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 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

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 2001Autres arguments:

6

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

Refs Spakman, Wortel, Bijwaard...

3. La tomographie sismiqueAutres arguments:

7

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

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: Evolutionthermique 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 écrouléeset bassins en extension

10

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

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

13

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)

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 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:

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’uncontinent 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 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!!!

25

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)

26

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

27

Avec détachement de slab

Sans détachement de slab

Regard et al., 2005

d’après Faccenna et al., 2006

28

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