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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!!!
![Page 25: UE « Synthèses géologiquesjacdev/ens/medor10.pdf-Tectonique active et limites de plaques-Cinématique instantanée et Cinématique finie-Principaux événements tectoniques-Structure](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081617/60498ab123b5ae3f135cbd74/html5/thumbnails/25.jpg)
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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)
![Page 26: UE « Synthèses géologiquesjacdev/ens/medor10.pdf-Tectonique active et limites de plaques-Cinématique instantanée et Cinématique finie-Principaux événements tectoniques-Structure](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081617/60498ab123b5ae3f135cbd74/html5/thumbnails/26.jpg)
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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
![Page 27: UE « Synthèses géologiquesjacdev/ens/medor10.pdf-Tectonique active et limites de plaques-Cinématique instantanée et Cinématique finie-Principaux événements tectoniques-Structure](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081617/60498ab123b5ae3f135cbd74/html5/thumbnails/27.jpg)
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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