Apport de l'imagerie sismique à la compréhension de la dynamique arrière-arc des Petites Antilles au Cénozoïque
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Abstract EN:
In the Lesser Antilles region, where the American plates subduct beneath the Caribbean plate, the vast majority of studies focus on the arc and forearc domains, which concentrate most of the volcanic and seismic activity. In contrast, the Lesser Antilles back-arc has long remained little explored and poorly understood from a tectonic point of view. This more than 300 km wide area includes the Aves Ridge, an extinct Late Cretaceous to Paleocene arc emplaced within an oceanic plateau. This ridge, which is about 1 km below sea level, rises above the Grenada Basin that separates it from the active Lesser Antilles arc. The structural relationships between this basin and the adjacent arcs have been much debated, as have the timing and mode of its opening. To answer such questions, this PhD thesis is mainly based on a large multi-channel seismic reflection dataset acquired during the GARANTI cruise in 2017, completely covering the Grenada Basin and the eastern flank of the Aves Ridge. It also includes results from dredges carried out on bathymetric highs of the Aves Ridge. Analysis of these data led to the proposal of a new tectonic model, in which the Grenada Basin opening begins at the end of the Paleocene with NW-SE extension of the Aves Ridge, ultimately resulting in oceanic spreading during the middle Eocene. Today, 3 to 15 km of sediments cover the oceanic crust, which extends across the eastern half of the Grenada Basin between the latitudes of Grenada and Martinique. The asymmetry of the basement and pre-Miocene depocentres suggests that the southern Grenada Basin initially extended further east, probably into the current forearc, before the intrusion of the southern Lesser Antilles arc during the Oligocene-Miocene. This intrusion coincides with a tectonic inversion in the southern basin resulting from the oblique convergence between the Caribbean Plate and the South American continent. Alongside this, special attention was paid to the vertical motions of the Aves Ridge, which is thought to have emerged at the Eocene-Oligocene transition, thus enabling the migration of terrestrial fauna from South America to the Greater Antilles ("GAARlandia land bridge" hypothesis). The discovery of a regional unconformity suggests that the Aves Ridge was part of a land bridge connecting the two Americas in the Cretaceous-Paleocene, approximately 30 Myr before GAARlandia. From the middle Eocene to the middle Miocene, the Aves Ridge underwent relatively slow subsidence, enabling coral reefs to develop on bathymetric highs. Subsidence slowed down in the late Eocene-Oligocene, which could in fact reflect an uplift of the Aves Ridge. However, although some paleo-reefs show evidence of sporadic emersions between the Eocene and the Miocene, there is no evidence of an Eocene-Oligocene emersion in the study area. From the late Miocene, regional geodynamic changes caused an acceleration of subsidence and therefore complete flooding of the Aves Ridge. This study sheds new light on the structure and stratigraphy of the Lesser Antilles back-arc, thus clarifying its tectonic evolution. It is also a first step towards a better understanding of the vertical motions that affected this region during the Cenozoic.
Abstract FR:
Dans la région des Petites Antilles, marquée par la subduction des plaques Américaines sous la plaque Caraïbe, la grande majorité des études s’intéresse aux domaines d’arc et d’avant-arc, qui concentrent l’essentiel de l'activité volcanique et sismique. A l’inverse, l’arrière-arc antillais est longtemps resté une zone peu étudiée et mal comprise d'un point de vue tectonique. Ce domaine large de plus de 300 km inclut la Ride d’Aves, un arc éteint d’âge Crétacé supérieur à Paléocène mis en place au sein d’un plateau océanique. Cette ride, qui se trouve à environ 1 km sous le niveau de la mer, surplombe le Bassin de Grenade qui la sépare de l’arc actif des Petites Antilles. Les relations structurales entre ce bassin et les arcs adjacents ont fait l’objet de nombreuses controverses, tout comme la chronologie et les modalités de son ouverture. Pour répondre à ces problématiques, cette thèse repose essentiellement sur l’exploitation d’un important jeu de données de sismique réflexion multi-traces acquis lors de la campagne GARANTI en 2017, couvrant l’intégralité du Bassin de Grenade et le flanc est de la Ride d’Aves. Elle intègre également des résultats de dragages réalisés sur hauts bathymétriques de la Ride d’Aves. L’analyse de ces données a mené à la proposition d’un nouveau modèle d’évolution tectonique, dans lequel la formation du Bassin de Grenade débute à la fin du Paléocène par une extension NO-SE de la Ride d’Aves, aboutissant finalement à une expansion océanique à l’Eocène moyen. Aujourd’hui, la croûte océanique est couverte de 3 à 15 km de sédiments et elle occupe la moitié est du Bassin de Grenade entre les latitudes de Grenade et de la Martinique. L’asymétrie du socle et des dépocentres ante-Miocène suggère que le sud du Bassin de Grenade s’étendait initialement plus à l’est, probablement jusque dans l’avant-arc actuel, avant l’intrusion de l’arc des Petites Antilles du sud à l’Oligo-Miocène. Cette intrusion coïncide avec une inversion tectonique du sud du bassin résultant de la convergence oblique entre la Plaque Caraïbe et le continent sud-américain. En parallèle, une attention particulière a été portée aux mouvements verticaux de la Ride d’Aves. Celle-ci est supposée avoir émergé à la transition Eocène-Oligocène, permettant ainsi la migration de faunes terrestres depuis l’Amérique du Sud vers les Grandes Antilles (hypothèse du "pont terrestre GAARlandia"). La découverte d’une discordance régionale suggère que la Ride d’Aves faisait partie d’un pont terrestre reliant les deux Amériques au Crétacé-Paléocène, soit environ 30 millions d’années avant GAARlandia. De l’Eocène moyen au Miocène moyen, la Ride d’Aves a connu une subsidence relativement lente, permettant à des récifs coralliens de se développer sur des hauts-fonds. La période Eocène supérieur-Oligocène correspond à un ralentissement de la subsidence, qui pourrait en fait traduire un soulèvement de la Ride d’Aves. Cependant, bien que certains paléo-récifs présentent des indices d’émersions ponctuelles entre l’Eocène et le Miocène, rien n’indique une émersion généralisée à l’Eocène-Oligocène dans la zone explorée. A partir du Miocène supérieur, des changements géodynamiques régionaux ont provoqué une accélération de la subsidence et donc l’ennoiement complet de la Ride d’Aves. Cette étude apporte un éclairage inédit sur la structure et la stratigraphie de l’arrière-arc des Petites Antilles, permettant ainsi de préciser son évolution tectonique. Elle constitue également un premier pas vers une meilleure compréhension des mouvements verticaux ayant affecté cette région au Cénozoïque.