Les Déformations Continentales Archéennes : Exemples naturels et modélisation thermomécanique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Les Déformations Continentales Archéennes : Exemples naturels et modélisation thermomécanique

Résumé

In this thesis, we present the results of structural analysis in different segments of Archaean continental crust (>2.5 Ga) in which strain patterns are compatible with the development of crustal-scale gravity instabilities. We also present analog experiments simulating the development of these gravity instabilities in order to constrain their thermomechanical significance within the Archaean continental lithosphere. Structural results A structural study of several greenstone belts from the Dharwar Supergroup (Dharwar craton, India) leads to a progressive deformation model for the initiation of gravit y instabilities between the basin and its basement located in the upper structural lev el of the crust. The basal unconformity of the Dharwar Supergroup acted as a décollement zone. The kinematic criteria within this décollement are aIl compatible with a displacement of the supracrustal rocks toward the internaI parts of the greenstone belts. The décollement-related structures are progressively refolded ab ove the zone of maximum subsidence. In sorne of the greenstone belts, the gravity strain pattern interfers with the regional strain field, which is characterized by predominant E-W shortening and N-S trending strike-slip shear zones. In the Dharwar intracratonic basin, the sagging episode was contemporaneous with the last tectonometamorphic event recognized within the craton, c.a. 2.5 Ga ago. This episode is characterized by the formation of granulites at depth as weIl as by large-scale migmatization associated with the emplacement of a large amount of juvenile material. We consider that the high mantle heat flux and partial melting led to the softening of the continental crust and this allowed the development of the gravity instabilities. Within the western Reguibat rise (Mauritania), structural analysis reveals the occurrence of dome-and-basin structures. The strain patterns associated with these structures are interpreted as the result of interference between the diapiric rise of granitoid domes within the greenstone sequences and regional E-W shortening. At the scale of the southern part of the Archaean Reguibat rise, the strain trajectories have the same overall trends in both the high-grade and medium-grade terrains. No major tectonic break has been identified between these metamorphic domains. This implies that the formation of diapiric domes was penecontemporaneous with granulite metamorphism and regional deformation within the lower crust, which occurred c.a.2.7 Ga ago. Experimental results We used temperature-dependent viscosity material (Gum Rosin) and an new experimental apparatus to simulate unstable granite/ greenstone layers. A vertical temperature gradient was maintained, and the deformation was driven by gravit y alone. For a fixed temperature at the bottom of the model, the relative thicknesses of the different layers were changed from one experiment to another. Insome experiments, a brittle material (sand) was introduced as a superficial layer. The experiments show that : (1) the triggering of gravity instabilities is possible only if the materials at the unstable boundary (cover/basement contact) are ductile and (2) the growth rate of gravity instabilities is an exponential fonction of the temperature at the unstable interface and the tempe rature gradient at the top of the uns table layer. These results suggest that this type of gravity instability could not develop within a modern continental lithosphere.
Dans cette thèse, on présente les résultats de l'analyse structurale de différentes portions de croûte continentale archéenne (> 2.5 Ga) dans lesquelles les champs de déformation sont compatibles avec le développement d'instabilités gravitaires d'échelle crustale. Sont présentés également des modèles expérimentaux visant à simuler le développement de telles instabilités gravitaires, afin de comprendre leur signification thermomécanique à l'intérieur de la lithosphère continentale archéenne. Résultats de l'étude structurale L'étude structurale de différentes ceintures du Super.groupe de Dharwar (craton de Dharwar, Inde), permet de décrire, dans un modèle de déformation progressive, les premiers stades du développement d'instabilités gravitaires entre le bassin et son socle dans les niveaux structuraux supérieurs de la croûte archéenne du craton. La discordance basale du Supergroupe de Dharwar est tectonisée en un niveau de décollement dont la cinématique traduit un déplacement des séries supracrustales vers le coeur des ceintures de roches vertes. Les structures développées aux marges des ceintures sont replissées à l'aplomb des zones de subsidence maximale. Selon la ceinture de roches vertes considérée, le phénomène gravitaire a pu interagir avec le champ de déformation régional caractérisé par un raccourcissement E-W et des cisaillements transcurrents de direct'ion moyenne N-S. Cette déformation gravitaire du bassin intracratonique de Dharwar est associée au dernier épisode tectonométamorphique ayant affecté le craton, il y a environ 2.5 Ga. Cet épisode est caractérisé par la formation généralisée de granulites dans la croûte profonde ainsi que par une migmatisation régionale associée à la mise en place d'une quantité importante de matériel juvénile. On considère que l'important flux de chaleur mantellique et la fusion partielle permettent l'amollissement de la croûte continentale, favorisant ainsi le développement des instabilités gravitaires décrites. Dans la Dorsale Reguibat occidentale (Mauritanie), l'analyse structurale révèle la présence de structures en dôme-at-bassin. Les champs de déformation sont interprétés comme le résultat de l'interférence entre la mise en place diapirique de dômes de granitoïdes dans les séries de roches vertes et un raccourcissement régional E-W. A l'échelle de la partie méridionale de la Dorsale Reguibat archéenne, les trajectoires de déformation sont compatibles dans les terrains granulitiques et dans les terrains de degré métamorphique intermédiaire. Entre ces deux domaines métamorphiques, aucune discontinuité structurale majeure n'est identifiée. Ceci impliquerait que la formation des dômes diapiriques soit sub-synchrone de la formation des granulites et de la déformation régionale dans la croûte inférieure, c'est-à-dire vers -2.7 Ga. Résultats expérimentaux Grâce à l'emploi d'une resme thermosensible et d'un dispositif permettant le chauffage des modèles expérimentaux, il a été possible de réaliser des expériences simulant les bicouches granite/roches vertes gravitairement instables, soumis à un gradient vertical de température et aux seules forces gravitaires. Pour une température fixée à la base des modèles, les paramètres que l'on a fait varier d'une expérience à l'autre sont les épaisseurs relatives des différentes couches. On a pu également introduire dans les modèles une couche superficielle à rhéologie fragile (sable). Les expérie"ces révèlent (1) que le déclenchement d'instabilités gravitaires n'est possible que si les matériaux situés au niveau de l'interface instable (contact socle/couverture) ont des rhéologies ductiles et (2) que la vitesse du développement des instabilités est une fonction exponentielle de la température au niveau de l'interface instable et du gradient de température au sommet de la couche instable. Ces résultats suggèrent que ce type d'instabilités gravitaires ne puisse pas se développer à l'intérieur d'une lithosphère continentale moderne.
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Dates et versions

tel-00619433 , version 1 (06-09-2011)

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  • HAL Id : tel-00619433 , version 1

Citer

Dominique Chardon. Les Déformations Continentales Archéennes : Exemples naturels et modélisation thermomécanique. Géologie appliquée. Université Rennes 1, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00619433⟩
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