Mountain building at a subduction-collision transition zone, Taiwan : insights from morphostructural analysis and thermochronological dating

par Lucas Mesalles

Thèse de doctorat en Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement

Sous la direction de Chung-Pai Chang et de Frédéric Mouthereau.

Soutenue le 23-09-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris) , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre de Paris (laboratoire) .

Le jury était composé de Stéphane Bonnet, Peter Van Der Beek, Olivier Lacombe, Jacques Malavieille, Matthias Bernet.

  • Titre traduit

    Formation montagneuse à une zone de transition subduction-collision, Taïwan : vue de l'analyse morphostructurale et de la datation thermochronologique


  • Résumé

    Cette étude est focalisé sur le Sud de la Chaîne Centrale de Taïwan, située à la transition entre la subduction et la collision arc-continent. La déformation du Sud de l'île est caractérisée par deux domaines distincts structuralement: une unité à vergence Ouest définie autour des plus hauts sommets, et une unité à vergence Est observée dans les vallées de l'Est. Les unités sont bordées par de grandes zones de cisaillement inclinées vers l'Ouest qui indiquent une phase d'extension tardive réactivant des décrochements senestres plus anciens. Le résultat des datations par traces de fission (TF) sur zircon le long d'un profil vertical révèlent un début de refroidissement à 7.2 Ma un taux minimum de 21°C/Ma, suivi d'une accélération de l'exhumation d'un ordre de grandeur après 3.2 Ma et d'une augmentation du gradient géothermique de ~41°C/km à 65°C/km. Les TF sur zircon et apatite détritiques des sédiments syn-orogéniques Plio-Pléistocène de l'avant-pays occidental suggèrent l'exhumation de la couverture à l'Ouest de la chaîne caractérisée par des âges similaires à ceux trouvés dans l'intérieur de la chaîne. L'analyse géomorphologique au Sud de la Chaîne Centrale révèle l'existence de zones à faible relief à hautes altitudes, à l'aplomb de la ligne de partage des eaux actuelle et cœur métamorphique. Des considérations morphologiques et climatiques indiquent une origine probablement glaciaire pour ces surfaces. La coïncidence spatiale entre les surfaces de faibles reliefs et la position du cœur métamorphique suggère le rôle potentiel des glaciations lors de l'exhumation récente du cœur de la chaîne à Taïwan, et probablement dans d'autres chaines à basses latitudes.


  • Résumé

    The present study focuses on the southern Taiwan Central Range, located at the transition between subduction and arc-continent collision. Field-work and structural analysis shows that deformation in the southern Central Range presents two major and distinct structural domains: a west-verging structural unit roughly limited to the western divide, and an east-verging unit, covering most of the eastern divide. The structural units are limited by a steeply west-dipping shear zones displaying a dominant late stage normal faulting and an early strike-slip faulting stage. Zircon fission track dating (FT) along a vertically sampled profile reveal onset of cooling at 7.2 Ma at a minimum rate of 21°C/m.y., followed by an order of magnitude acceleration of exhumation after ca. 3.2 Ma and increase of geothermal gradients from ~41°C/km to 65°C/km. Detrital zircon and apatite FT derived from Plio-Pleistocene sediments from the southwestern foreland basin display the erosion of the western divide cover rocks with ages similar to the early phase seen in the hinterland. Geomorphic analysis of the southern Central Range reveals the existence of low relief at high altitudes, located along the drainage divide and locally on top of the metamorphic core. Morphological and climatic considerations indicate the likely glacial origin of these surfaces. The spatial coincidence of the southernmost low-relief surfaces with the southernmost exposure of the metamorphic core at the main divide suggest a potential role of glaciations in the recent exhumation of the metamorphic core in Taiwan, and probably in other low-latitude orogens.

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