MÉCANISMES DE DÉFORMATION DANS LES SYSTÈMES

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
MÉCANISMES DE DÉFORMATION DANS LES SYSTÈMES D'ACCRÉTION PALÉOZOÏQUE par Jérémie LEHMANN Jury soutenue publiquement à Strasbourg le 8 décembre 2009 Prof. Gianreto MANATSCHAL Dr. Denis GAPAIS Prof. John COSGROVE Prof. Brian WINDLEY Dr. Ji?í ?ÁK Prof. Karel SCHULMANN Université de Strasbourg Université de Rennes 1 Imperial College of London University of Leicester Charles University, Praha Université de Strasbourg Rapporteur Rapporteur Rapporteur Examinateur Examinateur Directeur de thèse Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre Thèse de doctorat Université de Strasbourg Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l'Univers pour l'obtention du grade de Docteur, mention: Sciences de la Terre

  • âge des déformations

  • implications tectoniques sur les mécanismes de déformation des systèmes d'accrétion

  • doctorale sciences de la terre et de l'univers

  • datation

  • forces actives aux limites de l'orogène


Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 280
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Thèse de doctorat
Ecole et Observatoire
des Sciences de la Terre
Université de Strasbourg
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l'Univers
pour l'obtention du grade de Docteur, mention: Sciences de la Terre
par
Jérémie LEHMANN
MÉCANISMES DE
DÉFORMATION DANS LES SYSTÈMES
D'ACCRÉTION PALÉOZOÏQUE
Jury soutenue publiquement à Strasbourg le 8 décembre 2009
Prof. Gianreto MANATSCHAL Université de Strasbourg Rapporteur
Dr. Denis GAPAIS Université de Rennes 1
Prof. John COSGROVE Imperial College of London Rapporteur
Prof. Brian WINDLEY University of Leicester Examinateur
Dr. Ji ří ŽÁK Charles University, Praha
Prof. Karel SCHULMANN Université de Strasbourg Directeur de thèseLes hommes discutent, la nature agit.
V oltaireAvAnt-propos
Cette thèse est une étude structurale détaillée de terra in, microstructurale et géochro -
nologique sur les mécanismes de déformation dans les systèmes d’accrétion Paléozoïque situés
en Mongolie du sud-ouest et dans la partie nord-est du Massif de Bohème, à la frontière entre
République T chèque et Pologne. Les résutats obtenus par cette approche multidisciplinaire ont
des implicatio ns tectonique s sur les mécanismes de déformation des systèmes d’accrétion et de
mise en place des intrusifs syntectoniques et conduisent aussi à reconsidérer les modèles paléo -
géographiquesetd’accrétionpré-existants.
La zone d’étude en Mongolie du sud-ouest représente un couloir nord-sud de 300 km
2de long sur 50 km de lar ge (superfcie totale de 15000 km ) situé dans la partie centrale de la
Ceinture Orogénique Plissée d’Asie Centrale (« Central Asian Orogenic Belt » ou « Altaids
»). Les systèmes orogéniques sont d’âge présumés Mésoprotérozoïque à Jurassique. La zone
d’étude du Massif de Bohème, située à l’extrémité NE de la Chaîne V arisque Européenne,
concerne deux secteurs d’allongements perpendicula ires N-S et E-W entourants le dôme de
2gneissCarbonifèred’OrlicaSnieżnik(superfcietotaled’environ500km ).
L ’état des connaissances géologiques sur les deux zones d’études est très dif férent.
Du fait de son caractère extrèmement reculé et diffcile d’accès, la zone d’étude Mongole a
un contexte géologique peu documenté et équivoque. Les âges des dif férents intrusifs et des
épisodes tectonométamorphiques sont mal connus. L ’époque de sédimentation des formations
volcanosédimentaires et leurs signifcations paléogéog raphiques portent à caution. Afn de jeter
les bases d’une étude structurale saine, qui tiendrait compte des limites de la connaissance géo -
logique sur la zone, une synthèse des données lithostratigraphiques, des âges paléontologiques
et isotopiques publiés fut associée avec une vaste cam pagne de datation isotopique des proto -
lithes et des séquences sédimentaires. Cette étude est l’objet de lapartie III , et a été soumise
àAmerican Journal of Science .
Lapartie IV concerne la caractérisation géométriqu e, cinématique et l’intensité des
dif férentes structures tecto niques observées le long du même profl, accompagnées par la da -
40 39tation Ar - Ar des dif férents épisodes déformationn els. L ’étude structurale a été particuliè -
rement détail lée au niveau des intrusifs syndéformationnels révèlant ainsi que leur mise en
place est majo ritairement contrôlée par les forces actives aux limites de l’orogène. L ’orientation
des champs de contrainte actifs pendant la formation de l’orogène et l’âge des déformations
sont corrélés avec les datations ef fectuées enpartie III aboutissant ainsi à un nouveau modèle
conceptuel d’accrétion basé sur la revue détaillée des dif férents modèles préexistants (fg. IV .
20).CestravauxontétésoumisàAmerican Journal of Science .A contrario, le massif d’Orlica Snieżnik est très étudié depuis plus d’une centaine
d’années. Le cadre géologique est si bien défni que des études sur des processus rapides au
regarddel’éc helle detemp sdesprocessusgéologique speuventêtremenés.C’estleproposde
lapartie V de cette thèse qui vise à comprendre les mécanismes de mise en place de magmas
syntectoniques de la formation de dômes de gneiss. Cette étude met ainsi en évidence les rela -
tions complexes entre processus magmatiques intrinsè ques et variations de l’état de contraintes
extrinsèques liées à la formation du dôme de gneiss adjacent. Cette partie est en préparation
pourTectonics .
Après une courte introduction à la problématique centrale de la thèse enpartie I , un
rappelsuccintdesdif férentesméthodesanalytiquesestdresséenpartie II .RÉSUMÉ & ABSTRACTArguments lithostratigraphiques, géochronologiques et structuraux sur l’évo-
lution de la Ceinture Orogénique Plissée d’Asie Centrale en Mongolie du SO
N o u s p r é s e n t o n s d e n o u v e a u x â g e s z i r c o n S H R I M P U - P b e t é v a p o r a t i o n P b - P b , a s s o c i é s à l a
c o m p i l a t i o n l i t h o s t r a t i g r a p h i q u e d e « t e r r a i n s » s u s p e c t s e t à l a c a r a c t é r i s a t i o n d e s s t r u c t u r e s t e c t o n i q u e s
l e l o n g d ’ u n e g é o t r a v e r s e d e 3 0 0 * 5 0 k m s i t u é e d a n s l a C e i n t u r e O r o g é n i q u e P l i s s é e d ’ A s i e C e n t r a l e
( C A O B ) a u s u d - o u e s t d e l a M o n g o l i e . L a z o n e d ’ é t u d e r e c o u v r e 1 ) a u n o r d l e d o m a i n e c o n t i n e n -
t a l P r é c a m b r i e n d e T u v a - M o n g o l - D z a b k h a n c h e v a u c h é p a r d e s o p h i o l i t e s n é o p r o t é r o z o ï q u e s ( z o n e
d e s L a c s ) ; 2 ) a u c e n t r e , u n e m a r g e p a s s i v e S i l u r o - D é v o n i e n n e ( z o n e d e G o b i - A l t a i ) e t s o n p e n d a n t
o c é a n i q u e ( z o n e d e T r a n s - A l t a i ) e t 3 ) u n d o m a i n e c o n t i n e n t a l a u s u d ( z o n e d u S u d G o b i ) . L ’ a n a l y s e
s t r u c t u r a l e e t l e s â g e s s u r z i r c o n s u g g è r e n t q u e l e c o l l a p s e g r a v i t a i r e t a r d i - C a m b r i e n d e l a z o n e d e s
L a c s p r é a l a b l e m e n t s u r é p a i s s i e e s t s u i v i p a r l a f o r m a t i o n d ’ u n o c é a n S i l u r o - D é v o n i e n d a n s l e d o m a i n e
d e T r a n s - A l t a i . D e s a r c s m a g m a t i q u e s s e m e t t e n t e n s u i t e e n p l a c e l o r s d e r a c c o u r c i s s e m e n t s E - W a u
D é v o n o - C a r b o n i f è r e e t a u C a r b o n i f è r e t e r m i n a l d a n s l e s z o n e s d e G o b i - A l t a i e t S u d G o b i , r e s p e c t i v e -
m e n t . F i n a l l e m e n t , l e s y s t è m e e s t r a c c o u r c i d a n s s o n e n s e m b l e p a r u n e c o n v e r g e n c e N - S p e r m i e n n e
à j u r a s s i q u e , p r o d u i s a n t u n r a c c o u r c i s s e m e n t h é t é r o g è n e d u d o m a i n e o r o g é n i q u e . L e m o d è l e q u i r é -
p o n d l e m i e u x à c e s o b s e r v a t i o n s i m p l i q u e u n e d é r i v e v e r s l ’ o u e s t d u r u b a n c o n t i n e n t a l T u v a - M o n g o l -
D z a b k h a n a u S i l u r o - D é v o n i e n a s s o c i é e à u n e s u b d u c t i o n v e r s l ’ o u e s t d e l ’ O c é a n M o n g o l - O k h o t s k
e t à l a f o r m a t i o n s é q u e n t i e l l e d ’ a r c s m a g m a t i q u e s . D e s b a s s i n s d ’ a r r i è r e - a r c s s ’ o u v r e n t p e n d a n t c e t t e
p é r i o d e d a n s l ’ O c é a n P a l é o - A s i a t i q u e . L a f o r m e a c t u e l l e d e l a C h a î n e P l i s s é e d ’ A s i e C e n t r a l e e n M o n -
g o l i e e s t p r o b a b l e m e n t l e r é s u l t a t d ’ u n e r o t a t i o n a n t i h o r a i r e p e r m o - j u r a s s i q u e d u r u b a n c o n t i n e n t a l T u -
v a - M o n g o l - D z a b k h a n c o m b i n é e a v e c d e s d é c r o c h e m e n t s t r a n s p r e s s i f s r é a c t i v a n t d ’ a n c i e n n e s f a i l l e s
t r a n s f o r m a n t e s d e l ’ o c é a n P a l é o - A s i a t i q u e . L a t o t a l i t é d e s d o m a i n e s c o n t i n e n t a u x e t o c é a n i q u e s f u t
r é a c t i v é e e t f o r t e m e n t d é f o r m é e p e n d a n t c e t t e p h a s e d e c o n v e r g e n c e d a n s u n s t y l e c o n t r ô l é p a r l a r h é o -
l o g i e d e l a c r o û t e e t p a r l ’ a p p o r t t h e r m o m a g m a t i q u e h é t é r o g è n e P e r m i e n . C e t t e s é q u e n c e d ’ é v è n e m e n t s
t e c t o n i q u e s e s t c o n f r o n t é e a u x d o n n é e s p a l é o m a g n é t i q u e s , a u x r e c o n s t r u c t i o n s p a l é o g é o g r a p h i q u e s e t
a u x m o d è l e s t e c t o n i q u e s p u b l i é s p o u r a b o u t i r à u n m o d è l e r é v i s é d e l ’ a c c r é t i o n d e c r o û t e j u v é n i l e à
u n e m a r g e c o n t i n e n t a l e d a n s l a C e i n t u r e O r o g é n i q u e P l i s s é e d ’ A s i e C e n t r a l e a u s u d d e l a M o n g o l i e .
Enregistrements structuraux et ASM de granitoïdes mis en place pendant la
croissance d’un dôme gneissique continental (Dôme d’Orlica-Snieżnik - OSD,
Sudètes)
L a m i s e e n p l a c e d e g r a n i t o ï d e s s ’ a c c o m p a g n e d e l a c r o i s s a n c e o b l i q u e d ’ u n d ô m e d e g n e i s s
d ’ é c h e l l e c r u s t a l e s u r l a m a r g e o r i e n t a l e d u M a s s i f d e B o h è m e . 1 ) U n e p a r t i e i m p o r t a n t e d e s m a g m a s
i n t r u d e l e l o n g d e l a m a r g e e s t t r a n s p r e s s i v e . I l s m o n t r e n t u n f o r t c o u p l a g e m é c a n i q u e a v e c l e s r o c h e s
h a u t e m e n t m é t a m o r p h i s é e s d u t o i t d u f l o n m a g m a t i q u e m a i s s o n t s t r u c t u r a l e m e n t d é c o u p l é s a v e c
l e b u t t o i r f r o i d e t r i g i d e d u m u r . L e m a g m a e s t d ’ a b o r d i n j e c t é p a r a l l è l e m e n t à l ’ a n i s o t r o p i e h o r i z o n -
t a l e d e c e b u t t o i r p r o d u i s a n t u n a f f a i b l i s s e m e n t m é c a n i q u e i m p o r t a n t d e s r o c h e s e n c a i s s a n t e s . P u i s u n
a f f a i b l i s s e m e n t t h e r m i q u e d u m u l t i c o u c h e l i q u i d e - r o c h e h ô t e p r o d u i t l e c o l l a p s e d e l a s t r u c t u r e e t l a
f o r m a t i o n d ’ u n e z o n e d e c i s a i l l e m e n t t r a n s p r e s s i v e m a j e u r e l e l o n g d e l a q u e l l e l a m a j o r i t é d u m a g m a
i n t r u d e . L ’ A S M s u p p o r t e c e m o d è l e p a r u n e z o n a t i o n d e s f a b r i q u e s E - W a v e c u n e f o r t e f a b r i q u e à l ’ é t a t
s o l i d e t r a n p r e s s i v e a u t o i t , u n e f a b r i q u e m a g m a t i q u e v e r s l e m u r e t t r a n s i t i o n n e l l e a u c o e u r d e l ’ i n t r u s i f .
2 ) L a m a r g e s u d d u d ô m e g n e i s s i q u e r é v è l e l ’ e x i s t e n c e d ’ u n e f a b r i q u e v e r t i c a l e d a n s l a s u p r a s t r u c t u r e
d u d ô m e . L e s m a g m a s i n t r u d e n t c e t t e s u p r a s t r u c t u r e e t u n e z o n e d e c i s a i l l e m e n t n o r m a l e s e d é v e l o p p e
d a n s l a p a r t i e s u p é r i e u r e d u d ô m e . L e s d y k e s e t s i l l s s e d é f o m e n t e n p l i s a s s y m é t r i q u e s a s s o c i é s a u
d é v e l o p p e m e n t d ’ u n e f o l i a t i o n A S M s u b h o r i z o n t a l e e t d e r o d s p a r a l l è l e s à l ’ a z i m u t h d e s i n t r u s i f s . L e s
v a r i a t i o n s d ’ A S M e t d e f a b r i q u e s d e s q u a r t z s o n t a t t r i b u é e s à l a s u p e r p o s i t i o n d ’ u n c i s a i l l e m e n t n o r m a l
s u r u n e f a b r i q u e m a g m a t i q u e o r i g i n e l l e m e n t s u b v e r t i c a l e . N o u s d i s c u t o n s l e s v a r i a t i o n s d u r é g i m e d e
c o n t r a i n t e s l i é e s à l a m i s e e n p l a c e d e s m a g m a s a i n s i q u e l a s i g n i f c a t i o n d e s v a r i a t i o n s d e f a b r i q u e s e n
r e l a t i o n a v e c l a c r o i s s a n c e a s s y m é t r i q u e d u d ô m e c r u s t a l .Lithostratigraphic, geochronological and structural constraints on the evolution
of the Central Asian Orogenic Belt in SW Mongolia
W e p r o v i d e N e w S H R I M P U - P b a n d e v a p o r a t i o n P b - P b z i r c o n a g e s , t o g e t h e r w i t h a r e -
v i s i o n o f t h e l i t h o s t r a t i g r a p h y o f “ s u s p e c t ” t e r r a n e s a l o n g a 3 0 0 k m l o n g a n d 5 0 k m w i d e t r a n s e c t
a c c r o s s t h e C e n t r a l A s i a n O r o g e n i c B e l t ( C A O B ) i n s o u t h w e s t M o n g o l i a . T h i s i s a c c o m p a n i e d
w i t h t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e t e c t o n i c s t r u c t u r e s a l o n g t h e s a m e t r a n s e c t , c o v e r i n g t h e P r e c a m -
b r i a n T u v a - M o n g o l - D z a b k h a n c o n t i n e n t a l d o m a i n w i t h o v e r t h r u s t N e o p r o t e r o z o i c o p h i o l i t e s a n d
a s s o c i a t e d e c l o g i t i c r o c k s i n t h e n o r t h ( L a k e Z o n e ) , a S i l u r i a n - D e v o n i a n p a s s i v e m a r g i n a s s o c i a -
t i o n ( G o b i - A l t a i Z o n e ) a n d o c e a n i c d o m a i n ( T r a n s - A l t a i Z o n e ) i n t h e c e n t e r , a n d a c o n t i n e n t a l
a r e a ( S o u t h G o b i Z o n e ) i n t h e s o u t h . S t r u c t u r a l a n a l y s i s a n d z i r c o n a g e s s u g g e s t a l a t e C a m b r i a n
c o l l a p s e o f t h e t h i c k e n e d L a k e Z o n e c o n t i n e n t a l c r u s t , l e a d i n g t o s t r e t c h i n g o f t h e l i t h o s p h e r e a n d
f o l l o w e d b y S i l u r i a n - D e v o n i a n f o r m a t i o n o f o c e a n i c c r u s t i n t h e T r a n s - A l t a i d o m a i n . S u b s e q u e n t
e m p l a c e m e n t o f D e v o n i a n - C a r b o n i f e r o u s a n d l a t e C a r b o n i f e r o u s m a g m a t i c a r c s o c c u r r e d o n t h e
G o b i - A l t a i a n d S o u t h G o b i Z o n e c r u s t s , r e s p e c t i v e l y , d u r i n g E - W s h o r t e n i n g . F i n a l l y , t h e e n t i r e
s y s t e m w a s a f f e c t e d b y N - S c o n v e r g e n c e f r o m t h e P e r m i a n t o J u r a s s i c , l e a d i n g t o a h e t e r o g e n e o u s
s h o r t e n i n g o f t h e o r o g e n i c d o m a i n . T h e m o d e l b e s t f t t i n g t h e s e o b s e r v a t i o n s i s o n e o f g e n e r a l i z e d
w e s t w a r d d r i f t o f t h e T u v a - M o n g o l - D z a b k h a n r i b b o n c o n t i n e n t d u r i n g t h e S i l u r i a n - D e v o n i a n ,
a s s o c i a t e d w i t h w e s t w a r d - s u b d u c t i o n o f t h e M o n g o l - O k h o t s k O c e a n a n d s e q u e n t i o n a l g r o w t h
o f m a g m a t i c a r c s . B a c k - a r c b a s i n s o p e n e d d u r i n g t h i s p e r i o d i n t h e a r e a o f t h e w e s t e r n P a l e o a -
s i a n O c e a n . T h e p r e s e n t - d a y s h a p e o f t h e C A O B i n s o u t h e r n M o n g o l i a w a s p r o b a b l y f o r m e d
d u r i n g P e r m i a n t o M e s o z o i c a n t i c l o c k w i s e r o t a t i o n a n d f o l d i n g o f t h e T u v a - M o n g o l - D z a b k h a n
c o n t i n e n t a l r i b b o n , c o m b i n e d w i t h s t r i k e - s l i p ( t r a n s p r e s s i o n a l ) r e a c t i v a t i o n o f a n c i e n t t r a n s f o r m
b o u n d a r i e s i n t h e P a l e o a s i a n o c e a n i c d o m a i n . A l l c o n t i n e n t a l a n d o c e a n i c c r u s t a l d o m a i n s w e r e
r e a c t i v a t e d a n d i n t e n s e l y d e f o r m e d d u r i n g t h i s c o n v e r g e n c e i n a s t y l e c o n t r o l l e d b y t h e c r u s t a l
r h e o l o g y a n d a h e t e r o g e n e o u s P e r m i a n m a g m a t i c - t h e r m a l i n p u t . T h e s e q u e n c e o f t e c t o n i c e v e n t s
i s t e s t e d a g a i n s t p u b l i s h e d p a l e o m a g n e t i c d a t a , p a l e o g e o g r a p h i c r e c o n s t r u c t i o n s a n d t e c t o n i c m o -
d e l s , l e a d i n g t o a r e v i s e d m o d e l f o r t h e a c c r e t i o n o f j u v e n i l e c r u s t t o a c o n t i n e n t a l m a r g i n i n t h e
C A O B o f s o u t h e r n M o n g o l i a .
AMS and structural records of granitoid sheets emplaced during the growth
of a continental gneiss dome (Orlica-Snieżnik Dome, Sudetes)
E m p l a c e m e n t o f g r a n i t o i d s h e e t s a c c o m p a n i e s t h e o b l i q u e g r o w t h o f a c r u s t a l s c a l e
g n e i s s d o m e a t t h e e a s t e r n m a r g i n o f t h e B o h e m i a n M a s s i f . T h e m a g m a t i c s h e e t s e m p l a c e d a l o n g
t h e e a s t e r n t r a n s p r e s s i v e m a r g i n s h o w a s t r o n g m e c h a n i c a l c o u p l i n g w i t h h i g h g r a d e h a n g i n g w a l l
u n i t s a n d a r e s t r u c t u r a l l y d e c o u p e l l e d w i t h r e s p e c t t o e a s t e r n c o l d a n d s t i f f b u t t r e s s . M a g m a w a s
f r s t i n j e c t e d p a r a l l e l t o t h e h o r i z o n t a l a n i s o t r o p y o f t h e b u t t r e s s p r o d u c i n g a n i m p o r t a n t w e a k e -
n i n g o f t h e h o s t r o c k . S u b s e q u e n t t h e r m a l w e a k e n i n g o f t h e m e l t - h o s t r o c k m u l t i l a y e r l e d t o t h e
c o l l a p s e o f r o c k s t r u c t u r e s a n d d e v e l o p m e n t o f a m a j o r t r a n s p r e s s i o n a l s h e a r z o n e a l o n g w h i c h
t h e m a j o r s y n c o n v e r g e n t s h e e t e m p l a c e s . T h e A M S s u p p o r t s t h i s m o d e l b y a n E - W f a b r i c z o n a -
t i o n u n d e r l y i n g a s t r o n g t r a n s p r e s s i v e s o l i d - s t a t e f a b r i c i n t h e W e s t , m a g m a t i c h o r i z o n t a l f a b r i c i n
t h e E a s t a n d a t r a n s i t i o n a l f a b r i c i n t h e c e n t r e o f t h e s h e e t . I n c o n t r a s t , t h e s o u t h e r n m a r g i n o f t h e
g n e i s s d o m e r e v e a l s t h e e x i s t e n c e o f a v e r t i c a l f a b r i c i n d o m e s u p r a c r u s t a l s e q u e n c e s i n t r u d e d b y
t h e m a g m a t i c s h e e t s , a n d a n i n t e n s e n o r m a l s h e a r z o n e d e v e l o p e d a t t h e u p p e r p a r t o f t h e g n e i s s
d o m e . T h e s h e e t s a r e f o l d e d b y a s y m m e t r i c a l f o l d s a s s o c i a t e d w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f a s u b h o -
r i z o n t a l A M S f o l i a t i o n a n d r o d d i n g s p a r a l l e l t o t h e i n t r u s i v e ’ s s t r i k e . T h e v a r i a t i o n s o f A M S a n d
q u a r t z f a b r i c s a r e a t t r i b u t e d t o t h e o v e r p r i n t o f a n o r i g i n a l s t e e p m a g m a t i c f a b r i c b y a c o n t i n u o u s
n o r m a l s h e a r i n g . W e d i s c u s s t h e v a r i a t i o n s i n s t r e s s r e g i m e s r e l a t e d t o t h e s h e e t e m p l a c e m e n t a s
w e l l a s t h e s i g n i f c a n c e o f f a b r i c v a r i a t i o n s i n r e l a t i o n w i t h t h e a s y m m e t r i c g r o w t h o f t h e c r u s t a l
s c a l e g n e i s s d o m e .

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