Structure en surface et subsurface du bassin flexural du Grand Caucase en Géorgie, reconstitution tectonique depuis le Crétacé Inférieur

Surface and subsurface structures of the Greater Caucasus flexural basin in Georgia, reconstruction of its tectonic inversion since the Early Cretaceous

• Auteur / Autrice : Zoé Céleste Candaux
• Direction : Marc Sosson, Guillaume Duclaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Planète et de l'Univers
• Date : Soutenance le 27/07/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Carole Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Sosson, Guillaume Duclaux, Carole Petit, Jon Mosar, Éric Barrier, Victor Alania, Jean-Marc Lardeaux, Marie-Françoise Brunet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jon Mosar, Éric Barrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand Caucase (monts)

Tectonique

Relief inverse

Mots clés libres

Grand Caucase

Inversion tectonique

Tectonique

Géologie structurale

Greater Caucasus

Inversion tectonic

Tectonic

Structural geology

Résumé

Le Grand Caucase est une chaine de montagne correspondant à un bassin Jurassique moyen à Crétacé supérieur, inversé durant le Cénozoïque (âge encore débattu). Les structures de cette chaîne et de son bassin flexural illustrent une combinaison complexe de déformations impliquant la couverture, on parle de « thin-skinned tectonic », et de déformations pouvant impliquer le socle, on parle alors de « thick-skinned tectonic ».Le bassin flexural s’est développé durant deux collisions successives entre le continent Eurasie ainsi que le bloc Tauride-Anatolide-Sud-Arménie depuis le Crétacé Inférieur (collision dans le Petit Caucase), et se poursuit encore actuellement en liaison avec le poinçonnement de l’Arabie au sud. Cette région présente un double intérêt. A un niveau purement fondamental, il est évident que la compréhension de la propagation des déformations entre la zone de collision du Petit Caucase au sud et le Grand Caucase permet de mieux contraindre l’évolution tectonique de ce secteur de la chaîne téthysienne et de comprendre le processus d’inversion tectonique et son moteur. D’un point de vue appliqué, l’étude des structures du bassin flexural et des lithologies impliquées dans la déformation est essentielle pour mener des explorations afin d’étudier les systèmes à hydrocarbures comme cela est le cas à l’Est du bassin en Azerbaïdjan.Cette étude présente de nouvelles données de terrain sur les structures de surface (cartographie, analyse structurale et lithostratigraphique), complétées d’analyses de profils sismiques et de données de forages permettant de contraindre en profondeur les interprétations. Le but de ce travail a été de localiser les structures profondes et les potentiels niveaux de décollements afin de mieux contraindre la géométrie des structures supra-crustales. De plus, l’identification et l’analyse des dépôts sédimentaires syn-tectoniques ont permis de contraindre la chronologie des déformations. Nous présentons tout d’abord l’étude du bassin flexural de Rioni, situé à l’est de la Mer Noire et à l’ouest du Grand Caucase. Nous avons mis en évidence la présence d’un bassin résultant d’une extension depuis le Barrémien jusqu’au Turonien sous le bassin flexural Cénozoïque de Rioni, et qui se prolonge vers l’Est dans le Bloc Géorgien. Ensuite, dans un second temps nous présentons les résultats concernant le style et la chronologie des déformations dans les bassins de Rioni et de Kura pendant la compression qui se déroule en deux temps : au Paléocene-Eocene puis à partir du Miocène Supérieur. Nous montrons par comparaison entre les bassins flexuraux de Rioni à l’ouest, et de Kura à l’est, que la présence des failles normales du Crétacé qui sont présentes sous Rioni influent grandement sur le style et la localisation de la déformation. Enfin, nous présentons nos résultats concernant la structure et l’histoire tectonique du rift avorté et inversé d’Adjara-Trialeti qui longe au sud le bassin flexural. Ce bassin est aussi affecté par les failles normales du Crétacé au sud de Rioni, mais se développe vers l’est au sud du de Kura de manière superposée durant le Paleocene et l’Eocene. Nous montrons alors que la structure de ce bassin est liée à l’inversion des failles normales, mais aussi de déformations résultant de niveaux de décollements dans les sédiments syn et post-rift. Pour présenter nos résultats, nous proposons trois coupes de plus de 50km traversant du sud au nord toute la région du Transcaucase reliant le Petit et le Grand Caucase, ainsi qu’une reconstitution tectonique depuis le Crétacé Inférieur.

The Greater Caucasus Mountain Belt is a rifted basin that formed during the Middle Jurassic to the Upper Cretaceous and has been inverted during the Cenozoic (age still debated). The belt is deformed by a complex combination of thick and thin-skinned tectonic. We talk about thick-skinned tectonic when the basement is involved in the deformations, and thin-skinned deformation when the cover is deformed.The flexural basin of the Greater Caucasus developped since the Lower Cretaceous during the collision in the Lesser Caucasus between the Taurides-Anatolides-South-Armenian microcontinent and the Eurasian plate, and is still active because of the collision with the Arabian Plate to the south.The Caucasus frame present a key area for two reasons. First, the propagation of the deformations from the Lesser Caucasus to the south, and toward the north in the Greater Caucasus allow us to better constrain the tectonic evolution of this Tethysian belt’part, and to better understand the inversion tectonic mechanisms.Then, the study of the flexural basin structure, and the involved lithologies, offers the possibility to lead explorations about the oil and gaz resources systems, such as in the Eastern Azerbaijan basin.We propose new field data (cartography, structural and lithostratigraphic analysis) to constrain the shallow structures, and we combine it with seismic lines interpretations and wells data analysis to constrain the deeper structures. The study was lead following two paths: first, we have localised the deformations and their related style and geometries. Then, the identification of the pre-, syn-, and post-tectonic deposits by the identification of growth strata allowed us to propose the chronology of the deformation during the multi-stage tectonic history in different structures of the flexural basin.The first part concerns the study of the Rioni flexural basin that borders the Eastern Black Sea and is located south of the western Greater Caucasus. We highlighted a Barremian to Turonian basin beneath the Rioni flexural basin, and which continues eastward in the Georgian Block.In the second part, we present our results related to the style and the timing of the deformations in the Rioni and the Kura flexural basin during the Paleogene and the Neogene. We highlight a two-stage compression: the first stage is during the Palaeocene-Eocene, and the second since the Upper Miocene. The study of the style of deformation allows us to compare the structural evolution of two basins with regard to the structural inheritance. The Rioni flexural basin structure and the localisation of the deformation are driven by the inherited normal faults, while the Kura flexural basin structure presents only thin-skinned tectonic. Finally, the third part presents our results about the avorted rifted Adjara-Trialet basin. This basin borders to the south the flexural basin, and is affected by the Lower to Upper Cretaceous extension in its western part, south of Rioni. During the Palaeocene-Eocene a superimposed basin was formed and developed eastward, south of the western Kura basin. This extension is coeval with the compression observed in the flexural basin. We show that the structure of this basin is related to the inversion of the inherited normal faults, but is also deformed by thin-skinned tectonic because of some decollement levels in the syn- and post-rift deposits. Our results are presented in three cross-sections and reconstitutions of more than 50km and that cross the whole Trancaucasian area and constrain the structures and the timing of the deformations between the Lesser and the Greater Caucasus since the Lower Cretaceous.