Détermination d’un modèle lithosphérique sous la chaine centrale de l’Alborz basée sur l’interprétation intégrée de données gravimétriques, du géoïde et de la topographie

par Seyed Hani Motavallianbaran

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Hermann Zeyen et de Vahid Ebrahimzadeh Ardestani.


  • Résumé

    Le désir de comprendre l'origine de la Terre, son évolution et sa composition, le futur de notre planète et les événements géologiques comme les séismes et les désastres qu'ils provoquent, ainsi que la curiosité de l'esprit humain font que les chercheurs étudient l'évolution tectonique et la structure actuelle de la Terre. Entre les paramètres clé pour une meilleure compréhension se trouvent la profondeur de la limite croûte-manteau (Moho) et celle de la limite entre la lithosphère et l'asthénosphère (LAB). Le but de cette thèse était de modéliser la limite lithosphère-asthénosphère (LAB) et l'épaisseur crustale sous l'Alborz central, le block sud-caspien et les régions environnantes. Dans cette étude, nous utilisions une méthode d'imagerie de la lithosphère, basée sur l'interprétation de données gravimétriques et de la topographie en équilibre isostatique local. Nous appliquons des algorithmes 1D et 2D de modélisation avant de présenter un nouvel algorithme d'inversion 3D. Nous présentons d'abord une inversion conjointe 1D de données de géoïde et de topographie. Le second pas est la modélisation 2D le long de trois profils par l'interprétation conjointe de géoïde, gravité (air libre et Bouguer), de topographie et de flux de chaleur à la surface. Finalement, nous performons une inversion 3D conjointe de données de géoïde, gravité (air libre) et de topographie. L'application des trois différentes méthodes à la région d'étude nous donne comme résultats principaux une croûte épaisse sous la chaine d'Alborz et sous l'Apsheron-Balkan Sill à la limite septentrionale du bassin sud-caspien. Des fortes variations de l'épaisseur de la lithosphère ont été obtenues, où la lithosphère la plus mince est localisée sous l'Iran central et NW, surtout dans des régions de volcanisme Cénozoïque. Les régions d'épaisseur maximale de la lithosphère se trouvent sous l'Apsheron-Balkan Sill, indiquant en combinaison avec un épaississement parallèle de la croûte une subduction de la lithosphère sud-caspienne vers le nord sous la lithosphère eurasienne.

  • Titre traduit

    Determination of lithospheric model beneath the central Alborz Mountains based on the integrated interpretation of gravity, geoid and topography data sets


  • Résumé

    The wish to understand the Earth's origin, evolution and composition, curiosity of the human to comprehend our planet's future evolution plus the geological needs compel researchers to investigate tectonic evolution and their present day structure and behavior. Some key parameters to better understand these subjects are depth of the Moho (the boundary between crust and mantle) and of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB). The targeted area of this research includes the Alborz Mountains in northern Iran and the South Caspian Basin. The Alborz Mountains separate the South Caspian Basin from Central Iran. For our research, the definition of the LAB is an isotherm and we try to calculate the temperature distribution in the lithosphere. We also consider local isostasy to be valid for our modeling. Gravity, geoid, topography and surface heat flow data are used in this research to model the Moho and LAB discontinuities. Potential field data are sensitive to the lateral density variations which happen across these two boundaries but at different depth. In this research 1D, 2D and 3D modeling has been conducted in our targeted area. In 1D modeling, our data are topography and geoid undulations. The method is a 1D inversion based on a two-layered model comprising crust and lithospheric mantle. Using gravity, geoid, topography and surface heat flow data, we have modeled 2D distributions of the density and temperature in the lithosphere along three profiles crossing Iran in SW-NE direction from the Arabian foreland in the SW to the South Caspian Basin and the Turan Platform to the NE. Finally, a 3D algorithm has been developed and tested to obtain the density structure of the lithosphere from joint inversion of free air gravity, geoid and topography data based on a Bayesian approach with Gaussian probability density function. The algorithm delivers the crustal and lithospheric thicknesses and the average crustal density. The results show crustal root under the Alborz Mountains and a thin crust under the southernmost South Caspian Basin thickening northward until the Apsheron-Balkan Sill. Regarding LAB, the results show thick lithosphere under the South Caspian Basin compared to thin lithosphere of Central Iran.


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