Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This thesis compiles two distinct studies that both document the control of microstructures on rock seismic properties. The first part deals with the development of crystallographic preferred orientations (CPO) in the uppermost mantle associated with melt/fluid-rock interactions, recorded in peridotites xenoliths from the Japan sea back-arc basin. The microstructural and geochemical characteristics of the studied samples reveal that active spreading is associated to uppermost mantle deformation similar to that observed in the Oman ophiolite. At the onset of back-arc spreading, there are no strong interactions between melt percolation and deformation in comparison to continental rift zones, probably due to the relatively small size and short duration of the spreading event. The second part presents a unique database of plagioclase CPO from variously deformed mafic rocks. CPO are grouped in three main types; their characteristics as a function of deformation regime (magmatic or crystal-plastic) are outlined and discussed. Calculated seismic properties of gabbroic rocks show that anisotropy tends to increase as a function of fabric strength, although it is generally weak, due to the competing effect of olivine/clinopyroxene and plagioclase.
Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.
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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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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : To understand the effect of inherited lithospheric structures on the continental plates deformation process, we have developed a multi scale model that explicitly takes into account an anisotropic viscosity due to the Crystal Preferred Orientation (CPO) of olivine in the mantle by coupling a viscoplastic self-consistent simulation of the deformation at the polycrystalline aggregate to a 3D Finite Element code. Using this tool, we calculate the mechanical behavior of a continental lithosphere submitted to extension for various initial structures. The first set of experiments investigates the deformation of a plate with a homogeneous initial olivine CPO. Results show that the macroscopic anisotropy is strongly dependent on the initial orientation of the olivine CPO relative to the solicitation and to its evolution. The second set of experiments aims to analyze the deformation of a continental plate containing pre-existing lithospheric scale shear zones. These multi-domain models show that the olivine mechanical anisotropy may induce the reactivation of pre-existing lithospheric scale shear zones in a plate submitted to rifting. In both cases, the results shows that the macroscopic mechanic anisotropy induced by the evolution of olivine CPO in the upper mantle is a key parameter to understand the deformation of the continental plates and to explain the observed reactivation of inherited structure from past tectonics events
Afin de comprendre l'effet des structures préexistantes sur la déformation des plaques continentales, nous avons développé une méthode de modélisation mécanique multi-échelle utilisant une viscosité anisotrope induite par les Orientations Préférentielles du Réseau (OPR) des cristaux d'olivine présents dans le manteau. Cette méthode en couple le calcul viscoplastique autocohérent de la déformation d'un agrégat d'olivine à un code éléments finis 3D. Elle a été utilisée pour le calcul du comportement mécanique d'une plaque continentale soumise à une extension. Une première série d'expériences numériques sur l'extension de plaque lithosphérique présentant des OPR initiales d'olivine homogènes a permis de montrer que l'anisotropie mécanique macroscopique est fortement dépendante de l'orientation initiale de l'OPR. La seconde série de simulations analyse l'extension d'une plaque continentale présentant une zone présentant des OPR d'olivine héritées d'un événement tectonique précédant. Les résultats de ces calculs multi-domaines que l'anisotropie mécanique de l'olivine peut expliquer la réactivation des zones de cisaillement héritées lors du rifting. Les résultats obtenus dans les deux séries de modèles montrent que l'anisotropie mécanique macroscopique induite par l'évolution des OPR d'olivine dans le manteau supérieur est un paramètre clé pour la compréhension de la déformation des plaques continentales et pour expliquer la réactivation observée de structures tectoniques, tels que les grands décrochements, lors des épisodes tectoniques ultérieurs.
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Éditeur(s) : Université Nice Sophia Antipolis
Résumé : The Lesser Antilles is a case study of a very slow subduction (~2 cm/yr) of an old oceanic lithosphere (~84-100 Ma). The region presents a relatively low seismic activity, especially along the interplate contact, and the seismic hazard associated with a possible mega-thrust earthquake is still poorly known. This PhD thesis is a first step toward assessing the ability of the Lesser Antilles subduction zone to produce such a large subduction event. To do so, it aims at constraining the downdip width of the interplate's seismogenic zone. The lack of coverage of permanent seismological stations is a major limitation in the exploration of the Lesser Antilles subduction zone. It is due to the presence of only small aligned islands at far distances from the potentially seismogenic interplate area. Several oceanographic cruises were therefore planned that notably allowed the repeated deployment of ocean bottom seismometers; some of them being left for a few months of background seismicity recording. This thesis specifically focuses on two sets of wide-angle seismic data acquired offshore the Dominica and Martinique islands. From their analysis 3D and 2D tomographic models were produced respectively over the forearc region and across the whole subduction complex. These models constrain the plates' seismic structure as well as their geometry. They allow the discussion of how the imaged structures affect the subduction processes and give a first estimation of the downdip width of the seimogenic zone, defined as the segment of the interplate between the backstop and the upper plate's Moho. The joint interpretation of seismic models and earthquake localizations then refine this first assessment. Epicenter distribution from height months of seismic recording shows indeed that seismicity concentrates within the inner forearc region. The strong velocity gradient that characterize its basement suggests it is denser and more rigid than the more deformable outer forearc basement. The updip limit of the seismogenic zone could then lie arcward of the backstop at the contact of the interplate and the seaward end of the inner forearc crust. At depth, interplate earthquake mechanisms are observed between 35 and 45 km depth and interpreted to have occurred at the downdip limit of the seismogenic zone. The latter could reach a depth over 10,km deeper than the contact of the upper plate's Moho with the interplate, and therefore lie within the mantle wedge. All together, these results imply a large downdip width of the seismogenic zone (~70 km) offshore the Dominica and Martinique islands. Further work is, however, needed in order to fully comprehend the ability of the Lesser Antilles subduction zone to produce a possible mega-thrust earthquake. This would necessitate the evaluation of seismic coupling at the interplate contact and the possible segmentation of the seismogenic zone, for instance, due to the subduction of oceanic ridges.
Les Petites Antilles présentent un contexte géodynamique caractérisé par la subduction à très faible vitesse (~2 cm/an) d'une lithosphère océanique âgée (~84-100 Ma). L'activité sismique y est relativement faible, notamment à l'interplaque, où l'aléa sismique lié à un éventuel séisme de méga-chevauchement reste encore mal contraint. Cette thèse se veut être une première étape dans l'évaluation de la capacité de la zone de subduction des Petites Antilles à générer un tel évènement. Dans ce but, ces travaux tentent d'appréhender l'extension en profondeur du domaine sismogène de l'interplaque. Le manque de couverture des stations sismologiques permanentes est un inconvénient majeur dans l'exploration des Petites Antilles. Il s'explique en raison du peu de terres émergées et de leur éloignement de la zone potentiellement sismogène de l’interplaque. La région a donc fait l'objet de plusieurs campagnes océanographiques qui ont permis, notamment, le déploiement de sismomètres fond de mer (OBS); certains instruments étant restés immergés plusieurs mois afin de procéder à une écoute de la sismicité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse se sont focalisés sur deux jeux de données de sismique grand-angle acquis au large des îles de la Dominique et de la Martinique. Leur analyse a permis la construction de modèles tomographiques 3D et 2D respectivement à l'échelle de l'avant-arc et de l'ensemble de la subduction. Ces modèles renseignent sur la structure sismique des plaques en convergence ainsi que sur leur géométrie. Ils permettent de discuter le rôle de la structure dans le fonctionnement de la subduction et d’obtenir une première estimation de l'extension en profondeur de la zone sismogène en considérant la portion de l'interplaque comprise entre le butoir et le Moho de la plaque supérieure. Dans un second temps, l'interprétation conjointe des modèles tomographiques et des localisations des séismes locaux a permis d'affiner cette estimation. Huit mois d'enregistrement de la sismicité montrent en effet une concentration des épicentres dans la région interne de l’avant-arc. Celle-ci présente un socle épais, à fort gradient de vitesse interprété comme plus dense et rigide que le socle de la région externe de l'avant-arc, plus déformable. La limite amont de la zone sismogène pourrait donc se situer en retrait de la position du butoir au contact de l'interplaque et de la limite entre ces deux zones de l'avant-arc. En profondeur, des mécanismes interplaques sont observés entre 35 et 45 km et interprétés comme des marqueurs de la limite aval de la zone sismogène. Cette dernière pourrait donc atteindre une profondeur jusqu'à 10 km supérieure à la limite précédemment évoquée et se trouver, par conséquent, au contact du manteau lithosphérique. L'ensemble de ces résultats suggèrent une extension en profondeur de la zone sismogène (i.e une largeur) de près de 70 km face aux îles de la Dominique et de la Martinique. Ces travaux doivent cependant être poursuivis afin d’évaluer pleinement la capacité de la zone de subduction des Petites Antilles à générer un éventuel séisme de méga-chevauchement. Le taux de couplage à l'interplaque doit être précisé ainsi que sa possible segmentation en lien, par exemple, avec à l'entrée en subduction des rides océaniques.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/00172/28335/26628.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00172/28335/

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This work provides new constraints on the development and on the distribution of the deformation in the upper mantle and particularly beneath transform plate boundaries. USArray experiment and the remarkable increase of the dataset in California for the past ten years allowed us to scrutinize the lateral variations of the anisotropy in the vicinity of the San Andreas Fault zone. We have confirmed and increased the detection of two layers of anisotropy beneath this plate boundary. The first layer, located in the lithosphere, is related to the deformation induced at the fault, and the other one, located in the asthenosphere, is coherent with the anisotropy observed far from it, its origin is however less clear. We show that the deformation zone associated both to the San Andreas, Calaveras and Hayward Faults, is likely 40 km wide at 70 km depth. We then performed numerical thermomechanical modeling (ADELI) of the displacement of a transform plate boundary associated with the computation of the development of crystallographic fabrics using a viscoplastic selfconsistent approach (VPSC). We analyzed the distribution of the deformation in the model ant looked after the possible interactions at depth between deformation caused at surface by the strike-slip dynamic of the fault and the shearing at the base of the lithosphere caused by the horizontal displacement of the plates. Elastic properties derived from the crystallographic fabrics modeled, show that such interactions exist and induce, beneath the fault zone, a progressive rotation of the crystallographic fabrics with depth. Seismological signature of these smooth rotations is however not relevant with the presence of two anisotropic layers as proposed beneath California. We thus consider that a decoupling zone exists between the lithosphere and the asthenosphere beneath the California to account for the sharp separation between a lithospheric and an asthenospheric deformation. We furthermore estimate that anisotropy observed far form the San Andreas Fault in California cannot be explained only by the drag of the asthenosphere by the North America lithosphere as proposed in our article. Indeed, we can only expect few tenths of second of splitting delay from the anisotropic properties derived from the numerical modeling of a plate moving in the same direction and in the same velocity than the North American lithosphere only for 10 Ma of displacement. As delays observed in California rather reach 1.5 s, anisotropy in this region thus requires the existence of an active asthenospheric flow to be explained.
Le travail réalisé pendant cette thèse a permis d'apporter de nouvelles contraintes sur le développement et la distribution de la déformation dans le manteau supérieur et plus particulièrement au niveau des grandes limites de plaques décrochantes. Grâce à l'apport de l'expérience USArray et d'une dizaine d'années d'enregistrements sismologiques supplémentaires, nous avons pu étudier, de manière précise, les variations d'anisotropie dans le voisinage de la Faille de San Andreas. Nous avons confirmé et étendu l'observation de deux couches anisotropes sous cette limite de plaque. On y observe une première couche localisée dans la lithosphère marquant la déformation induite à la limite de plaque, et une autre, asthénosphérique, cohérente avec l'anisotropie observée loin de la faille et d'origine plus discutée. Nous avons montré que la zone de déformation associée aux failles de San Andreas, Calaveras et d'Hayward a, vraisemblablement, une largeur d'au moins 40 kilomètres en base de lithosphère, sous chacune de ces failles. Nous avons ensuite procédé à la modélisation thermomécanique (ADELI) de la migration d'une limite de plaques décrochante couplée à une modélisation du développement de fabriques cristallographiques par une approche viscoplastique auto-cohérente (VPSC). Ceci nous a permis d'y observer le développement de la déformation et les conséquences des possibles interactions entre la déformation décrochante en surface et le cisaillement en base de lithosphère dû au déplacement horizontal des plaques. Les propriétés élastiques déduites des fabriques cristallographiques modélisées montrent que de telles interactions existent et provoquent, sous la limite de plaques, une rotation des orientations cristallographiques avec la profondeur. Le signal associé à ces rotations progressives n'est toutefois pas cohérent avec la présence de deux couches d'anisotropie comme proposée sous la faille de San Andreas. Nous pensons par conséquent qu'il existe, sous la Californie, une zone de découplage entre la lithosphère et l'asthénosphère, permettant d'individualiser une déformation lithosphérique d'une déformation asthénosphérique. Nous estimons, en outre, que l'anisotropie observée dans l'asthénosphère sous la Californie ne peut être expliquée seulement par le cisaillement induit par le déplacement de la lithosphère Nord Amérique. En effet, les propriétés anisotropes obtenues par modélisation à partir d'une plaque se déplaçant dans une direction et une vitesse proche de celle de la plaque Amérique du Nord montrent qu'on ne peut espérer guère plus que quelques dixièmes de seconde de délai au bout de 10 Ma de déplacement. Les déphasages mesurés en Californie étant de l'ordre de 1,5 s, il est donc nécessaire d'invoquer la présence d'écoulements mantelliques actifs sous cette région.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : National audience
Les semelles métamorphiques sont situées à la base desgrandes ophiolites obductées. Elles sont principalement composéesd’amphibolites (métabasaltes à amphiboles ± grenat,clinopyroxène, plagioclase) fortement cisaillées et dont les conditionsmaximum de métamorphisme sont estimées à 800±100Cet 1.0±0.2 GPa. Leur formation a lieu au cours des 2 Ma suivantl’initiation des zones de subduction. Ces amphibolites sont interprétéescomme des portions de lithosphère océanique subduite,portions qui sont métamorphisées, dis-je, à haute températurepar transfert de chaleur depuis le coin de manteau sus-jacent quiformera la base de l’ophiolite obductée. Leur importante déformationau pic de métamorphisme est interprétée comme synchroneà leur accrétion au manteau de la plaque supérieure. Les semellesmétamorphiques sont donc des témoins directs de la dynamiqueprécoce des zones de subduction océanique. Leur pétrologie etleur déformation fournissent des contraintes majeures, et rares,sur l’évolution de la structure thermique et sur le comportementmécanique de l‘interface de subduction naissante. Cette étudeprésente des données structurales à plusieurs échelles, couplant desanalyses de terrain aux analyses EBSD sur des échantillons à amphibole± plagioclase ± clinopyroxene ± grenat de la semelle métamorphique.Les grains d’amphibole et de plagioclase sont caractériséspar une forte orientation préférentielle parallèle à la foliationet à la linéation. Cette fabrique est accompagnée par une forteorientation cristallographique préférentielle des amphiboles marquéepar un axe [001] marquant la linéation et la normale au plan(001) perpendiculaire à la foliation. Les plagioclases montrentune orientation cristallographique préférentielle faible voire nulle.Cette fabrique est similaire à celle observée dans les amphibolitescisaillées de base de croûte continentale. Les clinopyroxèneset les grenats présentent des degrés d’orientation intermédiaires.Ces deux phases forment des boudins dont l’axe long est orientéparallèlement à la foliation. Les porphyroclastes de clinopyroxèneprésentent une extinction ondulante et le développement de sousgrainsà leur périphérie. Les clinopyroxènes et les grenats agissentdonc comme phases ” dures ”, augmentant la résistance de laroche à la déformation. À l’initiation de la subduction, la partiesupérieure de la plaque plongeante est affectée par l’augmentationprogressive du degré de métamorphisme. Ceci entraîne une fortedéshydratation et la cristallisation de phases ” faibles ” (quartz,amphibole, plagioclase) et ” fortes ” (clinopyroxene, grenat). Larhéologie de l’interface de la subduction en est fortement affectée.Les unités de la semelle métamorphique (avec des minéralogies etdes conditions P-T-t différentes) accrétées aux péridotites de laplaque supérieure témoignent de changements rhéologiques majeuresà l’interface de la subduction au cours de l’histoire précocedes zones de subduction.
RST 2016, livre des résumés
Caen, France

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Éditeur(s) : HAL CCSD AGU and the Geochemical Society
Résumé : International audience
Rainbow is a dome-shaped massif at the 36°14′N nontransform offset along the Mid-Atlantic Ridge. It hosts three ultramafic-hosted hydrothermal sites: Rainbow is active and high temperature; Clamstone and Ghost City are fossil and low temperature. The MoMARDREAM cruises (2007, 2008) presented here provided extensive rock sampling throughout the massif that constrains the geological setting of hydrothermal activity. The lithology is heterogeneous with abundant serpentinites surrounding gabbros, troctolites, chromitites, plagiogranites, and basalts. We propose that a W dipping detachment fault, now inactive, uplifted the massif and exhumed these deep-seated rocks. Present-day deformation is accommodated by SSW-NNE faults and fissures, consistent with oblique teleseismic focal mechanisms and stress rotation across the discontinuity. Faults localize fluid flow and control the location of fossil and active hydrothermal fields that appear to be ephemeral and lacking in spatiotemporal progression. Markers of high-temperature hydrothermal activity (∼350°C) are restricted to some samples from the active field while a more diffuse, lower temperature hydrothermal activity (<220°C) is inferred at various locations through anomalously high As, Sb, and Pb contents, attributed to element incorporation in serpentines or microscale-sulfide precipitation. Petrographic and geochemical analyses show that the dominant basement alteration is pervasive peridotite serpentinization at ∼160–260°C, attributed to fluids chemically similar to those venting at Rainbow, and controlled by concomitant alteration of mafic-ultramafic units at depth. Rainbow provides a model for fluid circulation, possibly applicable to hydrothermalism at oceanic detachments elsewhere, where both low-temperature serpentinization and magmatic-driven high-temperature outflow develop contemporaneously, channeled by faults in the footwall and not along the detachment fault.
ISSN: 1525-2027

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DOI : 10.1002/2014GC005269

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : A section of ancient fast-spreading ocean crust was sampled at Wadi Gideah, located in the Wadi Tayin Massif of the Oman ophiolite. This sample suite was used for generating a coherent data set combining various petro-geochemical and structural investigations, with the aim of building a reference section for advancing our understanding of crustal accretion processes at fast-spreading mid-ocean ridges. Additionally, this study focuses on one outcrop that represents part of the fossil axial melt lens (AML).Major and trace element analyses reveal a trend of chemical evolution up section in the lower crust, with a marked difference between the layered gabbros and the foliated gabbros above. Petrological modeling shows that the chemical evolution up section can be produced by hydrous fractionation crystallization, with melt H2O contents of ~0.8 wt% and 0.8 to 1.2 wt% for the lower and upper crust, respectively. Together with the observed very steep bulk Zr/Hf vs. Zr gradient, high F and Cl content of magmatic amphibole, general Nb-Ta depletion of melts compared with NMORB, and high Sr87/Sr86 ratio compared with modern fast-spread crust, this suggests that Wadi Gideah layered gabbros were accreted by crystallization of ascending melts in sills, in a context of subduction initiation. The distinct changes in chemical trends and average grain size at the layered to foliated gabbro transition are tentatively explained by enhanced hydrothermal cooling deeper than the AML. The gabbro/dike transition displays complex structural and lithological relationships that, together with fractional crystallization modeling, point to episodic vertical movements of the AML. Plagioclase crystallographic preferred orientations (CPO) measured over the whole gabbro section are always consistent with magmatic flow. The CPO strength generally increases downward, with more scattering in the layered gabbro section. From the top to the bottom of the layered gabbros, CPO become progressively more prolate, possibly reflecting increasing shear induced by active mantle flow underneath.Wadi Gideah lower crust recorded a formation history consistent with a hybrid accretion model, combing several processes such as downward magmatic flow and/or upward melt migration in the upper foliated gabbros, sill intrusions in the layered gabbros, and deep hydrothermal circulation. The latter was presumably focused in channels, preserved today as several, up to 100 m wide zones of extensively altered former layered gabbro, cross-cutting the magmatic layering. These metagabbros display significantly higher Sr87/Sr86 ratio, late stage magmatic phases, and evidence for high temperature partial melting.
Une coupe d'ancienne croute océanique rapide a été échantillonnée dans le Wadi Gideah, situé dans le Massif de Wadi Tayin de l'Ophiolite d'Oman. Cette série d'échantillons a permis de générer un jeu de données cohérent, combinant des études pétro-géochimiques et structurales, dans le but de construire une coupe de référence pour mieux contraindre notre compréhension des processus d'accrétion crustale aux dorsales océaniques rapides. Ce travail intègre aussi l'étude détaillée d'un affleurement représentant en partie la lentille magmatique axiale (LMA) fossile.Les analyses d'éléments majeurs et traces révèlent une évolution chimique dans la croûte inférieure, avec une nette différence entre les gabbros lités et les gabbros foliés sus-jacents. La modélisation pétrologique montre que l'évolution chimique vers le haut peut être produite par cristallisation fractionnée hydratée, avec des teneurs en H2O des magmas de ~0.8 wt% dans la croute inférieure et 0.8 to 1.2 wt% dans la croute supérieure. Combiné aux forts gradients de Zr/Hf vs. Zr, aux teneurs élevées de F et Cl dans les amphiboles magmatiques, à l'appauvrissement général en Nb-Ta des magmas comparé aux NMORB, et aux rapports Sr87/Sr86 élevés comparés à la croûte rapide moderne, ceci suggère que les gabbros lités du Wadi Gideah ont été formés par la cristallisation des magmas ascendants dans des sills, dans un contexte d'initiation de subduction. Les changements de signature géochimique et de taille de grain à la transition entre gabbros lités et gabbros foliés témoignent possiblement d'un fort refroidissement hydrothermal plus profond que la LMA. La transition complexe filonien/gabbro montre des relations structurale et lithologiques complexes, qui, combinées o la modélisation de la cristallisation fractionnée, traduisent les mouvements verticaux épisodiques de la LMA. Les orientations préférentielles cristallographiques (OPC) des plagioclases mesurées sur l'ensemble de la coupe dans les gabbros témoignent toujours d'une déformation magmatique. L'intensité des OPC a tendance à augmenter vers le bas, avec une plus forte variabilité dans les gabbros lités. Dans les gabbros lités, les OPC sont de plus en plus linéaires vers le bas, résultant possiblement d'un cisaillement plus fort induit par l'écoulement actif du manteau sous-jacent.La croûte inférieure dans le Wadi Gideah a enregistré une histoire compatible avec un modèle d'accrétion hydride, combinant plusieurs processus tels que l'écoulement magmatique vers le bas et/ou la migration de liquides magmatiques vers le haut dans les gabbros foliés supérieurs, l'intrusion de sills dans les gabbros lités, et une circulation hydrothermale profonde. Cette dernière était probablement concentrée dans des chenaux, préservés aujourd'hui sous la forme de plusieurs zones, dont l'épaisseur atteint 100 m, de gabbros lités fortement altérés, recoupant le litage magmatique. Ces métagabbros ont des rapports Sr87/Sr86 élevés, comportent des phases magmatiques tardives et montrent des évidences de fusion partielle.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Joint inversions are now commonly used in Earth Sciences. They have been developed to better understand Earth structure since they provide more constraints on the inverted parameters. We propose a new process to simultaneously invert several data sets in order to better image 3-D crustal and upper mantle structures. Our inversion uses 3 kind of data which present a good complementarity : (1) P receiver functions to provide Moho depth variations, (2) teleseismic delay times of P waves to retrieve velocity anomalies in the crust and upper mantle, (3) gravity anomalies to image density variations at lithospheric scale. In our scheme, receiver functions are first inverted. The resulting Moho depths are then interpolated and incorporated as a priori information into the joint inversion of teleseismic delay times and gravity anomalies process. In our new approach, we perform a model space search for Moho variations, P-velocity and density structure to find acceptable fit to the three data sets. In order to preferentially sample the good data fit region, we chose the Neighborhood algorithm of Sambridge to optimistically survey the model space. We model the delay times with a 3-D raytracing using velocity nodes evenly spaced and linked with density nodes via a linear relationship. This relationship can evolve through depth, simulating its pressure dependance. We test our scheme on synthetic examples, and apply the method in a continental rifting region where deformation processes are complex and badly known. This joint inversion thus provides more constraints on the inverted parameters, and allows us to better image crust - mantle interactions in the case of the Hangai dome (Central Mongolia). Indeed, in this area, we expect an asthenospheric upwelling to dynamically support the topography, but we image a density - velocity anomaly in the lower crust. The effects on topography and the origin (composition vs. thermal) of this anomaly are still under debate.
Les inversions conjointes sont maintenant communément utilisées en Sciences de la Terre. Elles ont été développées afin d'améliorer notre connaissance et compréhension de la structure interne de la Terre puisqu'elles apportent de plus en plus de contraintes sur les paramètres inversés. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : (1) Les fonctions récepteur P afin d'obtenir les variations de profondeur du Moho, (2) les délais de temps d'arrivées P des téléséismes pour retrouver les anomalies de vitesse dans la croûte et le manteau supérieur, (3) les anomalies gravimétriques qui donnent accès aux variations de densité à l'échelle lithosphérique. Dans le schéma d'inversion proposé, nous inversons d'abord les fonctions récepteur. Les variations de profondeur du Moho qui en résultent sont alors interpolées puis incorporées comme information a priori dans le processus d'inversion conjointe gravimétrie - tomographie télésismique. Que ce soit pour les fonctions récepteur ou pour la partie conjointe, notre méthode d'inversion se base sur un algorithme de recherche afin de trouver la structure qui minimise l'écart aux trois types de données. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous utilisons un modèle 3-D constitué de noeuds de vitesse afin de modéliser les délais de temps. Ces noeuds de vitesse sont liés aux noeuds de densité grâce à une relation linéaire entre vitesse et densité. Cette relation peut évoluer avec la profondeur de manière à simuler les effets dus aux variations de pression. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre nouvelle méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion, notamment en ce qui concerne la faculté de discerner les variations d'interfaces des anomalies volumiques. Nous avons ensuite appliqué la méthode dans une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie (en vitesse et densité) crustale (croûte inférieure) qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine (compositionnelle et/ou thermique) sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées (paramétriques, VP =VS, ...).
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