L’évolution tectono-sédimentaire des marges de la Téthys dans le système orogenic Rifain

The tectono-sedimentary evolution of the Tethys margins in the Rif orogenic system

• Auteur / Autrice : Oriol Gimeno-Vives
• Direction : Dominique Frizon de Lamotte, Geoffroy Mohn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Frizon de Lamotte, Geoffroy Mohn, Juan I. Soto, Philippe Agard, Sveva Corrado, François Sapin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan I. Soto, Philippe Agard

Mots clés

Mots clés libres

Bético-Rifain

Marges passives

Hyperextension

Rif

Passive margins

Hyperextension

Résumé

La chaîne du Rif (Maroc du nord) est une chaîne de montagnes située à la jonction entre Atlantique Central et domaine méditerranéen. Constituant l’extrémité occidentale des Maghrébides, il appartient à la catégorie des chaînes alpines issues de la Téthys qui se poursuivent jusqu’à l’Himalaya et au-delà. Plus précisément, le Rif résulte de la collision entre deux ensembles continentaux séparés initialement par une branche de la Téthys. Le Rif est subdivisé en trois grands domaines: (1) Les zones internes, (Rif Interne), constituées d’une pile de nappes souvent métamorphiques. (2) Le domaine des Flyschs (couverture sédimentaire de la Téthys Maghrébine). (3) Les Zones externes, héritées de l’ancienne marge passive nord-africaine.Malgré des événements compressifs spectaculaires, le Rif apparaît comme un site intéressant pour l’étude des processus de rifting et d’océanisation. En effet, des traces de la marge passive mésozoïque de l’Afrique du Nord sont remarquablement bien préservées. Ce qui même assez exceptionnel est la possibilité d’accéder à la partie la plus distale de l’ancienne marge. Cette thèse, présente une étude de terrain détaillé et de nouvelles données géo et thermo-chronologiques pour proposer une interprétation moderne du zonage paléogéographique et, en particulier, du Mésorif et de l’Intrarif.Le Mésorif montre une phase de rifting majeure pendant le Jurassique Moyen; Cette phase est typique de la Téthys Maghrébine. On observe un cortège gabbroïque supportant tectoniquement la plate-forme carbonatée du Jurassique Inférieur totalement démembrée. Des datations U-Pb sur zircon sur le gabbro révèle des âges à 195-200 Ma, c’est-à-dire à la transition Trias-Jurassique. Chronologiquement et pétrographiquement, les gabbros mésorifains au fameux événement CAMP (Central Atlantic Magmatic Province), connu autour de l’Atlantique Central et au-delà.L’Intrarif porte les traces d’un processus d’exhumation du manteau. Celui-ci affleure dans le Massif de Béni Malek sous la forme de péridotites serpentinisées et d’ophicalcites supportant stratigraphiquement le Jurassique terminal. Cette observation permet de caler dans le temps l’initiation de l’océanisation dans la Téthys Maghébine. Mises ensemble, ces observations donnent des contraintes fortes pour discuter de l’architecture et de l’évolution de la partie ouest de l’ancienne marge nord-africaine.La localisation du Rif, à l’ancienne jonction entre l’Atlantique Central et la Téthys Maghrébine permet de discuter des relations entre ces deux domaines au Mésozoïque. Mon travail se situe dans la continuation de l’étude magistrale de cet auteur. Cependant, à l’aide des nouveaux concepts et modèles développés depuis cette période, j’ai été en mesure de proposer un scénario renouvelé incluant le poly-rifting, la mise en place de gabbros et l’exhumation du manteau.A partir du Crétacé Supérieur, la marge nord-africaine va subir une histoire complètement différente et change de statut: celle-ci va rentrer en convergence à l’instar du domaine téthysien tout entier. Le Rif externe présente plusieurs caractéristiques rares dans un contexte de zones externes de chaîne de montagnes: (1) Il enregistre une déformation polyphasée avec un événement compressif précoce, pré-Oligocène, antérieur au chevauchement miocène des Zones Internes sur les Zones Externes. (2) Il inclut des Massifs Métamorphiques Externes enregistrant un gradient de type HP-BT. (3) Il inclut de grandes nappes de charriage identifiées depuis longtemps jusqu’au front de chaîne.La thèse est basée sur une étude de terrain à différentes échelles (synthèse cartographique, étude détaillée d’affleurements); elle cherche à caractériser toutes les étapes de la formation du Rif Externe depuis la formation de la marge nord-africaine jusqu’à la formation de la chaîne et l’état actuel.

The Rif belt (northern Morocco) is a mountain chain at the junction between the Mediterranean and Central Atlantic Domains, representing the western edge of the Maghrebides System. It belongs to a much larger orogeny, the Mediterranean Alpine belts extending from the Western Mediterranean up to the Himalayas. The Rif belt results from the collision between two continental domains initially separated by the Maghrebian Tethys.This belt is classically subdivided into: (1) Internal zones (or Internal Rif), is an allochthonous metamorphic domain. (2) Flysch zones (the original cover of the Maghrebian Tethys). (3) External zones (or External Rif) representing the North African margin remnants.Despite spectacular compressional events, the Rif represents a remarkable place for the understanding of rifting and oceanization mechanisms and their incorporation in mountain belts, because remnants of the Mesozoic North African rifted margin are especially well preserved in its external zones. Especially, the External Rif conserves characteristics of the distal margin. This thesis presents detailed field evidence and geochronological data from two subunits of the External Rif, the Mesorif, and the Intrarif.- The Mesorif preserves a major rifting phase during the Middle Jurassic, characterizing the formation of the Mesozoic North African margin. It presents particular lithostratigraphic associations of mafic intrusive rocks overlain by dismembered and discontinuous blocks of Lower Jurassic carbonates covered by Middle to Upper Jurassic sediments. U-Pb zircon dating of 4 samples from the intrusive has been done, showing ages close to the Triassic-Jurassic boundary (195-200 Ma). From a petrographic and chronologic point of view, the intrusive magmatism, corresponds to the CAMP (Central Atlantic Magmatic Province), known around the Central Atlantic.- The Intrarif displays the exhumed mantle domain, exposed in the Beni-Malek massif, consisting on highly serpentinized peridotites exhibiting ophicalcites with uppermost Jurassic limestones resting conformably on top. This suggests that the exhumation of the mantle occurred at the distal part of the North African Mesozoic margin at this time. Altogether, these observations enable us to discuss the architecture and evolution of the western part of the North African rifted margin.Moreover, the location of the Rif, in between the Central Atlantic and the Alpine/Maghrebian Tethys, enables to investigate the connection between these two oceanic domains during the Mesozoic. However, thanks to the new concepts and models developed since this period, we are able to propose a renewed scenario for the building of this margin. As we will see this scenario implies poly-phase rifting, magmatic activity and mantle exhumation.Later on, by the Late Cretaceous, the North African margin has suffered a complete different history, passing from a passive margin to a convergence setting, affecting the whole Tethys Realm. The External Rif presents several features that are unusual in the external zones of a mountain belt:-They record poly-phase deformation events with evidence for an early and initial (pre-Oligocene) contractional event occurring before the Miocene thrusting of the Internal Units over the External Units.-They include the presence of External Metamorphic Massifs (EMM) recording a HP-LT metamorphic gradient.-They exhibit large allochthonous thrust-sheets identified since a long time across the whole External Rif.The thesis is based on the onshore study of the geodynamic evolution of the Rif belt since the earliest stages of the North African Mesozoic margin formation, through the compressional stages of mountain building, up to its present day position.