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Méditerranée occidentaleProblématiquesscientifiques

1. Nature géologique de la Méditerranée occidentale: variabilité spatiale, histoire2. Naissance et disparition des océans: chronologie, importance des mouvements, forces en jeu3. 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-profondeur5. Relations terre-mer

Jacques Déverchère – 2015

PLAN• 1. Introduction: faits géologiques et géophysiques marquants

– Déformations actuelles: séismes, GPS– Chaînes, roches volcaniques et HP– Le messinien (MSC)

• 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

• 4. Réflexions finales sur le « roll-back »

2

Serpelloni et al., 2007

Eurasie

AfriqueSismicité 1901-2004

Suture Zone Interne-Zone Externe

PROBLEMATIQUE TERRE-MERDomzig et al., 2006

1. IntroductionSéismes: une limite diffuse, des séismes majeurs à terre et en mer

(Stich et al., 2003)

1962-2004(Maouche et al., 2009)

« Tsunami earthquakes »

3

(Biggs et al., 2006)

1962-2004Mécanismes au foyer et tenseurs: un « serrage »

(Stich et al., 2003)

(Serpelloni et al., 2007)

Sommation des tenseurs de moment: orientation des axes P et T

4

Shmax(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

Régimes de contrainte locaux(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

5

Schéma tectonique et de partage de déformation en AlboranRotations de contrainte par rapport au champ de contrainte régional(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

Interférences entre différentes sources de contraintes (différentes épaisseurs de la croûte et de sédiments, présence de la TASZ = Trans-Alboran Shear Zone, NE-SW(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

TASZ

Données magmatiques et géochimiques

Réhault et al. (1984)

Lonergan & White (1997)

Savelli (2002)

1: Tholéïtes2-3: calco-alcalin4: shoshonites

Suggère l’influence d’une subduction au Miocène-PQ Méditerranée occidentale

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Eurasie

Afrique

GPS: confirmation – une part « offshore »?

E. CalaisPers. Comm.

2004

Les limites du modèle Nubie/Europe

• Prédictions géologiques et géodésiques:

• Un changement de direction et de vitesse depuis 3 Ma? Rotation anti-horaire de 20°, décroissance de vitesse de 20% (Calais et al., 2003)

(Serpelloni et al., 2007)

7

(Serpelloni et al., 2007)

2 transects indicateurs d’une déformation significative en mer

1.6±0.6 3.9 ±0.9

Serpelloni et al., 2007

Eurasie

Afrique1901-2004

Suture Zone Interne-Zone Externe

GPS: un part offshore?

mm/an

2.7±0.62.7±0.9

0.0 ±0.3

Réponse: oui: peut-être 1/3 à ½ du racourcissement horizontal Afrique-Europe

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GNSS velocities and 95 per cent confidence ellipses in a fixed Eurasian reference frame for the Algerian margin, Eastern Betics and Baleares Promontory area

Convergence Afrique-Europe « post-roll-back »

-> Une partie de la convergence est absorbée dans les Bétiques orientales-> Algérie: 1 à 2 mm/an (max.) sont absorbés en mer-> Maroc et arc de Gibraltar montrent un fort mouvement tangentiel vers l’Ouest par rapport à la convergence

Palano et al., 2015

Un « facteur » spécifique: la Crise de Salinité Messinienne (MSC)

Clauzon et al. 1995

5.9Ma 5.32Ma

0 Late Miocene Fluvial aggradationI Late Miocene abandonment surf. II Messinian Erosional UnconformityII’ Evaporites deposition

IV Pliocene Gilbert delta progradationIII Pliocene flooding

V Late Pliocene (Zanclean) Abandonment Surface

2.6Ma

- Une crise hors norme, de 5.7 à 2.6 Ma (crise s.s. de 5.9 à 5.3 Ma)- Une forte empreinte à terre et en mer

Contrôle eustatique + tectonique

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Canyons messiniens et/ou Gilbert deltas Pliocène autour de la MéditerranéeRhone

Ebre

Nil

Connus et publiés Etudiés En cours d’étude

Identifiés D’après carte Hachette, J-L. Rubino, 2007

Empreintes à terre: séries évaporitiques de bassins marginaux, canyons messiniens, remplissages pliocènes

Messinien (MSC)

Synthèse récente: nomenclature uniforme – Rôle important du diapirisme salifère – Détritisme variable

Lofi et al., 2011

Messinien (MSC)

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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 et le bassin Algérien

• E. Conclusions

Jacques Déverchère – 2015

1924-1974

Visions avant l’ouverture des bassins au Cénozoïque (d’après Rosenbaum et al., 2002)-> un océan Téthys-> une « lanière » continentale qui sera dispersée

2A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents Situation précédant la formation des bassins récents

CONCEPTS:- Dérive continentale- Rotation de microplaques- Migration de subduction

11

35 Ma

18 Ma

15 Ma

11 Ma

4 Ma

0 Ma

Océan néogène

2A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents

Un bloc (« terrane ») : ALKAPECA entouré de 2 branches océaniques (océan bétique-pennique et océan magrébin) -> subduction diachrone à double vergence autour d’Alboran-> Plaque Alboran quasi « en place »-> Compatible avec le roll back-> Rôle limité d’une subduction « atlantique »

2B. Reconstructions semi-quantitatives

Subduction de la lithosphère océanique de la plaque Ibérie (océan bétique-Pennique) sous le « Terrane »: Subduction « alpine »

Collision Ibérie/Terrane et subduction de la lithosphère océanique africaine sous le Terrane: subduction « apenninique-maghrébine »

Collage de l’ALKAPECA sud sur les deux continents – Rifting et effondrement du Terrane Alboran : formation du bassin d ’Alboran

Michard et al., 2002Gelabert et al., 2002, Gueguen et al., 1998

Q: Modalités du « collapse » Alboran? Remontée des roches HP?

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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 sudPuis déplacée de près de 600 km vers l’ouest après 16 Ma

-> Compatible avec le roll-back-> Rôle majeur du roll-back atlantique

2B. Reconstructions semi-quantitativesMauffret et al., 2004 :

Q: Signature du déplacement de la plaque Alboran? Nature des marges? Volumes? Compatibilités cinématiques?

16 Ma

23 Ma

2B. Reconstructions semi-quantitativesMauffret et al., 2004

Q: Signature du déplacement de la plaque Alboran? Implications sur la nature des marges? Volumes respectés? Magmatisme d’Alboran? Croûte Alboran Est? Compatibilités cinématiques?

8 Ma

Ce modèle suppose une bande de 560 km de croûte océanique formée entre 16 et 8 Ma: 10 cm/an

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2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

« Black circles are control points along identified transform faults (thin small circle arcs ) »

Nouvelle interprétation des anomalies magnétiques:

Chrones C13n à C6n

16 Ma

23 Ma

30 Ma Données ESP, intégration géologique

Calcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation pré-rift associés aux pôles d’Euler, 11 plaques

33.1 Ma

14

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

30 Ma Chrone C13n à C6n. Nouvelle interprétation des anomalies mag.

Données ESP, intégration géologique

Calcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation pré-rift associés aux pôles d’Euler

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

26 Ma

15

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

21 Ma

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

19 Ma

-> Ouverture bassin algérien: pendant la dernière phase de rotation corso-sarde - Q: Et Alboran?

« 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 »

?

16

2D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

16 Ma

23 Ma

-> Variété des modèles pour expliquer la structure profonde de la mer d’Alboran

Torné et al., 2000

Calvert et al. (2000)

Slab break-off Bétique

2D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

16 Ma

23 Ma

-> Modèle du Slab Roll-back (Duggen et al., 2004)

Limite Oligocène-Miocène (24 Ma) : Collision du Microcontinent Alboran dans les chaînes Bétiques et Rif.

à provoquerait de l’anatexie crustale

Cause: « Collapse »?Fin Miocène :

Fixation du bloc d’Alboran entre l’Ibérie et l’AfriqueArrêt/ Ralentissement du Roll Back

Evolution géodynamique de la zone Alboran

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2D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

16 Ma

23 Ma

Fin Miocène – Quaternaire: * Réouverture du détroit de Gibraltar

* Reprise du Rollback vers l’Ouest

àVolcanisme alcalin basaltique de type intraplaque

Modèle compatible avec la délamination

Miocène Moyen: séries tholéïtiques à calco-alcalines par relâchement de fluides

provenant du slab (coin mantellique)

Gutscher (2004)

Subduction-Transform Edge Propagator(STEP): Govers et al., 2004

Faccenna et al. (2004)

Détachements latéraux de slab contre la marge africaine

Détachement (par déchirure) du slab téthysien: le « moteur profond? » Carminati et al.

(1998)

Reliques de slab détaché?

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

18

Structure magnétique du Bassin Algérien

Carte des anomalies magnétiques réduites au pôle

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

Structure profonde de la Marge

SC1SC2

SC3

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

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Modèle palinspatique de l’ouverture du Bassin AlgérienPremière phase d’ouverture NO - SE = Première segmentation

Dépôts de l’OMK et du Flysch NumidienFailles de transfert ou d’accommodation et Roll-back vers le S à SE

23 à 16 Ma

Medaouri, 2014

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

38

Modèle palinspatique de l’ouverture du Bassin AlgérienDeuxième phase d’ouverture E - O = Deuxième segmentation

Accrétion du Flysch Numidien et Collage des KabyliesDéchirure du salb au niveau de la ride d’Hannibal (RH)Développement de STEP-Fault et Roll back vers l’Est et l’OuestOcéanisation de la partie orientale du Bassin Algérien, Ouverture de la partie centrale et occidentale

16 à 8 Ma

Medaouri, 2014

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

20

IUEM

Modèle palinspatique de l’ouverture du Bassin Algérien

Fonctionnement des STEP-Fault et Roll back vers l’Est et l’OuestOcéanisation de la partie Centrale du Bassin AlgérienFormation de l’Arc Bético –Rifain et isolement du Bassin Algérien de l’Atlantique (Crise Messinienne)

Rapprochement Afrique Europe / Phase de compression

8 à 5,3 Ma

Medaouri, 2014

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

40

Modèle palinspatique de la fermeture du Bassin Algérien

Rapprochement Afrique Europe / Inversion de la marge

Inversion de la marge centrale et orientale Développement de bassin (Bassin de Yusuf) en transtension à l’Ouest

5,3 Ma à Actuel

Medaouri, 2014

2D. Modèles géodynamiques pour le bassin algérien

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- 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

2E. Conclusions

Camerlenghi et al., 2009

- Modèle combinant Schettino-Duggen-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 ?

- Les détachements latéraux de slab sont probables mais restent mal connus en position et chronologie

Van Hinsbergen et al., 2014

Schematic illustration of the effects in subduction zone configurations in the Oligo-Miocene assuming (a) N-S extension or (b) E-W extension in the Algerian Basin. In the case of E-W extension, ~700km of subduction accommodated by westward rollback occurred, in addition to ~150 km pre-Miocene subduction, consistent with seismic tomographic images

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Van Hinsbergen et al., 2014

Reconstructed positions of ALKAPECA since 50 Ma. See Table 1 forkinematic constraints and the supporting information for a reconstructionmovie. Al = Alboran; Ca = Calabria; CIR = Central Iberian Ranges; EBD = EmileBaudot Transform; GoL = Gulf of Lyon; GoV = Gulf of Valencia; Ka = Kabylides;NAT = North African Transform; NBTZ = North Balearic Transform Zone;Pe = Peloritani Mountains.

An illustration of rollback as portrayed in the three different reconstruction scenarios shown in the paleogeographyat ~35Ma [van Hinsbergen et al., 2014]: Scenario 1 starts from an initial short subduction zone near the Baleares [e.g.,Rosenbaum et al., 2002; Spakman and Wortel, 2004; van Hinsbergen et al., 2014]; Scenario 2 involves a long initial trench along the entire Gibraltar-Baleares margin [e.g., Gueguen et al., 1998; Faccenna et al., 2004; Jolivet et al., 2009]; and Scenario 3 starts from a S-SE dipping initial subduction zone under African margin [Vergés and Fernàndez, 2012]. Dashed lines represent proposed transform fault regions. The triangular zone between the transform zones of Scenario 1 depicts the lithosphere that rolls back toward the east Kabylides [Spakman andWortel, 2004]. Not displayed is themore eastern subduction systemleading to rollback to the E-SE involving the Apennines-Calabria subduction system [e.g., Faccenna et al., 2004; Spakman and Wortel, 2004]. Paleogeography at 35Ma from van Hinsbergen et al. [2014].

Chertova et al., 2014)