Exhumation différentielle de la Cordillère Orientale (Déflexion d'Abancay, Pérou) : Une syntaxe tectonique andine ?

par Benjamin Gerard

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Laurence Audin et de Xavier Robert.

Le président du jury était Brian K. Horton.

Le jury était composé de Cécile Gautheron, Robin Lacassin.

Les rapporteurs étaient Brian K. Horton, Sébastien Carretier.


  • Résumé

    Ma thèse se focalise sur la compréhension de la structuration de la bordure nord de l’Altiplano: La Déflexion d’Abancay. Cette région qui marque la segmentation latitudinale des Andes Centrales au Pérou, surprend par son atypisme quant à son anomalie topographique positive et par l’obliquité prononcée des reliefs, des failles et du réseau hydrographique qui la composent. Incisée en profondeur par les rivières Apurimac et Urubamba, elles-mêmes capturées par les systèmes de failles défléchies, la Déflexion d’Abancay présente de nombreux plutons à l’affleurement, idéaux pour investiguer la dynamique des roches en profondeur et comprendre la place de la Déflexion d’Abancay dans la tectonique Andine. Cette dernière, occupe deux ensembles morpho-tectoniques différents : La Cordillère Orientale au nord et l’Altiplano au sud. Ces deux ensembles sont séparés par le système de failles crustales de l’Apurimac. Malgré ses caractéristiques saisissantes, la région d’Abancay est dépourvue d’étude poussée récente à son sujet afin de contraindre sa structuration et son évolution au cours du temps dans le contexte géodynamique andin depuis 40 Ma. J’ai développé une approche pluridisciplinaire basée sur des méthodes de thermochronologie basse-température, de modélisation thermo-cinématique des données obtenues et de géomorphologie quantitative afin de mettre en évidence les vitesses d’exhumation de la région, les mécanismes à l’origine de sa structuration et son évolution morphologique récente pour des échelles spatio-temporelles différentes. Je montre que la Déflexion d’Abancay enregistre dans sa globalité des taux d’exhumation de 0,2±0,1 km/Ma constants et uniformes au cours du temps entre 40 et ∼5 Ma. Cette exhumation est contemporaine au soulèvement des Andes Centrales en conséquence d’un raccourcissement crustal et/ou d’un flux de croûte inférieur à l’échelle des Andes Centrales. Dans ce contexte, La Déflexion d’Abancay s’intégrait dans un paléo-Altiplano partiellement ou totalement endoréique s’étendant bien plus au nord (∼10°S) que son extension septentrionale actuelle (∼14°S). Bien que le nord de la Cordillère Orientale et l’Altiplano conservent des taux d’exhumation identiques après ∼5 Ma, le sud de la Cordillère Orientale enregistre une augmentation abrupte de ces derniers (1,2±0,4 km/Ma) créant un différentiel d’exhumation latitudinal. Cette augmentation locale de l’exhumation s’explique par l’action conjointe de l’incision par capture et érosion régressive du paléo-Altiplano par la rivière Urubamba ainsi qu’un soulèvement tectonique par basculement de la Cordillère Orientale au travers de l’activité en rétrochevauchement du système de failles crustales héritées de l’Apurimac. Compte tenu de ces interprétations, je propose une nouvelle définition géologique de la Déflexion d’Abancay et j’avance l’hypothèse d’une syntaxe tectonique comparable aux syntaxes Himalayennes ou Alaskiennes de par les similitudes morphologiques et tectoniques de la région.

  • Titre traduit

    Differential exhumation of the Eastern Cordillera (Abancay Deflection, Peru) : An Andean tectonic syntaxis?


  • Résumé

    I focus my thesis on the understanding of the structuration of the Altiplano northern edge: the Abancay Deflection. This region marks abruptly the latitudinal segmentation of the Peruvian Central Andes and presents striking features such as a positive topographic anomaly in comparison of its surroundings, relief obliquity, faults et rivers deviations. Numerous plutons, deeply incised by the Apurimac and Urubamba Rivers, outcrop in the core of the Abancay Deflection. This is a key that permit us the quantification of the rock kinetics at depth in that region. The Abancay Deflection is located over two morpho-tectonic areas: The Eastern Cordillera northward and the Altiplano to the south. The crustal-scale Apurimac fault system separates these two regions. Despite these significant characteristics, the Abancay Deflection is poorly documented and no recent study deals about its long-lived structuration in the Andean geodynamic context since 40 Ma. I developed a multidisciplinary approach based on low-temperature thermochronology, thermo-kinematics modeling and quantitative geomorphology to determine exhumation rates in the studied area, to unravel the mechanisms behind its structuration and to define its recent morphological evolution for different spatial and temporal scales. I demonstrate that the Abancay Deflection registered globally steady and uniforms exhumation rates of 0.2±0.1 km/m.y. between 40 and ∼5 Ma, contemporary to the Central Andes surface uplift. This exhumation pattern marks a large-scale tectonic shortening and/or a lower crustal flow. In this context, the Abancay Deflexion was an integrant part of a paleo-Altiplano extending northward (∼10°S vs. ∼14°S nowadays) partially or totally internally drained. Although the northern Eastern Cordillera and the Altiplano kept identical exhumation rates after ∼5 Ma, the southern Eastern Cordillera experienced a rapid increase of these ones (1.2±0.4 km/m.y.) creating a latitudinal differential exhumation pattern. I explain this very sharp and local increase of exhumation by the common work of the incision by capturing via regressive erosion the paleo-Altiplano through the Urubamba River together with a tectonic uplift tilting the Eastern Cordillera through the backthrusting activity of the inherited crustal-scale Apurimac fault system. According to these interpretations, and regarding the morphological and tectonics similarities, I propose a new geological definition for the Abancay Deflection and that this area is a tectonic syntaxis similar to the Himalayan or Alaskan syntaxes.


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