Modélisation numérique 3D des caractéristiques physiques des segments de dorsale lente

3D thermal modeling of slow-spreading ridge segment physical characteristics

• Auteur / Autrice : Sébastien Gac
• Direction : Jean Goslin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Dorsale médio-atlantique, Rift de la

Résumé

J'ai développé un modèle numérique 3D de la structure thermique des segments de dorsale lente pour vérifier si la présence d'une zone chaude sous les centres de segment pouvait rendre compte des observations géophysiques axiales et hors-axe et pour déterminer la géométrie d'une telle zone chaude. Les observations effectuées le long dela dorsale Médio-Atlantique montrent la variation des caractéristiques géophysiques le long des segments. Les observations hors-axe montrent l'existence de domaines rhomboidaux suggérant qu'un segment s'allonge puis seraccourcit au cours du temps sur une durée de 3 à 9 Ma. Dans mon modèle la structure thermique est contrôlée par la géométrie d'une zone chaude permanente dans le temps imposée sous le centre du segment, où est simulée la remontée adiabatique du manteau. Les processus physiques à l'origine de cette zone chaude ne sont pas simulés. A partir de la structure thermique, des observables géophysiques (anomalies gravimétriques, anomalies magnétiques,profondeur maximale des séismes épaisseurs crustales le long du segment) sont simulées et comparées à celles observées pour contraindre la géométrie de la zone chaude qui reproduit les observations. Les structures thermiques de segments de longueurs différentes sont déterminées de cette façon. Les modèles montrent que les autres paramètres restant inchangés, l'allongement de la zone chaude est suffisant pour rendre compte des caractéristiques géophysiques des différents types de segment. Cette évolution simple de la zone chaude suggère que les différents types de segment peuvent représenter différentes étapes dans l'évolution d'un seul type de segment. Pour tester si une telle évolution peut rendre compte des observations hors-axe j'ai modélisé cetteévolution de la zone chaude et des structures thermiques résultantes. Une telle évolution rend compte des observations hors-axe si la zone chaude s'allonge progressivement pendant 3 Ma puis se raccourcit pendant 3 Ma.

I developed 3D thermal and physical numerical models of the slow-spreading ridge segments to investigate whether the presence of a hot zone beneath the segment center may account for off-axis and along-axis geophysical observations and determine the characteristics of such a hot zone. Observations from the Mid-Atlantic Ridge show along-axis variations of geophysical characteristics from segment center to ends. Off observations show the existence of rhomb-shaped patterns suggesting that a segment lengthens then shortens through time over a period of 3-9 my. In my model the thermal structure is controlled by the geometry and the dimensions of a permanent hot zone imposed beneath the segment center, where is simulated the adiabatic ascent of magmatic material. The physical processes at the origin of such a hot zone are not considered. From the thermal structure, geophysical parameters (gravity anomalies, magnetic anomalies, maximum depth of earthquakes, and along-axis variation of crustal thickness) are simulated and compared to the observed ones to identify the particular geometries and dimensions of the hot zone which reproduces geophysical observations. Thermal structures of different types of segment, characterized, are determined in such a way. The models show that, with the parameters remaining equal, the lengthening of the hot zone is sufficient to account for the varying characteristics of the different segment types. This simple evolution of the hot zone suggests that the different "segment types" indeed represent different phases in the evolution of an unique segment type. In order to test whether such an evolution can account for off-axisobservations I modeled this evolution of the hot zone and the resulting thermal structure and evolution. Such an evolution accounts for off-axis observations if the hot zone progressively lengthens for 3 My then shortens for 3 My.