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  • 1

    UE « Synthèses géologiques »

    Jacques Déverchère : Chaînes récentes

    (1) Introduction à l’étude des chaînes alpines (2) Aspects de la collision Inde-Asie

    (3) Evolution du domaine méditerranéen

    Thèmes: (1) « Téthys » - Chaînes récentes – (2) Chaînes anciennes

    2010

    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 - Principaux événements tectoniques - Structure des plaques en 3D - Tectonique cassante-ductile et exhumation des roche s 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

    Jacques DEVERCHERE Certaines illustrations proviennent des cours de

    Laurent JOLIVET et Joseph MARTINOD

    Site Web de reconstruction cinématique: http://www.itis-molinari.mi.it/Intro-Med.html

  • 2

    Chaînes de Montagne

    Bassins en extension

    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 occidental ?

    – Origine gravitaire: Rollback 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: – 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 ?

  • 3

    D. Contexte « Téthysien »

    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.

    Tectonique active et limites de plaques

  • 4

    Les déplacements depuis 70 Millions d’années

    Dewey et al., 1989

    Vitesses de rapprochement (mm/an) entre principales plaques (Eurasie fixe)

  • 5

    Vitesse de convergence dans la zone de subduction?

    1. Les séismes localisés de 1960 à 2001 Autres arguments:

  • 6

    Autres arguments: 2. Les régimes de contraintes actuels (WSM)

    Refs Spakman, Wortel, Bijwaard...

    3. La tomographie sismique Autres arguments:

  • 7

    Tectonique cassante-ductile et exhumation des roches métamorphiques

    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

  • 8

    Exemples de chemins P-T-t

    P

    T

    1. Chemin de rétromorphose dans

    une plaque chevauchante, loin de

    tout détachement

    P

    T

    Refroidissement rapide

    par les unités

    superficielles par

    conduction efficace

    Refroidissement

    final en surface

    2. Chemin de rétromorphose de

    roches au mur d’une faille plate

    (détachement)

    Décompression isotherme

    -> Compétition entre phénomènes thermiques et tectoniques

    « thermique » « tectonique »

    ε = σ / η (σ, T, …)

    Exemple: Evolution thermique simplifiée

    au cours de l’extension d’une

    croûte continentale

  • 9

    Chaînes de montagne et roches métamorphiques de haute pression - Schistes bleus et éclogites

    Collapse / backarc basinsChaînes écroulées et bassins en extension

  • 10

    La Méditerranée orientale: - Mer Egée: Exhumation des roches métamorphiques

    100-70 Ma

    60-35 Ma

    30-20 Ma

    RHODOPE

    CYCLADES

    PELOPONNESE CRETE

    Direction d’extension éocène- oligo-miocène Ages d’exhumation

  • 11

    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

    Extension Eocène-Oligocène <

    Exhumation Oligo-Miocène

    Exhumation Eocène

  • 12

    Bilan Cyclades-Ouest Turquie : Exemples de Tinos-Naxos

    Détachements avec déformation ductile à cassante tr ès intense

    Miocène: Faciès schiste vert (P: 3-4 kbars, T 350-40 0 °C): conditions comparables à celles actuelles sous le g olfe 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)

    Bilan - Interprétation Un continuum d’exhumation de l’Eocène à l’actuel

  • 13

    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 froidNorth Cycladic Detachment

    System (Jolivet et

    al., 2010)

  • 14

    Cinématique Finie: Reconstitution

    hypothétique de l’histoire de la convergence en Méditerranée orientale (sur une coupe N-S)

  • 15

  • 16

  • 17

  • 18

    Anatolie: Histoire Cénozoïque, relations avec les plaques voisines,

    modélisation

    Vitesses actuelles mesurées par GPS (par rapport à l‘Eurasie)

    LES DONNEES

  • 19

    Déplacements mesurés par GPS dans un

    référentiel lié à l’Eurasie,

    d’après Mc Clusky et al., 2000

    Données géodésiques et

    sismologiques -> cinématique

    actuelle détaillée

    de l’Est Méditerranéen

    Dans un référentiel lié à

    l’Eurasie:

    • l’Afrique se déplace peu

    • l’Arabie se déplace vers le

    NNO à ~ 17 mm/an

    • le bloc d’Anatolie centrale se

    déplace vers l’ouest à ~20 – 25

    mm/an

    • le sud de la Mer Egée se

    déplace vers le SO à plus de

    30 mm/an

    LES DONNEES

    LES DONNEES

  • 20

    LES DONNEES

  • 21

    Faccenna et al., EPSL, 2006

    Tomographie sismique (Piromallo & Morelli, 2003)

    Continuité du slab sous l’Egée

    Rupture du slab sous Bitlis

    LES DONNEES

    Causes du mouvement latéral de l’Anatolie-Egée ?

    • Poinçonnement de l’Eurasie par l’Arabie (Tapponnier, 1977)

    poussée exercée par l’avancée de ce continent (« extrusion »)

    • Subduction de la Méditerranée orientale sous l’Arc Hellénique et l’Arc Chypriote :

    (Berckhemer, 1977)

    forte traction car la plaque océanique est âgée et la convergence Afrique-Europe très lente

    => Retrait de la fosse

    Retrait de la fosse

    QUESTION:

  • 22

    Etude de l’étalement gravitaire de l’Egée à la suite du retrait de la fosse Hellénique : Dispositif expérimental (Gautier et al., 1999)

    Gautier et al., 1999

  • 23

    Les données paléomagnétiques (e.g. Kissel & Laj) mettent en évidence des rotations horaires Néogènes en Grèce continentale, des rotations nulles ou anti-horaires dans l’ouest de la Turquie

    Etape suivante: Modélisation du poinçonnement d’un continent avec étalement gravitaire

  • 24

    Expérience avec effondrement

    gravitaire

    Expérience sans contraste de densité entre la lithosphère continentale et le manteau supérieur

    Martinod et al., 2000

    Il f

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