Interactions entre la tectonique salifère et la tectonique crustale en Méditerranée et dans la mer de Barents

Interactions between salt tectonics and crustal tectonics in the Mediterranean and in the Barents sea

• Auteur / Autrice : Gaia Travan
• Direction : Virginie Gaullier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Déverchère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Maillard, Sverre Planke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan I. Soto, Thierry Nalpas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode sismique-réflexion

Tectonique

Barents, Mer de

Méditerranée (mer ; ouest)

Tectonique du sel

Mots clés libres

Tectonique crustale

Modelisation analogique

Salt tectonics

Crustal tectonics

Seismics

Analogue modelling

Résumé

À l'échelle des temps géologiques, le comportement du sel peut être approché d'un fluide newtonien (comportement visqueux) par rapport au comportement fragile des roches environnantes. La tectonique crustale, extensive et compressive, joue souvent un rôle fondamental dans l'évolution des structures salines et devient la principale cause de déformation dans de nombreuses zones d'étude. Le but de cette thèse est d'analyser le calendrier et les mécanismes de la tectonique salifère dans trois zones d'étude caractérisées par différents âges du sel et l'influence croissante de la tectonique crustale sur la tectonique salifère : la marge sarde occidentale et algérienne septentrionale (Méditerranée occidentale) et le bassin de Sørvestsnaget (mer de Barents sud-ouest). Cela a été fait par l'interprétation de données de réflexion sismique 2D et 3D de TGS (Norvège), OGS (Italie) et UMR Geo-Ocean (France), ainsi que par l'intégration avec d'autres données géophysiques et la comparaison avec des modèles analogiques. Dans la Méditerranée occidentale, le sel déposé pendant la crise de salinité (5,6 Ma) est relativement jeune, la couverture est mince et les marques des premiers stades de déformation sont visibles. Sur la marge sarde occidentale les structures salines sont principalement dues à la pente de la base du sel, résultant de la subsidence différentielle après le remplissage de la Méditerranée à la fin de la crise. En se déplaçant vers le centre du bassin sardo-provençal, où la charge sédimentaire du Rhône Deep Sea Fan forme une lourde couverture au-dessus du sel, l'étalement par gravité domine. Bien que dans cette zone il n'y ait aucune influence de la tectonique crustale sur la déformation du sel à l'échelle régionale, nous avons reconnu sur la marge SW-sarde la présence d'une structure en fleur active pendant le Pliocène. Nous proposons qu'elle fasse partie de la North Balearic Fracture Zone, i.e. la faille de glissement dextre de l'ouverture du bassin sardo-provençal, jamais reconnue dans la région.Le secteur sud de la Méditerranée occidentale est réactivé en compression depuis 8 Ma en raison de la convergence Afrique-Europe, et cette compression s'exprime par des chevauchements sur la marge algérienne. Ici, la tectonique salifère est principalement la conséquence de la tectonique crustale, et en particulier de l'augmentation de l'énergie potentielle résultant de l'élévation localisée. Les modèles analogiques produits montrent que le soulèvement du plateau est à l'origine des variations latérales d'épaisseur de la couche saline et de la formation des minibassins polygonaux dans la zone au large d'Alger. Une composante de glissement par gravité liée à l'affaissement du bassin est présente. La troisième zone d'étude est le bassin de Sørvestsnaget dans la mer de Barents. Ici le sel permien a formé des structures qui sont le résultat de centaines de millions d'années de déformation, principalement par le diapirisme de sel réactif et actif conséquence de la tectonique extensive mésozoïque due à l'ouverture de l'océan Atlantique. Ceci a conduit à la formation de structures de sel allochtones massives et localement à leur déflation. Après la fin de l'extension de la croûte, l'influence principale sur la déformation du sel est attribuable au prisme sédimentaire glaciaire quaternaire et aux mouvements de la croûte contrôlés par glacio-isostasie, ce qui entraîne une redistribution interne dans les structures de sel allochtones comme mis en évidence par la modélisation analogique. Grâce à la diversité géologique entre les trois zones d'étude, nous offrons non seulement une vue d'ensemble des différents niveaux d'interaction entre le sel et la tectonique de la croûte, mais aussi de l'effet de la pente basale du sel et de la charge sédimentaire différentielle sur l'évolution des structures de sel, ainsi que des différents niveaux de maturité des structures de sel, des plus jeunes (par ex. salt rollers) aux plus matures (par ex. salt sheets).

Considering geological times, the behaviour of the salt can be approximated to a Newtonian fluid (i.e. viscous behaviour) compared to the brittle behaviour of the surrounding rocks, and their interaction can be modelled through scaled analogue models of a viscous material and a brittle one, e.g. silicone and sand. Crustal tectonics, both extensional and contractional, have often a fundamental role in the evolution of the salt structures, and becomes the main cause of deformation in many study areas. The aim of this thesis is to analyze the timing and mechanisms of salt tectonics in three study area characterized by different salt ages and increasing influence of crustal tectonics on the salt tectonics processes: the Western Sardinian and Northern Algerian margin (Western Mediterranean) and the Sørvestsnaget Basin (Southwestern Barents Sea). This has been done through the interpretation of 2D and 3D seismic reflection data from TGS (Norway), OGS (Italy) and UMR Geo-Ocean (France), as well as through the integration with other geophysical data, wells data and the comparison with analogue models. In the W-Mediterranean the salt deposited during the Salinity Crisis (5.6 Ma) so salt tectonics is relatively young, the overburden is thin and the marks of the first stages of deformation are usually imaged. On the W-Sardinian margin the salt structures are mainly consequence of the basinward slope of the salt base, resulting from the differential subsidence after the refilling of the Mediterranean at the end of the crisis. Moving towards the center of the Sardo-Provencal basin, where the sedimentary load of the Rhone Deep Sea Fan forms a thick salt overburden, gravity spreading dominates. While in this area there is no influence of crustal tectonics on salt deformation at a regional scale, we recognized on the SW-Sardinian margin the presence of a flower structure active during Pliocene. We propose it to be part of the North Balearic Fracture Zone, i.e. the dextral strike-slip fault of the Sardo-Provençal basin opening, never recognized in the area.The southern sector of the Western Mediterranean is reactivated in compression since 8 Ma due to the Africa-Europe convergence, and this compression is expressed through thrusts on the Algerian margin. Here salt tectonics is mainly the consequence of crustal tectonics, and in particular of the increased potential energy consequence of the localized uplift. The analogue models produced show that the uplift of the plateau is at the origin of the lateral thickness variations in the salt layer and of the polygonal minibasins formation in the area offshore Algiers. A component of gravity gliding related to the basin subsidence is present.The third study area is the Sørvestsnaget Basin in the SW Barents Sea. Here the Permian salt formed structures that are the result of hundreds of millions years of deformation, mainly through reactive and active salt diapirism consequence of the Mesozoic extensional tectonics due to the Atlantic Ocean opening. This lead to the formation of massive allochthonous salt structures and locally to their deflation. After the end of the crustal extension, the main influence on the salt deformation is attributable to the Quaternary glacial sedimentary wedge and the consequent glacio-isostatically controlled crustal movements, leading to internal redistribution in the allochthonous salt structures. Part of the hypothesis on the salt tectonics mechanisms in the Sørvestsnaget basin were confirmed through analogue modelling.Thanks to the diversity between the three study areas in terms of geological setting, we offer not only a broad picture of different levels of interaction between salt and crustal tectonics, but also of the effect of salt basal slope and differential sedimentary load on the salt structures evolution, as well as different levels of maturity of salt structures, from the younger ones (e.g. salt rollers) to the more mature ones (e.g. salt sheets).