Méditerranée occidentale - Perso-sdt

Jacques Déverchère - 2011
Méditerranée occidentale
Problématiques
scientifiques
1. Nature géologique de la Méditerranée occidentale: variabilité spatiale, histoire
2. Naissance et disparition des océans: chronologie, importance des mouvements, forces en jeu
3. Rhéologie continentale et océanique: quelles conséquences sur le mode de déformation et sur
l’évolution des limites de plaques et des zones de déformation diffuse?
4. Relations surface-profondeur
5. Relations terre-mer
PLAN
• 1. Introduction: faits géologiques et géophysiques marquants
– Déformations actuelles: séismes, GPS
– Chaînes, roches volcaniques et HP
• 2. Reconstructions cinématiques
–
–
–
–
Visions conceptuelles : origine des bassins récents
Reconstructions semi-quantitatives
Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran
• 3. Analyses terre-mer régionales
– Zooms sur la côte du Maghreb: Ouest, centre, est Marge Algérienne
– Zoom sur le bassin Ligure et ses bordures
– Evocation du Nord de la mer Tyrrhénienne
• 4. Réflexions finales sur le « roll-back »
1
Séismes: une limite diffuse, des séismes majeurs à
terre et en mer
Eurasie
Sismicité 1901-2004
Afrique
Serpelloni et al., 2007
Suture Zone Interne-Zone Externe
PROBLEMATIQUE TERRE-MER
Domzig et al., 2006
(Maouche et al., 2009)
1962-2004
« Tsunami earthquakes »
(Stich et al., 2003)
2
Mécanismes au foyer et tenseurs: un « serrage »
1962-2004
(Biggs et al., 2006)
(Stich et al., 2003)
Sommation des tenseurs de moment: orientation des axes P et T
(Serpelloni et al., 2007)
3
Shmax
(Fernandez-Ibanez et al., 2007)
Régimes de contrainte locaux
(Fernandez-Ibanez et al., 2007)
4
Interférences entre
différentes sources de
contraintes (différentes
épaisseurs de la croûte
et de sédiments,
présence de la TASZ =
Trans-Alboran Shear
Zone, NE-SW
TASZ
(Fernandez-Ibanez et al.,
2007)
Schéma tectonique et de partage de déformation en Alboran
Rotations de contrainte par rapport au champ de contrainte régional
(Fernandez-Ibanez et al., 2007)
Données magmatiques et géochimiques
1: Tholéïtes
2-3: calco-alcalin
4: shoshonites
Savelli (2002)
Suggère l’influence d’une subduction au Miocène-PQ Méditerranée occidentale
Réhault et al. (1984)
Lonergan & White
(1997)
5
GPS: confirmation – une part « offshore »?
Eurasie
E. Calais
Pers. Comm.
2004
Afrique
Les limites du modèle Nubie/Europe
• Prédictions géologiques et géodésiques:
(Serpelloni et al., 2007)
• Un changement de direction et de vitesse depuis 3 Ma? Rotation
anti-horaire de 20°, décroissance de vitesse de 20% (Calais et
al., 2003)
6
2 transects
indicateurs
d’une
déformation
significative
en mer
(Serpelloni et al.,
2007)
GPS: un part offshore?
Eurasie
0.0 ±0.3
1.6±0.6 3.9 ±0.9
1901-2004
2.7±0.6
2.7±0.9
mm/an
Afrique
Serpelloni et al., 2007
Suture Zone Interne-Zone Externe
Réponse: oui: peut-être 1/3 à ½ du racourcissement horizontal Afrique-Europe
7
Jacques Déverchère - 2009
2. Reconstructions cinématiques de
l’Ouest Méditerranéen
•
•
•
•
•
A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents
B. Reconstructions semi-quantitatives
C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran
E. Conclusions
1A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents
Situation précédant la formation des bassins récents
1924-1974
CONCEPTS:
- Dérive continentale
- Rotation de
microplaques
- Migration de subduction
Visions avant
l’ouverture des
bassins au
Cénozoïque
(d’après
Rosenbaum et al.,
2002)
-> un océan
Téthys
-> une
« lanière »
continentale qui
sera dispersée
8
2A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents
Le « roll-back » du slab téthysien
Le concept du « roll back » appliqué à la
Méditerranée occidentale
Réhault et al. (1984)
Lonergan & White (1997)
0 Ma
4 Ma
11 Ma
15 Ma
18 Ma
Océan néogène
35 Ma
9
2B. Reconstructions semi-quantitatives
Un bloc
(« terrane ») :
ALKAPECA
entouré de 2
branches
océaniques (océan
bétique-pennique
et océan magrébin)
-> subduction
diachrone à double
vergence autour
d’Alboran
Collision Ibérie/Terrane et subduction de la
lithosphère océanique africaine sous le Terrane:
-> Plaque Alboran
subduction « apenninique-maghrébine »
quasi « en place »
-> Compatible
Collage de l’ALKAPECA sud sur les deux continents
– Rifting et effondrement du Terrane Alboran :
avec le roll back
formation du bassin d ’Alboran
-> Rôle limité d’une
Q: Modalités du « collapse » Alboran? subduction
« atlantique »
Remontée des roches HP?
Michard et al., 2002
Gelabert et al., 2002, Gueguen et al., 1998
Subduction de la lithosphère océanique de la
plaque Ibérie (océan bétique-Pennique) sous le
« Terrane »: Subduction « alpine »
2B. Reconstructions semi-quantitatives
Mauffret et al., 2004 :
23 Ma
ALKAPECA = avant-arc unique reculant
d’abord vers le SE puis déplacement tardif
du bloc Alboran
-> Plaque Alboran :
D’abord en position septentrionale, lente
migration avec le slab vers le sud
Puis déplacée de près de 600 km vers
l’ouest après 16 Ma
-> Compatible avec le roll-back
-> Rôle majeur du roll-back atlantique
Q: Signature du déplacement de la
16 Ma
plaque Alboran? Nature des marges?
Volumes? Compatibilités cinématiques?
10
2B. Reconstructions semi-quantitatives
Mauffret et al., 2004
Ce modèle suppose une bande de 600 km de
croûte océanique formée entre 16 et 8 Ma: 10 cm/an
8 Ma
Q: Signature du déplacement de la plaque Alboran? Implications sur la nature des marges?
Volumes respectés? Magmatisme d’Alboran? Croûte Alboran Est? Compatibilités cinématiques?
2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
Nouvelle interprétation des
anomalies magnétiques:
Chrones C13n à C6n
« Black circles are control points
along identified transform faults
(thin small circle arcs ) »
11
30 Ma
33.1
Ma
23 Ma
Données ESP, intégration géologique
Calcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation prérift associés aux pôles d’Euler, 11 plaques
16 Ma
2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
30 Ma
Chrone C13n à C6n. Nouvelle interprétation des anomalies mag.
Données ESP, intégration géologique
23 Ma
Calcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation prérift associés aux pôles d’Euler
16 Ma
12
2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
26 Ma
23 Ma
16 Ma
2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
21 Ma
23 Ma
16 Ma
13
2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)
19 Ma
23 Ma
?
16 Ma
« In contrast with models that assume a late opening of the
Algerian Sea we propose that this basin formed during the
last phase of the rotation of Sardinia and Corsica »
-> Ouverture bassin algérien: pendant la dernière phase de rotation corso-sarde - Q: Et Alboran?
2D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran
-> Variété des modèles pour expliquer la structure profonde de la mer d’Alboran
Calvert et al. (2000)
23 Ma
Torné et al., 2000
16 Ma
Slab break-off Bétique
14
2D. Modèles géodynamiques pour la mer
d’Alboran
-> Modèle du Slab Roll-back (Duggen et al., 2004)
23 Ma
Limite Oligocène-Miocène (24 Ma) :
Collision du Microcontinent Alboran
dans les chaînes Bétiques et Rif.
provoquerait de l’anatexie
crustale
Cause: « Collapse »?
Fin Miocène :
Fixation du bloc d’Alboran entre
l’Ibérie et l’Afrique
Arrêt/ Ralentissement du Roll Back
16 Ma
Evolution géodynamique de la zone Alboran
2D. Modèles géodynamiques pour la
mer d’Alboran
Subduction-Transform Edge Propagator
Govers et al., 2004
(STEP):
23 Ma
Gutscher (2004)
Miocène Moyen: séries tholéïtiques à
calco-alcalines par relâchement de fluides
provenant du slab (coin mantellique)
Fin Miocène – Quaternaire:
* Réouverture du détroit de
Gibraltar
* Reprise du Rollback vers
l’Ouest
16 MaVolcanisme alcalin
basaltique de type intraplaque
Modèle compatible avec la délamination
15
Corollaire: le détachement (par déchirure)
du slab téthysien: le « moteur profond? »
Carminati et al.
(1998)
Détachements latéraux de
slab contre la marge
africaine
Faccenna et al.
(2004)
Reliques de slab détaché?
2E. Conclusions
- Le slab roll back vers le SE est le phénomène dominant entre 23 et 16 Ma
- La collision entre blocs Kabyle et l’Afrique intervient vers 21-19 Ma, de manière oblique
- Les modèles convergent qualitativement pour indiquer un roll back précoce vers le SE suivi
d’un roll back Alboran vers l’Ouest (les « courants asthénosphériques » de Mattauer 2007)
- Les modèles divergent quant à l’ampleur du mouvement vers l’ouest d’Alboran : ~600 ou ~200
km? Et donc sur l’âge, l’origine et la structure du plancher océanique et des marges
- Les détachements latéraux de slab
sont probables mais restent mal
connus en position et chronologie
- Modèle combinant SchettinoDuggen-Michard-Gueguen: à
confirmer?
- Modèle avec 2 générations
distinctes de marges (passives puis
en STEP) de part et d’autre du
bassin profond algéro-provençal ?
Camerlenghi et al., 2009
16
Recul de la subduction: Apports de la tomographie et des
datations – Conséquences
Faccenna et al., 2001
•
•
Vitesse rifting, drifting: 1 à 6 cm/an!
Amincissement en « boudins »: causes?
•
•
Largeur des marges: contrôle? (Taux-Rhéologie)
« Pause » de 5 Ma (Ligure - Tyrrhénienne): Pourquoi?
4. Réflexions sur le rollback
Reconstitution du rollback
• Migration par
sauts
• Détachement
progressif:
– 30 Ma: Alpes
– 21-18 Ma:
Afrique W-E
30
21
18
15
Carminati et al., 1998
17
Synthèse: Limites de plaques – Age du début de
l’extension – directions d’extension et de transport
Jolivet et Faccenna, 2001
Q – quels observations pour contraindre cette carte?
Age de la première extension (Jolivet & Faccenna, 2000)
18
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)
Bilan
• Forces en présence: 2 dominent et entrent en compétition:
– Origine cinématique: Convergence Afrique-Eurasie
– lente
– Reconstructions paléotectoniques de la Méditerranée
– Reconstructions géodynamiques du domaine méditerranéen occidental
– Origine gravitaire: Rollback du panneau plongeant
– Mise en évidence par arguments tectoniques, minéralogiques,
métamorphiques, structuraux, paléomagnétiques, etc…
– Hypothèses: Ralentissement de convergence – changement de forme du slab par
contact sur la discontinuité à 660 km
– Conséquences sur la mécanique de l’extension: boudinage, à-coups du recul,
variations de la succion et du couplage interplaque
– Autres phénomènes dynamiques associés: détachement,
délamination lithosphérique, effondrement gravitaire des chaînes, collision de blocs
provenant des arcs ou de l’avant-arc, volcanisme bimodal et diachrone
• Structures lithosphériques: forts contrastes observés
résultant de cette évolution
19
5. Remarques conclusives
•
•
•
•
Cycle de Wilson et cycle alpin
Phases d’accrétion dominante
Phases de subduction dominante
Phases de collision: fin de cycle
Coleman, 1971
20
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
21
I. Introduction (3)
Problème plus général:
Comportement du « slab » et du manteau environnant…
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
Lallemand et al., 2005
22