Du manteau au système géothermal de haute température : Dynamique de subduction et anomalies thermiques en Méditerranée orientale

by Vincent Roche

Doctoral thesis in Sciences de la Terre et de l'Univers

Under the supervision of Laurent Guillou-Frottier and Laurent Jolivet.

Thesis committee President: Bruno Scaillet.

Thesis committee members: Laurent Guillou-Frottier, Laurent Jolivet, Bruno Scaillet, Philippe Yamato, Inga Moeck, Christian Teyssier, Mickael Ressel.

Examiners: Philippe Yamato, Inga Moeck.

  • Alternative Title

    From mantle to crust : Subduction dynamics and thermal anomalies in eastern Mediterranean region


  • Abstract

    High temperature geothermal resources are mainly located along subduction zones. The Menderes geothermal Province (Turkey) offers the opportunity to study amagmatic geothermal systems, without necessarily invoking a magmatic heat source in the upper crust. This study shows that high temperatures in the back-arc domain are primarily related to subduction dynamics (i.e. rollback and tearing). Numerical models suggest that shear heating and mantle flows increase temporarily the amount of heat flow at the base of the crust. Furthermore, field studies on the entire Aegean region (Cyclades, Dodecanese and Western Anatolia) show a similar tectonic and thermal evolution since the Cretaceous, characterized by a succession of episodes of HP-LT and HT-LP metamorphism. Moreover, the contribution of TRSCM and radiochronometric data (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) reveals the formation of a largethermal pulse contemporaneous with the exhumation of the Menderes MCC. This event occurs in the Miocene and may be explained by a drastic change in subduction dynamics (i.e. slab tearing under the Menderes Massif).Crustal-scale structures (i.e. detachments) induce the emplacement of the Menderes MCC, and also control deep fluids circulation in the crust from brittle-ductile transition zone to the surface without magmatic contribution inthe upper crust. As a consequence, the Menderes geothermal Province is recognized as a most important active geothermal province in the world because it results from subduction dynamics. This dynamics thus controls thespatial and temporal distribution of thermal anomaly and extension, inducing crustal-scale permeable structures(detachments) that enhance fluids circulation.


  • Abstract

    Les ressources géothermales de haute température se localisent principalement le long des zones de subduction. Considérée comme amagmatique, la Province géothermale du Menderes (Turquie) offre l’opportunité d’étudier des systèmes géothermaux sans nécessairement invoquer une source de chaleur magmatique dans les premiers kilomètres de la croûte. Cette étude montre que les températures anormalement élevées dans la zone d’arrière-arcs sont principalement liées à la dynamique particulière de la subduction est-méditerranéenne (i.e. retrait et déchirure). Les résultats de modèles numériques suggèrent que le shear heating et les flux mantelliques modifient temporairement la quantité du flux de chaleur à la base de croûte. Par ailleurs, des études de terrain sur l’ensemble de la région (Cyclades, Dodécanèse et Anatolie occidentale) montrent une évolution tectonique et thermique similaire depuis le Crétacé, marquée minéralogiquement par une succession d’épisodes de HP-BT puis de HT-BP. Toutefois, l’apport des données TRSCM et radiochronométriques (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) souligne un évènement thermique majeur contemporain à la mise en place du dôme métamorphique du Menderes. Cet événement que l’on explique par un changement drastique de la dynamique de subduction (i.e. déchirure du panneau plongeant sous le Massif du Menderes), se développe au Miocène. Des structures d’échelle crustale (i.e. détachements)accommodent la mise en place du Massif du Menderes et contrôlent la circulation des fluides dans la croûte, depuis la zone de transition fragile-ductile jusqu’à la surface, sans nécessairement impliquer la contribution de systèmes magmatiques dans la croûte supérieure. La Province géothermale du Menderes est considérée comme une province de haute température de taille mondiale car elle résulte de la dynamique de subduction qui contrôle spatialement et temporellement l’intensité de l’anomalie thermique mais également la mise en place de structures perméables(détachements) d’échelle crustale favorisant la circulation des fluides.


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