Structure de la marge d'Équateur-Colombie par modélisation des données de sismique grand angle marines : influence sur le fonctionnement de la subduction et la sismicité

Structure of the Ecuador-Colombia margin from marin wide angle seismic data modeling : influence on the subduction functioning and seismicity

• Auteur / Autrice : Audrey Gailler
• Direction : Philippe Charvis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colombie

Équateur

Tomographie sismique

Imagerie sismique

Résumé

La marge convergente Sud-colombienne à Sud-équatorienne (3°N-3. 5°S) représente une région d'intenses déformations crustales liées à la subduction de la plaque océanique Nazca sous la plaque continentale Sud-américaine. Elle a été affectée par plusieurs grands séismes de subduction au cours du 20° siècle. Entre 0° et 3°S, la Ride de Carnégie, portée par la plaque Nazca, témoigne de l'interaction entre le point chaud des Galápagos et le centre d'expansion Cocos-Nazca depuis ~20 Ma. Son passage en subduction sous la côte équatorienne entraîne des variations latérales de surrection, de sismicité, de déformations et de distribution des sédiments le long de la marge. Ce travail est axé sur la modélisation à partir de plusieurs approches de l'ensemble des données sismiques grand angle acquises dans ce secteur (campagnes Sisteur et Salieri), permettant d'obtenir des images en profondeur et à différentes échelles des structures, et ainsi de contribuer à la compréhension des processus tectoniques régissant cette marge convergente. La variation du couplage inter-plaques le long de la marge semble influencée par la flottabilité de la plaque océanique plongeante, la structure et le poids de la marge chevauchante, l'origine des matériaux entraînés en subduction, et donc par le régime tectonique contrôlant la dynamique de la subduction (accrétion/érosion). Les résultats de ce travail montrent que la déformation compressive et l'érosion se distribuent différemment du Nord au Sud de ce secteur d'étude, permettant une segmentation de la marge en trois zones structuralement et sismiquement contrastés : U La zone Nord (Sud-Colombie/Nord-Equateur, 3°N-1°N) montre une croûte océanique d'épaisseur normale ce qui exclut la possibilité d'un prolongement de la ride Cocos-Malpelo à l'Est du Graben de Yaquina. La marge chevauchante se caractérise par un substratum océanique Crétacé (formations Diabasico et Piñon) marqué par de fortes vitesses sismiques (6. 0-6. 5 km/s). Elle semble contrôlée par un régime tectonique transitoire entre accrétion et érosion, s'exprimant par une subsidence avant-arc (bassins de 2-3 km d'épaisseur) et le passage en subduction de l'intégralité des sédiments recouvrant la plaque océanique (~2 km d'épaisseur). Localement, le couplage inter-plaques pourrait être accentué par la présence d'une structure écaillée au sein du chenal de subduction, à l'aplomb de laquelle vient s'enraciner un chevauchement secondaire, entraînant des variations de surpressions et d'échappement de fluides le long du contact inter-plaques, ainsi qu'une chenalisation de ces fluides le long de cette grande fracture, fragilisant le substratum de la marge et constituant une zone de faiblesse propice à la propagation de la rupture de grands séismes comme celui de 1958. U La zone centrale (subduction de la Ride de Carnégie, 1°N-2. 5°S) révèle une croûte océanique épaissie jusqu'à ~19 km s'amincissant progressivement en direction de son flanc Sud (~14-15 km d'épaisseur). Le couplage pourrait ainsi évoluer d'une zone bloquée sismiquement au Nord, du fait d'une très forte flottabilité de la Ride, à une zone plus faiblement bloquée au niveau du flanc Sud de la Ride. La partie supérieure de la Ride se caractériserait par une structure stratifiée atypique, témoignant probablement d'une intercalation de coulées basaltiques et de niveaux volcano-sédimentaires (provenant d'îles volcaniques émergées similaires aux actuelles îles Galápagos). Dans cette zone, la marge est également composée d'un substratum océanique Crétacé (formation Piñon), plus développé. L'avant-arc ne présente pas d'indice clair de subsidence. U La zone Sud (région du Golfe de Guayaquil, 2. 5°S-3. 5°S) se caractérise par une croûte océanique de 7 km d'épaisseur qui a subit faiblement l'influence du point chaud des Galápagos lors de sa formation (20 Ma). L'avant-arc Sud-équatorien montre des indices de subsidence, révélés par de puissants bassins sédimentaires (jusqu'à 7 km d'épaisseur) se développant à la faveur de systèmes de failles normales et décrochantes (≥5 Ma). Le substratum océanique Crétacé caractérisant la partie inférieure de la plaque chevauchante plus au Nord s'étendrait probablement jusque dans cette région Sud, mais avec des vitesses sismiques beaucoup plus faibles, sans doute liées à l'ouverture du Golfe (dynamique d'extension N-S) et à la présence d'un régime tectonique en érosion marqué (hydrofracturation et abrasion de la base de la plaque chevauchante) ayant contribué à l'élimination de la partie profonde (" haute vitesse ") du socle de la marge. Le régime tectonique globalement extensif contrôlant l'ouverture du Golfe tendrait à atténuer la pression inter-plaques. Néanmoins, la présence sur la plaque Nazca de monts sous-marins, les processus d'érosion basale et les variations de perméabilité associées pourraient contribuer à augmenter localement le couplage inter-plaques.