Mécanismes de l'extension continentale au Mésozoïque en Asie de l'Est

par Nicolas Charles

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'atmosphère

Sous la direction de Yan Chen et de Rixiang Zhu.

Le président du jury était Michel Faure.

Le jury était composé de Rixiang Zhu, Michel Faure, Denis Gapais, Karel Schulmann, Charles Gumiaux, Romain Augier, Wei Lin, Jean-Pascal Cogné.

Les rapporteurs étaient Denis Gapais, Karel Schulmann.


  • Résumé

    La lithosphère continentale peut s’étirer selon trois modes (rift large, rift étroit et Core Complex). En Asie de l’Est, une extension continentale a eu lieu de la fin du Mésozoïque au Cénozoïque et ne semble correspondre à aucun des trois modes actuellement définis. Cette période est caractérisée par un amincissement lithosphérique exceptionnel (>100 km), la présence de MCC, de bassins sédimentaires et une importante activité magmatique. Basé sur une approche multi-échelles, ce travail vise à mieux comprendre les mécanismes à l’origine de cette déformation lithosphérique (jamais abordés) ainsi que du moteur de l’extension (encore vivement discuté). Pluridisciplinaire, cette étude apporte de nouvelles contraintes à partir de l’analyse de la déformation finie (ductile ou fragile), du magnétisme des roches (ASM, paléomagnétisme), de la géochronologie (U/Pb sur zircon et 40Ar/39Ar sur monograins) et de la gravimétrie. Différents objets reconnus, révélant des quantités d’extension différentes (MCC vs. pluton cisaillé), montrent que la croûte continentale se déforme de manière très localisée, par la mise en place de larges dômes extensifs séparant des domaines de « radeaux » ou « boudins » présentant une déformation faible à nulle. Par comparaison des données crustales et mantelliques (tomographie sismique, géochimie) disponibles, cette étude met en évidence que l’amincissement lithosphérique reconnu pour le Mésozoïque est principalement lié à un important flux thermique du manteau, l’extension n’ayant qu’un rôle limité dans cet amincissement (<20%). En outre, eu égard au gradient géothermique exceptionnellement élevé de la région, à la fin du Mésozoïque, il semble très probable que des MCC puissent s’être développés sans épaississement préalable de la croûte. L’analyse comparée des directions d’étirement dans la croûte et dans le manteau met en évidence le rôle majeur de la subduction des panneaux plongeants le long de la marge est-asiatique. Un modèle géodynamique a été proposé montrant le rôle du retrait successif des panneaux plongeants couplé à un phénomène d’érosion thermique de la lithosphère.

  • Titre traduit

    Mechanisms of Mesozoic continental extension in East Asia


  • Résumé

    Continental lithosphere can be stretched according to three modes (wide rift, narrow rift, Core Complex). In East Asia, a continental extension occurred during the Late Mesozoic to Cenozoic times and seems to do not correspond to any of three modes currently defined. This period is characterised by an exceptional lithospheric thinning (> 100 km) with the presence of MCC, sedimentary basins and a huge magmatic activity. Based on a multi-scale approach, this work aims to better understand the mechanisms of this lithospheric deformation (never addressed) and the engine of the extension (yet highly debated). This study provides new multidisciplinary constraints from the analysis of finite strain (ductile or brittle), rock magnetism (AMS, palaeomagnetism), geochronology (U/Pb on zircon and 40Ar/39Ar on single crystals) and gravity. Different objects have been recognised, revealing different amounts of extension (MCC vs. sheared pluton), and show that the continental crust is locally highly deformed, with emplacements of large MCCs between "rafts" or "boudins" domains which are weakly strained to unstrained. By comparison of available crustal and mantle data (seismic tomography, geochemistry), this study shows that the lithospheric thinning recognised for the Mesozoic is mainly related to a major mantle heat flux, the extension plays a limited role in this thinning (<20%). In addition, given the exceptional high geothermal gradient in the region at the end of the Mesozoic, it seems very likely that MCC may have developed without pre-thickened crust. Comparative analysis of stretching directions within the crust and mantle highlights that the subduction of the (palaeo) Pacific plate along the East Asian margin may play an initial and major role during Late Mesozoic extensional event. A geodynamic model has been proposed to show the role of the successive retreat of subducting slabs coupled to a thermal erosion of the lithosphere.


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