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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 MéditerranéeCadre 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 DEVERCHERECertaines illustrations proviennent des cours de

Laurent JOLIVET et Joseph MARTINOD

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

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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 ?

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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

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Les déplacements depuis 70 Millions d’années

Dewey et al., 1989

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

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Vitesse de convergence dans la zone de subduction?

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

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

Refs Spakman, Wortel, Bijwaard...

3. La tomographie sismiqueAutres arguments:

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Tectonique cassante-ductile et exhumation des roches métamorphiques

Chemins P-T-t : PrincipesErosion + 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

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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: Evolutionthermique simplifiée

au cours de l’extension d’une

croûte continentale

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

Collapse / backarc basinsChaînes écrouléeset bassins en extension

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

100-70 Ma

60-35 Ma

30-20 Ma

RHODOPE

CYCLADES

PELOPONNESECRETE

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

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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

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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 - InterprétationUn continuum d’exhumation de l’Eocène à l’actuel

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Le gradient P/T refroiditdu 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)

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Cinématique Finie:Reconstitution

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

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Anatolie: Histoire Cénozoïque, relations avec les plaques voisines,

modélisation

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

LES DONNEES

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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

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LES DONNEES

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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 sousl’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:

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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

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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’uncontinent avec étalement gravitaire

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Expérience avec effondrement

gravitaire

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

Martinod et al., 2000

Il faut à la fois une poussée à l’Est et une traction à l’ouest pour déclencher le mouvement latéral de l’Anatolie

LE PARADOXEL’extension arrière-arc en Egée remonte à l’Oligocè ne

(e.g. Gautier et al., 1999)La collision Arabie-Eurasie date également de l’Oli gocène supérieur

(Agard et al., 2005)Les conditions nécessaires au mouvement vers l’oues t de l’Anatolie semblent

donc réunies dès cette époque

Pourtant, la faille nord-Anatolienne n’apparaît qu’au Miocène supérieur –Pliocène!!!

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L’analyse de l’évolution magmatique et géomorphologique de l’Anatolie orientale suggère également un détachement de slab au Miocène supérieur

Keskin, 2003

Dispositif expérimental

(modèles réalisés à l’Università Roma TRE, thèse V. Regard, 2003)

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Vue de dessus après 28 heures d’expérience

Début de la collision continentale

28 heures

30 heures

32 heures

34 heures

Détachement de slab sous la zone de collision continentale -> Accélération du raccourcissement entre les deux continents, et augmentation de l’extension au-dessus de la subduction océanique

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Avec détachement de slab

Sans détachement de slab

Regard et al., 2005

d’après Faccenna et al., 2006

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CONCLUSIONS de M. Martinod:Plusieurs phénomènes sont à l’origine de la cinématique actuelle de l’Anatolie-Egée• 1. poinçonnement de l’Eurasie par l’Arabie• 2. forces liées au relief de l’Anatolie• 3. traction arrière-arc exercée par le slab situé sous l’Arc Hellénique

L’analyse du champ de déformations actuel (mécanismes au foyer décrochants à extensifs jusqu’à 40°E) confirme le r ôle prépondérant joué

par la traction du slab et le relief de l’Anatolie dans la cinématique actuelle de cette plaque

Hypothèse: La rupture du slab sous Bitlis (Est Anatolie) a entraîné une forte

augmentation des forces issues du relief de l’Anatolie et de la traction du slab

hellénique


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