Nouvelle-Zélande…
Ribeiro, 2002
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COLLISION INDE-ASIE
1. CINEMATIQUE DE LA CONVERGENCE INDE-ASIE (avant et après la
collision)
2. CONSTRUCTION DE LA CHAINE ET EVOLUTION DU CONTINENT
(pendant la collision)
3. MODELISATION DE LA CONVERGENCE (limites et problèmes)
3a. Extrusion continentale: mythe ou réalité?
3b. Ecaillage des unités : mécanismes?
3c. Construction du Plateau Tibétain: origine? Modalités?
3. MODELISATION DE LA CONVERGENCE
(limites et problèmes)
3A. EXTRUSION CONTINENTALE : MYTHE OU REALITE ?
Quand?
Comment?
-
Modèles:
- Déformation finie critères géologiques
Déformation instantanée critères géodésiques
Pourquoi?
-> OBJECTIF: Etablir les liens temporels, spatiaux, et de causalité,
entre ces événements, en incluant l’évolution de la lithosphère
océanique indo-australienne
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Déformation finie
Expérience du poinçon: importance du confinement latéral
2 modèles alternatifs
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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’.
•
Déformation finie: modélisation numérique
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Déformation instantanée
Champ de 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.
Champ de vitesses
« instantanées »
GPS
Données nombreuses aujourd’hui!
Importance du référentiel
Gan et al., 2007
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Dynamique de la déformation asiatique
Dynamique de la déformation asiatique
Dynamique de la 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
Contribution à la déformation des différentes forces en jeu
1. Forces de volume + 2. Collision IN/EU + 3. Dynamique subduction océanique
EU
PAC
IN
Vergnolle, 2002
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Relations entre variations de vitesse de la
convergence et le bilan extrusion-épaississement
Actuel:
Vitesses GPS compilées en Asie
Vitesses comparées entre mesures géodésiques court terme et mesures
“géologiques” long terme (NUVEL-1A):
•
• L’Inde converge avec l’Eurasie ~13-14 mm/an moins vite!
• L’Arabie converge avec l’Eurasie ~6-9 mm/an moins vite!
Mouvement relatif Australie-Inde accommodé dans l’Océan Indien - V ~11 mm/an plus
élevé!
3. MODELISATION DE LA CONVERGENCE
(limites et problèmes)
3B. ECAILLAGE DES UNITES DE L’HIMALAYA : MECANISMES ?
Objectifs: recherche des causes – Mécanismes – Processus Evaluation des principaux points conflictuels - Perspectives
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Un modèle d’exhumation: Principe
Exemple pris dans le bassin Pannonien
Schéma d’exhumation des roches HP-UHP
Un modèle
d’exhumation:
scénario
envisagé dans
les années
2000
Pb: éclogitisation
21
Tectonophysics 342 (2001) 113– 136
3. MODELISATION DE LA CONVERGENCE
(limites et problèmes)
3c. 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)
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Cas du Tibet: contraintes présentes et passées
ε = σ / η (σσ, T, …)
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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.
Quelques modèles:
Croissance vers le nord par
blocs
Tapponnier et al., 2003
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Points à discuter/compiler
•
Cinématique
– Avant collision: Distance parcourue par
l’Inde? Quels changements de vitesse et de
direction? Combien de blocs (arcs?)
accrétés entre Chine du Nord et Inde?
Quelles vergences?
– Après collision (~50 Ma): Importance du
ralentissement? Causes possibles? Distance
parcourue par l’Inde? Mode de transfert de
la déformation? Quantité de
raccourcissement de l’Inde, de l’Asie?
Mode d’épaississement du plateau
Tibétain? « Quantité » cumulée d’extrusion
probable? Variations de l’extrusion:
Causes, arguments? Traces de la
subduction passée? Relations entre le
modèle extrusion-épaississement et les
variations de vitesse?
•
Collision s.l.
– Collision: bloquée/non transférée?
Causes? Présence Ecailles ophiolitifères
/ Lames granito-gneissiques ?
– Forme arquée: héritée/induite?
– Clivage crustal: Recherche Position des
nappes crustales empilées (comparer par
exemple Himalayas népalais et WPamir)
Questions - Réponses
Avant collision:
Distance parcourue par l’Inde: 4400-6000 km de –96 Ma à –50 Ma -> V ~de
10 à 15 cm/an
(12 000 km en fait depuis 130 Ma)
Changements de vitesse et de direction de l’Inde: ~50-52 Ma – entre 50 Ma et
40 Ma – puis 5 cm/an - rotation anti-horaire – changement à 20-15 Ma
Blocs et arcs accrétés entre Chine du Nord et Inde: Kunlun Songpan-Ganze Qiantang
Lhasa
Vergences des subductions, taille des océans: variables
Après collision (~50 Ma):
Importance du ralentissement: 1/2
Causes possibles: collision intercontinentale
Distance parcourue par l’Inde: 2500 km depuis 50 Ma
Mode de transfert de la déformation:
Quantité de raccourcissement de l’Inde, de l’Asie: Inde 1000 km, Asie: extrusion moyenne 500
km – Raccourcissement 1000 km
Bilan des vitesses:
- GPS/long terme: 1,4 cm/an en –
- GPS/sismicité: 2 cm/an en + à travers chaîne
« Quantité » cumulée d’extrusion - Variations de l’extrusion: Causes, arguments:
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