Quantification of sediment fluxes from continental collision and slab detachment in the Carpathians foreland basin
Quantification du flux de sédiments généré par la collision continentale et le détachement de slab dans les Carpates
Résumé
This manuscript is the result of the work on the “Quantification of sediment fluxes from continental collision and slab detachment in the Carpathian foreland basin”. The subject initiated with the aim of quantifying the amount of sediments supplied to the pro-foreland during the erosion of the Carpathian belt, that were preserved in the foreland and/or subsequently transported in the Black Sea. The Carpathians foreland basin developed a south-eastward axial transport system and sediment delivered southward built the North-western Black Sea shelf during the middle-late Miocene. To retrace the timing of sediment delivery to the Black Sea, as well as quantifying the fluxes of sediment in and out of the foreland from middle Miocene to present, we retraced the exhumation of the orogenic wedge and the sedimentation of the pro-foreland.The formation of the Carpathian belt occurred in the context of a retreating subduction zone. The European slab retreat toward the European Platform, leading to the accretion of a wedge and extension in a back-arc basin, the Pannonian Basin. The different sedimentary unit accreted in the wedge display a deep-marine facies sediment from Cretaceous to Paleogene, evolving toward more molassic sedimentary facies in the Oligocene and Miocene.To understand the accretion-collision process in the Carpathians belt and constraining the onset of exhumation of the different nappes, we performed thermal modelling on low-temperature thermocrhonology data (AHe, AFT and ZHe) we dated from the Ukrainian Carpathians. Most of our AHe ages are reset by burial heating, the AFT data display some reseted ages and partially reset ages, and none of our ZHe ages are reset. With inverse modelling, we determine the time–temperature paths of six of the eight nappes composing the wedge. It reveals that most of the nappes were stacked in sequence starting around 34 Ma until 12 Ma. However, some out-of-sequence thrusting occurred during middle Miocene. The exhumation rate of the nappe increased toward the outer wedge leading to increase in sediment supply to the foreland basin in Miocene. With the non-reset ZHe ages we obtained, we identify the potential sediment sources of the Carpathian wedge. The main sources were the southwestern margin of the East European Platform and the sedimentary cover of the Inner Carpathian units.We wanted to obtain he exhumation of the entire Carpathians belt to quantify erosion during the construction of the orogen. We built a comprehensive low-temperature thermochronology database of the Carpathians belt, from the Western to the South-eastern Carpathians and inverse-model the data, with a thermal kinematic model (Pecube), to obtain exhumation rates. We separated the belt in three regions: the Western Carpathians, the North-eastern Carpathians and the Eastern and South-eastern Carpathians. We run the model on time steps corresponding, as much as possible, to the chronostratigraphy of the Paratethys region, in order to compare directly the exhumation rates in the belt with the sedimentation rates in the foreland. We obtain an exhumation model which show a diachronous pattern from the Northwest to the Southeast of the belt. The Western Carpathians exhumation peaked from 24 to 12.8 Ma, the North-eastern region exhumation peaked from 18 to 6.1 Ma and the Eastern and South-eastern region peak exhumation lasted from 8.6 Ma to present. Comparison with previous estimates of exhumation are coherent for the Western and North-eastern regions. However, some discrepancy is to note in the Eastern and south-eastern region.To obtain the fluxes of sediment exiting the foreland basin during its development, we needed to constrain the thickness of the basin at each stage. The thickness maps of the foreland basin were obtain by the construction of a 3D model of the pro-foreland.
Ce manuscrit est le résultat du travail sur la "Quantification du flux de sédiments généré par la collision continentale et le détachement de slab dans le bassin d'avant-pays des Carpates". Le sujet a pour but de quantifier la quantité de sédiments apportés à l'avant-pays pendant l'érosion de la chaîne des Carpates, qui ont été préservés dans l'avant-pays et/ou transportés par la suite dans la mer Noire. Le bassin d'avant-pays des Carpates a développé un système de transport axial vers le sud-est et les sédiments transportés vers le sud ont construit le plateau nord-ouest de la mer Noire au cours du Miocène moyen et tardif. Afin de retracer la chronologie du transport des sédiments vers la mer Noire et de quantifier les flux de sédiments entrants et sortant de l'avant-pays depuis le Miocène moyen jusqu'à aujourd'hui, nous avons retracé l'exhumation du prisme orogénique et la sédimentation de l'avant-pays.La formation de la chaîne des Carpates s'est produite dans le contexte d'une zone de subduction en retrait. La plaque plongeante Européenne s'est retirée vers la plate-forme Européenne, entraînant l'accrétion d'un prisme et l'extension du bassin d'arrière-arc, le bassin Pannonien. Les différentes unités sédimentaires accrétées dans le prisme présentent un faciès marin profond du Crétacé au Paléogène, évoluant vers un faciès sédimentaire plus molassique à l'Oligocène et au Miocène.Pour comprendre le processus d'accrétion-collision dans la chaîne des Carpates et déterminer le début de l'exhumation des différentes nappes, nous avons réalisé une modélisation thermique sur des données thermocrhonologiques à basse température (AHe, AFT et ZHe) que nous avons datées dans les Carpates Ukrainiennes. La plupart de nos âges AHe sont recuits par le réchauffement dû à l'enfouissement, les données AFT présentent des âges recuits et des âges partiellement recuits, et aucun de nos âges ZHe n'est recuits. Grâce à la modélisation inverse, nous déterminons les trajectoires temps-température de six des huit nappes composant le prisme orogénique. Cela révèle que la plupart des nappes ont été accrétées en séquence depuis environ 34 Ma jusqu'à 12 Ma. Toutefois, certains chevauchements hors séquence se sont produits au cours du Miocène moyen. Le taux d'exhumation des nappes a augmenté vers l’avant du prisme, ce qui a entraîné une augmentation de l'apport de sédiments dans le bassin d'avant-pays au Miocène. Grâce aux âges ZHe non recuits que nous avons obtenus, nous identifions les sources potentielles de sédiments du prisme des Carpates. Les principales sources sont la marge sud-ouest de la plate-forme Est-Européenne et la couverture sédimentaire des unités des Carpates internes.Nous voulions obtenir l'exhumation de l'ensemble de la chaîne des Carpates pour quantifier l'érosion pendant la construction de l'orogène. Nous avons constitué une base de données complète de thermochronologie à basse température de la ceinture des Carpates, des Carpates de l’Ouest aux Carpates du Sud-est, et nous avons procédé à une modélisation inverse des données, à l'aide d'un modèle cinématique thermique (Pecube), afin d'obtenir les taux d'exhumation. Nous avons séparé la ceinture en trois régions : les Carpates de l’Ouest, les Carpates du nord-east et les Carpates de l’Est et du Sud-est. Nous avons exécuté le modèle sur des pas de temps correspondant, dans la mesure du possible, à la chronostratigraphie de la région de la Paratéthys, afin de comparer directement les taux d'exhumation dans la chaîne avec les taux de sédimentation dans l'avant-pays. Nous obtenons un modèle d'exhumation qui montre un schéma diachronique du nord-ouest au sud-est. L'exhumation des Carpates de l’Ouest a culminé entre 24 et 12,8 Ma, celle de la région Nord-est entre 18 et 6,1 Ma et celle des régions Est et Sud-est entre 8,6 Ma et aujourd'hui. La comparaison avec les estimations antérieures de l'exhumation est cohérente pour les régions Ouest et Nord-est.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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