Anatomy of detachment fault zones in a nearly amagmatic mid-ocean ridge setting : map to sample scale observations at the Southwest Indian Ridge, 64°40'E - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Anatomy of detachment fault zones in a nearly amagmatic mid-ocean ridge setting : map to sample scale observations at the Southwest Indian Ridge, 64°40'E

Anatomie des failles de détachement dans un contexte de dorsale médio-océanique presque amagmatique : observations à l'échelle de la carte et de l'échantillon sur la dorsale sud-ouest indienne, 64°40'E

Souradeep Mahato
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1433747
  • IdRef : 280965753

Résumé

The eastern segments (64°35'E) of the Southwest Indian Ridge (SWIR) represent a melt-poor end-member of the global mid-ocean ridge system. It features >50 km wide, nearly amagmatic corridors, where seafloor spreading is accommodated mainly by large offset detachment faults (ODFs), leading to the exposure of mantle-derived rocks on the seafloor. These ODFs have a lifetime of 1-2 myr, then a new ODF takes over with an opposite polarity. This process is known as flip-flop detachment faulting. This thesis uses bathymetry, ROV dive observations, and rock samples to study amagmatic ODF's geology, tectonics, and deformation processes. The axial valley wall in the study area (64°35'E SWIR) corresponds to the footwall of a young active ODF, D1. It exposes variably deformed serpentinized peridotites with rare gabbro dikes. This south-facing wall's top comprises km-long scarps representing the degraded D1 breakaway. The outcrops along these scarps feature highly deformed serpentinite microbreccia and gouge-bearing horizons interlayered with less deformed serpentinized peridotites. These deformed lithologic packages are up to ~100m thick, related to D2 ODF zone, which strengthens the interpretation of nearly amagmatic flip-flop ODFs, consistent with prior research. Our study found significant along-strike variations in D1 footwall features. Limited data was available due to incomplete coverage of ROV high-resolution bathymetry and observation dives. The eastern area of the D1-footwall is smooth, while the western zone has higher footwall (D1) elevation and corrugations similar to those in magmatic, domal, and corrugated ODFs. The corrugated region in our study area has several hecto-to-kilometers-wide NNE-trending ridges, interpreted as mega-corrugations due to the inferred presence of hecto-to-kilometer-scale phacoids between linked fault splays in the detachment damage zone. The corrugated domain has minor-offset antithetic faults, absent in the non-corrugated region where the D1 footwall elevation is not as high. The microbreccia/gouge layers are also thicker and more extensive in the non-corrugated region, and field observations suggest that hydrous fluids in the fault zone could enhance the formation of such gouges. These characteristics suggest a more robust D1 fault and footwall in the corrugated region. Corrugations show a 15-25° clockwise orientation to the NS spreading direction. We propose this may be due to variable fault and footwall strength along the axis, possibly linked to hydrothermal fluid availability. The deformation microtextures of serpentinite microbreccia and gouges from the D1 and D2 fault zones show clast-rich microdomains formed due to the brittle fracturing of already serpentinized peridotites, while clast-poor microdomains have a foliated structure with a fine-grained chrysotile matrix. Chrysotile gouge strength is similar to commonly found mineral talc in magmatic detachment fault zones at low temperatures, but chrysotile's strength increases at higher temperatures and pressures. However, fluid-enhanced dissolution-precipitation processes weaken chrysotile gouge in deeper areas. Thus, alongside the rheology of these gouge horizons, the thickness, extent, and connectivity of gouge and microbreccia horizons also play a crucial role in determining fault strength. This study shows differences between amagmatic ODFs in the eastern SWIR and more magmatic corrugated dome-shaped ODFs. The fault zone of amagmatic ODFs has chrysotile-bearing gouges and microbreccia, while the magmatic ODFs have talc, amphibole, and chlorite-bearing serpentinites. The amagmatic ODFs have a thicker damage domain with phacoids of less deformed serpentinized peridotite. We propose that this thick damage zone is a legacy of less localized deformation in the transition between brittle and ductile domains.
L'Est de la dorsale sud-ouest indienne (SWIR) est un end-member peu magmatique du système des dorsales médio-océaniques. Dans certaines zones presque amagmatiques de plus de 50 km de large, la divergence des plaques se fait le long de failles de détachement (Ocean Detachment Faults ; ODF), qui exhument des roches dérivées du manteau. Ces ODF ont une durée de vie de 1 à 2 millions d'années, puis une nouvelle ODF prend le relais avec une polarité opposée. On parle de « flip-flop detachment faulting ». Cette thèse utilise la bathymétrie, les observations de plongée ROV et des échantillons de roches pour étudier la géologie, la tectonique et les processus de déformation de ces ODF presque amagmatiques. Le mur de la vallée axiale dans la zone d'étude (64°35'E SWIR) correspond au plancher d'un ODF actif jeune, D1. Le sommet de ce mur correspond au domaine dit de « breakaway » de D1. Il comprend des blocs glissés qui exposent une séquence de déformation d' ~100m d'épaisseur, avec des niveaux de gouges et de microbrèches de serpentinite. D'après sa géométrie, on attribue cette séquence à la zone de faille de l'ODF D2. Ceci renforce l'interprétation des ODFs D1 et D2 comme flip-flop. Notre étude montre une variation significative des déformations liées à D1 le long de l'axe. A l'est de la zone d'étude, la zone de faille exhumée est lisse, à l'ouest elle présente des corrugations similaires à celles documentées dans des ODF plus magmatiques. La région corruguée présente également plusieurs crêtes de quelques centaines de mètres de large, orientées NNE, que nous interprétons comme des méga-corrugations formées en raison de l'existence de phacoïdes d'échelle comparable dans la zone d'endommagement du détachement. Le domaine corrugué a aussi un relief plus marqué et des petites failles normales antithétiques, absentes dans la région non corruguée. Les horizons de microbrèches/gouges sont plus épais et plus continus dans la région non corrugué et nos observations de terrain suggèrent que des fluides hydratés favorisent la formation de ces gouges dans la zone de faille. Tout cela suggère une faille et un plancher D1 plus résistants à la déformation dans la région corruguée. Les corrugations font un angle de 15-25° sur la direction d'expansion NS. La résistance variable de la faille et de son plancher le long de l'axe pourrait causer une rotation locale du champ de déformation. Les microbrèches et gouges de D1 et D2 résultent de la fracturation cassante de péridotites déjà serpentinisées. Ces roches contiennent des microdomaines riches en clastes et des microdomaines foliés pauvres en clastes avec une matrice de chrysotile à grain fin dans laquelle nous avons observé des indices de dissolution et de précipitation syntectoniques. Les données expérimentales indiquent que la résistance à la friction des gouges de chrysotile à des températures < 100°C est très faible, similaire à celle du talc, mais qu'elle augmente à des températures et des pressions plus élevées. Les processus de dissolution-précipitation favorisés par les fluides affaiblissent cependant probablement les gouges de chrysotile dans ces domaines plus profonds. En outre, l'épaisseur, l'étendue et la connectivité des horizons de gouge et de microbrèche jouent également un rôle crucial dans la détermination de la résistance de la faille. Cette étude montre deux différences nettes entre les ODFs D1 et D2. et les ODFs corrugués plus magmatiques. Les horizons les plus déformés de D1 et D2 sont des gouges et des microbrèches à chrysotile, tandis que dans les ODF plus magmatiques, il s'agit de serpentinites cisaillées contenant du talc, de l'amphibole et/ou de la chlorite. Les ODFs presque amagmatiques D1 et D2 auraient aussi un domaine endommagé plus épais. Nous proposons que cette zone d'endommagement épaisse est héritée d'une déformation moins localisée dans la transition fragile/ductile de ces ODF presque amagmatiques.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04757327 , version 1 (28-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04757327 , version 1

Citer

Souradeep Mahato. Anatomy of detachment fault zones in a nearly amagmatic mid-ocean ridge setting : map to sample scale observations at the Southwest Indian Ridge, 64°40'E. Earth Sciences. Université Paris Cité, 2023. English. ⟨NNT : 2023UNIP7289⟩. ⟨tel-04757327⟩
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