Modélisation stratigraphique des relations tectonique - climat : l'exemple de l'orogenèse de l'île nord de Nouvelle-Zélande

Stratigraphic modeling of tectonic-climate interactions : the example of the North Island of New Zealand

• Auteur / Autrice : Emerson Marfisi
• Direction : Jean-Yves Reynaud, Didier Granjeon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et ressources naturelles
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tectonique

Climat

Nouvelle-Zélande

Orogenèse

Mots clés libres

Bassins orogéniques

Modélisation stratigraphique

Résumé

Cette thèse présente en premier lieu la synthèse, sur les 11 derniers millions d’années, des données de terrain et de subsurface dans les principaux bassins orogéniques actifs de l’île nord de Nouvelle Zélande: Taranaki, Wanganui et Hawke’s Bay. Cette synthèse conduit à une reconstruction tectonostratigraphique et paléogéographique mettant en lumière les relations entre déformation et flux sédimentaires. L’isolement relatif de l’île nord vis-à-vis des autres sources sédimentaires pendant la période considérée permet d’expliquer l’épaisseur, la géométrie et la distribution des dépôts dans les bassins comme le résultat exclusif de la déformation associée à la subduction Hikurangi. Les influences relatives du climat (pluviosité) et de la tectonique dans ce système sont ensuites évaluées à partir d’une série de modélisations stratigraphiques déterministes. L’outil utilisé, Dionisos, repose sur une équation de diffusion simulant l’érosion, le transport et le dépôt en fonction de la pente, des flux en eau et de l’altérabilité sur substrat. Une simulation « best fit » reproduit à la fois le volume, la géométrie et la lithologie des dépôts préservés et la topographie actuelle de l’île nord. L’analyse de sensibilité du modèle permet de montrer l’influence prépondérante du « rock uplift » sur la distribution des dépôts et de la pluviosité sur leur volume. Enfin, le mémoire présente une analyse géomorphologique sommaire des bassins versants actuels des rivières drainées par la chaîne axiale, en regard des flux sédimentaires à leur exutoire marin. Cette analyse permet de calibrer l’influence de la pluviosité et des hétérogénéités structurales et lithologiques sur l’érosion.

This memoir first presents the synthesis of field and subsurface data of the main active orogenic basins of the North Island of New Zealand over the last 11 Ma (Taranaki, Wanganui, Hawke’s bay). It provides a simplified tectonostratigraphic and paleogeographic sketch of the island that helps understanding the relationships between deformation and associated sedimentary fluxes. The relative isolation of the North Island from other sedimentary sources during the considered period leads to relate the thickness, geometry and distribution of the preserved sedimentary sequences to the tectonic control of the Hikurangi subduction (Axial Ranges and volcanic arc). Then, the respective contributions of climate (i. E rainfall) and tectonics are evaluated by way of a numerical stratigraphic modeling. The software Dionisos ® runs a diffusion equation integrating erosion, transport and deposition as a function of slope, water runoff and substrate erodibility. A “best fit” model correctly simulates the volume, geometry and lithology of preserved deposits as well as the final related topography of the North Island. A series of sensitivity tests show the main control of rock uplift on sediment routing and accumulation, while rainfall primarily controls their volume. Finally, the memoir presents a brief geomorphological analysis of the catchment areas surrounding the Axial Ranges, compared to the sediment load delivered to the sea by rivers. This is a first step toward calibration of rainfall and other controls as lithology or structural grain on erosion. It also bears an approach of the response time to erosion at the scale of Milankovitch climatic cycles.