Transition spatio-temporelle entre rift sédimentaire et marge passive volcanique : l’exemple de la baie de Baffin, Centre Ouest Groenland

Spatio-temporal transition between a sedimentary basin to a volcanic passive margin : the Baffin Bay case example, Central West Greenland

• Auteur / Autrice : Mohamed Mansour Abdelmalak
• Direction : Laurent Geoffroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Le Mans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géodynamique des rifts et des marges passives (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université du Maine. UFR de sciences exactes et naturelles (Le Mans)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Volcanisme

Baies -- Groenland

Bassins sédimentaires

Rifts

Marges continentales

Mots clés libres

Thermicité

Résumé

Les marges passives volcaniques permettent d’étudier les mécanismes de rupture de la lithosphère continentale en présence d’un manteau anormalement chaud. Alors que ces marges ne sont généralement étudiées qu’à partir des moyens de prospection géophysique, les côtes du Groenland (Province Magmatique Nord-Atlantique) présentent un exemple onshore des parties proximales de ce type de marges. La thèse présentée se focalise sur l’évolution structurale et thermique de ces marges, en intégrant l’extension et le développement des bassins sédimentaires pré-magmatiques. La marge SE de la Baie de Baffin (Centre Ouest Groenland) expose un rift sédimentaire Crétacé qui a évolué en marge passive volcanique, lors de la rupture lithosphérique entre le Groenland et la plaque Nord Américaine à l’Eocène. Tous les contacts et les structures tectoniques sont visibles à terre, en coupe et en plan sur une zone d’affleurement d’environ 200x300 km : contact socle /faille bordière du rift, recouvrement et cachetage des formations sédimentaires par les formations volcaniques, développement d’un prisme de type SDR pendant le break–up Eocène. Le développement du système sédimentaire Crétacé/ Paléocène inférieur est caractérisé par la succession de deux épisodes de rifting séparés par un épisode de subsidence thermique. Le premier épisode, qui date du Crétacé inférieur réactive des structures du socle de direction WNW-ESE à NW-SE. Le deuxième épisode d’extension, d’âge Crétacé supérieur, est caractérisé par des failles subméridiennes et une extension générale E-W. Cet épisode tectonique précède le magmatisme paléogène. La transition du stade « rift sédimentaire » au stade « marge volcanique » est caractérisée par la focalisation de la déformation vers l’ouest (i. E. Vers le domaine océanique) avec une flexuration syn-magmatique de la croûte et une formation d’un prisme de SDR interne dont on présente la structure 3D. Le développement de ce prisme est contrôlé par un détachement à pendage vers le continent. L’extension au niveau de la marge est généralement perpendiculaire à la direction de la flexure à l’exception de la zone de Nuussuaq qui représente un segment d’ouverture oblique. Une direction d’extension postérieure à la flexure, syn-magmatique et subméridienne est également identifiée. Cette extension, datée du début de l’Eocène (C24), coïncide avec le changement de direction d’ouverture entre la plaque Groenland et la plaque Nord Américaine et le début de l’océanisation dans la Baie de Baffin. Afin de contraindre l’évolution thermique du bassin sédimentaire avant et pendant le magmatisme, une étude couplée de RockEval de réflectance de la vitrinite et de minéralogie magnétique est entreprise dans les formations argileuses de la marge. La matière organique identifiée est de type III et on met en évidence un gradient de maturation de l’est vers l’ouest, en bon accord avec la paléogéographie du bassin sédimentaire. L’aimantation rémanente isotherme (IRM) à haute température (HT) et à basse température (BT) ainsi que l’étude de la susceptibilité magnétique d’échantillons d’argilites, montre l’existence de phases magnétiques particulières, comme la goethite, la greigite, la magnétite et la pyrrhotite. Ces minéraux magnétiques permettent de contraindre l’évolution thermique du bassin en association avec les données de Rock-Eval et de réflectance de la vitrinite. Finalement, nous présentons un modèle thermo-structural de ce type de marge qui est confronté aux modèles de la marge offshore de Vøring au large de Norvège, marge analogue à fort potentiel en hydrocarbures.

Lithosphere extension and consecutive breakup above a melting mantle lead to the formation of volcanic passive margins. All volcanic margins developed in continental areas subjected to long-term extension, leading to the formation of sedimentary basins. While these volcanic margins are usually offshore and are studied only by geophysical methods, the Greenland coasts offer an onshore proximal part of volcanic margins. The objective of this work is to the study of the spatio-temporal transition between a sedimentary basin to a volcanic-type passive margin. It considers the case of the geological example of the SE Baffin Bay area (the central west Greenland margin), especially its structural and thermal evolution. The study area is characterised by a rifted sedimentary basin which evolves to a volcanic margin associated with the Eocene lithosphere breakup between the Greenland plate and North America. All the structures can be observed in an outcropping area of about 200x 300 km: the rift border faults along the basement, the tectonized sedimentary pile, the overlapping and sealing of the sedimentary basin by Palaeocene volcanic traps and the Eocene inner SDR whose development is coeval with the lithosphere breakup. The development of the Cretaceous/Lower Paleocene sedimentary basin is characterized by two successive rifting episodes separated by a thermal subsidence period. The first rifting episode was initiated in the lower Cretaceous following ~N020E extension. This episode is poorly constrained and seems to be controlled by the inheritage structure of the Greenland Precambrian basement. The second rifting episode of Late Cretaceous presents an E-W to N060 extensional trend. This episode predates the extrusion of Paleocene hyalloclastites in a residual lacustrine basin. The transition from a sedimentary rifting 'stage' to a volcanic margin stage is characterized by the concentration of deformation to the west (i. E. Towards the oceanic crust). This syn-magmatic rifting episode is characterized by the oceanward flexure of the thick piles of Paleogene basalts and the onset formation of Seaward dipping reflectors (SDR) which establish the 3D structure. The development of the SDR is accommodated by arrays of continentward dipping detachment faults localized in the continent-ocean transition area. The syn-magmatic extensional trend is generally orthogonal to the margin flexure. This stage is followed by a more homogenous N-S syn-magmatic extension, which presents an Eocene (C24) age. This extension is the result of the probable earliest stage of oceanization in the Baffin Bay and then a global plate reorganisation in the North Atlantic area. A combined study of RockEval, vitrinite reflectance and magnetic mineralogy is performed from claystones samples collected in the area to assess the thermal evolution of sedimentary basin before and during magmatism. The RockEval and vitrinite reflectance indicated a predominance of type III organic matter and showed an oceanward increasing maturity, as a consequence of the increasing burial depth. The study of the isothermal remnant magnetization (IRM) at high and low temperatures and the study of magnetic susceptibility of claystones showed the existence of special magnetic assemblages with increasing burial. This indicator was used to constrain the thermal evolution combined to data from Rock-Eval and vitrinite reflectance. The results show that the sediments are immature to early mature, implying a moderate impact of local magmatic intrusions in the maturation of organic matter. A thermo-structural model of the west Greenland margin is also presented and completed by the structural study of the analogue Vøring margin.