Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Today, one of the main challenges in the oil industry is the exploitation of new resources in naturally fractured reservoirs often located in structurally complex areas such as plate boundaries, mountain ranges or near salt structures. While numerical models of rock deformation based on continuum mechanics are becoming industry standard in providing efficient means for modelling natural fractures in reservoirs, the knowledge of past perturbed stress fields, which is referred as the type (normal, wrench or reverse), orientation and magnitude of the regional or local tectonic stresses that needs to be applied as boundary condition in numerical simulations, is often unknown or approximated.The essence of this thesis is to improve the recovery of the paleostress field needed to constrain numerical simulations. I first described and discuss through a comprehensive mechanically-based multi-parametric study how far we can rely on the commonly used paleostress inversion methods based on fault slip data and the Wallace and Bott assumptions. I then compared this method with a new generation technique based on geomechanics using field observations. Since slip markers on faults are hardly observed in core or image log, I used observed natural fracture data as main drivers for the inversion of the paleostress using geomechanically-based method. I demonstrated, through various outcrop and subsurface examples, how this can efficiently be done. Finally, I aimed at addressing the problem of polyphase fracture data sets with unknown mechanical type (joints, faults, stylolites ...) and expanded the mechanical stress inversion to the separation of tectonic phases.
Aujourd'hui, l'un des principaux défis dans l'industrie pétrolière est l'exploitation de nouvelles ressources dans les réservoirs naturellement fracturés souvent situés dans des zones structurellement complexes tels que les frontières de plaques, les chaînes de montagnes ou les structures de proches des dômes de sel. Alors que les modèles numériques de déformation des roches basée sur la mécanique des milieux continus fournissant des moyens efficaces pour la modélisation de fractures naturelles dans les réservoirs, sont devenus la norme dans l'industrie, les paléo-contraintes régionales ou locales appliquées comme condition aux limites dans les simulations numériques, définies par le régime (normal, décrochant ou inverse), l'orientation, et la magnitude des contraintes tectoniques, sont souvent inconnues ou approximées.L'essence de cette thèse est d'améliorer la prédiction du champ de paléo-contrainte nécessaire pour contraindre les simulations numériques. J’ai décrit dans un premier temps à travers une étude comparative multi-paramétrique complète basée sur la mécanique, dans quelle mesure nous pouvions compter sur les méthodes d'inversion des paléo-contraintes basées sur les hypothèses de Wallace et Bott et les données de glissement sur les failles. J’ai ensuite comparé ces méthodes avec une technique d’inversion de nouvelle génération basée sur la géomécanique en utilisant les observations de terrain. Puisque les marqueurs de glissement sur les failles sont rarement observés le long du forage, j’ai utilisé l’inversion géomécanique des contraintes pour les données de fractures naturelles observées. J’ai alors démontré, l’efficacité de cette technique à travers divers exemples d'affleurements et de subsurface. Enfin, j’ai proposé une solution afin de résoudre le problème des données de fractures polyphasées à type cinématique inconnu (joints, failles, stylolites ...) et étendu l’inversion de contrainte basée sur la géomécanique à la séparation des phases tectoniques.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Different applications of linear elasticity in structural geology are presented in this thesis through the development of three types of numerical computer codes. The first one uses forward modeling to study displacement and perturbed stress fields around complexly faulted regions. We show that incorporating inequality constraints, such as static Coulomb friction, enables one to explain the angle of initiation of jogs in extensional relays. Adding heterogeneous material properties and optimizations, such as parallelization on multicore architectures and complexity reduction, admits more complex models. The second type deals with inverse modeling, also called parameter estimation. Linear slip inversion on faults with complex geometry, as well as paleo-stress inversion using a geomechanical approach, are developed. The last type of numerical computer code is dedicated to restoration of complexly folded and faulted structures. It is shown that this technique enables one to check balanced cross-sections, and also to retrieve fault chronology. Finally, we show that this code allows one to smooth noisy 3D interpreted faulted and folded horizons using geomechanics.
Différentes applications de l'élasticité linéaire en géologie structurale sont présentées dans cette thèse à travers le développement de trois types de codes numériques. Le premier utilise la modélisation directe pour étudier les déplacements et champs de contraintes autour de zones faillées complexes. On montre que l'ajout de contraintes inégalitaires, telles que la friction de Coulomb, permet d'expliquer l'angle d'initiation des dominos dans les relais extensifs. L'ajout de matériaux hétérogènes et d'optimisations, telles la parallélisation sur processeurs multi-coeurs ainsi que la réduction de complexité des modèles, permettent l'étude de modèles beaucoup plus complexes. Le second type de code numérique utilise la modélisation inverse, aussi appelée estimation de paramètres. L'inversion linéaire de déplacements sur les failles ainsi que la détermination de paléo-contraintes utilisant une approche géomécanique sont développées. Le dernier type de code numérique concerne la restauration de structures complexes plissées et faillées. Il est notamment montré qu'une telle méthode permet de vérifier l'équilibre de coupes géologiques, ainsi que de retrouver la chronologie des failles. Finalement, nous montrons que ce même code permet de lisser des horizons 3D faillés, plissés et bruités en utilisant la géomécanique.
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Éditeur(s) : Université de Bretagne Occidentale
Résumé : The objective of the present work is to study the formation of the passive continental margins of the Central Segment of the South Atlantic, most particularly the Congo and Angola margins. We propose a combined approach, which integrates structural constraints based on geological cross-sections (based on seismic data) and global constraints based on plate kinematic reconstructions. The structural study is based on : i) MCS and refraction data collected during the ZaiAngo programme (a joint project conducted by Ifremer and Total) ; ii) proprietary, industrial seismic data (courtesy of Total) from the Angola margin and iii) on all available seismic lines from the Africa and Brazil conjugated margins, between Walvis Ridge and the Equatorial Fracture Zones. Based on theses data, three structural domains (continental, transitional and oceanic) have been defined, the major characteristics of which are : Crustal thinning occurs abruptly, mostly below the continental slope, over a lateral distance of less than 50 km. The top of the crust deepens as the Moho shallows. Only a few extensional structures are observed ; tilted blocks are very few (one or two, depending on the profile), found only on the upper part of the slope and sealed by a discordance prior to salt deposition. The transitional domain is characterized by the existence of a pre-salt basin lying over a thin crustal layer. No tilted blocks are observed in this domain and reflectors within the pre-salt sediment series are parallel to the base of the Aptian salt, over distances greater than 100 km, precluding the possibility of any significant deformation that would imply large horizontal motions. Two types of crust are observed in the transitional domain. "Type I" crust is found below the undeformed pre-salt sediment series located below the eastern part of the basin ; it is characterized by an upper layer of thickness greater than 5 km and a abnormal velocity layer (7.2 - 7.6 km/s), up to 6 km thick. "Type II" crust is less than 5 km thick and found below the salt compressive front that affects the western part of the basin. The salt cover is continuous (no erosion surface is observed), from the continental shelf to the western termination of the basin. Salt was not deposited in a confined environment (like in the Mediterranean), but in a shallow water, lagunal environment. This imposes the zero-level and constrains the paleo-bathymetry at the time of salt deposition, which dates the latest stage of margin formation. Understanding the formation of a margin cannot be approached without studying the homolog margin. Therefore, it is of major importance to reconstruct the closure of the ocean bordered by these homolog margins and take into account the constraints imposed by the kinematic reconstructions on the lateral motions of the lithospheric plates. In order to assess the relative position of the plates at the ocean closure (prior to crustal thinning), a global study was thus performed, integrating all geophysical and geological constraints, in the ocean and on land. The role of african intra-plate deformation and its limits and their consequences have been thoroughly studied. To juxtapose the margins of the central segment of the Southern Atlantic, it is all the margins bordering the Equatorial Atlantic that need to be adjuste precisely. The kinematic study of this last region shows that the reconstruction obtained are reliable, unambiguous with a quantifiable precision The best fitting poles (obtained using the PLACA software), show that it is impossible to close the margins beyond the superposition of the salt fronts, from the Angola and Brazil margins. The geological cross-sections based on seismic data from the homolog margins indicate that a 330 km wide basin with thin (< 12 km) crust was present at the time of the fit. This basin cannot result from horizontal movement related to pure stretching or simple shear, or any model implying conservative volume. This conclusion is consistent with the existence of presalt reflectors parallel to the salt layer wich extends to the platform: the formation of the pre-salt basin must be related to vertical motions. The scenario that we propose for the evolution of the Congo-Angola margin consist in four stages: the first phase corresponds to extensional deformation limited to the few tilted blocks observed on the upper part of the slope. During the second phase, the main crustal thinning occurs, vertical motions prevailes, resulting in the formation of the continental slope and in the subsidence of the basin. The third phase corresponds to the first stress striction: deformation is concentrated in a limited section of the basin, which corresponds to the salt compression front. A proto-oceanic crust is formed, probably composed of thinned continental crust intruded by mantle material. The second stress striction corresponds to the finale phase, resulting in oceanisation senso stricto. The evolution described shows that we can not apply conservative models for margin formation (such as McKenzie and Wernicke or any of their avatars). In order to explain this thinning, one should investigate non-conservative models (implying geochemical transformation, small scale convection, intrusion...) such as those proposed in marginal or continental basins with no horizontal movments.
Ce travail de thèse aborde la formation des marges continentales passives dans le segment central de l'océan Atlantique Sud (plus particulièrement au Congo et en Angola), en intégrant une étude en coupe (étude structurale à partir des coupes sismiques) et une étude en plan (étude cinématique). L'étude structurale de la marge a été réalisée à partir des données de sismique réflexion et réfraction de la campagne Zaïango et d'une compilation de données sismiques réflexion existantes sur toutes les marges africaine et brésilienne entre les zones de fracture équatoriales et la ride de Walvis. L'interprétation de ces données a permis d'individualiser la structure de la marge en trois domaines : continental, transitionnel et océanique et de déterminer quelques points majeurs sur la structuration de la marge. L'amincissement est abrupt, localisé dans la zone de pente continentale et restreint à 50 km. La marge montre peu de structures distensives : seuls un ou deux blocs basculés sont observés en haut de pente continentale. Le domaine transitionnel est caractérisé par la géométrie particulière de la sédimentation anté-salifère, l'absence de blocs basculés et la faible épaisseur de croûte. La couche sédimentaire anté-salifère montre des réflecteurs plans jusqu'à la base du sel, continus sur 100 km, éliminant toutes possibilités de déformation du socle pendant et après son dépôt. La croûte du domaine transitionnel peut-être divisée en deux types : une croûte de type I sur laquelle se déposent les sédiments non déformés, et une croûte de type II sur laquelle se superposent les limites du « front compressif salifère » bien exprimé dans les séries postsalifères. Enfin le sel, que l'on observe depuis la plate-forme jusqu'au bassin profond, ne se dépose pas dans un bassin confiné (comme en Méditerranée) mais à un niveau proche de 0 m (ressemblant probablement à un dépôt de type lagunaire) et donne la paléo-bathymétrie au moment de son dépôt qui marque la fin de la période de formation de la marge. La compréhension de la genèse d'une marge ne peut être approchée sans son homologue. Cette simple constatation, cette évidence, montre toute l'importance que l'on doit apporter à la reconstruction cinématique initiale de l'océan qui borde ces marges homologues et aux contraintes imposées par les reconstructions cinématiques sur les mouvements horizontaux des plaques lithosphériques. Afin d'étudier la position des marges au moment de cette fermeture, c'est-à-dire avant amincissement, une étude globale intégrant l'ensemble des données disponibles, géophysiques et géologiques, océaniques et continentales, a été réalisée. Le rôle de la déformation intraplaque africaine, ses limites et leurs conséquences a, en particulier, été l'objet d'une attention poussée. Pour juxtaposer les marges du segment central, ce sont toutes les marges de l'océan Atlantique Equatorial qui doivent être ajustées précisément. L'étude cinématique réalisée de la région équatoriale montre que l'on obtient une reconstruction fiable et sans ambiguïté, avec une précision que l'on peut quantifier. Les pôles issus de cette étude (et calculés avec le Logiciel PLACA) indiquent qu'il est impossible d'obtenir une fermeture plus serrée que celle qui conduit à la superposition des fronts salifères brésilien et angolais : les coupes issues de la sismique réflexion des deux marges indiquent qu'il subsiste un bassin aminci, large de plus de 330 km et dont la croûte n'excède jamais 13 kilomètres d'épaisseur. La formation de ce bassin ne peut résulter de mouvements horizontaux, ce qui exclut un amincissement par étirement (pure stretching) ou par l'existence d'une faille de détachement (simple shear) ou par quelque modèle conservatif que ce soit. Cette constatation corrobore l'observation de la présence d'horizons anté-salifère parallèles, entre eux et au sel, couche salifère que l'on retrouve sur la plate-forme : la création de ce bassin anté-salifère ne peut être que liée à un mouvement vertical. Le schéma d'évolution que nous proposons à partir des données structurales et des contraintes cinématiques présente quatre étapes : le premier stade correspond à une phase de déformation distensive limitée aux quelques rares blocs basculés observés en haut de pente continentale. C'est durant la deuxième étape que se déroule la phase d'amincissement principal, les mouvements verticaux prévalent, aboutissant à la formation de la pente continentale et à la subsidence du bassin. La troisième phase correspond à une première striction des contraintes : la déformation se concentre sur une partie réduite du bassin, coïncidant avec le front salifère compressif. Une proto-croûte océanique se forme, probablement composée de croûte continentale amincie et intrudée de matériel mantellique. La seconde striction correspond à la phase finale de formation de la marge et aboutit à l'océanisation sensu stricto. L'étude cinématique et la description de l'évolution de la marge à partir des données sismiques montre donc que l'on ne peut envisager l'application d'un modèle de genèse des marges avec conservation de volume (type McKenzie ou Wernicke et leurs avatars) : pour expliquer l'amincissement du bassin, il faudrait probablement nous intéresser aux modèles non-conservatifs (impliquant transformation, convection à petite échelle, ...) qui sont déjà invoqués pour la formation des bassins marginaux ou continentaux, sans mouvements horizontaux.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2003/these-82.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/82/

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Sand intrusions (or injectites) are most often the product of post-depositional remobilization of sand leading to its injection into the surrounding rocks. While injectites were recognized for the first time nearly 200 years ago, their emplacement process has been studied for a couple of decades only, since the concepts of deep sea depositional environments have allowed us to better understand their emplacement processes. However, these processes are still relatively poorly understood. Our approach is based on the study of injectites in the Lower Congo Basin from seismic and well data, which we compare to a fossil system in the SE France basin. We have shown that: (1) In buried turbidite channel systems draping deposits on the channel flanks and terraces of channels have the same geophysical signature as 'wing-like' injectites. Finally, the only criterion for identifying seismic injectites is the presence of bedding-discordant seismic reflections, and in the best case the associated uplift of the overlying seismic reflectors. (2) Seismic-scale conical and saucer-shaped sand injectites have been identified in the Lower Congo Basin. The remobilization is likely due to overpressuring induced by the buoyancy effect of hydrocarbons trapped in the margins of a lobe buried underneath 160 m of sediment, followed by the sudden injection of fluidized sand associated with fault reactivation of faults (with a possible role of nearby salt diapirs). (3) A network of injectites (dykes, sills/wings and laccoliths) was formed in the Vocontian basin during the late Albian and/or early Cenomanian, from a lower-middle Albian turbidite channel. The emplacement is probably due to the early compartmentalization of the channel during its burial and the increase of the sedimentation rate generating overpressure; and the subsequent large influx of deep fluids triggering injection. The injection of sand was polyphased: a first episode formed the sills and another emplaced the dykes. Sills/wings and dykes propagated about 2 km laterally away from the parent sand body and about 200 m up to the surface, revealing a much more extended lateral than vertical reach, contrary to the classically accepted idea from the interpretation of seismic data. (4) The emplacement of this large network of injectites was governed by hydrofracturing. Therefore, its morphology is dependent on the host rock heterogeneity (isotropy, fractures), the paleo-stress orientation (ó3 = NW-SE) and the burial depth of the source (300-600 m) at the time of injection. The study of this fossil network allows us to define the relationship between morphology of the injected network and stress state at the time of injection. This relationship can be extrapolated to constrain the morphology of subsurface networks beyond seismicvisibility. (5) Sands injected into low permeability lithologies bear evidence to a major event of fluid escape in the studied basin, but also channeled fluids long after their formation. In this way, injectites both attest to specific episodes of fluid migration in sedimentary basins and contribute to long-lived re-routing of migrating fluids once emplaced. The injection of sand is associated with the sudden escape of fluids, probably resulting from a significant tectonic and/or sedimentary event; in addition, the architecture of injectite networks is governed by the local paleo-stress and heterogeneity in the host rock. Consequently, characterizing injectite networks is an important step in understanding the plumbing systems of continental margins, i.e. the post-depositional evolution of sedimentary basins.
Les intrusions sableuses (ou injectites) sont le plus souvent le produit de la remobilisation post-dépositionnelle des sédiments et de l'injection du sable dans les roches environnantes. Bien que reconnues pour la première fois il y a près de 200 ans, elles ne sont réellement étudiées que depuis quelques dizaines d'années, depuis que les concepts sur les environnements de dépôt dans les domaines marins profonds nous permettent de mieux comprendre les processus de mise en place. Cependant, ces processus restent encore aujourd'hui relativement mal compris. Notre approche repose sur l'étude d'injectites dans le bassin du Bas-Congo a partir de données de sismique et de puits que nous comparerons a un système fossile dans le bassin du SE de la France. Nous avons montre que : (1) Dans des systèmes de chenaux turbiditiques enfouis, les dépôts de drapage sur les marges et terrasses de chenaux présentent la même signature géophysique que les injectites de type "wing". Finalement, le seul critère sismique d'identification des injectites est la présence de réflexions sismiques sécantes vis-a-vis de la stratigraphie associée dans le meilleur des cas au soulèvement des réflecteurs sismiques sus-jacents. (2) Des injectites d'échelle sismique en forme de cône et d'assiette ont été identifiées dans le bassin du Bas-Congo. La remobilisation résulte probablement des pressions anormales induites par l'effet de flottabilité des hydrocarbures piégés dans les marges d'un lobe enfoui sous 160 m de sédiment, puis de l'injection soudaine du sable fluidise associée a la réactivation de failles (possible rôle des diapirs de sel a proximité). (3) Un réseau d'injectites (dykes, sills/wings et laccolites) s'est formé dans le bassin Vocontien entre la fin de l'Albien supérieur et/ou le début du Cénomanien, depuis un chenal turbiditique de l'Albien inférieur-moyen. La mise en place résulte probablement de la compartimentalisation précoce du chenal au cours de son enfouissement et de l'augmentation du taux de sédimentation générant la surpression et de l'apport ulterieur d'importante quantité de fluides profonds déclenchant l'injection. L'injection du sable a été polyphasée : une première injection a formé des sills et une suivante des dykes. Les sills/wings et les dykes se sont propagés latéralement au chenal source sur environ 2 km et vers la surface sur environ 200 m, mettant en évidence une forte remobilisation latérale plutôt que verticale, contrairement a l'idée classiquement admise a partir de l'interprétation des données sismiques. (4) La formation de ce large réseau d'injectites a été gouvernée par des mécanismes d'hydrofracturation. Par conséquent, sa morphologie a été dépendante des hétérogenéités de la roche hôte (milieu isotrope, fracture), des directions de paléo-contraintes (ƒÐ3 = NWSE) et de la profondeur d'enfouissement de la source (300-600 m) au moment de l'injection. L'étude de ce réseau fossile permet de définir les relations entre morphologie du réseau injecté et état de contraintes au moment de l'injection. Cette relation peut être extrapolée de façon à contraindre la morphologie des réseaux de subsurface au-delà de la visibilité sismique. (5) Les sables injectés dans des lithologies de faible perméabilité témoignent d'un épisode d'échappement de fluide important dans les bassins étudiés mais ont aussi guide les fluides longtemps après leur formation. Les injectites contribuent ainsi a l'initiation épisodique et la pérennisation de migrations de fluides dans les bassins sedimentaires. Le processus d'injection est associé a l'échappement brutal de fluides, résultant vraisemblablement d'un évènement tectonique et/ou sédimentaire important, et l'architecture des réseaux d'injectites est gouverné par les paléo-contraintes locales et les hétérogénéités de la roche hôte. Par conséquent, la caractérisation des réseaux d'injectites est une étape importante dans la compréhension de la plomberie des marges, c'est-a-dire l'évolution post-dépôt des bassins sédimentaires.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Le projet METYSS (Messinian Event in the Tyrrhenian from Seismic Study) concerne le bassin tyrrhénien occidental le long de la côte est-sarde et s'intègre dans le cadre d'une étude comparative des marqueurs sismiques de la Crise de Salinité Messinienne (CSM) à l'échelle du bassin méditerranéen. La mer tyrrhénienne est un bassin arrière-arc néogène lié à la subduction calabraise. Le rifting débute sur la marge est-sarde au cours du Tortonien et du Messinien, impliquant au moins localement une contemporanéité des dépôts de la CSM avec les processus de rifting qui segmente la marge en plusieurs sous-bassins. Cette région est donc particulièrement adaptée à la caractérisation et à l'organisation des dépôts messiniens en contexte de tectonique active. L'identification des marqueurs de la CSM et la détermination de leurs caractéristiques spatio-temporelles (faciès, géométrie, distribution et relations) ont été effectuées à partir de l'interprétation de 1200 km de profils sismiques multitraces HR acquis en 2009 lors de la campagne METYSS-1 sur le N/O "Téthys II". L'un des premiers résultats est que l'on retrouve dans cette zone les marqueurs caractéristiques de la CSM, comparables à ceux déjà observés dans le bassin méditerranéen occidental : surfaces d'érosion (MES, TES, BES) et unités messiniennes typiques (UU: Upper Unit; MU: Mobile Unit). La réalisation des cartes de répartition de ces unités sismiques permet d'en déterminer la variabilité spatiale, et notamment d'affiner celle de la couche de sel (MU), par rapport aux données pré-existantes. Ainsi, le long de la partie haute de la marge est-sarde, la rareté de l'unité MU et la présence des UU semblent indiquer que cette zone se situait à une profondeur intermédiaire pendant la crise. Inversement, plus profondément dans le bassin, l'épaisseur importante de la couche de sel sous les UU, témoigne d'une profondeur déjà conséquente de cette zone durant la CSM. On remarque également que dans le secteur nord de la zone d'étude, la répartition de MU est contrainte par les blocs basculés, le sel étant confiné dans les sous-bassins qui segmentent la marge. Dans le secteur sud, la répartition de la couche de sel est plus homogène dans le bassin profond, et est déformée par une tectonique salifère active. A terme, nous souhaitons utiliser les marqueurs de la CSM pour reconstituer les paléo-connexions et paléo-profondeurs des différents bassins de la zone, mais également comprendre les interactions entre tectonique crustale, tectonique salifère, et sédimentation. L'objectif est aussi de restituer l'évolution tectono-sédimentaire de la marge est-sarde depuis 6Ma.
13ème Congrès Français de Sédimentologie
Dijon, France

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The mantle deformation processes that control the thinning and break-up of continental lithosphere remain poorly understood. Our knowledge is restricted to either lithospheric scale thermo-mechanical models --that use experimentally derived flow laws--, geophysical imaging and/or rare xenoliths from active continental rifts, such as the East African Rift System. The originality of this work relies on the study of the two largest outcrops of diamond facies subcontinental lithospheric mantle in the world: the Beni Bousera and Ronda peridotite massifs in N Morocco and S Spain, respectively. The structures and petrologic and metamorphic zoning preserved in these massifs --implying a polybaric and polythermal evolution-- provides a unique opportunity to investigate the thermo-mechanical evolution of thick subcontinental lithospheric mantle in extensional settings. In this thesis we studied the deformation mechanisms in both peridotites and pyroxenites to constrain the modes of exhumation of subcontinental lithospheric mantle from garnet-, to spinel-, and finally, to plagioclase lherzolite facies conditions. We combined field mapping of tectonometamorphic domains and structural mapping of ductile structures, microstructural analysis, crystal preferred orientations (CPO) measurements and conventional thermobarometric calculations and thermodynamic modeling (Perple_X) to unravel the pressure and temperature conditions of deformation. We showed that exhumation from garnet- to spinel lherzolite facies conditions was accommodated by fast shearing --in thermal disequilibrium--along a lithospheric scale transtensional shear zone. In this context, the petrological zoning and the large temperature gradient (ca. 100ºC/km) preserved in the Beni Bousera massif represent the mechanical juxtaposition of progressively deeper and hotter lithospheric levels at depths of ca. 60 km in the latest Oligocene (ca. 25 Ma). Final exhumation from spinel- to plagioclase facies lherzolite and emplacement into the crust is best recorded in the Ronda massif where it occurred by inversion and lithospheric scale folding of the highly attenuated continental lithosphere in a back-arc region, probably in relation with southward slab rollback and subsequent collision with the palaeo-Maghrebien passive margin in the early Miocene (21-23 Ma).
Les processus de déformation contrôlant l'amincissement de la lithosphère continentale sont encore mal contraints. Nos connaissances sont principalement basées sur la modélisation thermomécanique d'extension à l'échelle de la lithosphère--utilisant des lois rhéologiques derivées expérimentalement, l'imagerie géophysique et l'analyse de xénolithes provenant de rift continentaux actifs à ce jour, tels que le Rift Est-Africain. L'originalité de ce travail reside dans l'étude des deux plus grands massifs de péridotites sous-continentales ayant enregistrées des conditions primaires du facies à diamant: les massifs de Beni Bousera au nord du Maroc et de Ronda au sud de l'Espagne, respectivement. Les structures et la zonation petrologique et métamorphique --impliquant une évolution polybarique et polythermique-- préservéees dans ces massifs offrent une opportunité unique pour étudier l'évolution thermo-mécanique du manteau sous-continental dans un contexte extensif. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de déformation des péridotites et des pyroxénites afin de contraindre les modes d'exhumation du manteau lithosphérique sous-continental, depuis des conditions du facies des lherzolites à grenat, jusqu'au facies à spinelle et enfin à plagioclase. Nous avons combiné la cartographie des faciès tectono-métamorphiques et des structures ductiles de déformation, l'analyse des microstructures, la mesure d'orientations préférentielles de réseau (OPR), et la géothermobarométrie conventionelle couplée à la modélisation thermodynamique (PerpleX) afin de contraindre les conditions de pression et température de la déformation. Nous avons montré que l'exhumation précoce du facies à grenat au facies à spinelle était accomodée par une faille transtensive affectant le manteau lithosphérique. Dans ce contexte, la zonation tectono-métamorphique et le gradient thermique important (ca. 100ºC/km) préservés à Beni Bousera résultent de la juxtaposition mécanique de domaines lithosphériques initialement équilibrés à différentes pressions et températures, fossilisée à une profondeur de ca. 60 km durant l'Oligocène supérieur (ca. 25 Ma). L'exhumation finale du facies de lherzolite à spinelle au facies à plagioclase et l'emplacement final dans la croûte, mieux enregistrés dans Ronda, se sont produits par inversion et plissement de la section lithosphérique fortement amincie dans un contexte arrière-arc, probablement lors du retrait vers le sud de la lithosphère subduite et la collision de l'arc avec les paléo-marges maghrébines au Miocène inférieur (21-23 Ma).
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Résumé : L’arc des Petites Antilles résulte de la lente subduction vers l'Ouest des plaques Nord et Sud-Américaines sous la plaque Caraïbes (2cm/an). A la latitude de l’archipel guadeloupéen et à ~150 km à l’Ouest du front de déformation, le bassin d'avant-arc de Marie-Galante forme un bassin perché, incliné vers la fosse et limité vers l’Est par un haut-fond, l’Eperon Karukéra. À cette latitude, le bassin de Marie-Galante domine le prisme d’accrétion de la Barbade et fait face à la ride de Tiburon qui balaye la zone du Nord au Sud depuis la fin du Miocène supérieur. Le remplissage sédimentaire du Bassin de Marie-Galante montre des déformations actives au moins depuis ~30 millions d’années. L’objectif du travail est de reconstituer l’évolution tectono-sédimentaire de ce bassin pour apporter de nouvelles contraintes sur la compréhension globale de la zone de subduction frontale des Petites Antilles. Ce travail s'appuie sur les données de bathymétrie multifaisceaux et de sismique réflexion multi-traces haute résolution acquises lors des campagnes du programme KaShallow. Cette base de données, complétée de profils sismiques plus basse résolution de campagnes antérieures, permet d’avoir une couverture pseudo 3D et à quatre échelles de résolution de l'ensemble du bassin. Un échantillonnage par ROV et carottage ciblé a fourni 40 prélèvements dans les principales unités sismiques. Les analyses pétrologiques et les datations biostratigraphiques autorisent des reconstitutions paléo-environnementales depuis le Paléogène supérieur jusqu’à Actuel. L’interprétation sismique multi-échelle montre un bassin sédimentaire atteignant ~4,5s temps double (~4500 à 5625 m) sur un substratum magmatique pré-structuré. Ce bassin est composé de 5 grands ensembles sédimentaires (E-1, E1, E2, E3 et E4) subdivisés en 13 unités limitées par 14 surfaces de discontinuités. L’organisation séquentielle des unités sismiques permet de mettre en évidence 10 séquences de dépôts de troisièmes ordres (S-1 à S9). Le calage biostratigraphique de l’ensemble des séquences permet de proposer une évolution tectono-sédimentaire du bassin de l’Éocène à l’Actuel. Ainsi, nous distinguons quatre systèmes de failles normales associées à trois phases d’extensions qui contrôlent l’évolution architecturale et sédimentaire du bassin. 1/ Un système N050±10°E hérité, actif dès le Paléogène supérieur, qui contrôle le basculement général du bassin vers le SSE. Il est responsable de la formation de l'escarpement de Désirade d’environ 4500 m de dénivelé. Cette première extension est interprétée comme résultant de la fragmentation de l'avant-arc en réponse à l'augmentation du rayon de courbure de la zone de subduction. 2/ Un système N130°-N150°E, structurant à l’échelle de l’Éperon Karukéra, qui contrôle la sédimentation dès le Miocène inférieur et marque une première phase d'extension transverse à l’arc. 3/ Un système N160°-N180°E qui segmente le Bassin de Marie-Galante en un sous-bassin à l'Ouest et l'Éperon Karukéra à l'Est. Cette seconde extension, globalement perpendiculaire à la marge, s'accompagne d’une subsidence et d'une inversion de la polarité du bassin en réponse à son basculement vers la fosse qui débute au cours du Miocène moyen et se poursuit actuellement à l'Est du bassin. Cette évolution à long terme de l'avant-arc, concomitante avec le recul de l'arc volcanique vers l’Ouest, est considérée comme résultant d’une érosion basale de la plaque supérieure. 4/ Un système N090±10°E plus tardif est localisé au centre du bassin et qui contrôle le développement de plates-formes carbonatées néritiques sur certaines têtes de blocs, comme par exemple à Marie-Galante. Cette dernière extension, parallèle à l’arc, se manifeste dans le bassin à partir du Pliocène inférieur. Elle se superpose au régime d'extension perpendiculaire à l'avant-arc et est interprétée comme l'accommodation du partitionnement de la déformation en réponse à l’obliquité croissante du front subduction vers le Nord.
The Lesser Antilles result of the slow westward subduction of the North and South American plate under the Caribbean plate (2 cm / year). At the latitude of the Guadeloupe archipelago and ~ 150 km to the west of the deformation front, the fore-arc basin of Marie-Galante forms a perched basin tilted to the pit and limited to the East by a shoal, the Spur Karukéra. At this latitude, Marie-Galante basin dominates the accretionary prism of Barbados and faces wrinkle Tiburon sweeping the area from North to South from the late Miocene. The sedimentary fill Basin Marie-Galante shows active deformation since at least ~ 30 million years. The aim of the work is to reconstruct the tectono-sedimentary evolution of the basin to provide new constraints on the overall understanding of the frontal subduction zone Lesser Antilles. This work relies on multibeam bathymetry data and high-resolution seismic reflection multi-traces acquired during campaigns KaShallow program. This database, supplemented by lower resolution of previous campaigns seismic profiles, provides a pseudo-3D coverage and four scales of resolution of the entire basin. ROV sampling and targeted core provided 40 samples in the main seismic units. Petrological analysis and biostratigraphic dating allow paleoenvironmental reconstructions from the upper Paleogene up Actuel. Seismic interpretation multiscale shows a sedimentary basin reaching ~ 4,5s double (~ 4500-5625 m) on a substrate pre-structured magma. This basin consists of 5 main sedimentary units (E-1, E1, E2, E3 and E4) divided into 13 units bounded by discontinuities 14 surfaces. The sequential organization of seismic units allows to highlight sequences 10 deposits of third order (S-1 to S9). The biostratigraphic calibration of all sequences able to offer a tectono-sedimentary evolution of the Eocene basin to Present. Thus, we distinguish four normal fault systems associated with three phases of extensions that control the architectural and sedimentary evolution of the basin. 1 / A system N050 ± 10 ° E inherited assets from the upper Paleogene, which controls the overall pelvic tilt towards the SSE. He is responsible for the formation of the escarpment Désirade about 4500 m elevation. The first extension is interpreted as resulting from the fragmentation of the fore-arc in response to the increase in the radius of curvature of subduction. 2 / A system N130 ° -N150 ° E, structuring across the Spur Karukéra, which controls sediment from the Miocene and marks the first phase of transverse extension arc. 3 / A system N160 ° E ° -N180 which segments Basin Marie-Galante in a sub-basin to the west and the Spur Karukéra in the East. This second extension, generally perpendicular to the margin, is accompanied by subsidence and reversing the polarity of the basin in response to his switch to the pit, beginning during the Middle Miocene and is ongoing in the East the basin. This long-term evolution of the forearc, concurrent with the decline in volcanic arc to the west, is considered as resulting from a basal erosion of the top plate. 4 / A system N090 ± 10 ° later E is located in the center of the basin and controlling the development of neritic carbonate platforms on certain blocks heads, such as Marie-Galante. This latest extension, parallel to the arc occurs in the basin from the lower Pliocene. It is superimposed on the expansion plan perpendicular to the fore-arc and is interpreted as the accommodation of the partitioning of deformation in response to the increasing obliquity front subduction north.

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