Du manteau à la croûte, dynamique de subduction et systèmes minéralisés en Méditerranée orientale

From mantle to crust, subduction dynamics and mineralization in eastern Mediterranean

• Auteur / Autrice : Armel Menant
• Direction : Laurent Jolivet, Laurent Guillou-Frottier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 08/06/2015
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....) - Bureau de recherches géologiques et minières (1959-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Scaillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Jolivet, Laurent Guillou-Frottier, Bruno Scaillet, Olivier Vanderhaeghe, Philippe Yamato, Claudio Faccenna, Jeremy P. Richards
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Vanderhaeghe, Philippe Yamato

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallogénie

Magmatisme

Géodynamique

Asthénosphère

Méditerranée (région ; est)

Subduction

Mots clés libres

Dynamique de subduction 3D

Méditerranée orientale

Cuivre-or

Retrait du panneau plongeant

Flux asthénosphériques

3D subduction dynamics

Eastern Mediterranean

Copper-gold

Slab roll-back

Asthenospheric flow

Résumé

Les zones de subduction présentent un intérêt majeur en termes de ressources minérales, notamment à cuivre et or. De nombreuses études se sont focalisées sur les mécanismes physico-chimiques de formation de ces minéralisations, mais très peu se sont intéressées aux processus géodynamiques qui contrôlent ces mécanismes. Dans cette étude, j’identifie les processus mantelliques et crustaux, liés à la dynamique tridimensionnelle (3D) de la subduction, qui favorisent la genèse de ces concentrations métalliques. La zone de subduction est-Méditerranéenne présente une évolution tectonique et magmatique complexe, avec de nombreuses données métallogéniques disponibles, ce qui en fait une zone d’étude privilégiée afin d’étudier ces interactions entre subduction et minéralisations. Ce travail a consisté à (1) réaliser un nouveau modèle de reconstructions cinématiques de la région, (2) caractériser la distribution spatiale et temporelle des occurrences magmatiques et minéralisées à partir de ce modèle, (3) mettre en évidence, via une étude de terrain, le contrôle structural de ces minéralisations et (4) apporter des contraintes physiques aux modèles conceptuels alors proposés, à l’aide d’une étude de modélisation numérique thermo-mécanique 3D. Deux provinces métallogéniques ont ainsi été mises en évidence : (1) au Crétacé supérieur, une province riche en cuivre qui s’est développée dans un environnement d’arc et (2) à l’Oligocène-Miocène, une province riche en plomb-zinc puis en or, qui s’est mise en place dans un contexte d’arrière-arc. Ces épisodes fertiles sont contrôlés par le retrait de la zone de subduction et les flux asthénosphériques associés qui permettent l’instauration d’un régime tectonique extensif (ou transtensif) dans la lithosphère, favorisant la genèse de ces systèmes minéralisés. Leur contenu métallique ainsi que leur typologie est alors fonction (1) de l’intensité avec laquelle ces processus influent sur la cinématique de subduction et (2) de l’histoire géodynamique antérieure de cette zone de subduction.

Subduction zones display a major economic interest, in terms of mineral resources, with mainly copper and gold deposits. While many studies focus on ore-forming physico-chemical mechanisms, the control of geodynamic processes on such deposits remains poorly investigated. In this study, I track tridimensional (3D) subduction-related mantle and crustal processes that promote ore genesis. The eastern Mediterranean subduction zone is a relevant study area to explore subduction-mineralization interactions, because of its complex tectonic and magmatic evolution and the large number of available metallogenic data. This work consisted in (1) performing a new kinematic reconstruction model of this region, (2) using this model, characterizing the spatial and temporal distribution of magmatic and ore occurrences, (3) evidencing, on the field, the relations between mineralization and large-scale tectonic structures and (4) providing physical constrains to proposed conceptual models, using 3D thermo-mechanical numerical modeling. Two main metallogenic provinces are evidenced: a late Cretaceous copper-rich and an Oligocene-Miocene lead-zinc- then gold-rich provinces emplaced in an arc and back-arc context, respectively. These metallogenic periods are controlled by the subduction zone retreat and associated asthenospheric flow that results in an extensional (or transtensional) tectonic regime in the overriding lithosphere, promoting ore genesis. Their metal content, as well as their typology then depend on (1) how much these processes affect the subduction kinematics and (2) the past geodynamic evolution of this subduction zone.