Quantification du soulèvement tectonique dans le golfe d’Aqaba, faille du Levant

Quantification of the tectonic uplift in the Gulf of Aqaba, Levant fault

• Auteur / Autrice : Matthieu Ribot
• Direction : Yann Klinger, Edwige Pons-Branchu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l’environnement
• Date : Soutenance le 22/01/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR-Institut de physique du globe de Paris (2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Ritz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathilde Cannat, Paolo Montagna
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Aurélia Hubert-Ferrari, Christine Authemayou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mer Morte (région)

Zones de failles

Bathymétrie

Aqaba, golfe de

Tectonique

Mots clés libres

Activité tectonique

Terrasses coralliennes

Gulf of Aqaba

Active tectonic

Coral terraces

Bathymetry

Dead Sea Fault

Résumé

La faille du Levant, également appelée faille de la Mer Morte, est une faille décrochante senestre d’environ 1200 km de long. Elle s’étant du nord au sud, des monts Taurus et du système décrochant de la faille Est Anatolienne, à la terminaison nord du système extensif de la Mer Rouge. L’activité senestre décrochante de la faille du Levant, lié au déplacement vers le nord de la plaque Arabique par rapport à la microplaque Sinaï, est aujourd’hui bien contraint avec un déplacement de ~5mm/an et près de 107 km de décalage cumulé sur 20 Ma. Cependant, la composante verticale de ce grand système de faille reste encore mal définie. A partir de l’étude des marqueurs de l’activité tectonique dans la région du Golfe d’Aqaba et du Détroit de Tiran, les travaux de thèse consistent à contraindre l’architecture du système de faille dans sa terminaison Sud. A l’aide de nouvelles données bathymétrique multifaisceaux hautes résolutions collectées durant deux campagnes marines, nous avons ainsi défini un nouveau modèle de faille dans le golfe d’Aqaba. Le soulèvement de terrasses coralliennes à près de 100 mètres au-dessus du niveau marin dans le golfe d’Aqaba et jusqu’à 500 mètres sur l’île de Tiran, traduis un décalage vertical non négligeable au cours de ces derniers million d’année. Les coraux collectés sur ces surfaces durant la mission de terrain réalisé en Mars 2017, et analysés par datation Uranium-Thorium et isotopie du Strontium, révèlent un établissement de ces terrasses coralliennes pendant les épisodes interglaciaires. Ces niveaux servent ainsi de marqueurs temporels pour contraindre le décalage vertical engendré par les failles. La localisation précise des terrasses coralliennes, déterminée à l’aide d’images satellite Pléiades, permet de comprendre comment se structure l’activité tectonique dans la région du Golfe d’Aqaba et du détroit de Tiran. En corrigeant l’altitude actuelle des terrasses par les données eustatiques disponible dans la littérature et en connaissant précisément leurs âges de formation, nous en avons déduit un taux de soulèvement. Le soulèvement le long du Golfe d’Aqaba, estimé à l’aide des terrasses coralliennes, ne tombe pas en accord avec le soulèvement long terme déterminé par thermochronologie (Lefèvre M., PhD). En poussant l’analyse, il semblerait que ce soulèvement se répartie sur les structures actives mais également le long de structures bordières, jusque lors considérés comme inactives, en raison de la modification de la position du pôle de rotation Arabie-Sinai il y a 5 Ma. L’issue de ces travaux soulève de nouveaux questionnements quant à comment se répartie le décalage le long de cette section de faille avant le changement de position du pôle de rotation, et comment se connecte le système décrochant en direction du point triple Mer Rouge-Golfe de Suez-Golfe d’Aqaba. Le bassin présent au sud de l’île de Tiran est-il le dernier bassin de type pull-apart avant la connexion avec le système extensif, ou est-ce que des échelons supplémentaires, aujourd’hui masqué par les dépôts importants d’évaporite en Mer Rouge, se propage encore plus au Sud avant de se connecter au système extensif ?

The Levant Fault, also known as the Dead Sea Fault, is a left-lateral strike-slip fault of about 1200 km long. It extends from north to south, from the Taurus Mountains and the East Anatolian Fault system, to the northern termination of the extensive Red Sea system. The sinistral activity of the Levant Fault, linked to the north- ward displacement of the Arabian Plate relative to the Sinai sub-plate, is now well constrained with a displacement of ∼ 5mm/yr and nearly 107 km of cumulative dis- placement over 20 My. However, the vertical component of this large fault system is still poorly defined. Based on the study of tectonic activity markers in the Gulf of Aqaba and the Strait of Tiran region, this work consists in constraining the archi- tecture of the fault system in its southern termination. Using new high-resolution multibeam bathymetric data collected during two marine campaigns, we have thus defined a new fault model in the Gulf of Aqaba. The uplift of coral terraces to nearly 100 m above the mean sea level in the Gulf of Aqaba and up to 500 m on the Tiran island, reflects a significant vertical motion over the last few million years. The corals collected on these surfaces during a field trip in March 2017, and analyzed by Uranium-Thorium dating and Strontium isotopy, reveal an establishment of these coral terraces during the interglacial periods. These levels thus serve as temporal markers to constrain the vertical uplift generated by the faults. The precise location of the coral terraces, determined using Pleiades satellite images, allows us to under- stand how the tectonic activity is structured in the Gulf of Aqaba and the Strait of Tiran areas. By correcting the current elevation of the terraces with the eustatic data available in the literature, and by knowing precisely their ages of formation, we deduced the uplift rates of the eastern coast of the Gulf of Aqaba and along the Tiran island. The uplift along the Gulf of Aqaba, estimated using the coral terraces, does not agree with the long-term uplift determined by thermochronology. Further analyses suggest that this uplift is distributed over the off-shore active structures, but also along the on-land structures which were previously considered inactive. This reactivation is due to the change in position of the Arabia-Sinai rotation pole there is 5 My ago. The conclusions of this work raises new questions as to how the de- formation is distributed along this fault section before the change in position of the rotation pole, and how the system is connected to the triple junction Red Sea - Gulf of Suez - Gulf of Aqaba. Is the basin south of the Tiran island is the last pull-apart basin before connecting to the extensive system, or do additional steps, now masked by large evaporite deposits in the Red Sea, propagate further south before connecting to the extensive system?