Identifications des plaques dans le manteau en comparant les modèles tomographique et de reconstruction des plaques

• Auteur / Autrice : Sébastien Duval
• Direction : Eléonore Stutzmann, Jean Besse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sismologie, anomalies magnétiques
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pacifique (océan ; ouest)

Subduction

Terre

Sismologie

Tomographie

Mots clés libres

Reconstruction de plaque

Pôles de rotation

Résumé

La partie ouest du Pacifique a une histoire complexe qui se répercute dans les structures visibles du manteau. Nous avons combiné deux sources principales d’information afin d’interpréter ces structures : la reconstruction des plaques de 120 Ma à nos jours et les images tomographiques. Dans un premier temps, nous avons batit un modèle de mouvement des plaques pendant les 120 derniers millions d’années à partir des pôles de rotation entre les différentes plaques. Ces derniers sont obtenus à l’aide des anomalies magnétiques au fond des océans et d’études géologiques et permettent de connaître le mouvement entre deux plaques séparées par une ride. Un système de circuit de plaque permet d’étendre le mouvement entre tous les autres couples de plaques. Le modèle est ensuite référencé en utilisant un modèle de points chauds dans le but d’obtenir le mouvement absolu de chaque plaque. Dans un second temps, nous avons construit un modèle tomographique de l’ouest du Pacifique à partir de l’inversion des temps d’arrivées des ondes sismiques émises lors de tremblements de terre. Deux jeux de données furent utilisé afin d’avoir une résolution optimale, le premier provenant de nos propres mesures de temps d’arrivées et le second, de taille plus importante, provenant des données ISC. Nous proposons par la suite une correspondance entre les structures en profondeur et les limites de plaques à différents âges. La subduction à proximité du Japon fut le théâtre de la disparition de la plaque Izanagi, qui occupait la grande partie du nord-ouest de l’océan Panthalassa, au profit de l’expansion de la plaque Pacifique qui subducte à son tour sous le Japon. Les images tomographiques montrent dans cette région deux zones de vitesses rapides séparées par une zone plus lente. Nous interprétons ces structures comme étant la plaque Izanagi et Pacifique séparé par le fantôme de la ride. La plaque Philippine subit une rotation accompagnée d’un mouvement vers le nord depuis l’ouverture du bassin ouest Philippin il y a 50 Ma. Cette rotation fit bouger la marge entre l’Asie et le Pacifique de plusieurs milliers de kilomètres vers l’est. Nous observons que les étalement des plaques à proximité de la zone de transition sont souvent associé à des mouvements rapide de la marge. Dans le cas de la plaque Philippine, nous observons un étalement qui augmente au fur et à mesure que nous nous éloignons du pôle de rotation de la plaque. La fermeture de la Téthys –– océan séparant les supercontinents de la Laurasia au nord et du Gondwana au sud –– fut marquée par une explosion du Gondwana associé à une remontée rapide de la plaque Indienne et du mouvement de la plaque australienne vers le nord-est. La collision Inde-Asie a provoquée la surrection de la chaine himalayenne et une extrusion des blocs formant les actuelles Indonésie et Thaïlande. Cette extrusion s’est accompagnée d’un mouvement rapide de la marge provoquant des étalement de plaque subductée sous l’Indonésie. Plus à l’est, au nord et à l’est de la Nouvelle Zélande, se trouve une subduction qui dans un premier temps fut la séparation entre la plaque australienne avec la plaque Phoenix puis, après l’arrêt de la ride entre la plaque Pacifique et la plaque Phoenix, avec la plaque Pacifique. Pendant ce temps, l’ouverture de la mer de Tasman et de la mer de Corail provoquèrent la translation de la marge vers l’est. La encore, l’image tomographique montre les étalements associés. Nous remarquons que l’utilisation conjointe des deux méthodes permet : – de retrouver des structures anciennes, par exemple la plaque Izangi dans le manteau inférieur, – d’associer les mouvements rapide des frontières de plaques à des étalements de plaque à proximité de la zone de transition, – de contraindre la position des frontières de plaques, par exemple la marge entre la plaque Eurasie et la plaque Pacifique ou la marge entre la plaque Eurasie et la plaque Indo-Australienne.

The western Pacific had a complex history which can be compared with the complexity of the structures in the mantle. We combined two main sources of information to interpret these structures : the plate reconstructions from 120 Myrs to the present and the tomographic images. First, we built a model of plate motions reconstruction from 120 Myrs to present using the poles of rotation between the different plates. The poles of rotation are computed from the magnetic anomalies at the bottom of the ocean and some other geological studies. We can use them to know the motion between two plates separated by a ridge. A system of plate circuit can extend the reconstructions of plate motion between all the other pair of plates. The model is then referenced using a model of hotspots in order to obtain the absolute motion of each plate. We then built a tomographic model of the western Pacific by inverting the first arrival travel times of seismic waves generated during earthquakes. Two data sets were used in order to get the best resolution, the first dataset is coming from our own measurements of travel times and the second, which is a larger dataset, is coming from the ISC data. Then we proposed a match between the depth in the tomographic model and the plate boundaries reconstructions computed at different time. The Izanagi plate, which originaly occupied most of the north-west of the Panthalassa Ocean, was totally subducted under Japan because of the expansion of the Pacific plate. The later took the place of the Izanagi plate and subducts under the Japan nowadays. In this region, we can see two areas of high velocity anomalies separated by an area a lower velocity. We interpret these structures as the Izanagi plate and the Pacific plate separated by a ridge. The Philippine plate has rotated clockwise in association with a northward translation motion since the opening of the West Philippin basin 50 Myrs ago. This rotation made the margin between the Eurasia plate and the Pacific plate move by thousands of kilometers eastward. At the same position, we observe a spreading of the slab near the transition zone which is greater when we go further from the pole of rotation of the plate. The Tethys was an ocean between the two supercontinents of Laurasia in the north and Gondwana in the south. It closed due to the dislocation of the Gondwana continent followed by a rapid rise of the Indian plate and by the northeast motion of the Australian plate. India-Asia collision provoke the uplift of the Himalaya and the extrusion of micro-blocks forming the current Indonesia and Thailand. This extrusion was accompanied by a rapid motion of the margin, also visible in cross-sections in the tomographic model. Further east, at the north-east of New Zealand, there is a subduction which initially was the separation between the Australian plate with the Phoenix plate and later with the Pacific plate. Meanwhile, the opening of the Tasman Sea and Coral Sea caused the displacement of the margin to the east. Again, the tomographic image shows some spreading slabs associated. Using both the tomographic images and the reconstructions permit to : – find past structures like the Izanagi plate in the lower mantle ; – link the motion of the plate boundary with the spreading of slabs at the transition zone ; – constrain the position of plate boundaries.