Propagation of the southern peruvian orogenic wedge and associated sedimentary response in the amazonian foreland basin

• Auteur / Autrice : Mélanie Louterbach
• Direction : Patrice Baby, Julien Bailleul, Martin Roddaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amazone, Bassin de l'

Sédimentation (géologie)

Thermochronologie

Andes

Orogenèse

Mots clés libres

Andes Centrales

Amazonie

Bassin d'avant-pays

Pérou

Thermochronologie

Provenance sédimentaire

Madre de Dios

Zone Subandine

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des chaînes de montagnes et des bassins sédimentaires d'avant-pays rétro-arc associés à une subduction océanique. Il s'intéresse plus particulièrement aux facteurs qui contrôlent la croissance du prisme orogénique oriental andin et à la dynamique de remplissage du bassin d'avant-pays amazonien. La zone d'étude de cette thèse concerne le bassin de Madre de Dios (12º-14ºS) situé au sud du Pérou dans la zone Subandine (ZSA) actuelle, entre la Cordillère Orientale (CO) à l'Ouest et le bassin Amazonien à l'Est. L'approche de la thèse est multidisciplinaire (géologie structurale, thermochronologie basse température, sédimentologie, provenance). Les principaux objectifs sont de : i) déterminer la géométrie et la chronologie de déformation de la CO et de la ZSA et ii) de déterminer l'évolution du bassin d'avant-pays rétro-arc de Madre de Dios au cours du Méso-Cénozoïque. Les résultats de thermochronologie basse température (traces de fission et (U-Th)/He sur apatites ) obtenus pour la CO et la ZSA ainsi que les nombreuses strates de croissances documentées en sismique et sur le terrain dans la ZSA actuelle permettent de mettre en évidence deux principales phases de déformation au sud du Pérou: i) depuis la fin de l'Oligocène jusqu'au Miocène Moyen (~25-14 Ma, Période 1) et ii) pendant le Miocène supérieur jusqu'au Pléistocène (~10-2. 8 Ma, Période 2). Nos résultats suggèrent que le refroidissement induit par l'érosion de la CO au sud du Pérou n'est pas contrôlé par un changement climatique mais plutôt par le développement d'un empilement d'écailles ou duplex au front de la cordillère. L'étude du remplissage sédimentaire du bassin de Madre de Dios indique que la ZSA actuelle présentait déjà un séquençage classique de bassin d'avant-pays dès le Maastrichtien avec la mise en évidence de la surrection d'un forebulge au Maastrichtien supérieur. Au cours du Paléocène supérieur (Thanétien), nous mettons en évidence une incursion marine peu profonde jamais documentée auparavant. La paléogéographie du Thanétien se caractérise alors par la présence d'un estuaire dominé par les marées, alimenté en sédiments par la chaîne volcanique andine voisine et débouchant dans une baie peu profonde. Les dépôts Néogène du bassin de Madre de Dios sont caractéristiques d'une mégaséquence de dépôt d'environ 4500 m d'épaisseur, avec des dépôts distaux de faible énergie pendant le début du Néogène évoluant ensuite vers des dépôts proximaux de haute énergie pendant le Néogène terminal et le Pléistocène. La mégaséquence est globalement progradante et strato-croissante et interprétée comme résultant de la migration vers l'Est d'un Megafan. La mégaséquence de dépôt peut être divisée en trois sous-séquences, au cours : i) du Miocène inférieur au Miocène moyen, ii) du Miocène supérieur au Pliocène et iii) de la fin du Pliocène au Pléistocène. Ces séquences correspondent à des cycles du système orogénique Andin, enregistrant des périodes de quiescence tectonique et des périodes de chargement tectonique. Ces pulses tectoniques, enregistrés par le passage d'un stade '' suralimenté '' à '' alimenté '', entrainent par flexure lithosphérique une augmentation de l'espace d'accommodation dans le bassin d'avant-pays et se traduisent à termes par une incursion marine peu profonde. Trois incursions marines peu profondes ont ainsi été documentées au cours du Miocène inférieur, du Miocène moyen et au Pliocène (3,45 Ma). Cette dernière correspond à l'incursion marine la plus récente jamais reconnue dans le bassin Amazonien.

The Madre de Dios basin (12º-14ºS) is situated at the south of Peru in the present-day Subandean zone (SAZ), between the Eastern Cordillera (EC) at the West and the Amazonian basin at the Est. Low temperature thermochronological results (apatite fission tracks and (U-Th)/He) obtained for the EC and the SAZ, as well as the growth strata documented in seismic data and on the field allow to determine two main deformation periods in southern Peru: i) from the Oligocene to Middle Miocene (~25-14 Ma, Period 1), and ii) from the Late Miocene to Pleistocene (~10-2. 8 Ma, Period 2). The cooling induced by the erosion of the EC in southern Peru is not controlled by climatic change, but better by the development of duplex in the Andean front. The study of the sedimentary infilling of the Madre de Dios basin indicates that the present day SAZ was already part of a classical foreland basin during the Late Maastrichtian, as attested by the presence of a forebulge at that period. During the Late Paleocene (Thanetian), the basin was covered by a shallow marine incursion documented at the north of the study-area. The Neogene to Pleistocene deposits of the Madre de Dios basin are characterized by a 4500 meter-thick megasequence. Sedimentary infilling is mainly continental and is interpreted as resulting from an eastward migrating Megafan fluvial system. During main tectonic pulses in the EC, the accommodation space increases in the basin. At the final stage of such orogenic loading periods, this flexure could promote shallow marine incursions such as those described in the Madre de Dios basin for the Early Miocene, Middle Miocene and Pliocene (3,45 Ma) times. These new data and interpretations allow a review of the Petroleum system of the Madre de Dios basin.