Structures des ophiolites d'Oman : flux mantellaire sous un centre d'expansion d'expansion oceanique et charriage a la dorsale - Université de Nantes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1986

Structures des ophiolites d'Oman : flux mantellaire sous un centre d'expansion d'expansion oceanique et charriage a la dorsale

Résumé

The Oman ophiolite is a piece of the tethysian oceanic lithosphere obducted on the arabian continental margin during late cretaceous times. Fortunately, it has not yet been crusnec by continental collision and has preserved the structures imprinted during its formation and emplacement. It crops out nearly continuously on a length of 475 km along the stike of the paleo-ridge axis and down to 9 km below the paleo-Moho. The structural data (Special Issue " Oman Ophiolite ", journal of Geophysical Research, 86, 84, 1981) favour the actualistic comparison of the Oman ophiolite with the present-day fast spreading centers. The mantle peridotites of Oman have recorded two successive plastic deformation events, the first one related to the accretion of the lithosphere (asthenospheric shear flow), the second one imprinted during the first step of its emplacement (intra-oceanic chrusting). The asthenospheric flow pattern and the composition of the mantle section show strong variations along the strike of the paleo-ridge axis. Small mantle diapirs spaced along the ridge axis by a few tens to more than one hundred kilometers are involved in the accretion processes. These diapirs display an exceptional magmatic activity : The modal composition of the peridotites is unusually depleted, chromite ore bodies and mafic dikes and impregnations features are particularly abundant. Most of the magma feeding the crustal magma chamber is probably channeled through them. Such a diapir, frozen and sampled during the oceanic thrusting, has been mapped in details (Maqsad area). The asthenospheric flow is vertical in a pipe 10 to 20 km in diameter and rotates abruptly into an horizontal attitude in a narrow transition zone lying at shallow depth below the paleo-Moho (a few hundred of meters at most). At the top and in the vicinity of the diapir, asthenospheric flow diverges in every directionsbut is preferentially channeled along the ridge axis. The zone of longitudinal flow extends at least 30 km away from the center of the diapir. The narrowness of the transition zone imolies a rheologic discontinuity at the top of the diapir attributed to an abrupt increase of the magma/rock ratio, consistent with field observations. Such a pattern is explained by a feed-back effect between the magma percolation, the viscosity drop of the asthenosphere and the steed rotation of the mantle flow below the Moho. Far from the diapirs, the asthenospheric flow can display a regular pattern at the scale of one hundred kilometers along strike. In such area, the flow plane is slightly oblique to the Moho and the flow lines are perpendicular to the ridge axis, suggesting steady-state accretion of the lithosphere on one flank of the ridge. The obliquity of about 10° between the Moho and the frozen flow plane reflects probably the slope of the base of the lithosphere equated with an isothermal surface in the zone of accretion. The size and the spacing of the mantle diapirs recognized in Oman are compatible with the structural, geophysical and petrological observations along present-day fast spreading ridges. During the intra-oceanic thrusting, the mantle peridotites were plastically deformed in high stress conditions in a thickness of a few hundred meters above the thrust plane. This deformation grades upward into mylonitic vertical shear zones. They can reach a thickness of a few kilometers and can be tracked on several tens of kilometers along strike. They are synchronous with important injections of hydrous magma thought to originate in the partial melting of the metamorphic sole. Major shear zones have recorded the same kinematics as the basal peridotites and the high-grade metamorphic sole. The early thrusting of the Oman ophiolite has involved considerable disolacement parallel to the ridge axis. These observations are best explained if the intra-oceanic thrusting was initiated along the ocean ridge itself. The thrusting at the ridge implies a rapid shift (less than 1 Ma duration) from expansion to compression as the thermal structure of the ridge has to be preserved. It could be the consequence of a short braking action in the tethysian subduction below Eurasia caused by collisions of microcontinents or island arcs with the eurasian active margin. Such collisions, contemporaneous with the oceanic thrusting of the south-tethysian ophiolites (Upper Albian times) occured along several segments of the north-tethysian active margin. Tectonic events recorded by the Oman ophiolite and by the associated metamorphic and sedimentary formations are usually well correlated with the kinematic and geological history of the tethysian area.
L'ophiolite d'Oman est un fragment de la lithosphère océanique téthysienne obducté sur la marge arabe au crétacé supérieur. Elle occupe un domaine de la chaîne alpine où la convergence entre l'Arabie et l'Eurasie n'a pas encore atteint le stade de la collision continentale. Affleurant de façon, presque continue sur une longueur de 475 Kilomètres parallèlement à l'axe de la paléo- dorsale, c'est le plus grand segment de lithosphère océanique accessible à l'étude directe. La section mantellaire constitue 60% de la surface d'affleurement de l'ophiolite (30.000 Kilomètres carrées). Cette thèse est consacrée à la cartographie des structures internes de cette unité. Les structures crustales permettant d'établir une référentielle paléo-tectonique (paléo-horizontale, azimut et flanc de la paléo-dorsale) furent également relevées. Divers arguments pétrologiques et structuraux permettent d'apparenter l'ophiolite d'Oman aux dorsales rapides actuelles. Les péridotites mantellaires, de composition harzburgitique à dunitique, gardent l'empreinte de deux déformations plastiques successives, la première associée à la formation de la lithosphère (flux asthénosphérique), la seconde au charriage intra-océanique qui préluda à son obduction. La géométrie de l'écoulement asthénosphérique et la composition de la section mantellaire présentent de fortes variations longitudinales. La formation de la lithosphère océanique, au droit des dorsales rapides, implique l'ascension de diapirs asthénosphériques espacés de quelques dizaines à plus de cent Kilomètres les uns des autres. Siège d'une activité magmatique exceptionnelle, ces diapirs semblent également jouer le rôle de centres d'alimentation privilégiés de la chambre magmatique sus-jacente. Un de ces diapirs, figé et échantillonné lors du charriage à la dorsale, a pu être cartographié en détail (région de Maqsad) : le lux asthénosphérique, vertical dans un conduit de 10 à 20 Kilomètres de diamètre, se brise sous le plancher de la chambre magmatique dans une zone de transition épaisse seulement de quelques centaines de mètres et est ensuite canalisé parallèlement à l'axe de la dorsale sur une distance d'au moins 30 Kilomètres depuis le centre du conduit. Cette géométrie implique une modification brutale de la rhéologie mantellaire dans la zone de transition attribuée à une augmentation catastrophique du rapport magma/roche. Un modèle physique de circulation, asthénosphérique a été construit en introduisant une discontinuité de viscosité de plusieurs ordres de grandeur au sommet du diapir. Une telle condition permet, en effet, de canaliser un pourcentage important du flux dans un étroit créneau superficiel. La pression dans le diapir est discontinue sur une épaisseur d'une centaine de mètres sous l'interface pour pouvoir vaincre la surpression due au fluage plastique et continuer son ascension vers la surface. Loin des diapirs, le flux mantellaire peut être régulier à l'échelle de la centaine de kilomètres ; il est alors sub-parallèle au Moho et perpendiculaire à l'axe de la dorsale, évoquant l'accrétion de la lithosphère en régime d'expansion stationnaire. L'angle d'une dizaine de degrés entre le Moho et le plan de fluage reflète probablement la pente moyenne des isothermes au niveau de la zone d'accrétion (flanc de la dorsale). La déformation associée au charriage intra-océanique (CIO) affecte les périodiques sur une épaisseur de quelques centaines de mètres au-dessus du plan de charriage basal, lui-même situé à une profondeur maximale de neuf kilomètres sous le paléo-Moho. Elle peut affecter également des niveaux plus élevés de la section mantellaire et la section crustale sous forme de bandes de cisaillement mylonitiques verticales pouvant atteindre 2 kilomètres d'épaisseur. Ces cisaillements sont contemporains de l'intrusion de magmas hydratés au sein de la section mantellaire, peut-être à mettre en relation avec le volcanisme différencié (" volcanisme 2 ") coiffant l'Ophiolite. Le CIO s'accompagne localement de la fusion de la semelle. Lors de l'initiation du CIO, la lithosphère présentait un fort gradient thermique vertical. D'un point de vue cinématique, la déformation enregistrée par la semelle, les péridotites basales et les bandes de cisaillement sont en concordance parfaite. Le CIO s'accompagne de déplacements considérables de la lithosphère charriante parallèlement à l'axe de la dorsale (de l'ordre de la centaine de kilomètres). L'initiation du CIO à la dorsale elle-même rend le mieux compte de ces observations. Le charriage à la dorsale implique l'inversion rapide (1 à 2 millions d'années) du régime d'expansion en régime compressif. On l'explique par un blocage momentané de la subduction de la Téthys sous l'Eurasie causée par des collisions entre des microcontinents, des arcs insulaires et la marge active eurasienne survenues à cette époque (Albien supérieur). De manière générale, les événements enregistrés par l'Ophiolite d'Oman s'intègrent bien dans l'évolution cinématique et géologique du domaine téthysien.
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Dates et versions

tel-00665031 , version 1 (01-02-2012)

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  • HAL Id : tel-00665031 , version 1

Citer

Georges Ceuleneer. Structures des ophiolites d'Oman : flux mantellaire sous un centre d'expansion d'expansion oceanique et charriage a la dorsale. Pétrographie. Université de Nantes, 1986. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00665031⟩
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