Traçage de la croissance cénozoïque des Andes de Patagonie méridionale (51°15” S-53°39” S) à partir de l'étude couplée orogène/bassin d'avant-pays

par Huber alberto Rivera Rosado

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Joseph Martinod.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Universidad de Chile , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (laboratoire) depuis le 13-09-2018 .


  • Résumé

    Les connaissances sur le tempo et le style de raccourcissement, d'exhumation et d'évolution sédimentaire des Andes de Patagonie méridionale et de son bassin d'avant-pays associé, le bassin Magallanes-Austral, restent parcellaires. Au cours de l'histoire des Andes de Patagonie méridionale, l'arrivée et la subduction de trois dorsales océaniques, des périodes d'érosion tectonique et de possibles événements d'horizontalisation du slab ont interagi avec la marge continentale. L'ouverture du passage océanique de Drake (c'est-à-dire l'ouverture de la mer Scotia) entre la Péninsule Antarctique et l'Amérique du Sud et la réorganisation générale de la configuration et de la cinématique des plaques tectoniques au Cénozoïque placent certainement ce segment andin parmi les plus complexes. Cependant, les Andes de Patagonie méridionale et leur bassin d'avant-pays, le bassin Magallanes-Austral, offrent une occasion unique d'évaluer comment et dans quelle mesure l'environnement géodynamique et ses variations contrôlent le développement et l'évolution du couple orogène de style andin / bassin d'avant-pays. Dans cette proposition de recherche, j'envisage d'étudier la chaîne plissée de Magallanes (prisme orogénique) et le bassin d'avant-pays associé (51°15”S-53°39”S). J'étudierai le schéma de remplissage du bassin sédimentaire syn-tectonique en relation avec la cinématique de la propagation de la déformation dans les chaînes adjacentes, pour comprendre les étapes évolutives de ce système de la Cordillère et apporter des réponses bien contraintes concernant les mécanismes qui conduisent au soulèvement des Andes australes : part de la tectonique compressive, de la topographie dynamique liée au processus de subduction, des interactions tectonique-climat entraînant l'exhumation de la chaîne de montagnes, entre autres. La zone d'étude se situe à la jonction entre deux régimes structuraux dominés par la compression d'un côté, et la transpression de l'autre. L'enregistrement stratigraphique complet allant du Crétacé terminal au Cénozoïque permet d'avoir un aperçu de la contribution relative des processus compressifs et transpressifs, et de caractériser précisément l'évolution à long terme de l'orogenèse patagonne. On pourra observer si celle-ci se produit à l'occasion d'événements ponctuels (<5 à 10 millions d'années (Ma)) ou si elle correspond à une évolution plus continue (~ 50 à 100 Ma), question qui fait l'objet actuellement d'un débat animé dans la communauté scientifique. En combinant de multiples méthodes telles que la sédimentologie, l'architecture stratigraphique, l'analyse de la provenance (pétrographie des grès, comptage de clastes de conglomérats, géochimie d'argilites et siltites), la géologie structurale, la géochronologie et la thermochronologie (traces de fission sur apatites et zircons et U/Th-He sur zircons et apatites), et en appliquant toutes ces méthodes aux strates du bassin d'avant-pays, je tenterai d'extraire des informations sur la rhéologie de la lithosphère et l'histoire tectonique de l'orogène limitrophe. Cette approche permettra non seulement de mieux comprendre comment les processus de subduction façonnent la surface de la Terre, influencent le flux des sédiments vers les bassins océaniques et terrestres, mais aussi de décrypter les phases de déformation dans un système orogénique polyphasé. La connaissance de la façon dont le couple orogène-bassin d'avant-pays évolue en fonction du contexte géodynamique peut constituer un apport capital à la compréhension des interactions complexes entre les phases de formation des montagnes, le climat, les processus d'érosion, et la sédimentation dans d'autres régions des Andes.

  • Titre traduit

    Tracing the Cenozoic Southern Patagonian Andes growth (51°15” S-53°39” S) from the integrated study of the orogen-foreland basin pair


  • Résumé

    Comprehensive knowledge on the tempo and style of shortening, exhumation, and sedimentary evolution of the Southern Patagonian Andes and its related Magallanes-Austral foreland basin have remained elusive. Throughout the history of the Southern Patagonian Andes three approaches and collisions of spreading ridges, periods of tectonic erosion, and possible subduction flat-slab events have interacted with the continental margin. Moreover, the opening of the oceanic Drake Passage (i.e., the opening of the Scotia Sea) between the Antarctic Peninsula and South America and the overall Cenozoic reorganization of the tectonic plates setting and kinematic, certainly positions this Andean segment as one of the most complexes. Notwithstanding, the southern Patagonian Andes and its Magallanes-Austral foreland basin offer a unique opportunity to evaluate how and to what extent the changing geodynamic setting control the development and evolution of an Andean-type orogen foreland basin pair. In this research proposal I will envisage the Magallanes fold and thrust belt (orogenic wedge) and the Magallanes Austral foreland basin (51°15”S-53°39”S) as an integrated orogen foreland basin pair where combine both the geometry, evolution and filling pattern of the syntectonic sedimentary basin with the kinematics constraint of the adjacent mountain belt to understand the evolutionary stages of this Cordilleran system and to discriminate between the different processes that controlled the geodynamic evolution of this part of the Andes: crustal thickening related to tectonic shortening, dynamic topography related to the subduction processes, interactions between climatic and tectonic changes, among others. The intermediate position of the study area (between 2 main structural regimes: compression and transpression) and complete latest Cretaceous-Cenozoic stratigraphy will give insights into the contribution of the contractional versus transpressional dominated processes and will provide reliable and accurate answers regarding if the long-term evolution of the Patagonian orogeny corresponds to punctuated (<5 to10 Myr) versus protracted (~50 to 100 Myr) stages, issue which has been a long debate of the scientific community of our time. By taking advantage of multiple methods and type of dataset of the foreland basin strata such as sedimentology, stratigraphic architecture, integrated provenance analysis (i.e., sandstone petrography, conglomerate clast-count and geochemistry), geohistory analysis, structural geology and geo- and thermochronology (Apatite and Zircon Fission Track and zircon U/Th-He), I attempt to extract the valuable information about the rheology of the lithosphere and tectonic history of the bounding orogen. This approach will not only result in an improved understanding about how subduction dynamic processes shape the earth's surface, sediment flux to the ocean and terrestrial basins, but also help to decipher deformation phases in a polyphase thrust-belt system. This worthy knowledge of how orogen-foreland basin pair evolve in response to the dynamically geodynamic context can be paramount to unravel the tectonically complex interaction between phases of mountain building, climate (erosion) and sedimentation in other regions of the Andes.