Balearic Promontory architecture and history during the formation of the Mediterranean Salt Giant
Architecture et histoire du Promontoire des Baléares pendant la formation du géant salifère méditerranéen (MSG)
Abstract
The Messinian Salinity Crisis (MSC; 5.97– 5.33 Ma) is one of the most controversial geological events that influenced the evolution of the Mediterranean Basin in the late Miocene, leaving behind an immense volume of evaporites known as the Mediterranean Salt Giant (MSG). Today, more than 90% of the MSG evaporitic deposits are located offshore, buried below thick sediments that are Pliocene to Quaternary in age, and have thus been studied mainly by marine seismic reflection imaging. The Balearic Promontory (BP), a prominent topographic high in the Western Mediterranean basin, contains a unique and tectonically poorly deformed MSC record that resembles the evaporitic record of other peri-Mediterranean marginal and intermediate basins.This PhD thesis was performed in the framework of the SaltGiant European Training Network (ETN), a cross-disciplinary project whose objective is to understand the formation of the MSG. The work of the thesis is focused on the MSC deposits of the BP. Multi-disciplinary approach was applied to answer some of the still open questions concerning the MSC event. As a first step, seismic interpretation of a wide seismic reflection dataset in the Western Mediterranean in general and in the BP in particular was performed, with the aim of refining the mapping of the Messinian units covering the area. To restitute the depositional history of the MSC evaporites of the BP, a detailed comparison with the Messinian evaporitic units of the Sicilian Caltanissetta Basin was carried out, in which a discussion on how this history matches the existing 3-stages chrono-stratigraphic ‘consensus model’ is illustrated. The next step consisted in the restoration of the paleo-bathymetry of the BP at the beginning of the MSC, focusing on the relatively less-deformed basin located in the central part of the BP and called the Central Mallorca Depression (CMD). To achieve this restoration, structural interpretation in the CMD area was done where the main post-MSC tectonic-related vertical movements that altered the MSC paleo-bathymetry were identified. Then 2D and pseudo-3D backstripping analysis were applied in collaboration with other colleagues from the SaltGiant project, to restore the paleo-bathymetry. In the final step, the paleo-bathymetry was used to model the deposition of the MSC evaporite volumes observed in the CMD using physics-based models built on strait hydraulic-control theory. The results show that the MSC units of the CMD could constitute an undeformed analog of those outcropping on-land in the Sicilian Caltanissetta Basin. Moderate post-MSC deformation acted along MSC strike-slip corridors in the CMD following the MSC evaporites deposition, thus altering only locally the paleo-bathymetry. A high amplitude drawdown (>850m) is required during the halite stage of the MSC. The results rise a series of doubts about the current consensus model, still widely accepted. Doubts concern the synchronous onset of salt at the basin scale, the maximum depth of deposition of the Primary Lower Gypsum (PLG) and the timing of formation of the Resedimented Lower Gypsum (RLG). All the results and discussions hint to the need of revision of the current MSC consensus model, as well as the importance of initiating drillings offshore over the BP area, which would help revealing many of the mysteries still buried with the MSG.
Entre 5.97 et 5.33Ma, à la fin du Miocène, un événement géologique exceptionnel aux conséquences majeures a affecté le bassin méditerranéen : la Crise de Salinité Messinienne (CSM). Cet épisode, dont le scénario exact reste encore énigmatique, est responsable du dépôt d’un volume considérable d’évaporites connu sous le nom de Géant Salifère de Méditerranée (GSM). Aujourd'hui, plus de 90 % des dépôts évaporitiques du MSG sont situés dans les bassins profonds de la Méditerranée et sont enfouis sous une épaisse couche de sédiments Plio- Quaternaire. Ces évaporites ont donc été étudiées principalement par imagerie sismique. Dans ce mémoire, nous nous intéressons aux dépôts de la crise enregistrés sur Promontoire des Baléares (BP), un haut topographique situé dans bassin de la Méditerranée occidentale. Du fait qu’il contient une succession de bassins en position intermédiaire stratégique, étagés entre les bassins marginaux du pourtour Méditerranéen et les bassins profonds, le BP se révèle un lieu unique avec des dépôts évaporitiques variés, ubiquistes et peu déformés tectoniquement, permettant d’accéder à une vision complète de l’enregistrement de la crise et pouvant mener à un scénario global cohérent.Cette thèse de doctorat a été réalisée dans le cadre d’un projet transdisciplinaire : « European Training Network (ETN) SaltGiant », dont l'objectif est de comprendre le GSM. Une approche pluridisciplinaire a été appliquée sur la zone d’étude choisie pour apporter des contraintes afin de répondre à certaines des nombreuses questions encore sans réponses sur la crise de salinité messinienne. Le travail de base a consisté en l'interprétation d'un large ensemble de données de sismique réflexion en Méditerranée occidentale, particulièrement concentré sur les dépôts messiniens du BP. Ceci a permis de préciser la cartographie des unités messiniennes de cette région et de définir leurs inter-relations géométriques. Une comparaison détaillée de ces unités évaporitiques avec celles du bassin messinien sicilien de Caltanissetta a été menée afin de reconstituer l'histoire de leur dépôt pour la confronter au modèle chrono-stratigraphique « consensuel » à trois phases. Pour reconstituer la paléo-bathymétrie de la dépression centrale de Majorque (CMD), le bassin le moins déformé situé dans sa partie centrale du BP, une interprétation structurale a permis d’identifier les principaux mouvements tectoniques post-MSC, modérés et localisés dans des corridors de décrochement. L'analyse par backstripping 2D et pseudo-3D, en collaboration avec d’autres collègues du projet SaltGiant, a alors permis de restaurer la paléo-bathymétrie de la CMD. Enfin, ces résultats ont été utilisés comme contraintes bathyétriques et de volumes pour modéliser le dépôt des évaporites observées, par des modèles physiques basés sur la théorie du contrôle hydraulique des détroits. Les résultats montrent que les unités messiniennes de la CMD pourraient constituer un analogue non déformé de celles qui affleurent à terre dans le bassin sicilien de Caltanissetta. Ils démontrent aussi qu'une baisse générale du niveau marin de grande amplitude (>850m) est nécessaire pour précipiter le volume de halite observé dans la CMD. Ces résultats, très bien contraints par ces études précises, remettent en cause certaines idées parfois encore largement acceptées. Ces doutes concernent en particulier l'apparition synchrone du sel à l'échelle du bassin méditerranéen, la profondeur maximale de dépôt du gypse inférieur primaire (PLG) et le moment de la formation du gypse inférieur resédimenté (RLG). En conclusion, ce mémoire montre la nécessité de réviser le scénario consensus actuel de la CSM, et l’importance de réaliser des forages en mer dans la région clef du BP, ce qui permettrait de révéler de nombreux mystères encore enfouis sous le géant salifère de Méditerranée.
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