Sismo-stratigraphie multi-échelle d'un bassin avant-arc: Architecture du bassin de Marie-Galante, Petites Antilles. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Multiscale sismostratigraphy of a fore-arc basin : architecture of the Marie-Galante Basin, Lesser Antilles

Sismo-stratigraphie multi-échelle d'un bassin avant-arc: Architecture du bassin de Marie-Galante, Petites Antilles.

Résumé

The Lesser Antilles volcanic arc developed following the slow westward subduction of the North and South America plate beneath the Caribbean plate. At the latitude of Guadeloupe archipelago and about 150km west of the deformation front, a perche basin call the Marie-Galante Basin dips trenchward and is bound eastward by the Karukera spur. The Marie-Galante basin stands above the outer fore-arc basins and the Barbados accretionary wedge. It faces the subducted Tiburon Ridge that sweep southward the subduction zone since the late Miocene. The basin sedimentation reveals active deformation since about 30Ma. The objectif of this thesis is to describe the tectonique and sedimentary evolution of the basin to renew our understanding of the Lesser Antilles subduction geodynamic. We use multibeam bathymetry, and high resolution multichannel seismic acquired in the basin during the KaShallow Cruise. we complement this database with lower resolution multichannel seismic from older cruise leading to a pseudo 3D covarage of the basin. Rock sampling from ROV dives and cores provided 40 samples from the main outcropping seismic units. Petrological analysis and biostratigraphic datation, allow paleoenvironemental analysis since the Palaeogene. The multiscale seismic interpretation reveal an up to 4.5stwt thick basin resting unconformably above an igneous basement. We define 5 mains sedimentary sequences divided into 13 seismic units, bouded by 14 unconformities. The sequential analysis leads to interpret 10 third order sedimentary sequences. The biostratigraphy analyses provid the opportunity to describ the tectonic and sedimentary evolution of the basin since the Eocene. We revealed four normal fault systèmes associated to three extentional phase, that control the architectural evolution and sedimentation in the basin. 1/ a N050±10°E inherited system active since the late Palaeeoge controle the regional SEward tilt of the basin. This fault system is that of the 4500m high La Desirade scarp. This first extensional phase is interpreted as the result of a fore arc dislocation following an increase of the subduction zone curvature; 2/ a N130°‐N150°E, that isolate the Karukéra spur and controle the basin sedimentation since the Lower Miocene. It reveals a first extensional tectonic phase transvers to the arc ; 3/ a N150°‐N180°E system that divided the Marie‐Galante basin in a eastern subbasin immediatly west of the Karukéra spur. This seconde extensional phase, perpendicular to the margin, occurs concomitantly with a subsidence and polarity inversion of the basin in response to a trenchward tilt. This tilt intitiate during the mid Miocene and is stil presently active. This long term evolution of the basin occurs concomitatly with the westward retreat of the volcanic arc in response to a basal tectonic erosion of the margin at the plate interface; 4/ A late N090±10°E system devellop in the center of the basin. This fault system controls the development of neritic carbonate plateforme along the shallowest tectonic compartments as for exemple the Marie‐Galante carbonate plateforme. This late extentional phase, parallel to the arc, develops since the early Pliocene. it overprints the trench perpendicular extentional regime that affected the forearc and is interpreted as a result of deformation partitionning in response to oblic subduction along the northern Lesser Antilles. This tectonic regime re-activated all the fault systems in the basin. Those conclusions lead us to re-interpret the tectonic regime of the Lesser Antilles subduction zone as well as the role of underthrusted asperities from the Atlantic ocean crust.
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 les bassins de l’avant‐arc externe ainsi que 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 l’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 troisième ordre (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’extension 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 N150°‐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. Elle induit la réactivation de tous les systèmes de failles du bassin. Ces conclusions nous amènent à reconsidérer le régime tectonique de la marge antillaise ainsi que le rôle de la subduction des aspérités de la lithosphère Atlantique.
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Citer

Lyvane de Min. Sismo-stratigraphie multi-échelle d'un bassin avant-arc: Architecture du bassin de Marie-Galante, Petites Antilles.. Stratigraphie. Université des Antilles et de la Guyane (UAG), Pointe à Pitre, Guadeloupe, FRA., 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03144281⟩

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