Structure et deformation du manteau continental sud americain : apport de la tomographie en ondes de surface et de l'anisotropie sismique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Structure and deformation of the South American upper mantle : new insights from surface waves tomography and shear-wave splitting

Structure et deformation du manteau continental sud americain : apport de la tomographie en ondes de surface et de l'anisotropie sismique

Résumé

The formation of the South American continent involved the entire lithosphere and lasted more
than 3.5 Gy. The structure and deformation of the upper continental mantle have been studied in the present thesis at the continental scale, using surface wave tomography, and at the local scale of south-east Brazil, using shear-wave splitting of teleseismic SKS waves.
The Rayleigh waves anisotropic tomography has been used to determine the structure of the upper mantle beneath the continent and the surrounding oceanic basins. A good correlation exists between geological structures and velocity anomalies. The azimuthal anisotropy of Rayleigh waves suggests that
there is no evidence for large scale deformation below 200 km depth. This result contributes to constrain the anisotropy highlighted beneath south-east Brazil. In this region, shear-wave splitting revealed a direction of the fast S -polarisation plane parallel to the structural trend of both belts bounding the cratonic root. Delay times greater than 2s have been measured within the Alem Paraiba shear zone, east of the southern tip of the São Francisco craton. Such high delay times suppose : 1) the shear zone cuts through the entire lithosphere, 2) the lithosphere is characterised by an important intrinsic anisotropy, 3) the asthenosphere contributes to the delay time by the existence of two layers of anisotropy or consistent tectonic fabric between the lithosphere and the asthenosphere, suggesting an absence of coupling since neoproterozoic times.
The last part of this study deals with three-dimensional numerical modeling of the lithospheric deformation to study the mechanical coupling between the crust and the upper mantle, and the localisation of the deformation within shear zones.
La formation du continent sud américain résulte d'une histoire complexe étalée sur plus de 3.5 Ga. Les processus qui ont façonné le continent ont impliqué l'intégralité de la lithosphère. La structure du manteau supérieur a été étudiée à l'échelle du continent en réalisant un modèle tomographique en ondes de surface, tandis qu'une étude du déphasage des ondes de cisaillement a permis d'appréhender la structure du manteau supérieur sous le sud-est du Brésil.
La tomographie sismique anisotrope en ondes de surface donne une image de la structure en vitesse du manteau supérieur sous le continent et les océans environnants. Une bonne corrélation existe entre les grandes structures géologiques et les hétérogénéités de vitesse. L'anisotropie des ondes de Rayleigh suggère une absence de déformation à grande échelle au-delà de 200 km de profondeur, ce qui contraint verticalement la source de l'anisotropie mise en évidence au sud-est du Brésil. L'étude du déphasage des ondes de cisaillement y a révélé une orientation dominante du plan de polarisation de l'onde quasi-S rapide, parallèle aux chaînes péricratoniques. Un déphasage entre les ondes S rapide et lente supérieur à 2s a été mesuré à l'aplomb des décrochements majeurs. Une telle amplitude suggère que : 1) les décrochements traversent la lithosphère, 2) la lithosphère est caractérisée par une très forte anisotropie intrinsèque, 3) l'asthénosphère contribue au déphasage, par la présence de deux couches ou d'une fabrique tectonique cohérente entre lithosphère et asthénosphère, impliquant une absence de découplage depuis le Néoprotérozoïque.
Une modélisation numérique tridimensionnelle de la déformation lithosphérique a permis d'étudier le couplage mécanique entre la croûte et le manteau supérieur, ainsi que la localisation de la déformation en termes de développement de zones de cisaillement.
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  • HAL Id : tel-00006948 , version 1

Citer

Maggy Heintz. Structure et deformation du manteau continental sud americain : apport de la tomographie en ondes de surface et de l'anisotropie sismique. Géologie appliquée. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006948⟩
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