Evolution thermo-cinématique et géodynamique du Brooks Range et du North Slope (Alaska-Canada)

par Maelianna Bigot-Buschendorf

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Loïc Labrousse et de Frédéric Mouthereau.

Soutenue le 03-12-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris) , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre de Paris / iSTeP (laboratoire) .

Le jury était composé de Cécile Gautheron, François Roure, Sylvie Leroy, Frédéric Herman.


  • Résumé

    La zone de déformation compressive des Brooks Range et des British-Barn située entre l’Alaska (Etats-Unis) et la région du Nord Yukon (Canada), en position arrière-arc, se développe dans un contexte cinématique et géodynamique depuis longtemps débattu. L’histoire tectonique du bloc continental Arctique d’Alaska, situé dans l’avant-pays de Brooks Range, est diversement interprétée dans les reconstructions de l’ouverture du bassin canadien. La chaîne de Brooks se développe à partir du Crétacé inférieur et sa mise en place se poursuit au Cénozoïque. Mieux contraindre son histoire d’exhumation, en relation avec le raccourcissement est essentiel dans cette région arctique où la cinématique des plaques, associée à l’ouverture du bassin canadien au Nord, fait l'objet de nombreux modèles géodynamiques controversés. La relation avec la subduction active Pacifique au Sud et les grands décrochements en arrière de la subduction fait de cette chaîne, en position arrière arc, une zone-clef pour affiner les reconstructions géodynamiques régionales et notre compréhension des processus orogéniques. Si le lien n'est pas établi entre la déformation mise en jeu dans cette subduction au Mésozoïque et la déformation dans la chaîne de Books, ce lien est en revanche assez bien documenté à l'heure actuelle. Il est donc légitime d'appréhender les événements sud-alaskans dans l'étude de cette chaîne de Brooks. La croissance de la chaîne au Cénozoïque est également mal comprise. Or, il s’agit d’un exemple quasi-unique de chaîne en milieu arctique active durant le Cénozoïque et qui a donc potentiellement enregistré des bouleversements climatiques majeurs, en l'occurrence depuis l‘optimum climatique à la transition Paléocène-Eocène, le refroidissement Oligocène jusqu’à la mise en place de glaciers et de la calotte nord-américaine au Quaternaire. Cet orogène est donc clef pour étudier voire quantifier l'impact du climat sur la construction topographique nord-alaskane. Ce travail a combiné une étude thermochronométrique basse-température multidatation (FT, (U-Th)/He) dans les massifs granitiques et dans les sédiments, qui ont fait l'objet de modélisation thermo-cinématiques via Pecube, dans le but de contraindre la construction orogénique depuis 100 Ma jusqu’à l’actuel. En parallèle, une approche structurale de terrain (Nord Yukon et Brooks Range) et l'analyse de données de subsurface ont été menées. Les données thermochronologiques, couplées à des analyses thermométriques RSCM et de la modélisation thermique soulignent la mise en place de reliefs au Crétacé supérieur avec une exhumation modérée (0.2 km/Ma) qui se poursuit jusqu'à la fin de l'Eocène, où les taux d'exhumation dans les chaînes de Brooks et British-Barn sont clairemement orogéniques (1.25-1.29km/Ma), et associés à la migration de la déformation vers les bassins adjacents. Ce travail souligne une migration de la déformation du SO vers le NE. Dans les deux segments de la chaîne un événement d'exhumation distinct est identifié à l'Oligocène : celui-ci est clairement associé dans la partie interne de la chaîne de Brooks à la mise en place hors-séquence d'un duplex crustal ; et associé à la migration de la déformation compressive en mer au large de la chaîne de British-Barn. Si le calendrier tectonique est semblable dans ces deux zones d'étude, il existe une différence majeure dans le style de déformation entre ces deux régions. Le front de déformation semble beaucoup plus éloigné de la chaîne et les failles beaucoup plus espacées dans la partie canadienne, éloignement et espacement probablement liés à l’épaisseur de sédiments syn-sédimentaires présents dans le bassin...

  • Titre traduit

    Thermo-kinematic and geodynamical evolution of the Brooks Range and North Slope (Alaska-Canada)


  • Résumé

    The kinematics and geodynamics associated with the compressional deformation in the Brooks Range and British-Barn Mountains, respectively in Alaska (USA) and North Yukon (Canada), in a back-arc setting has long been debated. In particular, the tectonic history of the Arctic Alaska continental block located in the foreland of the Brooks Range has been diversely interpreted in the plate reconstructions proposed for the Canadian basin. The Brooks Range mountain chain develops from the Lower Cretaceous to the Cenozoic. Constraining its exhumational history and its link with shortening evolution is essential in this arctic area where plate tectonics, associated to the Canadian basin opening in the North, has led to controversial geodynamic models. Tectonic coupling with the active Pacific subduction in the south as well as major seismogenic strike-slip faulting make this orogen a key area where to refine the regional plate reconstructions and understanding of orogenic processes. The Cenozoic evolution of the Brooks Mountains is poorly understood although it is a nearly unique example of arctic orogen, which have potentially recorded major climate changes like Paleocene-Eocene Thermal Maximum, the Oligocene cooling and Quaternary glaciations. This orogen is a key to study and quantify the climate impact on the north-alaskan topographic growth. This study combined low-temperature thermochronometry (FT, U-Th/He) on granitic and sedimentary rocks, which were thermo-kinematically modeled using Pecube in order to define the orogenic evolution of this arctic region since 100 Ma. In parallel, a field-based structural study (North Yukon and Brooks Range) was combined with the analysis of subsurface data. Thermochronological data, coupled to thermometric RSCM analyses and thermal modeling first define a slow exhumation period (0.2 km/Ma) from Upper Cretaceous up to the Eocene. With the Eocene, exhumation rates drastically increased to reach 1.25-1.29km/Ma as the deformation also migrates from SW toward NE. In both alaskan and canadian parts of mountains ranges a clear Oligocene exhumational event is identified. This event is linked to out-of-sequence crustal duplexing in the internal part of the range in the Brooks Range, contemporaneous with the propagation of deformation offshore, along British and Barn Mountains...

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