L’évolution Cénozoïque de l’arc Bético-Rifain et de la mer d’Alboran est contrôlée par le retrait, la délamination et le détachement du slab Alboran le long des marges conjuguées d'Alboran et d’Afrique du Nord. Ces processus ont conduit à l’amincissement post-orogénique (~30 Ma) des Bétiques associée à l’exhumation des roches métamorphiques de haute pression et à la formation des bassins sédimentaires. Des circulations de fluides carbonés (CaCO3, CO2) se mettent en place dans ces bassins post-orogéniques, formés sur une croûte continentale très amincie. Cette thèse se propose d'étudier les processus d’amincissement de la marge d’Alboran en particulier le régime tectonique et les conditions cinématiques à l’origine de la formation des bassins sédimentaires post-orogéniques et des dômes métamorphiques. Je me suis concentrée sur le sud-est des Bétiques où l’épaisseur de la croûte varie de 38 km à 15 km sous la mer d'Alboran et qui présente un flux de chaleur élevé en surface (~124 mW/m2), un volcanisme Miocène moyen à Pliocène et des occurrences d’hydrothermalisme tel que les travertins dans les bassins sédimentaires. Pour répondre à ces objectifs, une approche multi-disciplinaires et multi-échelles, qui combine étude de terrain et analyse de données sismiques, la géochronologie U-Pb sur calcite, U-Th sur carbonates et analyses géochimiques a été adoptée.
Les analyses structurales dans les dômes et les bassins sédimentaires et l’exploitation de la sismique au large d’Alboran ont permis une nouvelle interprétation de l’évolution tectonique Miocène de la marge d’Alboran qui constitue une marge oblique. Nous démontrons qu’un régime en transtension, semblable à la cinématique actuelle, est responsable de la déformation serravallienne-tortonienne caractérisée par des systèmes décrochants dextres parallèles aux dômes E-O et des failles normales NO-SE dans les bassins. Le partitionnement de la déformation entre décrochement et extension oblique à la direction des dômes, orientée NE-SO est actif depuis au moins le Serravallien jusqu’à aujourd’hui.
Les chapitres suivants amènent des contraintes temporelles et géochimiques des différentes générations de fluides carbonatés dans le bassin de Tabernas. Les systèmes carbonatés récents sont constitués de travertins et de calcrètes datés entre 8 ka et 354 ka par la méthode U/Th sur les carbonates. Ces nouvelles datations montrent que le développement de ces carbonates continentaux sont liés à des circulations hydrothermales enrichies en CO2 d’origine profonde qui reflète une anomalie thermique régionale en lien avec le volcanisme alcalin à l’est des Bétiques depuis ~6.3 Ma. Avec l’objectif de contraindre le début de mise en place des précipitions de calcite, des âges U/Pb sur calcite obtenus sur les veines révèlent des âges entre 8.56 à 4.88 Ma, qui sont synchrones des événements magmatiques reconnus dans la région. L’analyse isotopique du Carbone et de l’Oxygène suggère des fluides riches en CO2 qui se chargent en calcium en traversant le socle carbonaté des Alpujárride et qui se réchauffent progressivement au cours de l’enfouissement du bassin suivant un gradient géothermique élevé (49°C/km). Les précipitations de calcite dans les bassins post-orogéniques, depuis le Tortonien jusqu’à l’actuel (travertins) sont donc contemporaines du volcanisme régional, important convoyeur de CO2 qui reflètent l’amincissement lithosphérique. L’évènement Messinien qui est marqué par un changement dans la nature du volcanisme et un soulèvement semble être caractérisé par un arrêt transitoire des précipitations carbonatées. |
The Cenozoic evolution of the arcuate Betic-Rif orogenic belts and the Alboran Sea is the result of W-directed slab rollback driven by slab detachment and tearing along the conjugate Alboran margins of the southern Betic and northern Africa. These processes led to the post-orogenic (~30 Ma) thinning of the Betics associated with the exhumation of high-pressure metamorphic rocks, the formation of sedimentary basins and the CaCO3 precipitation within these thinned continental crust-related post-orogenic basins. This thesis aims to study the thinning processes of the Alboran margin, in particular the tectonic regime and the kinematic conditions at the origin of the formation of post-orogenic sedimentary basins and metamorphic domes. I focused on the south-eastern Betics where the crust thins from 38 km to 15 km under the Alboran Sea and which exhibits a high surface heat flux (~124 mW/m2), a Middle Miocene to Pliocene volcanism and hydrothermalism occurrences like travertines in sedimentary basins. To this purpose, a multi-disciplinary and multi-scale approach is developed, combined field study and analysis of seismic data, U-Pb geochronology on calcite, U-Th on carbonates and geochemical analyzes.
Structural studies in domes and sedimentary basins and offshore seismic interpretation allowed us to propose a new Miocene tectonic evolution of the Alboran margin, defined as an oblique margin. We demonstrate that a transtensional regime, similar to the current kinematics, is responsible for the Serravallian-Tortonian deformation characterized by dextral strike-slip systems along the E-W oriented domes and NW-SE normal faults in the basins. The partitioning of the deformation between strike-slip and oblique NE-SW oriented extension respect to the direction of the domes has been active since at least the Serravallian until today.
The following chapters provide temporal and geochemical constraints of the different generations of carbonate fluids in the Tabernas basin. Recent carbonate systems consist of travertines and calcretes dated between 8 ka and 354 ka by U/Th method on carbonates. These new ages show that the development of these continental carbonates is linked to hydrothermal and CO2-deep circulations which reflect a regional thermal anomaly associated with the alkaline volcanism in the eastern Betics since ~6.3 Ma. The U/Pb ages obtained on the calcite veins reveal that the precipitation in the Tabernas basin, from 8.56 to 4.88 Ma, is synchronous with the magmatic events recognized in the region. The isotopic analysis of Carbon and Oxygen suggests CO2-rich fluids instead get calcium from the Alpujárride carbonate basement and which gradually warm during the basinal burial following a high geothermal gradient (49°C/km). The calcite precipitation in post-orogenic basins, from the Tortonian to present-day (travertines) coincides with the regional volcanism, an important conveyor of CO2 which reflects lithospheric thinning. The Messinian event marked by a magma chemistry change and a regional uplift, seems to be characterized by a transient halt in the carbonate precipitation. |