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Contribution of seismic imaging to understanding the back-arc dynamics of the Lesser Antilles during the Cenozoic
No full textDans la région des Petites Antilles, marquée par la subduction des plaques Américaines sous la plaque Caraïbe, la grande majorité des études s’intéresse aux domaines d’arc et d’avant-arc, qui concentrent l’essentiel de l'activité volcanique et sismique. A l’inverse, l’arrière-arc antillais est longtemps resté une zone peu étudiée et mal comprise d'un point de vue tectonique. Ce domaine large de plus de 300 km inclut la Ride d’Aves, un arc éteint d’âge Crétacé supérieur à Paléocène mis en place au sein d’un plateau océanique. Cette ride, qui se trouve à environ 1 km sous le niveau de la mer, surplombe le Bassin de Grenade qui la sépare de l’arc actif des Petites Antilles. Les relations structurales entre ce bassin et les arcs adjacents ont fait l’objet de nombreuses controverses, tout comme la chronologie et les modalités de son ouverture. Pour répondre à ces problématiques, cette thèse repose essentiellement sur l’exploitation d’un important jeu de données de sismique réflexion multi-traces acquis lors de la campagne GARANTI en 2017, couvrant l’intégralité du Bassin de Grenade et le flanc est de la Ride d’Aves. Elle intègre également des résultats de dragages réalisés sur hauts bathymétriques de la Ride d’Aves. L’analyse de ces données a mené à la proposition d’un nouveau modèle d’évolution tectonique, dans lequel la formation du Bassin de Grenade débute à la fin du Paléocène par une extension NO-SE de la Ride d’Aves, aboutissant finalement à une expansion océanique à l’Eocène moyen. Aujourd’hui, la croûte océanique est couverte de 3 à 15 km de sédiments et elle occupe la moitié est du Bassin de Grenade entre les latitudes de Grenade et de la Martinique. L’asymétrie du socle et des dépocentres ante-Miocène suggère que le sud du Bassin de Grenade s’étendait initialement plus à l’est, probablement jusque dans l’avant-arc actuel, avant l’intrusion de l’arc des Petites Antilles du sud à l’Oligo-Miocène. Cette intrusion coïncide avec une inversion tectonique du sud du bassin résultant de la convergence oblique entre la Plaque Caraïbe et le continent sud-américain. En parallèle, une attention particulière a été portée aux mouvements verticaux de la Ride d’Aves. Celle-ci est supposée avoir émergé à la transition Eocène-Oligocène, permettant ainsi la migration de faunes terrestres depuis l’Amérique du Sud vers les Grandes Antilles (hypothèse du "pont terrestre GAARlandia"). La découverte d’une discordance régionale suggère que la Ride d’Aves faisait partie d’un pont terrestre reliant les deux Amériques au Crétacé-Paléocène, soit environ 30 millions d’années avant GAARlandia. De l’Eocène moyen au Miocène moyen, la Ride d’Aves a connu une subsidence relativement lente, permettant à des récifs coralliens de se développer sur des hauts-fonds. La période Eocène supérieur-Oligocène correspond à un ralentissement de la subsidence, qui pourrait en fait traduire un soulèvement de la Ride d’Aves. Cependant, bien que certains paléo-récifs présentent des indices d’émersions ponctuelles entre l’Eocène et le Miocène, rien n’indique une émersion généralisée à l’Eocène-Oligocène dans la zone explorée. A partir du Miocène supérieur, des changements géodynamiques régionaux ont provoqué une accélération de la subsidence et donc l’ennoiement complet de la Ride d’Aves. Cette étude apporte un éclairage inédit sur la structure et la stratigraphie de l’arrière-arc des Petites Antilles, permettant ainsi de préciser son évolution tectonique. Elle constitue également un premier pas vers une meilleure compréhension des mouvements verticaux ayant affecté cette région au Cénozoïque.In the Lesser Antilles region, where the American plates subduct beneath the Caribbean plate, the vast majority of studies focus on the arc and forearc domains, which concentrate most of the volcanic and seismic activity. In contrast, the Lesser Antilles back-arc has long remained little explored and poorly understood from a tectonic point of view. This more than 300 km wide area includes the Aves Ridge, an extinct Late Cretaceous to Paleocene arc emplaced within an oceanic plateau. This ridge, which is about 1 km below sea level, rises above the Grenada Basin that separates it from the active Lesser Antilles arc. The structural relationships between this basin and the adjacent arcs have been much debated, as have the timing and mode of its opening. To answer such questions, this PhD thesis is mainly based on a large multi-channel seismic reflection dataset acquired during the GARANTI cruise in 2017, completely covering the Grenada Basin and the eastern flank of the Aves Ridge. It also includes results from dredges carried out on bathymetric highs of the Aves Ridge. Analysis of these data led to the proposal of a new tectonic model, in which the Grenada Basin opening begins at the end of the Paleocene with NW-SE extension of the Aves Ridge, ultimately resulting in oceanic spreading during the middle Eocene. Today, 3 to 15 km of sediments cover the oceanic crust, which extends across the eastern half of the Grenada Basin between the latitudes of Grenada and Martinique. The asymmetry of the basement and pre-Miocene depocentres suggests that the southern Grenada Basin initially extended further east, probably into the current forearc, before the intrusion of the southern Lesser Antilles arc during the Oligocene-Miocene. This intrusion coincides with a tectonic inversion in the southern basin resulting from the oblique convergence between the Caribbean Plate and the South American continent. Alongside this, special attention was paid to the vertical motions of the Aves Ridge, which is thought to have emerged at the Eocene-Oligocene transition, thus enabling the migration of terrestrial fauna from South America to the Greater Antilles ("GAARlandia land bridge" hypothesis). The discovery of a regional unconformity suggests that the Aves Ridge was part of a land bridge connecting the two Americas in the Cretaceous-Paleocene, approximately 30 Myr before GAARlandia. From the middle Eocene to the middle Miocene, the Aves Ridge underwent relatively slow subsidence, enabling coral reefs to develop on bathymetric highs. Subsidence slowed down in the late Eocene-Oligocene, which could in fact reflect an uplift of the Aves Ridge. However, although some paleo-reefs show evidence of sporadic emersions between the Eocene and the Miocene, there is no evidence of an Eocene-Oligocene emersion in the study area. From the late Miocene, regional geodynamic changes caused an acceleration of subsidence and therefore complete flooding of the Aves Ridge. This study sheds new light on the structure and stratigraphy of the Lesser Antilles back-arc, thus clarifying its tectonic evolution. It is also a first step towards a better understanding of the vertical motions that affected this region during the Cenozoic
Contribution of geophysical imagery to the understanding of the Lesser-Antilles Forearc geodynamic and tectonic evolution
No full textLes données Géophysiques HR acquises lors des missions océanographiques ANTITHESIS 1&3, nous permettent de déchiffrer l’évolution tectonique de l’avant arc des Petites Antilles du Nord (PAN).A l’Eo-Oligocène, la collision oblique du Banc des Bahamas contre le NE de la plaque Caraïbes à conditionné une augmentation de convexité de marge accommodée entre autre par de la fracturation de l’avant-arc en micro-blocs. Il en résulte, dans les PAN, une séquence proéminente de bassins en V séparés par des éperons. Cet épisode a également conduit à la formation d’une limite structurale d’échelle lithosphérique ; le Passage d’Anegada (PA). Cette dernière constitue une frontière tectonique et accommode les différences de comportement tectonique entre les Petites et les Grandes Antilles. L’augmentation de l’obliquité de convergence a favorisé l’initiation du partitionnement de la déformation dans les NLA accommodé le long de failles sub-parallèles à la fosse (Faille de Bunce) et a réactivé le PA par héritage tectonique. La faible expression locale du partitionnement comparé aux marges à l’obliquité similaire (e.g. Ryukyu) s’explique par un faible taux de convergence des plaques et un fort pendage du slab. Cela suggère également l’existence d’une faible friction basale probablement due à la subduction d’une croûte océanique Nord-Américaine fortement hydratée et serpentinisée et à la l’intense fracturation de la plaque supérieure. Post Mioc. Moy., la subsidence régionale de l’avant-arc et l’extension tectonique accommodée le long de failles sub-parallèles à la fosse révèle une forte érosion basale responsable de la migration synchrone interne de l’arc volcanique.The Eocene-Oligocene oblique collision of the Bahamas Bank against the North-Eastern Caribbean Plate increased the margin convexity triggering forearc fragmentation into small-scale blocks. This deformation results in a prominent sequence of V-shaped basins that widens trenchward separated by elevated spurs, in the NLA. This episode also led to the formation of the lithospreric-scale tectonic feature Anegada Passage (AP) wich acted as a tectonic boundary and accomodated discrepancies of tectonic behavior between the Lesser and the Greater Antilles. Increasing convergence obliquity favored strain partitioning initiation in the NLA accomodated along sub-parallel to the trench faults such as the Bunce Fault and reactivated the AP by tectonic inheritance. Nevetheless, strain partitioning expression in the NLA is far fewer than other partitioned areas with comparable obliquity, such as the Ryukyu margin, because of local low plates convergence rate and high slab dip. This tectonic pattern also suggesting a low basal friction probably caused by the strongly hydrated and serpentinized subducting North-American oceanic crust and intense upper plate fracturation. Post Mid-Miocene, forearc regional subsidence and tectonic extension are partly accommodated along sub-parallel to the trench faults. This drastic subsidence phase reveals vigorous margin basal erosion, which likely generated the synchronous westward migration of the volcanic arc
Tectonic deformation et thermal structure of the North Ecuador - South Colombian Margin (0°-3.5°N) - implication for the seismogenesis
No full textaaL’ensemble des forces impliquées dans la subduction contrôle le transfert de mouvement du panneau plongeant vers la plaque chevauchante et par voie de conséquence le régime tectonique de la marge convergente. Ce régime peut être caractérisé& par une accrétion frontale ou du sous-placage d’une part et une érosion frontale ou basale, d’autre part. Les processus de l’érosion de la base de la plaque chevauchante sont encore mal connus, et pourraient résulter soit d’une abrasion mécanique par les rugosités kilométriques à centimétriques de la plaque plongeante en régime de fort couplage mécanique soit d’une hydrofracturation basale résultant des surpressions de fluides expulsés des sédiments et de la croûte subduits [von Huene and Culotta, 1989]. Cette dernière hypothèse est envisageable en régime de faible couplage mécanique.Á l’échelle de la lithosphère, la nucléation des grands séismes de subduction semble également dépendre des forces impliquées dans les zones de subduction, puisque près de 90% de l’énergie sismique accumulée sur le globe est libérée dans ces zones de subduction. Ces grands séismes se produisent par rupture d’une portion, au comportement fragile, du contact interplaque, appelée zone sismogène, dont les limites semblent être principalement contrôlées thermiquement. Ils peuvent se produire par rupture d’une zone fortement couplée et propagation de la rupture dans une zone de couplage moindre (modèle des aspérités) [Kanamori, 1986; Lay and Kanamori, 1981; Lay et al., 1982] ou par la rupture d’une zone faiblement couplée et la propagation jusqu’à une zone de fort couplage (modèle des barrières) [Aki, 1979; Das and Aki, 1977].L’étude de la marge Nord Équateur – Sud Colombie (0° - 3,5°N) a été abordée selon trois axes. (1) Les caractéristiques morpho-structurales du front de déformation, du bassin avant-arc et de son substratum nous renseignent sur le régime tectonique dominant de la marge et ses variations spatio-temporelles. (2) Les caractéristiques des Bottom Simulating Reflectors permettent de calculer des valeurs du flux de chaleur, points de départ d’une modélisation thermique de la marge qui fournit une estimation des dimensions et de la localisation de la zone sismogène et permet de discuter des variations longitudinales du régime thermique de la marge. (3) Enfin, nous avons abordé le rôle des failles crustales héritées de la marge, sur le contrôle de la propagation de la rupture des grands séismes de subduction du XX° siècle.Cette marge apparaît segmentée par des failles crustales transverses : les failles d’Esmeraldas et de Manglares, ainsi que par le promontoire d’Esmeraldas au Sud et le promontoire de Patia au Nord. Elle a globalement subi une déformation compressive, depuis le saut de subduction, à l’Éocène moyen – supérieur, notamment lors de l’entrée en subduction de la jeune plaque Nazca, ce qui se traduit par une augmentation de la déformation. Cette déformation reste active au nord de la faille de Manglares alors qu’elle est scellée au sud. Le substratum et le front de la marge, d’Esmeraldas à Buenaventura, semblent avoir subit une érosion tectonique apparemment initiée au Miocène moyen – supérieur. Depuis environ 1 Ma, l’accrétion semble se propager du nord vers le sud.La zone sismogène mesurerait 110 à 160 km de large et sa limite supérieure, serait située à ~11 km de profondeur et ~42 km de distance du front de déformation dans le nord de la zone d’étude. Le flux de chaleur, au front de la marge, varie du simple au double mettant en évidence une segmentation thermique de la marge.Enfin la localisation et l’extension des zones de rupture des séismes montrent que les failles transverses héritées d’Esmeraldas et de Manglares limitent la propagation de la rupture sismique et segmentent sismologiquement la marge
The role of subducting heterogeneities and fluids on the Northern Lesser Antilles margin deformation and seismogenesis
No full textLes Petites Antilles sont une zone de subduction particulière considérée comme étant très hydratée. Cette thèse se concentre sur l'étude de l'impact des hétérogénéités structurales en subduction et de la circulation des fluides associés sur la déformation tectonique de la marge et l'activité sismique. Pour ce faire, des données sismiques multitraces à haute résolution, bathymétriques, de flux de chaleur et de sismicité acquises au cours des campagnes Manta-Ray, Antithesis et Sismantilles ont été utilisées. Les données de flux thermique révèlent l'advection de chaleur par des fluides liés à une circulation ventilée et isolée dans le nord et le centre des Petites Antilles respectivement, et mettent en évidence le contrôle thermique de la localisation de la sismicité. Ainsi, au large de Saint-Martin, les valeurs négatives du flux de chaleur dans la fosse et positives dans l'avant-arc, comparées aux valeurs conductrices globales, mettent en évidence la percolation descendante de fluides froids dans la fosse et la migration ascendante de fluides chauds dans l'avant-arc. À l'inverse, au large de la Martinique, un flux thermique positif dans la fosse révèle une migration ascendante de fluides chauds le long de l'interplaque jusqu'à la fosse. Les données de sismicité offshore montrent que la distribution des séismes est corrélée aux réactions de déshydratation de la lithosphère plongeante. Ainsi, la présence de fluides pourrait expliquer le faible couplage interplaque et la rareté des grandes ruptures cosismiques, favorisant des comportements de glissement lents à asismiques et augmentant le temps de retour des grands événements sismiques dans cette marge.Les données sismiques et bathymétriques ont mis en évidence dans le nord des Petites Antilles un segment de croûte océanique, appelé "Jacksonville Patch", qui est en partie constitué de roches mantelliques exhumées et hydratées, formées le long de grandes failles de détachement. Ces failles pourraient avoir été réactivées lors de la flexure avant-fosse de la plaque plongeante, facilitant la percolation des fluides froids en profondeur et un nouvel épisode de serpentinisation. La subduction de ce socle faillé, hydraté et serpentinisé génère probablement une variation des propriétés mécaniques interplaques, expliquant la faible sismicité du méga-chevauchement.Au nord de la ride de Barracuda, cette étude révèle par ailleurs une marge globalement érosive, avec des phases d'accrétion mineures qui diminuent vers le nord. L'érosion frontale est documentée par une diminution de la largeur du prisme vers le nord, probablement liée à la subduction des rides topographiques et un socle océanique rugueux dans une fosse dépourvue de sédiments. Au niveau de l'avant-arc, la distribution de failles normales subparallèles à la ride de Barracuda est cohérente avec l'âge Quaternaire de formation de ce relief sous le domaine avant-arc. Les failles imagées sont par ailleurs associées à des hauts de socle et sont profondément enracinées, potentiellement sur l'interplaque, formant des voies possibles de migration ascendante des fluides. Les anomalies de flux de chaleur, les polarité inverse des réflecteurs, les figures de cheminées de fluides sur les profils, associés aux pockmarks et à des volcans de boue sur le plancher océanique, soulignent la circulation de fluides potentiellement liés à la zone de fracture 15-20 en subduction. Cette étude documente également une subsidence généralisée de la marge et un amincissement du socle et largement supérieure au déplacement le long des failles profondes. Ainsi, l'érosion tectonique basale long-terme de cette marge profondément fracturée semble dominée par la circulation de fluides libérés en profondeur par les portions de lithosphère océanique constituées de manteau exhumé et par les zones de fracture, et aurait été récemment amplifiée par la déformation récente induite pas la ride de Barracuda formée depuis 2,3 millions d'années.At subduction zones, the nature of the subducting plate, fluid circulation, and temperature contribute significantly to the tectonic pattern and seismogenic potential. The Lesser Antilles is an end-member subduction zone, which undergoes the subduction of trans-oceanic fracture zones (FZ) bounded by topographic ridges, and large-scale patches of tectonically dominated oceanic crust that is prone to produce high water budget. This thesis focuses on investigating the impact of subducting heterogeneities and related fluid circulation on the margin tectonic deformation and seismic activity. For this purpose, newly and previously acquired multichannel (MCS) and high-resolution seismic, bathymetric, heat-flow, and seismicity data during the Manta-Ray, Antithesis, and Sismantilles campaigns were employed. The heat-flow data reveal heat advection by fluids related to a ventilated and an insulated circulation in the northern and central Lesser Antilles respectively, and further highlight the thermal control of seismicity location. Along Saint Martin, negative heat-flow values in the trench and positive in the forearc compared to global conductive values highlight downward percolation of cold fluids in the trench and upward migration of warm fluids at the forearc. Contrastingly, along Martinique, positive heat-flow in the trench reveals warm fluid updip migration along the plate interface from subduction depths up to the trench. There, the offshore seismicity data shows that the locations of the interplate, intraslab, and supraslab earthquakes have a close relationship with temperature dehydration reactions. Thus, the presence of fluids likely explains the low interplate coupling and the scarce large co-seismic ruptures, favouring aseismic slip behaviours, and increasing time return of large seismic events in this margin.In addition, the MCS and bathymetric data in the northern Lesser Antilles imaged an oceanic tectonic fabric named the Jacksonville Patch, which is partly made of exhumed and hydrated mantle rocks, formed along pervasive detachment faults. During plate bending, the faults could be reactivated and allow deep fluid circulation and further serpentinization. The subduction of this faulted, hydrated and serpentinized basement likely generates interplate patchiness of contrasting frictional properties, which contributes to the megathrust weakness and low interplate seismicity.North of the Barracuda ridge, this study further reveals a globally erosive margin, with minor accretion phases that decrease northwards. Evidence of frontal erosion is recorded by a northward decrease in the width of the prism favoured by the subduction of topographic ridges and a rough oceanic basement within a sediment-starved trench. At the forearc, normal faults subparallel to the southward sweeping Barracuda ridge, a Quaternary oceanic basement high, highlight its possible earliest onset beneath the forearc, at the eastern flank of the Antigua Valley. Some of the imaged faults are associated with basement highs and are deeply rooted, potentially down to the interplate, forming pathways for fluid upward migrations. Reverse polarity reflectors and fluid pipes, both collocated with pockmarks and mud-volcanoes on the seafloor, and with the 15-20 FZ at depth, highlight the potential of fluid flow occurrence at this margin forearc, in agreement with heat-flow observations. This study also documents widespread margin subsidence and basement thinning consistent with previous estimates north of the study area, which cannot be accounted for by the displacement along the deep-rooted faults. Thus, long-term basal tectonic erosion of this deeply fractured margin has been dominated by circulating fluids from subducted exhumed mantle patches and FZs as the Fifteen-twenty, and has been recently increased by the uplift and southward sweeping of the ~ 2.3 Ma old Barracuda Ridge
Régimes tectoniques et thermiques de la marge Nord Equateur-Sud Colombie (0-3,5N) - (implications sur la sismogenèse)
No full textPARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF
By Land or Sea: How Did Mammals Get to the Caribbean Islands?
No full textInternational audienceA multidisciplinary team is jointly investigating mammal evolution and subduction dynamics to unravel how flightless land mammals migrated to the Greater Antilles and other Caribbean islands
Structure of the Malpelo Ridge (Colombia) from seismic and gravity modelling
No full textWide-angle and multichannel seismic data collected on the Malpelo Ridge provide an image of the deep structure of the ridge and new insights on its emplacement and tectonic history. The crustal structure of the Malpelo Ridge shows a 14 km thick asymmetric crustal root with a smooth transition to the oceanic basin southeastward, whereas the transition is abrupt beneath its northwestern flank. Crustal thickening is mainly related to the thickening of the lower crust, which exhibits velocities from 6.5 to 7.4 km/s. The deep structure is consistent with emplacement at an active spreading axis under a hotspot like the present-day Galapagos Hotspot on the Cocos-Nazca Spreading Centre. Our results favour the hypothesis that the Malpelo Ridge was formerly a continuation of the Cocos Ridge, emplaced simultaneously with the Carnegie Ridge at the Cocos-Nazca Spreading Centre, from which it was separated and subsequently drifted southward relative to the Cocos Ridge due to differential motion along the dextral strike-slip Panama Fracture Zone. The steep faulted northern flank of the Malpelo Ridge and the counterpart steep and faulted southern flank of Regina Ridge are possibly related to a rifting phase that resulted in the Coiba Microplate's separation from the Nazca Plate along the Sandra Rift
Thermal regime from bottom simulating reflectors along the north Ecuador-south Colombia margin; relation to margin segmentation and great subduction earthquakes
No full textJournal of Geophysical Research, v. 111, n. B12, p. B12407, 2006. http://dx.doi.org/10.1029/2005JB004239International audienc
Apport de l'imagerie sismique à la compréhension de la dynamique arrière-arc des Petites Antilles au Cénozoïque
No full textIn the Lesser Antilles region, where the American plates subduct beneath the Caribbean plate, the vast majority of studies focus on the arc and forearc domains, which concentrate most of the volcanic and seismic activity. In contrast, the Lesser Antilles back-arc has long remained little explored and poorly understood from a tectonic point of view. This more than 300 km wide area includes the Aves Ridge, an extinct Late Cretaceous to Paleocene arc emplaced within an oceanic plateau. This ridge, which is about 1 km below sea level, rises above the Grenada Basin that separates it from the active Lesser Antilles arc. The structural relationships between this basin and the adjacent arcs have been much debated, as have the timing and mode of its opening. To answer such questions, this PhD thesis is mainly based on a large multi-channel seismic reflection dataset acquired during the GARANTI cruise in 2017, completely covering the Grenada Basin and the eastern flank of the Aves Ridge. It also includes results from dredges carried out on bathymetric highs of the Aves Ridge. Analysis of these data led to the proposal of a new tectonic model, in which the Grenada Basin opening begins at the end of the Paleocene with NW-SE extension of the Aves Ridge, ultimately resulting in oceanic spreading during the middle Eocene. Today, 3 to 15 km of sediments cover the oceanic crust, which extends across the eastern half of the Grenada Basin between the latitudes of Grenada and Martinique. The asymmetry of the basement and pre-Miocene depocentres suggests that the southern Grenada Basin initially extended further east, probably into the current forearc, before the intrusion of the southern Lesser Antilles arc during the Oligocene-Miocene. This intrusion coincides with a tectonic inversion in the southern basin resulting from the oblique convergence between the Caribbean Plate and the South American continent. Alongside this, special attention was paid to the vertical motions of the Aves Ridge, which is thought to have emerged at the Eocene-Oligocene transition, thus enabling the migration of terrestrial fauna from South America to the Greater Antilles ("GAARlandia land bridge" hypothesis). The discovery of a regional unconformity suggests that the Aves Ridge was part of a land bridge connecting the two Americas in the Cretaceous-Paleocene, approximately 30 Myr before GAARlandia. From the middle Eocene to the middle Miocene, the Aves Ridge underwent relatively slow subsidence, enabling coral reefs to develop on bathymetric highs. Subsidence slowed down in the late Eocene-Oligocene, which could in fact reflect an uplift of the Aves Ridge. However, although some paleo-reefs show evidence of sporadic emersions between the Eocene and the Miocene, there is no evidence of an Eocene-Oligocene emersion in the study area. From the late Miocene, regional geodynamic changes caused an acceleration of subsidence and therefore complete flooding of the Aves Ridge. This study sheds new light on the structure and stratigraphy of the Lesser Antilles back-arc, thus clarifying its tectonic evolution. It is also a first step towards a better understanding of the vertical motions that affected this region during the Cenozoic.Dans la région des Petites Antilles, marquée par la subduction des plaques Américaines sous la plaque Caraïbe, la grande majorité des études s’intéresse aux domaines d’arc et d’avant-arc, qui concentrent l’essentiel de l'activité volcanique et sismique. A l’inverse, l’arrière-arc antillais est longtemps resté une zone peu étudiée et mal comprise d'un point de vue tectonique. Ce domaine large de plus de 300 km inclut la Ride d’Aves, un arc éteint d’âge Crétacé supérieur à Paléocène mis en place au sein d’un plateau océanique. Cette ride, qui se trouve à environ 1 km sous le niveau de la mer, surplombe le Bassin de Grenade qui la sépare de l’arc actif des Petites Antilles. Les relations structurales entre ce bassin et les arcs adjacents ont fait l’objet de nombreuses controverses, tout comme la chronologie et les modalités de son ouverture. Pour répondre à ces problématiques, cette thèse repose essentiellement sur l’exploitation d’un important jeu de données de sismique réflexion multi-traces acquis lors de la campagne GARANTI en 2017, couvrant l’intégralité du Bassin de Grenade et le flanc est de la Ride d’Aves. Elle intègre également des résultats de dragages réalisés sur hauts bathymétriques de la Ride d’Aves. L’analyse de ces données a mené à la proposition d’un nouveau modèle d’évolution tectonique, dans lequel la formation du Bassin de Grenade débute à la fin du Paléocène par une extension NO-SE de la Ride d’Aves, aboutissant finalement à une expansion océanique à l’Eocène moyen. Aujourd’hui, la croûte océanique est couverte de 3 à 15 km de sédiments et elle occupe la moitié est du Bassin de Grenade entre les latitudes de Grenade et de la Martinique. L’asymétrie du socle et des dépocentres ante-Miocène suggère que le sud du Bassin de Grenade s’étendait initialement plus à l’est, probablement jusque dans l’avant-arc actuel, avant l’intrusion de l’arc des Petites Antilles du sud à l’Oligo-Miocène. Cette intrusion coïncide avec une inversion tectonique du sud du bassin résultant de la convergence oblique entre la Plaque Caraïbe et le continent sud-américain. En parallèle, une attention particulière a été portée aux mouvements verticaux de la Ride d’Aves. Celle-ci est supposée avoir émergé à la transition Eocène-Oligocène, permettant ainsi la migration de faunes terrestres depuis l’Amérique du Sud vers les Grandes Antilles (hypothèse du "pont terrestre GAARlandia"). La découverte d’une discordance régionale suggère que la Ride d’Aves faisait partie d’un pont terrestre reliant les deux Amériques au Crétacé-Paléocène, soit environ 30 millions d’années avant GAARlandia. De l’Eocène moyen au Miocène moyen, la Ride d’Aves a connu une subsidence relativement lente, permettant à des récifs coralliens de se développer sur des hauts-fonds. La période Eocène supérieur-Oligocène correspond à un ralentissement de la subsidence, qui pourrait en fait traduire un soulèvement de la Ride d’Aves. Cependant, bien que certains paléo-récifs présentent des indices d’émersions ponctuelles entre l’Eocène et le Miocène, rien n’indique une émersion généralisée à l’Eocène-Oligocène dans la zone explorée. A partir du Miocène supérieur, des changements géodynamiques régionaux ont provoqué une accélération de la subsidence et donc l’ennoiement complet de la Ride d’Aves. Cette étude apporte un éclairage inédit sur la structure et la stratigraphie de l’arrière-arc des Petites Antilles, permettant ainsi de préciser son évolution tectonique. Elle constitue également un premier pas vers une meilleure compréhension des mouvements verticaux ayant affecté cette région au Cénozoïque
Coexistence of Adjacent Siliciclastic, Carbonate, and Mixed Sedimentary Systems: An Example From Seafloor Morphology in the Northern Lesser Antilles Forearc
No full textThree main types of factors commonly control the nature of the clasts, the arrangement of the distinctive lithologies, and the general architecture of turbidite systems: sedimentation rate and carbonate production; climates and glacio-eustatism; and morphology and tectonics. The coexistence of adjacent systems of distinctive nature is, however, scarcely documented, and the relative influence of each factor needs better constrain. In the Northern Lesser Antilles Segment (NLAS), carbonate and siliciclastic sediment sources coexist within a 150 km lateral distance, with carbonate platforms lying onto a volcanic substratum, and by a succession of spurs and triangular valleys that are bounded by active normal faulting. To better understand the factors controlling sedimentary processes from the carbonate platform sources to the deep-sea sinks, we used backscatter, bathymetry, multichannel seismic, and sub-bottom profiles. Sedimentary systems are dominated by siliciclastic input (by retrogressive erosion of confined canyons affecting the volcanic slope), carbonate input (by carbonate sediment transported by oceanic- and wind-driven submarine currents beyond the leeward edges of carbonates platforms), or both. In the mixed systems, the retrogressive erosion of the canyon head determines the nature of the source (volcanic on the slope, carbonate when the canyons reach the shelf edge). Glacio-eustatism has a key role in carbonate availability on the platform, as attested by the presence of drowned platforms. The main contribution of this study is the identification of the major role that tectonic activity plays in the short-distance coexistence of the distinctive sedimentary systems since fault-bounded V-shaped valleys in map view offer alternating leeward and windward edges favoring carbonate or mixed systems. Additionally, the steep slope gradient induced by normal faults and regional subsidence seems to be the main factor controlling sediment dispersal. It causes multiple line sources and the dispersion of gravity-driven currents under the effect of hydraulic jumps, thus preventing the formation of a channelized system. Our study provides a modern analog of adjacent systems dominated by distinctive lithologies in a tectonically active area. The results appear particularly appropriate to decipher the nature of ancient source-to-sink systems dominated by complex tectonics, paleo-bathymetry, and sediment routings
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