Subductions continentales au Tibet Central : héritages pétrologique, rhéologique et construction d'un plateau.

par Fanny Goussin

Thèse de doctorat en Terre Solide

Sous la direction de Stéphane Guillot et de Karel Schulmann.

Soutenue le 17-01-2019

à Grenoble Alpes , dans le cadre de Terre, Univers, Environnement , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Julia de Sigoyer.

Le jury était composé de Laurent Jolivet.

Les rapporteurs étaient Ivone Jimenez-Munt, Michel Grégoire.


  • Résumé

    Quand et comment le Plateau Tibétain s'est édifié demeure une question complexe, aux nombreuses implications pour la compréhension du comportement des lithosphères continentales en collision. Certains modèles mettent en avant l'importance du sous-plaquage de la lithosphère indienne et d'un épaississement localisé aux limites de micro-plaques asiatiques rigides ; tandis que d'autres considèrent au contraire que la lithosphère asiatique est peu résistante et se déforme de manière distribuée. La base croissante de données de haute qualité documentant les processus de surface et les processus profonds doit à présent être intégrée afin de contraindre les différents modèles d'évolution du Plateau. Ce travail de thèse se concentre sur le nord-est du bloc du Qiangtang, au Tibet Central : alors qu'elle constitue un élément clé pour les reconstructions et les modèles, cette région demeure l'une des moins étudiées de la zone de collision. Dans une première partie, l'acquisition de nouveaux âges 40Ar/39Ar de la déformation tardi-triasique (215-200 Ma) sur la suture de Jinsha, ainsi que la datation et l'étude métamorphique de xénolites crustales à corindon d'âge Trias Inférieur (249 Ma) échantillonnées dans des laves éocènes, mettent en évidence le rôle majeur et sous-estimé des subductions mésozoïques dans l'épaississement crustal total. Les résultats suggèrent que la région avait atteint, avant le début de l'Éocène, une épaisseur crustale de l'ordre de 45 à 55 km, soit près de 80% de son épaisseur actuelle de 66 km. Cet épaississement crustal mésozoique fut probablement en grande partie la conséquence du magmatisme d'arc du NE-Qiangtang, lié à 80 Ma de subductions océaniques à ses bordures. Ces nterprétations sont cohérentes avec les données régionales d'émersion et de paléoaltitude entre le Trias et l'Éocène. Dans une seconde partie, l'étude pétrologique et géochimique de roches magmatiques d'âge Éocène des bassins de Xialaxiu et de Nangqian suggère un intense métasomatisme du manteau lithosphérique source par des fluides ou magmas riches en H2O et en CO2. Ces résultats servent de point de départ à une série de modèles rhéologiques et thermomécaniques visant à caractériser le comportement d'une telle lithosphère dans un contexte de convergence continentale. Nous montrons que le manteau lithosphérique sous notre région d'étude à l'Éocène était à la fois très peu résistant (logmin~2.3), très peu dense (~3310 kg/m3 à 2 GPa), et possédait un solidus fortement défléchi vers les basses températures aux moyennes pressions mantelliques (~930°C à 3 GPa). À partir de ces caractéristiques, les modèles thermo-mécaniques laissent envisager un régime atypique de déformation et de fusion partielle, par l'injection de manteau lithosphérique métasomatisé dans l'asthénosphère sous-jacente. Celui-ci reproduit correctement l'intervalle de temps et la distance entre les épisodes magmatiques de Xialaxiu et de Nangqian, ainsi que la magnitude de l'épaississement crustal dans notre région d'étude, sans impliquer de délamination de la racine lithosphérique adoucie. Ces résultats nous amènent à proposer un réexamen des données géophysiques disponibles sur le manteau lithosphérique tibétain, dans lequel la zone de faibles vitesses sismiques imagée à l'aplomb du Tibet Central pourrait être interprétée en terme d'anomalie chimique et minéralogique, et non d'anomalie thermique.

  • Titre traduit

    Continental subductions in Central Tibet : petrological and rheologicalinheritances and the building of a Plateau


  • Résumé

    How and when the Tibetan Plateau was built remains a complicated issue, with many implications for our understanding of the behaviour of colliding continental lithospheres. Some models highlight the importance of the underthrusting of the Indian lithosphere and of localized thickening at the edges of rigid Asian microplates ; while others consider that the Asian lithosphere is weak and deforms in a distributed manner. The growing, high-quality database documenting deep and surface processes has now to be integrated in order to constrain the different evolution models of the Plateau.This thesis work focuses on the north-eastern Qiangtang block in Central Tibet : although it is a keystone for reconstructions and models, this region remains one of the least studied of the collision zone.In a first part, new 40Ar/39Ar dating of the Late Triassic (215-200 Ma) deformation on the Jinsha suture, along with a metamorphic study of Early Triassic (249 Ma) corundum-bearing crustal xenoliths sampled in Eocene magmatic rocks, shed light on the the major, but underestimated role played by the Mesozoic subductions in bulk crustal thickening. Our results suggest that prior to the Eocene, our study area had reached a crustal thickness of 45-55 km, i.e 80% of its present-day crustal thickness of 66 km. This Mesozoic crustal thickening was likely achieved by continental arc magmatism related to the 80 Ma of continuous oceanic subductions on both edges of the NE-Qiangtang terrane.These interpretations are consistent with the regional emersion and paleo-altitude data.In a second part, a petrological and geochemical study of Eocene magmatic rocksfrom the Nangqian and Xialaxiu basins suggests an intense metasomatism of the source lithospheric mantle by H2O- and CO2-rich fluids or melts. These results are used as a starting point for a series of rheological and thermo-mechanical models, to characterize the behaviour of such lithosphere in a continental convergence context. We show that the lithospheric mantle underlying our study area in the Eocene was particularly weak (logmin~2.3) and buoyant (~3310 kg/m3 à 2 GPa), and its solidus was deflected to low temperatures at medium mantle pressures (~930°C à 3 GPa). From these characteristics, thermo-mechanical models forecast an atypical deformational and partial melting regime, through the injection of metasomatized lithospheric mantle into the asthenosphere, whichadequately reproduces the timing and location of Xialaxiu and Nangqian magmatic events, and the magnitude of crustal thickening observed in our study area, without any delamination of the weakened lithospheric root.This eventually leads us to reconsider the available geophysical data for the Tibetan lithospheric mantle : the low-velocity zone imaged beneath Central Tibet could indeed represent a geochemical, rather than thermal anomaly.


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