Modèles thermo-géométriques et leurs applications dans la construction de coupes équilibrées-Exemples de Taïwan et des Appalaches

par Mohannad Mansour

Thèse de doctorat en Sciences de l'Univers

Sous la direction de Charles Aubourg.


  • Résumé

    Des modèles géométriques ont été proposés pour reconstruire la géométrie de plis associés aux rampes (par exemple pli sur flexure de faille), en identifiant en particulier la profondeur de niveau de décollement et le déplacement total sur la rampe. Ces méthodes de reconstruction géométrique sont appliquées pour des plis partiellement érodés. Au cours de l'érosion, le cut-off de la rampe peut être érodé et, par conséquent, le déplacement sur la rampe est difficile à quantifier. Dans cette thèse, nous développons onze modèles thermo-géométriques. Les modèles combinent les données géométriques et les données d’enfouissement pour proposer une évolution cinématique d’un pli avec cut-off érodé. Nous supposons que la mise en place d'une unité tectonique produit une anomalie thermique dans le mur de la faille, et que cette anomalie thermique pourrait indiquer une épaisseur de bloc chevauchant. Les modèles fournissent une estimation de la profondeur de décollement et le déplacement total sur une rampe érodée, qui ne dépend pas de taux d’érosion. Dans le cas de chevauchements actifs, les modèles proposent un taux de déplacement et un âge de l'initiation de la faille en fonction de taux d'érosion. Ces données sont utilisées pour proposer un développement cinématique de coupes érodées. Nous appliquons les modèles sur les plis érodés et actif à Taiwan dans les zones de Choshui et Miaoli. On propose des coupes régionales équilibrées en utilisant la technique de modélisation directe. Dans la section Choshui, nous proposons un niveau de détachement de ~5 km à ~14 km, marquée par deux sauts successifs de rampes de ~5 km and ~4 km. En supposant un taux d'érosion à 4 mm/an, l'âge de l’initiation de chevauchement active est entre 3,3 Ma dans la partie intérieure de prisme (Chevauchement de Tili) à 0,9 Ma dans la partie extérieur (Chevauchement de Chelungpu). Le raccourcissement totale sur la coupe de Choshui est ~100 km et le taux de déplacement calculé est ~1 cm/an. Pour tester nos modèles thermo-géométriques dans une chaîne plissée inactive, on applique nos modèles sur les plis érodés associés aux failles de Pine Mountain et Jones Valley dans la chaîne plissée des Appalaches. L'application des modèles thermo-géométriques nous permet d’estimer une quantité de déplacement sur les deux failles et expliquer de manière satisfaisante l'anomalie thermique dans le mur des failles de Pine Mountain et Jones Valley. Afin d'améliorer la description de l’anomalie thermique qui se développe dans le soubassement des failles, on a étudié l'évolution des minéraux magnétiques des roches argileuses le long de quatre sections dans la chaîne plissée à Taiwan. On a remarqué que la greigite (Fe3S4) domine l'assemblage magnétique dans les roches enfouies à moins à moins de de 70°C. La magnétite (Fe3O4) se développe pour des températures d’enfouissement de ~50°C et domine l’assemblage magnétique jusqu'à ~350° C. A partir ~300°C, la pyrrhotite monoclinique (Fe7S8) se développe aux dépens de la magnétite, et à ~350°C, la magnétite n'est plus détecté. Ces résultats peuvent être utilisés en complément d'autres géothermomètres pour identifier les anomalies thermiques dans une gamme de de 50-70°C et de 300-350°C où les caractéristiques des minéraux magnétiques sont identifiées

  • Titre traduit

    Thermo-geometric models and their applications in the construction of balanced cross-section –Examples from Taiwan and Appalachian


  • Résumé

    Geometric models have been proposed to account satisfactorily for ramp-related folds (e.g. fault-bend fold), identifying in particular detachment depth and total shortening. These methods of geometric reconstruction are applied on partially eroded folds. During erosion, the fault cut-off may be removed and as a result, the displacement is difficult to quantify. In this thesis, we develop 11 thermo-geometric models combining geometric description of folds and burial data to propose kinematic evolution of folds with eroded cut-offs. We assume that the emplacement of a tectonic unit will result in a thermal anomaly in the footwall, and that this thermal anomaly might indicate a thickness of the overriding unit. The models provide an estimation of the detachment depth and the total shortening on an eroded ramp, independent of the erosion rate. In the case of active thrusts, the models provide an estimation of the slip rate and the age of the initiation of the thrust as a function of the erosion rate. These data are used to unravel the kinematic development of eroded cross-sections. We apply the models on eroded folds from Taiwan underlined by active thrusts in the Choshui and Miaoli sections. We propose regional balanced cross-sections using forward modeling technique. In the Choshui section, we propose a detachment profile with a depth between ~ 5 km and ~ 14 km, marked by two steps of ~ 5 km. Assuming erosion rate at 4 mm/a, the age of initiation of the active thrusts is ranging from 3.3 Ma inward (Tili thrust) to 0.9 Ma outward (Chelungpu thrust). The total shortening from the whole section is ~100 km and the calculated slip rate is about 1 cm/a. To test our models in a non-active fold-and-thrust belt, we study eroded folds associated to the Pine Mountain thrust and Jones Valley thrust from the Appalachian belt. The application of the thermo-geometric models provides a value of the total shortening and explains satisfactorily the thermal anomaly in the footwall of the Jones Valley thrust. In order to improve the description of the thermal anomaly, we have studied the evolution of magnetic minerals of argillaceous rocks in four sections from the Taiwan thrust belt. We found that the iron sulfide greigite (Fe3S4) is dominating the magnetic assemblage in the less buried rocks (<70°C). The magnetite (Fe3O4) develops at burial temperature of ~50°C and is dominating the magnetic assemblage up to ~350°C. By ~300°C, the monoclinic pyrrhotite (Fe7S8) develops at the expense of magnetite, and at ~350°C, the magnetite is no longer detected. These results can be used complementary to other geothermometers to identify thermal anomalies in the range 50-70°C and 300-350°C where characteristic magnetic minerals are identified


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